(57)【要約】【課題】距離センサにおいて、簡単な構成により、処理する信号の周波数帯域を抑えることによる低コスト化と測定精度の向上または維持を図る。【解決手段】距離センサ１は、第１、第２の周波数の信号を生成する第１、第２のシンセサイザ１１，１２と、第１の周波数の信号を第２の周波数でサンプリングしてスタート信号を出力するサンプルホールド回路３と、第１の周波数でパルス化した信号波を送信する投光器４と、反射して戻ってくる信号波を受信して受信信号を出力する受光器５と、受信信号を第２の周波数でサンプルホールドした信号に基づいてストップ信号を生成して出力する比較判断回路６と、スタート信号の出力からストップ信号の出力までの経過時間に基づいて対象物Ｍまでの距離を演算する計数演算器７とを備える。比較判断回路６は、等価サンプリングとサンプルホールドとにより、システムの低速動作が可能とされる。【選択図】図１
2011247717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に照射した信号波が対象物から反射して戻ってくるまでの往復の時間の計測結果に基づいて対象物までの距離を求める距離センサにおいて、
第１の周波数の信号を生成する第１のシンセサイザと、
第１の周波数とは異なる第２の周波数の信号を生成する第２のシンセサイザと、
前記第１の周波数の信号を前記第２の周波数に基づきサンプリングすることによりスタート信号を生成して出力するスタート信号生成手段と、
前記第１の周波数に基づきパルス化した信号波を外部に送信する送信部と、
前記送信部から送信されて対象物から反射して戻ってくる信号波を受信して受信信号を出力する受信部と、
前記受信部からの受信信号を前記第２の周波数に基づきサンプルホールドした信号に基づいてストップ信号を生成して出力するストップ信号生成手段と、
前記スタート信号の出力から前記ストップ信号の出力までの経過時間に基づいて対象物までの距離を演算して求める距離演算手段と、を備え、
前記ストップ信号生成手段は、
前記受信信号を分岐した信号のうちの１つの信号を減衰する減衰回路と、
前記分岐した信号のうちの１つの信号を遅延させる遅延回路とを有し、
前記減衰回路と前記遅延回路から出力される各信号について前記サンプルホールドを行うと共に各サンプルホールドした信号をコンパレータに通すことによって前記ストップ信号を生成して出力することを特徴とした距離センサ。
【請求項２】
対象物に照射した信号波が対象物から反射して戻ってくるまでの往復の時間の計測結果に基づいて対象物までの距離を求める距離センサにおいて、
第１の周波数の信号を生成する第１のシンセサイザと、
第１の周波数とは異なる第２の周波数の信号を生成する第２のシンセサイザと、
前記第１の周波数の信号を前記第２の周波数に基づきサンプリングすることによりスタート信号を生成して出力するスタート信号生成手段と、
前記第１の周波数に基づきパルス化した信号波を外部に送信する送信部と、
前記送信部から送信されて対象物から反射して戻ってくる信号波を受信して受信信号を出力する受信部と、
前記受信部からの受信信号を前記第２の周波数に基づきサンプルホールドした信号に基づいてストップ信号を生成して出力するストップ信号生成手段と、
前記スタート信号の出力から前記ストップ信号の出力までの経過時間に基づいて対象物までの距離を演算して求める距離演算手段と、を備え、
前記ストップ信号生成手段は、
前記受信信号を微分する微分回路を有し、
前記微分回路から出力される微分信号について前記サンプルホールドを行った信号と、比較用の所定のリファレンス信号とをコンパレータに通すことによって前記ストップ信号を生成して出力することを特徴とした距離センサ。
【請求項３】
対象物に照射した信号波が対象物から反射して戻ってくるまでの往復の時間の計測結果に基づいて対象物までの距離を求める距離センサにおいて、
第１の周波数の信号を生成する第１のシンセサイザと、
第１の周波数とは異なる第２の周波数の信号を生成する第２のシンセサイザと、
前記第１の周波数の信号を前記第２の周波数に基づきサンプリングすることによりスタート信号を生成して出力するスタート信号生成手段と、
前記第１の周波数に基づきパルス化した信号波を外部に送信する送信部と、
前記送信部から送信されて対象物から反射して戻ってくる信号波を受信して受信信号を出力する受信部と、
前記受信部からの受信信号を前記第２の周波数に基づきサンプルホールドした信号に基づいてストップ信号を生成して出力するストップ信号生成手段と、
前記スタート信号の出力から前記ストップ信号の出力までの経過時間に基づいて対象物までの距離を演算して求める距離演算手段と、を備え、
前記ストップ信号生成手段は、
前記受信信号のピークを検出してホールドするピークホールド回路と、
前記受信信号のボトムを検出してホールドするボトムホールド回路とを有し、
前記受信信号を分岐し、前記分岐後の１つの信号について前記サンプルホールドを行った信号と、前記分岐後の他の２つの信号をそれぞれ前記ピークホールド回路と前記ボトムホールド回路とに入力することにより得られる２つの信号に基づいて設定した比較用のリファレンス信号とを、コンパレータに通すことによって前記ストップ信号を生成して出力することを特徴とした距離センサ。
【請求項４】
前記サンプルホールドした信号を前記コンパレータに通す前に増幅する増幅回路を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の距離センサ。
【請求項５】
前記サンプルホールドした信号を前記コンパレータに通す前にフィルタリングするローパスフィルタを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の距離センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号波の往復の時間に基づいて距離を求める距離センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の距離センサを、図１１、図１２を参照して説明する。図１１に示すように、従来の距離センサ９は、時間を計測する計数器９０と、パルス発生器９１と、パルス発生器９１からのパルス信号に基づいてパルス光（方形波形の信号波）を出す投光器９２と、投光器９２から出されて対象物Ｍから反射して戻ってくるパルス光を受信して受信信号を出力する受光器９３と、受信時刻の信号を出力する停止信号回路９４と、を備えて構成されている。停止信号回路９４は、受光器９３からの受信信号を分岐した一方を既知の割合で減衰させる減衰回路９４ａと、他方を既知の遅延時間ｔｄだけ遅延させる遅延回路９４ｂと、これらの信号を比較してその結果を出力するコンパレータ９４ｃと、誤動作防止用の振幅値判定回路９４ｄと、を備えている。コンパレータ９４ｃは、減衰信号の後に遅れて入力される非減衰信号を振幅比較によって検出し、比較結果として検出信号を出力する。信号波の波形および受信信号の遅延は、図中に示しているように、減衰信号と遅延信号とが互いに時間的に重なって存在するように設定されている。振幅値判定回路９４ｄは、受光器９３からの受信信号が所定の閾値よりも低い場合にコンパレータ９４ｃによる出力を禁止する。計数器９０は、パルス発生器９１からのパルス信号に基づいて時間計測を開始し、停止信号回路９４からの検出信号に基づいて時間計測を終了して、両信号間の計測時間τを得る。パルス光の往復時間ｔは、ｔ＝τ−ｔｄとなる。計測された時間τ、既知の光速ｃ、および既知の遅延時間ｔｄから対象物Ｍまでの距離Ｌが、Ｌ＝ｃ×ｔ／２＝ｃ×（ｔ−ｔｄ）／２によって求められる。
【０００３】
また、図１２に示す従来の距離センサ９は、上述した距離センサ９において、減衰器９４ａが微分回路９４ｅに替わり、遅延回路９４ｂが除かれて所定の比較用のレファレンス信号が用いられるものである。微分回路９４ｅは、受光器９３からの受信信号を微分してコンパレータ９４ｃに入力する。コンパレータ９４ｃは、レファレンス信号と、微分回路９４ｅからの微分信号とを比較し、微分信号のゼロクロス時刻を検出する。微分値がゼロとなる受信信号の波高の頂点に対応する時刻までの時間が上記の遅延時間ｔｄに相当し、上式同様に距離Ｌが求められる。図１１、図１２に示した距離センサ９は、共に単発のパルス信号の往復時間に基づき対象物までの距離を求めるものである。
【０００４】
また、従来、第１の周波数で次々と発生する方形信号波を対象物に照射し、反射波を連続的に受信し、受信信号を第２の周波数のタイミングでサンプリングして往復時間ｔ、すなわち距離Ｌを求めるようにした距離センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。この距離センサは、処理対象を時間的または空間的に拡大する技術を応用するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２５８６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した図１１、図１２に示されるような距離センサは、いずれもコンパレータを用いるものであるが、コンパレータへの入力電圧の振幅差に依存する伝達遅延について考慮されていない。一般に、コンパレータには、入力電圧の振幅差に依存する伝達遅延があるので、通常、コンパレータの伝達遅延を抑えるために、高速のパルス（立ち上がりが速い）で、かつ、十分な振幅の信号を得る必要があり、高速部品を必要とする。従って、低速で安価な部品を使って距離センサを構成すると、受信信号振幅が小さい場合に、測定精度が悪くなる。また、特許文献１の構成では簡単かつ安価な構成にするのは難しい。
【０００７】
本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、処理する信号の周波数帯域を抑えることによる低コスト化と共に測定精度の向上または維持を実現できる距離センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために、本発明の距離センサは、対象物に照射した信号波が対象物から反射して戻ってくるまでの往復の時間の計測結果に基づいて対象物までの距離を求める距離センサにおいて、第１の周波数の信号を生成する第１のシンセサイザと、第１の周波数とは異なる第２の周波数の信号を生成する第２のシンセサイザと、第１の周波数の信号を第２の周波数に基づきサンプリングすることによりスタート信号を生成して出力するスタート信号生成手段と、第１の周波数に基づきパルス化した信号波を外部に送信する送信部と、送信部から送信されて対象物から反射して戻ってくる信号波を受信して受信信号を出力する受信部と、受信部からの受信信号を前記第２の周波数に基づきサンプルホールドした信号に基づいてストップ信号を生成して出力するストップ信号生成手段と、スタート信号の出力からストップ信号の出力までの経過時間に基づいて対象物までの距離を演算して求める距離演算手段と、を備えることを特徴とする。ストップ信号生成手段は、受信信号を分岐した信号のうちの１つの信号を減衰する減衰回路と、分岐した信号のうちの１つの信号を遅延させる遅延回路とを有し、減衰回路と遅延回路から出力される各信号をそれぞれ第２の周波数の信号によってサンプルホールドすると共に各サンプルホールドした信号をコンパレータに通すことによってストップ信号を生成して出力するものであってもよい。
【０００９】
また、本発明の距離センサは、ストップ信号生成手段が、受信信号を微分する微分回路を有し、微分回路から出力される微分信号についてサンプルホールドを行った信号と、比較用の所定のリファレンス信号とをコンパレータに通すことによってストップ信号を生成して出力するものであってもよい。
【００１０】
また、本発明の距離センサは、ストップ信号生成手段が、受信信号のピークを検出してホールドするピークホールド回路と、受信信号のボトムを検出してホールドするボトムホールド回路とを有し、受信信号を分岐し、分岐後の１つの信号についてサンプルホールドを行った信号と、分岐後の他の２つの信号をそれぞれピークホールド回路とボトムホールド回路とに入力することにより得られる２つの信号に基づいて設定した比較用のリファレンス信号とを、コンパレータに通すことによって前記ストップ信号を生成して出力するものであってもよい。
【００１１】
この距離センサにおいて、サンプルホールドした信号をコンパレータに通す前に増幅する増幅回路を備えることが好ましい。
【００１２】
この距離センサにおいて、サンプルホールドした信号をコンパレータに通す前にフィルタリングするローパスフィルタを備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の距離センサによれば、受信信号の処理を低速で対応可能とすることにより、低コスト化と共に測定精度の向上または維持を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る距離センサのブロック構成図。
【図２】同センサにおける信号変化を示すタイムチャート。
【図３】同センサの変形例を示すブロック構成図。
【図４】同センサの他の変形例を示すブロック構成図。
【図５】第２の実施形態に係る距離センサのブロック構成図。
【図６】同センサにおける信号変化を示すタイムチャート。
【図７】第３の実施形態に係る距離センサのブロック構成図。
【図８】同センサにおける信号変化を示すタイムチャート。
【図９】第４の実施形態に係る距離センサのブロック構成図。
【図１０】同センサにおける信号変化を示すタイムチャート。
【図１１】従来の距離センサのブロック構成図。
【図１２】従来の距離センサの他の例を示すブロック構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係る距離センサについて、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１、図２は第１の実施形態に係る距離センサを示す。図１に示すように、距離センサ１は、対象物Ｍに照射したパルス光から成る信号波が対象物から反射して戻ってくるまでの往復の時間の計測結果に基づいて対象物Ｍまでの距離を求める。距離センサ１は、第１の周波数の信号を生成する第１のシンセサイザ１１と、第１の周波数とは異なる第２の周波数の信号を生成する第２のシンセサイザ１２と、第１の周波数の信号を第２の周波数によってサンプリングすることによりスタート信号を生成して出力するサンプルホールド回路３（スタート信号生成手段）と、第１の周波数によってパルス化した光の信号波を外部に送信する投光器４（送信部）と、投光器４から送信されて対象物Ｍから反射して戻ってくる信号波を受信して受信信号を出力する受光器５（受信部）と、受光器５からの受信信号を第２の周波数の信号によってサンプルホールドした信号に基づいてストップ信号を生成して出力する比較判断回路６（ストップ信号生成手段）と、スタート信号の出力からストップ信号の出力までの経過時間に基づいて対象物Ｍまでの距離を演算して求める計数演算器７（距離演算手段）と、各回路の同期動作のための時間信号を発生するクロック１０と、を備えている。各回路間の信号の伝達方向が、矢印で示されている。投光器４は、ＬＥＤ等の発光素子とその駆動回路等からなり、受光器５は、受光素子と受光素子からの光電流をＩＶアンプで電圧に変換する信号処理回路等からなる。
【００１６】
比較判断回路６は、受光器５からの受信信号を分岐した一方の信号を減衰させる減衰回路６１と、減衰回路６１によって減衰された信号を第２の周波数の信号によってサンプルホールドすると共にサンプルホールドした信号を出力するサンプルホールド回路６２と、受信信号を分岐した他方の信号を遅延させる遅延回路６３と、遅延回路６３によって遅延された信号を第２の周波数の信号によってサンプルホールドすると共にサンプルホールドした信号を出力するサンプルホールド回路６４と、各サンプルホールド回路６２，６４からの出力信号を入力すると共に入力した信号を比較して比較結果をストップ信号として出力するコンパレータ６０と、誤動作防止用の振幅値判定回路６５と、を備えている。
【００１７】
振幅値判定回路６５は、サンプルホールド回路６２が出力した信号の振幅が所定値よりも小さい場合に、コンパレータ６０の出力動作を禁止する。これにより、受光器５が受光していないにも拘わらずノイズなどによりコンパレータ６０の出力が不安定に変動する、という現象を防止する。また、距離センサ１は、例えば、不図示のマイコンに接続され、このマイコンに制御されて用いられる。距離センサ１による距離測定結果は、マイコンによって表示されたり、他の制御装置の制御に用いられる。これらの場合に、マイコンは、振幅値判定回路６５による判定結果に基づいて、または、コンパレータ６０からの出力が所定時間経過しても出力されないことに基づいて、エラー処理や、再測定の処理などを行う。
【００１８】
次に、距離センサ１の動作を説明する。図２（ａ）〜（ｆ）に示すように、第１、第２のシンセサイザ１１，１２が生成する信号は、それぞれ周期Ｔ１，Ｔ２を有する方形波である。また、投光器４から送信されるパルス光、従って、受光器５によって受光され出力される受信信号は、周期Ｔ１の方形波である。サンプルホールド回路３は、第１の周波数の信号と第２の周波数の信号とが同期（例えば、波形の立ち上がり位相が一致）したとき、スタート信号を生成し、そのスタート信号を計数演算器７に対して出力する。図２における時刻ｔ０に同期が発生し、スタート信号が生成されている。なお、距離センサ１が動作を開始すると、各部がクロック１０による同一クロックのもとで動作し、第１、第２のシンセサイザ１１，１２はそれぞれの信号を生成し続け、投光器４による投光と、受光器５による受信信号の出力がそれぞれ連続して行われる。受光器５から出力される受信信号は、時刻ｔ０から時間ｔだけ遅れた立ち上がり波形となっている。この時間ｔが、距離センサ１から対象物Ｍまでの距離Ｌを往復するパルス光の往復時間である。図２（ｅ）には、減衰回路６１と遅延回路６３（遅延時間ｔｄ）とをそれぞれ通した受信信号（減衰信号と遅延信号）が重ねて示されている。遅延時間ｔｄは、周期Ｔ１，Ｔ２、方形波の立ち上がり形状（急峻度）、波形幅等に応じて適宜設定される。また、減衰回路６１による減衰量は、受信信号に対して一定の減衰率としたり、一定の減衰量を差し引くようにオフセットしたりして、適宜設定することができる。
【００１９】
減衰信号と遅延信号は、スタート信号が出力された時刻ｔ０以降、それぞれ第２の周波数の信号によって周期Ｔ２ごとに（図中の時刻ｔ１，ｔ２，・・に）、サンプルホールド回路６２，６４によりサンプルホールドが繰り返され、コンパレータ６０に入力される。コンパレータ６０は、周期Ｔ２ごとに両信号の比較を行い、コンパレータ６０の比較用入力端子における減衰信号の入力側よりも遅延信号の入力側の信号強度が大きくなった時点で、図２（ｆ）に示すように、ストップ信号を出力する。図２に示した例では、繰り返し回数Ｎ＝４回目（時刻ｔ４）に、ストップ信号が出力されている。なお、ストップ信号が出力された時点で、図２（ａ）に示すように、スタート信号が解除される。計数演算器７は、クロック１０の信号に基づいて、スタート信号からストップ信号までの時間を計測し、計測結果を時間τとする。ここで、ｔ＋ｔｄ＝Ｎ×（Ｔ２−Ｔ１）であり、τ＝Ｎ×Ｔ２である。従って、時間ｔが、ｔ＝Ｎ×（Ｔ２−Ｔ１）−ｔｄ＝（τ／Ｔ２）×（Ｔ２−Ｔ１）−ｔｄによって求められる。この時間ｔと既知の光速ｃから、対象物Ｍまでの距離Ｌが、Ｌ＝ｃ×ｔ／２、によって求められる。
【００２０】
本実施形態によれば、等価サンプリングを用いて、減衰信号と遅延信号の時間軸を引き伸ばしているので、ロースペックのコンパレータを用いることができる。なお、等価サンプリングは、サンプリング定理が成立しない長いサンプリング周期でのサンプリングではあるが、信号が周期関数の場合には、元の信号の波形を再現可能なサンプリング方法である。等価サンプリングによるコンパレータの伝達遅延の緩和により、距離センサのシステム全体を低速化、高感度化することができる。さらに、コンパレータ６０に入力される信号が、サンプルホールド回路６２，６４によってサンプルホールドされた信号であり、低速な信号処理になっている。従って、システム全体を低速化することにより、距離センサの低コスト化と共に測定精度の向上または維持を実現できる。また、遅延回路の時定数を下げることができるので、ストップ信号を出力する比較判断回路６などの回路の集積化がより容易になる。また、コンパレータの伝達遅延量の振幅依存性が緩和されるので、受光強度がより弱い低振幅の受信信号であっても距離測定が可能になり、より遠距離までの距離測定が可能になる。なお、時間τ＝Ｎ×Ｔ２の測定精度は、周期Ｔ２の半分、±（Ｔ２）／２である。言い換えると、コンパレータ６０は、この測定精度の範囲内で比較結果を出力すればよく、この分、コンパレータ６０に要求されるスペックが緩和される。
【００２１】
（第１の実施形態の変形例）
図３は距離センサ１の変形例を示す。この変形例は、図１に示した第１の実施形態の距離センサ１において、サンプルホールドした信号をコンパレータに通す前に増幅する増幅器６ａを備えるものである。等価サンプリングが適用され、サンプルホールド回路６２，６４によってサンプルホールドされた信号は低速になっているので、後段に比較的低速な増幅器を入れても時間情報を維持したまま、信号電圧を上げることができる。このため、後段のコンパレータ６０に大きな電圧を入力でき、コンパレータ６０の入力振幅に依存する伝達遅延量を、さらに減らすことができる。
【００２２】
（第１の実施形態の他の変形例）
図４は距離センサ１の他の変形例を示す。この変形例は、図１に示した第１の実施形態の距離センサ１において、サンプルホールドした信号をコンパレータ６０に通す前にフィルタリングするローパスフィルタ６ｂを備えるものである。受光器５の信号処理回路におけるＩＶアンプ等は、高速応答するために広い帯域を持っており、受信信号は、高周波領域に渡る広範囲に広がるノイズ成分を持つ可能性がある。また、等価サンプリングが適用され、サンプルホールド回路６２，６４によってサンプルホールドされた信号は低速になっているので、後段に高域カットフィルタを入れても時間情報を損なうことがない。そこで、信号が低速になった後、ローパスフィルタ６ｂによって、ノイズ成分を効果的に除去することができ、Ｓ／Ｎ比を改善することができる。
【００２３】
（第２の実施形態）
図５、図６は第２の実施形態に係る距離センサについて示す。本実施形態の距離センサ１は、第１の実施形態の距離センサ１とは比較判断回路６（ストップ信号生成手段）の構成が異なり、他は同様である。すなわち、図５に示すように、比較判断回路６は、受光器５からの受信信号を微分する微分回路６６と、微分回路６６に通して得られる微分信号を第２の周波数の信号によってサンプルホールドすると共にサンプルホールドした信号を出力するサンプルホールド回路６２と、サンプルホールドした信号および比較用の所定のリファレンス信号を入力すると共に入力した２つの信号を比較して比較結果をストップ信号として出力するコンパレータ６０と、誤動作防止用の振幅値判定回路６５と、を備えている。振幅値判定回路６５は、微分回路６６を通す前の受信信号の振幅が所定値よりも小さい場合に、第１の実施形態と同様に、コンパレータ６０の出力動作を禁止する。
【００２４】
次に、距離センサ１の動作を説明する。図６（ａ）〜（ｇ）に示すように、スタート信号、第１、第２のシンセサイザの信号、および、受信信号は、第１の実施形態の図２のものと同じである。図６（ｅ）の微分波形は、受信信号の波高の頂点に対応する位置でゼロクロスする。時刻ｔ０からゼロクロス点までの時間は、ｔ＋ｔｃである。微分波形の信号は、図６（ｆ）に示すように、スタート信号が出力された時刻ｔ０以降、第２の周波数の信号に基づき周期Ｔ２ごとにサンプルホールド回路６２によってサンプルホールドされ、その結果がコンパレータ６０に入力される。コンパレータ６０は、周期Ｔ２ごとに、サンプルホールド回路６２からの信号と、リファレンス信号（例えば、振幅ゼロの一定値）との比較を行うことによってゼロクロス事象を検出する。コンパレータ６０は、ゼロクロスが検出された時点で、図６（ｇ）に示すように、ストップ信号を出力する。図６に示した例では、回数Ｎ＝４回目（時刻ｔ４）に、ストップ信号が出力されている。なお、ストップ信号が出力された時点で、図６（ａ）に示すように、スタート信号が解除される。計数演算器７は、第１の実施形態と同様に、時間ｔを、ｔ＝Ｎ×（Ｔ２−Ｔ１）−ｔｃ＝（τ／Ｔ２）×（Ｔ２−Ｔ１）−ｔｃによって求める。距離Ｌは、前記同様に、Ｌ＝ｃ×ｔ／２、によって求められる。本実施形態によると、図１の第１の実施形態の場合と比較して、サンプルホールド回路を１つ減らすことができ、また、遅延回路が不要となり、より低コストの距離センサが実現される。
【００２５】
（第３の実施形態）
図７、図８は第３の実施形態に係る距離センサについて示す。本実施形態の距離センサ１は、第１の実施形態の距離センサ１とは比較判断回路６（ストップ信号生成手段）の構成が異なり、他は同様である。すなわち、図７に示すように、比較判断回路６は、受信信号を分岐した信号の１つを第２の周波数の信号によってサンプルホールドすると共にサンプルホールドした信号を出力するサンプルホールド回路６２と、分岐した他の受信信号のピークを検出するピークホールド回路６７と、分岐したさらに他の受信信号のボトムを検出するボトムホールド回路６８と、ピークホールド回路６７、ボトムホールド回路６８のそれぞれからの出力に基づいて比較用のリファレンス信号を設定して出力する閾値決定回路６ｃと、サンプルホールド回路６２からの信号と閾値決定回路６ｃからの信号とを入力すると共に入力した信号を比較して比較結果をストップ信号として出力するコンパレータ６０と、誤動作防止用の振幅値判定回路６５と、を備えている。振幅値判定回路６５は、閾値決定回路６ｃからの信号の振幅が所定値よりも小さい場合に、第１の実施形態と同様に、コンパレータ６０の出力動作を禁止する。ピークホールド回路６７、ボトムホールド回路６８と閾値決定回路６ｃは、サンプルホールド回路３がスタート信号を出力して距離測定が開始された後、コンパレータ６０による比較動作が行われる前のタイミングで閾値を決定して出力する。これらの動作タイミングの設定は、不図示の他の回路や制御信号によって行われる。
【００２６】
次に、距離センサ１の動作を説明する。図８（ａ）〜（ｇ）に示すように、スタート信号、第１、第２のシンセサイザの信号、および、受信信号は、第１の実施形態の図２のものと同じである。図８（ｅ）のピーク波形、ボトム波形は、下向きの白抜き矢印で示すように、時刻ｔ０以後の受信信号の最初のパルスの幅の中でピークおよびボトムの検出とホールドが開始されて得られた波形である。なお、ピーク値やボトム値を求める際に、ＬＰＦに通した信号や平均化した信号を用いて、それらの信号から求めるようにしてもよい。閾値決定回路６ｃは、図８（ｆ）に示すように、コンパレータ６０による比較動作の前に閾値を出力する。閾値は、例えば、入力されたピーク値とボトム値の単純平均値や重み付き平均値によって設定することができる。コンパレータ６０は、周期Ｔ２ごとに、サンプルホールド回路６２からの信号と、閾値決定回路６ｃからのリファレンス信号（閾値）との比較を行うことによって受信信号の立ち上がり事象を検出する。コンパレータ６０は、立ち上がりが検出された時点で、図８（ｇ）に示すように、ストップ信号を出力する。図８に示した例では、回数Ｎ＝２回目（時刻ｔ２）に、ストップ信号が出力されている。なお、ストップ信号が出力された時点で、図８（ａ）に示すように、スタート信号が解除される。計数演算器７は、第１の実施形態と同様（ただし、ｔｄ＝０）に、時間ｔを、ｔ＝Ｎ×（Ｔ２−Ｔ１）＝（τ／Ｔ２）×（Ｔ２−Ｔ１）によって求める。距離Ｌは、前記同様に、Ｌ＝ｃ×ｔ／２、によって求められる。本実施形態によると、図１の第１の実施形態の場合と比較して、遅延回路が不要となり、より低コストの距離センサが実現される。
【００２７】
（第４の実施形態）
図９、図１０は第４の実施形態に係る距離センサについて示す。本実施形態の距離センサ１は、第１の実施形態の距離センサ１における比較判断回路６（ストップ信号生成手段）の構成を単純化したものであり、他は同様である。すなわち、図９に示すように、比較判断回路６は、受信信号を分岐した信号の１つを第２の周波数の信号によってサンプルホールドすると共にサンプルホールドした信号を出力するサンプルホールド回路６２と、サンプルホールド回路６２からの信号と比較用のリファレンス信号とを入力すると共に入力した信号を比較して比較結果をストップ信号として出力するコンパレータ６０と、誤動作防止用の振幅値判定回路６５と、を備えている。振幅値判定回路６５は、サンプルホールド回路６２からの信号の振幅が所定値よりも小さい場合に、第１の実施形態と同様に、コンパレータ６０の出力動作を禁止する。
【００２８】
次に、距離センサ１の動作を説明する。図１０（ａ）〜（ｇ）に示すように、スタート信号、第１、第２のシンセサイザの信号、および、受信信号は、第１の実施形態の図２のものと同じである。図１０（ｅ）において、リファレンス信号（閾値）が時刻ｔ１に動的に出力されているが、リファレンス信号として所定の一定電圧をコンパレータ６０に常時入力しておいてもよい。コンパレータ６０は、周期Ｔ２ごとに、サンプルホールド回路６２からの信号と、リファレンス信号（閾値）との比較を行うことによって受信信号の立ち上がり事象を検出する。コンパレータ６０は、立ち上がりが検出された時点で、図１０（ｆ）に示すように、ストップ信号を出力する。図１０に示した例では、回数Ｎ＝２回目（時刻ｔ２）に、ストップ信号が出力されている。なお、ストップ信号が出力された時点で、図１０（ａ）に示すように、スタート信号が解除される。計数演算器７は、第１の実施形態と同様（ただし、ｔｄ＝０）に、時間ｔを、ｔ＝Ｎ×（Ｔ２−Ｔ１）＝（τ／Ｔ２）×（Ｔ２−Ｔ１）によって求める。距離Ｌは、前記同様に、Ｌ＝ｃ×ｔ／２、によって求められる。本実施形態によると、第１乃至第３の実施形態の場合と比較して、回路構成が簡単化されており、より低コストの距離センサが実現される。
【００２９】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。上述した各実施形態または各変形例の構成を互いに組み合わせた構成とすることができる。例えば、第１の実施形態の変形例における増幅器６ａやローパスフィルタ６ｂを、他の実施形態に適用することができる。振幅値判定回路６５が誤動作防止の判断に用いる信号は、各実施形態および変形例に示した例に限らず、コンパレータ６０に入力される以前の、受信信号に基づく信号から適宜選択して用いることができる。また、上述した各実施形態および変形例において、繰返し回数Ｎの値としてＮ＝４やＮ＝２を示したが、回数Ｎの値が大きいほど距離の測定精度が上がるので、通常は、測定される距離範囲に対してもっと大きな値となるように設定される。一般に、周期Ｔ１，Ｔ２が互いに近いほど回数Ｎが大きくなる。回数Ｎが充分大きい場合、第３および第４の実施形態におけるリファレンス信号（閾値）生成と出力のタイミングは、最初の何回目かの周期Ｔ２後に行えばよい。また、信号波としてパルス光を例示して説明したが、光以外の電磁波による信号波でもよく、超音波による信号波でもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１    距離センサ
３    サンプルホールド回路（スタート信号生成手段）
４    投光器（送信部）
５    受光器（受信部）
６    比較判断回路（ストップ信号生成手段）
７    計数演算部（距離演算手段）
１１    第１のシンセサイザ
１２    第２のシンセサイザ
６０    コンパレータ
６１    減衰回路
６２    遅延回路
６ａ    増幅器（増幅回路）
６ｂ    ローパスフィルタ
Ｍ    対象物
【図１】
2011247717.tif 000003
【図２】
2011247717.tif 000004
【図３】
2011247717.tif 000005
【図４】
2011247717.tif 000006
【図５】
2011247717.tif 000007
【図６】
2011247717.tif 000008
【図７】
2011247717.tif 000009
【図８】
2011247717.tif 000010
【図９】
2011247717.tif 000011
【図１０】
2011247717.tif 000012
【図１１】
2011247717.tif 000013
【図１２】
2011247717.tif 000014