JP2006053076A - Distance measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測定対象物に向けて信号を発信し、その測定対象物で反射した信号が戻るまでの時間から、その測距対象物までの距離を測定する測距装置に関する。本発明は、特に、その信号が戻るタイミングを有限周期で検知するような測距装置に関する。 The present invention relates to a distance measuring apparatus that transmits a signal toward a measurement object and measures a distance to the distance measurement object from a time until a signal reflected by the measurement object returns. The present invention particularly relates to a distance measuring device that detects the timing at which the signal returns in a finite period.
図14は、従来の測距装置(特許文献1,特許文献2など)の概略構成図である。
従来の測距装置には、発信部110、受信部120、メモリ130、制御部100などが備えられる。なお、符号141,142はレンズ、符号110aは半導体レーザ、符号110bはレーザ駆動回路、符号120aは光検出器、符号120bは増幅器、符号120cは二値化回路、符号120dは発光検出回路、符号120eは閾値設定回路、符号120fはサンプリング回路、符号120gはカウンタ、符号120hは発信器である。
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a conventional distance measuring device (
The conventional distance measuring device includes a
発信部110は、測距対象物に向けてパルス状のレーザ光(測定用光信号)を発信する。
受信部120は、測距対象物の方向から戻る光信号を繰り返し周期的に受信する。受信された光信号は、メモリ130にそれぞれ格納される。
この受信は、所定のクロック(発信器120hから発信されるクロック)に同期している。
The
The
This reception is synchronized with a predetermined clock (clock transmitted from the
このクロックの周波数は、測定用光信号を確実に受信できるよう、その測定用光信号のパルス幅と比較して十分に高い所定値に予め設定されている(例えば、パルス幅30nsecで80MHz)。
制御部100は、メモリ130に格納された各光信号の中から測定用光信号を識別し、その測定用光信号の発信から受信までの時間を、受信の周期を1単位として認識し、それを距離に換算する。
The frequency of this clock is set in advance to a predetermined value sufficiently higher than the pulse width of the measurement optical signal (for example, 80 MHz with a pulse width of 30 nsec) so that the measurement optical signal can be reliably received.
The
この測距装置において測距分解能を向上させるためには、受信の周期が短くなるようクロックの周波数を予め高く設定しておけばよい。光信号の速度c(光速)は一定なので、例えば、クロックの周波数を80MHzに設定しておけば測距分解能は約2mであるが、クロックの周波数を160MHzにしておけば測距分解能は約1mになる。
ところが、測距装置に要求される測距分解能は、測距の状況(測距対象物の種類、測距対象物までの距離、測距目的など)により変化することが多い。
そこで本発明は、測定分解能を変更することのできる測距装置を提供することを目的とする。
However, the distance measurement resolution required of the distance measuring apparatus often changes depending on the distance measurement status (the type of distance measurement object, the distance to the distance measurement object, the distance measurement purpose, etc.).
Therefore, an object of the present invention is to provide a distance measuring device capable of changing the measurement resolution.
請求項1に記載の測距装置は、測距対象物に向けて所定の測定用信号を発信する発信部と、 前記測距対象物の方向から戻る信号を受信する受信部と、前記発信部及び前記受信部を駆動する測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の発信から受信までの時間を検知すると共に、前記受信部が信号を受信する際の分解能を可変にする制御部とを備えたことを特徴とする。
The distance measuring device according to
請求項2に記載の測距装置は、請求項1に記載の測距装置において、前記受信部での信号の受信は、サンプルクロックに同期しており、前記制御部は、前記サンプルクロックを変更することで前記分解能を可変にすることを特徴とする。
請求項3に記載の測距装置は、請求項2に記載の測距装置において、前記制御部は、外部からの指示又は前記検知した前記時間に応じて前記サンプルクロックの周波数を変更すると共に、前記サンプルクロックの回数が所定値に保たれるようその周波数の変更に連動して前記サンプルクロックのサンプリングの期間長を変更することを特徴とする。
The distance measuring device according to
The distance measuring device according to
請求項4に記載の測距装置は、請求項2に記載の測距装置において、前記制御部は、最初に前記サンプルクロックの周波数を相対的に低い所定値に設定して前記測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の受信タイミングを認識し、前記認識した受信タイミングが前記サンプルクロックの周波数での受信期間でカバーできる範囲内あれば、前記サンプルクロックの周波数を前記所定値よりも相対的に高く設定して前記測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記時間を検知することを特徴とする。
The distance measuring device according to
請求項5に記載の測距装置は、測距対象物に向けて所定の測定用信号を発信する発信部と、前記測距対象物の方向から戻る信号を、サンプルクロックに同期して受信する受信部と、前記発信部及び前記受信部を駆動する測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の発信から受信までの時間を検知する制御部とを備えた測距装置において、前記サンプルクロックの周波数は可変であり、前記制御部は、最初に前記サンプルクロックの周波数を相対的に低い所定値に設定して前記測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の受信タイミングを認識し、前記認識した受信タイミングが前記サンプルクロックの周波数での受信期間でカバーできる範囲内であれば、その受信の開始タイミングをオフセットすると共に前記サンプルクロックの周波数を前記所定値よりも相対的に高く設定して前記測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記時間を検知することを特徴とする。 The distance measuring device according to claim 5 receives a transmitter for transmitting a predetermined measurement signal toward the distance measuring object and a signal returning from the direction of the distance measuring object in synchronization with the sample clock. A receiving unit; and a control unit that performs measurement processing for driving the transmitting unit and the receiving unit, and detects a time from transmission of the measurement signal to reception based on a signal received by the receiving unit. In the distance measuring apparatus, the frequency of the sample clock is variable, and the control unit first sets the frequency of the sample clock to a relatively low predetermined value to execute the measurement process, and the receiving unit Based on the received signal, the reception timing of the measurement signal is recognized, and if the recognized reception timing is within a range that can be covered by the reception period at the frequency of the sample clock, the reception start timing is Offsetting the sampling time and setting the frequency of the sample clock relatively higher than the predetermined value to execute the measurement process, and detecting the time based on a signal received by the receiving unit. To do.
請求項6に記載の測距装置は、測距対象物に向けて所定の測定用信号を発信する発信部と、前記測距対象物の方向から戻る信号を、サンプルクロックに同期して受信する受信部と、前記発信部及び前記受信部を駆動する測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の発信から受信までの時間を検知する制御部とを備えた測距装置において、前記サンプルクロックの周波数は可変であり、前記制御部は、外部からの指示又は前記検知した前記時間に応じて前記サンプルクロックの周波数を変更すると共に、そのサンプルクロックのサンプリングの期間長を所定値に保ちながら前記周波数の変更に連動して前記サンプルクロックの回数を変更することを特徴とする。 The distance measuring device according to claim 6 receives a transmitter for transmitting a predetermined measurement signal toward the distance measurement object and a signal returning from the direction of the distance measurement object in synchronization with the sample clock. A receiving unit; and a control unit that performs measurement processing for driving the transmitting unit and the receiving unit, and detects a time from transmission of the measurement signal to reception based on a signal received by the receiving unit. In the distance measuring apparatus, the frequency of the sample clock is variable, and the control unit changes the frequency of the sample clock according to an instruction from the outside or the detected time, and also performs sampling of the sample clock. The number of sample clocks is changed in conjunction with the change of the frequency while keeping the period length at a predetermined value.
本発明によれば、測定分解能を変更することのできる測距装置が実現する。 According to the present invention, a distance measuring device capable of changing the measurement resolution is realized.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
[第1実施形態]
以下、図1、図2、図3、図4、図5、図6を参照して本発明の第1実施形態について説明する。
本実施形態は、本発明を適用した測距装置の実施形態である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3, 4, 5, and 6.
The present embodiment is an embodiment of a distance measuring device to which the present invention is applied.
先ず、本実施形態の測距装置の構成について図1に基づき説明する。なお、図1において、図14に示した従来の測距装置と同じ要素については、同一の符号を付した。
本実施形態の測距装置には、図1に示すように、発信部110、受信部120’、メモリ130、MPU(制御部に対応。)100’、操作部12が備えられる。また、この測距装置には、操作者に対し情報を表示する表示部(不図示)なども備えられる。
First, the configuration of the distance measuring apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the same elements as those of the conventional distance measuring device shown in FIG.
As shown in FIG. 1, the distance measuring device of the present embodiment includes a
発信部110は、レンズ141、半導体レーザ110a、レーザ駆動回路110bなどからなる。
受信部120’は、レンズ142、光検出器120a、増幅器120b、二値化回路120c、発光検出回路120d、閾値設定回路120e、サンプリング回路120f、カウンタ120g、発信器120h、分周・逓倍回路11などからなる。
The
The
次に、本実施形態の測距装置による測距(測定処理、演算処理からなる。)について図1、及び図2、図3に基づき説明する。なお、操作者からの測距の指示は、操作部12から入力される。MPU100’は、その指示に応じて各部を駆動することで測距を行う。
(測定処理)
発信器120hは、所定の周波数でクロックを生成する。分周・逓倍回路11は、そのクロックの周波数を分周又は逓倍する。その分周又は逓倍の比率は、MPU100’によって予め設定される。その比率により、分周・逓倍回路11から出力されるクロックの周波数は、値fa,fb,fcの間で切り換え可能である(以下、fa=160MHz,fb=80MHz,fc=40MHzとする。)。つまり、この測距装置内の後述する受信に用いられるクロック(以下、「サンプルクロック」という。)の周波数fは、値fa,fb,fcの間で切り換え可能である。
Next, distance measurement (consisting of measurement processing and calculation processing) by the distance measuring apparatus of the present embodiment will be described based on FIG. 1, FIG. 2, and FIG. A distance measurement instruction from the operator is input from the
(Measurement process)
The
閾値設定回路120eは、閾値(予め測定された背景光の強度と発信部110が発信する測定用光信号の強度との中間強度に相当する閾値)を生成し、その閾値を二値化回路120cに設定する(図1(1))。
MPU100’は、カウンタ120gを駆動する(図1(2))。つまり、カウンタ120gに対しカウント値の上限値N(ここでは、N=250とする。)を指定してカウントを開始させる。また、MPU100’は、レーザ駆動回路110bに対し、パルス状の測定用光信号の発光を指示する(図1(3))。
The
The MPU 100 ′ drives the
カウンタ120gは、サンプルクロックに同期してカウントを開始すると共にサンプリング回路120fに対し受信開始の合図(サンプルイネーブル信号)を与える。
レーザ駆動回路110bは半導体レーザ110aを駆動する。これによって、測定用光信号がレンズ141を介して測距対象物に向けて発信される。
発光検出回路120dは、この発信のタイミングを検知し、スタートパルス信号をサンプリング回路120fに与える(図1(4))。
The
The
The light
測距対象物の方向からレンズ142に入射する光は、光検出器120aに導光され、電気信号に変換される。
電気信号は、増幅器12bを介して二値化回路120cに入力される。二値化回路120cは、電気信号を閾値判別して二値化信号に変換する。
サンプリング回路120fは、サンプルイネーブル信号が与えられると、この二値化信号をサンプルクロックに同期して繰り返し受信し(図1(5))、受信された信号(検出信号)をメモリ130に格納する(なお、信号の検出方法は、エッジサンプリング、レベルサンプリングの何れでもよい。)。
Light incident on the
The electric signal is input to the
When the sample enable signal is given, the
カウンタ120gは、カウント値が上限値Nになった時点で、受信終了の合図をサンプリング回路120fに対し与える。
よって、サンプリング回路120fは、サンプルクロックの周波数fで検出信号の受信をN回行う。このとき受信されたN個の検出信号は、図2に示すとおり、メモリ130上のN個の記憶領域mem1,mem2,・・・,memNに個別に格納される。
When the count value reaches the upper limit value N, the
Therefore, the
なお、図2には、以上のサンプリング回路120f、カウンタ120g、メモリ130の各動作を可視化したブロック図を示した。また、図3には、或る測距における測定用光信号の発信タイミング、受信のタイミング、検出信号の受信タイミングを可視化したタイミングチャートを示した。
ここで、測距精度を向上させるため、以上の発信及び受信は、図3にも示すように間隔を置いて複数回(発信回数m、ここでは、m=250回とする。)行われる。このとき、検出信号は(N×m)個取得される。
FIG. 2 is a block diagram in which the operations of the
Here, in order to improve the ranging accuracy, the above transmission and reception are performed a plurality of times (the number m of transmissions, here, m = 250) as shown in FIG. At this time, (N × m) detection signals are acquired.
これら(N×m)個の検出信号は、受信タイミング毎にメモリ130の各記憶領域mem1,mem2,・・・,memN上にそれぞれ積算される(図2参照)。
よって、メモリ130の各記憶領域mem1,mem2,・・・,memNには、検出信号のm個分の積算値S0,・・・,S(N-1)がそれぞれ格納される。
ところで、二値化信号である検出信号の情報量は1bitであり、発信回数m=250であるので、メモリ130の各記憶領域mem1,mem2,・・・,memNのそれぞれ容量はそれぞれ8bitずつ必要となる。よって、ここでは、メモリ130の全体の容量を、8bit×250=250byteとする(以上、測定処理)。
These (N × m) detection signals are accumulated on the storage areas mem1, mem2,..., MemN of the
Therefore, the storage area of the
By the way, since the information amount of the detection signal which is a binarized signal is 1 bit and the number of transmissions is m = 250, the capacity of each storage area mem1, mem2,. It becomes. Therefore, here, the total capacity of the
(演算処理)
以上の測定処理で得られた各積算値S0,・・・,S(N-1)の中には、図3の下部に示すように、スタートパルス信号の積算値S0と、測定用光信号の積算値Siとが含まれる他、ノイズ信号の積算値も含まれる。
但し、ノイズ信号の積算値は一般に、スタートパルス信号の積算値S0や測定用光信号の積算値Siと比較すると十分に小さな値になる。また、スタートパルス信号の受信タイミングのカウント値は所定値(ここでは0とする。)である。
(Calculation processing)
Each integrated value S 0 obtained in the measurement process described above, ···, S (N-1 ) Among, as shown in the lower part of FIG. 3, an integrated value S 0 of the start pulse signal, for measurement In addition to the integrated value S i of the optical signal, the integrated value of the noise signal is also included.
However, the integrated value of the noise signal is generally a sufficiently small value as compared with the integrated value S 0 of the start pulse signal and the integrated value S i of the measurement optical signal. The count value of the reception timing of the start pulse signal is a predetermined value (here, 0).
そこで、MPU100’は、積算値S1,・・・,S(N-1)の中の最大値を求め、その最大値Siを与えるような検出信号を測定用光信号とみなし、その測定用光信号の受信タイミングのカウント値iを認識する。
測定用光信号の受信タイミングのカウント値iと、スタートパルス信号の受信タイミングのカウント値(ここでは0)とのカウント差Δ(ここではΔ=i)が、測定用光信号の発信から受信までの時間Δt、つまり測距対象物までの距離を表す。
Therefore, the
The count difference Δ (here, Δ = i) between the count value i of the reception timing of the measurement optical signal and the count value of the reception timing of the start pulse signal (here, 0) is from transmission to reception of the measurement optical signal. Time Δt, that is, the distance to the object to be measured.
MPU100’は、このカウント差Δを距離に換算し(距離=Δ・(c/f)・(1/2),但し、c:光速)、不図示の表示部に表示する。
なお、サンプルクロックの周波数fが高い値fa(ここでは160MHz)であるときには、受信の周期(=カウントの1単位)が小さくなるので、測距分解能は高くなる(ここでは約1m)。
The
Note that when the frequency f of the sample clock is a high value f a (here, 160 MHz), the reception period (= one unit of count) becomes small, and thus the ranging resolution becomes high (here, about 1 m).
また、サンプルクロックの周波数fが中程度の値fb(80MHz)であるときには、測距分解能は中程度となる(ここでは約2m)。
また、サンプルクロックの周波数fが低い値fc(ここでは40MHz)であるときには、測距分解能は低くなる(ここでは約4m)(以上、演算処理)。
次に、本実施形態の測距装置の各モードについて図3、図4、図5、図6に基づき説明する。
Further, when the frequency f of the sample clock is an intermediate value f b (80 MHz), the ranging resolution is intermediate (here, about 2 m).
Further, when the frequency f of the sample clock is a low value f c (here, 40 MHz), the ranging resolution is low (here, about 4 m) (the calculation process).
Next, each mode of the distance measuring apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3, 4, 5, and 6. FIG.
本実施形態の測距装置は、操作者によって、2種類のモード、すなわち手動モード、自動モードの間で切り換わる。また、測距装置が自動モードにあるときには、自動的に測距分解能が3種類の測距分解能(「低」、「中」、「高」)の間で切り換わる。操作者からのモード切り換えの指示、及び測距分解能の切り換えの指示は、それぞれ図1に示した操作部12から入力される。
The distance measuring apparatus of the present embodiment is switched between two modes, that is, a manual mode and an automatic mode by an operator. When the distance measuring apparatus is in the automatic mode, the distance measuring resolution is automatically switched between three types of distance measuring resolutions (“low”, “medium”, and “high”). The mode switching instruction and the ranging resolution switching instruction from the operator are respectively input from the
(手動モード)
図3、図4、図5は、手動モード中の測距装置のタイミングチャート(概略)である。図3は、測距分解能が「高」、図4は測距分解能が「中」、図5は測距分解能が「低」に設定されたときの各タイミングチャートである。各図において、上段が測定用光信号の発信タイミング、中段が受信のタイミング、下段が検出信号の受信タイミングである。また、各図の下部には、各積算値S0,・・・,S(N-1)をグラフ化したものを示した。なお、図3、図4、図5では、各タイミングの概略のみを示し、受信の周波数などは簡単のために実際よりも粗く記載した。
(Manual mode)
3, 4, and 5 are timing charts (outline) of the distance measuring device in the manual mode. 3 is a timing chart when the ranging resolution is set to “high”, FIG. 4 is set to “medium”, and FIG. 5 is a timing chart when the ranging resolution is set to “low”. In each figure, the upper stage is the transmission timing of the measurement optical signal, the middle stage is the reception timing, and the lower stage is the reception timing of the detection signal. Further, in the lower part of each figure, a graph of each integrated value S 0 ,..., S (N−1) is shown. 3, 4, and 5 show only the outline of each timing, and the reception frequency and the like are shown more coarsely than actual for simplicity.
操作者が測距分解能「高」を指定したときには、MPU100’は、図3に示すように、サンプルクロックの周波数fをfaに設定して高い測距分解能(ここでは約1m)を設定する。
操作者が測距分解能「中」を指定したときには、MPU100’は、図4に示すように、サンプルクロックの周波数fをfbに設定して中程度の測距分解能(ここでは約2m)を設定する。
When the operator specifies the distance measurement resolution "high", the MPU 100 ', as shown in FIG. 3, the frequency f of the sample clock is set to f a high distance measurement resolution (here approximately 1m) to set the .
When the operator designates the ranging resolution “medium”, as shown in FIG. 4, the
操作者が測距分解能「低」を指定したときには、MPU100’は、図5に示すように、サンプルクロックの周波数fをfcに設定して低い測距分解能(ここでは約4m)を設定する。
そして、MPU100’は、図3、図4、図5に示すように、測距分解能が「高」,「中」,「低」の何れであるかに拘わらず、カウント値の上限値N(ここでは250)を固定する。このとき、サンプルクロックの周波数fがfa,fb,fcの間で変更されるのに連動して、受信期間長(サンプリングの期間長)TがTa,Tb,Tcの間で変更され、最大測距長はLa,Lb,Lc(ここでは250m,500m,1000m)の間で変更される(図3、図4、図5参照)。
When the operator specifies the distance measurement resolution "low", the MPU 100 ', as shown in FIG. 5, the frequency f of the sample clock is set to f c lower distance measurement resolution (here approximately 4m) to set the .
Then, as shown in FIGS. 3, 4, and 5, the
よって、検出信号の受信個数(サンプリングの回数、つまり演算量)は、メモリ130の容量一杯分(ここでは250byte)のまま変化しない。
したがって、手動モードでは、操作者が測距分解能を高、中、低(約1m,約2m,約4m)の間で変更しても、測距装置内の演算量はメモリ130の容量一杯分(ここでは250byte)に自動的に保たれ、測距時間も自動的に保たれる。
Therefore, the number of received detection signals (the number of samplings, that is, the amount of calculation) remains the same as the capacity of the memory 130 (here, 250 bytes).
Therefore, in the manual mode, even if the operator changes the ranging resolution between high, medium, and low (about 1 m, about 2 m, and about 4 m), the calculation amount in the distance measuring apparatus is as much as the capacity of the
言い換えると、手動モードでは、メモリ130の容量が少なく(ここでは250byte)測距時間が短い割には、高い測距分解能(ここでは約1m)で測距することができ(測距分解能「高」のとき。)、また、メモリ130の容量が少なく(ここでは250byte)測距時間が短い割には、長い最大測距長(ここでは1000m)で測距することもできる(測距分解能「低」のとき。)。
In other words, in the manual mode, the
なお、この手動モードでは、高い測距分解能(ここでは約1m)を設定すると受信期間長Tが短くなるので、最大測距長が短く(ここでは250m)なってしまう(図3参照)。しかし、高い測距分解能が要求されるのは一般に近距離の測定であることが多いので、不都合はあまり生じない。
(自動モード)
図6は、自動モード中の測距装置の動作フローチャートである。
In this manual mode, if a high distance measurement resolution (about 1 m in this case) is set, the reception period length T is shortened, so that the maximum distance measurement length is shortened (here, 250 m) (see FIG. 3). However, in general, it is often a short distance measurement that requires a high ranging resolution, so that there is not much inconvenience.
(auto mode)
FIG. 6 is an operation flowchart of the distance measuring apparatus in the automatic mode.
先ず、MPU100’は、サンプルクロックの周波数fを低い値fc(ここでは40MHz)に、カウント値の上限値NをN(ここでは250)にそれぞれ設定し、その状態で測定処理を実行する。
つまり、最初に、測距対象物の距離は、最長の最大測距長(ここでは1000m)、かつ最低の測距分解能(ここでは約4m)で相対的に粗く測定される。
First, the
That is, first, the distance of the object to be measured is measured relatively coarsely with the longest maximum distance measurement length (here 1000 m) and the lowest distance measurement resolution (here about 4 m).
そして、MPU100’は、その測定処理によって得られた各積算値S0,・・・,S(N-1)に基づき、測定用光信号の受信タイミングのカウント値iを求める(以上、ステップS1)。
次に、MPU100’は、このカウント値iに基づき、測定用光信号の受信タイミングが受信期間長Taが以下の範囲に収まっていた場合には、カウント値の上限値Nはそのままでサンプルクロックの周波数fを高い値fa(ここでは160MHz)に変更し、その状態で測距をする。
Then, the
Then, MPU 100 ', based on the count value i, if the reception timing receiving period length T a of the measurement light signal were within the range below the upper limit value N of the count value sample clock as it The frequency f is changed to a high value f a (here, 160 MHz), and ranging is performed in this state.
つまり、測距対象物の距離が短い(ここでは250m以内)と判断されたときには(ステップS2YES)、最大測距長を最短(ここでは250m)にまで短縮し、最高の測距分解能(約1m)で密に測距をする(ステップS3)。
また、MPU100’は、測定用光信号の受信タイミングが受信期間長Ta〜Tbの範囲に収まっていた場合には、カウント値の上限値Nはそのままでサンプルクロックの周波数fを中程度の値fb(ここでは80MHz)に変更し、その状態で測距をする。
That is, when it is determined that the distance of the distance measurement object is short (here, within 250 m) (YES in step S2), the maximum distance measurement length is shortened to the shortest (here, 250 m) and the maximum distance measurement resolution (about 1 m). ) To measure the distance closely (step S3).
In addition, when the reception timing of the measurement optical signal is within the range of the reception period lengths T a to T b , the
つまり、測距対象物の距離が中程度(ここでは250〜500m)と判断されたときには(ステップS4YES)、最大測距長を中程度(500m)にまで短縮し、中程度の測距分解能(約2m)で測距をする(ステップS5)。
また、MPU100’は、測定用光信号の受信タイミングが受信期間長Tbよりも後であった場合には、その受信タイミングに基づき演算処理を実行する。
That is, when it is determined that the distance of the object to be measured is medium (250 to 500 m in this case) (YES in step S4), the maximum distance measurement length is shortened to medium (500 m), and medium distance measurement resolution ( The distance is measured at about 2 m) (step S5).
Further, MPU 100 ', when the reception timing of the measuring light signal was later than the reception period length T b performs arithmetic processing based on the reception timing.
つまり、測距対象物の距離が長い(ここでは500〜1000m)と判断されたときには(ステップS4NO)、最大測距長の短縮はできないので、ステップS1における測定の結果(i)から測距対象物までの距離を求めて表示する(ステップS6)。
したがって、自動モードでは、メモリ130の少ない容量(ここでは250byte)が不足しない範囲で最高の測距分解能(約1m,約2m,約4m)が自動的に設定される。
That is, when it is determined that the distance of the distance measurement object is long (here, 500 to 1000 m) (NO in step S4), the maximum distance measurement length cannot be shortened, and therefore the distance measurement object from the measurement result (i) in step S1. The distance to the object is obtained and displayed (step S6).
Therefore, in the automatic mode, the highest ranging resolution (about 1 m, about 2 m, about 4 m) is automatically set in a range where the small capacity of the memory 130 (here, 250 bytes) is not insufficient.
なお、この自動モードでは、測定対象物の距離によって測距分解能が自動的に変化するので、設定中の測距分解能をMPU100’が(「約1m」,「約2m」,「約4m」などと)不図示の表示部に表示してもよい。
[第2実施形態]
以下、図7、図8、図9、図10を参照して本発明の第2実施形態について説明する。
In this automatic mode, the ranging resolution automatically changes depending on the distance of the object to be measured. Therefore, the
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7, 8, 9, and 10.
本実施形態は、本発明を適用した測距装置の実施形態である。ここでは、第1実施形態の測距装置との相違点についてのみ説明する。
本実施形態の測距装置の構成は、図7に示すとおりである。なお、図7において、図1に示した第1実施形態の測距装置と同じ要素については、同一の符号を付した。
図7に明らかなように、本実施形態の測距装置のカウンタ21は、2つのカウンタ21a,21cを有する。
The present embodiment is an embodiment of a distance measuring device to which the present invention is applied. Here, only differences from the distance measuring apparatus of the first embodiment will be described.
The configuration of the distance measuring apparatus of the present embodiment is as shown in FIG. In FIG. 7, the same elements as those of the distance measuring apparatus according to the first embodiment shown in FIG.
As is apparent from FIG. 7, the
分周・逓倍回路11’からは、図8に示すように、互いに同期した周波数fa,fcの2種類のクロックが出力される(以下、fa=160MHz,fc=40MHzとする。)。
カウンタ21aに与えられるサンプルクロックの周波数fは高い値faであり、カウンタ21cに与えられるサンプルクロックの周波数fは低い値fcである。
次に、本実施形態の測距装置における測距について図9、図10に基づき説明する。
As shown in FIG. 8, two types of clocks having frequencies f a and f c synchronized with each other are output from the frequency division /
Frequency f of the sample clock applied to the
Next, distance measurement in the distance measuring apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
図9、図10は、本実施形態の測距装置のタイミングチャートで(概略)ある。各図において、上段が測定用光信号の発信タイミング、中段が受信のタイミング、下段が検出信号の受信タイミングである。また、各図の下部には、各積算値S0,・・・,S(N-1)をグラフ化したものを示した。なお、図9、図10では、各タイミングの概略のみを示し、受信の周波数などは簡単のために実際よりも粗く記載した。 9 and 10 are (schematic) timing charts of the distance measuring device of the present embodiment. In each figure, the upper stage is the transmission timing of the measurement optical signal, the middle stage is the reception timing, and the lower stage is the reception timing of the detection signal. Further, in the lower part of each figure, a graph of each integrated value S 0 ,..., S (N−1) is shown. In FIGS. 9 and 10, only the outline of each timing is shown, and the reception frequency and the like are shown coarser than the actual ones for simplicity.
先ず、MPU100”は、カウンタ21cを駆動し、図9に示すように、カウント値の上限値NをN(ここでは250)とし、低い周波数fc(ここでは40MHz)のサンプルクロックで受信を行う。MPU100”は、この受信によって得られた積算値S0,・・・に基づき、測定用光信号の受信タイミングのカウント値i(測定光信号の発信から受信までのカウント差Δi)を認識する(図9下部参照。)。
First, the
つまり、最初に、測距対象物までの距離は、最長の最大測距長(ここでは1000m)、かつ最低の測距分解能(ここでは約4m)で粗く測定される。
次に、MPU100”は、カウンタ21cを駆動し、図10に示すように、受信をすぐには開始せずにカウント値が(i−1)になるまでカウントのみを続ける。そして、そのカウント値が(i−1)になった時点でカウンタ21aを駆動し(図8(1)参照)、高い周波数fa(ここでは160MHz)のサンプルクロックで受信を行う。MPU100”は、この受信によって得られた積算値(S0,・・・)に基づき、測定用光信号の受信タイミングのカウント値j(カウンタ21aのカウント開始から測定用光信号の受信までのカウント差Δj)を認識する(図10下部参照)。
That is, first, the distance to the object to be measured is roughly measured with the longest maximum distance measurement length (here 1000 m) and the lowest distance measurement resolution (here about 4 m).
Next, the
つまり、測距対象物までの距離は、高い測距分解能(ここでは約1m)で再測定(密に再測定)される。
ここで、カウンタ21aのカウント値の上限値(受信回数)Nは、大きい必要は無く、カウンタ21cのカウント値(i−1)〜(i+1)の期間に相当する値以上(ここでは8とする。)であればよい。
That is, the distance to the object to be measured is remeasured (densely remeasured) with a high distance measurement resolution (about 1 m in this case).
Here, the upper limit (number of receptions) N of the count value of the
次に、MPU100”は、1回目の測定で認識したカウント差Δi、再測定で認識したカウント差Δjに基づき、測距対象物までの距離を高い測距分解能で求める。
但し、上述したように、1回目の測定の測距分解能は低く(ここでは約4m)、再測定の測距分解能は高い(ここでは約1m)。また、再測定の受信の開始タイミングはオフセットされている。
Next, the
However, as described above, the distance measurement resolution of the first measurement is low (about 4 m here), and the distance measurement resolution of the remeasurement is high (about 1 m here). In addition, the start timing of remeasurement reception is offset.
よって、MPU100”は、それら単位の相違とオフセット分とを考慮した上で、距離を、例えば、距離=(Δi−1)・(c/fc)+Δj・(c/fa)(但し、c:光速)などの式により求める。そして、求めた距離を、不図示の表示部に表示する。
以上、1回目の測定では、測距分解能が低く(ここでは約4m)設定されたので、演算量は最小限に抑えられる。
Therefore, the
As described above, in the first measurement, since the distance measurement resolution is set low (about 4 m in this case), the amount of calculation is minimized.
また、再測定では、受信の開始タイミングがオフセットされ、また、その受信の期間が、1回目の測定で認識した受信タイミングの前後の数カウント分(ここでは8カウント分)だけに限定されたので、演算量は最小限に抑えられる。
よって、メモリ130の容量は少なく抑えられる(ここでは250byte)。
したがって、本実施形態の測距装置では、メモリ130の容量が少ない(ここでは250byte)割には、高い測距分解能(ここでは約1m)、しかも長い最大測距長(ここでは1000m)で測距が行われる。
In the re-measurement, the reception start timing is offset, and the reception period is limited to a few counts (here, 8 counts) before and after the reception timing recognized in the first measurement. The amount of computation is minimized.
Therefore, the capacity of the
Therefore, in the distance measuring apparatus according to the present embodiment, the
[第3実施形態]
以下、図11、図12、図13を参照して本発明の第3実施形態について説明する。
本実施形態は、本発明を適用した測距装置の実施形態である。ここでは、第1実施形態の測距装置との相違点についてのみ説明する。
本実施形態の測距装置の構成は、図1に示した第1実施形態の構成と同じである。但し、ここでは、メモリ130の容量は、500byteとする。
[Third Embodiment]
Hereinafter, the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11, 12, and 13.
The present embodiment is an embodiment of a distance measuring device to which the present invention is applied. Here, only differences from the distance measuring apparatus of the first embodiment will be described.
The configuration of the distance measuring apparatus of the present embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. However, here, the capacity of the
また、この測距装置は、第1実施形態の手動モードとは異なるタイプの手動モードで動作する。また、測距装置は、操作者によって、測距分解能が3種類の測距分解能(低、中、高)の間で切り替わる。操作者からの切り替えの指示は、図1に示した操作部12から入力される。
図11、図12、図13は、第3実施形態の測距装置のタイミングチャート(概略)である。図11は、測距分解能が「高」、図12は測距分解能が「中」、図13は測距分解能が「低」に設定されたときの各タイミングチャートである。各図において、上段が測定用光信号の発信タイミング、中段が受信のタイミング、下段が検出信号の受信タイミングである。また、各図の下部には、各積算値S0,・・・,S(N-1)をグラフ化したものを示した。なお、図11、図12、図13では、各タイミングの概略のみを示し、受信の周波数などは簡単のために実際よりも粗く記載した。
In addition, the distance measuring apparatus operates in a manual mode of a type different from the manual mode of the first embodiment. In the distance measuring apparatus, the distance measuring resolution is switched between three types of distance measuring resolutions (low, medium, and high) by the operator. The switching instruction from the operator is input from the
11, 12, and 13 are timing charts (outline) of the distance measuring apparatus according to the third embodiment. FIG. 11 is a timing chart when the ranging resolution is set to “high”, FIG. 12 is set to “medium”, and FIG. 13 is a timing chart when the ranging resolution is set to “low”. In each figure, the upper stage is the transmission timing of the measurement optical signal, the middle stage is the reception timing, and the lower stage is the reception timing of the detection signal. Further, in the lower part of each figure, a graph of each integrated value S 0 ,..., S (N−1) is shown. 11, 12, and 13 show only the outline of each timing, and the reception frequency and the like are described more coarsely than actual for simplicity.
操作者が測距分解能「高」を指定したときには、MPU100’は、図11に示すように、サンプルクロックの周波数fをfaに設定して高い測距分解能(ここでは約1m)を設定する。
操作者が測距分解能「中」を指定したときには、MPU100’は、図12に示すように、サンプルクロックの周波数fをfbに設定して中程度の測距分解能(ここでは約2m)を設定する。
When the operator specifies the distance measurement resolution "high", the MPU 100 ', as shown in FIG. 11, the frequency f of the sample clock is set to f a high distance measurement resolution (here approximately 1m) to set the .
When the operator designates the ranging resolution “medium”, as shown in FIG. 12, the
操作者が測距分解能「低」を指定したときには、MPU100’は、図13に示すように、サンプルクロックの周波数fをfcに設定して低い測距分解能(ここでは約4m)を設定する。
そして、MPU100’は、図11、図12、図13に示すように、測距分解能が「高」,「中」,「低」の何れであるかに拘わらず受信期間長Tが固定されるよう、サンプルクロックの周波数fがfa,fb,fcの間で変更されるのに連動して、カウント値の上限値NをNa,Nb,Nc(ここでは500,250,125)の間で変更する。このとき、演算量は、Ma,Mb,Mc(ここでは500byte、250byte、125byte)の間で変更される(図11、図12、図13参照)。
When the operator specifies the distance measurement resolution "low", the MPU 100 ', as shown in FIG. 13, the frequency f of the sample clock is set to f c lower distance measurement resolution (here approximately 4m) to set the .
Then, as shown in FIGS. 11, 12, and 13, the
よって、最大測距長は、受信期間長Tに相当する距離(ここでは1000m)のまま変化しない。
したがって、第3実施形態の測距装置では、操作者が測距分解能を高、中、低(約1m,約2m,約4m)の間で変更しても、最大測長は受信期間長Tに相当する距離(ここでは1000m)に自動的に保たれる。
Therefore, the maximum distance measurement length remains unchanged at a distance corresponding to the reception period length T (here, 1000 m).
Therefore, in the distance measuring apparatus according to the third embodiment, even if the operator changes the distance measuring resolution between high, medium, and low (about 1 m, about 2 m, and about 4 m), the maximum length measurement is the reception period length T. Is automatically maintained at a distance corresponding to (1000 m in this case).
言い換えると、第3実施形態の測距装置では、最大測距長が長い(ここでは1000m)割には、高い測距分解能(約1m)で測距することができ(測距分解能「高」のとき。)、また、最大測距長が長い(ここでは1000m)割には、少ない演算量(ここでは125byte)、つまり短い測距時間で測距することもできる(測距分解能「低」のとき。)。 In other words, in the distance measuring apparatus according to the third embodiment, the distance can be measured with a high distance measurement resolution (about 1 m) for a long maximum distance measurement length (here, 1000 m) (ranging resolution “high”). In addition, for a long maximum distance measurement length (here, 1000 m), it is possible to perform distance measurement with a small amount of computation (here, 125 bytes), that is, a short distance measurement time (ranging resolution “low”). When.).
なお、この第3実施形態の測距装置では、高い測距分解能(ここでは約1m)を設定すると演算量が多くなるので(ここでは500byte)測距時間が長くなってしまう。しかし、高い測距分解能を要求したときに待ち時間が増えることは、多くの操作者にとって許容できるものであるので、不都合はあまり生じない。
[その他]
なお、上記各実施形態の測距装置の分周・逓倍回路11,11’としては、複数種類の周波数のサンプルクロックを生成できるのであれば分周回路、逓倍回路のどちらが適用されてもよい。
In the distance measuring apparatus according to the third embodiment, if a high distance measuring resolution (about 1 m in this case) is set, the amount of calculation increases (here, 500 bytes), resulting in a long distance measuring time. However, an increase in waiting time when a high distance measurement resolution is required is acceptable for many operators, so that inconvenience does not occur much.
[Others]
As the frequency divider /
また、第1実施形態、第3実施形態の測距装置におけるサンプルクロックの種類は、4種類以上に増加してもよい。
また、第2実施形態の測距装置の機能は、第1実施形態の測距装置や第3実施形態の測距装置に組まれてもよい。
In addition, the types of sample clocks in the distance measuring apparatuses according to the first and third embodiments may be increased to four or more.
The function of the distance measuring device of the second embodiment may be incorporated in the distance measuring device of the first embodiment or the distance measuring device of the third embodiment.
11,11’ 分周・逓倍回路
12 操作部
110 発信部
120,120’ 受信部
130 メモリ
100,100’,100” MPU
141,142 レンズ
110a 半導体レーザ
110b レーザ駆動回路
120a 光検出器
120b 増幅器
120c 二値化回路
120d 発光検出回路
120e 閾値設定回路
120f サンプリング回路
120g,21,21a,21c カウンタ
120h 発信器
11, 11 'Frequency dividing /
141, 142
Claims (6)
前記測距対象物の方向から戻る信号を受信する受信部と、
前記発信部及び前記受信部を駆動する測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の発信から受信までの時間を検知すると共に、前記受信部が信号を受信する際の分解能を可変にする制御部と
を備えたことを特徴とする測距装置。 A transmitter for transmitting a predetermined measurement signal toward the object to be measured;
A receiver for receiving a signal returning from the direction of the object to be measured;
Measurement processing for driving the transmitter and the receiver is executed, and a time from transmission to reception of the measurement signal is detected based on a signal received by the receiver, and the receiver receives the signal. And a control unit that makes the resolution variable when performing the measurement.
前記受信部での信号の受信は、
サンプルクロックに同期しており、
前記制御部は、
前記サンプルクロックを変更することで前記分解能を可変にする
ことを特徴とする測距装置。 The distance measuring device according to claim 1,
Reception of the signal at the receiver
Synchronized with the sample clock,
The controller is
A ranging apparatus characterized in that the resolution is made variable by changing the sample clock.
前記制御部は、
外部からの指示又は前記検知した前記時間に応じて前記サンプルクロックの周波数を変更すると共に、前記サンプルクロックの回数が所定値に保たれるようその周波数の変更に連動して前記サンプルクロックのサンプリングの期間長を変更する
ことを特徴とする測距装置。 The distance measuring device according to claim 2,
The controller is
The frequency of the sample clock is changed according to an external instruction or the detected time, and the sampling clock is sampled in conjunction with the change of the frequency so that the number of times of the sample clock is maintained at a predetermined value. A distance measuring device characterized by changing a period length.
前記制御部は、
最初に前記サンプルクロックの周波数を相対的に低い所定値に設定して前記測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の受信タイミングを認識し、
前記認識した受信タイミングが前記サンプルクロックの周波数での受信期間でカバーできる範囲内あれば、前記サンプルクロックの周波数を前記所定値よりも相対的に高く設定して前記測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記時間を検知する
ことを特徴とする測距装置。 The distance measuring device according to claim 2,
The controller is
First, the measurement processing is performed by setting the frequency of the sample clock to a relatively low predetermined value, and the reception timing of the measurement signal is recognized based on the signal received by the reception unit,
If the recognized reception timing is within a range that can be covered by the reception period at the sample clock frequency, the measurement processing is performed by setting the frequency of the sample clock relatively higher than the predetermined value, and the reception A distance measuring device that detects the time based on a signal received by a unit.
前記測距対象物の方向から戻る信号を、サンプルクロックに同期して受信する受信部と、
前記発信部及び前記受信部を駆動する測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の発信から受信までの時間を検知する制御部と
を備えた測距装置において、
前記サンプルクロックの周波数は可変であり、
前記制御部は、
最初に前記サンプルクロックの周波数を相対的に低い所定値に設定して前記測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の受信タイミングを認識し、
前記認識した受信タイミングが前記サンプルクロックの周波数での受信期間でカバーできる範囲内であれば、その受信の開始タイミングをオフセットすると共に前記サンプルクロックの周波数を前記所定値よりも相対的に高く設定して前記測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記時間を検知する
ことを特徴とする測距装置。 A transmitter for transmitting a predetermined measurement signal toward the object to be measured;
A receiver for receiving a signal returning from the direction of the distance measurement object in synchronization with a sample clock;
A distance measuring apparatus comprising: a control unit that performs measurement processing for driving the transmission unit and the reception unit, and detects a time from transmission of the measurement signal to reception based on a signal received by the reception unit In
The frequency of the sample clock is variable,
The controller is
First, the measurement processing is performed by setting the frequency of the sample clock to a relatively low predetermined value, and the reception timing of the measurement signal is recognized based on the signal received by the reception unit,
If the recognized reception timing is within a range that can be covered by the reception period at the sample clock frequency, the reception start timing is offset and the sample clock frequency is set relatively higher than the predetermined value. The distance measuring device is configured to execute the measurement process and detect the time based on a signal received by the receiving unit.
前記測距対象物の方向から戻る信号を、サンプルクロックに同期して受信する受信部と、
前記発信部及び前記受信部を駆動する測定処理を実行し、前記受信部で受信された信号に基づいて前記測定用信号の発信から受信までの時間を検知する制御部と
を備えた測距装置において、
前記サンプルクロックの周波数は可変であり、
前記制御部は、
外部からの指示又は前記検知した前記時間に応じて前記サンプルクロックの周波数を変更すると共に、そのサンプルクロックのサンプリングの期間長を所定値に保ちながら前記周波数の変更に連動して前記サンプルクロックの回数を変更する
ことを特徴とする測距装置。 A transmitter for transmitting a predetermined measurement signal toward the object to be measured;
A receiver for receiving a signal returning from the direction of the distance measurement object in synchronization with a sample clock;
A distance measuring apparatus comprising: a control unit that performs measurement processing for driving the transmission unit and the reception unit, and detects a time from transmission of the measurement signal to reception based on a signal received by the reception unit In
The frequency of the sample clock is variable,
The controller is
The frequency of the sample clock is changed according to an instruction from the outside or the detected time, and the number of times of the sample clock is interlocked with the change of the frequency while keeping the sampling period length of the sample clock at a predetermined value. Ranging device characterized by changing.
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