三角測距方式の距離検出回路
【課題】三角測距によって遠距離から近距離までの広範囲な距離測定を行う場合に、特に高精度な部品を使用することなく簡単な構成でＳ／Ｎ比を上げるためのダイナミックレンジを確保しつつ、特性ばらつきの影響も受けにくくして距離測定精度の向上を可能とした三角測距方式の距離検出回路を提供する。
【解決手段】スポット光の入射位置に応じたＮ側信号およびＦ側信号がそれぞれ出力される光位置センサ（１次元ＰＳＤ１１）と、Ｎ側信号またはＦ側信号のいずれか一方を増幅する第１増幅器（増幅器１２）と、Ｎ側信号およびＦ側信号を差動増幅する第２増幅器（差動増幅器２０）と、第１増幅器および第２増幅器の各出力に基づいて距離を算出する距離算出部（ＣＰＵ２１）とを備える。
【解決手段】スポット光の入射位置に応じたＮ側信号およびＦ側信号がそれぞれ出力される光位置センサ（１次元ＰＳＤ１１）と、Ｎ側信号またはＦ側信号のいずれか一方を増幅する第１増幅器（増幅器１２）と、Ｎ側信号およびＦ側信号を差動増幅する第２増幅器（差動増幅器２０）と、第１増幅器および第２増幅器の各出力に基づいて距離を算出する距離算出部（ＣＰＵ２１）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動ドア用センサなどに用いられる、いわゆる三角測距方式の距離検出回路に関し、特に、距離測定精度の向上を図る距離検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
距離測定による自動ドア用センサでは、非常に広範囲な距離測定（センサ直近〜３ｍ）が求められており、距離検出精度に至っては数ｃｍ程度の精度が必要となる。加えて非常に速い応答速度（１００ｍｓ以下）が求められている。
【０００３】
このような自動ドア用センサなどに好適な従来技術としては、ＰＳＤなどの光位置センサを用いていわゆる三角測距方式で距離検出を行う技術、例えば、特許文献１に記載の「距離測定センサ」や特許文献２に記載の「測距装置」などが知られている。具体的には、例えば次のような手法があった。
【０００４】
（Ａ）近距離側および遠距離側それぞれに信号増幅回路を設ける
図５は、近距離側信号（Ｎ側信号）および遠距離側信号（Ｆ側信号）それぞれに個別の増幅回路を設けた距離検出回路１００の主要部の概略構成図である。
【０００５】
この図５に示すように、距離検出回路１００は、スポット光が入射される受光面（不図示）を有し、この受光面の両側からスポット光入射位置に応じたＮ側信号およびＦ側信号がそれぞれ出力される１次元ＰＳＤ１１と、Ｎ側信号を増幅する増幅器１２（以下では区別が必要なときに「増幅器１２Ｎ」と記す）と、この増幅器１２Ｎの出力をさらに増幅する増幅器１３（以下では区別が必要なときに「増幅器１３Ｎ」と記す）と、Ｆ側信号を増幅する増幅器１２（以下では区別が必要なときに「増幅器１２Ｆ」と記す）と、この増幅器１２Ｆの出力をさらに増幅する増幅器１３（以下では区別が必要なときに「増幅器１３Ｆ」と記す）とを備えている。
【０００６】
増幅器１３Ｎおよび増幅器１３Ｆの各出力は、例えば、ＣＰＵ（不図示）のＡ／Ｄ入力端子にそれぞれ接続される。これらのＡ／Ｄ入力端子に入力されている信号をＣＰＵがＡ／Ｄ変換によって取り込むとともに、そうして取り込んだデジタル値に基づく演算を行うことによって距離を算出することができる。
【０００７】
（Ｂ）対数増幅器を用いた信号処理回路を設ける
図６は、対数増幅器（ログアンプ）を用いた信号処理回路を設けた距離検出回路２００の主要部の概略構成図である。
【０００８】
この図６に示すように、距離検出回路２００は、距離検出回路と同様の１次元ＰＳＤ１１と、Ｎ側信号およびＦ側信号を対数差動増幅する対数差動増幅器１４と、Ｎ側信号およびＦ側信号の和信号を対数増幅する対数増幅器１５と、対数差動増幅器１４および対数増幅器１５からの各出力信号を処理する信号処理回路１６とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１４０７７３号公報
【特許文献２】特開昭５８−１４４７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したような三角測距による測距用デバイスを用いた距離測定では、Ｎ側信号とＦ側信号のバランスにより測定距離を算出するが、遠距離での距離測定の場合、受光信号量自体が少なくなりやすいため測定距離が安定しにくく、測定距離を安定させるためにはＳ／Ｎ比を確保する必要がある。
【００１１】
反面、受光量が大きく、且つ重心がＦ側にある場合、Ｎ側信号に比べＦ側信号が大きいため信号が飽和しやすくなる。信号が飽和してしまうと正確な測定距離ができないため、アンプゲイン等の調整で飽和を回避する必要がある。しかし、アンプゲインが小さくなると受光量が減少するため、距離精度を確保しにくくなるという現象に陥る。
【００１２】
上述した（Ａ）のような構成では、Ｎ側信号とＦ側信号の信号増幅回路特性は同一特性であることが望ましく、アンプゲインを調整することで飽和は回避できるようになるが、別系統の増幅回路の特性を同一にすることが難しくなり、ゲイン調整の状態によっては測距デバイスのリニアリティーが保てなくなったり、温度特性等によっても距離精度が変動する恐れがある。両側の信号増幅回路を高精度な部品で構成すれば正確な距離測定が可能になるものの、極めて高価なものとなってしまう。
【００１３】
また、ＣＰＵへの信号取り込み（Ａ／Ｄ）に関してＮ側信号とＦ側信号のバランスを崩さないように同時に取り込むことが望ましいが、汎用的なＣＰＵでは同時に信号を取り込むことが難しい。
【００１４】
信号を同時に取り込めない場合には、さらに次のような解決案も考えられる。
【００１５】
（Ａ１）別途サンプルホールド回路等を追加し、Ｎ側信号とＦ側信号についての信号保持を行い、順次取り込む。
【００１６】
（Ａ２）投光動作を２回行うことにより、例えば「１回目はＮ側信号／２回目はＦ側信号を処理する」というようにＮ側信号およびＦ側信号について別処理を行う。
【００１７】
しかし、（Ａ１）の場合には、サンプルホールド回路等のコストや、サンプルホールド用の制御信号を追加する必要がある。
【００１８】
（Ａ２）の場合には、コストや制御信号の追加はなく、Ｎ側／Ｆ側の処理回路に同一回路を使用することにより回路特性の差異を無くすことは可能である。しかし、２回の投光によりＮ側信号とＦ側信号の信号取得タイミングにズレが発生してしまう。時間的なズレが測定距離に及ぼす影響は大きく、場合によっては実際とは全く異なる測定結果となることもあり距離精度を確保することが難しい。（例えば、物体の移動等々で刻々と変化する状況が発生する場合等、Ｎ側信号取得時とＦ側信号取得時で検知対象物の位置が異なると、正確な距離測定は行えない）
また、１距離測定を行うために２周期の時間は必要となるため、検知と判断するまでに２倍の時間が掛かり応答性能も悪くなる。
【００１９】
一方、上述した（Ｂ）のような構成では、非常に広いダイナミックレンジを確保できたり、ハードウェアで重心位置換算したデータを処理できたり、演算時間を短縮できたりするなどのメリットがある。
【００２０】
しかし、部品や回路のばらつき、環境温度の影響が非常に大きいため、測定距離の安定性や精度を確保することが難しく、実使用には向かないなどの問題点がある。
【００２１】
従来技術のこのような課題に鑑み、本発明の目的は、三角測距によって遠距離から近距離までの広範囲な距離測定を行う場合に、特に高精度な部品を使用することなく簡単な構成でＳ／Ｎ比を上げるためのダイナミックレンジを確保しつつ、特性ばらつきの影響も受けにくくして距離測定精度の向上を可能とした三角測距方式の距離検出回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するため、本発明の三角測距方式の距離検出回路は、スポット光の入射位置に応じた第１信号および第２信号が出力される光位置センサと、前記第１信号または前記第２信号のいずれか一方を増幅する第１増幅器と、前記第１信号および前記第２信号を差動増幅する第２増幅器と、前記第１増幅器および前記第２増幅器の各出力に基づいて距離を算出する距離算出部とを備えることを特徴とする。
【００２３】
本発明の三角測距方式の距離検出回路において、前記光位置センサは、スポット光が入射される受光面を有し、この受光面の両側から前記スポット光の入射位置に応じて三角測距における近距離側に対応する前記第１信号および遠距離側に対応する前記第２信号をそれぞれ出力し、前記第１増幅器は、増幅される信号が入力される入力端子を有し、この入力端子に入力される前記第１信号または前記第２信号のいずれか一方を増幅し、前記第２増幅器は、差動増幅される信号がそれぞれ入力される反転入力端子および非反転入力端子を有し、これらの一方に入力される前記第１信号および他方に入力される前記第２信号を差動増幅することを特徴としてもよい。
【００２４】
ここで、前記第１増幅器の前記入力端子には前記第１信号が入力されるようになっていてもよい。あるいは、前記第１増幅器の前記入力端子には前記第２信号が入力されるようになっていてもよい。前記光位置センサとしては、例えば、１次元ＰＳＤが挙げられるが、これに限られるわけではない。
【００２５】
このような構成の三角測距方式の距離検出回路によれば、特に高精度な部品を使用することなく簡単な構成でＳ／Ｎ比を上げるためのダイナミックレンジを確保しつつ、特性ばらつきの影響も受けにくくできるので、距離測定精度の向上が可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の三角測距方式の距離検出回路によれば、特に高精度な部品を使用することなく簡単な構成でＳ／Ｎ比を上げるためのダイナミックレンジを確保しつつ、特性ばらつきの影響も受けにくくできるので、距離測定精度の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る距離検出回路１０の概観構成図である。
【図２】三角測距方式の距離検出回路において、距離測定対象までの距離と、ＰＳＤからスポット光入射位置に応じて出力されるＮ側信号（近距離側）、Ｆ側信号（遠距離側）およびこれらの差動信号との関係を示すグラフである。
【図３】従来技術として上述した（Ａ）を高精度部品で構成したものと、第１実施形態の距離検出回路１０とをそれぞれによって求めた重心位置で比較するグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態の変形例に係る距離検出回路１０Ａの概観構成図である。
【図５】近距離側信号（Ｎ側信号）および遠距離側信号（Ｆ側信号）それぞれに個別の増幅回路を設けた距離検出回路１００の主要部の概略構成図である。
【図６】対数増幅器（ログアンプ）を用いた信号処理回路を設けた距離検出回路２００の主要部の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２９】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る距離検出回路１０の概観構成図である。
【００３０】
この図１に示すように、距離検出回路１０は、
スポット光が入射される受光面（不図示）を有し、この受光面の両側からスポット光入射位置に応じたＮ側信号ＳＮ（近距離側）およびＦ側信号ＳＦ（遠距離側）がそれぞれ出力される１次元ＰＳＤ１１と、
増幅される信号が入力される入力端子を有し、この入力端子にＮ側信号ＳＮが入力される増幅器１２（以下では区別が必要なときに「増幅器１２Ｎ」と記す）と、
この増幅器１２Ｎの出力をさらに増幅する増幅器１３（以下では区別が必要なときに「増幅器１３Ｎ」と記す）と、
差動増幅される信号がそれぞれ入力される反転入力端子および非反転入力端子を有し、これらの一方（図１では反転入力端子）にＮ側信号ＳＮが入力されるとともに他方（図１では非反転入力端子）にＦ側信号ＳＦが入力される差動増幅器２０と、
この差動増幅器２０の出力をさらに増幅する増幅器１３（以下では区別が必要なときに「増幅器１３Ｄ」と記す）と、
少なくとも２系統のＡ／Ｄ入力端子を有し、これらにそれぞれ入力される増幅器１３Ｎおよび増幅器１３Ｄからの各信号をＡ／Ｄ変換するとともに、それらのＡ／Ｄ変換値に基づいて距離を算出する演算を行うＣＰＵ２１とを備えている。
【００３１】
ここで、増幅器１２Ｎおよび差動増幅器２０の各アンプゲインは同等でよい。増幅器１３Ｎおよび増幅器１３Ｄについても各アンプゲインは同等でよく、ＣＰＵ２１によるＡ／Ｄ変換によって必要な精度が十分得られるように定めればよい。増幅器１３Ｎおよび増幅器１３Ｄは、増幅器１２Ｎおよび差動増幅器２０からの出力信号レベルが十分高ければ省くことも可能であるから、不可欠というわけではない。
【００３２】
図２は、三角測距方式の距離検出回路において、距離測定対象までの距離と、ＰＳＤからスポット光入射位置に応じて出力されるＮ側信号（近距離側）、Ｆ側信号（遠距離側）およびこれらの差動信号との関係を示すグラフである。なお、このグラフでは各信号は１０ｂｉｔのＡ／Ｄ変換値（０〜１，０２３）である。
【００３３】
自動ドア用センサとしては、特におおよそ１．５〜３．０ｍの距離範囲内でできるだけ高精度の測定ができることが望ましい。その距離範囲内では、図２のグラフにも示すように、Ｎ側信号に比べＦ側信号が大きいため信号が飽和しやすかった。アンプゲインを下げれば飽和を回避できるが、それによって信号レベルが低下すると距離精度を確保しにくくなっていた。しかし、差動信号では上記の距離範囲内で信号が飽和することがないので、そのような問題点は生じない。
【００３４】
図３は、従来技術として上述した（Ａ）を高精度部品で構成したものと、第１実施形態の距離検出回路１０とをそれぞれによって求めた重心位置で比較するグラフである。
【００３５】
この図３のグラフに示すように、例えば０．５〜１．０ｍの範囲では距離検出回路１０の測定誤差が大きくなるものの、自動ドア用センサとして特に重要な１．５〜３．０ｍの距離範囲内では両者はほぼ一致しており、距離検出回路１０によっても十分な測定精度が得られていることがわかる。
【００３６】
このような第１実施形態の構成によれば、Ｎ側信号ＳＮおよびＦ側信号ＳＦの差動増幅器２０によって、遠距離測定時に大きくなるＦ側信号ＳＦを後段で用いる必要はなくなる。Ｎ側が飽和しない程度までアンプゲインを大きくすることが可能となり、Ｓ／Ｎ比を改善させることができるので、アンプゲインの切替などを行わずに飽和を回避しつつ必要なＳ／Ｎ比を確保し易くなる。
【００３７】
また、後段処理で必要な情報（Ｎ側信号ＳＮ−Ｆ側信号ＳＦ）をハードウェアで得ることができるため、増幅回路の特性や部品ばらつき等の変動要因を低減させることができる。
【００３８】
ＣＰＵ２１への信号取り込みに関しては、差動増幅器２０の出力は総受光量を求めるために必要な補助的情報となり、後段で必要な情報（Ｎ側とＦ側の差分情報）も含んでいる。よって、Ｎ側とＦ側の受光信号を直接演算で用いる上記の手法（Ａ）と比較しても、取り込み誤差による測定距離への影響は小さくなる。よって、信号取り込みの時間的なズレを多少許容することが可能となってくる。
【００３９】
そこで、１回の投光で２回のＡ／Ｄ（Ｎ側信号ＳＮと差動側信号の取り込み）を行うようにすれば、追加回路を不要としながら応答速度の遅延を回避できるから、上記の（Ａ２）のような問題も解決できる。
【００４０】
なお、１回の投光で、１距離情報を得ることができれば応答速度の遅延は回避できる。ただし、１回の投光で２系統の受光信号を取り込む場合は、取り込み誤差による測定距離への影響は避けられない。しかし、上述した通り、差動信号の取り込み誤差については距離に与える影響が比較的小さい。ただし、全ての状態において重心位置への影響が小さいわけではなく、差動信号が大きくなるほど重心位置への影響は大きくなる。特に、スポット位置がかなり近距離側となった場合には影響が大きくなるが、三角測距の原理上、近距離側での分解能は荒くなるため、測定距離とした場合の影響は少ないのである。
【００４１】
また、この第１実施形態にすることによる部品追加などは必要なく、背景技術として上述した距離検出回路１００とほぼ同等のコストで実現することが可能である。
【００４２】
＜第１実施形態の変形例＞
図４は、本発明の第１実施形態の変形例に係る距離検出回路１０Ａの概観構成図である。なお、次に述べる点を除いては第１実施形態と同一であるので、同じ構成部材には同じ参照符号を付すこととし、主として相違点について説明する。
【００４３】
この図２に示すように、距離検出回路１０Ａでは、増幅器１２の入力端子にＮ側信号ＳＮの代わりにＦ側信号ＳＦが入力される（この増幅器１２を以下で区別が必要なときには「増幅器１２Ｆ」と記す）。
【００４４】
このような第１実施形態の変形例の構成によっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００４５】
＜その他の実施形態＞
本発明は１次元ＰＳＤに限らず、例えば、２次元ＰＳＤや２フォトダイオード、その他の光位置センサなどにも適用可能である。また、他の測距デバイスにおいても、応答速度の遅延を回避することや、回路ばらつきによる影響を低減させることに応用することが可能である。
【００４６】
なお、本発明は、その主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【００４７】
１０ 距離検出回路
１０Ａ 距離検出回路
１１ １次元ＰＳＤ
１２ 増幅器
１３ 増幅器
１４ 対数差動増幅器
１５ 対数増幅器
１６ 信号処理回路
２０ 差動増幅器
２１ ＣＰＵ
１００ 距離検出回路
２００ 距離検出回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動ドア用センサなどに用いられる、いわゆる三角測距方式の距離検出回路に関し、特に、距離測定精度の向上を図る距離検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
距離測定による自動ドア用センサでは、非常に広範囲な距離測定（センサ直近〜３ｍ）が求められており、距離検出精度に至っては数ｃｍ程度の精度が必要となる。加えて非常に速い応答速度（１００ｍｓ以下）が求められている。
【０００３】
このような自動ドア用センサなどに好適な従来技術としては、ＰＳＤなどの光位置センサを用いていわゆる三角測距方式で距離検出を行う技術、例えば、特許文献１に記載の「距離測定センサ」や特許文献２に記載の「測距装置」などが知られている。具体的には、例えば次のような手法があった。
【０００４】
（Ａ）近距離側および遠距離側それぞれに信号増幅回路を設ける
図５は、近距離側信号（Ｎ側信号）および遠距離側信号（Ｆ側信号）それぞれに個別の増幅回路を設けた距離検出回路１００の主要部の概略構成図である。
【０００５】
この図５に示すように、距離検出回路１００は、スポット光が入射される受光面（不図示）を有し、この受光面の両側からスポット光入射位置に応じたＮ側信号およびＦ側信号がそれぞれ出力される１次元ＰＳＤ１１と、Ｎ側信号を増幅する増幅器１２（以下では区別が必要なときに「増幅器１２Ｎ」と記す）と、この増幅器１２Ｎの出力をさらに増幅する増幅器１３（以下では区別が必要なときに「増幅器１３Ｎ」と記す）と、Ｆ側信号を増幅する増幅器１２（以下では区別が必要なときに「増幅器１２Ｆ」と記す）と、この増幅器１２Ｆの出力をさらに増幅する増幅器１３（以下では区別が必要なときに「増幅器１３Ｆ」と記す）とを備えている。
【０００６】
増幅器１３Ｎおよび増幅器１３Ｆの各出力は、例えば、ＣＰＵ（不図示）のＡ／Ｄ入力端子にそれぞれ接続される。これらのＡ／Ｄ入力端子に入力されている信号をＣＰＵがＡ／Ｄ変換によって取り込むとともに、そうして取り込んだデジタル値に基づく演算を行うことによって距離を算出することができる。
【０００７】
（Ｂ）対数増幅器を用いた信号処理回路を設ける
図６は、対数増幅器（ログアンプ）を用いた信号処理回路を設けた距離検出回路２００の主要部の概略構成図である。
【０００８】
この図６に示すように、距離検出回路２００は、距離検出回路と同様の１次元ＰＳＤ１１と、Ｎ側信号およびＦ側信号を対数差動増幅する対数差動増幅器１４と、Ｎ側信号およびＦ側信号の和信号を対数増幅する対数増幅器１５と、対数差動増幅器１４および対数増幅器１５からの各出力信号を処理する信号処理回路１６とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１４０７７３号公報
【特許文献２】特開昭５８−１４４７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したような三角測距による測距用デバイスを用いた距離測定では、Ｎ側信号とＦ側信号のバランスにより測定距離を算出するが、遠距離での距離測定の場合、受光信号量自体が少なくなりやすいため測定距離が安定しにくく、測定距離を安定させるためにはＳ／Ｎ比を確保する必要がある。
【００１１】
反面、受光量が大きく、且つ重心がＦ側にある場合、Ｎ側信号に比べＦ側信号が大きいため信号が飽和しやすくなる。信号が飽和してしまうと正確な測定距離ができないため、アンプゲイン等の調整で飽和を回避する必要がある。しかし、アンプゲインが小さくなると受光量が減少するため、距離精度を確保しにくくなるという現象に陥る。
【００１２】
上述した（Ａ）のような構成では、Ｎ側信号とＦ側信号の信号増幅回路特性は同一特性であることが望ましく、アンプゲインを調整することで飽和は回避できるようになるが、別系統の増幅回路の特性を同一にすることが難しくなり、ゲイン調整の状態によっては測距デバイスのリニアリティーが保てなくなったり、温度特性等によっても距離精度が変動する恐れがある。両側の信号増幅回路を高精度な部品で構成すれば正確な距離測定が可能になるものの、極めて高価なものとなってしまう。
【００１３】
また、ＣＰＵへの信号取り込み（Ａ／Ｄ）に関してＮ側信号とＦ側信号のバランスを崩さないように同時に取り込むことが望ましいが、汎用的なＣＰＵでは同時に信号を取り込むことが難しい。
【００１４】
信号を同時に取り込めない場合には、さらに次のような解決案も考えられる。
【００１５】
（Ａ１）別途サンプルホールド回路等を追加し、Ｎ側信号とＦ側信号についての信号保持を行い、順次取り込む。
【００１６】
（Ａ２）投光動作を２回行うことにより、例えば「１回目はＮ側信号／２回目はＦ側信号を処理する」というようにＮ側信号およびＦ側信号について別処理を行う。
【００１７】
しかし、（Ａ１）の場合には、サンプルホールド回路等のコストや、サンプルホールド用の制御信号を追加する必要がある。
【００１８】
（Ａ２）の場合には、コストや制御信号の追加はなく、Ｎ側／Ｆ側の処理回路に同一回路を使用することにより回路特性の差異を無くすことは可能である。しかし、２回の投光によりＮ側信号とＦ側信号の信号取得タイミングにズレが発生してしまう。時間的なズレが測定距離に及ぼす影響は大きく、場合によっては実際とは全く異なる測定結果となることもあり距離精度を確保することが難しい。（例えば、物体の移動等々で刻々と変化する状況が発生する場合等、Ｎ側信号取得時とＦ側信号取得時で検知対象物の位置が異なると、正確な距離測定は行えない）
また、１距離測定を行うために２周期の時間は必要となるため、検知と判断するまでに２倍の時間が掛かり応答性能も悪くなる。
【００１９】
一方、上述した（Ｂ）のような構成では、非常に広いダイナミックレンジを確保できたり、ハードウェアで重心位置換算したデータを処理できたり、演算時間を短縮できたりするなどのメリットがある。
【００２０】
しかし、部品や回路のばらつき、環境温度の影響が非常に大きいため、測定距離の安定性や精度を確保することが難しく、実使用には向かないなどの問題点がある。
【００２１】
従来技術のこのような課題に鑑み、本発明の目的は、三角測距によって遠距離から近距離までの広範囲な距離測定を行う場合に、特に高精度な部品を使用することなく簡単な構成でＳ／Ｎ比を上げるためのダイナミックレンジを確保しつつ、特性ばらつきの影響も受けにくくして距離測定精度の向上を可能とした三角測距方式の距離検出回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するため、本発明の三角測距方式の距離検出回路は、スポット光の入射位置に応じた第１信号および第２信号が出力される光位置センサと、前記第１信号または前記第２信号のいずれか一方を増幅する第１増幅器と、前記第１信号および前記第２信号を差動増幅する第２増幅器と、前記第１増幅器および前記第２増幅器の各出力に基づいて距離を算出する距離算出部とを備えることを特徴とする。
【００２３】
本発明の三角測距方式の距離検出回路において、前記光位置センサは、スポット光が入射される受光面を有し、この受光面の両側から前記スポット光の入射位置に応じて三角測距における近距離側に対応する前記第１信号および遠距離側に対応する前記第２信号をそれぞれ出力し、前記第１増幅器は、増幅される信号が入力される入力端子を有し、この入力端子に入力される前記第１信号または前記第２信号のいずれか一方を増幅し、前記第２増幅器は、差動増幅される信号がそれぞれ入力される反転入力端子および非反転入力端子を有し、これらの一方に入力される前記第１信号および他方に入力される前記第２信号を差動増幅することを特徴としてもよい。
【００２４】
ここで、前記第１増幅器の前記入力端子には前記第１信号が入力されるようになっていてもよい。あるいは、前記第１増幅器の前記入力端子には前記第２信号が入力されるようになっていてもよい。前記光位置センサとしては、例えば、１次元ＰＳＤが挙げられるが、これに限られるわけではない。
【００２５】
このような構成の三角測距方式の距離検出回路によれば、特に高精度な部品を使用することなく簡単な構成でＳ／Ｎ比を上げるためのダイナミックレンジを確保しつつ、特性ばらつきの影響も受けにくくできるので、距離測定精度の向上が可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の三角測距方式の距離検出回路によれば、特に高精度な部品を使用することなく簡単な構成でＳ／Ｎ比を上げるためのダイナミックレンジを確保しつつ、特性ばらつきの影響も受けにくくできるので、距離測定精度の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る距離検出回路１０の概観構成図である。
【図２】三角測距方式の距離検出回路において、距離測定対象までの距離と、ＰＳＤからスポット光入射位置に応じて出力されるＮ側信号（近距離側）、Ｆ側信号（遠距離側）およびこれらの差動信号との関係を示すグラフである。
【図３】従来技術として上述した（Ａ）を高精度部品で構成したものと、第１実施形態の距離検出回路１０とをそれぞれによって求めた重心位置で比較するグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態の変形例に係る距離検出回路１０Ａの概観構成図である。
【図５】近距離側信号（Ｎ側信号）および遠距離側信号（Ｆ側信号）それぞれに個別の増幅回路を設けた距離検出回路１００の主要部の概略構成図である。
【図６】対数増幅器（ログアンプ）を用いた信号処理回路を設けた距離検出回路２００の主要部の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２９】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る距離検出回路１０の概観構成図である。
【００３０】
この図１に示すように、距離検出回路１０は、
スポット光が入射される受光面（不図示）を有し、この受光面の両側からスポット光入射位置に応じたＮ側信号ＳＮ（近距離側）およびＦ側信号ＳＦ（遠距離側）がそれぞれ出力される１次元ＰＳＤ１１と、
増幅される信号が入力される入力端子を有し、この入力端子にＮ側信号ＳＮが入力される増幅器１２（以下では区別が必要なときに「増幅器１２Ｎ」と記す）と、
この増幅器１２Ｎの出力をさらに増幅する増幅器１３（以下では区別が必要なときに「増幅器１３Ｎ」と記す）と、
差動増幅される信号がそれぞれ入力される反転入力端子および非反転入力端子を有し、これらの一方（図１では反転入力端子）にＮ側信号ＳＮが入力されるとともに他方（図１では非反転入力端子）にＦ側信号ＳＦが入力される差動増幅器２０と、
この差動増幅器２０の出力をさらに増幅する増幅器１３（以下では区別が必要なときに「増幅器１３Ｄ」と記す）と、
少なくとも２系統のＡ／Ｄ入力端子を有し、これらにそれぞれ入力される増幅器１３Ｎおよび増幅器１３Ｄからの各信号をＡ／Ｄ変換するとともに、それらのＡ／Ｄ変換値に基づいて距離を算出する演算を行うＣＰＵ２１とを備えている。
【００３１】
ここで、増幅器１２Ｎおよび差動増幅器２０の各アンプゲインは同等でよい。増幅器１３Ｎおよび増幅器１３Ｄについても各アンプゲインは同等でよく、ＣＰＵ２１によるＡ／Ｄ変換によって必要な精度が十分得られるように定めればよい。増幅器１３Ｎおよび増幅器１３Ｄは、増幅器１２Ｎおよび差動増幅器２０からの出力信号レベルが十分高ければ省くことも可能であるから、不可欠というわけではない。
【００３２】
図２は、三角測距方式の距離検出回路において、距離測定対象までの距離と、ＰＳＤからスポット光入射位置に応じて出力されるＮ側信号（近距離側）、Ｆ側信号（遠距離側）およびこれらの差動信号との関係を示すグラフである。なお、このグラフでは各信号は１０ｂｉｔのＡ／Ｄ変換値（０〜１，０２３）である。
【００３３】
自動ドア用センサとしては、特におおよそ１．５〜３．０ｍの距離範囲内でできるだけ高精度の測定ができることが望ましい。その距離範囲内では、図２のグラフにも示すように、Ｎ側信号に比べＦ側信号が大きいため信号が飽和しやすかった。アンプゲインを下げれば飽和を回避できるが、それによって信号レベルが低下すると距離精度を確保しにくくなっていた。しかし、差動信号では上記の距離範囲内で信号が飽和することがないので、そのような問題点は生じない。
【００３４】
図３は、従来技術として上述した（Ａ）を高精度部品で構成したものと、第１実施形態の距離検出回路１０とをそれぞれによって求めた重心位置で比較するグラフである。
【００３５】
この図３のグラフに示すように、例えば０．５〜１．０ｍの範囲では距離検出回路１０の測定誤差が大きくなるものの、自動ドア用センサとして特に重要な１．５〜３．０ｍの距離範囲内では両者はほぼ一致しており、距離検出回路１０によっても十分な測定精度が得られていることがわかる。
【００３６】
このような第１実施形態の構成によれば、Ｎ側信号ＳＮおよびＦ側信号ＳＦの差動増幅器２０によって、遠距離測定時に大きくなるＦ側信号ＳＦを後段で用いる必要はなくなる。Ｎ側が飽和しない程度までアンプゲインを大きくすることが可能となり、Ｓ／Ｎ比を改善させることができるので、アンプゲインの切替などを行わずに飽和を回避しつつ必要なＳ／Ｎ比を確保し易くなる。
【００３７】
また、後段処理で必要な情報（Ｎ側信号ＳＮ−Ｆ側信号ＳＦ）をハードウェアで得ることができるため、増幅回路の特性や部品ばらつき等の変動要因を低減させることができる。
【００３８】
ＣＰＵ２１への信号取り込みに関しては、差動増幅器２０の出力は総受光量を求めるために必要な補助的情報となり、後段で必要な情報（Ｎ側とＦ側の差分情報）も含んでいる。よって、Ｎ側とＦ側の受光信号を直接演算で用いる上記の手法（Ａ）と比較しても、取り込み誤差による測定距離への影響は小さくなる。よって、信号取り込みの時間的なズレを多少許容することが可能となってくる。
【００３９】
そこで、１回の投光で２回のＡ／Ｄ（Ｎ側信号ＳＮと差動側信号の取り込み）を行うようにすれば、追加回路を不要としながら応答速度の遅延を回避できるから、上記の（Ａ２）のような問題も解決できる。
【００４０】
なお、１回の投光で、１距離情報を得ることができれば応答速度の遅延は回避できる。ただし、１回の投光で２系統の受光信号を取り込む場合は、取り込み誤差による測定距離への影響は避けられない。しかし、上述した通り、差動信号の取り込み誤差については距離に与える影響が比較的小さい。ただし、全ての状態において重心位置への影響が小さいわけではなく、差動信号が大きくなるほど重心位置への影響は大きくなる。特に、スポット位置がかなり近距離側となった場合には影響が大きくなるが、三角測距の原理上、近距離側での分解能は荒くなるため、測定距離とした場合の影響は少ないのである。
【００４１】
また、この第１実施形態にすることによる部品追加などは必要なく、背景技術として上述した距離検出回路１００とほぼ同等のコストで実現することが可能である。
【００４２】
＜第１実施形態の変形例＞
図４は、本発明の第１実施形態の変形例に係る距離検出回路１０Ａの概観構成図である。なお、次に述べる点を除いては第１実施形態と同一であるので、同じ構成部材には同じ参照符号を付すこととし、主として相違点について説明する。
【００４３】
この図２に示すように、距離検出回路１０Ａでは、増幅器１２の入力端子にＮ側信号ＳＮの代わりにＦ側信号ＳＦが入力される（この増幅器１２を以下で区別が必要なときには「増幅器１２Ｆ」と記す）。
【００４４】
このような第１実施形態の変形例の構成によっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００４５】
＜その他の実施形態＞
本発明は１次元ＰＳＤに限らず、例えば、２次元ＰＳＤや２フォトダイオード、その他の光位置センサなどにも適用可能である。また、他の測距デバイスにおいても、応答速度の遅延を回避することや、回路ばらつきによる影響を低減させることに応用することが可能である。
【００４６】
なお、本発明は、その主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【００４７】
１０ 距離検出回路
１０Ａ 距離検出回路
１１ １次元ＰＳＤ
１２ 増幅器
１３ 増幅器
１４ 対数差動増幅器
１５ 対数増幅器
１６ 信号処理回路
２０ 差動増幅器
２１ ＣＰＵ
１００ 距離検出回路
２００ 距離検出回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三角測距方式の距離検出回路であって、
スポット光の入射位置に応じた第１信号および第２信号が出力される光位置センサと、
前記第１信号または前記第２信号のいずれか一方を増幅する第１増幅器と、
前記第１信号および前記第２信号を差動増幅する第２増幅器と、
前記第１増幅器および前記第２増幅器の各出力に基づいて距離を算出する距離算出部とを備えることを特徴とする距離検出回路。
【請求項２】
請求項１に記載の距離検出回路において、
前記光位置センサは、スポット光が入射される受光面を有し、この受光面の両側から前記スポット光の入射位置に応じて三角測距における近距離側に対応する前記第１信号および遠距離側に対応する前記第２信号をそれぞれ出力し、
前記第１増幅器は、増幅される信号が入力される入力端子を有し、この入力端子に入力される前記第１信号または前記第２信号のいずれか一方を増幅し、
前記第２増幅器は、差動増幅される信号がそれぞれ入力される反転入力端子および非反転入力端子を有し、これらの一方に入力される前記第１信号および他方に入力される前記第２信号を差動増幅することを特徴とする距離検出回路。
【請求項３】
請求項２に記載の距離検出回路において、
前記第１増幅器の前記入力端子には前記第１信号が入力されることを特徴とする距離検出回路。
【請求項４】
請求項２に記載の距離検出回路において、
前記第１増幅器の前記入力端子には前記第２信号が入力されることを特徴とする距離検出回路。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の距離検出回路において、
前記光位置センサは１次元ＰＳＤまたは２フォトダイオードであることを特徴とする距離検出回路。
【請求項１】
三角測距方式の距離検出回路であって、
スポット光の入射位置に応じた第１信号および第２信号が出力される光位置センサと、
前記第１信号または前記第２信号のいずれか一方を増幅する第１増幅器と、
前記第１信号および前記第２信号を差動増幅する第２増幅器と、
前記第１増幅器および前記第２増幅器の各出力に基づいて距離を算出する距離算出部とを備えることを特徴とする距離検出回路。
【請求項２】
請求項１に記載の距離検出回路において、
前記光位置センサは、スポット光が入射される受光面を有し、この受光面の両側から前記スポット光の入射位置に応じて三角測距における近距離側に対応する前記第１信号および遠距離側に対応する前記第２信号をそれぞれ出力し、
前記第１増幅器は、増幅される信号が入力される入力端子を有し、この入力端子に入力される前記第１信号または前記第２信号のいずれか一方を増幅し、
前記第２増幅器は、差動増幅される信号がそれぞれ入力される反転入力端子および非反転入力端子を有し、これらの一方に入力される前記第１信号および他方に入力される前記第２信号を差動増幅することを特徴とする距離検出回路。
【請求項３】
請求項２に記載の距離検出回路において、
前記第１増幅器の前記入力端子には前記第１信号が入力されることを特徴とする距離検出回路。
【請求項４】
請求項２に記載の距離検出回路において、
前記第１増幅器の前記入力端子には前記第２信号が入力されることを特徴とする距離検出回路。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の距離検出回路において、
前記光位置センサは１次元ＰＳＤまたは２フォトダイオードであることを特徴とする距離検出回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−９８０９４（Ｐ２０１２−９８０９４Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４４７３２（Ｐ２０１０−２４４７３２）
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（０００１０３７３６）オプテックス株式会社 (116)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（０００１０３７３６）オプテックス株式会社 (116)
【Ｆターム（参考）】
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