JPS5842411B2 - 距離測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は被測定体との距離を光学的手段により測定する
距離測定装置に関するもので、その目的は、受光手段の
受光量が常に一定となるように投光手段の投光量をフィ
ードバック制御し得て、距離測定精度の変動の防止並び
に構造の簡単化を図り得ると共に、外乱光による悪影響
を抑制できる距離測定装置を提供するにある。

以下、本発明の第１実施例について第１図乃至第４図を
参照しながら説明する。

第１図において、１は発光ダイオード或はレーザ発生器
等より成る投光手段としての投光素子で、これは制御手
段たるパルス変調回路２により駆動されてパルス変調光
を発射する。

３はコンデンサレンズ等により構成された集光用光学系
で、前記パルス変調光はこの集光用光学系３を介して被
測定体４に投光される。

５は投光素子１と所定間隔を存するように並置した受光
手段としての半導体装置検出器（以下ＰＳＤと略称する
）であり、これの受光面５ａには被測定体４で反射され
たパルス変調光が結像用光学系６を介して入射結像され
るようになっている。

即ち、投光素子１及びＰＳＤ５は被測定体４に対して三
角測量的配置になされており、従ってＰＳＤ５は、被測
定体４で反射されたパルス変調光を該被測定体４との距
離Ｘに応じた受光点で受光する。

ここで、上記ＰＳＤ５は次に述べる機能を有するもので
ある。

つまり、ＰＳＤ５は、バイアス用電源７によりバイアス
された状態で受光面５ａに光が入射されると、その入射
光量に応じた値の光電流Ｉを生成すると共に、対をなす
電極Ａ、Ｂより夫々次式で与えられる信号電流工え、Ｉ
Ｂ（但し、■よ＋Ｉ、＝Ｉ）を位置信号として出力する
。

即ち、第２図に示すようにＰＳＤ５の電極Ａ、Ｂ間の距
離をＬ１電極Ａから受光点までの距離をＸとした場合、 の関係があり、従って信号電流■６゜ ■８により 距離Ｘ（即ち受光点の位置）を知ることができ、この距
離Ｘに応じて被測定体４との距離Ｘを測定することがで
きる。

８，９は夫々信号電流■え、■８に応じて単調増加する
、直流信号電圧ｖＡ、ＶＢを出力する受光回路であり、
これらは第３図に示すような構成になっている。

尚、受光回路８，９は夫々同一構成であるから、第３図
においては一方の受光回路８のみ示し、他方の受光回路
９については受光回路８と同一構成部分に対応させて付
゛した（ト）内の符号を援用することによりその図示を
省略する。

即ち、第３図に示す受光回路８においで、１０ａは信号
電流■えを受ける電流入力増幅器で、その増幅出力が交
流増幅器１１ａ並びに同期手段としてのゲート回路１２
ａを順に介して積分回路１３ａに入力され、この積分回
路１３ａからの積分出力が信号電圧■６をなす。

尚、上記ゲート回路１２ａは、前記パルス変調回路２か
ら出力される同期信号たる発振パルスＰ。

を受けたときのみ信号の通過を許容する構成である。

一方、１４は信号電圧■６と■８との和即ち「■よ＋Ｖ
８Ｊを演算する加算器で、その演算結果はパルス変調回
路２に送出される。

ここで、信号電圧■え、■８は夫々信号電流■え、■８
に対し単調増加するものであるから、「■よ＋Ｖ３Ｊも
「■□十Ｉ８Ｊに対し単調増加するものになる。

即ち、「ＩＡ＋■８」は、ＰＳＤ５が生成する光電流■
と等しいものであって該ＰＳＤ５が受光する前記パルス
変調光の光量に応じた値になるから、「■え＋■８」も
ＰＳＤ５が受光する光量に応じた値になる。

しかして、前記パルス変調回路２は第４図に示すような
構成になっている。

この第４図において、１５は誤差増幅器で、これは加算
器１４からの演算出力「■よ＋■８」と基準電圧Ｅ８と
の差を増幅してその誤差出力電圧■。

を電圧コントロール発振器１６に送出するものである。

この場合、上記誤差出力電圧■。

は ｒＶ、＋Ｖ、Ｊに対して反比例的に変化するように
なっている。

そして、上記電圧コントロール発振器１６は、入力され
る電圧Ｖ。

に応じて単調増加する周波数の発振パルスＰ。

を出力するものである。従って該発振パルスＰ の周波
数は「■え＋■８」に対して反比例的に変化する。

また、上記発振パルスＰｏは、前述したように受光回路
８，９内のゲート回路１２ａ 、１２ｂに与えられると
共に、ドライブ回路１７にも与えられるようになってお
り、このドライブ回路１７は発振パルスＰ。

を増幅してその増幅出力により前記投光素子１を駆動し
、以て該投光素子１からパルス変調光を発射させる。

さらに、第１図中、１８は信号電圧■ と■ との差即
ちｒＶ、−Ｖ８Ｊを演算する減算器、１９は減算器１８
による演算結果「ｖＡ−■８」に基づいて被測定体４と
の距離Ｘを演算する演算手段としての距離演算回路であ
る。

即ち、「■よ一■８」はＰＳＤ５の受光点の位置に対応
して出力される前記信号電流■よ、■８と一定の比関係
にあるものであり、従って、この「ｖ −■ 」に基づ
いて被測定体４との距離Ｘの演算を行なうことができる
。

上記構成においては、投光素子１から発射され且つ被測
定体４で反射されたパルス変調光が、ＰＳＤ５の受光面
５ａ上における上記被測定体４との距離Ｘに応じた受光
点で受光され、ＰＳＤ５は斯ような受光点に対応した位
置信号として信号電流■え、■８を出力する。

そして受光回路８゜９においては、ゲート回路１２ａ、
１２ｂが、前記パルス変調光と同期したタイミングで出
力される発振パルスＰ。

を与えられる毎に上記信号電流■え、■８に対応した交
流増幅器１１ａ、１１ｂからの増幅信号を周期的に通過
させ、且つ積分回路１３ａ 、 １３ｂが上記通過信号
を積分し、結果的に該受光回路８，９から連続的な信号
電圧■よ。

ｖＢが夫々出力される。

すると、加算器１４が「ＶＡ＋■８」を演算してその演
算結果をパルス変調回路２内の誤差増幅器１５に送出す
るため、電圧コントロール発振器１６が「■よ＋Ｖ８Ｊ
（即ち、ＰＳＤ５の受光量に対応した値）に対して周波
数が反比例的に変化する発振パルスＰ。

を出力する。

従って、ＰＳＤ５の受光量が基準値より多い場合、換言
すればｒｖ、＋ｖ、」が基準電圧Ｅ８より大なる値であ
った場合には発振パルスＰｏの周波数が低くなり、これ
とは逆にＰＳＤ５の受光量が基準値より少ない場合には
発振パルスＰｏの周波数が高くなる。

これにより、発振パルスＰ。

により駆動される投光素子１に対して所謂パルス数変調
（ＰＮＭ）がかけられ、従って該投光素子１による投光
量は、ＰＳＤ５の受光量が犬なるときに減少し且つＰＳ
Ｄ５の受光量が小なるときに増大する方向にフィードバ
ック制御され、結果的に、パルス変調回路２はＰＳＤ５
の受光量が常に一定レベルとなるように保持する動作を
行なう。

以上のような動作によって、被測定体４との距離Ｘが変
化した場合でもその変化に応動してＰＳＤ５の受光量が
一定に保持され、また、被測定体４のパルス変調光反射
面における明度２表面形状、ＰＳＤ５に対する傾斜度合
等の如何に拘らずＰＳＤ５の受光量が一定に保持される
ものである。

従って、信号電流Ｉ 、Ｉ ひいては距離測定の基
礎となる減算器１８の演算結果ｒＶ、Ｖ８Ｊは被測定体
４との距離Ｘに対して常に一定の関係を呈するようにな
り、以て距離測定精度が被測定体４の種類並びに該被測
定体４との距離の如何に拘らず変動しなくなるという優
れた効果が得られる。

また、受光回路８，９及びＰＳＤ５並びに加算器１４．
減算器１８等の動作レベルも略一定になすことができて
、これらのダイナミックレンジを小さく構成し得、以て
構造の簡単化を図ることができる。

そして、ＰＳＤ５の受光量が一定であるということは、
該ＰＳＤ５の性質上これが生成する光電流■も一定であ
るということであるから、距離演算回路１９での演算時
に上記光電流■の変化による影響を無視することができ
る。

即ち、光電流■の変化によるスケールファクタの変動が
なくなるため、ＰＳＤ５からの信号電流Ｉ、、Ｉ、を規
格化するための演算が不要である。

従って距離演算回路１９は、単純に「■□−■８」を距
離Ｘに変換するだけの機能があれば良く、この面からも
構造の簡単化を図り得る。

さらに、距離測定のための光学系にパルス変調光を用い
たから、外乱光による悪影響を極力抑制でき、以て距離
測定精度のより一層の安定化を図り得る。

尚、上記実施例中におけるパルス変調回路２並びに受光
回路８，９に代えて、夫々第５図に示す構成の制御手段
たるパルス変調回路２０並びに第６図に示す構成の受光
回路２１を適用しても良い。

即ち、第５図において、２２は加算器１４からの演算出
力ｒＶ ＋Ｖ Ｊと基準電圧Ｅｓとの差をＢ 増幅してその誤差出力電圧■ （但し、■ｏは「■よ＋
ＶＢ」に対して反比例的に変化する）をＦＥＴ２３のゲ
ートに与える誤差増幅器、２４は同期信号たる発振パル
スＰ。

を出力する自励式の発振回路、２５は発振パルスＰ。

の立ち下がり期間のみオンされるトランジスタであり、
このトランジスタ２５はそのオン時にＦＥＴ２３のゲー
トを接地する。

そして、ＦＥＴ２３は、そのドレイン・ソース間が電源
＋■と接地端子との間に投光素子１（この場合発光ダイ
オード）を介して接続されている。

斯かるパルス変調回路２０は、「Ｖ１＋ Ｖ２Ｊ ＝
Ｅ ｓとなるように投光素子１に流れる電流のピーク値
を制御し、以て該投光素子１の投光量を制御してＰＳＤ
５の受光量を一定レベルになす。

また、第６図において、２６は信号電流■Ａ（若しくは
より）を受ける電流入力増幅器、２７は利得可変交流増
幅器、２８は同期手段としてのゲート回路、２９は積分
回路、３０は誤差増幅器であり、この誤差増幅器３０の
出力は利得可変信号として利得可変交流増幅器２７にフ
ィードバックされる。

斯かる構成の受光回路２１においても信号電流■ （若
しくは■Ｂ）と所定の比関係にある信号電圧Ｖ （若し
くはＶＢ）が誤差増幅器３０から出力されるものであり
、特にこの構成によればダイナミックレンジが大になる
利点がある。

本発明によれば以上の説明によって明らかなように、被
測定体との距離、該被測定体の表面状態の如何に拘らず
受光手段の受光量が常に一定となるように投光手段の投
光量をフィードバック制御し得て、距離測定精度の変動
の防止並びに構造の簡単化を図り得ると共に、外乱光に
よる悪影響を小ならしめ得る等の効果を奏する距離測定
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の一実施例に関するもので、
第１図は全体の構成説明図、第２図は受光手段の機能説
明用の図、第３図及び第４図は夫夫異なる要部を示すブ
ロック図である。 また第５図及び第６図は夫々本発明の他の実施例を示す
第４図及び第５図相当図である。 図中、１は投光素子（投光手段）、２，２０はパルス変
調回路（制御手段）、４は被測定体、５は半導体装置検
出器（受光手段）、８．９は受光回路、１２ａ、１２ｂ
、２８はゲート回路（同期手段）、１６は電圧コントロ
ール発振器、１９は距離演算回路（演算手段）である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被測定体にパルス変調光を発射する投光手段と、こ
   の投光手段と所定間隔を存するように配置されて前記被
   測定体で反射されたパルス変調光を該被測定体との距離
   に応じた受光点で受光するように設けられ、その受光点
   の位置に対応した位置信号を出力する受光手段と、前記
   位置信号に応じて前記被測定体との距離を演算する演算
   手段と、前記パルス変調光に同期したタイミングで前記
   位置信号を前記演算手段に与える同期手段と、前記受光
   手段が受光するパルス変調光の光量に応じて前記投光手
   段の投光量をフィードバック制御し以て該受光手段の受
   光量が常に一定レベルとなるように保持する制御手段と
   を具備したことを特徴とする距離測定装置。 ２ 制御手段は、受光手段の受光量に対応した周波数の
   発振パルスを出力する発振器を有し、その発振パルスに
   よるパルス数変調によって投光手段の投光量を制御する
   と共に、該発振パルスを同期手段の同期信号として用い
   るように構成されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の距離測定装置。