JP2781387B2 - 測距装置 - Google Patents

測距装置

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JP2781387B2
JP2781387B2 JP63023622A JP2362288A JP2781387B2 JP 2781387 B2 JP2781387 B2 JP 2781387B2 JP 63023622 A JP63023622 A JP 63023622A JP 2362288 A JP2362288 A JP 2362288A JP 2781387 B2 JP2781387 B2 JP 2781387B2
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、距離の測定および物体の有無の検出などの
ために実施することのできるパルス式測距装置に関す
る。
従来の技術 第4図はレーザ光を利用した従来の測距装置のブロツ
ク図で、この従来の測距装置の動作を第5図の信号波形
図を参照しつつ説明する。
送信手段6から発射されたレーザ光は被検出物体で反
射し、受信手段7で受光される。演算手段8は、前記レ
ーザ光の発射時と受光時との時間差Tを検出し、被検出
物体との距離を演算する。測距装置と被検出物体との距
離がRで、測距装置における電気回路等の遅れが生じな
いとすると、距離Rは第1式から求められる。ただし、
Cは光の速度である。
パルス駆動回路61において、生成した単一パルスは、
ラインl11を介してフリツプフロツプ81をセツトすると
ともに、半導体レーザ62を励起し、レーザ光を出力させ
る。
第5図(1)に前記単一パルスを示す。前記レーザ光
は凸レンズ63で集光され、第5図(2)で示されるよう
な波形で被検出物体に対して照射される。被検出物体で
反射した前記レーザ光はフレネルレンズ71で集光され、
ホトダイオード72で光電変換される。ホトダイオード72
の出力信号は極めて微弱であるので、前置増幅回路73に
よつて増幅される。前記前置増幅回路73の出力信号は比
較回路74に与えられ、しきい値電圧回路75で生成したし
きい値電圧と比較される。
第5図(3)は、前置増幅回路73の出力信号波形図
で、信号波P1は被検出物体からの反射波信号である。第
5図(3)の信号波P1のように信号波電圧がしきい値電
圧Vth0より高ければ、第5図(4)に示すパルスQ1が比
較回路74から出力される。フリツプフロツプ回路81は比
較回路74から出力されたパルスの立上りでリセツトされ
る。第5図(5)はフリツプフロツプ回路81の出力波形
を示し、第5図(1)に示すパルス駆動回路61から出力
される単一パルスの立上りに同期してセツトされ、比較
回路74から出力されたパルスの立上りに同期してリセツ
トされる。パルス幅計測回路82は、前記フリツプフロツ
プ回路81から出力されたパルスのパルス幅を時間計測す
る。パルス幅計測回路82で時間計測した結果は距離変換
回路83に与えられ、距離情報に変換された後、出力端子
9から出力される。
受信手段7で受信される受信信号レベルVRPと被検出
物体との距離Rの関係は、第2式で示されるように、距
離の4乗に反比例する。
たとえば測定点から10mの距離にある被測定対象物が1
00mの距離になると、受信信号レベルが距離10mのときに
比べ、10-4小さくなる。したがつて装置の探知感度を向
上させるためには、比較回路74のしきい値電圧Vth0は、
充分低くしておく必要がある。
ところが装置を車載用等に使用する場合は、装置の防
塵カバーからの反射やカバーに付着する水滴による反射
など装置の近傍で不要な反射が発生し、しきい値電圧V
th0を低くしておくと、送信パルスは近傍の不要反射で
導出されてしまう。これを防ぐためにしきい値電圧Vth0
を高くすると、装置の探知感度が低下する。
第5図(3)に示す信号波P2は、不要反射波である。
該反射波の信号電圧は、しきい値電圧Vth0より高いの
で、比較回路74からパルスQ2が出力される。その結果、
本来得られるはずの時間幅T1のパルスが時間幅T2のパル
スとなつて、パルス幅計測回路82に与えられ、測距誤差
を生じさせる。
上述の問題点を解決する手段として、特公昭62−2382
8に開示されているように、送信パルスの発射直後は反
射波を弁別するしきい値電圧を高く設定し、その後低く
設定することにより、測距装置近傍からの不要反射によ
る誤測距を防止する手段がある。
第6図は、上記手段を実現するブロック図である。レ
ーザ発振器101から発生する単一パルスのレーザ光は送
信光学系102で集束され、単一のレーザパルス103が目標
に向けて発射される。レーザパルス103の発射と同時
に、レーザ発振器101から与えられた測距スタートパル
スがスタートパルス用増幅器104で波形整形され、単安
定マルチバイブレータ105およびパルス計数部106を起動
させる。
目標からの反射光107は受光光学系108で受光し、ホト
マルチプライヤ109で検出する。ホトマルチプライヤ109
からの検出信号はストツプパルス用増幅器110で増幅さ
れ、結合コンデンサ111を介して、比較器112の一方の入
力に与えられる。比較器112の他方の入力には単安定マ
ルチバイブレータ105の出力を微分して得られるしきい
値電圧が与えられる。このしきい値電圧は、コンデンサ
113、抵抗114,115から構成されるしきい値電圧発生回路
116によつて生成される。
第7図(1)は単安定マルチバイブレータ105の出力
波形を、第7図(2)はしきい値電圧波形を示す。しき
い値電圧発生回路116は過渡時のしきい値電圧を生成す
る微分回路と、定常時のしきい値電圧を生成する分圧回
路とから成り、微分回路はコンデンサ113と抵抗114によ
り構成され、分圧回路は抵抗114,115によつて構成され
る。したがつて、第7図(2)に示すように過渡時にお
けるしきい値電圧波形118の傾きは、微分回路のコンデ
ンサ113および抵抗114を変更することにより調整でき、
また定常時のしきい値電圧Vtは分圧回路の抵抗114,115
を変更することにより調整できる。
比較器112により弁別されたストツプパルスはパルス
計数部106に入力され、パルスの計数を停止する。パル
ス計数部106で計数されたパルス数は目標までの距離を
表わしており、端子119から出力される。
発明が解決すべき問題点 このような先行技術においては、過渡時におけるしき
い値電圧の傾きと、定常時におけるしきい値電圧を独立
して設定することができない。すなわち、単安定マルチ
バイブレータ105の出力パルスの立上り時においては、
しきい値電圧は素早く立ち上る必要があり、しきい値電
圧が立ち上がつた時は、比較的大きな時定数でしきい値
電圧が定常時の電圧へ降下する必要がある。したがつ
て、しきい値電圧発生回路116のコンデンサ113と抵抗11
5の時定数は小さいのが望ましく、またコンデンサ113と
抵抗114の時定数は比較的大きく設定される必要があ
る。さらに、抵抗114,115の分圧比は、定常時のしきい
値電圧Vtにより定まるので、コンデンサ113と抵抗115の
時定数とコンデンサ113と抵抗114の時定数との比は大き
いのが望ましいにもかかわらず、前記分圧比によつて定
まることになる。
本発明の目的は、過渡時におけるしきい値電圧の時定
数と定常時のしきい値電圧を独立に調整できる測距装置
を提供することにある。
問題を解決するための手段 本発明は、パルス光を発生しそのパルス光の発生時に
制御パルスを発生する送信手段と、 そのパルス光が被検出物体にあたつて反射した反射波
を受信する受信手段と、 前記送信手段からの制御パルスをコンデンサ25と抵抗
26により微分する微分回路と、 直流バイアス源31と、 該直流バイアス源31を分圧する複数の分圧抵抗28〜30
と、前記微分回路の出力を制御端子に入力し前記分圧抵
抗のうちの1つの分圧抵抗28に並列に接続されるトラン
ジスタ27とを備えるレベル調整回路と、 前記レベル調整回路の出力を弁別レベルとして前記受
信手段の出力を弁別するレベル弁別手段と、 前記制御パルスと前記レベル弁別手段の出力とに応答
して制御パルスと前記レベル弁別手段の出力との時間差
に対応した距離を演算する手段とを含むことを特徴とす
る測距離装置である。
作 用 本発明においては、測距用のパルスを送信すると同時
に制御パルスが発生し、制御パルスは微分回路で微分さ
れる。直流バイアス源の出力から、微分回路の出力に応
じた波高値を有する信号が導出される。該信号はレベル
弁別手段に与えられ、被検出物体に反射した反射波を受
信する受信手段からの出力と弁別される。制御パルスと
レベル弁別手段の出力との時間差に対応した距離が演算
される。特に本発明によれば、トランジスタ27のゲート
などの制御端子に、微分回路32の出力を与え、これによ
って減衰時定数を設定することができるとともに、トラ
ンジスタ27が、複数(後述の第1図の実施例ではたとえ
ば3)の分圧抵抗28〜30のうちの1つの分圧抵抗28に並
列に接続され、したがって定常時のしきい値電圧を、前
述の減衰時定数とは独立に、設定することができる。
実施例 第1図は本発明の一実施例のブロツク図であり、第2
図は第1図のブロツク図を説明するための信号波形図で
ある。第1図において、送信手段1のパルス駆動回路11
から第2図(1)に示されるような制御パルスである単
一パルスがラインl1上に送出される。ラインl1上に送出
された単一パルスは、フリツプフロツプ回路41をセツト
するとともに、半導体レーザ12を励起する。第2図
(2)に示されるような半導体レーザ12から出力された
レーザ光は、凸レンズ13によつて集光され、被検出物体
に照射される。被検出物体に当たつて反射した反射波
は、フレネルレンズ21で集光され、ホトダイオード22に
よつて光電変換される。光電変換された微弱な受信信号
は前置増幅回路23によつて増幅され、レベル弁別回路24
に与えられる。第2図(3)の信号波形は前置増幅回路
23の出力信号波形、すなわちラインl2上の信号波形を示
している。この信号波形において、信号波W1は被検出物
体に反射して受信された受信信号であるが、波形W2は不
要反射波である。
次に、レベル弁別回路24に与えられるしきい値電圧に
ついて説明する。パルス駆動回路11からラインl1に送出
された単一パルスは、弁別レベル設定回路3の単安定回
路34に与えられる。単安定回路34は前記単一パルスの立
上りを捕らえて、第2図(4)に示すようなパルス幅Tg
のパルス信号をラインl3上に出力する。コンデンサ25と
抵抗26は微分回路32を構成し、単安定回路34からパルス
幅Tgの前記パルス信号が出力されると、ラインl4すなわ
ちトランジスタ27のゲートには、第2図(5)に示す信
号波形が印加される。
トランジスタ27および抵抗R28〜R30はレベル調整回路
33を構成し、トランジスタ27のドレイン−ソース間の抵
抗をゲートに印加する電圧によつて変え、直流バイアス
源31の出力電圧Vthの分圧比を変えることにより、ライ
ンl5上にしきい値電圧が生成される。トランジスタ27の
ゲートは制御端子である。このトランジスタ27は、抵抗
28に並列に接続され、これによって上述のように分圧比
を変えることができる。
第3図は、トランジスタ27のゲートに印加された電圧
に対するドレイン−ソース間抵抗を示す図である。単安
定回路34から第2図(4)に示す単安定パルスが出力さ
れると、トランジスタ27のゲートには電圧VSが印加され
る。電圧Vsが電圧Vpより高いとすると、トランジスタ27
のドレイン−ソース間抵抗は第3図からもわかるよう
に、高抵抗状態となる。直流バイアス源31の出力電圧を
Vth、抵抗28,29,30の抵抗値をそれぞれR28,R29,R30とす
ると、ラインl5上の電圧は第3式に示す電圧となる。
さらに、トランジスタ27のゲートの電圧が0Vに近付く
と、ドレイン−ソース間抵抗は低抵抗となる。したがつ
てトランジスタ27のゲート電圧が0V近傍あるいは負電圧
になつたときのラインl5上の電圧はゲート電圧が0V近傍
におけるドレイン−ソース間抵抗をRds(on)とする
と、第4式に示すようになる。
Rds(on)は抵抗R29にくらべ極めて小さいので無視する
ことができ、第4式は第5式の近似式に変形することが
できる。
ここで、R29<R29+R30であるので、第6式が成立す
る。
Vth1>Vth2 …(6) レベル弁別回路24に与えられるしきい値電圧Vth1,V
th2は、第3式および第5式から理解されるように、直
流バイアス源31の出力電圧Vthを変更することによつて
任意に変えることができる。
また、しきい値電圧が電圧Vth1から電圧Vth2に減衰す
る時定数は微分回路32のコンデンサ25および抵抗26によ
つて設定される。以上のようにレベル弁別回路24に印加
されるしきい値電圧の定常時における電圧Vth2と減衰時
定数を別個独立に設定することができる。
第2図(6)にレベル弁別回路24に印加されるライン
l2上の電圧波形を示す。送信パルスが発射された直後
は、Vth1の高いしきい値電圧であるが、しだいに低下し
最終的にはVth2の低いしきい値電圧となる。
レベル弁別回路24はラインl2上の前置増幅回路23から
の出力信号と、ラインl5上のしきい値電圧とが比較さ
れ、前記しきい値電圧より高い信号が入力されると、ラ
インl6上に第2図(7)に示すようなパルスRを出力す
る。第2図(3)の仮想線はラインl5上のしきい値電圧
を示し、該しきい値電圧より低い信号波W2は不要反射波
として処理され、信号波W1が被検出物体からの反射波と
して扱われる。フリツプフロツプ回路41は、ラインl6
の立上りに同期してリセツトされる。したがつてフリツ
プフロツプ回路41の出力は第2図(8)に示すような時
間T0のパルスとなり、パルス幅計測回路40は第2図
(8)のパルス幅を時間計測する。パルス幅計測回路42
の出力は距離変換回路43に与えられ、距離情報に変換さ
れた後、出力端子5から出力される。
このように構成された測距装置では、被検出物体を弁
別するしきい値電圧をパルス光の送信直後は高く設定
し、その後低くするので不要反射波の影響を除去するこ
とができる。
発明の効果 以上のように本発明によれば、被検出物体の弁別のた
めのしきい値電圧を送信パルス発射直後は高く設定し、
その後低く設定するようにしたので、近接領域での不要
反射、たとえば水滴や防塵カバーからの反射による影響
を除去することができる。また、不要反射を除去させる
度合を決定するしきい値電圧の減衰時定数と減衰後のし
きい値電圧とが別個独立に任意に設定することができる
ので、極めて広範囲の距離測定が可能となる。特に本発
明では、トランジスタ27を用い、このトランジスタ27の
制御端子に微分端子32の出力を与えるようにしたので、
減衰時定数を設定することができ、このトランジスタ27
は、複数の分圧抵抗28〜30のうちの1つに並列に接続さ
れ、したがってしきい値である弁別レベルを、前述の減
衰時定数とは独立に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のブロツク図、第2図は第1
図のブロツク図の動作を説明するための信号波形図、第
3図はトランジスタ27のゲート電圧に対するドレイン−
ソース間抵抗の変化を示す図、第4図は従来技術の測距
装置のブロツク図、第5図は第4図のブロツク図の動作
を説明するための信号波形図、第6図は従来技術の他の
測距装置のブロツク図、第7図は第6図のブロツク図の
動作を説明するための図である。 1……送信手段、2……受信手段、3……弁別レベル設
定回路、4……演算手段、11……パルス駆動回路、12…
…半導体レーザ、22……ホトダイオード、23……前置増
幅回路、24……レベル弁別回路、31……直流バイアス
源、32……微分回路、33……レベル調整回路、34……単
安定回路、41……フリツプフロツプ回路、42……パルス
幅計測回路、43……距離変換回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01S 7/00 - 7/66 G01S 13/00 - 17/95

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】パルス光を発生しそのパルス光の発生時に
    制御パルスを発生する送信手段と、そのパルス光が被検
    出物体にあたつて反射した反射波を受信する受信手段
    と、前記送信手段からの制御パルスをコンデンサ25と抵
    抗26により微分する微分回路と、 直流バイアス源31と、 該直流バイアス源31を分圧する複数の分圧抵抗28〜30
    と、前記微分回路の出力を制御端子に入力し前記分圧抵
    抗のうちの1つの分圧抵抗28に並列に接続されるトラン
    ジスタ27とを備えるレベル調整回路と、 前記レベル調整回路の出力を弁別レベルとして前記受信
    手段の出力を弁別するレベル弁別手段と、 前記制御パルスと前記レベル弁別手段の出力とに応答し
    て制御パルスと前記レベル弁別手段の出力との時間差に
    対応した距離を演算する手段とを含むことを特徴とする
    測距離装置。
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