JPH10508698A - 較正可能な光学的距離感知システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 メモリー（１１８）に記憶された複数の電子的較正定数を用いて、位置感知検出要素（１８）の測定出力に対し物理的設計と回路性能パラメータの変動を補償する、較正可能な光学的距離測定システム（１００）および同システムを較正する方法。較正方法は、光学距離測定システム（１００）を、少なくとも一つの目標対象物が既知の距離を移動させられる較正装置（２００または２０８）の中に置くことによって、複数の電子的較正定数を生成させることを含み、その較正定数は既知の距離のシステムによる測定値に基づいて決定される。

Description

【発明の詳細な説明】 較正可能な光学的距離感知システムおよび方法 発明の背景 本発明は一般的に光学的距離感知装置に関し、特に位置感知検出器（ＰＳＤ） を用いる光学的距離感知装置の較正に関する。 自動焦点カメラその他のレンジ測定器に用いられるような、光学的システムと 対象物面との間の距離の測定にＰＳＤ素子を用いる従来の光学的距離測定システ ムは、三角測量により距離を測定する。より詳しくは、図１に示すように、従来 の光学的距離測定システム１０のブロックダイヤグラムにはＬＥＤ伝送器１２、 送光レンズ１４、受光レンズ１６および増幅回路２０を組込んだＰＳＤ素子１８ が含まれている。動作中には、ＬＥＤは対象物２２の表面において全方向に反射 される距離光ビームを放射する。受光レンズ1６の主点を通る反射光は入射光に 対し角度αを作る。受光レンズ１６により反射光の焦点を結び、ＰＳＤ素子１８ の活性領域に合わせて光スポットを形成する。図１に示す各種物理的パラメータ の定義は次の通りである。 ｘ−入射距離光線に沿った送光レンズの主点から対象物までの距離 Ｌ−ＰＳＤ素子の活性領域の長さ Ｉ−ＰＳＤ素子の内側導線からの電流 Ｏ−ＰＳＤ素子の外側導線からの電流 ｙ−ＰＳＤ活性領域の内縁から反射／散乱光の光スポット中心までの距離 ｓ−入射距離光線の中心から受光レンズ主点までの垂直距離 ｆ−入射距離光線に平行に測定したＰＳＤ面と受光レンズ主点との間の距離 ｑ−受光レンズ主点を通り入射距離光線と平行な線がＰＳＤ素子面と交わる点 からＰＳＤ活性領域の内縁までの距離 ｚ−受光レンズ主点を通り入射距離光線と平行な線がＰＳＤ素子面と交わる点 からＰＳＤ素子上の反射光スポットの中心までの距離 ここで ｙ＝ＬＯ／（Ｉ＋Ｏ） （１） ｚ＝ｑ＋ｙ そして ｃｏｔα＝ｘ／ｓ＝ｆ／ｚ ｘ＝（ｆ）（ｓ）／（ｚ） （２） （２）式から明らかな通り、距離測定値ｘはＰＳＤ素子、受光レンズおよび伝 送器の内部装置の影響を直接受ける。したがって、ｆ、ｓおよびｚの製作上およ び／または組立上の変動が距離測定値の大きな変動および誤差の原因となる。特 に対象物が距離測定システムから遠く離れているときこの影響は著しい。 公知の光学的距離測定システムにおいては、通常、システムに機械的調節機構 を組み込んで製作上／組立上の変動に対応しようとしている。この方法では、位 置決めの少々の変動による距離測定値の不正確さが判明すると、所望のシステム 部品の物理的位置を調節して修正できる。しかし、機械的調節は全体システムの 面とその製作／組立工程の両面に要する実質的費用の点から満足なものではない 。物理的不整合から生じる測定誤に加えて、ＰＳＤのＩ−Ｏ増幅器の間の利得の 差によっても、ｙの計算の際にＯ−Ｉ電流の不正確な読みによる測定誤差が生じ る。このように公知の光学的距離測定システムは回路部品パラメータおよび物理 的パラメータの変動を十分に補償できる装置となっていないため、距離測定精度 の点では妥協せざるを得ない。 発明の要約 本発明の目的の一つは、従って、光学的距離感知／測定システム用のシステム 設計パラメータの変動を補償する改良された較正システムの提供にある。 本発明の別の目的は、物理的パラメータと回路性能パラメータの変動を電子的 に補償するＰＳＤ素子を有する光学的距離感知／測定システムにおいて利用する ための改良された較正システムを提供することである。 本発明のさらに別の目的は、光学的距離測定システムの測定精度向上のための システム較正の経済的方法の提供にある。 本発明の目的の一つはまた、システムメモリに記憶できる複数の較正定数の生 成による光学的距離測定システムの較正方法の提供にある。 本発明の目的の一つはまた、少くとも三個の既知の異なる距離測定値を得るた めに較正装置を用いて電子的記憶が可能な複数の較正定数を生成する方法を提供 することである。 本発明の第一の観点に従うと、較正可能な光学的距離測定システムは、伝送器 から特定の距離だけ離れた対象物に距離光ビームを放射する光学的伝送器と、対 象物から散乱した後の距離光ビームを感知手段上に結像する手段を含む受光器と から構成される。感知手段は対象物と伝送器との間の特有の距離の指標となる出 力を生成する。処理手段は、感知手段の出力に応答し、該感知手段は対象物と伝 送器との間の測定距離を表すシステム出力を生成するためのものである。処理手 段は複数の較正定数の記憶用メモリから構成され、それにより処理手段は感知手 段出力とシステム出力を生成する複数の較正定数とを結合する。 感知手段は、活性感知領域上に結像した光線に応答して第一電流出力（Ｉ）と 第二電流出力（Ｏ）を生成する位置感知検出器（ＰＳＤ）を備えることが望まし い。第一出力上と第二出力上にそれぞれ出力される電流量は活性センサ領域内の 像光ビームの位置に依存し、処理装置は第一出力と第二出力および位置決め三角 測量を用いてシステム出力を発生する。複数の較正定数はシステムの物理的パラ メータと回路部品の動作パラメータの変動を補償するため特に生成された所定値 を含む。 本発明の別の観点に従うと、複数の較正定数は第一定数（ｃ）、第二定数（ａ ）および第三定数（ｂ）から構成され、第一定数は受光増幅器利得比に基づき、 第二定数は第一定数および受光器と伝送器の内部位置距離の第一組に基づき、第 三定数は受光器と伝送器の内部位置距離の第二組に基づく。較正定数ａ、ｂおよ びｃをさらに次の通り定義する。 ａ（ｑｃ）／（ｆｓ） ｂ＝（ｑ＋Ｌ）／（ｆｓ） そして ｃ＝（第２電流出力からの増幅器利得）／（第１電流出力からの増幅器 利得） ここで、対象物までの距離は （ｘ）＝（ｃＩ＋Ｏ）／（ａＩ＋ｂＯ）である 。 較正定数ａ、ｂおよびｃは既知の距離の複数の距離測定値の利用または所定の システム設計パラメータの使用によりシステムの製作中に決定できる。 本発明の第二の観点に従うと、光学的距離測定システム較正のための方法は、 光学的距離光線を対象物に向けて放射し対象物から反射もしくは散乱された光線 を測定しその測定値を電子的に記憶された複数の較正定数と結合して対象物とシ ステムとの間の距離を決定する手段を有する。この方法は光学的距離測定システ ムの較正装置上での位置決めのステップと、少くとも一個の目標対象物を該シス テムから既知の複数の距離におけるシステム距離光路内へ移動させるステップと 、目標対象物までの複数の既知の距離の測定のための光学的／距離測定システム の活性化のステップの各ステップから構成される。こうして複数の既知の距離の 測定値に基づいて複数の較正定数を生成し、光学的距離測定システム内に置いた メモリ中に記憶する。 第一の配列においては、較正装置は少くとも一個の目標対象物の移動を制御す るためのレール機構を有し、該移動ステップはさらに少くとも一個の目標対象物 をレール機構に沿って次々にスライドさせ少くとも一個の目標対象物を複数の既 知の距離に置くステップを含む。第二の配列においては、較正装置は別個の目標 対象物を複数の既知の距離のそれぞれにおいて距離光路内にそれぞれ移動させる 制御手段を有し、移動ステップはさらに制御手段を起動してそれぞれの目標対象 物の特定の一つを距離光路内に移動させるステップを含む。 本発明の理解を一層深めるため、以下に図面を参照して好適態様の詳細を説明 する。 図面の簡単な説明 図１は、従来の光学的距離測定システムの構成を図示したものである。 図２は、本発明に従う光学的距離測定システムの構成を図示したものである。 図３は、本発明の第一の配列に従う較正装置と方法を図示したものである。 図４は、本発明の第二の配列に従う較正装置と方法を図示したものである。 発明の詳細な説明 図２には、図１について説明したと同様の基本的な伝送器、受光器およびＰＳ Ｄ構成要素を有する本発明に従う光学的距離測定システム１００が示してあり、 同一要素には同一参照番号を付した。これに加えシステム１００にはマイクロプ ロセッサ／コントローラ１０２および、ＬＥＤドライバ１０４と、クロックジェ ネレータ１０６とＤＡＣコンバータ１０８経由のコントローラ１０２からの変調 入力とから形成される伝送器変調回路とが含まれている。好適態様におい て、変調回路は従来の通常技術で公知の方法により光学的入射距離ビームを約１ ０Ｋｈｚで変調する。 変調ＩＲ入射距離光線は対象物面２２において反射そして／または散乱され、 受光器レンズ１６によりＰＳＤ素子１８上に再結像する。ＰＳＤ素子１８が生成 した内側電流と外側電流はそれぞれ増幅回路２０により増幅され、復調器（ｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）１１０と１１２により同期的に復調される。通常技術によ り周知のように同期復調器には復元と伝送器キャリアへの同期手段が含まれてお り、これによりシステムを背景雑音による障害に対し強化している。復調の後、 Ａ／Ｄコンバータ１１４を用いてＩとＯの電流出力をデジタル信号に変換し、距 離ｘ算出のためコントローラ１０２の入力として供給する。入出力（Ｉ／Ｏ）ポ ート１１６は、判定手順に算出距離を利用する外部制御回路への接続及び／又は 、外部で生成したコントローラ１０２用制御信号受信の手段となる。 本発明によれば、機械的及び電気的な回路部品性能の変動はシステム１００の 製作／組立時に一組の較正定数を計算して補償する。較正定数はＥＥＰＲＯＭの ようなメモリ１１８に記憶され、コントローラ１０２が距離ｘを次式にしたがっ て計算するのに用いられる。 ｘ＝（ｃＩ＋Ｏ）／（ａＩ＋Ｏ） （３） ここで、ａ、ｂおよびｃは較正定数である。 方程式（３）および較正定数ａ、ｂおよびｃの作成は下記の解析を基礎として いる。前に方程式（１）で記した通り、ｙ−ＬＯ／（Ｉ＋Ｏ）であり、ここでＩ はＰＳＤの内側導線からの電流、Ｏは外側導線からの電流で、ＬはＰＳＤの活性 領域の長さである。同じく前記の通り、ｙのＩとＯに対する関係はそれぞれの電 流増幅器の相対利得の影響を受ける。例えば、ｙがＬ／２のとき、つまり内側か ら外側への真ん中にあるとき、内側電流と外側電流は等しいはずである。しかし これは増幅器の利得が異なると成立しない。本発明によれば、Ｉに較正定数ｃを 乗じることにより内側電流と外側電流の利得が異なる可能性に対処している。こ こでｃは外側利得と内側利得の比である。ゆえに、 ｙ＝ＬＯ/（ＣＩ＋Ｏ） 前に方程式（２）に記した通り、 ｘ＝（ｆｓ）/（ｚ） および ｚ＝ｑ＋ｙ ゆえに、 ｘ＝（ｆｓ）/［ｑ＋ＬＯ/（ｃＩ＋Ｏ）］ ＝（ｆｓ）（ｃＩ＋Ｏ）/［ｑ（ｃＩ＋Ｏ）＋ＬＯ］ ＝（ｃＩ＋Ｏ）/［（ｑ/ｆｓ）（ｃＩ＋Ｏ）＋（Ｌ/ｆｓ）Ｏ］ ＝（ｃＩ＋Ｏ）/［（ｑｃ/ｆｓ）Ｉ＋（（ｑ＋Ｌ）/ｆｓ）Ｏ］ （４） 従って、方程式（４）を用いて較正定数を次のように定義する。 ａ＝（ｑｃ）／（ｆｓ） ｂ＝（ｑ＋Ｌ）／（ｆｓ） ｃ＝（外側増幅器利得）／（内側増幅器利得） ｘは上記の方程式（３）にしたがって次のように計算することが出来る。 ｘ＝（ｃＩ＋Ｏ）／（ａＩ＋ｂＯ） 一旦較正定数を決定すると、位置ｘは三個の乗算と二個の加算と一個の除算に よりＩとＯの測定値の関数として計算できる。 本発明によれば、較正定数の決定には二つの方法がある。第一の方法では、較 正定数は既定の物理的パラメータの関数として簡単に計算することができる。こ のとき物理的パラメータｑ、ｃ、Ｌ、ｆおよびｓの公称値は例えば次の通り設定 することが出来る。 ｑ＝０ｍｍ、ｃ＝１、Ｌ＝６ｍｍ、 ｆ＝１３．３４ｍｍ、ｓ＝１．４ｉｎ（３５．６６ｍｍ．） 距離ｘはインチで表現するのが望ましいのでインチであらわしたｓの値を用いる 。較正定数の定義 ａ＝（ｑｃ／ｆｓ）、ｂ＝（（ｑ＋Ｌ）／ｆｓ）、ｃ＝ｃ から次の公称定数が得られる。 ａ＝０、ｂ＝０、３２１２７、ｃ＝１ しかし精度を高めるため、本発明においては物理的パラメータの実際の製作上 の変動を考慮に入れた較正手順を用意している。これは既知の距離におけるＩと Ｏとを測定し、これらの測定結果からコントローラ１０２により較正定数を計算 する。 計算を実行するため、ｘに関する方程式を次のように変換する。 ｘ＝（ｃＩ＋Ｏ）／（ａＩ＋ｂＯ） （ｘＩ）ａ＋（ｘＯ）ｂ−Ｉｃ＝０ 三個の未知較正定数を決定するには、距離が既知の三点で三個の異なるＩとＯ の測定値を得る。これら三個の異なる測定結果と距離をＩ₁、Ｏ₁、ｘ₁、Ｉ₂、Ｏ₂ 、ｘ₂、Ｉ₃、Ｏ₃、ｘ₃とすると （ｘ₁Ｉ₁）ａ＋（Ｘ₁Ｏ₁）ｂ−Ｉ₁ｃ＝Ｏ₁ （ｘ₂Ｉ₂）ａ＋（Ｘ₂Ｏ₂）ｂ−Ｉ₂ｃ＝Ｏ₂ （ｘ₃Ｉ₃）ａ＋（Ｘ₃Ｏ₃）ｂ−Ｉ₃ｃ＝Ｏ₃である。 この連立方程式をクラマーの法則と置換法を用いて解く。三個の未知数ｘ、ｙ およびｚを含む三式をｚについて解き、次の代入をおこなう。 （１） Ａｘ＋Ｂｙ＋Ｃｚ＝Ｄ （２） Ｅｘ＋Ｆｙ＋Ｇｚ＝Ｈ （３） Ｉｘ＋Ｊｙ＋Ｋｚ＝Ｌ ｚ＝［ＡＦＬ＋ＢＨＩ＋ＤＥＪ−ＡＨＪ−ＢＥＬ−ＤＦＩ］／［ＡＦＫ ＋ＢＧＩ＋ＣＥＪ−ＡＧＪ−ＢＥＫ−ＣＦＩ］ ｙ＝［（ＣＥ−ＡＧ）ｚ＋（ＡＨ−ＤＥ）］／［ＡＦ−ＢＥ］そして ｘ＝［−Ｂｙ−Ｃｚ＋Ｄ］／Ａ ｘ＝ａ、ｙ＝ｂ、ｚ＝ｃ、Ａ＝ｘ₁Ｉ₁、Ｂ＝ｘ₁Ｏ₁、ｃ＝Ｉ₁、Ｄ＝Ｏ₁などを用 いると ｃ＝［−ｚ₁Ｉ₁Ｏ₂ｘ₃Ｏ₃−ｘ₁Ｏ₁ｘ₂Ｉ₂Ｏ₃−Ｏ₁ｘ₂Ｏ₂ｘ₃Ｉ₃＋ｘ₁Ｉ₁ ｘ₂Ｏ₂Ｏ₃＋ｘ₁Ｏ₁Ｏ₂ｘ₃Ｌ₃＋Ｏ₁ｘ₂Ｉ₂ｘ₃Ｏ₃］／［−ｘ₁Ｉ₁ｘ₂Ｏ₂Ｉ₃−ｘ₁ Ｏ₁Ｌ₂ｘ₃Ｌ₃−Ｉ₁ｘ₂Ｉ₂ｘ₃Ｏ₃＋ｘ₁Ｉ₁Ｉ₂ｘ₃Ｏ₃＋ｘ₁Ｏ₁ｘ₂Ｉ₂Ｉ₃＋Ｉ₁ｘ₂ Ｏ₂ｘ₃Ｉ₃］ （５） ｂ＝［（−Ｉ₁ｘ₂Ｉ₂＋ｘ₁Ｉ₁Ｉ₂）ｃ＋（−Ｏ₁ｘ₂Ｉ₂＋ｘ₁Ｉ₁Ｏ₂）］ ／［（ｘ₁Ｉ₁ｘ₂Ｏ₂−ｘ₁Ｏ₁ｘ₂Ｉ₂）］ （６）および ａ＝［−ｘ₁Ｏ₁ｂ＋Ｉ₁ｃ＋Ｏ₁］／ｘ₁Ｉ₁ （７）である。 さらに、入力インピーダンスが極めて低い増幅器を使用しない場合に、ＰＳＤ 感知領域の「圧縮」に起因する測定値の不正確に対応するよう較正定数を調整出 来る。詳細に説明すると、距離Ｌを測定すべき反射ＩＲ光のスポットがＰＳＤの 縁辺に来る場合である。むしろ、ずれが、中心点でゼロで、光スポットのＰＳＤ の中心から縁辺への移動に正比例する場合に、光スポットの計算位置と真の位置 とのずれが見られる。このずれは入力増幅器における周波数依存性インピーダン スに帰因する。例えば、ＰＳＤを横切る公称抵抗が５０ＫΩで、各入力増幅器の １０Ｋｈｚにおける付加インピーダンスが５ＫΩであるとすると、ＰＳＤを横切 る「実効」距離はＰＳＤを横切る抵抗の増幅器間全抵抗に対する比５０ＫΩ／６ ０ＫΩ＝０．８３３だけ圧縮される。 この効果を補償するため、距離ｘをｙ（ＰＳＤ内の位置）に関する方程式の関 数として計算する。ｙに関する方程式は前にｙ＝ＬＯ／（ｃＩ＋Ｏ）として計算 した。増幅器における付加インピーダンスを考慮に入れてこの方程式を修正する と、 ｙ＝（Ｌ／Ｒ_P）［Ｒ_PＯ＋Ｒ_A（Ｏ−ｃＩ））／（Ｏ＋ｃＩ）］ となる。ここでＲ_PはＰＳＤを横切る抵抗を、Ｒ_Aは各増幅器における入力インピ ーダンスをあらわす。ｘについて再計算した結果は ｘ＝ｆｓ／ｙ’＝ｆｓ／（ｑ＋ｙ）＝ｆｓ／［ｑ＋（Ｌ／Ｒ_P）［Ｒ_PＯ ＋Ｒ_A（Ｏ−ｃＩ））／（Ｏ＋ｃＩ）］］ ＝１／［ｑ／ｆｓ＋（Ｌ／ｆｓＲ_P）［（Ｒ_PＯ＋Ｒ_A（Ｏ−ｃＩ）） ／（Ｏ＋ｃＩ）］］ ＝（Ｏ＋ｃＩ）／［（ｑ／ｆｓ）（Ｏ＋ｃＩ（＋（Ｌ／ｆｓＲ_PＯ＋ Ｒ_A（Ｏ−ｃＩ））］ ＝（Ｏ＋ｃＩ）／［（ｃｑ／ｆｓ−ｃＬＲ_A／ｆｓＲ_P）Ｉ＋（（ｑ／ ｆｓ）＋Ｌ／ｆｓ）＋（ＬＲ_A／ｆｓＲ_P））Ｏ］ （８） となり、前の通り ｘ＝（Ｏ＋ｃＩ）／（ａ’Ｉ＋ｂ’Ｏ） となる。ここで ａ’＝（（ｃｑ／ｆｓ）−（ｃＬＲ_A／ｆｓＲ_P））； ｂ’＝（（ａ／ｆｓ）＋（Ｌ／ｆｓ）＋（ＬＲ_A／ｆｓＲ_P））； ｃ＝ｃ である。 異なる三個の既知の距離におけるＯとＩの測定値から定数の組を算出する解は 前と同様で ｃ＝［−ｘ₁Ｉ₁Ｏ₂ｘ₃Ｏ₃−ｘ₁Ｏ₁ｘ₂Ｉ₂Ｏ₃−Ｏ₁ｘ₂Ｏ₂ｘ₃Ｉ₃＋ｘ₁Ｉ₁ ｘ₂Ｏ₂Ｏ₃＋ｘ₁Ｏ₁Ｏ₂ｘ₃Ｉ₃＋Ｏ₁ｘ₂Ｉ₂ｘ₃Ｏ₃］／［−ｘ₁Ｉ₁ｘ₂Ｏ₂Ｉ₃−ｘ₁ Ｏ₁Ｉ₂ｘ₃Ｉ₃−Ｉ₁ｘ₂Ｉ₂ｘ₃Ｏ₃＋ｘ₁Ｉ₁Ｉ₂ｘ₃Ｏ₃＋ｘ₁Ｏ₁ｘ₂Ｉ₂Ｉ₃＋Ｉ₁ｘ₂ Ｏ₂ｘ₃Ｉ₃］ ｂ’＝［（−Ｉ₁ｘ₂Ｉ₂＋ｘ₁Ｉ₁Ｉ₂）ｃ＋（−）₁ｘ₂Ｉ₂＋ｘ₁Ｉ₁Ｏ₂） ］／［（ｘ₁Ｉ₁ｘ₂Ｏ₂−ｘ₁Ｏ₁ｘ₂Ｉ₂）］ ａ’＝［−ｘ₁Ｏ₁ｂ’＋Ｉ₁ｃ＋Ｏ₁］／ｘ₁Ｉ₁ となる。ここでｘ₁、ｘ₂、ｘ₃は既知の距離で、Ｏ₁、Ｉ₁などはＰＳＤの外側端 子と内側端子の対応する測定信号である。 代わりに、ａ’、ｂ’およびｃの公称値に物理的パラメータの公称値を用いて 例えば下記のように計算できる。 ｑ＝０ｍｍ．；ｃ＝１；Ｌ＝６ｍｍ．；ｆ＝１３．３４ｍｍ．； ｓ＝１．４ｉｎ（３５．６６ｍｍ．）；Ｒ_P＝５０ＫΩ そして Ｒ_A＝５ＫΩ 距離はインチであらわすのが良いのでｓの値はインチとする。較正定数の定義 は ａ’＝（（ｃｑ／ｆｓ）−（ｃＬＲ_A／ｆｓＲ_P））； ｂ’＝（（ｑ／ｆｓ）＋（Ｌ／ｆｓ）＋（ＬＲ_A／ｆｓＲ_P））； ｃ＝ｃ なので ａ’＝−０．０３２１ ｂ’＝０．３５３４ ｃ＝１ となる。 圧縮効果を考慮に入れることが必要な補正の導入の説明のため、ＰＳＤの内縁 を原点に選び、外側Ｏを正の方向とする。この位置をｙとする。 略号 ｙ＝ＰＳＤの内縁からのスポットの距離 Ｏ＝外側端子からの信号 Ｉ＝内側端子からの信号 Ｒ_i＝光スポットからＰＳＤ内縁までの抵抗 Ｒ_o＝光スポットからＰＳＤ外縁までの抵抗 Ｒ_A＝（単一）入力増幅器のインピーダンス Ｒ_P＝ＰＳＤを横切る抵抗 Ｖ＝光スポットにおける電圧（縁辺は接地されていると仮定する） 上記の解析から明らかな通り、増幅器インピーダンスＲ_Aがゼロでその他のパ ラメータがそれぞれの公称値を持っているときは、方程式（１）から ｙ＝ＬＯ／（Ｉ＋Ｏ） Ｒ_Aがゼロでないとき、正しい計算式を下記の解析により決定する。 光スポットから縁までの抵抗は縁までの距離に正比例し、電流は抵抗に逆比例 する。比抵抗（ミリメートル当たりの抵抗）はＲ_P／Ｌである。光スポットから 入力増幅器までの全抵抗とそれに関連する電流は次式で示される。 Ｒ_i＝Ｖ／Ｉ＝Ｒ_A＋ｙＲ_P／Ｌ Ｒ_o＝Ｖ／Ｏ＝Ｒ_A＋（Ｒ_P／Ｌ）（Ｌ−ｙ） 両増幅器の比抵抗は均一で入力インピーダンスは等しく、これらの式の各項に 関する値は電圧Ｖ（光の強度の従属変数）を除いて既知であると仮定すると、計 算すべき値は距離ｙとなる。ＶはＲ_iのＲ_oに対する比をとれは消去することが出 来る。 Ｒ_i／Ｒ_o＝（Ｖ／Ｉ）／（Ｖ／Ｏ）＝Ｏ／Ｉ （Ｒ_A＋ｙＲ_P／Ｌ）／Ｒ_A＋（Ｒ_P／Ｌ）（Ｌ−ｙ））＝Ｏ／Ｉ （９） したがって、方程式（９）をｙについて解くと、ＰＳＤ感知領域の「圧縮」を 考慮に入れたｙに関する正確で完全な式が次のように得られる。 ｙ＝Ｌ［ＯＲ_P＋（Ｏ−Ｉ）Ｒ_A］／（Ｒ_P（Ｉ＋Ｏ））］ （１０） 本発明の別の配列において、上記に説明した較正定数の計算の間に既知の距離 ｘ₁、ｘ₂、ｘ₃を得る代替装置を図３および図４に示す。その詳細を説明すると 、光学的距離測定システム１００の組立完了後、システム１００を較正機械２０ ０または２０８の固定具２０２の中におく。図３に示すように、目標２０４をレ ール機構２０６上で固定／測定システムから所定距離にある三個の異なる位置に 次々に移動する。図４では代替案として、三個の独立目標２１０（ａ）、（ｂ） および（ｃ）を次々に入射距離光路内に移動させる。２００または２０８のいず れの装置においてもｘ₁、ｘ₂、ｘ₃の精密な値が得られる。 したがって、本発明は、光学的距離測定システムを電子的に較正するための正 確且つ経済的なシステムおよび、所望の較正定数を生成する方法／プロセスの双 方を提供する。本発明は特に、自動焦点カメラシステム、車両衝突判定システム と結合して用いられる光学的搭乗者位置感知システムのような、光学的距離感知 ／測定を採用するいずれのシステムにおいても共に利用するのに適している。 本発明の好適態様に関する前記の説明は図示的な目的のためのものであり、こ こに開示した各種の構造上および運用上の特性は多数の部分的変更を受容するも のであって、それらのいずれもが添付の特許請求に定義する通りの本発明の精神 および範囲を逸脱するものでないことが理解されよう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年９月４日 【補正内容】 請求の範囲 １．特定の距離だけ離れた対象物に距離光ビームを指向させる光伝送器と； 距離光ビームを対象物によって散乱させた後に感知手段上に結像させる手段を 含む受光器であって、前記感知手段が対象物と前記伝送器の間の特定の距離を示 す出力を生成する受光器と； 前記感知手段の出力に応答して対象物と伝送器との間の測定された距離を表す 一つのシステム出力を生成し、複数の較正定数を記憶するメモリを含み、第１、 第２、第３定数を含み、前記第１定数が受光器の増幅器利得率に基づき、前記第 ２定数が前記受光器と伝送器の間の距離の第１組と第１定数とに基づき、前記第 ３定数が前記受光器と伝送器間の距離の第２組に基づき、前記システム出力を生 成するために前記感知手段出力を前記複数の較正定数に結合する処理手段； とを含むことを特徴とする、較正可能な光学的距離測定システム。 ２．前記感知手段が、活性センサー領域上に結像される光ビームに応答して第１ と第２の電流出力を生み出す位置感知検出器を含み、前記第１と第２の出力によ りそれぞれ出力される電流の大きさは活性センサー領域における結像した光ビー ムの位置に依存し、前記処理器はシステム出力を生成するために前記第１と第２ の出力と三角測量の理論を使用し、更に前記複数の較正定数は前記光伝送器と受 光器の間の不整合を補償するために特に発生する所定の値を含むことを特徴とす る、請求項１に記載のシステム。 ３．ｘは前記伝送器から対象物までの距離； Ｌは位置感知検出器の活性センサー領域の長さ； Ｉは第１電流出力からの電流； Ｏは第２電流出力からの電流； ｓは距離光ビームの中心から受光レンズの主点までの垂直距離； ｆは受光レンズの主点と距離光ビームに平行に測定した位置感知検出器の間 の距離； ｑは活性センサー領域の第１の端部から、受光レンズの主点を通り、また距 離光ビームと平行な線が位置感知検出器の平面と交差する点までの距離； であるように定義される一組の物理的設計パラメータを含み、 前記複数の較正定数が、 ａ＝（ｑｃ）／（ｆｓ）、 ｂ＝（ｑ＋Ｌ）／（ｆｓ）、そして ｃ＝（第２電流出力からの増幅器利得）／（第１電流出力からの増幅器利得） ； ただし ｘ＝（ｃＩ＋Ｏ）／（ａＩ＋ｂＯ） のように定義される３つの定数ａ、ｂおよびＣを含む ことを特徴とする、請求項２に記載のシステム。 ４．前記処理手段が、異なる、既知の距離Xにある対象物に対して生成される距 離の測定値を用いることにより、前記システムの製作中に前記較正係数ａ、ｂお よびｃを決定する手段を含むことを特徴とする、請求項３に記載のシステム。 ５．前記複数の距離の測定値が、対応する読みＩ₁とＯ、Ｉ₂とＯ₂およびＩ₃とＯ₃ を生成する３つの異なる測定値ｘ₁、ｘ₂およびｘ₃を含み、前記較正定数が： ｃ＝［−ｘ₁Ｉ₁Ｏ₂ｘ₃Ｏ₃−ｘ₁Ｏ₁ｘ₂Ｉ₂Ｏ₃−Ｏ₁ｘ₂Ｏ₂ｘ₃Ｉ₃＋ｘ₁Ｉ₁ｘ₂Ｏ₂ Ｏ₃＋ｘ₁Ｏ₁Ｏ₂ｘ₃Ｌ₃＋Ｏ₁ｘ₂Ｉ₂ｘ₃Ｏ₃］／［−ｘ₁Ｉ₁ｘ₂Ｏ₂Ｉ₃−ｘ₁Ｏ₁Ｌ₂ ｘ₃Ｌ₃−Ｉ₁ｘ₂Ｉ₂ｘ₃Ｏ₃＋ｘ₁Ｉ₁Ｉ₂ｘ₃Ｏ₃＋ｘ₁Ｏ₁ｘ₂Ｉ₂Ｉ₃＋Ｉ₁ｘ₂Ｏ₂ｘ₃ Ｉ₃］； ｂ＝［（−Ｉ₁ｘ₂Ｉ₂＋ｘ₁Ｉ₁Ｉ₂）ｃ＋（−Ｏ₁ｘ₂Ｉ₂＋ｘ₁Ｉ₁Ｏ₂）］／［（ ｘ₁Ｉ₁ｘ₂Ｏ₂−ｘ₁Ｏ₁ｘ₂Ｉ₂）］と； ａ＝［−ｘ₁Ｏ₁ｂ＋Ｉ₁ｃ＋Ｏ₁］／ｘ₁Ｉ₁ により決定されることを特徴とする、請求項４に記載のシステム。 ６．前記較正定数ａ、ｂおよびｃが、所定の値ｑ、Ｌ、ｆ、ｓおよび増幅器利得 を用いて生成されることを特徴とする、請求項３に記載のシステム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．特定の距離だけ離れた対象物に距離光ビームを指向させる光伝送器と； 距離光ビームを対象物によって散乱させた後に感知手段上に結像させる手段 を含む受光器であって、前記感知手段が対象物と前記伝送器の間の特定の距離を 示す出力を生成する受光器と； 前記感知手段の出力に応答して対象物と伝送器との間の測定された距離を表 すシステム出力を生成し、複数の較正定数を記憶するメモリを含み、前記システ ム出力を生成するために前記感知手段出力を前記複数の較正定数に結合する処理 手段； とを含むことを特徴とする、較正可能な光学的距離測定システム。 ２．前記感知手段が、活性センサー領域上に結像される光ビームに応答して第１ と第２の電流出力を生み出す位置感知検出器を含み、前記第１と第２の出力によ りそれぞれ出力される電流の大きさは活性センサー領域における結像した光ビー ムの位置に依存し、前記処理器はシステム出力を生成するために前記第１と第２ の出力と三角測量の理論を使用し、更に前記複数の較正定数は前記光伝送器と受 光器の間の不整合を補償するために特に発生する所定の値を含むことを特徴とす る、請求項１に記載のシステム。 ３．ｘは前記伝送器から対象物までの距離； Ｌは位置感知検出器の活性センサー領域の長さ； Ｉは第１電流出力からの電流； Ｏは第２電流出力からの電流； ｓは距離光ビームの中心から受光レンズの主点までの垂直距離； ｆは受光レンズの主点と距離光ビームに平行に測定した位置感知検出器の間 の距離； ｑは活性センサー領域の第１の端部から、受光レンズの主点を通り、また距 離光ビームと平行な線が位置感知検出器の平面と交差する点までの距離； であるように定義される一組の物理的設計パラメータを含み、 前記複数の較正定数が、 ａ＝（ｑｃ）／（ｆｓ）、 ｂ＝（ｑ＋Ｌ）／（ｆｓ）、そして ｃ＝（第２電流出力からの増幅器利得）／（第１電流出力からの増幅器利得） ； ただし ｘ＝（ｃＩ＋Ｏ）／（ａＩ＋ｂＯ） のように定義される３つの定数ａ、ｂおよびｃを含む ことを特徴とする、請求項２に記載のシステム。 ４．前記処理手段が、異なる、既知の距離ｘにある対象物に対して生成される距 離の測定値を用いることにより、該システムの製作中に前記較正定数ａ、ｂおよ びｃを決定する手段を含むことを特徴とする、請求項３に記載のシステム。 ５．前記複数の距離の測定値が、対応する読みＩ₁とＯ、Ｉ₂とＯ₂およびＩ₃とＯ₃ を生成する３つの異なる測定値ｘ₁、ｘ₂およびｘ₃を含み、前記較正定数が： ｃ＝［−ｘ₁Ｉ₁Ｏ₂ｘ₃Ｏ₃−ｘ₁Ｏ₁ｘ₂Ｉ₂Ｏ₃−Ｏ₁ｘ₂Ｏ₂ｘ₃Ｉ₃＋ｘ₁Ｉ₁ｘ₂Ｏ₂ Ｏ₃＋ｘ₁Ｏ₁Ｏ₂ｘ₃Ｌ₃＋Ｏ₁ｘ₂Ｉ₂ｘ₃Ｏ₃］／［−ｘ₁Ｉ₁ｘ₂Ｏ₂Ｉ₃−ｘ_lＯ₁Ｌ₂ ｘ₃Ｌ₃−Ｉ₁ｘ₂Ｉ₂ｘ₃Ｏ₃＋ｘ₁Ｉ₁Ｉ₂ｘ₃Ｏ₃＋ｘ₁Ｏ₁ｘ₂Ｉ₂Ｉ₃＋Ｉ₁ｘ₂Ｏ₂ｘ₃ Ｉ₃］； ｂ＝［（−Ｉ₃ｘ₂Ｉ₂＋ｘ₁Ｉ₁Ｉ₂）ｃ＋（−Ｏ₁ｘ₂Ｉ₂＋ｘ₁Ｉ₁Ｏ₂）］／［（ ｘ₁Ｉ₁ｘ₂Ｏ₂−ｘ₁Ｏ₁ｘ₂Ｉ₂）］と； ａ＝［−ｘ₁Ｏ₁ｂ＋Ｉ₁ｃ＋Ｏ₁］／ｘ₁Ｉ₁により決定されることを特徴とする 、請求項４に記載のシステム。 ６．前記較正定数ａ、ｂおよびｃが、所定の値ｑ、Ｌ、ｆ、ｓおよび増幅器利得 を用いて生成されることを特徴とする、請求項３に記載のシステム。 ７．前記複数の較正定数が、システムの物理的および回路構成要素パラメータの 変動を補償するために特に生成される所定の値を含む、請求項１に記載のシステ ム。 ８．前記複数の較正定数が第１、第２および第３定数を含み、前記第１定数は受 光器の増幅器利得率に基づき、前記第２定数は第１定数および、前記受光器と伝 送器の間の距離の第１の組に基づき、また前記第３定数は前記受光器と伝送器の 間の距離の第２の組に基づく、請求項７に記載のシステム。 ９．前記システムが、対象物に向けて光学的距離光ビームを放射し、対象物によ って反射または散乱させられる光を測定し、その測定値を複数の電子的に記憶さ れた較正定数と組み合わせることによって対象物とシステムの間の距離を決定す る方法を有し、 前記方法が、 前記光学的距離測定システムを較正装置の上に位置決めするステップと； 少なくとも一つの目標対象物を、前記システムの距離光ビームの経路上の、 前記システムから複数の既知の距離に移動するステップと； 光学的距離測定システムを、目標対象物までの複数の既知の距離を測定する ために活性化するステップと； 前記複数の既知の距離の測定値に基づいて複数の較正定数を生成するステッ プと； 生成した複数の較正定数を前記光学距離測定システムの中に置かれたメモリ ーに記憶するステップと； で構成される光学的距離測定システムを較正する方法。 １０．較正装置が前記少なくとも一つの目標対象物の動きを制御するためのレー ル機構を含み、前記移動のステップがさらに、前記少なくとも一つの目標対象物 を前記レール機構に沿って順序を追ってスライドさせ、前記少なくとも一つの目 標対象物を複数の既知の距離に位置させるステップを含む、請求項９に記載の方 法。 １１．較正装置が、一つの異なる目標対象物を距離光ビームの経路上で複数の既 知の距離の各々に移動するための制御方法を含み、また前記移動のステップがさ らに、前記制御方法を順序を追って活性化させて各々の目標対象物の特定の一つ を距離光ビームの経路上で移動させるステップを含む、請求項９に記載の方法。