JP2001033554A - 信号処理方法、及びそれを用いたレーザー距離計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １ＫHz程度の低周波の繰り返しパルスを、高
周波域のみにおいて使用可能な回路において処理可能な
方法を提供する。 【解決手段】 レーザーダイオード２’からレーザー光
を放出させ、フォトダイオード４を導通させて、プリア
ンプ５へパルス状の電圧を入力する。このパルスはログ
アンプ６に入力される。パルス入力には高周波成分が含
まれているので、これによりログアンプの出力は一時的
に安定する。その状態で、レーザーダイオード２よりパ
ルスレーザー光が放出され、測定対象物３で反射された
パルスレーザー光は、フォトダイオード４に照射され
る。フォトダイオード４は反射光の照射を受けたときに
導通し、それにより、プリアンプ５に入力される電圧が
変化する。プリアンプ５で増幅された電圧は、ログアン
プ６に入力され対数増幅される。このようにして、ログ
アンプ６の出力が安定している間に測定が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波領域でのみ
正常に作動する電気回路を用いて、当該高周波領域より
低周波の周波数で繰り返し入力されるパルス信号を処理
する方法及びその方法を用いたレーザー距離計に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】測定対象物に向かってパルス状のレーザ
ー光を照射し、測定対象物によって反射された当該レー
ザー光を受光して、照射から受光までの遅延時間を測定
することにより測定対象物までの距離を計測する方式の
レーザー距離計は、測量等の分野で広く使用されてきた
が、最近では、自動車に登載され、前方車両又は障害物
と自車との距離を測定する装置としても使用されるよう
になってきている。

【０００３】このレーザー距離計の測定回路の概要を図
５に示す。この測定回路はマイクロコンピューター（Ｃ
ＰＵ）によって制御されている。ＣＰＵより、ＦＥＴ１
にパルス信号が入力されるとＦＥＴ１が導通し、レーザ
ーダイオード２よりパルスレーザー光が放出される。こ
のパルスレーザー光は図示されない投光光学系を介して
測定対象物３に照射される。測定対象物３で反射された
パルスレーザー光は、図示されない受光光学系を介して
フォトダイオード４に照射される。フォトダイオード４
は反射光の照射を受けたときに導通し、それにより、プ
リアンプ５に入力される電圧が変化する。

【０００４】プリアンプ５で増幅された電圧は、ログア
ンプ６に入力され対数増幅される。ログアンプ６の出力
は、ＣＰＵに入力され、ＣＰＵはＦＥＴ１に与えた駆動
パルスとログアンプ６から得られたパルスの時間間隔か
ら、測定対象物までの距離を測定する。この測定回路に
おいてログアンプ６を使用する理由は、プリアンプ５の
出力を対数化することにより、測定対象物３からの反射
光量が大きく変化する場合でも、増幅器を飽和させずに
それに応じた処理を可能にすること、すなわち、測定系
の測定レンジを拡大すること、及び増幅器を飽和させず
に入力されるパルスの立ち上がり部分を急峻にして、応
答遅れを改善することにある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】自動車に登載されたレ
ーザー距離計のように、測定対象からの反射光量が大き
く変化する場合、受信パルスの立ち上がりが遅くなる可
能性のある場合には、前述のようにログアンプを利用す
ることにより、増幅器を飽和させずに測定レンジを広げ
ること、増幅器を飽和させずに立ち上がり特性を改善す
ることが必須の条件である。しかしながら、一般民生用
のログアンプは、高周波域に動作範囲があり（たとえば
アナログデバイス社製ＡＤ８３０９（商品名）の場合、
５ＭHz〜500ＭHz）、低い周波数での使用が不可能であ
る。

【０００６】一方、一般に自動車用レーザー距離計にお
ける光パルスの放射の周波数は１ＫHz程度で十分であ
り、これ以上周波数を上げるとＣＰＵにかかる負担が大
きくなるという問題点が生じるばかりで何のメリットも
ない。しかし、このような低周波数においては、一般民
生用のログアンプを使用することができず、軍事用(MIL
規格）のログアンプ（例えばアナログデバイス社製ＡＤ
６４０（商品名）：ＤＣ〜90ＭHz）を使用せざるを得な
い。よって、その分回路が高価なものとなるという問題
点を有していた。

【０００７】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、１ＫHz程度の低周波の繰り返しパルスを、高周
波域のみにおいて使用可能な回路において処理可能な方
法を提供し、併せてこの回路を使用した安価なレーザー
距離計を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、高周波領域でのみ正常に作動する電気
回路を用いて、当該高周波領域より低周波の周波数で繰
り返し入力されるパルス信号を処理する方法であって、
当該電気回路に当該パルス信号を入力する直前にダミー
パルスを入力することを特徴とする信号処理方法（請求
項１）である。

【０００９】本手段においては、信号処理に使用するパ
ルスが入る直前に、ダミーパルスが電気回路に入力され
る。ダミーパルス信号には高周波成分が含まれているの
で、この信号によって、電気回路は正規の動作状態にな
る。正規の動作状態になった時点で、信号処理に使用す
るパルスを入力することにより、このパルスは当該電気
回路において正常に処理される。

【００１０】前記課題を解決するための第２の手段は、
前記第１の手段であって、前記電気回路がログアンプで
あり、信号処理が対数増幅であることを特徴とするもの
（請求項２）である。

【００１１】対数増幅を行うログアンプは、高周波領域
のみで作動するものは一般民生用として安価で入手可能
であり、低周波領域で作動するものは軍事用の高価なも
のしかない。よって、前記第１の手段を、ログアンプに
応用することで、特に経済的な効果が大きい。また、パ
ルスの立ち上がり特性を改善する目的でログアンプを使
用する場合には、高周波領域で作動するログアンプを使
用する場合の方が、低周波領域で作動するログアンプを
使用する場合に比して、立ち上がり特性の改善効果を高
めることができる。

【００１２】前記課題を解決するための第３の手段は、
測定対象物にパルスレーザー光を照射し、測定対象物か
ら反射して帰ってくるパルスレーザー光の、照射からの
遅延時間を測定することにより測定対象物までの距離を
測定するレーザー距離計であって、レーザー光源と、レ
ーザー光源を駆動するレーザー光源駆動回路と、受光し
た光を電気信号に変換する受光器と、前記レーザー光源
の発光の直前に受光器に直接光を照射するダミー光源
と、受光器の信号を直接又は他の回路を介して入力して
増幅するログアンプと、ログアンプの出力とレーザー光
源駆動回路の出力の時間差を測定し、その差から測定対
象物までの距離を測定する手段とを有してなり、前記ロ
グアンプの信号処理方法が請求項２に記載の信号処理方
法であることを特徴とするレーザー距離計（請求項３）
である。

【００１３】本手段の基本的な構成は従来のレーザー距
離計と同じであるが、ログアンプに安価な高周波作動用
のものを使用し、前記第２の手段を使用することによ
り、高周波作動用のログアンプを低周波域で使用可能と
している。そして、計測用パルスの入力前に入力するダ
ミーパルスの発生方法として、受光器に直接光を照射す
るダミー光源を使用している。すなわち、対象物にレー
ザー光を照射するレーザー光源をトリガーする前に、ダ
ミー光源をトリガーすることにより、受光器に反射光が
受光されてパルスが発生する前に、ダミー光源からの光
により受光器からダミーパルスが発生するようになる。

【００１４】このダミーパルスはログアンプに入力され
て、前記第１の手段の説明で述べたように、ログアンプ
の動作を正規な動作にする。その状態で、反射光によっ
て受光器で発生したパルスがログアンプに入力されるの
で、ログアンプはこのパルスを正常な状態で対数増幅す
ることができる。よって、低周波用のログアンプを使用
したときと同様の測定が可能となる。

【００１５】前記課題を解決するための第４の手段は、
測定対象物にパルスレーザー光を照射し、測定対象物か
ら反射して帰ってくるパルスレーザー光の、照射からの
遅延時間を測定することにより測定対象物までの距離を
測定するレーザー距離計であって、レーザー光源と、レ
ーザー光源を駆動するレーザー光源駆動回路と、受光し
た光を電気信号に変換する受光器と、受光器の信号を直
接又は他の回路を介して入力して増幅するログアンプ
と、前記レーザー光源の発光の直前にログアンプにダミ
ーパルス入力を入力するダミーパルス発生回路と、ログ
アンプの出力とレーザー光源駆動回路の出力の時間差を
測定し、その差から測定対象物までの距離を測定する手
段とを有してなり、前記ログアンプの信号処理方法が請
求項２に記載の信号処理方法であることを特徴とするレ
ーザー距離計（請求項４）である。

【００１６】本手段の作動原理は、前記第３の手段と同
じであるが、ダミーパルスをパルス発生器で作成し、こ
れを直接ログアンプに入力している。それにより、前記
第３の手段のようにダミー光源を必要とせず、その分回
路構成が簡単となり、機器配置に自由度が生まれる。な
お、本手段（請求項４）においては、ダミーパルス発生
回路の出力をログアンプに入力するとしているが、これ
は、直接ログアンプに入力する場合のみならず、ログア
ンプの前に電気回路がある場合には、この電気回路を介
して入力する場合も含むものであり、このような場合で
も直接ログアンプに入力する場合と同一の作用効果が得
られることはいうまでもない。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
図を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形
態であるレーザー距離計の要部を示す概略図である。図
１において、１はレーザ光源駆動回路であるＦＥＴ、
１’はダミー光源駆動回路であるＦＥＴ、２はレーザー
光源であるレーザーダイオード、２’はダミー光源であ
るレーザーダイオード、３は測定対象物、４は受光素子
であるフォトダイオード、５はプリアンプ、６はログア
ンプである。

【００１８】この測定回路はマイクロコンピューター
（ＣＰＵ）によって制御されている。ＣＰＵより、ＦＥ
Ｔ１にパルス信号が入力されるとがＦＥＴ１が導通し、
レーザーダイオード２よりパルスレーザー光が放出され
る。このパルスレーザー光は図示されない投光光学系を
介して測定対象物３に照射される。測定対象物３で反射
されたパルスレーザー光は、図示されない受光光学系を
介してフォトダイオード４に照射される。フォトダイオ
ード４は反射光の照射を受けたときに導通し、それによ
り、プリアンプ５に入力される電圧が変化する。

【００１９】プリアンプ５で増幅された電圧は、ログア
ンプ６に入力され対数増幅される。ログアンプ６の出力
は、ＣＰＵに入力され、ＣＰＵはＦＥＴ１に与えた駆動
パルスとログアンプ６から得られたパルスの時間間隔か
ら、測定対象物までの距離を測定する。この測定回路に
おいてログアンプ６を使用する理由は、従来技術の説明
において述べた理由と同じである。以上の作用は、従来
技術と同じである。

【００２０】図１に示す回路に使用されているログアン
プは、前記ＡＤ８３０９等の高周波域で作用する一般民
生用のものである。また、ＦＥＴ１’とレーザーダイオ
ード２’が設けられ、レーザーダイオード２’からのレ
ーザー光が、直接フォトダイオード４に入射するように
光学系が設計されている。

【００２１】ＡＤ８３０９等の高周波域で作動するログ
アンプは、直流又は低周波の入力がある場合には、その
出力は発振状態にある。この状態で、ＣＰＵよりの信号
によりＦＥＴ１’を導通させ、レーザーダイオード２’
からレーザー光を放出させる。これにより、フォトダイ
オード４が導通状態となり、プリアンプ５へパルス状の
電圧が入力される。このパルスはログアンプ６に入力さ
れる。パルス入力には高周波成分が含まれているので、
これによりログアンプの出力は一時的に安定する。その
状態で、ＣＰＵからの出力により、フォトダイオード１
を導通させ、前述のような測定を行う。

【００２２】図２に、図１の回路におけるダミーレーザ
ーダイオード２’（ダミーＬＤ）、レーザーダイオード
２（ＬＤ）の発光状態と、ログアンプの出力の状態を示
す。ただし、説明を分かりやすくするために時間軸は実
際のものと合わせていない。ログアンプとしてＡＤ８３
０９を使用した場合、ダミーＬＤの発光があって、パル
スが入力されてから、約２μsecの間出力の発振が止ま
り、安定する。よって、ダミーＬＤを発光させてから10
0nsec待ってから、ＬＤを発光させて、この２μsecの間
に距離測定を行う。図におけるＴを測定することによ
り、距離測定を行う。このようにすることにより、安価
な民生用のログアンプを使用してレーザー距離測定器を
構成できると共に、低周波用のログアンプを使用するこ
とにより、高周波用のログアンプを使用する場合に比し
てパルスの立ち上がり特性の改善度を改善することがで
きる。

【００２３】図３は、本発明の第２の実施の形態である
レーザー距離計の要部を示す概略図である。図３におい
て、７はダミーパルス発生用アンプである。図３におい
て、図１に示された構成要素と同じ構成要素には同じ符
号を付してその説明を省略する。

【００２４】この実施の形態が図１に示された実施の形
態と異なるのは、ダミーパルスを作り出す回路として、
ダミーレーザーダイオードとその駆動用ＦＥＴがなく代
わりにダミーパルス発生用アンプ７が設けられている点
のみであるので、図１に示された実施の形態と異なる点
のみを説明し、同じ点については説明を省略する。

【００２５】測定に先立ち、ＣＰＵよりダミーパルス発
生用アンプ７に信号を送り、ダミーパルスを発生させ
る。このダミーパルスは直接ログアンプ６に入力され
る。勿論、フォトダイオード４の出力と並列に接続した
り、プリアンプ５に入力するようにしてもよい。

【００２６】図４にダミーパルス（ダミーパルス発生用
アンプ７の出力）、レーザーダイオード２（ＬＤ）の発
光、プリアンプ５の出力、ログアンプ６の出力の状態を
示す。ただし、説明を分かりやすくするために時間軸は
実際のものと合わせていない。ダミーパルスがログアン
プ６に入力されると、図２に示したと同じように、一定
期間ログアンプ６の発振が止まり出力が安定する。この
間を利用してＬＤを発光させ、距離測定を行う。その原
理は、図２に示したものと同じである。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１に係る発明においては、ダミーパルスを予め入力す
ることにより、高周波領域で作動する電気回路を低周波
パルスの処理に利用することができる。

【００２８】請求項２に係る発明においては、特に高価
な低周波用ログアンプを使用する必要が無いので、回路
を安価にすることができる。また、高周波用ログアンプ
を使用することにより、パルスの立ち上がり特性の改善
度を高くすることができる。

【００２９】請求項３に係る発明、請求項４に係る発明
においては、特に高価な低周波用ログアンプを使用する
必要が無いので、安価なレーザー距離計とすることがで
きる。また、パルスの立ち上がり特性改善度を高めるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態であるレーザー距離
計の要部を示す概略図である。

【図２】図１に示した回路の要部の出力の状態を示す図
である。

【図３】本発明の第２の実施の形態であるレーザー距離
計の要部を示す概略図である。

【図４】図３に示した回路の要部の出力の状態を示す図
である。

【図５】従来のレーザー距離計の測定回路の概要を示す
図である。

【符号の説明】

１…レーザ光源駆動回路であるＦＥＴ １’…ダミー光源駆動回路であるＦＥＴ ２…レーザー光源であるレーザーダイオード ２’…ダミー光源であるレーザーダイオード ３…測定対象物 ４…受光素子であるフォトダイオード ５…プリアンプ ６…ログアンプ ７…ダミーパルス発生用アンプ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波領域でのみ正常に作動する電気回
   路を用いて、当該高周波領域より低周波の周波数で繰り
   返し入力されるパルス信号を処理する方法であって、当
   該電気回路に当該パルス信号を入力する直前にダミーパ
   ルスを入力することを特徴とする信号処理方法。
2. 【請求項２】 前記電気回路がログアンプであり、信号
   処理が対数増幅であることを特徴とする請求項１に記載
   の信号処理方法。
3. 【請求項３】 測定対象物にパルスレーザー光を照射
   し、測定対象物から反射して帰ってくるパルスレーザー
   光の、照射からの遅延時間を測定することにより測定対
   象物までの距離を測定するレーザー距離計であって、レ
   ーザー光源と、レーザー光源を駆動するレーザー光源駆
   動回路と、受光した光を電気信号に変換する受光器と、
   前記レーザー光源の発光の直前に受光器に直接光を照射
   するダミー光源と、受光器の信号を直接又は他の回路を
   介して入力して増幅するログアンプと、ログアンプの出
   力とレーザー光源駆動回路の出力の時間差を測定し、そ
   の差から測定対象物までの距離を測定する手段とを有し
   てなり、前記ログアンプの信号処理方法が請求項２に記
   載の信号処理方法であることを特徴とするレーザー距離
   計。
4. 【請求項４】 測定対象物にパルスレーザー光を照射
   し、測定対象物から反射して帰ってくるパルスレーザー
   光の、照射からの遅延時間を測定することにより測定対
   象物までの距離を測定するレーザー距離計であって、レ
   ーザー光源と、レーザー光源を駆動するレーザー光源駆
   動回路と、受光した光を電気信号に変換する受光器と、
   受光器の信号を直接又は他の回路を介して入力して増幅
   するログアンプと、前記レーザー光源の発光の直前にロ
   グアンプにダミーパルス入力を入力するダミーパルス発
   生回路と、ログアンプの出力とレーザー光源駆動回路の
   出力の時間差を測定し、その差から測定対象物までの距
   離を測定する手段とを有してなり、前記ログアンプの信
   号処理方法が請求項２に記載の信号処理方法であること
   を特徴とするレーザー距離計。