JP2005214786A - パルス信号の処理装置、パルス信号の処理方法およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】 広い測定レンジと高速処理が可能なパルスレーザ光を用いた距離測定装置を提供する。
【解決手段】 対象物にパルス光を照射し、その反射パルス光を受光素子で受光し、その出力を同調アンプで増幅する。同調アンプから出力される反射パルス光に応答した減衰振動波形のサンプリングデータを1周期ずらして加算する。これにより、パルス信号に応答した減衰振動波形の周期性を利用した波高値の強調処理を行い、反射パルス光の検出感度を向上させる。
【選択図】 図6
Description
1―1.実施形態の構成
図3は、本発明を利用した光波距離測定装置の一例を示すブロック図である。図4は、図3の光波距離測定装置における合成・累積装置の一例を示すブロック図である。図3に示す光波距離測定装置は、演算処理装置101、タイミング回路102、レーザ発振装置103、発光素子104、ハーフミラー105、光シャッター106、発光側光ファイバー107、ミラー108、対物レンズ109、受光側光ファイバー110、内部参照光路111、ハーフミラー112、受光素子113、同調アンプ114、合成・累積装置115、発振器116および光シャッター117を備えている。
ここでは、2パルスの反射パルス光を用いて、微弱な反射パルス光を高感度で検出し、概略の距離を測定する粗測定モードと、粗測定モードで測定した概略の距離に基づいて狭い距離範囲におけるサンプリングを行い、精密な距離の測定を行う精密測定モードとを組み合わせた処理手順の例を説明する。
まず、粗測定モードの一例を説明する。図5は、本実施形態における粗測定モードの処理手順を示すフローチャートである。処理は、光シャッター106と117とが閉鎖(非通過状態)とされた状態から開始する(ステップS131)。処理が開始されると、まず光シャッター106を解放し、「チョッパ:外」の状態とし(ステップS132)、ついでサンプリングアドレスを0に設定する(ステップS133)。次にタイミング回路102からのタイミング信号に従ってレーザ発振装置103が動作し、発光素子104からレーザ光がパルス発光されると共にサンプリングが開始される(ステップS134)。
以下、図5のステップS134およびステップS135における処理の内容について、一例を挙げて詳細に説明する。この態様においては、2パルスに対してサンプリング処理とサンプリングデータの積算処理を行う。図6は 本実施形態の粗測定モードにおけるサンプリング方法を説明する概念図であり、L=2の例である。図6(A)は、発光1回目(1パルス目)の処理タイミングを示し、図6(B)は、発光2回目(2パルス目)の処理タイミングを示す。
次に、本実施形態における精密測定モードの動作を説明する。図7は、精密測定モードの処理手順例を示すフローチャートである。図5の粗測定モードでおおよその距離情報を得、精密測定モードでの測定を行う距離範囲が指定されると、図7に示す精密測定モードへと移行する。
以下、図7のステップS146における処理の内容について詳細に説明する。この態様においては、複数パルスのサンプリングデータを重ね合わせることで、同調アンプからの出力信号波形を浮かび上がらせる処理を行う。
以下、図7のステップS153における処理の一例を詳細に説明する。外部光路波形データDoと、内部光路波形データDiとには、発光してからの経過時間に関する情報、および同調アンプ114から出力される減衰振動波形の振幅―位相関係に関する情報が含まれている。距離の算出は、パルス光の発光タイミングと受光タイミング、および光の速度から算出される。
以上説明した実施形態1によれば、正確な距離の測定には向かないが、短時間で距離の測定ができるという粗測定モードの利点と、測定時間は要するが、測定精度を追求できるという精密測定モードの利点とを相乗的に得ることができ、測定レンジが広くても短時間で高精度な距離の測定を行うことができる。
実施形態1の精密測定モードにおいて、サンプリングクロックの周波数を粗測定モードの場合の周波数に比較して、高くしてもよい。実施形態1においては、精密測定モードは測定範囲が狭められているので、サンプリング周波数を高めても、処理時間の増加や大きなメモリ容量が要求される問題が顕在化しない。この場合、精密測定モードにおける測定精度を高めることができる。
実施形態1において、粗測定モードの結果を利用して、距離データを算出してもよい。この場合も図7に示す手順と同様に、内部光路波形データDiを用いてドリフト成分を除去することが好ましい。この場合、測定データの精密性が犠牲になるが、短時間での処理で距離を算出することができる。また、粗測定モードと精密測定モードの切替えを手動で行えるようにしておけば、粗測定モードで高速処理による距離測定を行い、さらに精密な距離測定を行いたい場合に精密測定モードへの移行を行える構成を実現することができる。
同調アンプから出力される減衰振動波形を利用したS/N比改善方法の他の例を説明する。図9は、同調アンプの出力信号の他のサンプリング方法を示す概念図である。図9(A)は、発光1回目のサンプリングタイミングを示す、図9(B)は、発光2回目のサンプリングタイミングを示す。
同調アンプから出力される減衰振動波形を利用したS/N比改善方法のさらに他の例を説明する。図10は、同調アンプの出力信号の他のサンプリング方法を示す概念図である。図10(A)は、発光1回目のサンプリングタイミングを示す、図10(B)は、発光2回目のサンプリングタイミングを示す。
図10に示す実施形態において、サンプリング値を合成するサンプリング点を上述以外の所定の順序や組み合わせにすることもできる。この場合、サンプリング値が負(つまり減衰振動波形の負側振幅のサンプリング値)である場合にその符号を反転したものを利用するように設定しておく。また、サンプリング値を積算するサンプリング点は、例えば連続する複数点を選択する。
本実施形態は、反射パルス光を受けた受光素子からの出力信号をそのまま用いてサンプリングを行う場合の例である。本実施形態においては、例えば図3に示すシステムにおいて、同調アンプの代わりに単なる増幅アンプを配置する。サンプリングの方法は、例えば図1に示されるようなパルス波形に対して、隣接するサンプリング点のサンプリングデータを加算し、振幅値を強調する処理を行う。加算するサンプリング位置は、2カ所に限定されるものではなく、3カ所以上であってもよい。また、加算するサンプリング位置は、隣接していなくてもよいが、互いに近傍に位置していることが望ましい。
Claims (18)
- 1つのパルス信号またはその信号に応答する応答信号を所定のタイミングでサンプリングするサンプリング部と、
前記サンプリングしたサンプリングデータの複数を所定の関係で合成する加算部と、
前記合成されたデータを所定のアドレスに格納する記憶部と
を備え、該記憶部で記憶されるデータは上記パルス信号のレベルを強調したデータであることを特徴とするパルス信号の処理装置。 - 前記合成されるサンプリングデータは、近傍のサンプリング位置から取得されることを特徴とする請求項1に記載のパルス信号の処理装置。
- 前記応答信号は、前記パルス信号を減衰振動波形に変換したものであることを特徴とする請求項1に記載のパルス信号の処理装置。
- 前記合成は、前記減衰振動波形の周期性を利用して行なわれることを特徴とする請求項3に記載のパルス信号の処理装置。
- 前記合成において、前記減衰振動波形における複数の山部の振幅値の積算と、複数の谷部の振幅値の積算とが行われることを特徴とする請求項3または請求項4に記載のパルス信号の処理装置。
- 前記合成において、前記減衰振動波形の山部の面積の積算と谷部の面積の積算とが行われることを特徴とする請求項3または請求項4に記載のパルス信号の処理装置。
- 前記合成において、前記減衰振動波形の山部の振幅値と、谷部の振幅値の符号を反転させた値との加算が行われることを特徴とする請求項3または請求項4に記載のパルス信号の処理装置。
- 前記合成において、前記減衰振動波形の山部の面積と谷部の面積との積算が行われることを特徴とする請求項3または請求項4に記載のパルス信号の処理装置。
- 前記合成において、前記減衰振動波形の2π離れた位相差のサンプリング点のサンプリングデータの加算が行われることを特徴とする請求項3に記載のパルス信号の処理装置。
- 前記合成において、前記減衰振動波形のπ離れた位相差のサンプリング点のサンプリングデータの絶対値の加算が行われることを特徴とする請求項3に記載のパルス信号の処理装置。
- 前記減衰振動波形は、前記サンプリング間隔の略整数倍の関係にあることを特徴とする請求項3〜10のいずれかに記載のパルス信号の処理装置。
- 前記パルス信号は、パルス光を受光した受光素子からの出力信号であり、
前記パルス光は、所定の対象物に対して照射された照射パルス光の反射光であり、
前記照射パルス光の発光部と、
前記合成されたデータおよび前記照射パルス光の照射タイミングを利用して前記受光素子から前記対象物までの距離を算出する距離算出部と
をさらに備えることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載のパルス信号の処理装置。 - 第1の距離測定範囲おいて前記サンプリングを行なう粗測定モードと、
前記第1の距離測定範囲より狭い第2の距離測定範囲において前記受光素子からの出力信号のサンプリングを行なう精密測定モードと
を切替える切替え部を備えることを特徴とする請求項12に記載のパルス信号の処理装置。 - 前記精密測定モードにおいて複数のパルス光に対するサンプリングを行ない、前記複数のパルスに対するサンプリングデータを累積することを特徴とする請求項13に記載のパルス信号の処理装置。
- 前記粗測定モードにおけるサンプリング周波数より、前記精密測定モードにおけるサンプリング周波数が高いことを特徴とする請求項13または14に記載のパルス信号の処理装置。
- 前記切替え部は、
前記粗測定モードによって前記第2の距離測定範囲が求められた場合に、
前記粗測定モードから前記精密測定モードへの切替えを行なうことを特徴とする請求項13〜15のいずれかに記載のパルス信号の処理装置。 - 1つのパルス信号またはその信号に応答した応答信号を所定のタイミングでサンプリングするサンプリングステップと、
前記サンプリングしたサンプリングデータの複数を合成する加算ステップと、
前記合成されたデータを所定のアドレスに格納する記憶ステップと、
を備え、該記憶ステップで記憶されるデータは上記パルス信号のレベルを強調したデータであることを特徴とするパルス信号の処理方法。 - コンピュータで実行可能なプログラムであって、
1つのパルス信号またはその信号に応答した応答信号を所定のタイミングでサンプリングするサンプリング手順と、
前記サンプリングしたサンプリングデータの複数を合成する加算手順と、
前記合成されたデータを所定のアドレスに格納する記憶手順と、
を備え、該加算手順で加算されるデータにより上記パルス信号のレベルを強調する処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
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