JP2008275379A - Laser range finder and laser range finding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ測距装置およびレーザ測距方法に関する。 The present invention relates to a laser distance measuring device and a laser distance measuring method.
下記特許文献1には、反射波の強度が高すぎることに起因する物体の検出精度の悪化を防止するレーダ装置が記載されている。このレーダ装置において、レーザレーダセンサは、レーザ光を発光するレーザダイオードと、レーザダイオードの発光したレーザ光を反射して、所定の測定エリアを走査させるポリゴンミラーを有する。このポリゴンミラーには、レーザ光の反射率が異なる反射面が形成されており、車両の走行速度、反射物体との距離、反射物体からの反射波の受光強度等に基づいて、ポリゴンミラーの反射面を切り換えて、出力するレーザ光の強度を変更する。その結果、遠距離の物体や、レーザ光の反射率の低い物体を検出する場合には、レーザ光の強度を高くし、近距離の物体や、レーザ光の反射率の高い物体を検出する場合には、レーザ光の強度を低くするように強度を変更できるので、物体の検出精度を向上することができる、というものである。
また、下記特許文献2には、レーザ測距において受光量の変化による計測距離の変動を防止するレーザ測距装置が記載されている。このレーザ測距装置は、受光したレーザ光をアナログ電気信号に変換し出力する受光回路と、この受光回路が出力するアナログ電気信号を矩形波に変換し出力するデジタル化回路と、このデジタル化回路の出力する矩形波の入力により時間計測を行い記録する時間計測装置とを有し、デジタル化回路は、所定電圧以上のアナログ電気信号が入力されると矩形波の出力を抑止する飽和対策手段として、アナログ電気信号を増幅する増幅回路の出力が上限閾値以上になると制御信号を出力する飽和レベル検出回路と、制御信号が入力されるとアナログ電気信号から矩形波への変換を抑止する比較回路を有する、というものである。
また、下記特許文献3には、レーザレーダセンサの表面に、レーザ光が内部を伝播したり、散乱されたりする汚れが付着した時、その汚れの付着を検出することが可能な車両用物体認識装置が記載されている。この車両用物体認識装置は、レーザ光が汚れの内部を伝播したり、散乱されたりすると、その一部が、レーザレーダセンサの受光素子によって受光される。そこで、複数照射されるレーザ光の中で、照射からその反射光が受光されるまでの計測時間が所定計測時間より短く、かつ反射光の受光パルスが上閾値を超えるほど強度が強いレーザ光が第1の所定数以上であることを条件として、汚れが付着していると判定する。照射から受光までの時間が所定計測時間よりも短い場合、上述した汚れに起因する反射光であり、受光パルスが上閾値を超えるほど強度が強い場合、汚れの付着量も多くなっていると推測できる。従って、このような受光パルスの数が第1の所定数を超えた時、上述した汚れが付着したと判定できる、というものである。
さらに、この特許文献3には、つぎのような技術も開示されている。すなわち、受光強度に対応する時間幅と補正時間とは所定の対応関係を有する。具体的には、受光強度に対応する時間幅が大きくなるにしたがって補正時間も単調増加する傾向を有している。したがって、その対応関係を予め実験等により求めておくことにより、受光強度に対応する時間幅から補正時間を求めて補正することができる。受光信号が、最大電圧に達する時刻が算出されると、レーザダイオードの発光時刻から最大電圧に達する時刻までの時間差に基づいて反射物体までの距離を測定する。
Further,
これにより、反射波の受光強度の違いによる測定誤差は補正時間によって補正され、同一の時刻までの時間差として物体までの距離が測定される。なお、受光強度に対応する時間幅と補正時間との関係はマップ(以下、「補正テーブル」ともいう)としてROM等に記憶しておく、というものである。 Thereby, the measurement error due to the difference in the received light intensity of the reflected wave is corrected by the correction time, and the distance to the object is measured as the time difference up to the same time. The relationship between the time width corresponding to the received light intensity and the correction time is stored in a ROM or the like as a map (hereinafter also referred to as “correction table”).
また、下記特許文献4には、近距離に存在する反射光量の大きな物体の像が横に広がって認識されるため、遠距離に存在する物体が陰に隠れて認識できなくなる問題を解決する技術が開示されている。具体的には、遅延時間計測部において、発光信号から受光信号までの遅延時間を計測する。また、距離演算部においては、遅延時間に基づいて対象物までの距離を演算する。受光レベル検出部は受光レベル指定切替部によって指定されている受光レベルの信号を抽出して遅延時間計測部へ送る。そうすると、受光レベル指定切替部によって指定される受光信号の受光レベルは一定周期で切替わるので、一定周期毎に異なる受光信号が遅延時間計測用の信号として抽出される、というものである。 Further, in Patent Document 4 below, since an image of an object with a large amount of reflected light that exists at a short distance spreads and is recognized laterally, a technique that solves the problem that an object that exists at a long distance is hidden behind and cannot be recognized. Is disclosed. Specifically, the delay time measurement unit measures the delay time from the light emission signal to the light reception signal. The distance calculation unit calculates the distance to the object based on the delay time. The light reception level detection unit extracts a signal of the light reception level designated by the light reception level designation switching unit and sends it to the delay time measurement unit. Then, since the light reception level of the light reception signal designated by the light reception level designation switching unit is switched at a constant cycle, a different light reception signal is extracted as a signal for delay time measurement at every constant cycle.
しかしながら、特許文献1〜4に記載された技術において、測距精度を高める観点から、さらなる改善余地が残されているという課題があった。本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、計測対象に向けて送信した送信信号と、計測対象で反射されて戻ってくる受信信号との時間差を計測する際に、最も確からしい本来時間を表す受信信号を選択することによって測定誤差をなくすようにしたレーザ測距装置を提供することを目的とする。
However, in the techniques described in
前記目的を達成するために、第1の発明に係るレーザ測距装置は、下記第1の手段を採用する。計測対象へ向けてレーザ光を送信する送信部と、前記計測対象で反射されて戻ってきた受信信号を受信する受信部と、前記受信部の出力端に接続された時間計測部および強度計測部と、前記受信信号の波高に依存しないタイミング情報を抽出可能なコンスタントフラクションディスクリミネータと、を備え、計測対象へ向けてレーザ光を送信し、前記計測対象で反射されて戻ってきた受信信号を受信し、前記レーザ光を送信した送信信号と前記受信信号との時間差から光速との関係式により計測対象までの距離を換算するレーザ測距装置において、強度計測部の計測した受信信号の強度に基づいて、時間計測部が計測した複数の計測結果の中から最も確からしい時間を取捨選択する距離判定部を採用した。 In order to achieve the object, the laser distance measuring apparatus according to the first invention employs the following first means. A transmitter that transmits laser light toward a measurement target, a receiver that receives a reception signal reflected back from the measurement target, and a time measurement unit and an intensity measurement unit connected to the output terminal of the reception unit And a constant fraction discriminator capable of extracting timing information independent of the wave height of the received signal, transmitting a laser beam toward the measurement target, and returning the received signal reflected by the measurement target In the laser distance measuring apparatus that converts the distance from the time difference between the transmission signal that has received and transmitted the laser beam and the received signal to the measurement target by the relational expression of the speed of light, the intensity of the received signal measured by the intensity measurement unit Based on this, a distance determination unit that selects the most probable time among a plurality of measurement results measured by the time measurement unit is employed.
第1の発明に係るレーザ測距装置によれば、送信部から計測対象へ向けてレーザ光を送信し、計測対象で反射されて戻ってきた受信信号を受信部で受信する。この受信部の出力を分岐して時間計測部および強度計測部へ入力する。
レーザ測距装置における受信信号を単一固定的な単純閾値またはゲート信号等によってノイズ成分と本来の受信信号との選別を行なうと、受信信号の波高の変動に伴う時間計測誤差(ジッター)、その他、距離の遠近に伴う測定ミスが発生する。
According to the laser range finder according to the first aspect of the invention, the laser beam is transmitted from the transmission unit to the measurement target, and the reception signal reflected and returned from the measurement target is received by the reception unit. The output of the receiving unit is branched and input to the time measuring unit and the intensity measuring unit.
When the received signal in the laser distance measuring device is selected from the noise component and the original received signal by a single fixed simple threshold or gate signal, time measurement error (jitter) due to fluctuation of the received signal's wave height, etc. A measurement error occurs due to the distance.
このように時間計測部が出力する計測時間に含まれる時間計測誤差を抑制するため、コンスタントフラクションディスクリミネータ(CFD)は常時作動している。しかし、CFDでの抑制限度を超える時間計測誤差が発生した時は、距離判定部が作動して高精度の時間情報を取捨選択する。すなわち、強度計測部の計測した受信信号の強度に基づいて、時間計測部が計測した複数の計測結果の中から最も確からしい時間を取捨選択する。そうすることにより、最も確からしい本来時間を表す受信信号を選択することによって測定誤差をなくすようにしたレーザ測距装置を提供することができる。 As described above, the constant fraction discriminator (CFD) is always operated in order to suppress the time measurement error included in the measurement time output by the time measurement unit. However, when a time measurement error exceeding the suppression limit in the CFD occurs, the distance determination unit operates to select highly accurate time information. That is, based on the intensity of the received signal measured by the intensity measuring unit, the most probable time is selected from a plurality of measurement results measured by the time measuring unit. By doing so, it is possible to provide a laser distance measuring device that eliminates measurement errors by selecting a reception signal that represents the most likely original time.
また、第2の発明に係るレーザ測距装置は、前記第1の手段に加えて、前記距離判定部は受信信号の中から強度が最大であることを、最も確からしい時間を選択する条件とする第2の手段を採用する。このように、強度が最大であることは、理論的にも経験からも、最も確からしい本来の受信信号である可能性が高いので、閾値や論理演算によって、該当する信号を取捨選択して用いることにより、高精度の測定結果を得ることが可能である。 Further, in the laser distance measuring device according to the second invention, in addition to the first means, the distance determining unit has a condition for selecting the most probable time that the intensity is maximum from the received signal. The second means is employed. In this way, the fact that the intensity is maximum is highly likely to be the most likely original received signal theoretically and from experience. Therefore, the corresponding signal is selected and used by a threshold value or logical operation. Thus, it is possible to obtain a highly accurate measurement result.
また、第3の発明に係るレーザ測距装置は、前記第1の手段に加えて、下記第3の手段を採用する。すなわち、前記距離判定部には前記強度計測部の計測した強度に対する最も確からしい時間または距離を取捨選択する距離判定基準を予め定めて参照自在に記憶した距離−強度テーブルと、前記距離−強度テーブルを参照してメンバシップ値が最大値であることを、最も確からしい時間を選択する条件とする第3の手段を採用する。このメンバシップ値が最大であることは、経験則の裏付けに基づいて最も確からしい本来の受信信号である可能性が高いので、該当する信号を取捨選択して用いることにより、高精度の測定結果を得ることが可能である。 In addition to the first means, the laser distance measuring apparatus according to the third invention employs the following third means. That is, a distance-intensity table in which distance determination criteria for selecting the most probable time or distance with respect to the intensity measured by the intensity measurement unit is stored in the distance determination unit and stored in a freely accessible manner, and the distance-intensity table. The third means is adopted in which the membership value is the maximum value as a condition for selecting the most probable time. The fact that this membership value is the maximum is likely to be the most likely original received signal based on the rule of thumb. Therefore, by selecting and using the corresponding signal, a highly accurate measurement result can be obtained. It is possible to obtain
また、第4の発明に係るレーザ測距方法は、下記第4の手段を採用する。
すなわち、計測対象へ向けてレーザ光を送信し、前記計測対象で反射されて戻ってきた受信信号を受信し、前記レーザ光を送信した送信信号と前記受信信号との時間差から光速との関係式により計測対象までの距離を換算するレーザ測距方法において、前記時間差を計測した複数の結果から信号強度が最大値であった信号の示す時間情報を用いて計測対象までの距離を換算する。
The laser ranging method according to the fourth invention employs the following fourth means.
That is, a laser beam is transmitted toward a measurement target, a reception signal reflected and returned from the measurement target is received, and a relational expression of the speed of light from a time difference between the transmission signal that transmits the laser beam and the reception signal In the laser distance measuring method for converting the distance to the measurement object, the distance to the measurement object is converted using the time information indicated by the signal having the maximum signal intensity from the plurality of results obtained by measuring the time difference.
第4の発明に係るレーザ測距方法によれば、第2の発明に係るレーザ測距装置と同様の作用効果を奏する。 According to the laser distance measuring method according to the fourth aspect of the invention, the same effects as those of the laser distance measuring apparatus according to the second aspect of the invention can be achieved.
また、第5の発明に係るレーザ測距方法は、下記第5の手段を採用する。
すなわち、計測対象へ向けてレーザ光を送信し、前記計測対象で反射されて戻ってきた受信信号を受信し、前記レーザ光を送信した送信信号と前記受信信号との時間差から光速との関係式により計測対象までの距離を換算するレーザ測距方法において、計測された強度に対する最も確からしい時間または距離を取捨選択する距離判定基準を予め定めて参照自在に記憶した距離−強度テーブルを参照し、前記時間差を計測した複数の結果から最も確からしい度合いを示すメンバシップ値に基づいて最も確からしいと判断された時間情報を用いて計測対象までの距離を換算する。
The laser ranging method according to the fifth invention employs the following fifth means.
That is, a laser beam is transmitted toward a measurement target, a reception signal reflected and returned from the measurement target is received, and a relational expression of the speed of light from a time difference between the transmission signal that transmits the laser beam and the reception signal In the laser distance measuring method for converting the distance to the measurement object by referring to the distance-intensity table in which the distance determination standard for selecting the most probable time or distance for the measured intensity is selected and stored in a freely accessible manner, The distance to the measurement target is converted using the time information determined to be the most probable based on the membership value indicating the most probable degree from the plurality of results obtained by measuring the time difference.
第5の発明に係るレーザ測距方法によれば、第3の発明に係るレーザ測距装置と同様の作用効果を奏する。 According to the laser distance measuring method according to the fifth aspect of the invention, the same effects as the laser distance measuring apparatus according to the third aspect of the invention can be achieved.
本発明によれば、測定精度を向上したレーザ測距装置およびレーザ測距方法を提供することが可能である。特に、計測対象に向けて送信した送信信号と、計測対象で反射されて戻ってくる受信信号との時間差を計測する際に、最も確からしい本来の信号を選択することによって、より正確な時間情報が得られるので、測定誤差をなくすことが可能である。 According to the present invention, it is possible to provide a laser distance measuring device and a laser distance measuring method with improved measurement accuracy. In particular, when measuring the time difference between the transmitted signal transmitted to the measurement target and the received signal reflected back from the measurement target, more accurate time information is selected by selecting the most probable original signal. Therefore, measurement error can be eliminated.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態(以下、「本実施形態」という)について、構成と動作を適宜織り交ぜて説明する。なお、各図において、同一機能には同一符号を付して説明を省略する。 Hereinafter, with reference to the drawings, an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described by appropriately interweaving the configuration and operation. In each figure, the same function is denoted by the same reference numeral, and description thereof is omitted.
図1は、本実施形態に係るレーザ測距装置Eの概略構成を示すブロック図である。図1に示すように、レーザ測距装置Eは計測対象12へ向けてレーザ光を送信する送信部1と、計測対象12で反射されて戻ってきた受信信号20を受信する受信部2、送受信経路に介在するスキャナ3、受信部2の出力を分岐して入力する信号処理部4、時間計測部30および制御部5を含んで構成されている。なお、図6に沿って後述する強度計測部40が時間計測部30に並列するように配設されている。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a laser distance measuring device E according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the laser distance measuring device E includes a
図1に示すように、レーザ測距装置Eは送信部1から計測対象12へレーザ光による送信信号10を送信し、計測対象12で反射されて戻ってきた受信信号20を受信する際、所定の測定エリアを走査するためのポリゴンミラー等でなるスキャナ3を介在させる。すなわち、送信部1から送信された送信信号10は、まずスキャナ3に投射され、適宜方向に走査するように反射されて計測対象12へ投射される。
As shown in FIG. 1, the laser distance measuring device E transmits a
計測対象12で反射されて戻ってきた受信信号20もスキャナ3に投射され適切に反射されて受信部2へ向かう。受信部2で受信された受信信号20は信号処理部4→時間計測部30→制御部5へと送られる。制御部5は時間計測部30から得られた計測時間△t1またはそれをより確からしい本来の受信信号21のみに選別(図2,図3)された計測時間△t3(図6)を用いてスキャナ3を制御する。
The
図2は本実施形態に係るレーザ測距装置Eにおいて、ゲート信号6に基づいて近距離のデータを無効にする方法を示すタイミングチャートであり、(a)送信パルス10p、(b)受信信号20、(c)ゲート信号6、(d)受信パルス21p、である。図2に示すように、レーザ測距装置Eにおいて、ゲート信号6に基づいて近距離のデータであるショットノイズ22および迷光23を無効にすることが可能である。
FIG. 2 is a timing chart showing a method of invalidating short-distance data based on the
すなわち、送信部1が出力した送信パルス10pから所定時間だけ遅れて生成されるゲート信号6が立ち上がるまでの期間、受信部2が入力した近距離のデータに対しては、ショットノイズ22および迷光23であるものと見なして一律に無効化する。そうすると、受信信号20のなかから本来の信号(以下、「受信信号」ともいう)21のみを抽出するので、本来の信号21に基づいて正確な受信パルス21pを得ることが可能となる。
That is, shot noise 22 and stray light 23 are applied to short-distance data input by the
図3は本実施形態に係るレーザ測距装置Eにおいて、閾値7に基づいてノイズ成分を除去する方法を示すタイミングチャートであり、(a)送信パルス10p、(b)閾値7、(c)受信信号20、(d)受信パルス21p、である。図3に示すように、レーザ測距装置Eにおいて、閾値7に基づいて近距離のデータであるショットノイズ22および迷光23によるノイズ成分を除去することが可能である。
FIG. 3 is a timing chart showing a method of removing a noise component based on the threshold value 7 in the laser distance measuring device E according to the present embodiment. (A) Transmission pulse 10p, (b) Threshold value 7, (c)
すなわち、受信信号20を閾値7で選別し、閾値7以下ならばノイズ成分であり、閾値7以上ならば本来の信号21と見なすことによって、受信信号20のなかから本来の信号21のみを抽出するので、この本来の信号21に基づいて正確な受信パルス21pを得ることが可能となる。
That is, the received
図4は本実施形態に係るレーザ測距装置Eにおいて、ゲート信号6を用いると近距離から戻る本来の信号21xを検出できない場合を示すタイミングチャートであり、(a)送信パルス10p、(b)受信信号20、(c)ゲート信号6、(d)受信パルス21p、である。図4に示すように、レーザ測距装置Eにおいて、送信パルス10pからゲート信号6が立ち上がるまでの期間、すなわち、受信部2が入力した近距離のデータに対しては、ショットノイズ22、または迷光23か、あるいは本来の信号21xであるか否かの別に拘わりなく、ノイズと見なして一律に無効化する。このとき、本来の信号21xが近距離のデータに含まれていれば、当然に無効化されてしまうので、近距離から戻る本来の信号21xを検出することはできない。
FIG. 4 is a timing chart showing a case where the original signal 21x returning from a short distance cannot be detected when the
図5は本実施形態に係るレーザ測距装置Eにおいて、閾値7を上げると遠距離から戻る本来の信号21yを検出できない場合を示すタイミングチャートであり、(a)送信パルス10p、(b)閾値7、(c)受信信号20、(d)受信パルス21p、である。図5に示すように、閾値7以下ならばノイズ成分であり、閾値7以上ならば本来の信号21とみなす選別方法によれば、遠距離のデータに対しては、ショットノイズ22、または迷光23か、あるいは本来の信号21yであるか否かの別に拘わりなく、閾値7以下ならばノイズと見なして一律に無効化されてしまう。このとき、本来の信号21xが遠距離のデータと同ように低いレベルであれば、当然に無効化されてしまうので、遠距離から戻る本来の信号21yを検出することはできない。
FIG. 5 is a timing chart showing a case where the original signal 21y returning from a long distance cannot be detected when the threshold value 7 is increased in the laser distance measuring device E according to the present embodiment. (A) Transmission pulse 10p, (b) Threshold value 7, (c) received
図6は本実施形態に係るレーザ測距装置Eにおいて、より確からしい時間を選択する方法の説明図であり、(a)強度が最も大きいものを選択する方法、(b)距離−強度マップから最も確からしいものを選択する方法である。図6に示すように、レーザ測距装置Eは、受信部2で受信した受信信号20を分岐して入力する時間計測部30および強度計測部40、を含んで構成され、時間計測部30の後段には距離判定部25、強度計測部40の後段には距離判定部26がそれぞれ接続されている。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a method for selecting a more probable time in the laser distance measuring device E according to the present embodiment. (A) A method for selecting the highest intensity, (b) From a distance-intensity map It is a way to select the most probable one. As shown in FIG. 6, the laser distance measuring device E includes a
より詳しくは、受信部2で受信された受信信号20が細かく分岐し、第1の時間計測部31、第Nの時間計測部3N、第1の強度計測部41、第Nの強度計測部4N、へ入力して計測され、それぞれの計測結果として、△t1,P1,△tn,Pn,を出力する。ここで、第1の強度計測部41〜第Nの強度計測部4NまでのN値と、第1の時間計測部31〜第Nの時間計測部3NまでのN値は連動してカウントアップしながら、1〜Nへと順次計測部が移行する(図9,図10(a)参照)。
More specifically, the received
つぎに、図6(a)と図6(b)に示す2種類に分けて、距離判定の方法を説明する。
一方の図6(a)に示す距離判定部25においては、強度が最も大きいものを選択して出力する。詳しくは、図9に沿って後述するように、第1の強度計測部41〜第Nの強度計測部4NまでのN値を、1〜Nへとカウントアップしながら、各計測部の計測値(以下、「パルス幅」または「信号強度」ともいう)P1,P2,P1,P3,……Pnを順次大小値で比較し続けて、例えば、P1>P2,P1<P3,……Pn<P3,であれば、△t3を選択して出力する。
Next, the distance determination method will be described by dividing it into two types shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b).
On the other hand, the
他方の図6(b)に示す距離判定部26においては、距離−強度マップから最も確からしいものを選択して出力する。すなわち、距離判定部26には、距離と信号強度の関係を経験則から集大成して読み出し自在にしたバックデータである「距離−強度マップ(以下「補正テーブル」ともいう)」をROM等に記憶している。この「距離−強度マップ」は、図10に添って後述する要領で、「メンバシップ値」の概念により、最も確からしい計測時間を出力することが可能となる。
On the other hand, the
図7は本実施形態に係るレーザ測距装置Eにおける時間計測部30を示すブロック図である。図7に示すように、時間計測部30は、コンスタントフラクションディスクリミネータ(以下、「CFD」と略す)およびコンパレータ50を経由した時間情報を各部に分配入力して論理演算することにより計測時間△t1,△t2,△t3,……△tn,を出力する構成である。また、論理演算の都合によりAND回路61,62を適宜箇所に介挿している。なお、遅延信号と減衰信号の交点の時間的位置はそれぞれの信号強度に依存することなく常に一定であることを利用したCFDの動作原理に関しては、周知につき説明を省略する。
FIG. 7 is a block diagram showing the
また、時間計測部30は、図6にも示したように第1の時間計測部31、第2の時間計測部32、第3の時間計測部33〜第Nの時間計測部3Nの集合体である。各時間計測部は受信信号20と閾値7を用い、CFDおよびコンパレータ50経由で信号処理した時間情報を入力するD型フリップフロップ71〜73と、そのQ端子から出力される時間情報を入力して計測時間△t1,△t2,△t3,……△tn,を出力するカウンタ81〜83により構成されている。
Further, as shown in FIG. 6, the
図7に示すように、送信信号10はカウンタ81のみへ入力されて、時間計測の基準時刻として用いられる。一方、受信信号20はCFDとコンパレータ50へそれぞれ入力され、前記基準時刻から経過した時間を計測するために用いられる。閾値7は受信信号20と共にコンパレータ50へ入力され、閾値7を超える受信信号20を本来の信号21と見なして(図3)、D型フリップフロップ71のR端子へ入力する。
As shown in FIG. 7, the
このD型フリップフロップ71のQ端子の出力と、前記本来の信号21をAND回路61,62へ入力して、そのAND出力をD型フリップフロップ72,73のR端子へ入力する。図7からは省略されているが、第Nの時間計測部3N(図6)があれば、D型フリップフロップ7N(図示せず)のR端子へも前記AND出力を入力する。
The output of the Q terminal of the D flip-
また、D型フリップフロップ71〜73の各CLK端子にはCFDの出力信号を入力する。CFDの出力信号は信号強度に依存せず信頼性の高い時間情報であることが期待できる。一方、コンパレータ50の出力端子から得られた(本来の信号)受信信号21を各D型フリップフロップのR端子へ入力し、受信信号21の波高に依存しないタイミング情報を各D型フリップフロップのQ端子から抽出する。
The CFD output signal is input to each CLK terminal of the D-type flip-
そして、D型フリップフロップ71〜73のQ端子がカウンタ81〜83に接続され、そのカウンタ81〜83がレーザ測距装置Eの送信部1から出力される送信信号10の投光タイミングでリセットされた後の時間に関し、複数のタイミングでなる信号の時間△t1,△t2,△t3,……△tn,を計測して保持する。このように、時間計測部30は複数の計測結果を取捨選択することによって、高精度の時間計測カウンタとして機能する。ただし、個々の時間計測用のカウンタ81〜83に関しては、既にワンチップ化されたものが実用化されているので、さらなる詳細な説明は省略する。
The Q terminals of the D-type flip-
このように時間計測部30が出力する計測時間△t1に含まれる時間計測誤差を抑制するため、CFDは常時作動している。しかし、CFDでの一般的な抑制限度を超える時間計測誤差に対しては、図6(a)に示す距離判定部25を作動して最も確からしい計測時間を出力する。あるいは、図6(b)に示す距離判定部26を作動して補正する。距離判定部26が作動する際には、図示せぬCPUがROMから読み出した距離−強度マップを参照して補正する。
In this way, the CFD is always operating in order to suppress the time measurement error included in the measurement time Δt 1 output by the
図8は本実施形態に係るレーザ測距装置Eにおける強度計測部(以下、「パルス幅計測部」ともいう)40を示すブロック図である。図8に示すように、強度計測部40は図6に示したように第1の強度計測部41、第2の強度計測部42、第3の強度計測部43〜第Nの強度計測部4Nの集合体である。各強度計測部は、送信信号10のほか、受信信号20と閾値7をコンパレータ51〜54で比較してCLK端子へ入力するD型フリップフロップ74〜77と、それらD型フリップフロップ74〜77のQ端子またはD端子から出力されるパルス幅(信号強度)P1,P2,……Pn,の信号を出力するカウンタ84,85により構成されている。
FIG. 8 is a block diagram showing an intensity measurement unit (hereinafter also referred to as “pulse width measurement unit”) 40 in the laser distance measuring device E according to the present embodiment. As shown in FIG. 8, the
図8に示すように、送信信号10はD型フリップフロップ74のみのR端子へ入力されて、時間計測の基準時刻として用いられる。一方、閾値7は受信信号20と共にはコンパレータ51〜54へそれぞれ入力され、前記基準時刻から経過した時間を計測するために用いられる。すなわち、閾値7を超える受信信号20を本来の信号21と見なして(図3)、D型フリップフロップ74〜77それぞれのR端子へ入力する。
As shown in FIG. 8, the
これらのうち、D型フリップフロップ74,76のQ端子の出力は、カウンタ84,85に接続され、そのカウンタがレーザ測距装置Eの送信部1から出力される送信信号10の投光タイミングでリセットされて以後の時間を計測することにより、強度計測部40はパルス幅を認識して信号強度を計測する。すなわち、裾野が広いほど山が高い原理によって、パルス幅の広い信号ほど信号強度が大きいことを利用している。このようにして得られた信号強度の情報を用いて、図6に示したように距離判定部25,26から高精度の出力を得ることが可能となる。
Among these, the outputs of the Q terminals of the D-type flip-
図9は本実施形態に係るレーザ測距装置Eにおいて、最大信号に基づいて遠距離と近距離の計測を両立させる方法を示すフローチャートである。時間計測終了(ステップS1)してからの処理段階を以下に説明する。[P=P1,△t=△t1]に示すように、最も信号強度が大きい時間を照合する信号強度照合(ステップS2)を実行する。ついで、[ifN=1]に示すように、第1の強度計測部41〜第Nの強度計測部4NまでのN値および第1の時間計測部31〜第Nの時間計測部3NまでのN値が単一であるか否か?のN値単複確認(ステップS3)を実行する。
FIG. 9 is a flowchart showing a method for achieving both long distance and short distance measurement based on the maximum signal in the laser distance measuring device E according to the present embodiment. The processing stage after the end of time measurement (step S1) will be described below. As shown in [P = P 1 , Δt = Δt 1 ], signal strength verification (step S2) is performed to verify the time with the highest signal strength. Next, as shown in [ifN = 1], the N value from the first
N値単複確認(ステップS3)がNoであり、N値がN=1でなければ、[if(P1>P)]に示すように、P値の大小を比較するP値大小比較(ステップS4)を実行する。ついで、[△t=△t1]に示すように、比較した結果が大きい方のN値によって1対1に対応する第Nの時間計測部による時間計測値△nを、より確からしいと判断する最大信号強度によって△t=△t1と選択する最大強度選択(ステップS5)を実行する。これら[P値大小比較(ステップS4)〜最大強度選択(ステップS5)]は、[for(i=1,N)]に示すように第1〜第Nまでを順繰りに実行する。 When the N value single confirmation (step S3) is No and the N value is not N = 1, as shown in [if (P 1 > P)], a P value size comparison (step S4) is executed. Then, [△ t = △ t 1 ] as shown in the time measurement value △ n by the time measuring unit of the N corresponding one-to-one by the N value of the larger results of the comparison, determines that more probable The maximum intensity selection (step S5) for selecting Δt = Δt 1 according to the maximum signal intensity to be executed is executed. These [P value magnitude comparison (step S4) to maximum intensity selection (step S5)] are sequentially executed from the first to the Nth as shown in [for (i = 1, N)].
最大強度選択(ステップS5)によって、最も確からしいと判断された時間情報を出力する時間出力(ステップS6)に到る。ついで、計測された時間差△tから計測対象12までの距離を算出する距離換算ステップ(図示せず)を実行する。このようにして、最も信号強度が大きい時間を選択することで遠距離計測と近距離計測の両立が可能になる。
一方、N値単複確認(ステップS3)がYesであり、N値がN=1であれば、時間計測部30は単一の計測結果を迷わず採用することによって、前記した時間出力(ステップS6)に到る。
By the maximum intensity selection (step S5), the time output (step S6) for outputting the time information determined to be the most probable is reached. Next, a distance conversion step (not shown) for calculating the distance from the measured time difference Δt to the
On the other hand, if the N value single confirmation (step S3) is Yes and the N value is N = 1, the
図10は本実施形態に係るレーザ測距装置において、(a)メンバシップ値に基づいて遠距離と近距離の計測を両立させる方法を示すフローチャート、(b)はメンバシップ値の例を示す図である。図10(a)に沿って、時間計測終了(ステップS1)してからの処理段階を以下に説明する。[△t=△t1,F=F1]に示すように、最も確からしい度合いを示すメンバシップ値Fを照合するメンバシップ値照合(ステップS12)を実行する。なお、図10(b)に示すメンバシップ値の例からわかるように、強度は時間(Δt)に反比例する関係である。この時間と高度に依存するメンバシップ関数は、0から1までの数字で割り振られたメンバシップ値を表わす。 FIG. 10 is a flowchart showing a method for achieving both long distance and short distance measurement based on the membership value in the laser distance measuring apparatus according to the present embodiment, and FIG. 10B is a diagram showing an example of the membership value. It is. The processing steps after the end of time measurement (step S1) will be described below with reference to FIG. As shown in [Δt = Δt 1 , F = F 1 ], membership value verification (step S12) is performed to verify the membership value F indicating the most probable degree. As can be seen from the example of membership values shown in FIG. 10B, the strength is inversely proportional to time (Δt). This time and altitude membership function represents a membership value assigned by a number from 0 to 1.
ついで、[if(F1>F)]に示すように、F値の大小を比較するF値大小比較(ステップS13)を実行する。ついで、[△t=△t1]に示すように、比較した結果が大きい方のN値によって1対1に対応する第Nの時間計測部による時間計測値△nを、より確からしいと判断する最大信号強度によって△t=△t1と選択する最大F値選択(ステップS14)を実行する。これら[F値大小比較(ステップS13)〜最大F値選択(ステップS14)]は、[for(i=1,N)]に示すように第1〜第Nまでを順繰りに実行する。 Next, as shown in [if (F 1 > F)], an F value magnitude comparison (step S13) for comparing the magnitudes of the F values is executed. Then, [△ t = △ t 1 ] as shown in the time measurement value △ n by the time measuring unit of the N corresponding one-to-one by the N value of the larger results of the comparison, determines that more probable The maximum F value selection (step S14) is selected as Δt = Δt 1 depending on the maximum signal strength to be performed. These [F value magnitude comparison (step S13) to maximum F value selection (step S14)] are sequentially executed from the first to the Nth as shown in [for (i = 1, N)].
最大強度選択(ステップS14)によって、最も確からしいと判断された時間情報を出力する時間出力(ステップS15)に到る。ついで、計測された時間差△tから計測対象12までの距離を算出する距離換算ステップ(図示せず)を実行する。このようにして、最も信号強度が大きい時間を選択することで遠距離計測と近距離計測の両立が可能になる。
By the maximum intensity selection (step S14), the time output (step S15) for outputting the time information determined to be the most probable is reached. Next, a distance conversion step (not shown) for calculating the distance from the measured time difference Δt to the
なお、上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。例えば、本発明にいう「補正テーブル」または「距離−強度マップ」の呼称にかかわりなく、図6(b)距離判定部26に示したように、距離に対応する信号強度との関係を、実験等により予め定めてROM等に記憶したものであれば、何れを用いても構わない。さらに、その記憶媒体もROMに限定することなく自由である。 The various shapes and combinations of the constituent members shown in the above-described embodiments are merely examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention. For example, regardless of the designation of “correction table” or “distance-intensity map” according to the present invention, as shown in FIG. Any of them may be used as long as they are predetermined and stored in a ROM or the like. Further, the storage medium is not limited to the ROM and is free.
要するに、CFDでの抑制限度を超える時間計測誤差を含んだ受信信号20から本来の信号21x,21yを取捨選択する距離判定部25,26を備えて測距精度を高めるようにしたレーザ測距装置Eに関する技術はすべて本発明に含まれる。
In short, the laser distance measuring device is provided with
上記実施形態では、レーザ光を用いたレーザレーダセンサを採用したが、電磁波や光(ミリ波、X線等)や超音波を用いるものであってもよい。 In the above embodiment, a laser radar sensor using laser light is employed, but electromagnetic waves, light (millimeter waves, X-rays, etc.) and ultrasonic waves may be used.
1…送信部、 2…受信部、 3…スキャナ、 4…信号処理部、 5…制御部、
6…ゲート信号、 7…閾値、 10…送信信号、 10p…送信パルス、
12…計測対象、 20…受信信号、 21…(本来の)信号、
22…ショットノイズ、 23…迷光、 21p…受信パルス、
21x…(近距離から戻る)本来の信号(受信信号)、
21y…(遠距離から戻る)本来の信号(受信信号)、
30…時間計測部、 31…第1の時間計測部、 3N…第Nの時間計測部、
40…強度計測部、 41…第1の強度計測部、 4N…第Nの強度計測部、
50〜54…コンパレータ、 61,62…AND回路、
71〜77…D型フリップフロップ、 81〜84…カウンタ、
CFD…コンスタントフラクションディスクリミネータ、
E…レーザ測距装置、 △t1,△t2,△t3,〜△tn…計測時間、
P1,P2,P1,P3,〜Pn…計測値、(パルス幅、信号強度)
DESCRIPTION OF
6 ... Gate signal 7 ...
12 ... measurement object, 20 ... received signal, 21 ... (original) signal,
22 ... shot noise, 23 ... stray light, 21p ... received pulse,
21x ... (return from a short distance) original signal (received signal),
21y ... (return from a long distance) original signal (received signal),
30 ... Time measuring unit, 31 ... First time measuring unit, 3N ... Nth time measuring unit,
40: Strength measuring unit, 41: First strength measuring unit, 4N: Nth strength measuring unit,
50 to 54: comparator, 61, 62: AND circuit,
71-77 ... D-type flip-flop, 81-84 ... counter,
CFD: Constant fraction discriminator,
E: Laser distance measuring device, Δt 1 , Δt 2 , Δt 3 , .about.Δt n ... measurement time,
P 1 , P 2 , P 1 , P 3 ,..., P n ..., Measured value (pulse width, signal intensity)
Claims (5)
前記計測対象で反射されて戻ってきた受信信号を受信する受信部と、
前記受信部の出力端に接続された時間計測部および強度計測部と、
前記受信信号の波高に依存しないタイミング情報を抽出可能なコンスタントフラクションディスクリミネータと、を備え、
計測対象へ向けてレーザ光を送信し、前記計測対象で反射されて戻ってきた受信信号を受信し、前記レーザ光を送信した送信信号と前記受信信号との時間差から光速との関係式により計測対象までの距離を換算するレーザ測距装置において、
強度計測部の計測した受信信号の強度に基づいて、時間計測部が計測した複数の計測結果の中から最も確からしい時間を取捨選択する距離判定部を備えたことを特徴とするレーザ測距装置。 A transmitter for transmitting laser light toward the measurement target;
A receiving unit for receiving a reception signal reflected back from the measurement object;
A time measuring unit and an intensity measuring unit connected to the output end of the receiving unit;
A constant fraction discriminator capable of extracting timing information independent of the wave height of the received signal,
A laser beam is transmitted toward the measurement object, a reception signal reflected and returned from the measurement object is received, and a measurement is performed according to a relational expression of the speed of light from a time difference between the transmission signal that transmits the laser beam and the reception signal. In the laser distance measuring device that converts the distance to the target,
A laser distance measuring device comprising a distance determining unit that selects the most probable time from a plurality of measurement results measured by the time measuring unit based on the intensity of the received signal measured by the intensity measuring unit. .
前記距離−強度テーブルを参照してメンバシップ値が最大値であることを、最も確からしい時間を選択する条件とすることを特徴とする請求項1に記載のレーザ測距装置。 A distance-intensity table in which a distance determination standard for selecting the most probable time or distance for the intensity measured by the intensity measurement unit is stored in the distance determination unit in a freely-referenced manner,
2. The laser distance measuring apparatus according to claim 1, wherein a membership value is a maximum value with reference to the distance-intensity table as a condition for selecting a most probable time.
前記計測対象で反射されて戻ってきた受信信号を受信し、
前記レーザ光を送信した送信信号と前記受信信号との時間差から光速との関係式により計測対象までの距離を換算するレーザ測距方法において、
前記時間差を計測した複数の結果から信号強度が最大値であった信号の示す時間情報を用いて計測対象までの距離を換算することを特徴とするレーザ測距方法。 Send laser light to the measurement object,
Receive the received signal reflected back from the measurement object,
In the laser distance measuring method for converting the distance to the measurement object by the relational expression of the speed of light from the time difference between the transmission signal and the reception signal that transmitted the laser light,
A laser ranging method, wherein a distance to a measurement target is converted using time information indicated by a signal having a maximum signal intensity from a plurality of results obtained by measuring the time difference.
前記計測対象で反射されて戻ってきた受信信号を受信し、
前記レーザ光を送信した送信信号と前記受信信号との時間差から光速との関係式により計測対象までの距離を換算するレーザ測距方法において、
計測された強度に対する最も確からしい時間または距離を取捨選択する距離判定基準を予め定めて参照自在に記憶した距離−強度テーブルを参照し、
前記時間差を計測した複数の結果から最も確からしい度合いを示すメンバシップ値に基づいて最も確からしいと判断された時間情報を用いて計測対象までの距離を換算することを特徴とする記載のレーザ測距方法。 Send laser light to the measurement object,
Receive the received signal reflected back from the measurement object,
In the laser distance measuring method for converting the distance to the measurement object by the relational expression of the speed of light from the time difference between the transmission signal and the reception signal that transmitted the laser light,
Refer to a distance-intensity table that predetermines a distance criterion for selecting the most probable time or distance for the measured intensity and stores it for reference.
The laser measurement according to claim 1, wherein the distance to the measurement target is converted using time information determined to be most probable based on a membership value indicating the most probable degree from a plurality of results obtained by measuring the time difference. Distance method.
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