JP2006047322A - 光ビーム距離計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】距離を測定する“レーザテープ測定装置”は、送信タイミング信号に応じて電磁パルス列を送信するレーザダイオード(43)などの送信機を備える。受信機は、受信タイミング信号(42)に応じて、制御されたタイミングでフィールド内の対象物からの可視電磁パルス列の反射をサンプリングする。受信機はサンプルに応じてサンプル信号を生成し、そのサンプル信号は、反射を生じさせる対象物までの距離を示す。タイミング回路は、送信タイミング信号を送信機に供給し、受信タイミング信号を受信機に供給する。受信タイミング信号は、パルス列中のパルス送信と受信機によるサンプリングとの間の時間が遅延範囲にわたり掃引されるように受信機に反射をサンプリング(50)させる。
【選択図】 図3
Description
本出願は、私の先行する米国特許出願、出願番号08/359,151;出願日1994年12月19日、発明者トーマス マッキーワン(IL-9567)の「高解像度掃引範囲ゲートを有する短距離超広帯域レーダ」の継続出願であり、これをここに完全に記述されたとして参考として挙げる。その出願は1994年9月6日出願のNo.08/300,909の一部継続出願であり、その出願は1993年5月7日出願のNo.08/058,398の一部継続出願であり、その出願は現在は1994年9月6日発行の米国特許No.5,345,471である1993年4月12日出願のNo.08/044,745の一部継続出願である。
レーザ距離測定は1960年代に遡り、1970年代に実際に良好に開発された。例えば、アポロ宇宙飛行士は月面に逆反射体を残し、それは本発明の発明者により設計されたタイミング装置を使用して約6インチの精度で地球上の望遠鏡観測所からの距離測定を可能とした。また、1970年代には戦場での使用のために、同様の精度のレーザ目標指示器が開発されていた。
本発明は、高解像度レーザテープ測定装置を提供し、それは布及び金属の測定器具を、1ミリメートル未満の解像度で目標物までの距離を測定する可視ビームにより置換することができる。目標物上に投射された明るいスポットは測定中の点を明確に示し、ユーザはその点までの距離を、その距離の0.1%以上の精度で読み取ることができる。
1)ナノ秒未満のパルスの初期エッジのサンプリングが、従来技術で精度を制限していたレーザダイオードのスペックルノイズを除去する;
2)ナノ秒未満のパルスのサンプリングが、直接的に高解像度を提供し、CWシステムに見られる位相の不明瞭を解消する;
3)低デューティサイクルが平均レーザ出力パワーを減少させ、目に安全な装置を製造し、レーザダイオード及びバッテリーの寿命を延ばす;
4)使用される微少消費電力レーダ距離計回路は非常に低コストである。
Claims (39)
- 距離測定装置において、
送信タイミング信号に応じて可視電磁パルス列を送信する送信機と、
受信タイミング信号に応じて、制御されたタイミングで対象物からの可視電磁パルス列の反射をサンプリングし、サンプルに応じて対象物までの距離を示すサンプル信号を生成する受信機と、
送信機に送信タイミング信号を供給し、受信機に受信タイミング信号を供給するタイミング回路と、を備え、
前記受信タイミング信号は、前記パルス列中のパルス送信と受信機によるサンプリングとの間の時間が遅延範囲にわたり掃引されるように、受信機に反射をサンプルさせる装置。 - 送信タイミング信号は、パルス間の時間を規定するための一貫したパルス繰返し速度で送信機に可視電磁パルス列を送信させ、前記パルス間の時間は、上記遅延範囲の開始と終了における遅延差より大きい請求項1に記載の装置。
- 送信タイミング信号は、パルス繰返し速度で送信機に可視電磁パルス列を送信させ、受信タイミング信号は掃引サイクル中で上記遅延範囲にわたり掃引して、反射がパルス繰返し速度で上記遅延範囲中の異なる遅延でサンプリングされ、サンプル信号が等価時間における受信された反射を示すようにする請求項1に記載の装置。
- 掃引サイクルは、16キロヘルツ未満の掃引速度で繰返される請求項3に記載の装置。
- 掃引サイクルは、100ヘルツ未満の掃引速度で繰返される請求項3に記載の装置。
- パルス繰返し速度は、約1メガヘルツより大きい請求項3に記載の装置。
- 受信機は、アバランシェフォトダイオードと、出力及び入力がアバランシェダイオードに接続されたサンプリングゲートと、サンプリングゲートの出力に接続されたアンプと、を備える請求項1に記載の装置。
- 送信機は、可視電磁パルス列を供給するレーザダイオードを有する請求項1に記載の装置。
- フィールド内の対象物までの距離を検出する掃引範囲ゲートセンサにおいて、
光源を有し、送信タイミング信号に応じて、光源からのパルス列を含むビームをフィールド内へ送信する送信機と、
光検出器を有し、受信タイミング信号に応じて、制御されたタイミングでフィールド内の対象物からのビームの反射をサンプリングする受信機と、
送信タイミング信号を送信機に供給し、受信タイミング信号を受信機に供給するタイミング回路と、
受信機に接続され、サンプル信号に応じて対象物までの距離を示すシグナルプロセッサと、を有し、受信タイミング信号は、受信機に、送信機によるパルス列中のパルス送信と受信機によるサンプリングとの間の時間が遅延範囲にわたり掃引されるように反射をサンプリングさせるセンサ。 - シグナルプロセッサはカウンタを有し、前記カウンタはカウント速度で掃引開始からサンプル信号が閾値に達するまでカウントを行い、フィールド内の反射ソースの位置を示すカウンタ出力を生成する請求項9に記載のセンサ。
- タイミング回路は、制御入力を有する電圧制御遅延回路と、電圧制御遅延回路の制御入力に接続され、受信タイミング信号を掃引する電圧ランプ発生器と、を有する請求項9に記載のセンサ。
- 電圧ランプ発生器はディジタルアナログ変換器を有する請求項11に記載のセンサ。
- 電圧ランプ発生器は、アナログ指数ランプ発生器を有し、電圧制御遅延回路は制御入力上の電圧の指数関数である遅延を生成する請求項11に記載のセンサ。
- 送信タイミング信号は、送信機にパルス繰返し速度で光パルス列を送信させ、受信タイミング信号は、掃引サイクル中の上記遅延範囲にわたり掃引して、反射がパルス繰返し速度で上記遅延範囲中の異なる遅延でサンプリングされ、サンプル信号が等価時間における受信された反射を示すようにする請求項9に記載のセンサ。
- 掃引サイクルは、約16キロヘルツ未満の掃引速度で繰返される請求項14に記載のセンサ。
- 掃引サイクルは、100ヘルツ未満の掃引速度で繰返される請求項15に記載のセンサ。
- パルス繰返し速度は、約1メガヘルツより大きい請求項15に記載のセンサ。
- 受信機は、光検出器に接続されたサンプリングゲートと、入力がサンプリングゲートに接続されたアンプと、を有する請求項9に記載のセンサ。
- 光源はレーザを含む請求項9に記載のセンサ。
- 光源はレーザダイオードを含む請求項9に記載のセンサ。
- 光源は発光ダイオードを含む請求項9に記載のセンサ。
- 送信ビームと受信反射とが実質的に平行なビームを有するようにする光学系を備える請求項9に記載のセンサ。
- 光検出器はアバランシェフォトダイオードを含む請求項9に記載のセンサ。
- 光検出器はPINダイオードを含む請求項9に記載のセンサ。
- 光検出器は、定電流バイアス回路を有するアバランシェフォトダイオードを含む請求項9に記載のセンサ。
- ビームは可視光である請求項9に記載のセンサ。
- シグナルプロセッサは、初期エッジを検出する回路を有する請求項9に記載のセンサ。
- 光源はレーザダイオードを含み、前記レーザダイオードは、ビームが高度に純粋ではないパルスの初期エッジ期間により特徴付けられるパルスを生成し、シグナルプロセッサは前記期間中の反射の初期エッジを検出する回路を有する請求項9に記載のセンサ。
- フィールド内の対象物までの距離を検出する掃引範囲ゲートセンサにおいて、
レーザダイオードを有し、送信タイミング信号に応じてパルス列を有する光ビームを送信する送信機であって、前記ビーム中のパルスは、ビームが高度に純粋ではない初期エッジ期間により特徴付けられる送信機と、
サンプルゲートに接続されたアバランシェフォトダイオードを有し、受信タイミング信号に応じて、制御されたタイミングでビームが照射された対象物からの反射をサンプリングし、サンプルに応じてサンプル信号を生成する受信機と、
送信タイミング信号を送信機に供給し、受信タイミング信号を受信機に供給するタイミング回路であって、前記受信タイミング信号は、送信機によるパルス列中のパルス送信と受信機によるサンプリングとの間の時間が遅延範囲にわたって掃引されるように受信機に反射をサンプリングさせる受信機と、
受信機に接続され、前記期間内の反射の初期エッジの往復飛行時間を示す出力を生成するシグナルプロセッサと、を備えるセンサ。 - アバランシェフォトダイオードに接続された定電流バイアス回路を有する請求項29に記載のセンサ。
- 受信機は、光検出器に接続されたサンプリングゲートと、入力がサンプリングゲートに接続されたアンプと、を有する請求項29に記載のセンサ。
- 送信ビームと受信反射とが実質的に平行ビームとなるようにする光学系を備える請求項29に記載のセンサ。
- 第1位置から第2位置までの距離を測定する方法において、
制御されたタイミングで第1位置から第2位置へパルスの光ビームを送信する工程と、
第1位置において、送信工程におけるビーム中のパルス送信とサンプリングとの間の時間が遅延範囲にわたり定期的に掃引されるように可視ビームの反射をサンプリングする工程と、
結果として得られるサンプルを処理してビーム中のパルスの往復飛行時間を決定する工程と、を備える方法。 - 送信工程は、パルスの少なくとも初期エッジが高度にマルチモードとなるようにパルスを生成する工程を含む請求項33に記載の方法。
- 前記パルスをレーザダイオードを使用して生成する工程を有する請求項33に記載の方法。
- 前記パルスを発光ダイオードを使用して生成する工程を有する請求項33に記載の方法。
- アバランシェフォトダイオードを使用して前記反射をサンプリングする工程を有する請求項33に記載の方法。
- PINダイオードを使用して前記反射をサンプリングする工程を有する請求項33に記載の方法。
- アバランシェフォトダイオードを定電流にバイアスする工程を有する請求項37に記載の方法。
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