CN102866404B - 距离测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供在反射光的受光水平成为饱和状态时也能够高精度地测定距离的距离测定装置。距离测定装置的发光部朝向被测定物出射测定光。受光部，对从被测定物反射的反射光进行受光。距离计算部，基于从出射测定光时起到反射光的受光水平表示峰值的时刻为止的经过时间，求取到被测定物的距离。距离修正部，在受光水平成为饱和状态、峰值的时刻不能够确定时，根据受光水平饱和的时间的长度修正到被测定物的距离的值。

Description

距离测定装置

技术领域

本发明涉及距离测定装置。

背景技术

以往以来，已知有以下的距离测定装置：使脉冲激光朝向被测定物发光，测定直至接收到从被测定物反射的反射光为止的经过时间，基于该经过时间和激光的传输速度测定到被测定物的距离。

另外，在距离测定装置中，提出了下述技术：在计测朝向计测对象发送的信号与由计测对象反射回来的受光信号的时间差时，通过选择表示最可能准确的原本时间的受光信号而使测定误差降低（参照特开2008-275379号公报）。

但是，在以往的距离测定装置中，例如在反射光的受光水平成为饱和状态的情况下测距精度会变差。

发明内容

鉴于上述情况，本发明提供在反射光的受光水平成为饱和状态时也能够高精度地测定距离的距离测定装置。

一种方式的距离测定装置，具备发光部、受光部、距离计算部和距离修正部。发光部，朝向被测定物出射测定光。受光部，对从被测定物反射的反射光进行受光。距离计算部，基于从出射测定光时起到反射光的受光水平表示峰值的时刻为止的经过时间，求取到被测定物的距离。距离修正部，在受光水平成为饱和状态、峰值的时刻不能够确定时，根据受光水平饱和的时间的长度修正到被测定物的距离的值。

在一种方式的距离测定装置中，发光部也可以多次出射测定光。

在一种方式的距离测定装置中，距离计算部也可以进一步具备计数部，在多次出射测定光时，所述计数部对受光部计测到超过阈值的受光量的时刻分别进行计数，累计所计数的频数而求取各时刻下的受光水平。另外，距离计算部，也可以基于频数的累计数表示峰值的时刻下的经过时间求取到前述被测定物的距离。此外，距离修正部，也可以在频数的累计数成为饱和状态的时刻，根据成为饱和状态的时间的长度修正到被测定物的距离的值。

在一种方式的距离测定装置中，也可以受光水平饱和的时间越长，距离修正部越增加对距离的值进行修正的修正量。

根据本发明，能够提供在反射光的受光水平成为饱和状态时也能够高精度地测定距离的距离测定装置。

附图说明

图1是表示第1实施方式的距离测定装置的结构例的框图。

图2是表示第1实施方式的距离测定装置的工作的流程图。

图3是表示从出射测定光时起的经过时间和由测定工作累计的频数的频数分布的例子的图。

图4是表示对距离测定装置的临时的距离进行修正的例子的说明图。

图5是表示第2实施方式的距离测定装置的结构例的框图。

图6是表示第2实施方式的距离测定装置中的受光水平测定部（饱和检测部）的结构例的图。

图7是表示第2实施方式的距离测定装置的工作的流程图。

具体实施方式

<第1实施方式的说明>

图1是表示第1实施方式的距离测定装置的结构例的框图。第1实施方式的距离测定装置用在例如运动、狩猎等的测距中。

第1实施方式的距离测定装置1具有框体2、发光部3、受光部4、操作按钮5、控制器6和距离显示部7。发光部3、受光部4、操作按钮5以及距离显示部7分别与控制器6连接。

发光部3、受光部4、控制器6以及距离显示部7配置于框体2的内侧。另外，操作按钮5以露出于框体2的外侧的方式安装于框体2。另外，在框体2形成有取景窗2a、出射窗3a、受光窗4a。

取景窗2a及出射窗3a构成距离测定装置1的光学取景器。在出射窗3a与取景窗2a之间的光路上，从图1的左侧按顺序配置有准直透镜31和半反射镜（halfmirror）21。

从出射窗3a入射的光束的一部分，透过准直透镜31和半反射镜21而被引导到取景窗2a。由此，操作者能够通过取景窗2a及出射窗3a观看被测定物。

发光部3输出对被测定物照射的测定光（脉冲状的激光）。该发光部3例如包括发光元件（激光二极管）和发光元件的驱动电路。

在此，从发光部3出射的测定光，由半反射镜21反射而被引导到准直透镜31以及出射窗3a。因此，若在操作者观察光学取景器的状态下从发光部3出射测定光，则测定光朝向操作者所观看的被测定物（图1的箭头A方向）出射。

受光部4接受从受光窗4a入射的光（例如由被测定物反射的测定光）。受光部4例如包括受光元件（光电二极管）和受光电路。另外，在受光窗4a与受光部4之间配置有聚光透镜41。从受光窗4a入射的光（来自图1的箭头B方向的光）由聚光透镜41聚光并由受光元件进行光电变换。并且，受光元件的输出（受光信号）在由接收电路进行放大处理后传送至控制器6。

操作按钮5具有开始测距的开关的作用。另外，操作按钮5还具有作为单位模式切换开关（距离显示部7的单位（米/码等）的选择）和/或用于点亮/熄灭距离显示部7的背光源的开关的作用。

控制器6是控制距离测定装置1的工作的电路，例如使用FPGA等。控制器6具有用于计算到被测定物的距离的距离计算部10、和脉冲发生部20。

距离计算部10基于从出射测定光时起到反射光的受光水平呈现峰值的时刻为止的经过时间求出到被测定物的距离。另外，距离计算部10具有计数部11、频数测定部（饱和检测部）12和距离修正部13。另外，关于计数部11、频数测定部（饱和检测部）12以及距离修正部13的说明后述。

脉冲发生部20使规定距离测定装置的工作定时的脉冲信号发生。根据来自脉冲发生部20的脉冲信号，从发光部3的发光元件出射脉冲状的激光（测定光）。另外，使用上述的脉冲信号，能够求出从出射测定光时起到由受光部4输出受光信号为止的经过时间。

距离显示部7接收来自控制器6的显示指示而在取景窗2a的内部进行距离显示。距离显示部7，例如可以将信息点亮显示于光学取景器的像的外缘，或将信息覆盖显示于光学取景器的像上。另外，距离显示部7例如也可以是配置于框体2的外侧的液晶显示器等。

（第1实施方式的工作的说明）

以下，说明第1实施方式中的距离测定装置1的工作。图2是表示第1实施方式的距离测定装置1的工作例的流程图。

步骤S1：若在操作者通过取景窗2a观看被测定物的状态下操作按钮5被操作，则控制器6接收来自操作按钮5的输入（测距开始的指示）。

在此，第1实施方式的距离测定装置，对于1次测距（S1中的1次操作按钮5的操作），多次（例如550次）出射测定光。后述的S2~S5的处理（测定工作），按测定光出射的次数反复。另外，测定工作的次数由控制器6管理。

步骤S2：控制器6使发光部3工作，使从发光元件朝向被测定物出射脉冲状的激光。另外，从发光部3出射的测定光的一部分，通过由被测定物的反射，经由受光窗4a以及聚光透镜41被引导到受光部4。

步骤S3：控制器6以出射测定光的时刻作为起点开始时间的计数。

步骤S4：受光部4接受从受光窗4a入射的光。

步骤S5：距离计算部10的计数部11在受光部4计测到超过阈值的受光量的时刻（例如受光信号的值超过预定的强度阈值的情况）进行频数计数。按每个时刻而计数的频数存储于控制器6内的存储器（未图示）。

作为一例，当在从测定光的出射起经过Xm秒后计测到强度阈值以上的受光信号的情况下，计数部11进行与Xm秒的时刻对应的频数的一个计数。上述的强度阈值，例如被设定为比表示环境光的信号充分大且比测定光的信号强度小。由此，仅在入射如测定光的反射光那样比环境光充分强的光的情况下进行频数的计数。

另外，上述的频数的计数在多次反复的测定工作（S2~S5）中累计。例如在进行第2次的测定工作时，在与前次的测定工作中进行频数的计数的时刻相同的时刻再次进行频数的计数的情况下，与该时刻对应的频数累计成为“2”。该频数的累计数的上限为与测定光的出射次数相同的次数（例如550次）。另外，在第1实施方式中，将在各时刻由多次的测定工作得到的频数的累计值作为各时刻的受光水平来对待。

图3是表示从出射测定光时起的经过时间和由测定工作累计的频数的频数分布的例子的图。在图3的频数分布中，纵轴表示各时刻的频数的累计值（受光水平），横轴表示从出射测定光时起的经过时间。作为一例，频数分布中的经过时间的刻度为12.5ns。

另外，在1次的测定工作中，被测定物的反射光和强的环境光在不同的时刻入射的情况下，计数部11在各个光所入射的时刻进行频数的计数。也就是说，在1次的测定工作中，有时会在多个时刻进行频数的计数。但是，在多次的测定工作中被测定物的反射光会在大致相同的时刻被计测，然而在多次的测定工作中环境光不会在相同的时刻被计测。因此，在以多次的测定工作整体来看时，能够区别二者。

步骤S6：控制器6判断S2~S5的预定次数的处理（如果是上述的例子，则是550次的测定工作）是否结束。在满足上述的要件（“是”侧）时，控制器6使处理转移到步骤S7。另一方面，在不满足上述要件（“否”侧）时，控制器6进行测定工作的次数的一次计数，并且使处理转移到步骤S2，反复上述的工作。

步骤S7：控制器6判断是否能够确定与被测定物的反射光对应的受光水平的峰值的时刻。在满足上述的要件（“是”侧）时，控制器6使处理转移到步骤S8。另一方面，在不满足上述的要件（“否”侧）时，控制器6使处理转移到步骤S9。

作为一例，距离计算部10的频数测定部（饱和检测部）12参照各时刻的受光水平（频数的累计值）。并且，频数测定部（饱和检测部）12，可以将受光水平表示峰值的时刻之中该受光水平成为最大的时刻（最大区间（ビン））确定为与被测定物的反射光对应的受光水平的峰值。另一方面，在受光水平达到上限值而成为饱和状态的情况下（参照图4），控制器6判断为不能够确定上述峰值的时刻。

步骤S8：距离计算部10使用受光水平表示峰值的时刻（S7中确定的最大区间的时刻）的经过时间计算到被测定物的距离。另外，上述的经过时间，使用公知的激光的空间传输速度能够换算为到被测定物的距离。此后，处理转移到步骤S11。

步骤S9：距离计算部10计算到被测定物的临时的距离。作为一例，S9中的距离计算部10可以在受光水平成为上述的饱和状态的期间的附近，以受光水平的变化量在时间轴方向增加得最大的时刻（通常，频数分布中受光水平的波形上升的时刻）作为基准，计算到被测定物的临时的距离。

步骤S10：距离修正部13根据受光水平成为饱和状态的时间修正临时的距离（S9）的值，推定到被测定物的距离。

作为一例，距离修正部13将根据上述的饱和状态的时间而确定的修正量与临时的距离相加，而推定到被测定物的距离。该修正量，与上述饱和状态的时间的长度成比例地增大。

一般地，频数分布上受光水平的波形所形成的突起部与波峰时的受光水平的大小成比例地变大。在受光水平处于饱和状态的情况下，从频数分布的波形不能够直接确定受光水平的波形的峰值。但是，只要处于饱和状态的时间已知，便能够推定受光水平的波形所形成的突起部的大小，所以也可以推定饱和状态下被湮没的受光水平的峰值时刻。

图4是表示对距离测定装置的临时的距离进行的修正的例子的说明图。图4的纵轴表示受光水平（频数），图4的横轴表示从出射测定光时起的经过时间。另外，在图4中，以实线表示受光水平的波形，以虚线表示饱和状态下湮没的受光水平的原本的波形。

图4A示意地表示受光水平处于饱和状态的时间较长的情况。该情况下，受光水平的原本的波形所形成的突起部大，在S9中求出的距离与原本的波形的峰值（距离的真实值）的背离大。因此，该情况的距离修正部13增大对临时的距离的修正量。

图4B示意地表示受光水平处于饱和状态的时间较短的情况。该情况下，与图4A相比较受光水平的原本的波形所形成的突起部小，在S9中求出的距离与原本的波形的峰值（距离的真实值）的背离也相对地变小。因此，该情况的距离修正部13与图4A相比较减小对临时的距离的修正量。

另外，受光水平处于饱和状态的时间与上述的修正量的对应关系，例如，可以基于预先通过实验等求出的结果而确定。

步骤S11：控制器6，使距离计算部10所计算的距离（S8）或距离修正部13所推定的距离（S10）显示于距离显示部7。由此，操作者能够根据取景窗2a的显示确认到被测定物的距离。至此，结束本流程的说明。

（第1实施方式的效果）

首先，作为比较例，简单地说明以往的距离测定装置的测定例。以往的距离测定装置中，在与被测定物的距离长的情况下，由于反射光的受光水平小，所以存在测定值计算得较长的倾向。相反地，在上述的距离短的情况下，由于反射光的受光水平大，所以存在测定值计算得较短的倾向。因此，在以往的距离测定装置中，在测定值所表示的距离长时定型地以使得测定值变短的方式进行修正，在测定值所表示的距离短时定型地以使得测定值变长的方式进行修正。

但是，在以往的距离测定装置中，例如，在依被测定物的反射率的高低和/或被测定物的面积的大小而在同一距离下反射光的受光水平也产生差异的情况下，有可能测定值会产生较大偏差。因此，以往的距离测定装置中的上述的修正，未必能够高精度地求出距离。

另一方面，在第1实施方式的距离测定装置1中，距离计算部10基于从出射测定光时起到反射光的受光水平表示峰值的时刻为止的经过时间求出到被测定物的距离（S8）。另外，距离修正部13，在受光水平成为饱和状态、不能够确定峰值的时刻时，根据受光水平饱和的时间长度修正到被测定物的距离的值（S9、S10）。因此，第1实施方式的距离测定装置1，在受光水平小、不处于饱和状态的情况下和受光水平处于饱和状态的情况下双方，分别能够高精度地测定到被测定物的距离。

另外，第1实施方式的距离测定装置1，由于多次出射测定光而执行多次的测定工作，所以能够使测定时的S/N比提高。

<第2实施方式>

接着，关于第2实施方式的距离测定装置进行说明。图5是表示第2实施方式中的距离测定装置的框图。第2实施方式中的距离测定装置1，基本结构与第1实施方式相同。因此，在第2实施方式的说明中，关于与第1实施方式相同的结构使用与第1实施方式相同的符号，并省略重复说明。

第2实施方式中的距离测定装置1，除了第1实施方式中的距离测定装置1的结构之外，在受光部4的输出侧还连接有受光水平测定部（饱和检测部）8。受光水平测定部（饱和检测部）8的输出连接于控制器6。另外，第2实施方式中的距离计算部10仅具有距离修正部13。

图6是表示受光水平测定部（饱和检测部）8的结构的框图。受光水平测定部（饱和检测部）8具有峰值保持电路8a和A/D变换部8b。受光水平测定部（饱和检测部）8，使用峰值保持电路8a保持由受光部4受光的信号的峰值。A/D变换部8b对峰值水平进行数字变换并输出到控制器6。即，在第2实施方式中，受光量的光量原样作为受光水平来对待。

（第2实施方式的工作的说明）

以下，说明第2实施方式中的距离测定装置1的工作。图7是表示第2实施方式的距离测定装置的工作例的流程图。在第2实施方式中，说明每1次的测距出射1次测定光的例子。另外，图7的S21~S24的处理与图2的S1~S4的处理相同，图7的S27~S30的处理与图2的S8~S11的处理大致相同。因此，关于上述的各处理省略重复说明。

步骤S25：受光水平测定部（饱和检测部）8，若由受光部4接受到光，则使用峰值保持电路8a，保持由受光部4受光的信号的峰值。此后，受光水平测定部（饱和检测部）8，通过A/D变换部8b对峰值水平进行数字变换，并向控制器6发送。

步骤S26：控制器6判定数字变换后的受光水平的峰值的时刻是否能够确定。在满足上述的要件时（“是”侧），控制器6将处理转移到步骤S27。另一方面，在不满足上述的要件时（“否”侧），控制器6将处理转移到步骤S28。另外，S26中的控制器6，在受光水平成为饱和状态的情况下，判定为上述峰值的时刻不能够确定。

根据上述的第2实施方式的结构，也与第1实施方式的情况同样地，在受光水平小、不处于饱和状态的情况下和受光水平处于饱和状态的情况下双方，分别能够高精度地测定到被测定物的距离。

<实施方式的补充事项>

（1）在第1实施方式中，用受光水平和经过时间求取频数分布，但也可以预先将频数分布的横轴的经过时间换算为距离而运用。

（2）在第2实施方式中，也可以使发光部3多次出射测定光。通过多次测定反射光，能够比1次测定更加高精度地测定距离。在此情况下，只要控制器6在步骤S22管理出射次数，并与第1实施方式的步骤S6同样地，使步骤S22~步骤S25循环直至预定的次数的出射完成为止。

实施方式的许多特征及优点可以从详细的说明中显而易见，因此，所附权利要求旨在覆盖实施方式的所有这些特征及优点，以便落入其真正的主旨及范围。进而，由于对于本领域技术人员来说容易想到众多变形及变换，所以并非要将发明的实施方式限定为所示及描述的确切结构及工作，而是可采用所有落入本发明的范围的适合的变形及其均等物。

Claims (4)

1.一种距离测定装置，其特征在于，具备：

发光部，其朝向被测定物出射测定光；

受光部，其对从前述被测定物反射的反射光进行受光；

距离计算部，其在前述反射光的受光水平表示峰值的时刻能够确定时，基于从出射前述测定光时起到前述表示峰值的时刻为止的经过时间，求取到前述被测定物的距离，在前述受光水平成为饱和状态、前述表示峰值的时刻不能够确定时，基于从出射前述测定光时起到前述受光水平的变化量在时间轴方向增加得最大的时刻为止的经过时间，求取到前述被测定物的临时的距离的值；以及

距离修正部，其在前述受光水平成为饱和状态、前述表示峰值的时刻不能够确定时，求取前述受光水平饱和的时间的长度，并且根据前述受光水平饱和的时间的长度修正前述临时的距离的值，推定到前述被测定物的距离。

2.根据权利要求1所述的距离测定装置，其特征在于：

前述发光部，多次出射前述测定光。

3.根据权利要求2所述的距离测定装置，其特征在于：

前述距离计算部进一步具备计数部，在多次出射前述测定光时，所述计数部对前述受光部计测到超过阈值的受光量的时刻分别进行计数，累计所计数的频数而求取各时刻下的前述受光水平；

前述距离计算部，在前述频数的累计数表示峰值的时刻能够确定时，基于到前述频数的累计数表示峰值的时刻为止的经过时间求取到前述被测定物的距离，在前述频数的累计数成为饱和状态、前述频数的累计数表示峰值的时刻不能够确定时，基于到前述频数的累计数的变化量在时间轴方向增加得最大的时刻为止的经过时间，求取到前述被测定物的临时的距离的值；

前述距离修正部，在前述频数的累计数成为饱和状态、前述频数的累计数表示峰值的时刻不能够确定时，求出前述频数的累计数饱和的时间的长度，并且根据前述频数的累计数饱和的时间的长度修正前述临时的距离的值。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的距离测定装置，其特征在于：

前述受光水平饱和的时间越长，前述距离修正部越增加对前述临时的距离的值进行修正的修正量。