WO2008047640A1 - Dispositif de détection d'informations spatiales - Google Patents

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Minoru Kumahara
Yusuke Hashimoto
Shinji Sakamoto
Yuji Takada
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Definitions

  • the present invention uses intensity-modulated light and projects the distance to the object based on the relationship between the intensity-modulated light and the reflected light of the intensity-modulated light reflected from the object existing in the target space.
  • the present invention relates to a spatial information detection device that detects spatial information such as the reflectance of objects and objects.
  • Japanese Patent Application Publication No. 2004-45304 discloses a technique for measuring the distance to an object existing in a target space using intensity-modulated light. If the waveform of the intensity-modulated light to be projected is a sine wave, the waveform of the reflected light reflected by the object is also a sine wave, so the phase difference between the two changes depending on the distance to the object. For this reason, the force S can be measured by measuring the distance to the object in the target space to be projected by obtaining the phase difference between the projected intensity-modulated light and the reflected light.
  • the phase difference between light projection and reception of intensity-modulated light can be known from the correspondence between the position of the phase section and the light-receiving intensity by measuring the light-receiving intensity corresponding to a plurality of phase sections of the intensity-modulated light.
  • the light intensity at time t is expressed as I (t)
  • the received light intensity Ir from the target space is the light depending on the distance to the object and the reflectance at the object.
  • the characteristics of the light-emitting element or the light-receiving element or the characteristics of the circuit that generates a signal related to the light-emitting element or the light-receiving element may change due to environmental fluctuations such as ambient temperature and humidity. Even if the device is operated after performing the measurement, the error included in the detection result may be expanded due to environmental changes.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to use intensity-modulated light that enables accurate measurement with reduced detection error due to the influence of changes in the surrounding environment. It is to provide a spatial information detection device.
  • a spatial information detection device is a light emitting element that emits intensity-modulated light into a target space.
  • a light receiving element 200 that receives the intensity-modulated light reflected from an object in the target space, and an intensity-modulated light received by the light receiving element in each of a plurality of phase sections P0, Pl, P2, and P3. Based on a plurality of individual received light intensity changes, the relationship between the intensity-modulated light emitted from the light-emitting element and the intensity-modulated light received by the light-receiving element is obtained, and spatial information in the target space is output.
  • An information output circuit 300 is provided.
  • the spatial information detection device receives the light emission timing signal and the light emission signal generation circuit 10 that generates a light emission timing signal that determines the light emission timing of the light emitting element in order to generate intensity-modulated light from the light emitting element.
  • a light emitting element driving circuit 30 for outputting a light emitting element driving signal for generating the light emitting element.
  • this device outputs a plurality of light receiving element drive signals whose phases are shifted from each other to the light receiving element in order to operate the light receiving element and perform the light receiving operation in each phase section.
  • a drive circuit 40 and a detection signal generation circuit 20 for providing a detection timing signal for determining the timing for generating the light receiving element driving signal to the light receiving element driving circuit are provided.
  • a feature of the spatial information detection device of the present invention is that the periodic fluctuation E2 accompanying the output of the light emitting element driving circuit is compared with the periodic fluctuation Dl; D2 determined by the detection timing signal,
  • the timing synchronization circuits 70; 70 A and 70 B for correcting at least one of the detection timing signal and the light emission timing signal are provided so that the phase difference from the fluctuation becomes a constant value. For this reason, the phase of the intensity-modulated light emitted from the light-emitting element can be tuned to the timing of receiving the intensity-modulated light at the light-receiving element. Even if there is a change in the response, the operation timings of the two can be matched, and the influence of environmental fluctuations can be eliminated and an accurate detection result can be given.
  • the timing synchronization circuit described above has the light emitting element driving circuit as a periodic fluctuation determined by the detection timing signal, with the periodic fluctuation of the light receiving element driving signal D2 output from the light receiving element driving circuit 40 as the periodic fluctuation. It is configured to be compared with the light emitting element drive signal E2 output from the power S preferred.
  • the timing synchronization circuit 70 is configured to correct the light emission timing signal and input the corrected light emission timing signal to the light emitting element driving circuit.
  • the phase of the intensity-modulated light emitted from the light-emitting element is adjusted in accordance with the timing at which the light-receiving element receives the intensity-modulated light, so that the operation timing on the light-emitting element and the light-receiving element side can be matched. it can.
  • the configuration can be simplified.
  • the timing synchronization circuit 70 is inserted between the light emission signal generation circuit 10 and the light emission element drive circuit 30, and the light emission output from the light emission signal generation circuit.
  • the phase adjustment circuit 76 that shifts the phase of the timing signal El by a variable value and outputs it to the light emitting element driving circuit 30; the period fluctuation output from the light receiving element driving circuit; and the light emitting element driving circuit.
  • the phase comparator 72 is preferably configured to determine the phase shift amount according to the phase difference with the light emitting element drive signal E2.
  • the light receiving element drive circuit 40 is configured to determine the light receiving element drive signals based on the plurality of detection timing signals D1 output from the detection signal generation circuit 20, respectively. It is preferable that a selector 80 for selectively taking out each of the light receiving element drive signals D2 that are shifted from each other is provided. In this case, the timing synchronization circuit 70 is based on the phase difference between each of the light receiving element drive signals D2 extracted from the selector 80 and the period variation E2 accompanying the output of the light emitting element drive circuit 30. The light emission timing signal is corrected. For this reason, the light emission timing signal can be adjusted within one period of the intensity-modulated light based on the light receiving element driving signals that determine the phase sections P0, Pl, P2, and P3, respectively.
  • the information output circuit 300 described above integrates the received light intensity in each phase interval corresponding to each light receiving element drive signal a plurality of times, and based on the integrated value in each phase interval, Preferably, it is configured to obtain the spatial information.
  • the information output circuit is configured to extract the light reception intensity in each phase section from the light receiving element in synchronization with each light receiving element drive signal extracted from the selector.
  • the detection timing signal D1 is inserted between the detection signal generation circuit 20 and the light receiving element drive circuit 40 and phase-shifted by a variable value.
  • the phase difference between the auxiliary phase adjustment circuit 90 to be output to the light receiving element driving circuit 40 and the detection timing signal D1 and the period variation D2 output from the light receiving element driving circuit 40 is detected and detected.
  • An auxiliary phase comparator 92 that outputs an output corresponding to the phase difference to the auxiliary phase adjusting circuit 90 can be provided.
  • the phase shift amount output from the auxiliary phase adjustment circuit is determined based on the phase difference, and the detection timing signal and the light receiving element output from the light receiving element driving circuit are determined.
  • element The phase difference from the drive signal can be maintained at a predetermined value. As a result, the phase difference between the light receiving element drive signal and the light receiving element drive signal can be held at a constant value, and the detection accuracy of spatial information is improved.
  • the timing synchronization circuit 70; 70A used in the present invention includes a periodic variation E2 accompanying the output of the light emitting element drive circuit 30, and the detection timing signal D1 output from the detection signal generation circuit 20. You may comprise so that it may be comprised so that these may be compared.
  • the timing synchronization circuit 70 is configured to correct the light emission timing signal based on the comparison result, and to input the corrected light emission timing signal Elx to the light emitting element driving circuit 30 described above.
  • the timing synchronization circuit 70A may be configured to correct the detection timing signal based on the comparison result and to input the corrected detection timing signal Dlx to the light receiving element driving circuit 40. it can.
  • the timing synchronization circuit 70A is inserted between the detection signal generation circuit 20 and the light receiving element drive circuit 40, and receives the detection timing signal D1 output from the detection signal generation circuit.
  • a phase adjustment circuit 76A that shifts the phase by a variable value and outputs it to the light receiving element driving circuit, a period variation output from the light emitting element driving circuit, and the detection timing signal output from the detection signal generating circuit
  • the phase comparator 72A is configured to determine the phase shift amount according to the phase difference.
  • the timing of driving the light receiving element is corrected together with the intensity modulated light emitted from the light emitting element, and the light receiving operation of the intensity modulated light in the light receiving element is corrected by the intensity modulated light emitted from the light emitting element.
  • the timing synchronization circuit includes a first timing synchronization circuit inserted between the light emitting signal generating circuit and the light emitting element driving circuit, and between the detection signal generating circuit and the light receiving element driving circuit. And a second timing synchronization circuit inserted in the.
  • the first timing synchronization circuit 70 shifts the phase of the light emission timing signal E1 output from the light emission signal generation circuit 10 by a variable value so that the light emitting element drive circuit 3 According to the phase difference between the first phase adjustment circuit 76 to be output to 0, the period fluctuation E2 output from the light emitting element drive circuit 30 and the detection timing signal D1 output from the detection signal generation circuit 20. And a first phase comparator 72 that determines the amount of phase shift. Similarly, the second timing synchronization circuit 70A second shifts the detection timing signal D1 output from the detection signal generation circuit 20 by a variable value and outputs it to the light receiving element drive circuit 40.
  • phase shift according to the phase difference between the light emission timing signal E1 output from the light emission signal generation circuit 10 and the light receiving element drive signal D2 output from the light receiving element drive circuit 40.
  • a first phase comparator 72A for determining the quantity.
  • a corrected detection timing signal from the timing synchronization circuit in consideration of a delay between input and output generated in the light receiving element driving circuit itself due to the influence of the ambient temperature, It is desirable that the phase difference from the light receiving element drive signal output from the light receiving element drive circuit be a constant value.
  • the spatial information detection device of the present invention is provided with an auxiliary phase adjustment circuit 90A that causes the above-described corrected detection timing signal to be phase-shifted by a variable value and output it to the light receiving element drive circuit.
  • Auxiliary phase comparison that detects the phase difference between the correction timing signal and the light receiving element drive signal D2 output from the light receiving element drive circuit 40 and outputs an output corresponding to the phase difference to the auxiliary phase adjustment circuit.
  • a vessel 92A is provided.
  • the auxiliary phase adjustment circuit 90A determines a phase shift amount based on the detected phase difference, and outputs the detection timing signal Dlx output from the timing synchronization circuit 70A and the light receiving element driving circuit 40.
  • the phase difference with respect to the light receiving element driving signal D2 is maintained at a predetermined value. This makes it possible to correct the timing for driving the light receiving element in accordance with the phase of the intensity modulated light emitted from the light emitting element.
  • a reference light receiving element 110 that receives a part of the intensity-modulated light output from the light emitting element and outputs the corresponding light intensity. Can also be provided.
  • the timing synchronization circuit 70B provided on the light receiving side changes according to the input voltage.
  • An oscillation circuit 78 that outputs a frequency signal as the corrected detection timing signal to the light receiving element driving circuit, a periodic variation E2 accompanying the output of the light emitting element driving circuit, and the detection signal generating circuit 20
  • the phase comparator 72B outputs a voltage corresponding to the phase difference from the detection timing signal D1 to be output to the transmission circuit.
  • the timing to drive the light receiving element is adjusted according to the phase of the intensity-modulated light emitted from the light emitting element by correcting the detection timing signal input to the light receiving element driving circuit using an oscillation circuit. can do.
  • the light receiving element is an element having a capacitive reactance component that operates by being supplied with a direct current from a direct current power source, for example, a CCD image sensor.
  • This capacitive reactance is easily affected by the ambient temperature. Due to this influence, the actual operation in which the light receiving element 200 actually starts a predetermined operation by the light receiving element drive signal D2 generated in the light receiving element drive circuit 40.
  • the time difference between the start time and the scheduled operation start time specified by the detection timing signal D1 input to the light receiving element driving circuit 40 may vary.
  • the present invention proposes a light receiving element driving circuit having a useful configuration for eliminating the fluctuation of this uncertain time difference and enabling more accurate detection of spatial information.
  • the light receiving element drive circuit 40B is connected between the DC power source and the light receiving element, operates in synchronization with the detection timing signal, and supplies the DC current to the light receiving element.
  • the temperature sensor 150 that detects the ambient temperature and the current output to the light receiving element are adjusted according to the temperature output from the temperature sensor so that the rate of change of the current output to the light receiving element becomes a predetermined value.
  • Current controller 160 According to this configuration, the time from when the detection timing signal is received until sufficient current is applied to actually operate the light receiving element is adjusted according to the ambient temperature that causes the above time difference fluctuation.
  • the detection timing signal and the actual operation start time of the light receiving element can be set to a fixed time, and the detection timing signal and the operation start time can be substantially matched.
  • the current controller 160 preferably includes a storage unit 162 that holds the rate of change of the current flowing through the light receiving element in association with the temperature based on the temperature output from the temperature sensor.
  • the current rate of change is read out from, and the current flowing through the light receiving element is controlled so that it matches the read current rate of change. Is done. For this reason, the current output to the light receiving element can be started up in an appropriate time according to changes in the ambient temperature, and the detection timing signal and the actual operation of the light receiving element are related to fluctuations in the ambient temperature. Can be constant.
  • the light receiving element driving circuit 40; 40A receives a current monitoring circuit 60 that detects the rate of change of the current output to the light receiving element and provides a current change output indicating the rate of change, and the current change output.
  • a current controller 66 for adjusting the current output to the light receiving element so that the rate of change of the current output to the light receiving element becomes a predetermined value.
  • the current monitoring circuit 60 includes a differentiation circuit 62 that calculates the instantaneous change rate of the current flowing through the light receiving element, and a peak detection circuit 64 that detects the maximum value of the instantaneous change rate of the current obtained from the differentiation circuit. It is preferable that it is comprised by these.
  • the current controller is configured to control the rate of change of the current flowing through the light receiving element to be a predetermined value based on the maximum value of the instantaneous rate of change output from the peak detection circuit. Is done. With this configuration, the operation time of the light receiving element can be controlled stably.
  • the light receiving element drive circuit 4OA is configured so that the function of controlling the output current to the light receiving element based on the rate of change of the current flowing through the light receiving element 200 is operated only under a predetermined temperature condition. You can also.
  • the light receiving element driving circuit 40A includes the temperature sensor 130 for detecting the ambient temperature, the register 68 for holding the maximum value of the instantaneous change rate detected by the peak detecting circuit 64, and the temperature at predetermined intervals.
  • the temperature table 140 that stores the sensor output and the start circuit that activates the differentiation circuit 62 and the peak detection circuit 64 only when the temperature difference between the current temperature and the temperature before the predetermined time exceeds a predetermined value. With 120. For this reason, in a temperature range that does not adversely affect the operation of the light receiving element, the operation of the differentiation circuit and the peak detection circuit can be stopped to reduce power consumption.
  • the timing synchronization circuit 70 is configured to emit light from a light emission signal generation circuit.
  • a configuration configured to compare the periodic variation of the optical timing signal with the periodic variation determined by the detection timing signal can be used.
  • the timing synchronization circuit includes an oscillation circuit 78 that outputs a signal having a frequency that changes according to the input voltage as a corrected light emission timing signal to the light emitting element driving circuit, and an output from the light receiving element driving circuit.
  • the force S is composed of a phase comparator 72 that outputs a voltage corresponding to the phase difference between the periodic fluctuation and the light emission timing signal output from the light emission signal generation circuit to the transmission circuit.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a spatial information detection device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an internal structure of a phase comparator used in the apparatus.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a driving circuit of a light emitting element used in the apparatus.
  • FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the timing adjustment operation in the apparatus.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a modification of the above apparatus.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a spatial information detection device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a spatial information detection device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a spatial information detection device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a spatial information detection apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a spatial information detection device according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a spatial information detection apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a spatial information detection device according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a spatial information detection device according to a ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a block diagram showing an example of a light receiving element driving circuit used in the apparatus of the present invention.
  • FIG. 15 is a block diagram showing another example of a light receiving element driving circuit used in the apparatus of the present invention.
  • FIG. 16 is a block diagram showing a modified example of the light receiving element driving circuit.
  • FIG. 17 is a block diagram showing a spatial information detection apparatus according to the tenth embodiment of the present invention.
  • This spatial information detection apparatus includes a light emitting element 100 that emits intensity-modulated light to a target space, a light-receiving element 200 that receives intensity-modulated light reflected from an object existing in the target space, and an intensity received by the light-receiving element 200 Based on a plurality of individual changes in received light intensity obtained from the modulated light in a plurality of phase sections, between the intensity modulated light emitted from the light emitting element 100 and the intensity modulated light received by the light receiving element.
  • An information output circuit 300 that obtains a phase relationship and outputs spatial information in the target space.
  • the light emitting element 100 is constituted by an LED, and modulates the light emission intensity at a frequency of 100 Hz to 1 GHz to give sinusoidal intensity modulated light.
  • the light receiving element 200 is composed of a CCD image sensor and receives intensity-modulated light that is reflected by the object force in the target space.
  • the light receiving element 200 is disposed at a position close to the light emitting element 100, and the distance T between the light emitting element 100 and the object T
  • the intensity-modulated light emitted from the light-emitting element 10 is reflected by the surface of the object and received by the light-receiving element 200 along the optical path length twice as long as.
  • the light emitting element 10 is not necessarily limited to the LED, and other strong light sources can be used.
  • the light receiving element 200 is not limited to the CCD image pickup element, and a CMOS image pickup element or a similar light receiving element can be used.
  • the light emitting element 100 and the light receiving element 200 are configured to operate based on the light emission timing signal L1 output from the light emission signal generation circuit 10 and the detection timing signal output from the detection signal generation circuit 20, respectively. Both the light emission signal generation circuit 10 and the detection signal generation circuit 20 operate based on a common clock CLK generated by a timing generation circuit (not shown).
  • the light emission signal generation circuit 10 is connected to the light emitting element drive circuit 30 via a timing synchronization circuit 70 to be described later, and the light emission timing signal E1 is corrected to the correction timing signal Elx by the timing synchronization circuit 70 before being driven to emit light. Sent to circuit 30.
  • the light emission drive circuit 30 creates a light emission drive signal E2 based on the correction timing signal Llx, and drives the light emitting element 100 by this light emission drive signal E2 to generate intensity modulated light.
  • the light emission drive circuit 30 includes a FET 32 and a resistor 33 connected in series with the light emitting element 100 between a DC power source 31 and a ground, and a rectangular wave correction timing signal Elx. Turn FET32 on and off at the above frequency.
  • the light emitting element is turned on at the rising edge of the corrected light emission timing signal Elx, and the light emitting element is turned off at the falling edge.
  • the intensity of the light emitted from the light emitting element 100 changes in a sine wave shape as shown in FIG. 4, and intensity modulated light IMR whose intensity is modulated in a sine wave shape is generated. Details of the timing synchronization circuit 70 will be described later.
  • the detection signal generation circuit 20 is connected to the light receiving element driving circuit 40.
  • the light receiving element driving circuit 40 generates a light receiving element drive signal D2 based on the detection timing signal, and sets the light receiving element 200 to a predetermined value. Operate at a frequency of.
  • the CCD image sensor which is the light receiving element 200, has a capacitive reactance component, and is proportional to the intensity of intensity-modulated light reflected from the object when charged to a predetermined level by the light receiving element drive signal D2. By charging and discharging during one period of intensity-modulated light, as shown in Fig. 4, multiple phase sections P0, Pl, P2, and P3 are set during this period. .
  • the charge accumulated in each phase interval, that is, the received light intensity, is read out by the information output circuit 300, where the waveform of the received intensity-modulated light is determined, and based on this waveform, from the light emitting element 100
  • the phase difference ⁇ between the emitted intensity-modulated light and the intensity-modulated light received by the light receiving element 200 is obtained, and the distance force to the object that reflects the intensity-modulated light is calculated.
  • phase sections P0, Pl, P2, and P3 determined by the light receiving element driving signal D2 are respectively the phase force of the intensity-modulated light IMR emitted from the light emitting element 100 to 90 degrees, 90 to 80 degrees, and 180 to It is set to 270 degrees and 270-3 60 degrees.
  • Intensity-modulated light IMR is projected into the target space, and the light RFR reflected from the object in the target space is received by the light receiving element 200, and the amount of light received in each phase section is AO, Al, A2, A3, respectively.
  • the following relationship is established between the phase difference ⁇ and the received light amounts AO, Al, A2, A3.
  • the light receiving element is accurately synchronized with the waveform of the intensity-modulated light IMR. In this case, it is necessary to obtain the intensity of received light.
  • the intensity-modulated light output from the light-emitting element 100 is always the light emission timing signal E1 depending on the ambient temperature. Therefore, it is important to correct the light emission timing signal E1 based on the actual waveform of the intensity modulated light and the light receiving element drive signal D2.
  • the phase of the light-emitting element drive signal E2 defined by the current flowing through the light-emitting element 100 is delayed compared to the light-emission timing signal E1, and as shown by the dotted line in FIG.
  • the modulated light IMR is delayed compared to the light emission timing signal E1.
  • the timing synchronization circuit 70 is provided between the light emission signal generation circuit 10 and the light emission element drive circuit 30, and the phase difference between the light emission element drive signal E2 and the detection drive signal D2 is zero to zero.
  • the phase of the light emission timing signal E1 is corrected so as to be a constant value, and the light emitting element drive signal E2 is created based on the corrected light emission timing signal Elx.
  • the light emitting element 100 emits intensity modulated light IMR synchronized with the phase of the light receiving drive signal D2, as shown by the solid line in FIG.
  • each phase interval P0, Pl, P2, P3 determined by the light receiving element drive signal D2 can be accurately synchronized with the intensity modulated light IMR emitted from the light emitting element 100, and the influence of the ambient temperature
  • the accurate phase difference ⁇ between the intensity-modulated light IMR radiated from the light receiving element 100 and the reflected light RFR received by the light receiving element 200 is obtained, and based on this, the exact object is accurately detected. A simple distance can be calculated.
  • the timing synchronization circuit 70 includes a phase comparator 72 that detects the phase difference between the light-emitting element drive signal E2 and the light-receiving element drive signal D2, and a level output from the phase comparator 72. And a phase adjustment circuit 76 that determines the phase shift amount of the light emission timing signal E according to the phase difference.
  • the phase adjustment circuit 76 includes a waveform shaping circuit 73 that shapes the light emitting element drive signal E2 and the light receiving element drive signal D2 into a rectangular wave, and a comparator 74 that compares the signals after waveform shaping. And an integrator 75 that integrates the output of the comparator 74 to give a phase shift amount corresponding to the phase difference between the two drive signals.
  • the light receiving element driving circuit 40 includes an output switch 50 that is turned on and off according to the detection timing signal D1 to supply current from the direct current power supply 210 to the light receiving element 200, and is defined by the detection timing signal D1.
  • the current required for the light receiving element 200 from the DC power supply 210 is operated so that the light receiving element 200 can be operated at the timing, that is, the light receiving element 200 can be operated so that the light intensity of the reflected light can be detected. Is configured to supply.
  • the light receiving element 200 since the light receiving element 200 has capacitive reactance, when the ambient temperature fluctuates greatly, the current applied to the light receiving element 200, that is, the current change rate of the light receiving element drive signal D2 changes, and the detection timing signal D1 As a result, the timing at which the light receiving element 200 becomes operable may deviate. For example, when the ambient temperature greatly decreases, the rise of the light receiving element drive signal D2, that is, the drive current becomes gentle, and the light receiving element 200 may operate with a delay from the detection timing signal D1.
  • the light receiving element driving circuit 40 in the present embodiment monitors the current change rate indicated by the light receiving drive signal D2, and the output of the current monitoring circuit 60.
  • the change rate of the output current supplied from the DC power supply 210 to the light receiving element 200 via the output switch 50 that is, the rise time until the current value at which the light receiving element 200 actually operates, the operation of the light receiving element 200 It has a current controller 66 that adjusts the fall time until it stops.
  • the output switch 50 includes an n-type MOSFET 51 and a p-type MOSFET 52 connected in series between the DC power supply 210 and the ground, and the light receiving element 200 is connected between the connection point of both FETs and the ground.
  • detection timing signal D1 When detection timing signal D1 is input to the gates of both FETs and detection timing signal D1 is on, FET 51 is turned on, current is supplied from DC power supply 210 to light receiving element 200, charging light receiving element 200, and detection timing When the signal D1 is off, the FET 52 is turned on and the light receiving element 200 is discharged.
  • a resistor 53 that limits the amount of current output to the light receiving element 200 is inserted between the direct current power supply 210 and the FET 51, and the discharge current from the light receiving element is limited between the FET 52 and the ground. Resistor 54 is inserted.
  • the current monitoring circuit 60 includes a light receiving element drive signal D2, that is, a differentiation circuit 62 that detects the instantaneous change rate of the current flowing through the light receiving element 200, and a peak detection circuit 64 that detects the maximum value of the instantaneous change rate. Is done.
  • the current controller 66 controls the resistors 53 and 54 so that the rate of change of the current flowing through the light receiving element 200 becomes a predetermined value based on the maximum rate of change of the current output from the peak detection circuit 64. To do. As a result, the time from when the detection timing signal D1 is received until the light receiving element 200 operates and the time until the light receiving element 200 stops operating can be made constant without being affected by the ambient temperature. And the accuracy of detecting spatial information can be improved.
  • MOSFETs are used as the above-described resistors 53 and 54, and the on-resistance of each MOSFET can be continuously adjusted by changing the gate voltage of each MOSFET by the output of the current controller 66.
  • FIG. 5 shows a modification of the above embodiment, in which a plurality of light receiving element drive signals D 2 are selectively input to the phase comparator 72 of the timing synchronization circuit 70 via the selector 80. Except for the above, the configuration and function are the same as the above embodiment. For this reason, the same elements are denoted by the same reference numbers, and duplicate descriptions are withheld.
  • the light receiving element driving signal D2 is generated based on the four detection timing signals D1 to determine the phase sections P0, Pl, P2, and P3 of the intensity modulated light. Selects one of these four light receiving element drive signals D2 and inputs it to the phase comparator 72 to synchronize the light receiving element drive signal D2 and the light emitting element drive signal E2. For example, in one cycle of intensity-modulated light, the first light receiving element drive signal D2 that defines the first phase interval P0 is selected, and in the next one period, the second light receiving element drive signal D2 is selected. Thus, the timing adjustment over a plurality of cycles can be performed by changing the light receiving element drive signal D2 selected for each cycle. Also, since actual spatial information is calculated over many cycles, the selector 80 may select one of the four light receiving element drive signals D2 at random! / ,.
  • FIG. 6 shows a spatial information detection device according to the second embodiment of the present invention, which is basically the same in configuration and function as the first embodiment, but includes a detection signal generation circuit 20 and a light receiving element drive.
  • An auxiliary phase adjusting circuit 90 is inserted between the circuit 40 and the phases of the detection timing signal D1 and the light receiving element driving signal D2 are synchronized.
  • a selector 80 having the same function as described above is used. Use the same reference numbers for the same elements and refrain from duplicate descriptions.
  • an auxiliary phase comparator 92 that compares the phases of the light receiving element drive signal D2 and the detection timing signal D1 is provided, and the auxiliary phase adjustment circuit 90 performs correction detection based on the detected phase difference.
  • the detection timing signal D1 and the light receiving element drive signal D2 are synchronized to receive the light receiving element.
  • the detection timing signal Dl synchronized with the slave drive signal D2 is input to the timing synchronization circuit 70 via the selector 80.
  • the light emitting element drive signal E2 is synchronized with the detection timing signal D1, that is, the light receiving element drive signal D2, and the phase difference between the intensity-modulated light emitted from the light emitting element 100 and the light receiving element drive signal D2 is zero or predetermined. Keep the value of.
  • FIG. 7 shows a spatial information detection apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • the force and timing adjustment circuit 70A having the same configuration and function as those of the first embodiment are connected to the light receiving element 200.
  • positioned at the drive path side is shown. Use the same reference numbers for the same elements and refrain from duplicate descriptions.
  • the timing synchronization circuit 70A is inserted between the detection signal generation circuit 20 and the light receiving element driving circuit 40, compares the phases of the detection timing signal D1 and the light emitting element driving signal E2, and detects the detected phase difference. In response to this, by inputting the corrected detection timing signal D1 X obtained by correcting the detection timing signal D1 to the light receiving element driving circuit 40, the phase of each light receiving element driving signal D2 is changed to the light emitting element driving signal E2, that is, the light emitting element. Synchronize with the phase of intensity-modulated light emitted from 100.
  • the timing synchronization circuit 70A is configured similarly to the first embodiment shown in FIGS.
  • the intensity of the reflected light from the object received by the light receiving element 200 is obtained in each phase interval that exactly matches the phase of the intensity-modulated light, and accurate spatial information is detected.
  • a selector 80A similar to that in the embodiment of FIG. 5 is used, and one of the four detection timing signals D1 is selected for each period of the intensity-modulated light and supplied to the timing synchronization circuit 70A.
  • the timing synchronization circuit 70A detects the phase difference between the light emitting element drive signal D2 output from the light emitting element drive circuit 40 and the detection timing signal D1 output from the detection signal generation circuit. It includes a phase comparator 72A that provides a corresponding phase shift amount and a phase adjustment circuit 76A that outputs a corrected detection timing signal Dlx obtained by shifting the detection timing signal D1 by this phase shift amount.
  • FIG. 8 shows a spatial information detection apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the force S is the same in configuration and function as the third embodiment, and the intensity change radiated from the light emitting element 100 is changed.
  • a configuration is shown in which a reference light receiving element 110 that directly receives light control is provided, and this output is input to the timing synchronization circuit 70A as a period variation accompanying the output from the light emission drive circuit 30.
  • the same elements are indicated by the same reference numbers, and duplicate descriptions are withheld.
  • the reference light receiving element 110 is disposed in the vicinity of the light emitting element 100, directly receives the intensity-modulated light emitted from the light emitting element 100, and outputs a signal having the same phase to the timing synchronization circuit 70A. Therefore, a part of the CCD image pickup device (light receiving unit) used as the light receiving element 200 is used and arranged toward the light emitting element 100 side.
  • FIG. 9 shows a spatial information detection apparatus according to the fifth embodiment of the present invention, which is basically the same in configuration and function as the third embodiment, but is the same as the second embodiment shown in FIG.
  • a similar auxiliary phase adjustment circuit 90A and auxiliary phase comparator 92A are used to match the phases of the detection timing signal D1 and the light receiving element drive signal D2.
  • the same elements are indicated by the same reference numbers V and duplicate descriptions are withheld.
  • the auxiliary phase comparator 92A compares the phases of the correction detection timing signal Dlx output from the timing synchronization circuit 70A and the light receiving element drive signal D2, and the auxiliary phase adjustment circuit 90 detects the detected phase difference. Based on the above, the correction timing signal Dly further corrected from the correction detection timing signal Dlx is output to the light receiving element drive circuit 40, so that the phase of the light receiving element drive signal D2 is changed to the correction detection timing signal Dlx phase, that is, The phase of the intensity-modulated light from the synchronized light emitting element 100 can be matched. As a result, the received light intensity can be obtained based on the phase section that exactly matches the phase of the intensity-modulated light from the light emitting element 100, and the detection accuracy of the spatial information can be improved.
  • FIG. 10 shows a spatial information detection apparatus according to the sixth embodiment of the present invention.
  • the force S having the same configuration and function as those of the third embodiment is used, and the timing synchronization circuit 70A drives the light receiving element.
  • the detection timing signal D1 is corrected by detecting the phase difference between the signal D2 and the light emission drive signal E2. Identical elements are indicated with similar reference numbers and duplicate descriptions are withheld.
  • the light receiving element drive signal D2 output from the light receiving element drive circuit 40 is sent via the selector 80A. Is input to the timing synchronization circuit 70A, where the phase difference from the light emitting element drive signal E2 is obtained, and the timing synchronization circuit 70A corrects the detection timing signal D1 based on this phase difference, and the corrected detection timing signal Dlx is Input to the light receiving element driving circuit 40.
  • the light receiving element driving circuit 40 generates a light receiving drive signal D2 synchronized with the phase of the intensity modulated light from the light emitting element 100, and operates the light receiving element 200 in synchronization with the light emitting element 100 accurately.
  • FIG. 11 shows a spatial information detection apparatus according to the seventh embodiment of the present invention.
  • the first timing synchronization circuit 70, 2 shows a configuration in which a second timing synchronization circuit 70A is provided.
  • the configuration of the timing synchronization circuit and other components are the same as those in the first and sixth embodiments. Identical elements are indicated with the same reference numbers and are not duplicated.
  • the first timing synchronization circuit 70 is inserted between the light emitting signal generation circuit 10 and the light emitting element driving circuit 30, and compares the phases of the light emitting element driving signal E2 and the detection timing signal D1.
  • the comparator 72 and a first phase adjustment circuit 76 that outputs a corrected light emission timing signal Elx obtained by correcting the light emission timing signal E1 based on the detected phase difference to the light emitting element driving circuit 30.
  • a selector 80 is provided between the first phase comparator 72 and the detection signal generation circuit 10, and a plurality of detection timing signals D1 are sequentially supplied to the first phase comparator as in the embodiment shown in FIG. Is output to 72.
  • the second timing synchronization circuit 70A is inserted between the detection signal generation circuit 20 and the light receiving element drive circuit 40, and detects the phase difference between the light emission timing signal E1 and the light receiving element drive signal D2.
  • the phase comparator 72A and a second phase adjustment circuit 76A that outputs a corrected light emission timing signal Dlx obtained by correcting the detection timing signal D1 based on the detected phase difference to the light receiving element driving circuit 40.
  • the same selector 80A as in the embodiment of FIG. 5 is used, and one of the four light receiving element driving signals D2 is selected for each period of the intensity-modulated light, and the second phase comparator 72A is selected. To enter.
  • two timing synchronization circuits 70 and 70A are used, and the phases of the light emission timing signal E1 and the detection timing signal D1 are respectively corrected in directions approaching each other.
  • the light receiving element 200 can be operated in synchronization with the phase of the intensity-modulated light emitted from the light emitting element 100, and the detection accuracy of spatial information can be improved.
  • FIG. 12 shows a spatial information detecting apparatus according to the eighth embodiment of the present invention. Except for the internal configuration of the timing synchronization circuit 70B and the configuration related thereto, the sixth embodiment and the configuration shown in FIG. And the function is the same. Identical elements are indicated with similar reference numbers and duplicate descriptions are withheld.
  • This timing adjustment circuit 70B includes an oscillation circuit 78 that generates signals having different frequencies according to the input voltage, and a phase comparator 72B that detects a phase difference between the detection timing signal D1 and the light emitting element drive signal E2. Prepare. The detected phase difference is sent to the oscillation circuit 78 as a voltage signal, and the oscillation circuit 78 outputs a signal having a different frequency due to this phase difference to the light receiving element driving circuit 40 as a detection timing signal Dlx corrected. As a result, a light receiving element drive signal D2 synchronized with the phase of the intensity-modulated light emitted from the light emitting element 100 is obtained, and the operations of the light emitting element 100 and the light receiving element 200 can be synchronized.
  • FIG. 13 shows a spatial information detecting apparatus according to the ninth embodiment of the present invention, which is basically the same as the embodiment of FIG. 12 except that the light emitting element timing signal is formed by the output of the timing synchronization circuit 70B.
  • the timing synchronization circuit 70B includes a phase comparison circuit 72B and an oscillation circuit 78.
  • the phase comparator 72B compares the detection timing signal D1 from the detection signal generation circuit 20 with the light emitting element driving signal E2 output from the light emitting element driving circuit 30, and supplies a voltage corresponding to the phase difference between the two to the oscillation circuit 78. Output.
  • the oscillation circuit 78 constitutes a light emission signal generation circuit, and is configured to generate a light emission timing signal E1 output to the light emitting element drive circuit 30, and according to the output voltage of the phase comparator 72B.
  • the light emission timing signal E 1 is adjusted so that the phase difference between the detection timing signal D1 detected by the phase comparator 72B and the light emitting element drive signal E2 is constant. Determine the frequency.
  • the detection timing signal D1 is a select signal similar to that in the embodiment of FIG.
  • the data is sent to the phase comparator 72B via the data 80.
  • FIG. 14 shows an example of a light receiving element driving circuit that can be used in each of the above embodiments.
  • the basic operation is the same as that of the light receiving element driving circuit 40 in the embodiment shown in FIG.
  • the same elements are indicated by the same reference numbers, and duplicate descriptions are withheld.
  • This light receiving element driving circuit 40A includes a differentiating circuit 62 for determining the instantaneous change rate of the light receiving element driving current D2 flowing through the light receiving element 200, and a peak detection circuit for detecting the maximum value of the instantaneous change rate obtained by the differentiating circuit 62 And a current monitoring circuit 60 having 64.
  • the maximum value of the current change rate detected by the peak detection circuit 64 is held in the register 68 as the latest value.
  • the current controller 66 outputs from the DC power supply 210 by controlling the FETs 53 and 54 acting as resistors based on the maximum value of the current change rate read from the register 68.
  • the charging current flowing to the light receiving element 200 via the switch 50 and the rate of change of the discharge current flowing from the light receiving element 200 to the ground via the output switch 50 are maintained at predetermined values.
  • the rise and fall times of the charging current and discharge current flowing through the light receiving element 200 according to the detection timing signal D1 are constant, and the light receiving element 200 is operated without being affected by the ambient temperature. Accurate spatial information can be detected.
  • the light receiving element driving circuit 40A further includes a temperature sensor 130 for detecting the ambient temperature, a temperature table 140 for storing the detected temperatures at predetermined time intervals, and an activation circuit 120 connected thereto.
  • the start-up circuit 120 compares the current temperature with the temperature before a predetermined time, and operates the differentiation circuit 62 and the peak detection circuit 64 only when the temperature difference exceeds a predetermined value. Stop the circuit.
  • the current controller 66 controls the current flowing through the light receiving element 200 based on the latest value read from the register. Therefore, in the temperature range where the operation of the light receiving element 200 is not adversely affected, the operation of the differentiation circuit and the peak detection circuit is stopped to reduce the power consumption.
  • FIG. 15 further shows an example of a light receiving element driving circuit that can be used in each of the above-described embodiments, and is based on the ambient temperature in order to eliminate fluctuations in the operation response of the light receiving element 200 due to the influence of the ambient temperature. Thus, it is configured to correct the rate of change of the light receiving element driving current D2.
  • the optical element driving circuit 40B includes a temperature sensor 150 that detects the ambient temperature, and a storage unit 162 that holds control parameters determined in advance for the detected temperature.
  • the current controller 160 reads the control parameter corresponding to the detected temperature from the storage means 162, applies the voltage specified by the control parameter to the gate of the FET5354 acting as a resistor, and turns on the ON resistance of each FET.
  • the current change rate of the charging current flowing from the DC power source 210 to the light receiving element 200 via the output switch 50 and the discharge current flowing from the light receiving element 210 to the ground via the output switch 50 are made constant.
  • the rise time and fall time of the current flowing through the light receiving element 200 are maintained at predetermined values, and a stable operation of the light receiving element 200 is obtained without being affected by the ambient temperature.
  • FIG. 16 shows an example of current control applicable to the light receiving element driving circuit.
  • multiple DC power supplies 210A 210B 210C are used to supply light receiving element 200 current from any combination of DC power supplies, and each output switch 50A 50B 50C is connected between each DC power supply and ground. Is purchased.
  • Each output switch has the same configuration as that of the embodiment of FIG. 1, and the light receiving element 200 is connected between the connection point between the FETs 51A 52A; 51B 52B; 51C 52C connected in series and the ground.
  • the FET gates that make up each output switch are connected to each other and the detection timing signal D1 is applied at the same time. Based on this detection timing signal D1, it is turned on and off as in the embodiment of FIG.
  • the light receiving element 200 is charged and discharged.
  • Each output switch 50A 50B 50C is connected in series with a charge current control FET 53A 53B 53C and a discharge current control FET 54A 54B 54C, which serve as resistors, and the current controller 160 can charge any combination.
  • a current flows through the light receiving element 200 at a predetermined rate of change.
  • the current controller 160 outputs an analog voltage that defines an amount of current corresponding to a predetermined current change rate to the A / D converter 164, where the power to turn on any combination of charging current control F ET53A 53B 53C, Similarly, a digital signal is generated that determines which combination of discharge current control FETs 54A 54B 54C is to be turned on. When this digital signal is applied to the gates of the charge current control FET and the discharge current control FET, any specified combination of FETs is turned on, and the light receiving element 200 The amount of current flowing through is controlled.
  • the charging current of the light receiving element 200 can be controlled with high precision.
  • the charge current control FETs 53A, 53B, 53C are used having the same or different on-resistance. The same applies to the discharge current control FETs 54A, 54B and 54C.
  • FIG. 17 shows a spatial information detection apparatus according to the tenth embodiment of the present invention. Except for the internal configuration of the timing synchronization circuit 70, the configuration and functions are the same as those of the first embodiment shown in FIGS. It is. Identical elements are indicated with similar reference numbers and duplicate descriptions are withheld
  • the timing adjustment circuit 70 includes an oscillation circuit 78 that generates signals having different frequencies according to the input voltage, and a phase comparator 72 that detects a phase difference between the light emission timing signal E1 and the light receiving element drive signal D2. Prepare. The detected phase difference is sent as a voltage signal to the oscillation circuit 78, and the oscillation circuit 78 outputs a signal having a different frequency due to this phase difference to the light emitting element driving circuit 30 as the light emission timing signal Elx corrected. As a result, the intensity-modulated light synchronized with the light receiving element driving signal D2 is emitted from the light emitting element 100, and the operations of the light emitting element 100 and the light receiving element 200 can be synchronized.
  • the force S described to obtain the distance to the object in the target space is not limited to this, and the reflection from the object is not limited to this.
  • the present invention can also be applied to the identification of an object by analyzing the intensity of the intensity-modulated light received by the light receiving element to obtain the reflectance of the object.

Landscapes

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Description

明 細 書
空間情報検出装置
技術分野
[0001] 本発明は、強度変調光を使用し、対象空間に投光すると強度変調光と、対象空間 に存在する物体から反射する強度変調光の反射光との関係に基づいて物体までの 距離や物体の反射率などの空間情報を検出する空間情報検出装置に関するもので ある。
背景技術
[0002] 日本特許公開公報特開 2004— 45304号は、強度変調光を用いて対象空間内に 存在する物体との距離を測定する技術を開示している。投光する強度変調光の波形 は正弦波とされると、物体により反射された反射光の波形も正弦波であることから、両 者の位相差は物体までの距離によって変化する。このため、投光した強度変調光と 反射光との位相差を求めることにより、投光する対象空間内での物体までの距離を 計測すること力 Sでさる。
[0003] 強度変調光の投受光の位相差は、強度変調光の複数の位相区間に対応する受光 強度を計測すれば、位相区間の位置と受光強度の対応関係によって知ることができ る。たとえば、投光強度は時間の関数であるから時刻 tの投光強度を I (t)と表すと、対 象空間からの受光強度 Irは、物体までの距離や物体での反射率などによる光の減衰 率を aとし、環境光（外乱光）の強度を Ieとすれば、 Ir= n -I (t- δ ) +Ieと表すこと ができる。ここに、 δは物体までの距離に応じた遅れ時間であり、物体までの距離を L とすれば、 δ = 2L/cである。
[0004] 上式での未知数は、減衰率 η、遅れ時間 δ、環境光の強度 Ieの 3個であるから、 3 個以上の異なる時刻について受光強度を求めると、これらの未知数を求めることがで き、空間情報として物体までの距離や物体の反射率などを知ることが可能になる。強 度変調光には強度が周期的に変化するものを用いるのが一般的であり、強度変調光 の強度が周期的に変化していれば複数周期に亘つて検出した受光強度を積分する ことにより、環境光の変動成分の影響を抑制したり、装置の内部で発生するノイズの 影響を抑制したりすることができる。
[0005] ところで、上述の技術を用いて空間情報を検出するには、対象空間に投光した強 度変調光の位相区間の位置と受光強度との対応付けを正確に行うことが要求される 。一般に、受光強度を検出する受光素子で生成された電荷のうち所望の位相区間に 対応する電荷を取り出す技術としては、電荷の取出タイミングを制御する電極を備え た受光素子に対して所望の位相区間に対応した信号を与えて電荷を取り出す技術（ CCDのような受光素子を用いる場合）と、受光素子から取り出した電荷のうち所望の 位相区間に対応した期間の電荷のみを利用する技術 (フォトダイオードのような受光 素子を用いる場合）とがある。どちらの技術を利用するとしても、結果の精度を高める には、発光素子に与える信号と受光素子の電荷を取り出す信号とを正確に同期させ ることが必要である。
[0006] しかしながら、発光素子ゃ受光素子の特性、あるいは発光素子ゃ受光素子に関連 する信号を生成する回路の特性は、周囲温度や湿度などの環境の変動によって変 動することがあり、キャリブレーションを行った後に装置を稼働させたとしても、環境の 変動により検出結果に含まれる誤差が拡大する可能性がある。
発明の開示
[0007] 本発明は上記の問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、周囲環境の変 動の影響による検出誤差を低減した正確な測定を可能とする強度変調光を用いた 空間情報検出装置を提供することにある。
[0008] 本発明に係る空間情報検出装置は、対象空間に強度変調光を放射する発光素子
100、上記の対象空間内の物体から反射される上記の強度変調光を受ける受光素 子 200、上記受光素子で受光する強度変調光を複数の位相区間 P0、 Pl、 P2、 P3 においてそれぞれ取り出した複数の個別の受光強度の変化に基づいて、上記発光 素子から発光される強度変調光と上記受光素子で受光された強度変調光との間の 関係を求めて上記対象空間での空間情報を出力する情報出力回路 300を備える。 上記の空間情報検出装置は、発光素子から強度変調光を発生させるために、上記 発光素子の発光タイミングを決定する発光タイミング信号を発生させる発光信号発生 回路 10と、上記発光タイミング信号を受けて上記の発光素子から上記の強度変調光 を発生させる発光素子駆動信号を出力する発光素子駆動回路 30を備える。また、本 装置には、上記の受光素子を動作させて上記の各位相区間での受光動作を行わせ るために互いに位相がずれた複数の受光素子駆動信号を上記受光素子に出力する 受光素子駆動回路 40と、上記受光素子駆動信号を発生させるタイミングを決定する 検出タイミング信号を上記の受光素子駆動回路に与える検出信号発生回路 20を備 える。本発明の空間情報検出装置の特徴は、上記発光素子駆動回路の出力に伴う 周期的変動 E2と、上記検出タイミング信号によって決定される周期的変動 Dl ; D2と を比較して、両者の周期的変動との位相差が一定の値となるように、上記検出タイミ ング信号と上記発光タイミング信号との少なくとも一方を補正するタイミング同期回路 70 ; 70A ; 70Bを備えたことである。このため、発光素子から放射される強度変調光 の位相を、受光素子での強度変調光を受けるタイミングに同調させるこができ、周囲 環境の変動により発光素子ゃ受光素子駆動回路などの構成要素の応答に変化が生 じても、両者の動作タイミングを一致させることができて、環境の変動の影響を無くし て、正確な検出結果を与えることができる。
[0009] 上記のタイミング同期回路は、上記受光素子駆動回路 40から出力される受光素子 駆動信号 D2の周期的変動を、上記の検出タイミング信号によって決定される周期的 変動として、上記発光素子駆動回路から出力される発光素子駆動信号 E2と比較す るように構成されること力 S好ましレ、。
[0010] また、上記のタイミング同期回路 70は、上記の発光タイミング信号を補正して、この 補正した発光タイミング信号を上記の発光素子駆動回路に入力するように構成され ることが好ましい。この構成により、受光素子において強度変調光を受けるタイミング に合わせて、発光素子から放射される強度変調光の位相を調節して、発光素子と受 光素子側での動作のタイミングを一致させることができる。この場合は、発光素子から の強度変調光の周期変動を決定する一つの発光タイミング信号だけを補正すること で、発光側と受光側との動作タイミングを同期させるできるものであり、タイミング同期 回路の構成を簡単とすることができる。
[0011] このため、上記タイミング同期回路 70は、上記発光信号発生回路 10と上記発光素 子駆動回路 30との間に挿入され、上記発光信号発生回路から出力される上記発光 タイミング信号 Elを可変の値で位相シフトさせて上記の発光素子駆動回路 30に出 力させる位相調整回路 76と、上記受光素子駆動回路から出力される周期変動と上 記発光素子駆動回路から出力される上記発光素子駆動信号 E2との位相差に応じて 上記の位相シフト量を決定する位相比較器 72とで構成されることが望ましい。
[0012] 上記の受光素子駆動回路 40は、上記検出信号発生回路 20から出力される複数の 検出タイミング信号 D1に基づいて上記の受光素子駆動信号をそれぞれ決定するよ うに構成され、複数の互いに位相がずれた上記の受光素子駆動信号 D2のそれぞれ を選択的に取り出すセレクタ 80が備えられることが好ましい。この場合、上記のタイミ ング同期回路 70は、上記セレクタ 80から取り出される上記の各受光素子駆動信号 D 2と上記の発光素子駆動回路 30の出力に伴う周期変動 E2との位相差に基づいて上 記の発光タイミング信号を補正するように構成される。このため、上記の位相区間 P0 、 Pl、 P2、 P3をそれぞれ決定する受光素子駆動信号に基づいて、強度変調光の 1 周期内で発光タイミング信号を調整することができる。
[0013] 上記の情報出力回路 300は、各受光素子駆動信号に対応する各位相区間での受 光強度をそれぞれ複数回に亘つて積算し、各位相区間での積算値に基づいて、上 記の空間情報を求めるように構成されることが好ましい。これに関連して、上記情報 出力回路は、上記セレクタから取り出される上記の各受光素子駆動信号に同期して 、上記の各位相区間での受光強度を受光素子から取り出すように構成される。この構 成により、受光素子で受光される強度変調光の強度を正確に求めることができ、空間 情報の検出精度が向上される。
[0014] 更に、本発明の空間情報検出装置には、上記検出信号発生回路 20と上記受光素 子駆動回路 40との間に挿入されて上記の検出タイミング信号 D1を可変の値で位相 シフトさせて上記の受光素子駆動回路 40に出力させる補助位相調整回路 90と、上 記の検出タイミング信号 D1と上記の受光素子駆動回路 40から出力される周期変動 D2との位相差を検出してこの位相差に応じた出力を上記の補助位相調整回路 90に 出力する補助位相比較器 92とを備えることができる。この構成によれば、上記の位相 差に基づいて上記補助位相調整回路から出力される位相シフト量が決定されて、上 記検出タイミング信号と、上記の受光素子駆動回路から出力される上記の受光素子 駆動信号との位相差を所定の値に維持することができ、この結果、受光素子駆動信 号と受光素子駆動信号との位相差を一定の値に保持でき、空間情報の検出精度が 向上される。
[0015] 本発明に使用するタイミング同期回路 70 ; 70Aは、上記発光素子駆動回路 30の出 力に伴う周期的変動 E2と、上記検出信号発生回路 20から出力される上記検出タイミ ング信号 D1とを比較するように構成されるように構成しても良い。
この場合、タイミング同期回路 70はその比較結果に基づいて発光タイミング信号を 補正し、補正した発光タイミング信号 Elxを上記の発光素子駆動回路 30へ入力する ように構成することカでさる。
[0016] 或いは、タイミング同期回路 70Aは、その比較結果に基づいて、上記検出タイミン グ信号を補正し、この補正した検出タイミング信号 Dlxを上記受光素子駆動回路 40 に入力するように構成することもできる。
[0017] 後者の場合、上記タイミング同期回路 70Aは、上記検出信号発生回路 20と上記受 光素子駆動回路 40との間に挿入され、上記検出信号発生回路から出力される上記 検出タイミング信号 D1を可変の値で位相シフトさせて上記の受光素子駆動回路に 出力させる位相調整回路 76Aと、上記発光素子駆動回路から出力される周期変動と 上記検出信号発生回路から出力される上記検出タイミング信号との位相差に応じて 上記の位相シフト量を決定する位相比較器 72Aとで構成されることが好ましレ、。この 構成によれば、発光素子から放射される強度変調光に併せて、受光素子を駆動する タイミングを補正して、受光素子における強度変調光の受光動作を発光素子から放 射される強度変調光に一致させることができる。
[0018] 更に、本発明の空間情報検出装置では、発光側と受光側との両方にタイミング調 整機能を与えることも可能である。この場合、上記タイミング同期回路は、上記発光信 号発生回路と上記発光素子駆動回路との間に挿入された第 1のタイミング同期回路 と、上記検出信号発生回路と上記受光素子駆動回路との間に挿入された第 2のタイ ミング同期回路とで構成される。
[0019] 上記第 1のタイミング同期回路 70は、上記発光信号発生回路 10から出力される上 記発光タイミング信号 E1を可変の値で位相シフトさせて上記の発光素子駆動回路 3 0に出力させる第 1の位相調整回路 76と、上記発光素子駆動回路 30から出力される 周期変動 E2と上記検出信号発生回路 20から出力される上記検出タイミング信号 D1 との位相差に応じて上記の位相シフト量を決定する第 1の位相比較器 72とで構成さ れる。同様に、上記第 2のタイミング同期回路 70Aは、上記検出信号発生回路 20か ら出力される上記検出タイミング信号 D1を可変の値で位相シフトさせて上記の受光 素子駆動回路 40に出力させる第 2の位相調整回路 76Aと、上記発光信号発生回路 10から出力される上記発光タイミング信号 E1と上記受光素子駆動回路 40から出力 される上記受光素子駆動信号 D2との位相差に応じて上記の位相シフト量を決定す る第 1の位相比較器 72Aとで構成される。これにより、発光側と受光側とで相互補正 が行え、より正確なタイミング調整が行える。
[0020] 受光側でのタイミング調整を行う場合、周囲温度の影響によって受光素子駆動回 路自体に生じる入出力間の遅れを考慮して、タイミング同期回路からの補正された検 出タイミング信号と、受光素子駆動回路から出力される受光素子駆動信号との位相 差を一定の値とすることが望まれる。この場合、本発明の空間情報検出装置には、上 記の補正された検出タイミング信号を可変の値で位相シフトさせて上記の受光素子 駆動回路に出力させる補助位相調整回路 90Aが設けられると共に、この補正タイミ ング信号と上記の受光素子駆動回路 40から出力される受光素子駆動信号 D2との 位相差を検出してこの位相差に応じた出力を上記の補助位相調整回路に出力する 補助位相比較器 92Aが設けられる。この補助位相調整回路 90Aは検出された位相 差に基づいて、位相シフト量を決定し、上記タイミング同期回路 70Aから出力される 上記検出タイミング信号 Dlxと、上記の受光素子駆動回路 40から出力される上記の 受光素子駆動信号 D2との位相差を所定の値に維持するものである。これにより、受 光素子を駆動するタイミングを、発光素子から放射される強度変調光の位相に併せ てネ甫正すること力 Sできる。
[0021] また、上記発光素子駆動回路の出力に伴う周期変動を読み取るために、上記発光 素子から出力される強度変調光の一部を受光して対応する光強度を出力する参照 用受光素子 110を備えることも可能である。
[0022] 受光側に設けられる上記タイミング同期回路 70Bは、入力電圧に応じて変化する 周波数の信号を上記の補正された検出タイミング信号として上記の受光素子駆動回 路へ出力する発振回路 78と、上記発光素子駆動回路の出力に伴う周期的変動 E2と 、上記検出信号発生回路 20から出力される上記検出タイミング信号 D1との位相差 に応じた電圧を上記発信回路に出力する位相比較器 72Bとで構成することができる 。この場合は、発振回路を利用して受光素子駆動回路へ入力される検出タイミング 信号を補正することで、受光素子を駆動するタイミングを発光素子から放射される強 度変調光の位相に合わせて調整することができる。
上記の受光素子は直流電源からの直流電流が供給されて動作する容量性リアクタ ンス成分を有する素子、例えば CCD撮像素子とされる。この容量性リアクタンスは周 囲の温度によって影響を受け易ぐこの影響によって、受光素子駆動回路 40におい て作成される受光素子駆動信号 D2により実際に受光素子 200が所定の動作を開始 する実際の動作開始時間と、受光素子駆動回路 40へ入力される検出タイミング信号 D1で指定される動作開始予定時間との間の時間差が変動することがある。本発明は 、この不確かな時間差の変動を解消させてより正確な空間情報の検出を可能とする ための有用な構成の受光素子駆動回路を提案する。この受光素子駆動回路 40Bは 、上記直流電源と上記受光素子との間に接続されて上記の検出タイミング信号に同 期して動作して上記受光素子へ上記の直流電流を供給する出力スィッチ 50と、周囲 温度を検出する温度センサ 150と、上記温度センサからの温度出力に応じて、上記 受光素子に出力される電流の変化率が所定値となるように、上記受光素子に出力す る電流を調整する電流コントローラ 160とで構成される。この構成によれば、上の時 間差の変動原因となる周囲温度に応じて、検出タイミング信号を受けてから、実際に 受光素子を動作させるのに十分な電流を与えるまでの時間を調整することで、検出タ イミング信号と実際の受光素子の動作開始時間を一定の時間とすることができ、検出 タイミング信号と動作開始時間とを実質的に一致させることができる。
上記の電流コントローラ 160は、上記受光素子を流れる電流の変化率を温度に関 連づけて保持する記憶手段 162を有することが好ましぐ上記温度センサから出力さ れる温度に基づいて、上記記憶手段から対応する電流変化率を読み出して、この読 み出した電流変化率と一致するように、受光素子に流れる電流を制御するように構成 される。このため、受光素子への出力する電流を、周囲の温度の変化に応じて、適切 な時間で立ち上げることができ、検出タイミング信号と受光素子の実際の動作開始と を周囲温度の変動に関係なく一定とすることができる。
[0024] 周囲温度に基づく制御に代えて、受光素子に流れる電流の変化率に基づいて受 光素子への出力電流を制御することも可能である。この場合、受光素子駆動回路 40 ; 40Aには、上記受光素子に出力される電流の変化率を検出してこの変化率を示す 電流変化出力を与える電流監視回路 60と、この電流変化出力を受けて上記受光素 子に出力される電流の変化率が所定値となるように、上記受光素子に出力する電流 を調整する電流コントローラ 66とを備える。この構成により、受光素子に供給する電 流を一定の変化率とすることができ、環境の変化に影響されることなぐ検出タイミン グ信号を受けてから一定の時間で受光素子を動作させることができる。
[0025] 上記の電流監視回路 60は、受光素子に流れる電流の瞬時変化率を算出する微分 回路 62と、上記微分回路から得られる電流の瞬時変化率の最大値を検出するピー ク検出回路 64とで構成されることが好ましい。これに応じて、上記電流コントローラは 、上記ピーク検出回路から出力される瞬時変化率の最大値に基づいて、上記受光素 子を流れる電流の変化率を所定値となるように制御するように構成される。この構成 により、安定した受光素子の動作時間の制御を行うことができる。
[0026] 更に、受光素子 200に流れる電流の変化率に基づいて受光素子への出力電流を 制御する機能を、所定の温度条件の時にのみ動作させるように受光素子駆動回路 4 OAを構成することもできる。この場合、上記の受光素子駆動回路 40Aは、周囲温度 を検出する温度センサ 130と、上記ピーク検出回路 64で検出した上記瞬時変化率 の最大値を保持するレジスタ 68と、所定時間毎に上記温度センサの出力を記憶する 温度テーブル 140と、現在の温度と所定時間前の温度との温度差が所定値以上とな つた時のみ、上記の微分回路 62と上記ピーク検出回路 64を動作させる起動回路 12 0を備える。このため、受光素子の動作に悪影響を与えることがない温度範囲におい ては、微分回路やピーク検出回路の動作を停止させて、電力消費を低減することが できる。
[0027] 尚、本発明では、上記のタイミング同期回路 70として、発光信号発生回路からの発 光タイミング信号の周期的変動と、検出タイミング信号によって決定される周期的変 動とを比較するように構成したものを使用できる。この場合、タイミング同期回路は、 入力電圧に応じて変化する周波数の信号を補正された発光タイミング信号として上 記の発光素子駆動回路へ出力する発振回路 78と、上記受光素子駆動回路の出力 に伴う周期的変動と、上記発光信号発生回路から出力される上記発光タイミング信 号との位相差に応じた電圧を上記発信回路に出力する位相比較器 72とで構成する こと力 Sでさる。
図面の簡単な説明
[0028] [図 1]本発明の第 1実施形態に係る空間情報検出装置を示すブロック図。
[図 2]同上の装置に使用する位相比較器の内部構造を示すブロック図。
[図 3]同上の装置に使用する発光素子の駆動回路を示す回路図。
[図 4]同上の装置におけるタイミング調整の動作を説明する波形図。
[図 5]同上の装置の一変更態様を示すブロック図。
[図 6]本発明の第 2の実施形態に係る空間情報検出装置を示すブロック図。
[図 7]本発明の第 3の実施形態に係る空間情報検出装置を示すブロック図。
[図 8]本発明の第 4の実施形態に係る空間情報検出装置を示すブロック図。
[図 9]本発明の第 5の実施形態に係る空間情報検出装置を示すブロック図。
[図 10]本発明の第 6の実施形態に係る空間情報検出装置を示すブロック図。
[図 11]本発明の第 7の実施形態に係る空間情報検出装置を示すブロック図。
[図 12]本発明の第 8の実施形態に係る空間情報検出装置を示すブロック図。
[図 13]本発明の第 9の実施形態に係る空間情報検出装置を示すブロック図。
[図 14]本発明の装置に使用される受光素子駆動回路の一例を示すブロック図。
[図 15]本発明の装置に使用される受光素子駆動回路の別の例を示すブロック図。
[図 16]同上の受光素子駆動回路の変更例を示すブロック図。
[図 17]本発明の第 10の実施形態に係る空間情報検出装置を示すブロック図。 発明を実施するための最良の形態
[0029] (第 1の実施形態）
図 1〜図 4に基づいて、本発明の第 1の実施形態に係る空間情報検出装置を説明 する。この空間情報検出装置は、強度変調光を対象空間に放射する発光素子 100と 、対象空間に存在する物体から反射される強度変調光を受光する受光素子 200と、 上記受光素子 200で受光する強度変調光を複数の位相区間においてそれぞれ取り 出した複数の個別の受光強度の変化に基づいて、上記発光素子 100から発光され る強度変調光と上記受光素子で受光された強度変調光との間の位相関係を求めて 上記対象空間での空間情報を出力する情報出力回路 300とを備える。
[0030] 発光素子 100は LEDで構成され、 100Hz〜lGHzの周波数で発光強度を変調し て、正弦波状の強度変調光を与える。受光素子 200は CCD撮像素子で構成され、 対象空間の物体力も反射される強度変調光を受光するもので、発光素子 100と近接 した位置に配置されて、発光素子 100と物体との距離 Tの 2倍の距離の光路長に沿 つて、発光素子 10から放出される強度変調光が物体の表面で反射して受光素子 20 0に受光される。発光素子 10は必ずしも LEDに限定されるものではなぐその他の強 光源が使用できる。また、受光素子 200も CCD撮像素子に限定されるものでもなぐ CMOS撮像素子やこれに類する受光素子を使用できる。
[0031] 発光素子 100と受光素子 200は、それぞれ、発光信号発生回路 10から出力される 発光タイミング信号 L1と、検出信号発生回路 20から出力される検出タイミング信号に 基づいて動作するように構成され、発光信号発生回路 10と検出信号発生回路 20は 共にタイミング発生回路（図示せず）で生成する共通のクロック CLKに基づ!/、て動作 する。
[0032] 発光信号発生回路 10は、後述するタイミング同期回路 70を介して発光素子駆動 回路 30に接続され、発光タイミング信号 E1はタイミング同期回路 70で補正タイミング 信号 Elxに補正された後に、発光駆動回路 30に送られる。発光駆動回路 30は補正 タイミング信号 Llxに基づいて発光駆動信号 E2を作成し、この発光駆動信号 E2に よって発光素子 100を駆動して強度変調光を発生させる。この発光駆動回路 30は、 図 3に示すように、 DC電源 31とグランドとの間で発光素子 100と直列に接続された F ET32と抵抗 33とで構成され、矩形波の補正タイミング信号 Elxにより上記の周波数 で FET32をオン.オフさせる。即ち、補正発光タイミング信号 Elxの立ち上がりで発 光素子を点灯され、立ち下がりで発光素子を消灯させるものであり、この周波数でォ ン 'オフさせることにより、発光素子 100から放出される光の強度は、図 4に示すように 、正弦波状に変化して、強度が正弦波状に変調された強度変調光 IMRを発生させ る。上記のタイミング同期回路 70の詳細については、後述する。
[0033] 検出信号発生回路 20は受光素子駆動回路 40に接続され、受光素子駆動回路 40 では検出タイミング信号に基づレ、て受光素子の駆動信号 D2を作成して、受光素子 2 00を所定の周波数で動作させる。受光素子 200である CCD撮像素子は、容量性リ ァクタンス成分を有するもので、受光素子駆動信号 D2により所定のレベルまでに充 電された時に、物体から反射された強度変調光の強度に比例する電荷を蓄積できる 状態となり、強度変調光の一周期の間で充放電を繰り返すことで、図 4に示すように、 この一周期の間に複数の位相区間 P0、 Pl、 P2、 P3を設定する。各位相区間で蓄 積された電荷、即ち、受光強度は、情報出力回路 300によって読み出され、ここで、 受光された強度変調光の波形が決定され、この波形に基づいて、発光素子 100から 放射された強度変調光と受光素子 200で受光された強度変調光との位相差 φが求 められて、強度変調光を反射する物体までの距離力この位相差 Φ力 算出される。
[0034] 図 4に基づいて、この位相差 φを求める方式を説明する。受光素子駆動信号 D2に よって決定される各位相区間 P0、 Pl、 P2、 P3は、それぞれ、発光素子 100から放 射される強度変調光 IMRの位相力 〜90度、 90〜 80度、 180〜270度、 270-3 60度と設定されている。強度変調光 IMRを対象空間に投光して、対象空間の物体 から反射された光 RFRを受光素子 200で受光して、各位相区間での受光量がそれ ぞれ AO, Al , A2, A3であったとすると、上記の位相差 φと受光量 AO, Al , A2, A 3との間では以下の関係が成立する。 φ =tan— ^AS—A / AO—AS この演算 は、上記の情報出力回路 300において実行され、ここでは、求められた位相差 φ、 強度変調光の周波数 f、及び光速 cに基づいて、物体までの距離 Lが算出される（L = Φ -c/2f) 0
[0035] このように、物体までの距離を得るためには、正確な位相差 φを求めることが必要 であり、そのためには、強度変調光 IMRの波形に正確に同期したタイミングで受光素 子において受光する光強度を求めることが必要となる。し力、しながら、発光素子 100 から出力される強度変調光は、周囲の温度によって、発光タイミング信号 E1と必ずし も一致しなくなる場合があるため、実際の強度変調光の波形と受光素子駆動信号 D2 とに基づいて、発光タイミング信号 E1を補正することが重要となる。例えば、周囲温 度が低くなると、発光素子 100を流れる電流によって規定される発光素子駆動信号 E 2の位相が、発光タイミング信号 E1に比べて遅れることで、図 4の点線で示すように、 強度変調光 IMRが発光タイミング信号 E1に比べて遅相となる。
[0036] このため、本実施形態では、タイミング同期回路 70を発光信号発生回路 10と発光 素子駆動回路 30との間に設け、発光素子駆動信号 E2と検出駆動信号 D2との位相 差がゼロ乃至一定値となるように、発光タイミング信号 E1の位相を補正し、この補正 した発光タイミング信号 Elxに基づいて、発光素子駆動信号 E2を作成するようにし ている。この発光素子駆動信号 E2により、発光素子 100は図 4の実線に示すように、 受光駆動信号 D2の位相と同調した強度変調光 IMRを放射する。この結果、受光素 子駆動信号 D2で決定される各位相区間 P0、 Pl、 P2、 P3を、発光素子 100から放 出される強度変調光 IMRへ正確に同期させることができて、周囲温度の影響を排除 して、受光素子 100から放射される強度変調光 IMRと受光素子 200で受光する反射 光 RFRとの間の正確な位相差 φが求められ、これに基づいて正確な物体までの正 確な距離を算出することができる。
[0037] タイミング同期回路 70は、図 1に示すように、発光素子駆動信号 E2の位相と受光 素子駆動信号 D2の位相差を検出する位相比較器 72と、位相比較器 72から出力さ れる位相差に応じて発光タイミング信号 Eの位相シフト量を決定する位相調整回路 7 6とで構成される。位相調整回路 76は、図 2に示すように、発光素子駆動信号 E2と受 光素子駆動信号 D2を矩形波に波形整形する波形整形回路 73と、波形整形後の信 号を比較するコンパレータ 74と、コンパレータ 74の出力を積分して、両駆動信号間 の位相差に対応する位相シフト量を与える積分器 75で構成される。
[0038] 受光素子駆動回路 40は、検出タイミング信号 D1に従ってオン'オフすることで、直 流電源 210から電流を受光素子 200へ供給する出力スィッチ 50を備え、検出タイミ ング信号 D1で規定されるタイミングで、受光素子 200を動作させる、即ち、反射光の 光強度を検知できる状態となるように受光素子 200を動作ことができるように、受光素 子 200に対して DC電源 210から必要な電流を供給するように構成されている。しか しながら、受光素子 200は容量性リアクタンスを有するため、周囲温度が大きく変動 すると、受光素子 200に与える電流、即ち、受光素子駆動信号 D2の電流変化率が 変化して、検出タイミング信号 D1に対して受光素子 200が動作可能となるタイミング がずれることがある。例えば、周囲温度が大きく低下すると、受光素子駆動信号 D2、 即ち、駆動電流の立ち上がりが緩やかになり、受光素子 200が検出タイミング信号 D 1に遅れて動作することがある。
[0039] 本実施形態における受光素子駆動回路 40は、この問題点を解消するために、受 光駆動信号 D2で示される電流変化率を監視する電流監視回路 60と、この電流監視 回路 60の出力に基づいて、直流電源 210から出力スィッチ 50を介して受光素子 20 0へ供給する出力電流の電流変化率、即ち、受光素子 200が実際に動作する電流 値までの立ち上がり時間、受光素子 200の動作を停止するまでの立ち下がり時間を 調整する電流コントローラ 66を備える。出力スィッチ 50は、直流電源 210とグランドと の間で直列に接続された n型 MOSFET51と p型 MOSFET52とを備え、両 FETの 接続点とグランドとの間に受光素子 200が接続される。両 FETのゲートに検出タイミ ング信号 D1が入力され、検出タイミング信号 D1がオンの時に、 FET51がオンして 直流電源 210から受光素子 200へ電流が供給されて受光素子 200を充電し、検出 タイミング信号 D1がオフの時に FET52がオンして、受光素子 200を放電させる。直 流電源 210と FET51との間には、受光素子 200へ出力される電流量を制限する抵 抗体 53が揷入され、 FET52とグランドとの間には、受光素子からの放電電流を制限 する抵抗体 54が揷入される。
[0040] 電流監視回路 60は、受光素子駆動信号 D2、即ち受光素子 200に流れる電流の 瞬時変化率を検出する微分回路 62と、瞬時変化率の最大値を検出するピーク検出 回路 64とで構成される。電流コントローラ 66は、ピーク検出回路 64から出力される最 大の電流変化率に基づレ、て、受光素子 200を流れる電流の変化率を所定値となるよ うに、抵抗体 53、 54を制御する。これにより、検出タイミング信号 D1を受けてから、受 光素子 200が動作するまでの時間および受光素子 200の動作が停止するまでの時 間を、周囲温度の影響を受けることなぐ一定とすることができ、空間情報の検出精度 が向上できる。 [0041] 上記の抵抗体 53、 54としては、 MOSFETが使用され、電流コントローラ 66の出力 で各 MOSFETのゲート電圧を変化させることにより、各 MOSFETでのオン抵抗が 連続的に調整できる。
[0042] 図 5は、上記の実施形態の一変更態様を示すもので、セレクタ 80を介して複数の 受光素子駆動信号 D2を選択的にタイミング同期回路 70の位相比較器 72へ入力さ せること以外は、上記の実施形態と構成及び機能が同一である。このため、同一の要 素について同様の参照番号で示し、重複する記載を差し控える。
[0043] 受光素子駆動信号 D2は、 4つの検出タイミング信号 D1にも基づいてそれぞれ作 成されて、強度変調光の各位相区間 P0、 Pl、 P2、 P3を決定するものであり、セレク タ 80はこれら 4つの受光素子駆動信号 D2から任意の一つを選択して、位相比較器 72に入力して、受光素子駆動信号 D2と発光素子駆動信号 E2を同期させる。例え ば、強度変調光での一つの周期では、一番目の位相区間 P0を規定する第 1の受光 素子駆動信号 D2を選択し、次の一周期では 2番目の受光素子駆動信号 D2を選択 するように、周期毎に選択する受光素子駆動信号 D2を代えることで、複数周期に亘 つてのタイミング調整を行うことができる。また、実際の空間情報の検出に際しては、 数多くの周期に亘つての計算がなされることから、セレクタ 80は 4つの受光素子駆動 信号 D2からランダムに一つを選択するようにしても良!/、。
[0044] (実施形態 2)
図 6は、本発明の第 2の実施形態に係る空間情報検出装置を示し、基本的には第 1の実施形態と構成及び機能が同一であるが、検出信号発生回路 20と受光素子駆 動回路 40との間に、補助位相調整回路 90を揷入して、検出タイミング信号 D1と受 光素子駆動信号 D2との位相を同期させるようにしている。また、この実施形態でも、 上記と同様の機能を有するセレクタ 80が使用される。同一の要素について同様の参 照番号で示し、重複する記載を差し控える。
[0045] この実施形態では、受光素子駆動信号 D2と検出タイミング信号 D1との位相を比較 する補助位相比較器 92が設けられ、補助位相調整回路 90は検出された位相差に 基づいて、補正検出タイミング信号 Dlxを作成してこれを受光素子駆動回路 40に入 力することで、検出タイミング信号 D1と受光素子駆動信号 D2とを同期させ、受光素 子駆動信号 D2と同期した検出タイミング信号 Dlがセレクタ 80を介してタイミング同 期回路 70に入力される。この結果、発光素子駆動信号 E2を、検出タイミング信号 D1 、即ち、受光素子駆動信号 D2に同期させ、発光素子 100から放射される強度変調 光と受光素子駆動信号 D2との位相差をゼロまたは所定の値に維持する。
[0046] (実施形態 3)
図 7は、本発明の第 3の実施形態に係る空間情報検出装置を示し、基本的には第 1の実施形態と構成及び機能が同一である力、タイミング調整回路 70Aを受光素子 2 00の駆動経路側に配置した構成を示す。同一の要素について同様の参照番号で 示し、重複する記載を差し控える。
[0047] タイミング同期回路 70Aは検出信号発生回路 20と受光素子駆動回路 40との間に 揷入され、検出タイミング信号 D1と発光素子駆動信号 E2との位相を比較し、検出さ れた位相差に応じて、検出タイミング信号 D1を補正した補正検出タイミング信号 D1 Xを受光素子駆動回路 40へ入力することで、各受光素子駆動信号 D2の位相を、発 光素子駆動信号 E2、即ち、発光素子 100から放射される強度変調光の位相に同期 させる。タイミング同期回路 70Aは、図 1及び図 2に示す第 1の実施形態と同様に構 成される。この結果、強度変調光の位相に正確に合致した各位相区間で、受光素子 200で受光する物体からの反射光の強度が求められ、正確な空間情報の検出が行 われる。この実施形態においては、図 5の実施形態と同様のセレクタ 80Aが使用され 、 4つの検出タイミング信号 D1の一つを強度変調光の周期毎に選択して、タイミング 同期回路 70Aに与える。
[0048] また、タイミング同期回路 70Aは、発光素子駆動回路 40から出力される発光素子 駆動信号 D2と検出信号発生回路から出力さえる検出タイミング信号 D1との位相差 を検出して、この位相差に対応する位相シフト量を与える位相比較器 72Aと、検出タ イミング信号 D1をこの位相シフト量でシフトさせた補正検出タイミング信号 Dlxを出 力する位相調整回路 76Aで構成される。
[0049] (実施形態 4)
図 8は、本発明の第 4の実施形態に係る空間情報検出装置を示し、基本的には第 3の実施形態と構成及び機能が同一である力 S、発光素子 100から放射される強度変 調光を直接受光する参照用受光素子 110を設けて、この出力を発光駆動回路 30か らの出力に伴う周期変動としてタイミング同期回路 70Aに入力させる構成を示す。同 一の要素について同様の参照番号で示し、重複する記載を差し控える。
[0050] 参照用受光素子 110は、発光素子 100の近傍に配置されて、発光素子 100から放 射される強度変調光を直接受光して、同位相の信号をタイミング同期回路 70Aへ出 力するもので、受光素子 200として使用される CCD撮像素子（受光部）の一部を使 用して、これを発光素子 100側に向けて配置する。
[0051] (実施形態 5)
図 9は、本発明の第 5の実施形態に係る空間情報検出装置を示し、基本的には第 3の実施形態と構成及び機能が同一であるが、図 6に示す第 2の実施形態と同様の 補助位相調整回路 90Aと補助位相比較器 92Aを使用して、検出タイミング信号 D1 と受光素子駆動信号 D2との位相とを一致させるように構成される。同一の要素につ V、て同様の参照番号で示し、重複する記載を差し控える。
[0052] 補助位相比較器 92Aは、タイミング同期回路 70Aから出力される補正検出タイミン グ信号 Dlxと、受光素子駆動信号 D2との位相を比較し、補助位相調整回路 90は検 出された位相差に基づいて、補正検出タイミング信号 Dlxを更に補正した補正タイミ ング信号 Dlyを受光素子駆動回路 40へ出力することで、受光素子駆動信号 D2の 位相を、補正検出タイミング信号 Dlx位相、即ち、これに同期する発光素子 100から の強度変調光の位相に一致させることができる。この結果、発光素子 100からの強度 変調光の位相に正確に合致する位相区間に基づいて受光強度を求めることができ て、空間情報の検出精度を向上できる。
[0053] (実施形態 6)
図 10は、本発明の第 6の実施形態に係る空間情報検出装置を示し、基本的には 第 3の実施形態と構成及び機能が同一である力 S、タイミング同期回路 70Aが受光素 子駆動信号 D2と発光駆動信号 E2との位相差を検出して、検出タイミング信号 D1を 補正するように構成される。同一の要素について同様の参照番号で示し、重複する 記載を差し控える。
[0054] 受光素子駆動回路 40から出力される受光素子駆動信号 D2はセレクタ 80Aを介し てタイミング同期回路 70Aに入力され、ここで発光素子駆動信号 E2との位相差が求 められ、タイミング同期回路 70Aはこの位相差に基づいて検出タイミング信号 D1を 補正し、補正検出タイミング信号 Dlxが受光素子駆動回路 40に入力される。これに より、受光素子駆動回路 40は、発光素子 100からの強度変調光の位相に同期した 受光駆動信号 D2を作成して、受光素子 200を発光素子 100と正確に同期させて動 作させる。
[0055] (実施形態 7)
図 11は、本発明の第 7の実施形態に係る空間情報検出装置を示し、発光素子 100 の駆動経路と、受光素子 200の駆動経路とに、それぞれ第 1のタイミング同期回路 7 0と、第 2のタイミング同期回路 70Aを設けた構成を示す。タイミング同期回路の構成 及びその他の要素の構成は、実施形態 1や実施形態 6と同一である。同一の要素に つ!/、て同様の参照番号で示し、重複する記載を差し控える。
[0056] 第 1のタイミング同期回路 70は、発光信号発生回路 10と発光素子駆動回路 30との 間に挿入され、発光素子駆動信号 E2と検出タイミング信号 D1との位相を比較する 第 1の位相比較器 72と、検出された位相差に基づいて発光タイミング信号 E1を補正 した補正発光タイミング信号 Elxを発光素子駆動回路 30へ出力する第 1の位相調 整回路 76とで構成される。第 1の位相比較器 72と検出信号発生回路 10との間には セレクタ 80が設けられて、図 6に示す実施形態と同様にして、複数の検出タイミング 信号 D1が順次第 1の位相比較器 72に出力される。
[0057] 第 2のタイミング同期回路 70Aは、検出信号発生回路 20と受光素子駆動回路 40と の間に挿入され、発光タイミング信号 E1と受光素子駆動信号 D2との位相差を検出 する第 2の位相比較器 72Aと、検出された位相差に基づいて検出タイミング信号 D1 を補正した補正発光タイミング信号 Dlxを受光素子駆動回路 40へ出力する第 2の位 相調整回路 76Aとで構成される。この実施形態においては、図 5の実施形態と同様 のセレクタ 80Aが使用され、 4つの受光素子駆動信号 D2の一つを強度変調光の周 期毎に選択して、第 2の位相比較器 72Aへ入力する。
[0058] 本実施形態では、 2つのタイミング同期回路 70、 70Aが使用されて、発光タイミング 信号 E1と検出タイミング信号 D1との位相が互いに近づく方向にそれぞれ補正される ことで、発光素子 100から放射される強度変調光の位相へ正確に同期して受光素子 200を動作させることができ、空間情報の検出精度を向上できる。
[0059] (実施形態 8)
図 12は、本発明の第 8の実施形態に係る空間情報検出装置を示し、タイミング同 期回路 70Bの内部構成及びこれに関連する構成を除いて、図 10に示す第 6の実施 形態と構成及び機能が同一である。同一の要素について同様の参照番号で示し、 重複する記載を差し控える。
[0060] このタイミング調整回路 70Bは、入力電圧に応じて異なる周波数の信号を発生する 発振回路 78と、検出タイミング信号 D1と発光素子駆動信号 E2との位相差を検出す る位相比較器 72Bを備える。検出された位相差は電圧信号として発振回路 78に送ら れ、発振回路 78はこの位相差によって周波数が異なる信号を補正された検出タイミ ング信号 Dlxとして受光素子駆動回路 40に出力する。この結果、発光素子 100から 放射される強度変調光の位相に同期した受光素子駆動信号 D2が得られ、発光素子 100と受光素子 200の動作を同期させることができる。
[0061] (実施形態 9)
図 13は、本発明の第 9の実施形態に係る空間情報検出装置を示し、タイミング同期 回路 70Bの出力で発光素子タイミング信号を形成することを除いて、図 12の実施形 態と基本的に同一である。同一の要素について同様の参照番号で示し、重複する記 載を差し控える。
[0062] タイミング同期回路 70Bは、位相比較回路 72Bと発振回路 78とで構成される。位相 比較器 72Bは検出信号発生回路 20からの検出タイミング信号 D1と、発光素子駆動 回路 30から出力される発光素子駆動信号 E2とを比較し、両者の位相差に相当する 電圧を発振回路 78へ出力する。本実施形態において、発振回路 78は発光信号発 生回路を構成して、発光素子駆動回路 30へ出力される発光タイミング信号 E1を発 生させるように構成され、位相比較器 72Bの出力電圧に応じて発光タイミング信号 E 1の周波数を調整するものであり、位相比較器 72Bで検出される検出タイミング信号 D1と発光素子駆動信号 E2との間の位相差を一定とするように発光タイミング信号 E 1の周波数を決定する。検出タイミング信号 D1は、図 11の実施形態と同様のセレク タ 80を介して位相比較器 72Bに送られる。
[0063] 図 14は、上記の各実施形態に使用できる受光素子駆動回路の一例を示すもので 、基本的な動作は、図 1に示す実施形態での受光素子駆動回路 40と同様であり、同 一の要素について同様の参照番号で示し、重複する記載を差し控える。
[0064] この受光素子駆動回路 40Aは、受光素子 200に流れる受光素子駆動電流 D2の 瞬時変化率を求める微分回路 62と、微分回路 62で求めた瞬時変化率の最大値を 検出するピーク検出回路 64とを備えた電流監視回路 60を備える。ピーク検出回路 6 4で検出された電流変化率の最大値はレジスタ 68で最新の値として保持される。第 1 の実施形態で述べたように、電流コントローラ 66は、レジスタ 68から読み出した電流 変化率の最大値に基づいて、抵抗体として作用する FET53、 54を制御することで、 直流電源 210から出力スィッチ 50を介して受光素子 200に流れる充電電流及び受 光素子 200から出力スィッチ 50を介してグランドに流れる放電電流の変化率を所定 の値に維持する。この結果、検出タイミング信号 D1に応じて受光素子 200に流れる 充電電流及び放電電流の立ち上がり時間、立ち下がり時間が一定となり、周囲の温 度に影響を受けることなく受光素子 200の動作を行って、正確な空間情報の検出が 行える。
[0065] この受光素子駆動回路 40Aは、更に、周囲温度を検知する温度センサ 130、検知 された温度を所定時間間隔で記憶する温度テーブル 140、及びこれらに接続された 起動回路 120を備える。起動回路 120は、現在の温度を所定時間前の温度と比較し て、その温度差が所定値以上となった時のみに、微分回路 62とピーク検出回路 64を 動作させ、それ以外はこれらの回路を停止させる。温度差が所定値未満の場合、電 流コントローラ 66はレジスタから読み出す最新の値に基づいて受光素子 200に流れ る電流を制御する。従って、受光素子 200の動作に悪影響を与えることがない温度 範囲においては、微分回路やピーク検出回路の動作を停止させて、電力消費を低 減すること力 Sでさる。
[0066] 図 15は、更に、上記の各実施形態に使用できる受光素子駆動回路の一例を示し、 周囲温度の影響による受光素子 200の動作応答性の変動を無くすために、周囲温 度に基づいて受光素子駆動電流 D2の変化率を補正するように構成される。この受 光素子駆動回路 40Bは、周囲温度を検出する温度センサ 150と、検出された温度に ついて予め決定された制御パラメータを保持する記憶手段 162を備える。電流コント ローラ 160は、検出温度に対応する制御パラメータを記憶手段から 162から読み出し 、制御パラメータで規定される電圧を、抵抗体として作用する FET53 54のゲートに 印加して、各 FETのオン抵抗を調整することで、直流電源 210から出力スィッチ 50を 介して受光素子 200に流れる充電電流及び受光素子 210から出力スィッチ 50を介 してグランドに流れる放電電流の電流変化率を一定とする。これにより、受光素子 20 0を流れる電流の立ち上がり時間、及び立ち下がり時間が所定の値に維持され、周 囲温度に影響されることのない安定した受光素子 200の動作が得られる。
[0067] 図 16は、上記の受光素子駆動回路に適用できる電流制御の一例を示す。この例 では、複数の直流電源 210A 210B 210Cを使用して、任意の組み合わせの直流 電源から受光素子 200 電流を供給するように構成され、各直流電源とグランドとの 間にそれぞれ出力スィッチ 50A 50B 50Cが揷入される。各出力スィッチは、図 1 の実施形態と同一の構成であり、直列接続された FET51A 52A; 51B 52B ; 51C 52C間の接続点とグランドとの間に受光素子 200が接続される。各出力スィッチを 構成する FETのゲートは、互いに接続されて検出タイミング信号 D1が同時に印加さ れ、この検出タイミング信号 D1に基づいて、図 1の実施形態と同様にオン'オフされ ることで、受光素子 200の充電と放電とを行う。
[0068] 各出力スィッチ 50A 50B 50Cには、それぞれ、抵抗体となる充電電流制御用 F ET53A 53B 53Cと放電電流制御用 FET54A 54B 54Cが直列に接続され、 電流コントローラ 160によって、任意の組み合わせの充電電流制御用 FET及び放電 電流制御用 FETが駆動されることで、受光素子 200に電流を所定の変化率で流す。 電流コントローラ 160は、所定の電流変化率に対応する電流量を規定するアナログ 電圧を A/Dコンバータ 164に出力し、ここで、どの組み合わせの充電電流制御用 F ET53A 53B 53Cをオンさせる力、、同様に、どの組み合わせの放電電流制御用 F ET54A 54B 54Cをオンさせるかを決定するデジタル信号が作成される。このデ ジタル信号がそれぞれ、充電電流制御用 FET及び放電電流制御用 FETのゲートに 印加されることで、指定された任意の組み合わせの FETがオンして、受光素子 200 に流れる電流量が制御される。
[0069] このように、複数の出力スィッチへ個々に接続される複数の充電電流制御用 FET の任意の組み合わせでオンさせることができるため、受光素子 200の充電電流を細 力、く制御できる。この場合、充電電流制御用 FET53A、 53B、 53Cは、同一または異 なるオン抵抗を有するものが使用される。放電電流制御用 FET54A、 54B、 54Cに ついても同様である。
[0070] (実施形態 10)
図 17は、本発明の第 10の実施形態に係る空間情報検出装置を示し、タイミング同 期回路 70の内部構成を除いて、図 1や 5に示す第 1の実施形態と構成及び機能が 同一である。同一の要素について同様の参照番号で示し、重複する記載を差し控え
[0071] このタイミング調整回路 70は、入力電圧に応じて異なる周波数の信号を発生する 発振回路 78と、発光タイミング信号 E1と受光素子駆動信号 D2との位相差を検出す る位相比較器 72を備える。検出された位相差は電圧信号として発振回路 78に送ら れ、発振回路 78はこの位相差によって周波数が異なる信号を補正された発光タイミ ング信号 Elxとして発光素子駆動回路 30に出力する。この結果、受光素子駆動信 号 D2と同期した強度変調光が発光素子 100から放出され、発光素子 100と受光素 子 200の動作を同期させることができる。
[0072] 上記の各実施形態及び変更態様での個別の特徴は、その他の実施形態や変更態 様での特徴と組み合わせるか或いは置換することが可能であり、そのような構成もま た本発明の範疇である。
[0073] また、上記の各実施形態では、空間情報の一例として対象空間内の物体との距離 を求めることを説明した力 S、本発明はこれのみに限定されるものではなぐ物体から反 射されて受光素子で受光される強度変調光の強度を分析して、物体の反射率を求 めて、物体の識別を行うことにも適用できる。

Claims

請求の範囲
[1] 対象空間に強度変調光を放射する発光素子 100、
上記発光素子の発光タイミングを決定する発光タイミング信号 E1を発生させる発光 信号発生回路 10、
上記発光タイミング信号を受けて上記の発光素子から上記の強度変調光を発生させ る発光素子駆動信号 E2を出力する発光素子駆動回路 30、
上記の対象空間内の物体から反射される上記の強度変調光を受ける受光素子 200 上記受光素子で受光する強度変調光を複数の位相区間 P0、 Pl、 P2、 P3において それぞれ取り出した複数の個別の受光強度の変化に基づいて、上記発光素子から 発光される強度変調光と上記受光素子で受光された強度変調光との間の関係を求 めて上記対象空間での空間情報を出力する情報出力回路 300、
上記の受光素子を動作させて上記の各位相区間での受光動作を行わせるために互 いに位相がずれた複数の受光素子駆動信号 D2を上記受光素子に出力する受光素 子駆動回路40 ; 40八；408、
上記受光素子駆動信号を発生させるタイミングを決定する検出タイミング信号 D1を 上記の受光素子駆動回路に与える検出信号発生回路 20を備えた空間情報検出装 置において、
上記発光素子駆動回路の出力に伴う周期的変動と、上記検出タイミング信号によつ て決定される周期的変動とを比較して、両者の周期的変動との位相差が一定の値と なるように、上記検出タイミング信号 D1と上記発光タイミング信号 E1との少なくとも一 方を補正するタイミング同期回路 70； 70A; 70Bが備えられたことを特徴とする空間 情報検出装置。
[2] 上記タイミング同期回路 70は、上記受光素子駆動回路から出力される受光素子駆 動信号 D2の周期的変動を上記検出タイミング信号によって決定される周期的変動と して、上記発光素子駆動回路 30から出力される上記発光素子駆動信号 E2と比較す るように構成されたことを特徴とする請求項 1に記載の空間情報検出装置。
[3] 上記タイミング同期回路 70は上記の発光タイミング信号を補正して、この補正した発 光タイミング信号 Elxを上記の発光素子駆動回路に入力することを特徴とする請求 項 1または 2に記載の空間情報検出装置。
[4] 上記タイミング同期回路 70は、上記発光信号発生回路 10と上記発光素子駆動回路
30との間に挿入され、上記発光信号発生回路から出力される上記発光タイミング信 号を可変の値で位相シフトさせて上記の発光素子駆動回路に出力させる位相調整 回路 76と、上記受光素子駆動回路から出力される周期変動と上記発光素子駆動回 路 30から出力される上記発光素子駆動信号との位相差に応じて上記の位相シフト 量を決定する位相比較器 72とで構成されたことを特徴とする請求項 3に記載の空間 情報検出装置。
[5] 上記受光素子駆動回路 40は、上記検出信号発生回路から出力される複数の検出タ イミング信号に基づレ、て上記の受光素子駆動信号をそれぞれ決定するように構成さ れ、
複数の互いに位相がずれた上記の受光素子駆動信号のそれぞれを選択的に取り出 すセレクタ 80が備えられ、
上記タイミング同期回路 70は、上記セレクタ 80から取り出される上記の各受光素子 駆動信号 D2と上記の発光素子駆動回路 30の出力に伴う周期変動 E2との位相差に 基づ!/、て上記の発光タイミング信号を補正するように構成されることを特徴とする請 求項 3に記載の空間情報検出装置。
[6] 上記の情報出力回路 300は、各受光素子駆動信号に対応する各位相区間での受 光強度をそれぞれ複数回に亘つて積算し、各位相区間での積算値に基づいて、上 記の空間情報を求めるように構成され、
上記情報出力回路は、上記セレクタ 80から取り出される上記の各受光素子駆動信 号 D2に同期して、上記の各位相区間 P0、 Pl、 P2、 P3での受光強度を上記の受光 素子 200から取り出すことを特徴とする請求項 5に記載の空間情報検出装置。
[7] 上記検出信号発生回路 20と上記受光素子駆動回路 40との間に挿入されて上記の 検出タイミング信号を可変の値で位相シフトさせて上記の受光素子駆動回路に出力 させる補助位相調整回路 90と、上記の検出タイミング信号 D1と上記の受光素子駆 動回路から出力される周期変動 D2との位相差を検出してこの位相差に応じた出力 を上記の補助位相調整回路に出力する補助位相比較器 92とを備え、上記の位相差 に基づいて上記補助位相調整回路 90から出力される位相シフト量が決定されて、上 記検出タイミング信号 D1と、上記の受光素子駆動回路から出力される上記の受光素 子駆動信号 D2との位相差を所定の値に維持することを特徴とする請求項 2に記載の 空間情報検出装置。
[8] 上記タイミング同期回路 70 ; 70Aは、上記発光素子駆動回路 30の出力に伴う周期 的変動 E2と、上記検出信号発生回路 20から出力される上記検出タイミング信号 D1 とを比較するように構成されたことを特徴とする請求項 1に記載の空間情報検出装置
[9] 上記タイミング同期回路 70は、上記タイミング同期回路 70は上記の発光タイミング信 号を補正して、この補正した発光タイミング信号 Elxを上記の発光素子駆動回路に 入力することを特徴とする請求項 8に記載の空間情報検出装置。
[10] 上記タイミング同期回路 70Aは、上記検出タイミング信号を補正し、この補正した検 出タイミング信号 Dlxを上記受光素子駆動回路 40に入力することを特徴とする請求 項 8に記載の空間情報検出装置。
[11] 上記タイミング同期回路 70Aは、上記検出信号発生回路 20と上記受光素子駆動回 路 40との間に挿入され、上記検出信号発生回路から出力される上記検出タイミング 信号 D1を可変の時間で位相シフトさせて上記の受光素子駆動回路 40に出力させる 位相調整回路 76Aと、上記発光素子駆動回路から出力される周期変動と上記検出 信号発生回路から出力される上記検出タイミング信号との位相差に応じて上記の位 相シフト量を決定する位相比較器 72Aとで構成されたことを特徴とする請求項 10に 記載の空間情報検出装置。
[12] 上記タイミング同期回路は、上記発光信号発生回路 10と上記発光素子駆動回路と の間に挿入された第 1のタイミング同期回路 70と、上記検出信号発生回路と上記受 光素子駆動回路との間に挿入された第 2のタイミング同期回路 70Aとで構成され、 上記第 1のタイミング同期回路 70は、上記発光信号発生回路 10から出力される上記 発光タイミング信号 E1を可変の値で位相シフトさせて上記の発光素子駆動回路 30 に出力させる第 1の位相調整回路 76と、上記発光素子駆動回路 30から出力される 周期変動 E2と上記検出信号発生回路 20から出力される上記検出タイミング信号 Dl との位相差に応じて上記の位相シフト量を決定する第 1の位相比較器 72とで構成さ れ、
上記第 2のタイミング同期回路 70Aは、上記検出信号発生回路 20から出力される上 記検出タイミング信号 D1を可変の値で位相シフトさせて上記の受光素子駆動回路 4 0に出力させる第 2の位相調整回路 76Aと、上記発光信号発生回路 10から出力され る上記発光タイミング信号 E1と上記受光素子駆動回路 40から出力される上記受光 素子駆動信号 D2との位相差に応じて上記の位相シフト量を決定する第 1の位相比 較器 72Aとで構成されたことを特徴とする請求項 1に記載の空間情報検出装置。
[13] 上記タイミング同期回路 70Aと上記受光素子駆動回路 40との間に挿入されて上記 の補正された検出タイミング信号 Dlxを可変の値で位相シフトさせて上記の受光素 子駆動回路に出力させる補助位相調整回路 90Aと、上記の補正された検出タイミン グ信号 Dlxと上記の受光素子駆動回路 40から出力される受光素子駆動信号 D2と の位相差を検出してこの位相差に応じた出力を上記の補助位相調整回路 90Aに出 力する補助位相比較器 92Aとを備え、上記の位相差に基づ!/、て上記の補助位相調 整回路 90Aから出力される位相シフト量が決定されて、上記タイミング同期回路 70A 力も出力される上記検出タイミング信号 Dlxと、上記の受光素子駆動回路 40から出 力される上記の受光素子駆動信号 D2との位相差を所定の値に維持することを特徴 とする請求項 10に記載の空間情報検出装置。
[14] 上記発光素子から出力される強度変調光の一部を受光して対応する光強度を出力 する参照用受光素子 110を備え、
上記タイミング同期回路 70Aは、上記参照用受光素子から出力される光強度を、上 記発光素子駆動回路 30からの出力に伴う周期変動として使用することを特徴とする 請求項 10に記載の空間情報検出装置。
[15] 上記タイミング同期回路 70Bは、入力電圧に応じて変化する周波数の信号を上記の 補正された検出タイミング信号 Dlxとして上記の受光素子駆動回路 40へ出力する発 振回路 78と、上記発光素子駆動回路 30の出力に伴う周期的変動 E2と、上記検出 信号発生回路 20から出力される上記検出タイミング信号 D1との位相差に応じた電 圧を上記発振回路に出力する位相比較器 72Bとで構成されたことを特徴とする請求 項 10に記載の空間情報検出装置。
[16] 上記受光素子は直流電源 210からの直流電流が供給されて動作する容量性リアクタ ンス成分を有する素子であり
上記受光素子駆動回路 40Bは、
上記直流電源と上記受光素子との間に接続され、上記の検出タイミング信号に同期 して動作して上記受光素子へ上記の直流電流を供給する出力スィッチ 50と、 周囲温度を検出する温度センサ 150と、
上記温度センサからの温度出力に応じて、上記受光素子に出力される電流の変化 率が所定値となるように、上記受光素子に出力する電流を調整する電流コントローラ 160とで構成されたことを特徴とする請求項 1に記載の空間情報検出装置。
[17] 上記電流コントローラ 160は、上記受光素子を流れる電流の変化率を温度に関連づ けて保持する記憶手段 162を有し、
上記電流コントローラは、上記温度センサ 150から出力される温度に基づいて、上記 記憶手段 162から対応する電流変化率を読み出して、この読み出した電流変化率と 一致するように、受光素子に流れる電流を制御するように構成されたことを特徴とす る請求項 16に記載の空間情報検出装置。
[18] 上記受光素子は直流電源 210からの直流電流が供給されて動作する容量性リアクタ ンス成分を有する素子であり
上記受光素子駆動回路 40Aは、
上記直流電源と上記受光素子との間に接続され、上記の検出タイミング信号に同期 して動作して上記受光素子へ上記の直流電流を供給する出力スィッチ 50と、 上記受光素子に出力される電流の変化率を検出してこの変化率を示す電流変化出 力を与える電流監視回路 60と、
上記の電流変化出力を受けて、上記受光素子に出力される電流の変化率が所定値 となるように、上記受光素子に出力する電流を調整する電流コントローラ 66とで構成 されたことを特徴とする請求項 1に記載の空間情報検出装置。
[19] 上記電流監視回路 60は、受光素子に流れる電流の瞬時変化率を算出する微分回 路 62と、
上記微分回路から得られる電流の瞬時変化率の最大値を検出するピーク検出回路 64とで構成され、
上記電流コントローラ 66は、上記ピーク検出回路から出力される瞬時変化率の最大 値に基づレ、て、上記受光素子を流れる電流の変化率を所定値となるように制御する ように構成されたことを特徴とする請求項 18に記載の空間情報検出装置。
[20] 上記の受光素子駆動回路は、更に、
周囲温度を検出する温度センサ 130と、
上記ピーク検出回路 64で検出した上記瞬時変化率の最大値を保持するレジスタ 68 と、
所定時間毎に上記温度センサの出力を記憶する温度テーブル 140と、
現在の温度と所定時間前の温度との温度差が所定値以上となった時のみ、上記の 微分回路と上記ピーク検出回路を動作させる起動回路 120とを備えることを特徴とす る請求項 19に記載の空間情報検出装置。
[21] 対象空間に強度変調光を放射する発光素子 100、
上記発光素子の発光タイミングを決定する発光タイミング信号 E1を発生させる発光 信号発生回路 10、
上記発光タイミング信号を受けて上記の発光素子から上記の強度変調光を発生させ る発光素子駆動信号 E2を出力する発光素子駆動回路 30、
上記の対象空間内の物体から反射される上記の強度変調光を受ける受光素子 200 上記受光素子で受光する強度変調光を複数の位相区間 P0、 Pl、 P2、 P3において それぞれ取り出した複数の個別の受光強度の変化に基づいて、上記発光素子から 発光される強度変調光と上記受光素子で受光された強度変調光との間の位相関係 を求めて上記対象空間での空間情報を出力する情報出力回路 300、
上記の受光素子を動作させて上記の各位相区間での受光動作を行わせるために互 いに位相がずれた複数の受光素子駆動信号 D2を上記受光素子に出力する受光素 子駆動回路40 ; 40八；408、 上記受光素子駆動信号を発生させるタイミングを決定する検出タイミング信号 Dlを 上記の受光素子駆動回路に与える検出信号発生回路 20を備えた空間情報検出装 置において、
上記発光信号発生回路からの発光タイミング信号の周期的変動と、上記検出タイミン グ信号によって決定される周期的変動とを比較して、両者の周期的変動との位相差 が一定の値となるように、上記検出タイミング信号 D1と上記発光タイミング信号 E1と の少なくとも一方を補正するタイミング同期回路 70； 70A; 70Bが備えられ、 上記タイミング同期回路 70は、入力電圧に応じて変化する周波数の信号を上記の 補正された発光タイミング信号 Elxとして上記の発光素子駆動回路へ出力する発振 回路 78と、上記受光素子駆動回路の出力に伴う周期的変動 D2と、上記発光信号発 生回路から出力される上記発光タイミング信号 E1との位相差に応じた電圧を上記発 振回路に出力する位相比較器 72とで構成されたことを特徴とする空間情報検出装
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