JP2002372578A - 距離計 - Google Patents
距離計Info
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- JP2002372578A JP2002372578A JP2001180979A JP2001180979A JP2002372578A JP 2002372578 A JP2002372578 A JP 2002372578A JP 2001180979 A JP2001180979 A JP 2001180979A JP 2001180979 A JP2001180979 A JP 2001180979A JP 2002372578 A JP2002372578 A JP 2002372578A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】受信信号と送信信号を高速にサンプリングし、
時系列データとして記憶し、受信波形と送信波形の相互
相関関数を求め、その関数値が最大となる遅延時間を伝
播時間とする方法がある。この方法を、光または電波式
の距離計に応用すると、非常に高速なＡＤ変換器、容量
の大きなメモリーと計算量が非常に多い相互相関演算が
要求される。 【解決手段】複数回の信号送受信、プログラマブル遅延
素子とハードウエア相関計算回路を組み合せ、相互相関
関数を求め、距離を計測できるように構成した。
時系列データとして記憶し、受信波形と送信波形の相互
相関関数を求め、その関数値が最大となる遅延時間を伝
播時間とする方法がある。この方法を、光または電波式
の距離計に応用すると、非常に高速なＡＤ変換器、容量
の大きなメモリーと計算量が非常に多い相互相関演算が
要求される。 【解決手段】複数回の信号送受信、プログラマブル遅延
素子とハードウエア相関計算回路を組み合せ、相互相関
関数を求め、距離を計測できるように構成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電波式距離計、光
式距離計、超音波式距離計等のように、空間に信号を送
信し、その信号の送信時刻と受信時刻の差から距離を計
測する距離計に関するものである。
式距離計、超音波式距離計等のように、空間に信号を送
信し、その信号の送信時刻と受信時刻の差から距離を計
測する距離計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の距離計には、信号送信装置と受信
装置がほぼ同じ位置にあり、測定対象物からの反射を受
信し、送信時刻と受信時刻の差から距離を求める距離計
と信号送信装置と受信装置が離れた場所にあり、この装
置間の距離を求める距離計がある。
装置がほぼ同じ位置にあり、測定対象物からの反射を受
信し、送信時刻と受信時刻の差から距離を求める距離計
と信号送信装置と受信装置が離れた場所にあり、この装
置間の距離を求める距離計がある。
【０００３】例えば、従来の電波・光による反射式距離
計は、信号送信時刻にクロックを作動させ、反射波の受
信レベルがある閾値を超えた時刻にクロックを停止し、
そのクロックの値から、伝播時間を計測する。距離は、
伝播時間と電波または光の速さの積の１／２で計算され
る。従来の計測方法は、光と電波の速度が非常に速いの
で、高速なカウンターが要求される。もし、１ＧＨｚの
カウンターを作った場合でも、１ｎsecが分解能であ
り、約３０cmの精度となってしまう。このため、精度よ
く伝播時間を計測できない問題がある。
計は、信号送信時刻にクロックを作動させ、反射波の受
信レベルがある閾値を超えた時刻にクロックを停止し、
そのクロックの値から、伝播時間を計測する。距離は、
伝播時間と電波または光の速さの積の１／２で計算され
る。従来の計測方法は、光と電波の速度が非常に速いの
で、高速なカウンターが要求される。もし、１ＧＨｚの
カウンターを作った場合でも、１ｎsecが分解能であ
り、約３０cmの精度となってしまう。このため、精度よ
く伝播時間を計測できない問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】また、超音波の分野で
既に行われている相関関数による手法がある。この方法
は、受信信号波形と送信信号波形を高速にサンプリング
し、時系列データとして記憶する。次に、受信波形と送
信波形の相互相関関数を求め、その関数値が最大となる
遅延時間を伝播時間とする方法である。例えば、これを
光りによる距離計に応用すると、１ＧＨｚでサンプリン
グした受信波形と１ＧＨｚでサンプリングした送信波形
の相互相関関数を求め、その関数値が最大となる遅延時
間をを求めることになる。この場合の関数値も１ｎsec
ごとに得られが、最大となる近傍の関数値を２次曲線の
近似関数等で表わし、その近似関数が最大値となる時刻
を求めることにより、サンプリング時間間隔より小さい
分解能を得ることができる。しかし、この手法そのまま
で、光または電波式の距離計を製作すると、非常に高速
なＡＤ変換器、容量の大きなメモリーと計算量が非常に
多い相互相関演算が要求される。
既に行われている相関関数による手法がある。この方法
は、受信信号波形と送信信号波形を高速にサンプリング
し、時系列データとして記憶する。次に、受信波形と送
信波形の相互相関関数を求め、その関数値が最大となる
遅延時間を伝播時間とする方法である。例えば、これを
光りによる距離計に応用すると、１ＧＨｚでサンプリン
グした受信波形と１ＧＨｚでサンプリングした送信波形
の相互相関関数を求め、その関数値が最大となる遅延時
間をを求めることになる。この場合の関数値も１ｎsec
ごとに得られが、最大となる近傍の関数値を２次曲線の
近似関数等で表わし、その近似関数が最大値となる時刻
を求めることにより、サンプリング時間間隔より小さい
分解能を得ることができる。しかし、この手法そのまま
で、光または電波式の距離計を製作すると、非常に高速
なＡＤ変換器、容量の大きなメモリーと計算量が非常に
多い相互相関演算が要求される。
【０００５】本発明は、上記の問題を解決するためにな
されたもので、複数回の信号送受信、プログラマブル遅
延素子とハードウエア相関計算回路を組み合わせ、相互
相関関数を求め、高精度に距離を計測出来る距離計を提
供することが目的である。
されたもので、複数回の信号送受信、プログラマブル遅
延素子とハードウエア相関計算回路を組み合わせ、相互
相関関数を求め、高精度に距離を計測出来る距離計を提
供することが目的である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の距離計は，信号
を送信し、その信号を受信し、送信時刻と受信時刻の差
から距離を計測する距離計において、プログラマブル遅
延素子を用いて、遅延時間の異なる多くの遅延信号を作
り、これらの遅延信号と受信信号との積を積分し、相互
相関関数を求め、その関数値を処理することで、距離を
求める距離計である。また、本発明は、信号を送信し、
その信号を受信し、送信時刻と受信時刻の差から距離を
計測する距離計において、パルス幅をプログラム的に可
変できるプログラマブルパルス発生器を用いて、パルス
幅の異なる多くのパルス信号を作り、これらのパルス信
号と受信信号との積を積分し、相互相関関数を求め、そ
の関数値を処理することで、距離を求める距離計であ
る。また、本発明は、信号を送信し、その信号を受信
し、送信時刻と受信時刻の差から距離を計測する距離計
において、プログラマブル遅延素子を用いて、遅延時間
の異なる多くの遅延信号を作り、これらの遅延信号と受
信信号との積の値を処理することで、距離を求める距離
計である。さらに、本発明は、信号を送信し、その信号
を受信し、送信時刻と受信時刻の差から距離を計測する
距離計において、パルス幅をプログラム的に可変できる
プログラマブルパルス発生器を用いて、パルス幅の異な
る多くのパルス信号を作り、これらのパルス信号と受信
信号との積の値を処理することで、距離を求める距離
計。
を送信し、その信号を受信し、送信時刻と受信時刻の差
から距離を計測する距離計において、プログラマブル遅
延素子を用いて、遅延時間の異なる多くの遅延信号を作
り、これらの遅延信号と受信信号との積を積分し、相互
相関関数を求め、その関数値を処理することで、距離を
求める距離計である。また、本発明は、信号を送信し、
その信号を受信し、送信時刻と受信時刻の差から距離を
計測する距離計において、パルス幅をプログラム的に可
変できるプログラマブルパルス発生器を用いて、パルス
幅の異なる多くのパルス信号を作り、これらのパルス信
号と受信信号との積を積分し、相互相関関数を求め、そ
の関数値を処理することで、距離を求める距離計であ
る。また、本発明は、信号を送信し、その信号を受信
し、送信時刻と受信時刻の差から距離を計測する距離計
において、プログラマブル遅延素子を用いて、遅延時間
の異なる多くの遅延信号を作り、これらの遅延信号と受
信信号との積の値を処理することで、距離を求める距離
計である。さらに、本発明は、信号を送信し、その信号
を受信し、送信時刻と受信時刻の差から距離を計測する
距離計において、パルス幅をプログラム的に可変できる
プログラマブルパルス発生器を用いて、パルス幅の異な
る多くのパルス信号を作り、これらのパルス信号と受信
信号との積の値を処理することで、距離を求める距離
計。
【０００７】
【実施例】図１は、本発明の実施例の形態図であり、符
号１は、距離計本体であり、内部に電気回路を、表面に
距離表示器を有している。符号２は、送信部であり、電
波ならアンテナ、光ならレーザ光送信装置、超音波であ
れば超音波送信部の働きを行う。符号３は、受信信号受
信部であり、電波ならアンテナ、光なら受光素子、超音
波なら超音波受信部の働きを行う。
号１は、距離計本体であり、内部に電気回路を、表面に
距離表示器を有している。符号２は、送信部であり、電
波ならアンテナ、光ならレーザ光送信装置、超音波であ
れば超音波送信部の働きを行う。符号３は、受信信号受
信部であり、電波ならアンテナ、光なら受光素子、超音
波なら超音波受信部の働きを行う。
【０００８】図２は、相関計算の計算過程を示すもので
あり、時間τの相関値は、受信波形とτ時間遅延した参
照波（送信波形）との積の積分計算値である。必要なτ
の範囲の相関関数は、τを毎回Δτ増加しながら多くの
関数値を求めることで達成される。光や電波の場合、幸
いなことに高速であるため、複数回数の信号を発信して
計測することが可能である。例えば、１ＭＨｚの周期で
発信すると、０．０１秒間で、１万回発信できる。図２
では、複数回発信し、毎回Δτ遅延時間増加した遅延波
と受信との積の積分計算で相関関数を求める様子を示し
ている。
あり、時間τの相関値は、受信波形とτ時間遅延した参
照波（送信波形）との積の積分計算値である。必要なτ
の範囲の相関関数は、τを毎回Δτ増加しながら多くの
関数値を求めることで達成される。光や電波の場合、幸
いなことに高速であるため、複数回数の信号を発信して
計測することが可能である。例えば、１ＭＨｚの周期で
発信すると、０．０１秒間で、１万回発信できる。図２
では、複数回発信し、毎回Δτ遅延時間増加した遅延波
と受信との積の積分計算で相関関数を求める様子を示し
ている。
【０００９】図３は、ディジタル信号であるＭ系列信号
を送信信号とした場合の例である。
を送信信号とした場合の例である。
【００１０】図４は、遅延回路部がディジタルで送信信
号がアナログの場合の例である。
号がアナログの場合の例である。
【００１１】図５は、相関計算のアナログ回路を示し、
受信信号とτ遅延した信号は、符号４アナログ乗算器で
乗算され、さらに、符号５積分回路で積分される。この
符号５の積分回路からの出力は、送信時刻から、受信が
なくなる時刻までの積分値であり、遅延時間τの相関値
である。このアナログ値は、ＡＤ変換され、メモリーに
記憶される。また、図５の符号６リセット回路は、信号
送信前に電気的にショートさせ、前回の積分値をリセッ
トする。この符号６リセット回路の動作は、マイクロコ
ンピュータで指令される。結局、毎回遅延時間を変える
ことにより、図２の左側の図に示す相関関数が得られ、
メモリーに記憶されることになる。
受信信号とτ遅延した信号は、符号４アナログ乗算器で
乗算され、さらに、符号５積分回路で積分される。この
符号５の積分回路からの出力は、送信時刻から、受信が
なくなる時刻までの積分値であり、遅延時間τの相関値
である。このアナログ値は、ＡＤ変換され、メモリーに
記憶される。また、図５の符号６リセット回路は、信号
送信前に電気的にショートさせ、前回の積分値をリセッ
トする。この符号６リセット回路の動作は、マイクロコ
ンピュータで指令される。結局、毎回遅延時間を変える
ことにより、図２の左側の図に示す相関関数が得られ、
メモリーに記憶されることになる。
【００１２】図６は、信号発生器を１台使う場合のブロ
ック線図である。この場合は、マイクロコンピュータか
らトリガーパルスを出し、次に信号発生器を通し、発生
した信号を送信回路と遅延回路に同時に入力する。も
し、遅延回路がディジタル信号用の場合、送信信号は、
ディジタルに限定される。遅延回路がアナログ信号でも
可能な場合、送信信号は、アナログでも、ディジタルで
も利用できる。
ック線図である。この場合は、マイクロコンピュータか
らトリガーパルスを出し、次に信号発生器を通し、発生
した信号を送信回路と遅延回路に同時に入力する。も
し、遅延回路がディジタル信号用の場合、送信信号は、
ディジタルに限定される。遅延回路がアナログ信号でも
可能な場合、送信信号は、アナログでも、ディジタルで
も利用できる。
【００１３】図７は、送信信号がアナログで、遅延回路
がディジタル用の場合で、信号発生器を２台使う場合の
ブロック線図である。マイクロコンピュータからトリガ
ーパルスを符号７の信号発生器Ａと遅延回路に同時に入
力する。符号７の信号発生器Ａからの出力は、送信回路
に入力される。他方、遅延回路から出力される遅延トリ
ガーパルスは、符号８の信号発生器Ｂに入力される。
がディジタル用の場合で、信号発生器を２台使う場合の
ブロック線図である。マイクロコンピュータからトリガ
ーパルスを符号７の信号発生器Ａと遅延回路に同時に入
力する。符号７の信号発生器Ａからの出力は、送信回路
に入力される。他方、遅延回路から出力される遅延トリ
ガーパルスは、符号８の信号発生器Ｂに入力される。
【００１４】図８は、プログラムマブルパルス発生器と
アナログ相関回路を用いた信号処理場合の原理を示して
おり、図９は、図８のフローチャート図である。
アナログ相関回路を用いた信号処理場合の原理を示して
おり、図９は、図８のフローチャート図である。
【００１５】図９では、パルス幅をプログラム的に可変
できるプログラマブルパルス発生器を用いる例であり、
この発生器は、遅延機能として利用できるものである。
できるプログラマブルパルス発生器を用いる例であり、
この発生器は、遅延機能として利用できるものである。
【００１６】図１０は、プログラマブルパルス発生器と
ロジックＩＣを用いた信号処理の原理を示しており、図
１１は図１０のフローチャート図である。
ロジックＩＣを用いた信号処理の原理を示しており、図
１１は図１０のフローチャート図である。
【００１７】図１２に示すＡＮＤ素子は、２つのデジタ
ル入力の論理積を出力する。この例では、ＡＮＤ素子の
出力が１になった時のパルス幅から、遅延時間を求め
る。
ル入力の論理積を出力する。この例では、ＡＮＤ素子の
出力が１になった時のパルス幅から、遅延時間を求め
る。
【００１８】
【発明の効果】プログラマブル遅延素子ＩＣやプログラ
マブルパルス発生器ＩＣ及び、マイクロコンピュータと
して使う１チップＣＰＵは、標準品として大量に生産さ
れ、安価に容易に入手可能である。また、原理が単純で
あり、部品数が少ないため、製作が容易である。また、
相関関数を使うので高精度な計測ができる。従って、高
精度で安価な光もしくは電波式距離計を提供できる。
マブルパルス発生器ＩＣ及び、マイクロコンピュータと
して使う１チップＣＰＵは、標準品として大量に生産さ
れ、安価に容易に入手可能である。また、原理が単純で
あり、部品数が少ないため、製作が容易である。また、
相関関数を使うので高精度な計測ができる。従って、高
精度で安価な光もしくは電波式距離計を提供できる。
【図１】本発明の距離計を液面計として用いた実施例の
形態図である。
形態図である。
【図２】本発明の信号処理の原理図である。
【図３】ディジタル信号であるＭ系列信号を送信信号と
した場合の距離計測フローチャート図である。
した場合の距離計測フローチャート図である。
【図４】２台の信号発生器を用いる場合の距離計測フロ
ーチャート図である。
ーチャート図である。
【図５】ディジタル出力付アナログ回路による相関計算
回路例である。
回路例である。
【図６】信号発生器１台使用する場合のブロック線図例
である。
である。
【図７】信号発生器２台使用する場合のブロック線図例
である。
である。
【図８】プログラマブルパルス発生器とアナログ相関回
路を用いた場合の信号処理の原理図である。
路を用いた場合の信号処理の原理図である。
【図９】プログラマブルパルス発生器とアナログ相関回
路を用いた場合のフロー図である。
路を用いた場合のフロー図である。
【図１０】ロジックＩＣを用いた場合の信号処理の原理
図である。
図である。
【図１１】積の計算にロジックＩＣを用いた場合の距離
計測のフローチャート図である。
計測のフローチャート図である。
【図１２】論理積を出力するロジックＩＣのＡＮＤ素子
の図である。
の図である。
１ 距離計本体 ２ 送信部 ３ 反射信号受信部 ４ アナログ乗算器 ５ 積分回路 ６ リセット回路 ７ 信号発生回路Ａ ８ 信号発生回路Ｂ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｓ 17/10 Ｇ０１Ｓ 7/52 Ｊ
Claims (4)
- 【請求項１】 信号を送信し、その信号を受信し、送信
時刻と受信時刻の差から距離を計測する距離計におい
て、プログラマブル遅延素子を用いて、遅延時間の異な
る多くの遅延信号を作り、これらの遅延信号と受信信号
との積を積分し、相互相関関数を求め、その関数値を処
理することで、距離を求める距離計。 - 【請求項２】 信号を送信し、その信号を受信し、送信
時刻と受信時刻の差から距離を計測する距離計におい
て、パルス幅をプログラム的に可変できるプログラマブ
ルパルス発生器を用いて、パルス幅の異なる多くのパル
ス信号を作り、これらのパルス信号と受信信号との積を
積分し、相互相関関数を求め、その関数値を処理するこ
とで、距離を求める距離計。 - 【請求項３】 信号を送信し、その信号を受信し、送信
時刻と受信時刻の差から距離を計測する距離計におい
て、プログラマブル遅延素子を用いて、遅延時間の異な
る多くの遅延信号を作り、これらの遅延信号と受信信号
との積の値を処理することで、距離を求める距離計。 - 【請求項４】 信号を送信し、その信号を受信し、送信
時刻と受信時刻の差から距離を計測する距離計におい
て、パルス幅をプログラム的に可変できるプログラマブ
ルパルス発生器を用いて、パルス幅の異なる多くのパル
ス信号を作り、これらのパルス信号と受信信号との積の
値を処理することで、距離を求める距離計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001180979A JP2002372578A (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 距離計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001180979A JP2002372578A (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 距離計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002372578A true JP2002372578A (ja) | 2002-12-26 |
Family
ID=19021313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001180979A Pending JP2002372578A (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 距離計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002372578A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006266772A (ja) * | 2005-03-23 | 2006-10-05 | Nec Engineering Ltd | 距離測定装置 |
| EP2026046A3 (en) * | 2007-07-31 | 2013-04-10 | Rosemount Tank Radar AB | Radar level gauge with variable pulse parameters |
| WO2015098469A1 (ja) * | 2013-12-27 | 2015-07-02 | 株式会社リコー | 測距装置、電子機器、測距方法、測距プログラム |
| USRE49342E1 (en) | 2007-12-21 | 2022-12-20 | Leddartech Inc. | Distance detection method and system |
-
2001
- 2001-06-15 JP JP2001180979A patent/JP2002372578A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006266772A (ja) * | 2005-03-23 | 2006-10-05 | Nec Engineering Ltd | 距離測定装置 |
| EP2026046A3 (en) * | 2007-07-31 | 2013-04-10 | Rosemount Tank Radar AB | Radar level gauge with variable pulse parameters |
| USRE49342E1 (en) | 2007-12-21 | 2022-12-20 | Leddartech Inc. | Distance detection method and system |
| USRE49950E1 (en) | 2007-12-21 | 2024-04-30 | Leddartech Inc. | Distance detection method and system |
| WO2015098469A1 (ja) * | 2013-12-27 | 2015-07-02 | 株式会社リコー | 測距装置、電子機器、測距方法、測距プログラム |
| JPWO2015098469A1 (ja) * | 2013-12-27 | 2017-03-23 | 株式会社リコー | 測距装置、電子機器、測距方法、測距プログラム |
| US10302747B2 (en) | 2013-12-27 | 2019-05-28 | Ricoh Company, Ltd. | Distance measuring apparatus, electronic device, method for measuring distance, and recording medium |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
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|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040206 |