JP2007198910A - Distance measuring instrument - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測定対象物に向けて光を投光し、測定対象物からの反射光を受光することにより、測定対象物までの距離を計測する距離計測装置に関する。 The present invention relates to a distance measuring device that measures the distance to a measurement object by projecting light toward the measurement object and receiving reflected light from the measurement object.
一般に、測定対象物からの反射光の光量は測定対象物までの距離、及び測定対象物の表面状態,材質,反射光量に応じて変化する。このような背景から、従来の距離計測装置は、発光部や受光部に光量調整部材を配置したり、発光部の発光光量を制御したりすることにより、測定対象物までの距離,測定対象物の表面状態,材質,反射光量等が変化しても反射光の光量が一定になるような制御を行っている(特許文献1参照)。しかしながら、受光部により受光される電気パルス信号の中には測定対象物以外からの光等の外乱によって反射光や参照光に対応する電気パルス信号以外に多くのノイズ信号が含まれるために、従来の距離計測装置によれば計測誤差が増大することがあった。このため、受光部のスレッシュレベルの大きさを調整することにより、ノイズ信号が含まれる状況においても正確な距離測定を行うことを可能にする距離計測装置が提案されている(特許文献2参照)。
しかしながら、測定対象物からの反射光の飛行時間により測定対象物までの距離を計測する方法では、スレッシュレベルを適用する電気パルス信号の波形に依存するので、上述の距離計測装置のようにスレッシュレベルの大きさを調整するだけでは反射光や参照光に対応するそれぞれの電気パルス信号の検出時刻の正確性が低下し、結果として、測定対象物までの距離を正確に計測することはできない。 However, in the method of measuring the distance to the measurement object based on the flight time of the reflected light from the measurement object, the threshold level depends on the waveform of the electric pulse signal to which the threshold level is applied. Only by adjusting the magnitude of, the accuracy of the detection time of each electric pulse signal corresponding to the reflected light or reference light is lowered, and as a result, the distance to the measurement object cannot be measured accurately.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、反射光や参照光に対応する電気パルス信号を正確に検出可能な光の飛行時間により距離を計測する距離計測装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a distance measuring device that measures a distance based on a flight time of light that can accurately detect an electric pulse signal corresponding to reflected light or reference light. Is to provide.
上記課題を解決するために、本発明に係る距離計測装置は、反射光及び参照光に対応する電気パルス信号の振幅レベルが検出されるために必要な最小振幅レベル、且つ、波形が略同形状になるように、駆動部の印加電圧、電圧印加部の印加電圧、及び増幅部の増幅率のうちの少なくとも一つ以上を調整する。 In order to solve the above problems, the distance measuring device according to the present invention has a minimum amplitude level necessary for detecting the amplitude level of the electric pulse signal corresponding to the reflected light and the reference light, and the waveform is substantially the same shape. At least one of the applied voltage of the driving unit, the applied voltage of the voltage applying unit, and the amplification factor of the amplifying unit is adjusted.
本発明に係る距離計測装置によれば、反射光及び参照光それぞれに対応する電気パルス信号の振幅レベル,波形が最適化され、略同形状になるので、反射光や参照光に対応する電気パルス信号を正確に検出し、測定対象物までの距離を正確に計測することができる。 According to the distance measuring device of the present invention, the amplitude level and waveform of the electric pulse signal corresponding to each of the reflected light and the reference light are optimized and have substantially the same shape, so that the electric pulse corresponding to the reflected light and the reference light. It is possible to accurately detect the signal and accurately measure the distance to the measurement object.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる距離計測装置の構成と動作について詳しく説明する。 Hereinafter, the configuration and operation of a distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
〔距離計測装置の構成〕
本発明の実施形態となる距離計測装置1は、図1に示すように、測定対象物に向けて光を投光する光源部2と、測定対象物からの反射光と光源部2から送出された参照光を検出する受光部3と、受光部3における反射光及び参照光の検出タイミング差に基づいて測定対象物までの距離を算出,表示する演算部4とを主な構成要素として備える。
[Configuration of distance measuring device]
As shown in FIG. 1, a distance measuring apparatus 1 according to an embodiment of the present invention emits light toward a measurement target, a reflected light from the measurement target, and the
上記光源部2は、投光レンズ5を介して測定対象物に向けてパルス幅10[ns]程度のパルス状の光を投光するレーザダイオード(LD)6と、演算部4から出力されるLD駆動信号に従ってLD6に電圧を印加することによりLD6を駆動するLD駆動回路7と、LD6が送出した光を参照光として受光部3側に分岐する光ファイバ8と、装置外部から到達した光を集光する受光レンズ9とを備える。
The
上記受光部3は、受光レンズ9により集光された光と光ファイバ8から出力された参照光を受光するアバランシェフォトダイオード(APD)10と、DAC20から出力される高圧制御信号に従ってAPD10に電圧を印加することによりAPD10を駆動する高圧電源11と、APD10が受光した光パルス信号(受光信号)を電気パルス信号(以下、受信パルスと表記)に光電変換するトランスインピーダンスアンプ12と、CPU19から出力されるゲイン制御信号に従ってトランスピンピーダンスアンプ12から出力される受信パルスの振幅レベルを調整する可変ゲインアンプ13と、DAC20から出力されるスレッシュレベル制御信号に従って可変ゲインアンプ13から出力される受信パルスの振幅レベルとスレッシュレベルとを比較することにより反射光及び参照光に対応する受信パルスを検出するコンパレータ14,レベルコンバータ15,及びフリップフロップ16とを備える。
The
上記演算部4は、フリップフロップ16から出力された反射光及び参照光に対応する受信パルスの検出タイミング差を算出してCPU19に出力すると共に、CPU19により生成されるLD駆動信号に従ってLD駆動回路7を制御するCPLD17と、LD駆動回路7の印加電圧,高圧電源11の印加電圧,可変ゲインアンプ13の増幅率,及びフリップフロップ16のスレッシュレベルを制御する受光信号レベル調整部18とを備え、受光信号レベル調整部18は、CPLD17から出力される反射光及び参照光に対応する受信パルスの検出タイミング差に基づいて測定対象物までの距離を算出,表示すると共に、LD駆動回路7の印加電圧を制御するLD駆動信号,高圧電源11の印加電圧を制御する高圧制御信号,可変ゲインアンプ13の増幅率を制御するゲイン制御信号,及びフリップフロップ16のスレッシュレベルを制御するスレッシュレベル制御信号を生成するCPU19と、CPU19により生成された高圧制御信号とスレッシュレベル制御信号に従って高圧電源11とフリップフロップ16を制御するDAC20とを備える。
The arithmetic unit 4 calculates a detection timing difference between reception pulses corresponding to the reflected light and the reference light output from the flip-
なお、本実施形態では、高圧制御信号は、0〜255の設定値を有し、設定値が0の場合、高圧電源11の印加電圧は調整範囲内において最大値となり、設定値が255の場合には、高圧電源11の印加電圧は調整範囲内において最小値となる。また、スレッシュレベルの設定値は、0〜3.3[V]の範囲を有し、0〜255までの256分割され、設定値が小さい程、スレッシュレベルが高くなる。また、可変ゲインアンプ13の増幅率は、4倍,8倍,50倍の設定値を有し、初期値は8倍に設定される。
In the present embodiment, the high voltage control signal has a set value of 0 to 255. When the set value is 0, the applied voltage of the high
〔距離計測処理の流れ〕
上記のような構成を有する距離計測装置1は、以下に示す距離計測処理を実行することにより、反射光及び参照光に対応する受信パルスを検出し、測定対象物までの距離を計測する。以下、図2に示すフローチャートを参照して、この距離計測処理を実行する際の距離計測装置1の動作について説明する。
[Flow of distance measurement processing]
The distance measuring device 1 having the above configuration detects the received pulse corresponding to the reflected light and the reference light, and measures the distance to the measurement object by executing the distance measuring process described below. Hereinafter, with reference to the flowchart shown in FIG. 2, the operation of the distance measuring apparatus 1 when executing this distance measuring process will be described.
図2に示すフローチャートは、距離計測装置1の距離計測開始とするトリガ信号に応じて開始となり、距離計測処理はステップS1の処理に進む。 The flowchart shown in FIG. 2 starts in response to a trigger signal for starting the distance measurement of the distance measuring device 1, and the distance measurement process proceeds to the process of step S1.
ステップS1の処理では、CPU19が、制御信号の初期設定処理として、高圧電源11の印加電圧を調整範囲内において最小とする高圧制御信号(設定値255(0xFF))と可変ゲインアンプ13の増幅率を8倍にするゲイン制御信号を生成,出力する。なお、高圧電源11の印加電圧を調整範囲内において最小とすることによって、APD10の許容範囲以上の電圧が印加されることや、調整前に最大電圧が設定されることによってAPD10が破壊されることを防止できる。これにより、ステップS1の処理は完了し、距離計測処理はステップS2の処理に進む。
In the process of step S1, the
ステップS2の処理では、CPU19が、反射光及び参照光に対応する受信パルスを検出していない状態(LD6の消灯状態)でも受信パルスを検出可能な電圧にAPD10への印加電圧を制御するようにDAC20を介して高圧電源11に高圧制御信号を出力する。なお、この高電圧調整処理の詳細については図3に示すフローチャートを参照して後述する。これにより、ステップS2の処理は完了し、距離計測処理はステップS3の処理に進む。
In the process of step S2, the
ステップS3の処理では、CPU19が、上記高電圧調整処理において設定されたAPD10への印加電圧を基準として反射光又は参照光に対応する受信パルスを検出できない電圧までAPD10への印加電圧を調整する(光量調整処理)。なお、この光量調整処理の詳細について図4に示すフローチャートを参照して後述する。これにより、ステップS3の処理は完了し、距離計測処理はステップS4の処理に進む。
In the process of step S3, the
ステップS4の処理では、CPLD19が、反射光又は参照光に対応する受信パルスが検出されたか否かを判別する。そして、判別の結果、受信パルスが検出されていない場合、CPU19は、ステップS5の処理として可変ゲインアンプ13の増幅率を調整するゲイン調整処理を実行した後、距離計測処理をステップS6の処理に進める。なお、このゲイン調整処理の詳細については図5に示すフローチャートを参照して後述する。一方、受信パルスが検出された場合には、CPU19は距離計測処理をステップS4の処理からステップS6の処理に進める。
In the process of step S4, the
ステップS6の処理では、CPU19が、反射光及び参照光に対応する受信パルスの振幅レベルが検出されるために必要な最小振幅レベル、且つ、波形が略同形状になっているか否かを判別する。そして、判別の結果、反射光及び参照光に対応する受信パルスの振幅レベルが検出されるために必要な最小振幅レベル、且つ、波形が略同形状になっていない場合、CPU19は距離計測処理をステップS2の処理に戻す。一方、反射光及び参照光に対応する受信パルスの振幅レベルが検出されるために必要な最小振幅レベル、且つ、波形が略同形状になっている場合には、CPU19は距離計測処理をステップS7の処理に進める。
In the process of step S6, the
ステップS7の処理では、CPU19が、これまでのスレッシュレベルよりも低い値にスレッシュレベルを設定して受信パルスを検出し、反射光及び参照光に対応する受信パルスの検出タイミング差に従って測定対象物までの距離を計測,表示する。これにより、ステップS7の処理は完了し、一連の距離計測処理は終了する。
In the process of step S7, the
〔高電圧調整処理〕
次に、図3に示すフローチャートを参照して、上記ステップS2の高電圧調整処理を実行する際の距離計測装置1の動作について説明する。
[High voltage adjustment processing]
Next, with reference to the flowchart shown in FIG. 3, the operation of the distance measuring apparatus 1 when executing the high voltage adjustment process in step S2 will be described.
図3に示すフローチャートは、上記ステップS1の処理が完了する、又は、上記ステップS6の処理において、反射光及び参照光に対応する受信パルスの振幅レベルが検出されるために必要な最小振幅レベル、且つ、波形が略同形状になっていないと判別されるのに応じて開始となり、高電圧調整処理はステップS11の処理に進む。なお、この高電圧調整処理は反射光及び参照光に対応する受信パルスそれぞれに対して行われるものとする。 In the flowchart shown in FIG. 3, the minimum amplitude level necessary for detecting the amplitude level of the received pulse corresponding to the reflected light and the reference light in the processing of step S1 is completed. In addition, the process starts when it is determined that the waveforms are not substantially the same shape, and the high voltage adjustment process proceeds to the process of step S11. This high voltage adjustment process is performed for each of the received pulses corresponding to the reflected light and the reference light.
ステップS11の処理では、CPU19が、受信パルスが検出できないように、フリップフロップ16のスレッシュレベルを最大値(0.0[V])に設定するスレッシュレベル制御信号を生成し、生成したスレッシュレベル制御信号をDAC20を介してフリップフロップ16に出力する。これにより、ステップS11の処理は完了し、高電圧調整処理はステップS12の処理に進む。
In the process of step S11, the
ステップS12の処理では、CPU19が、高圧電源11に出力する高圧制御信号の設定値を1減らすことにより、高圧電源11の印加電圧を増加させる。なお、CPU19は、高電圧調整処理が1回目であれば高圧制御信号の設定値を3減らし、2回目であれば高圧制御信号の設定値を1減らす等、高電圧調整処理が1回目であるか否かに応じて高圧制御信号の設定値の調整量を変化させてもよい。このような処理によれば、調整時間を短縮することができると共に、微調整を行うことにより調整精度を向上させることができる。これにより、ステップS12の処理は完了し、高電圧調整処理はステップS13の処理に進む。
In the process of step S <b> 12, the
ステップS13の処理では、CPU19が、高圧制御信号の設定値が0である、換言すれば、高圧電源11の印加電圧が調整範囲内における最大値であるか否かを判別する。そして、判別の結果、高圧制御信号の設定値が0である場合、CPU19は、高圧電源11の印加電圧を調整範囲内において調整できないと判断して、ステップS14の処理として高圧制御信号の設定値を任意の値(例えば255)に確定した後、一連の高電圧調整処理を終了する。このような処理によれば、高圧電源11の印加電圧を調整できなかった場合であっても反射光及び参照光に対応する受信パルスの振幅レベルを距離計測が行える可能性が高い振幅レベルにすることができると共に、高圧電源11の印加電圧を受信パルスを検出できない電圧に調整する際における初期電圧を最適化することができる。一方、高圧制御信号の設定値が0でない場合には、CPU19は高電圧調整処理をステップS15の処理に進める。
In the process of step S13, the
ステップS15の処理では、CPU19が、フリップフロップ16のスレッシュレベルが1.5[V]になるように、換言すれば、フリップフロップ16のスレッシュレベルを低下させ、受信パルスを検出可能なスレッシュレベル制御信号を生成し、生成したスレッシュレベル制御信号をDAC20を介してフリップフロップ16に出力する。これにより、ステップS15の処理は完了し、高電圧調整処理はステップS16の処理に進む。
In the process of step S15, the
ステップS16の処理では、CPLD17が、受信パルスが検出されたか否かを判別する。そして、判別の結果、受信パルスが検出されない場合、CPLD17は高電圧調整処理をステップ11の処理に戻す。一方、受信パルスが検出された場合には、CPLD17は高電圧調整処理をステップS17の処理に進める。
In the process of step S16, the
ステップS17の処理では、CPU19が、受信パルスの検出を1回確認済みであるか否かを判別する。そして、判別の結果、1回確認済みである場合、CPU19は一連の高電圧調整処理を終了する。一方、1回確認済みでない場合には、CPU19は高電圧調整処理をステップS18の処理に進める。
In the process of step S17, the
ステップS18の処理では、CPU19が、プログラムカウンタの値を1増数する等して受信パルスの検出を1回確認済みであることを設定する。このように確認処理を複数回実行することにより、ノイズ光による受信パルスの誤検出を防ぎ、正確な電圧調整を行うことができる。これにより、ステップS18の処理は完了し、高電圧調整処理はステップS19の処理に進む。
In the process of step S18, the
ステップS19の処理では、CPU19が、高圧制御信号の設定値の変動量が3以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、高圧制御信号の設定値の変動量が3以上である場合、CPU19は高電圧調整処理をステップS21の処理に進める。一方、高圧制御信号の設定値の変動量が3以上でない場合には、CPU19は高電圧調整処理をステップS20の処理に進める。
In the process of step S19, the
ステップS20の処理では、CPU19は、現在の設定値より設定値を1増数した高圧制御信号を生成し、生成した高圧制御信号をDAC20を介して高圧電源11に出力する。これにより、ステップS20の処理は完了し、高電圧調整処理はステップS11の処理に戻る。
In the process of step S <b> 20, the
ステップS21の処理では、CPU19は、現在の設定値より設定値を3増数した高圧制御信号を生成し、生成した高圧制御信号をDAC20を介して高圧電源11に出力する。これにより、ステップS21の処理は完了し、高電圧調整処理はステップS11の処理に戻る。
In the process of step S <b> 21, the
〔光量調整処理〕
次に、図4に示すフローチャートを参照して、上記ステップS3の光量調整処理を実行する際の距離計測装置1の動作について説明する。
[Light intensity adjustment processing]
Next, with reference to the flowchart shown in FIG. 4, the operation of the distance measuring apparatus 1 when executing the light amount adjustment processing in step S3 will be described.
図4に示すフローチャートは、上記ステップS2の処理が完了するのに応じて開始となり、光量調整処理はステップS31の処理に進む。なお、この高電圧調整処理は反射光及び参照光に対応する受信パルスそれぞれに対して行われるものとする。 The flowchart shown in FIG. 4 starts when the process of step S2 is completed, and the light amount adjustment process proceeds to the process of step S31. This high voltage adjustment process is performed for each of the received pulses corresponding to the reflected light and the reference light.
ステップS31の処理では、CPU19が、反射波及び参照光のどちらの受信パルスに対する光量調整であるかを設定する。これにより、ステップS31の処理は完了し、光量調整処理はステップS32の処理に進む。
In the process of step S31, the
ステップS32の処理では、CPU19が、フリップフロップ16のスレッシュレベルを1.2[V]にし、受信パルスを検出可能なスレッシュレベル制御信号を生成し、生成したスレッシュレベル制御信号をDAC20を介してフリップフロップ16に出力する。なお、CPU19は、可変ゲインアンプ13の増幅率が50倍である場合はスレッシュレベルを1.0[V]、50倍でない場合にはスレッシュレベルを1.2[V]といったように、可変ゲインアンプ13の増幅率に応じてスレッシュレベルの値を調整するようにしてもよい。このような処理によれば、ノイズ信号の影響を低減させ、SN比を向上させることができる。これにより、ステップS32の処理は完了し、光量調整処理はステップS33の処理に進む。
In the process of step S32, the
ステップS33の処理では、CPU19が、CPLD17を介してLD駆動回路7にLD駆動信号を出力することにより測定対象物に向けて光を投光するようにLD6を制御する。これにより、ステップS33の処理は完了し、光量調整処理はステップS34の処理に進む。
In the process of step S33, the
ステップS34の処理では、CPU19が、受信パルスが検出されたか否かを判別する。そして、判別の結果、受信パルスが検出されていない場合、CPU19は光量調整処理をステップ38の処理に進める。一方、受信パルスが検出された場合には、CPU19は光量調整処理をステップS35の処理に進める。
In the process of step S34, the
ステップS35の処理では、CPU19が、高圧制御信号の設定値が255以下、換言すれば、高圧電源11の印加電圧が調整範囲内における最小値であるか否かを判別する。そして、判別の結果、高圧制御信号の設定値が255以下である場合、CPU19は、ステップS36の処理として高圧制御信号の設定値を1増数することによりAPD10への印加電圧を減少させた後、光量調整処理をステップS33の処理に戻す。一方、高圧制御信号の設定値が255である場合には、CPU19は、光量過多状態であると判断し、ステップS37の処理としてエラー設定(エラー設定2)した後に光量調整処理をステップS50の処理に進める。なお、上記ステップS36の処理において、CPU19は、光量調整処理が1回目であれば高圧制御信号の設定値を3減少させ、2回目であれば高圧制御信号の設定値を1減少させる等、光量調整処理が1回目であるか否かに応じて高圧制御信号の設定値の調整量を変化させるようにしてもよい。このような処理によれば、調整時間を短縮することができると共に、微調整を行うことにより調整精度を向上させることができる。
In the process of step S35, the
ステップS38の処理では、CPU19が、高圧制御信号の設定値が高電圧調整処理終了後の設定値と同じであるか否かを判別する。そして、判別の結果、設定値が同じである場合、CPU19は光量調整処理をステップS44の処理に進める。一方、設定値が同じでない場合には、CPU19は光量調整処理をステップS39の処理に進める。なお、設定値が同じであり、調整が1回目である場合は光量過少であることが考えられるので、CPU19は、光量調整処理をステップS45の処理に進め、後述するステップS44,S46〜48の処理を省略するようにしても良い。
In the process of step S38, the
ステップS39の処理では、CPU19が、受信パルスの検出を1回確認済みであるか否かを判別する。そして、判別の結果、1回確認済みである場合、CPU19は光量調整処理をステップS49の処理に進める。一方、1回確認済みでない場合には、CPU19は光量調整処理をステップS40の処理に進める。
In the process of step S39, the
ステップS40の処理では、CPU19が、プログラムカウンタの値を1増数することにより1回目確認済みであることを設定する。このように確認処理を複数回実行することにより、ノイズ光による反射光及び参照光に対応する受信パルスの誤検出を防ぎ、正確な電圧調整を行うことができる。これにより、ステップS40の処理は完了し、光量調整処理はステップS41の処理に進む。
In the processing of step S40, the
ステップS41の処理では、CPU19が、高圧制御信号の設定値の変動量が3以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、高圧制御信号の設定値の変動量が3以上である場合、CPU19は光量調整処理をステップS43の処理に進める。一方、高圧制御信号の設定値の変動量が3以上でない場合には、CPU19は光量調整処理をステップS42の処理に進める。
In the process of step S41, the
ステップS42の処理では、CPU19が、現在の設定値より設定値を1減らした高圧制御信号を生成し、生成した高圧制御信号をDAC20を介して高圧電源11に出力する。これにより、ステップS42の処理は完了し、光量調整処理はステップS33の処理に戻る。
In the process of step S <b> 42, the
ステップS43の処理では、CPU19が、現在の設定値より設定値を3減らした高圧制御信号を生成し、生成した高圧制御信号をDAC20を介して高圧電源11に出力する。これにより、ステップS43の処理は完了し、光量調整処理はステップS33の処理に戻る。
In the process of step S43, the
ステップS44の処理では、CPU19が、1回目の光量調整処理であるか否かを判別する。そして、判別の結果、1回目の光量調整処理である場合、CPU19は、光量過小状態にあると判断し、ステップS45の処理としてエラー設定(エラー設定1)をした後に光量調整処理をステップS50の処理に進める。一方、1回目の光量調整処理でない場合には、CPU19は光量調整処理をステップS46の処理に進める。
In the process of step S44, the
ステップS46の処理では、CPU19が、フリップフロップ16のスレッシュレベルを1.3[V]にする、換言すれば、ステップS32の処理によりもスレッシュレベルを低くするスレッシュレベル制御信号を生成し、生成したスレッシュレベル制御信号をDAC20を介してフリップフロップ16に出力する。このような処理によれば、ノイズ,外乱光の影響によって反射光及び参照光に対応する受信パルスが本来検出されるべきであるのに検出されないことが発生することを防止し、高圧電源11の印加電圧を正確に調整することができる。これにより、ステップS46の処理は完了し、光量調整処理はステップS47の処理に進む。
In the process of step S46, the
ステップS47の処理では、CPU19が、CPLD17を介してLD駆動回路7にLD駆動信号を出力することにより測定対象物に向けて光を投光するようにLD6を制御する。これにより、ステップS47の処理は完了し、光量調整処理はステップS48の処理に進む。
In the process of step S47, the
ステップS48の処理では、CPU19が、受信パルスが検出されたか否かを判別する。そして、判別の結果、受信パルスが検出されていない場合、CPU19は光量調整処理をステップ45の処理に進める。一方、受信パルスが検出された場合には、CPU19は光量調整処理をステップS49の処理に進める。
In the process of step S48, the
ステップS49の処理では、CPU19が、測定対象物までの距離を測定する際の高圧電源11の印加電圧を現在の設定値に確定する。これにより、ステップS49の処理は完了し、光量調整処理はステップS50の処理に進む。
In the process of step S49, the
ステップS50の処理では、CPU19が、測定対象物までの距離を測定する際の高圧電源11の印加電圧の設定が完了したか否かを判別する。そして、判別の結果、設定が完了していない場合、CPU19は光量調整処理をステップS31の処理に戻す。一方、設定が完了した場合には、CPU19は一連の光量調整処理を終了する。
In the process of step S50, the
〔ゲイン調整処理〕
次に、図5に示すフローチャートを参照して、上記ステップS5のゲイン調整処理を実行する際の距離計測装置1の動作について説明する。
[Gain adjustment processing]
Next, with reference to the flowchart shown in FIG. 5, the operation of the distance measuring apparatus 1 when executing the gain adjustment process in step S5 will be described.
図5に示すフローチャートは、上記ステップS4の処理において反射光又は参照光に対応する受信パルスが検出されていないと判別されるのに応じて開始となり、ゲイン調整処理はステップS61の処理に進む。なお、このゲイン調整処理は反射光及び参照光に対応する受信パルスそれぞれに対して行われるものとする。 The flowchart shown in FIG. 5 starts when it is determined that the reception pulse corresponding to the reflected light or the reference light is not detected in the process of step S4, and the gain adjustment process proceeds to the process of step S61. Note that this gain adjustment processing is performed for each of the received pulses corresponding to the reflected light and the reference light.
ステップS61の処理では、CPU19が、可変ゲインアンプ13の増幅率の設定値が50倍又は4倍であるか否かを判別する。そして、判別の結果、50倍又は4倍である場合、CPU19はゲイン調整処理を終了する。一方、50倍又は4倍でない場合には、CPU19はゲイン調整処理をステップS62の処理に進める。
In the process of step S61, the
ステップS62の処理では、CPU19が、光量調整処理においてエラー設定1)がなされているか否かを判別する。そして、判別の結果、エラー設定1がなされている場合、CPU19は、高電圧調整処理において設定した高圧制御信号で常に受信パルスを検出できない光量過小状態にあると判断し、ゲイン調整処理をステップS64の処理に進める。一方、エラー設定1がなされていない場合には、CPU19は、高電圧調整処理で設定した高圧制御信号の設定値を調整しても受信パルスを検出できない電圧がない光量過多状態にあると判断し、ゲイン調整処理をステップS63の処理に進める。
In step S62, the
ステップS63の処理では、CPU19が、可変ゲインアンプ13の増幅率の設定値を4倍に制御する。これにより、ステップS63の処理は完了し、一連のゲイン調整処理は完了する。
In the process of step S63, the
ステップS64の処理では、CPU19が、LD駆動回路7の印加電圧を増加済みであるか否かを判別する。そして、判別の結果、LD駆動回路7の印加電圧を増加済みである場合、CPU19は、ステップS65の処理として可変ゲインアンプ13の増幅率を50倍に設定した後、一連のゲイン調整処理を終了する。一方、LD駆動回路7の印加電圧を増加済みでない場合には、CPU19は、ステップS66の処理として、図6に示すように可変ゲインアンプ13の増幅率を50倍にせずに昇圧電源21によってLD6の駆動電圧を増加させた後、一連のゲイン調整処理を終了する。
In the process of step S64, the
以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態となる距離計測装置1によれば、受光信号レベル調整部18が、反射光及び参照光に対応する受信パルスの振幅レベルが受光部3において検出されるために必要な最小振幅レベル、且つ、波形が略同形状になるように、LD駆動回路7の印加電圧、高圧電源11の印加電圧、及び可変ゲインアンプ13の増幅率のうちの少なくとも1つ以上を調整する。そして、このような構成によれば、反射光及び参照光それぞれに対応する電気パルス信号の振幅レベル,波形が最適化され、略同形状になるので、反射光や参照光に対応する電気パルス信号を正確に検出し、測定対象物までの距離を正確に計測することができる。
As is clear from the above description, according to the distance measuring apparatus 1 according to the embodiment of the present invention, the received light signal
また、本発明の実施形態となる距離計測装置1によれば、受光信号レベル調整部18が、反射光及び参照光に対応する受信パルスが検出されていない状態であっても受信パルスを検出可能な電圧レベルに高圧電源11の印加電圧を調整した後、その電圧レベルを基準として反射光又は参照光に対応する受信パルスを検出できない電圧レベルに高圧電源11の印加電圧を調整するので、最小の部品点数で受信パルスの振幅レベルをAPD10の素子特性や計測時周囲状態に対応した最適な値に設定することができる。
Further, according to the distance measuring apparatus 1 according to the embodiment of the present invention, the received light signal
また、本発明の実施形態となる距離計測装置1によれば、受光信号レベル調整部18が、可変ゲインアンプ13の増幅率を初期値とは異なる値に設定することにより、高圧電源11の印加電圧の調整範囲内において、反射光及び参照光に対応する受信パルスの振幅レベルが受光部3において検出されるために必要な最小振幅レベル、且つ、波形が略同形状になるように調整するので、印加電圧の調整不良に伴う計測精度不良を改善することができる。
Further, according to the distance measuring apparatus 1 according to the embodiment of the present invention, the received light signal
また、本発明の実施形態となる距離計測装置1によれば、受光信号レベル調整部18が、LD駆動回路7の印加電圧を初期値から変化させることにより、高圧電源11の印加電圧の調整範囲内において、反射光及び参照光に対応する受信パルスの振幅レベルが受光部3において検出されるために必要な最小振幅レベル、且つ、波形が略同形状になるように調整するので、APD10や可変ゲインアンプ13の影響を強く受けることなく、受信パルスの波形を最適化することができる。
Further, according to the distance measuring apparatus 1 according to the embodiment of the present invention, the received light signal
また、本発明の実施形態となる距離計測装置1によれば、受光信号レベル調整部18が、反射光及び参照光に対応する受信パルスの検出に利用するスレッシュレベルを調整することにより、反射光又は参照光に対応する受信パルスが検出できない電圧レベルに高圧電源11の印加電圧を調整するので、反射光及び参照光それぞれに対応する電気パルス信号の振幅レベルをより最適化し、測定対象物までの距離をより正確に計測することができる。
Further, according to the distance measuring device 1 according to the embodiment of the present invention, the received light signal
なお、一般に、受光素子の応答速度tr(以下の数式1参照)は印加電圧に応じて変化するために、印加電圧に応じて反射光及び参照光の受光タイミングにずれ(位相ずれ)が生じる。また、受光素子への印加電圧が110[V]以上である場合には、一般的に端子間容量が安定するためにこの位相ずれは発生しない。従って、上述の高電圧調整処理においてAPD10への印加電圧を変化させた場合には、図7に示すように反射光及び参照光に対応する受信パルスの検出タイミングに差が発生してしまう。一方、上述のゲイン調整処理において可変ゲインアンプ13の増幅率を例えば図8に示すように調整した場合には、増幅率に応じて遅延時間に差が生じ、図9に示すように光の投光から受信パルスの検出までの時間に時間差が生じてしまう。そこで、上記距離計測処理において後述する補正処理を実行することにより、反射光及び参照光に対応する受信パルスの検出タイミングを補正することが望ましい。
以下、図10に示すフローチャートを参照してこの補正処理を実行する際の距離計測装置1の動作について説明する。 Hereinafter, the operation of the distance measuring apparatus 1 when executing this correction processing will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
図10に示すフローチャートは、上記ステップS7の処理が完了するのに応じて開始となり、補正処理はステップS71の処理に進む。 The flowchart shown in FIG. 10 is started when the process of step S7 is completed, and the correction process proceeds to the process of step S71.
ステップS71の処理では、CPU19が、反射光及び参照光に対応する受信パルスを検出した際のAPD10への印加電圧を読み出す。これにより、ステップS71の処理は完了し、補正処理はステップS72の処理に進む。
In the process of step S71, the
ステップS72の処理では、CPU19が、図11に示すような反射光及び参照光に対応する受信パルスを受光した際のAPD10への印加電圧と計測距離の補正値の関係を示すテーブルから、ステップS71の処理において読み出された印加電圧値に対応する計測距離の補正値を読み出す。なお、図11に示すテーブルは、反射波及び参照波に対応する受信パルスを検出する際のAPD10への印加電圧差が最大30[V]ある場合には、3.4度分の位相ずれ量がに相当する変動時間0.031[nS]が発生し、最大4.7[mm]相当の測定距離誤差が発生することが考えられることに基づいて作成されている。これにより、ステップS72の処理は完了し、補正処理はステップS73の処理に進む。
In the process of step S72, the
ステップS73の処理では、CPU19が、反射光及び参照光に対応する受信パルスを検出した際の可変ゲインアンプ13の増幅率を読み出す。これにより、ステップS73の処理は完了し、補正処理はステップS74の処理に進む。
In the process of step S73, the
ステップS74の処理では、CPU19が、図12に示すような反射光及び参照光に対応する受信パルスを検出した際の可変ゲインアンプ13の増幅率(A,B,C,Dは図8に示すテーブルのA,B,C,Dに対応)と計測距離の補正値の関係を示すテーブルから、ステップS74の処理において読み出された増幅率に対応する計測距離の補正値を読み出す。なお、図12に示すテーブルは、可変ゲインアンプ13の増幅率が8倍である時と増幅率が50倍であると時とでは、2[mm]程度の測定距離誤差に相当する遅延時間時間差13[pS]が発生することが考えられることに基づいて作成されている。これにより、ステップS74の処理は完了し、補正処理はステップS75の処理に進む。
In the process of step S74, the amplification factor (A, B, C, D of the
ステップS75の処理では、CPU19が、ステップS72,S74の処理により読み出された補正値を利用してステップS7の処理により算出された測定対象物までの距離を補正する。これにより、ステップS75の処理は完了し、一連の補正処理は終了する。
In the process of step S75, the
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。 As mentioned above, although embodiment which applied the invention made by the present inventors was described, this invention is not limited by the description and drawing which make a part of indication of this invention by this embodiment. That is, it should be added that other embodiments, examples, operation techniques, and the like made by those skilled in the art based on the above-described embodiments are all included in the scope of the present invention.
1:距離計測装置
2:光源部
3:受光部
4:演算部
5:投光レンズ
6:レーザダイオード(LD)
7:LD駆動回路
8:光ファイバ
9:受光レンズ
10:アバランシェフォトダイオード(APD)
11:高圧電源
12:トランスインピーダンスアンプ
13:可変ゲインアンプ
14:コンパレータ
15:レベルコンバータ
16:フリップフロップ
17:CPLD17
18:受光信号レベル調整部
19:CPU
20:DAC
1: Distance measuring device 2: Light source unit 3: Light receiving unit 4: Calculation unit 5: Projection lens 6: Laser diode (LD)
7: LD drive circuit 8: Optical fiber 9: Light receiving lens 10: Avalanche photodiode (APD)
11: high-voltage power supply 12: transimpedance amplifier 13: variable gain amplifier 14: comparator 15: level converter 16: flip-flop 17:
18: Light reception signal level adjustment unit 19: CPU
20: DAC
Claims (6)
前記発光素子に電圧を印加することにより前記発光素子を駆動する駆動部と、 前記光源部から送出された光を参照光として分岐する分岐部と、
前記測定対象物からの反射光と前記分岐手段によって分岐された参照光を受光する受光素子と、
前記受光素子に電圧を印加することにより前記受光素子を駆動する電圧印加部と、
前記受光素子が受光した光を電気パルス信号に変換する受光部と、
前記受光部により生成された電気パルス信号を増幅する増幅部と、
前記増幅部により増幅された電気パルス信号の中から前記反射光及び前記参照光に対応する電気パルス信号を検出する検出部と、
前記検出部における反射光及び参照光に対応する電気パルス信号の検出タイミング差から前記測定対象物までの距離を算出する演算部と、
前記反射光及び前記参照光に対応する電気パルス信号の振幅レベルが前記検出部において検出されるために必要な最小振幅レベル、且つ、波形が略同形状になるように、前記駆動部の印加電圧、前記電圧印加部の印加電圧、及び前記増幅部の増幅率のうちの少なくとも一つ以上を調整するレベル調整部と
を備えることを特徴とする距離計測装置。 A light emitting element that emits pulsed light toward the measurement object;
A driving unit that drives the light emitting element by applying a voltage to the light emitting element; a branching unit that branches light emitted from the light source unit as reference light;
A light receiving element that receives reflected light from the measurement object and reference light branched by the branching unit;
A voltage application unit that drives the light receiving element by applying a voltage to the light receiving element;
A light receiving unit that converts light received by the light receiving element into an electrical pulse signal;
An amplifying unit for amplifying the electric pulse signal generated by the light receiving unit;
A detection unit for detecting an electric pulse signal corresponding to the reflected light and the reference light from the electric pulse signal amplified by the amplification unit;
A calculation unit that calculates a distance from the detection timing difference of the electric pulse signal corresponding to the reflected light and the reference light in the detection unit to the measurement object;
The applied voltage of the drive unit so that the amplitude level of the electrical pulse signal corresponding to the reflected light and the reference light is detected by the detection unit and the waveform has substantially the same shape. And a level adjusting unit that adjusts at least one of an applied voltage of the voltage applying unit and an amplification factor of the amplifying unit.
前記レベル調整部は、前記反射光及び前記参照光に対応する電気パルス信号が検出されていない状態であっても電気パルス信号を検出可能な電圧レベルに前記電圧印加部の印加電圧を調整した後、当該電圧レベルを基準として反射光又は参照光に対応する電気パルス信号を検出できない電圧レベルに電圧印加部の印加電圧を調整することを特徴とする距離計測装置。 The distance measuring device according to claim 1,
The level adjusting unit adjusts the applied voltage of the voltage applying unit to a voltage level at which the electric pulse signal can be detected even when the electric pulse signal corresponding to the reflected light and the reference light is not detected. A distance measuring device that adjusts the applied voltage of the voltage applying unit to a voltage level at which an electric pulse signal corresponding to reflected light or reference light cannot be detected based on the voltage level.
前記レベル調整部は、前記増幅部の増幅率を初期値とは異なる値に設定することにより、前記電圧印加部の印加電圧の調整範囲内において、前記反射光及び前記参照光に対応する電気パルス信号の振幅レベルが前記検出部において検出されるために必要な最小振幅レベル、且つ、波形が略同形状になるように調整することを特徴とする距離計測装置。 The distance measuring device according to claim 1 or 2,
The level adjusting unit sets an amplification factor of the amplifying unit to a value different from an initial value, so that an electric pulse corresponding to the reflected light and the reference light is within an adjustment range of an applied voltage of the voltage applying unit. A distance measuring device, wherein the amplitude level of the signal is adjusted so that the minimum amplitude level necessary for the detection unit to detect the waveform and the waveforms have substantially the same shape.
前記レベル調整部は、前記駆動部の印加電圧を初期値から変化させることにより、前記電圧印加部の印加電圧の調整範囲内において、前記反射光及び前記参照光に対応する電気パルス信号の振幅レベルが前記検出部において検出されるために必要な最小振幅レベル、且つ、波形が略同形状になるように調整することを特徴とする距離計測装置。 It is a distance measuring device given in any 1 paragraph among Claims 1 thru / or 3, Comprising:
The level adjustment unit changes an applied voltage of the driving unit from an initial value, thereby adjusting an amplitude level of an electric pulse signal corresponding to the reflected light and the reference light within an adjustment range of an applied voltage of the voltage application unit. Is adjusted so that the waveform has substantially the same shape and the minimum amplitude level necessary for the detection to be detected by the detection unit.
前記演算部は、前記電圧印加部の印加電圧を変化させることに起因する位相のずれ及び/又は前記増幅部の増幅率を変化させることに起因する電気信号の検出遅延時間を考慮して前記測定対象物までの距離を補正することを特徴とする距離計測装置。 It is a distance measuring device given in any 1 paragraph among Claims 1 thru / or 4, Comprising:
The calculation unit takes into account the phase shift caused by changing the applied voltage of the voltage application unit and / or the detection delay time of the electrical signal caused by changing the amplification factor of the amplification unit. A distance measuring device that corrects a distance to an object.
前記レベル調整部は、前記反射光及び前記参照光に対応する電気パルス信号の検出に利用するスレッシュレベルを調整することにより、反射光又は参照光に対応する電気パルス信号が検出できない電圧レベルに前記電圧印加部の印加電圧を調整することを特徴とする距離計測装置。 It is a distance measuring device given in any 1 paragraph among Claims 1 thru / or 4, Comprising:
The level adjustment unit adjusts a threshold level used for detecting an electric pulse signal corresponding to the reflected light and the reference light, so that the electric pulse signal corresponding to the reflected light or the reference light cannot be detected. A distance measuring device that adjusts an applied voltage of a voltage applying unit.
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