JPH0417363B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、光ビームを被測定物に照射し、その
反射光を用いて被測定物までの距離またはその変
位を測定する様にした距離測定装置に関するもの
である。

〔背景技術〕

第１図に従来の距離測定装置のブロツク図を示
す。この第１図の装置において、その原理を説明
する。即ち投光素子１、投光レンズ系２によつて
被測定物３に光のスポツトを形成し、その光のス
ポツトを受光レンズ系４を用いることにより、一
次元光スポツト位置検出用の受光素子５上に結像
させる。この受光素子５上の受光スポツトは、被
測定物３が第１図中においてａ→ｂ→ｃと移動す
ることによつて、同図中a′→b′→c′と移動する。
つまり被測定物３との距離は、受光素子５上のス
ポツトの位置を知ることにより明らかとなる。こ
の受光素子５は、前述のように一次元の光スポツ
トの位置を検出する素子〔例えば浜松フオトニク
ス社のPSD素子〕であり、出力として、i₁，i₂の
２つの出力電流を出力する。この２つの出力電流
i₁，i₂は、それぞれ減算器６および加算器７へ入
力され、（v₁−v₂），（v₁＋v₂）に変換される。そ
の後、割算器８を用いて、（v₁−v₂）／（v₁＋v₂）
に変換することにより、受光量に関係なく距離に
対応した電圧値を得ることができる。この割算器
８の出力電圧と距離の関係を第２図のグラフに示
す。かくてこの第２図に示すように、被測定物３
の距離ａ，ｂ，ｃは割算器８出力：a″，b″，c″に
対応して求められるわけである。従つてこの割算
器８の後に比較器９を設ける事によつて、ある設
定距離d_Tより被測定物３が近くにあるか、遠くに
あるかの判定を行なうことができる。即ち第２図
においては、しきい値電圧設定回路１０によりし
きい値電圧v_Tを設定すれば、設定距離d_Tを基準に
した被測定物３の遠近を判定することができるの
である。

ところが以上のような従来の距離測定回路にお
いて、割算器３には色々な問題点がある。即ち実
際の回路構成においては、一般に掛算用ICを割
算器として用いることが多いが、この掛算用IC
は多くの問題点を持つている。つまり(1)温度安定
性が悪い。(2)ダイナミツクレンジが狭い。(3)応答
速度が遅い。(4)リニアリテイが悪い。等の問題が
ある。従つてこのように割算器８を用いる事は距
離測定精度に大きな影響を与え、割算器８で得ら
れる精度以上の測距精度は得られないことになる
という問題があつた。

〔発明の目的〕

本発明は、光切断方式の距離測定装置におい
て、高精度・高安定性・高速応答性を有するよう
にした距離測定装置を提供することを目的とする
ものである。

〔発明の開示〕

（実施例 １） 第３図は本発明の第１の実施例の回路構成を示
すブロツク図であつて、このような第３図の回路
構成を採用することによつて、ある設定距離に対
して測定距離が近いか遠いかの判別を、前記従来
例のように割算器を用いずに行なうことが可能と
なつたものである。以下その原理を説明する。第
４図に被測定物との距離に対する、第１図従来例
又は第３図実施例における減算器６の出力を示
す。この減算器６出力（v₁−v₂）は受光素子５に
当る光の強さ、つまり受光量によつて変化する。
例えば、受光量がα倍に変化した場合、第４図の
グラフは→と変化する。したがつて減算器６
を出力電圧を単純にある一定電圧値で比較してい
たのでは、ある一定の受光量の時は良いが受光量
が変化すると、設定距離が等価的に変化する事に
なり正しい判別ができなくなる。ここで従来は割
算器８を用いて減算器６出力を正規化していたわ
けだが、本発明においては、減算器６出力を比較
器９に入力し、そのしきい値電圧値を加算器７出
力（v₁＋v₂）を用いて造りだすことにより、受光
量が変化しても断えず正しい判別ができるように
したものである。つまり、加算器７からの出力を
ｋ倍した電圧ｋ（v₁＋v₂）をしきい値電圧制御回
路１１で造りだすのであり、その電圧を比較器９
のしきい値電圧を用いるということは、 （v₁−v₂）＝ｋ（v₁＋v₂） （式１） が、比較器９が反転する条件である。ここでもし
受光量がα倍変化したとすると（式１）は α（v₁−v₂）＝kα（v₁＋v₂） （v₁−v₂）＝ｋ（v₁＋v₂） （式２） となり（式１）と同一となる。このことはつまり
受光量が変化しても、比較器９の反転条件には影
響を与える、断えず（式１）の条件で正しい判断
ができるわけである。又（式１）における定数ｋ
を変化させることで、しきい値距離を決定するこ
とができる。以上の構成にすることで、問題点の
多い割算器８を用いずに距離を測定することが可
能となり温度安定性・ダイナミツクレンジ・応答
速度・リニアリテイ共にすぐれた動作を行なうよ
うにすることができるのである。

第５図は上記第１の実施例における具体回路例
を示し、しきい値電圧制御回路１１は、非反転増
巾器と反転増巾器および可変抵抗器VR１で構成
される。そして加算器７の出力（v₁＋v₂）から、
（v₁＋v₂）、−（v₁＋v₂）を造りだし可変抵抗器VR
１の両端に加えることで、ｋ（v₁＋v₂）の電圧を
得ている。したがつて可変抵抗器VR１の摺動子
をスライドさせることでｋの値が変化し、しきい
値距離を設定することができる。さらに第５図の
具体回路例においては、比較器９を１つしか用い
ていない為、ある１つのしきい略距離に対する判
別しかできないが、複数個の比較器９₁，９₂……
を用いれば、複数個のしきい値距離に対する判別
が可能となる。その場合の具体回路例を第６図に
示す。かくてこの第６図の具体回路例の回路にお
いて、出力１〜３に適当な信号処理を行なえば、
３つのしきい値距離のどの位置に測距離があるの
かを判別することができるようになるものであ
る。

ところで、本実施例でPSDからなる受光素子
５の２つの出力を加算及び減算している理由につ
いて以下に説明する。なお、この説明に際して
は、受光素子５の一方の出力i₁に定数ｋを乗じた
値（Ｉ／Ｖ変換器２０の出力はkv₁）、他方の出
力i₂（Ｉ／Ｖ変換器２１の出力はv₂）とを比較器
２２で比較する構成とした第１３図に示す回路と
比較して説明を行う、なお、その際の受光スポツ
トの位置に対応する動作説明を第１４図の用いて
行い、同図ｂに第１３図回路の動作説明図及び同
図ｃに本実施例の動作説明図を示す。

第１３図の回路では、受光スポツトがPSDの
中央附近にある場合においては問題はないが、片
側に近づくにつれまして問題が生じる。つまり、
PSDの受光出力（電流）i₁，i₂の比が段々大きく
なる（第１４図ｂの左側の状態となる）と、後段
の比較器２２で両者の比較を行うためには定数ｋ
の値を極端に大きな値にする必要がある。最も極
端な場合として第１４図ｂの左端の受光スポツト
を検出するとすれば、無限大のｋ（無限大の増幅
率）を必要とする。これは、言い換えれば事実上
受光素子５の端近傍の検出が不可能であるという
ことを意味する。

また、もう１つの問題点としては、検出が不可
能にならないまでも定数ｋを大きくするというこ
とは、増幅率を高めることであり、このため分解
能を劣化させ、しかもPSDの夫々の出力の増幅
率のバランスを崩すことになるので、検出の安定
性（温度特性や経年変化）を著しく劣化させるこ
とになることがある。

これに対して、本実施例では受光素子５の２つ
の出力を加算したものに定数ｋを乗じた値ｋ（v₁
＋v₂）と、２つの出力を減算した値（v₁−v₂）と
を比較しているので、上記問題を生じない。つま
り、受光素子５の２つの出力を加算した出力は受
光スポツトの位置に関係なく一定であるから、そ
の加算値に定数を乗じた値も一定であり、従つて
上述の第１３図回路のように受光スポツトを検出
できないということがない。また、受光素子５の
２つの出力を加算した出力は、減算した出力と同
じかあるいはそれ以上であるので、ｋ（v₁＋v₂）
を生成するために、第１３図回路のように増幅す
る必要がない。このため、分解能の劣化がなく、
検出の安定性が図れる。特に、受光素子５の各出
力の信号処理系の相互の特性（増幅率など）を同
一とすることができ、このため温度特性がキヤン
セルされるなどの利点が得られ、検出の安定性が
図れる。しかも、本実施例では、受光素子５の出
力を減算した値を比較対象としているので、減算
により変化量を増長させることができ、第１３図
回路の場合よりも高精度な検出が可能となる。

（実施例 ２） 第７図は本発明の第２の実施例の回路構成を示
し、前述の第１の実施例においては、受光量変化
は比較器９の分解能レベルまで許されていた。つ
まり、受光量変化は、比較器９の性能（許容入力
電圧から分解能レベルまでのダイナミツクレン
ジ）によつて制限されていた。そこでこの第２の
実施例においては、受光量が一定になるように、
光出力を制御可能な発光素子１３を設けてこの発
光素子１３の発光パワーを制御し比較器９が常に
最良の状態で働くようにしている。つまり加算器
７の出力電圧が常に一定になるように発光素子１
３の発光パワーを制御する発光パワー制御回路１
２を設け、装置全体のダイナミツクレンジを拡大
し、いかなる反射物体でも安定に距離測定ができ
るようにしたものである。第８図及び第９図にこ
の本発明の第２の実施例による夫々異なる具体回
路例を示す。まず第８図の具体回路例において、
OP１は加算器７の出力電圧とツエナーダイオー
ドZDによる基準電圧とを入力する差動増巾器で
あり、その結果を積分器OP２で積分する。そし
てこの積分器OP２出力を入力する発光素子駆動
回路OP３で発光素子１３をドライヴし、加算器
７出力（v₁＋v₂）が一定になるように制御するの
である。また第９図に示す他の具体回路例におい
て、電圧電流変換器OP４は電圧（v₁＋v₂）を電
流変換してその出力を、伝達コンダクタンス可変
増巾器OP５の制御電流とする。この増巾器OP５
は、基準電圧を電圧（v₁＋v₂）の電流変換値で制
御し、電流電圧変換器OP６へ出力する。その後
発光素子駆動回路OP７で発光素子１３をドライ
ヴし、加算器７の出力電圧（v₁＋v₂）が一定にな
るように制御するのである。

（実施例 ３） 第１０図は本発明の第３の実施例の構成を示す
ブロツク図を示し、この第３の実施例において
は、上述の第２の実施例と同様の考え方により受
光電圧を一定に保ち、いかなる反射物体でも安定
に距離測定ができるようにしている。かくてその
方法としては、加算器７で得られた受光電圧が変
化しても、常に一定の電圧Vcが得られる第１の
受光電圧制御回路１４を設け、その制御信号を減
算器６の出力側にも設けた同様の特性を有する第
２に受光電圧制御回路１５に加えるようにしたも
のであり、このようにして常に比較器９が最良の
状態で働くようにしている。

第１１図及び第１２図は本発明のこの第３の実
施例における夫々異なる具体回路例を示し、第１
１図の具体回路例において、OP１０は受光電圧
が一定の値Vcになるように制御する伝達コンダ
クタンス増巾器であり、誤差増巾回路OP８、電
圧電流変換回路OP９の出力により制御される。
この電圧電流変換回路OP９出力の制御信号を、
上記電圧コンダクタンス増巾器OP１０と同一特
性の増巾器OP１１に加え、減算器６の出力電圧
（v₁−v₂）を制御している。次に第１２図の具体
回路例においては、可変抵抗素子（cds）と発光
ダイオードLEDとを組み合わせたフオトカプラ
ーにより利得を可変出来る増巾器OP１４，OP１
５を形成し、第１１図具体回路例と同様に、誤差
増巾回路OP１２と電圧電流変換回路OP１３より
なる制御回路により、増巾器OP１４の出力を一
定値Vcにするように制御し、常に比較器９が安
定に働くようにしているものである。

〔発明の効果」 本発明は上述のように構成し、従来のように割
算器を用いずに演算増巾器のみを使用して構成で
きるようにしたので、従来割算器を用いていた回
路に較べて温度安定性が良く、ダイナミツクレン
ジが広くなり、また応答速度が速いという効果を
有する他、リニアリテイが良く、しかも演算増幅
器であれば割算器として従来用いられていた掛算
用ICよりも価格が安く、このため距離測定装置
を安価とすることができるという効果を有するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光切断距離測定装置のブロツク
図、第２図は同上の被測定物の距離と割算器出力
との関係特性図、第３図は本発明の第１の実施例
のブロツク図、第４図は同上の被測定物の距離と
減算器出力との関係特性図、第５図及び第６図は
夫々同上実施例の夫々異なる要部具体回路例図、
第７図は本発明の第２の実施例のブロツク図、第
８図及び第９図は夫々同上実施例の夫々異なる要
部具体回路例図、第１０図は本発明の第３の実施
例のブロツク図、第１１図及び第１２図は夫々同
上実施例の夫々異なる要部具体回路例図、第１３
図は本発明でPSDの出力を加減算する理由の説
明のための比較回路例図、第１４図はPSDの出
力を加減算する理由の説明図であり、５は受光素
子、６は減算器、７は加算器、９は比較器、１１
はしきい値電圧制御回路、１２は発光パワー制御
回路、１３は発光素子、１４は（第１の）受光電
圧制御回路、１５は（第２の）受光電圧制御回路
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 対象物にスポツト光を当て、その反射光を結
   像手段で結像し、ほぼ結像位置に一次元光スポツ
   ト位置検出用の受光素子を配置してこの受光素子
   の出力により対象物の距離を測定するようにした
   距離測定装置において、上記受光素子出力の加算
   結果で制御され、しきい値電圧を出力するしきい
   値電圧制御回路を形成し、前記受光素子出力の減
   算結果と、上記しきい値電圧制御回路出力のしき
   い値電圧とを比較する比較回路を設けて成ること
   を特徴とする距離測定装置。 ２ 受光量が一定となるように発光素子の発光出
   力を制御する発光パワー制御回路を具備して成る
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の距
   離測定装置。 ３ しきい値電圧制御回路への入力電圧が常に一
   定となるように前記受光素子の出力電圧を制御す
   る第１の受光電圧制御回路と、減算器と比較器と
   の間に設けられ上記第１の受光電圧制御回路と同
   様の特性を持ちかつこの第１の受光電圧制御回路
   と同一の制御信号で制御される第２の受光電圧制
   御回路とを具備して成ることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の距離測定装置。