JP2814389B2

JP2814389B2 - 距離測定装置

Info

Publication number: JP2814389B2
Application number: JP1170722A
Authority: JP
Inventors: 哲也赤木
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1989-06-30
Filing date: 1989-06-30
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2013-10-22
Also published as: JPH0335113A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、パルス出力の入力に応答して投光素子を駆
動して検出対象に向けて光ビームを投光する投光手段
と、前記検出対象からの前記光ビームの反射光を受光
し、その受光位置に応じた受光出力を出力する受光手段
とを含み、その受光出力に基づいて前記検出対象の距離
を測定する距離測定装置に関する。

（従来の技術）第８図は公知ではないが従来例に係る三角測量法に基
づいて検出対象までの距離を測定する構成の距離測定装
置の回路図であり、第９図は第８図の距離測定装置の動
作説明のための各部の信号のタイミングチャートであ
る。なお、この三角測量法については、特開昭57−4480
9号においても公知であるから、その詳しい説明は省略
する。

第８図に示すようにパルス発振回路２から第９図
（ａ）のような台形状信号S1が投光制御回路４と比較回
路６とにそれぞれ与えられる。比較回路６はパルス発振
回路２からの台形状信号S1に基づいて第９図（ｂ）に示
すような波形の信号を信号処理回路８のANDゲート8aの
ゲート信号S2として生成出力する。また、投光制御回路
４はパルス発振回路２からの台形状信号S1に基づいて第
９図（ｃ）に示すような三角波信号を投光制御信号S3と
して生成出力し、この三角波の投光制御信号S3でもって
投光素子ドライブ回路10を駆動制御する。投光素子ドラ
イバ回路10は、この投光制御信号S3の入力に応答して投
光素子12を駆動する。駆動された投光素子12は集束レン
ズ14を介して光ビーム16を検出対象18に向けて照射す
る。集束レンズ14から所定距離を隔てたところに配置さ
れた集光レンズ20を介して位置検出素子22は検出対象18
での光ビームの反射光24を受光する。反射光24を受光し
た位置検出素子22は、バイアス用電源25から供給される
電源によりそれに対する前記反射光の受光位置に応じて
その両端に異なった電流出力を出力する。

そして、この場合、集束レンズ14から検出対象18まで
の距離に応じて位置検出素子22での反射光24の受光位置
が変化することに応じて位置検出素子22はその反射光24
の受光位置に応じた異なる２つのアナログ電流出力をそ
の両端から出力する。

I/V変換器26,28はそれぞれ位置検出素子22の両端それ
ぞれからの電流出力を第９図（ｄ）（ｅ）のような三角
波の位置検出信号S5,S6（電圧信号）に変換してのち、
それぞれの位置検出信号S5,S6を減算回路30および加算
回路32にそれぞれ与える。減算回路30の出力はサンプル
・ホールド回路34を介して比較回路36に与えられる。比
較回路36には使用者が距離測定範囲中に設定した所定の
レベルVref1が設定されており、そのレベルVref1を越え
るサンプル・ホールド回路34出力が与えられると、その
サンプル・ホールド回路34出力が信号処理回路８のAND
ゲート8aに与えられるとともに、ここで距離測定信号と
して処理されてから出力回路38に出力される。なお、こ
の信号処理回路８において、8bは積分回路、8cはスレシ
ョルドレベルVref3に設定された比較回路である。

一方、両I/V変換器26,28それぞれの出力を加算した加
算回路32の出力S6は第９図（ｆ）に示すような波形とな
っていてそのレベルがスレショルドレベルVref2を越え
たときに比較回路40から第９図（ｇ）に示すような投光
停止信号S7が出力される。

すなわち、この従来例では加算回路32の出力が一定に
されるから、減算回路30の出力は検出対象18までの距離
に対応したものとなり、したがって、その減算回路30の
出力を比較回路36を介して信号処理回路８で処理して出
力回路38に出力することで検出対象18の距離の測定を行
うことができる。

（発明が解決しようとする課題）上記構成および動作を行う従来例の距離測定装置にお
いては、一般的な検出対象18の反射面が光を拡散反射す
るような反射面を有している場合では、減算回路30では
両I/V変換器26,28の各出力S4,S5の減算を行って検出対
象18の距離を測定できるが、検出対象18の反射面が鏡面
であるときには、位置検出素子22の電流出力が急速に立
ち上がって飽和してしまい、その結果、両I/V変換器26,
28それぞれの出力S4,S5は第９図（ｄ）（ｅ）の仮想線
にそれぞれ示すように立ち上がりの鋭くかつ飽和した信
号S4′,S5′となり、両信号S4′,S5′を減算しても、検
出対象18の距離に正確に対応した減算値を得ることがで
きなくなって精度の高い距離測定ができなくなる。

また、検出対象18が遠距離にあるときは、位置検出素
子22での受光量が小さくなるので、その場合に位置検出
素子22の出力のゲインをあげることが考えられるが、そ
れでは検出対象18が鏡面の反射面のときには、位置検出
素子22での出力が上記と同様の飽和を来してしまって精
度の高い距離測定ができなくなる。

さらには、このような事態を回避できるとしてもそれ
を迅速に回避するように回路の動作の応答性を高める、
例えばパルス発振回路２からの１回のパルス出力内で回
避することは難しかった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであ
って、検出対象の反射面が鏡面であっても、また、検出
対象が遠距離にあっても受光出力の飽和を来すことのな
いようにして検出対象までの距離を精度高くかつ応答性
高く迅速に測定できるようにすることを目的としてい
る。

（課題を解決するための手段）このような目的を達成するために、本発明の距離測定
装置においては、パルス出力の入力に応答して投光素子
を駆動して検出対象に向けて光ビームを投光する投光手
段と、前記検出対象からの前記光ビームの反射光を受光
し、その受光位置に応じた受光出力を出力する受光手段
とを含み、その受光出力に基づいて前記検出対象の距離
を測定するものにおいて、前記受光手段からの受光出力
を直接または間接に微分する微分手段と、前記受光手段
からの直接または間接の受光出力と前記微分手段の出力
とを用いてファジィルールに従って当該受光手段の受光
出力の飽和を防止できる前記投光手段のゲインまたは前
記受光手段のゲインをファジィ推論し、そのファジィ推
論の結果に基づいて当該投光手段または受光手段に対し
てゲイン調整信号を出力するファジィ制御手段とを具備
したことを特徴としている。

（作用）投光手段へのパルス出力の入力に応答し、当該投光手
段は投光素子を駆動し、これにより投光素子から検出対
象に向けて光ビームが投光される。そして、受光手段は
検出対象からの前記光ビームの反射光を受光し、その受
光位置に応じた受光出力を出力する。微分手段は受光手
段からの受光出力を直接または間接に微分手段で微分す
る。

ファジィ制御手段は受光手段からの直接または間接の
受光出力と微分手段の出力とを用いてファジィルールに
従って受光手段の受光出力の飽和を防止できる前記投光
手段のゲインまたは前記受光手段のゲインをファジィ推
論し、そのファジィ推論の結果に基づいて投光手段また
は受光手段に対してゲイン調整信号を出力する。

その結果、本発明では検出対象が鏡面の反射面を有し
ている場合に受光手段からの受光出力が飽和したときは
ただちに投光手段への１回のパルス出力の印加中に投光
手段または受光手段のゲインを調整するゲイン調整信号
を出力して受光手段の受光出力の飽和を防止でき、その
結果として、距離測定の精度の向上とその応答性の迅速
化とを図れる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

第１図は、本発明の実施例に係る距離測定装置の回路
図であって、第８図に係る従来例の距離測定装置と同一
なしいは対応する部分には同一の符号を付すとともに、
その同一の符号に係る部分についての詳細な説明は省略
する。

第１図において、２はパルス発振回路、12は投光素
子、14は集束レンズ、16は光ビーム、18は検出対象、20
は集光レンズ、22は位置検出素子、24は反射光、25はバ
イアス用電源、26,28はI/V変換器、30は減算回路,32は
加算回路、40は第８図の投光制御回路４と投光素子ドラ
イブ回路10とからなる投光回路、42は第８図のサンプル
・ホールド回路34、後記サンプル・ホールド回路34′、
第８図の比較回路36と、後記比較回路36′、第８図の信
号処理回路８と出力回路38とからなる演算出力回路であ
る。

ただし本実施例では減算回路30の出力段に接続された
サンプル・ホールド回路34と同様のサンプル・ホールド
回路34′（図示しない）が、加算回路32の出力段にも接
続されているとともに、そのサンプル・ホールド回路3
4′の出力段に比較回路36′（図示しない）が接続さ
れ、そして、両比較回路36,36′は信号処理回路８のAND
ゲート8aに接続されていて、これらは演算出力回路42内
に設けられている。

本実施例においては、両I/V変換器26,28それぞれから
の出力を比較し、レベルの大きい一方の出力を選択して
これをVaとして出力する比較出力回路44を備える。この
比較出力回路44は第２図に示すような回路構成を有して
いて、一方のI/V変換器８の出力VI1が（−）端子，他方
のI/V変換器９の出力VI2が（＋）端子に与えられる第１
の比較回路44aと、一方のI/V変換器８の出力VI1が
（＋）端子、他方のI/V変換器９の出力VI2が（−）端子
に与えられる第２の比較回路44bと、第１の比較回路44a
出力がゲートに与えられる第１の電界効果トランジスタ
と44c、第２の比較回路44b出力がゲートに与えられる第
２の電界効果トランジスタ44dとから構成されている。
つまり、この比較出力回路44に与えられたI/V変換器8,9
それぞれの出力VI1,VI2の内、例えばVI1の方がVI2より
も大のときは第１の比較回路44aの出力が低下するから
第１の電界効果トランジスタ44cがオンし、その結果、
比較出力回路44からはI/V変換器８の出力VI1が出力され
るというように、両出力VI2の内、レベルの高い方がVa
として比較出力回路44から出力される。

第１図に戻って、46は比較出力回路44の出力Vaと後記
増幅回路52の出力Vbとがそれぞれ与えられるファジィ制
御部、48は同じく比較出力回路44の出力Vaが与えられる
サンプル・ホールド回路、50はサンプル・ホールド回路
48の出力を微分する微分回路、52は微分回路50の出力を
増幅してファジィ制御部46に出力Vbとして出力する増幅
回路である。

ファジィ制御部46は第３図のファジィルール〜と
第４図（ａ）（ｂ）でそれぞれあらわされる前記両出力
Va,Vbのメンバーシップ関数と、第５図のファジィ制御
部46からの出力Vf（投光回路40のゲイン調整信号）のメ
ンバーシップ関数とをそれぞれ記憶している。第３図の
ファジィルールについて説明すると、このファジィルー
ルはif（前件部）〜then（後件部）形式の複数種類、例
では５種類から構成されている。そして、Va,Vbはそれ
ぞれ比較出力回路44と増幅回路52とから与えられる前件
部変数、Vfは後件部変数、NL,NM,…,PS,PM,PLはそれぞ
れ前件部変数および後件部変数が属するファジィ集合の
ファジィラベル名であって、NLは負の小,NMは負の中、N
Lは負の大,PSは正の小、PMは正の中、PLは正の大を示す
ファジィラベル名である。

ファジィ制御部46は第４図（ａ）（ｂ）に示すよう
な、前件部変数Va,Vbのそれぞれのメンバーシップ関数
座標系におけるメンバーシップ関数を記憶している。第
４図（ａ）は前件部変数Vaに対するメンバーシップ関
数、第４図（ｂ）は前件部変数Vbに対するメンバーシッ
プ関数をそれぞれ示している。また、第４図（ａ）
（ｂ）において横軸にあらわされる前件部変数の数値は
それぞれ電圧を示しており、NL,NM,…PS,PM,PLはそれぞ
れその下に図示されたメンバーシップ関数に対応してい
る。第５図は後件部変数Vfに対するメンバーシップ関数
であって、その横軸にあらわされる後件部変数はそれぞ
れ電圧を示しており、NL,NM,…PS,PM,PLはそれぞれの下
に図示されたメンバーシップ関数に対応している。

動作について第６図（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照して説
明する。第６図（ａ）は投光回路40の出力波形、第６図
（ｂ）はその投光回路40の出力に対応したI/V変換器26,
28の内、比較出力回路44で選択された大きい方のI/V変
換器26,28出力Vaの波形、第６図（ｃ）は増幅回路52の
出力Vbの波形をそれぞれ示している。この第６図におい
て、T1の期間は検出対象18の反射面が鏡面のように光の
反射率がきわめて高いために出力Vaが飽和（飽和電圧値
5V）し、かつ出力Vbもピーク値が6Vと大きくなっている
場合、T2の期間は検出対象18の反射面の反射率がT1の場
合よりも低いために出力Vaは飽和していないが、目的と
する出力値（例えば3Vの電圧値）をオーバーし、かつ出
力Vbはピーク値が4Vと小さなっている場合、T3の期間は
検出対象18が遠距離にあるために出力Vaが目的とする値
以下で、かつ出力Vbがほとんどゼロである場合をそれぞ
れ示している。

いま、投光回路40のゲインが大きいために、この投光
回路40から第６図（ａ）のT1の期間に示すようなピーク
値の大きい波形の出力が出力されて比較出力回路44から
は第６図（ｂ）のT1の期間に示すようなピーク値の出力
Vaが出力されて飽和している一方、増幅回路52からは第
６図（ｃ）のT1の期間に示すようなピーク値の出力Vbが
出力される。そうすると、ファジィ制御部46はこのT1の
期間内（パルス発振回路２からの１回のパルス出力内）
で投光回路40のゲインを調整するために、このT1の期間
内で例えば適宜回数のタイミングでもって各出力Va,Vb
の入力に従って第４図（ａ）（ｂ）からそれぞれ各ファ
ジィルールの対応するメンバーシップ関数に適合するメ
ンバーシップ値を求める。つまり、１回目では、各ファ
ジィルール毎に、各前件部変数Va,Vbのメンバーシップ
値の小さい方を選択し（MIN演算）、この選択したメン
バーシップ値によって第５図から各ファジィルールのy
1,y2のそれぞれに関するNL,NS,…PS,PM,PLの各メンバー
シップ関数を裁断する。これら裁断したすべてのファジ
ィルールのVfに関するNL,NS,…PS,PM,PLの各メンバーシ
ップ関数を重ね合わせ（MAX演算）、最終的なVfそれぞ
れの重ね合わせメンバーシップ関数を得る。この重ね合
わせメンバーシップ関数の例えば重心を求めることによ
り確定した投光回路40のゲイン調整信号としてのVfがフ
ァジィ制御部46から投光回路40に出力される。そして、
２回目でも上記と同様のMIN・MAX演算を行い、そのT1の
期間が終了するまでに投光回路40のゲインを調整して出
力Vaの飽和がなくなるように制御する。その結果、ゲイ
ン調整された投光回路40で投光素子12を駆動し、位置検
出素子22でその投光素子12からの光ビーム16の反射光24
を受光し、その位置検出素子22の出力に対応した比較出
力回路44の出力Vaの飽和は１回目のパルス出力期間中に
解消し、検出対象18の距離測定を精度高くかつ迅速に行
うことができる。なお、第６図のT2およびT3の各期間に
おいても同様であるからその説明は省略する。これによ
り投光回路40は投光素子12に対するパルスの出力ゲイン
を調整し、これにより位置検出素子22からの受光出力の
飽和は１回のパルス出力中に防止されることになる。

なお、本実施例ではそのゲイン調整信号を投光回路40
に出力したが、位置検出素子２またはI/V変換器等の受
光部側に対して出力するようにしてそのゲインを調整す
ることも同様である。

第７図は本発明の他の実施例に係る距離測定装置の回
路図であって、第１図と同一ないしは対応する部分には
同一の部号を付すとともに、その同一の符号に係る部分
についての説明は省略する。第７図に示される実施例に
おいて特徴とする構成は、比較出力回路44がなく、ファ
ジィ制御部46には加算回路32から出力Vaが与えられるよ
うになっていることである。なお、第７図の距離測定装
置におけるファジィ制御部46による動作は第１図のそれ
と同様てあるから、その説明は省略する。

なお、本発明では出力Va,Vbを比較出力回路44を介し
て間接に得たが位置検出素子22から直接得るようにして
もよい。

（発明の効果）以上説明したことから明らかなように、本発明によれ
ば、検出対象の反射面が鏡面であっても、また、検出対
象が遠距離にあっても受光出力の飽和を来すことのない
ようにして検出対象までの距離を精度高くかつ応答性高
く迅速に測定できるようになった。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例に係り、第１図は本発明の実施例に
係る距離測定装置の回路図、第２図は第１図の比較出力
回路の具体回路図、第３図は第１図のファジィ制御部に
記憶されているファジィルールを示す図、第４図（ａ）
（ｂ）はそれぞれ第１図のファジィ制御部に記憶されて
いる前件部変数におけるメンバーシップ関数を示す図、
第５図は同じくファジィ制御部に記憶されている後件部
変数におけるメンバーシップ関数を示す図、第６図は上
記実施例の動作説明に供するタイミングチャート、第７
図は本発明の他の実施例の回路図である。第８図は従来例の距離測定装置の回路図、第９図は同従
来例の動作説明に供する各部の信号のタイミングチャー
トである。２……パルス発振回路、12……投光素子、14……集束レ
ンズ、16……光ビーム、18……検出対象、20……集光レ
ンズ、22……位置検出素子、24……反射光、26,28……I
/V変換器,30……減算回路、32……加算回路、44……比
較出力回路、46……ファジィ制御部、48……サンプル・
ホールド回路、50……微分回路、52……増幅回路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス出力の入力に応答して投光素子を駆
動して検出対象に向けて光ビームを投光する投光手段
と、前記検出対象からの前記光ビームの反射光を受光
し、その受光位置に応じた受光出力を出力する受光手段
とを含み、その受光出力に基づいて前記検出対象の距離
を測定する距離測定装置において、前記受光手段からの受光出力を直接または間接に微分す
る微分手段と、前記受光手段からの直接または間接の受光出力と前記微
分手段の出力とを用いてファジィルールに従って当該受
光手段の受光出力の飽和を防止できる前記投光手段のゲ
インまたは前記受光手段のゲインをファジイ推論し、そ
のファジイ推論の結果に基づいて当該投光手段または受
光手段に対してゲイン調整信号を出力するファジィ制御
手段と、を具備したことを特徴とする距離測定装置。