JP2887190B2

JP2887190B2 - 測距装置

Info

Publication number: JP2887190B2
Application number: JP5156592A
Authority: JP
Inventors: 美則那須
Original assignee: RIZUMU TOKEI KOGYO KK
Current assignee: RIZUMU TOKEI KOGYO KK
Priority date: 1993-06-28
Filing date: 1993-06-28
Publication date: 1999-04-26
Anticipated expiration: 2014-04-26
Also published as: JPH0712935A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、対象物体に対して光を
発射し、その反射光を検出して対象物体までの距離を測
定する測距装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種の測距装置は、パルス状
の光を、たとえば自動車などの被測定対象物体に向かっ
て発射し、この発射レーザ光が、被測定対象物体２によ
り反射された光を光検出器で検出し、レーザ光発射から
反射光検出までの時間Δｔを計測し、下記式に基づいて
距離を算出して被測定対象物体２までの距離を測定する
ように構成される。Ｒ＝（Ｃ・Δｔ）／２ …(1) ただし、Ｃは光速を示している。

【０００３】図３は、従来の測距装置の具体的な構成例
を示すブロック図である。図３において、１０１はパル
ス光発生手段としての半導体レーザ、１０２はハーフミ
ラー、１０３，１０６レンズ、１０４は第１の光検出
器、１０５，１０８は増幅器、１０７は第２の光検出
器、１０９はカウンタ、１１０は発振器、１１１は信号
処理部、１１２は制御部をそれぞれ示している。

【０００４】このような構成において、制御部１１２の
制御信号に応じて半導体レーザ１０１が所定の波長で発
振し、パルス状のレーザ光ＯＰＬが出射される。半導体
レーザ１０１の出射光ＯＰＬは、ハーフミラー１０２に
入射され、一部はハーフミラー１０２を透過し、レンズ
１０３を介しある広がりをもって本装置から被測定対象
物体２に向かって発射される。発射された光は、所定時
間（Δｔ／２）後に図示しない被測定対象物体に到達
し、たとえばそこに取り付けられた反射体で反射され
る。

【０００５】また、半導体レーザ１０１の出射光の一部
はハーフミラー１０２で反射されて第１の光検出器１０
４で受光される。第１の光検出器１０４では、受けた光
が受光レベルに応じた電気信号ｄｔ１に変換される。こ
の電気信号ｄｔ１は増幅器１０５で所定の増副作用を受
けた後、カウンタ１０９に入力される。カウンタ１０９
では、ある一定レベル以上の電気信号の最初の入力によ
りカウント動作が開始される。すなわち、初期状態にお
いて半導体レーザ１０１から最初のパルスレーザ光が出
射され、それに応じた電気信号の入力に伴い、カウンタ
１０９ではカウント動作が開始される。

【０００６】被測定対象物体に取り付けられた反射体に
より反射されたレーザ光は、反射されてから所定時間
（Δｔ／２）後に帰還し、レンズ１０６で集光されて第
２の光検出器１０７で受光される。第２の光検出器１０
７では、受けた光が受光レベルに応じた電気信号ｄｔ２
に変換される。この電気信号は増幅器１０８で所定の増
副作用を受けた後、カウンタ１０９に入力される。カウ
ンタ１０９では、増幅器１０８の出力信号の入力に伴い
カウント動作が停される。これにより、カウンタ１０９
では、レーザ光発射から反射光が帰還するまでの時間Δ
ｔが計測されたことになる。カウンタ１０９の計測値
は、信号処理部１１１に入力される。

【０００７】信号処理部１１１では、上記（１）式に基
づいて被測定対象物体２までの距離が算出され、距離デ
ータとして出力される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した測
距装置では、図４(a) に示すように、反射体による反射
光の受光レベルが、第２の光検出器１０７や増幅器１０
８により発生するノイズに対して十分高い場合には正確
に距離を算出できるものの、たとえば図４(b) に示すよ
うに、反射光レベルがノイズに対して十分に高いレベル
にない場合には、ノイズを反射光と誤認して検出するこ
とがあり、正確な距離の算出を行うことができない。第
２の光検出器１０７や増幅器１０８により発生するノイ
ズレベルより十分高い反射光レベルを得るには測定距離
に制約を受け、また、測定距離を延ばすには出力パワー
の大きい半導体レーザなどのパルス光発生手段を用いる
必要があり、コスト高になるなどの問題がある。

【０００９】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、低出力の光パルスで測定距離の
長距離化を図れ、安価で高性能な測距装置を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、反射物体に対してパルス光を発射し、そ
の反射パルス光を検出して反射物体までの距離を測定す
る測距装置であって、あらかじめ設定されたキーコード
に応じたパルス光を出射するパルス光発生手段と、上記
パルス光発生手段のパルス光出射開始からの時間を計測
する時間計測手段と、上記パルス光発生手段によるパル
ス光のうち反射物体による反射パルス光を検出する光検
出手段と、上記パルス光出射毎に、パルス光出射から所
定時間経過後にクランプパルス信号と当該クランプパル
ス信号の出力期間を示すゲート信号を出力するととも
に、当該クランプパルス信号と当該ゲート信号の出力タ
イミングを切り替えて出力するクランプパルス遅延切替
手段と、上記クランプパルス信号に基づいて、上記光検
出手段による検出信号に対するクランプ処理を行うクラ
ンプ手段と、上記クランプ手段の出力信号とあらかじめ
設定したキーコード信号とを比較し、両者が一致した場
合にキーコード検知信号を出力するキーコード信号識別
手段と、上記クランプパルス遅延切替手段によるゲート
信号の入力期間に、上記キーコード信号識別手段による
キーコード検知信号の入力があると、そのゲート期間に
おける上記時間計測手段の時間データに基づいて距離の
算出処理を行う信号処理手段とを有する。

【００１１】

【作用】本発明によれば、パルス光発生手段が所定波長
で発振し、あらかじめ設定されたキーコードに対応する
パルス状の光が出射される。パルス光発生手段の出射光
は、たとえば所定時間（Δｔ／２）後に、たとえば被測
定対象物体に取り付けられた反射体に到達し、ここで反
射される。また、パルス光発生手段のパルス光出射開始
からの時間が時間計測手段により計測される。また、こ
のときクランプパルス遅延切替手段では、パルス光の出
射から所定時間経過後に、クランプパルス信号がクラン
プ手段に出力されるとともに、クランプパルス信号を出
力している期間のみゲート信号がキーコード信号識別手
段および信号処理手段に出力される。

【００１２】被測定対象物体で反射された光は、光検出
手段に到達し、ここで検出される。光検出手段では、受
光レベルに応じた信号が生成されてクランプ手段に出力
される。クランプ手段では、クランプパルス遅延切替手
段によるクランプパルス信号の入力に伴い、検出信号に
対するクランプ処理が行われ、クランプ処理された信号
はキーコード信号識別手段に出力される。キーコード信
号識別手段では、クランプパルス遅延切替手段によるゲ
ート信号の入力期間にクランプ手段によるクランプ信号
の入力があると、あらかじめ設定してあるキーコードと
クランプ信号との比較が行われ、両者が一致した場合に
はキーコード検知信号が生成されて信号処理手段に出力
される。信号処理手段では、ゲート信号の入力期間中に
キーコード信号識別手段によるキーコード検知信号が入
力されると、そのゲート期間中の時間計測手段による時
間データに基づいて、被測定対象物体までの距離が算出
される。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明に係る測距装置の一実施例を
示すブロック構成図である。図１において、２０１はパ
ルス光発生手段としての半導体レーザ、２０２はハーフ
ミラー、２０３，２０７はレンズ、２０４は第１の光検
出器、２０５，２０９は増幅器、２０６はカウンタ、２
０８は第２の光検出器、２１０はクランプ回路、２１１
は発振器、２１２は制御部、２１３は駆動信号発生部、
２１４はクランプパルス遅延切替部、２１５はデータ記
憶部、２１６はキーコード信号識別部、２１７は信号処
理部をそれぞれ示している。

【００１４】半導体レーザ２０１は、所定の波長で発振
し、駆動信号発生部２１３による駆動信号ＤＲに基づい
て所定のキーコード、たとえばディジタルの「１１０」
を示すパルス状の光ＯＰＬ1 を出射する。ハーフミラー
２０２は、半導体レーザ２０１の出射光ＯＰＬ1 が入射
され、出射光ＯＰＬ1 の一部を透過させてレンズ２０３
に入射させ、一部を反射して第１の光検出器２０４の受
光部に入射させる。レンズ２０３は、ハーフミラー２０
２を透過したレーザパルス光ＯＰＬ1 に対して所定の広
がりを持たせて当該装置から図示しない被測定対象物体
に向かって発射させる。

【００１５】第１の光検出器２０４は、ハーフミラー２
０２で反射された半導体レーザ２０１によるレーザ光Ｏ
ＰＬ1 を受光し、その受光量に応じたレベルの電気信号
ＤＴ1 に変換し増幅器２０５に出力する。増幅器２０５
は、第１の光検出器２０４の出力信号ＤＴ1 を所定の利
得をもって増幅しカウンタ２０６に出力する。カウンタ
２０６は、増幅器２０５を介した第１の光検出器２０４
の出力信号ＤＴ1 を受けてカウント動作、すなわちパル
ス光ＯＰＬ1 の出射開始からの時間計測を開始し、発振
器２１１による基準信号ＣＬＫに基づいてカウントアッ
プし、計測時間を示すカウント値をデータ記憶部２１５
に出力する。また、カウンタ２０６は、制御部２１２に
よるリセット信号ＲＳＴによりリセットされる。

【００１６】レンズ２０７は、半導体レーザ２０１の出
射光ＯＰＬ1 のうち図示しない被測定対象物体や障害物
で反射されて帰還した光を集光し、第２の光検出器２０
８の受光部に入射させる。第２の光検出器２０８は、レ
ンズ２０７で集光された光を受光し、その受光量に応じ
たレベルの電気信号ＤＴ2 に変換し増幅器２０９に出力
する。増幅器２０９は、第２の光検出器２０８の出力信
号ＤＴ2 を所定の利得をもって増幅しクランプ回路２１
０に出力する。

【００１７】クランプ回路２１０は、たとえばキャパシ
タＣ、スイッチング素子ＳＷおよび定電圧源ＶB からな
り、クランプパルス遅延切替部２１４によるクランプパ
ルス信号ＣＬＰの入力に伴い、増幅器２０９を介した第
２の光検出器２０８の出力信号ＤＴ2 をクランプし、ク
ランプ信号ＣＬとしてデータ記憶部２１５およびキーコ
ード信号識別部２１６に出力する。

【００１８】発振器２１１は、所定周波数の基準クロッ
ク信号ＣＬＫをカウンタ２０６、駆動信号発生部２１
３、データ記憶部２１５およびキーコード信号識別部２
１６に出力する。

【００１９】制御部２１２は、信号ＣＴＬ1 を駆動信号
発生部２１３に出力して駆動信号ＤＲの出力制御を行う
とともに、信号ＣＴＬ2 をクランプパルス遅延切替部２
１４に出力してクランプパルス信号ＣＬＰの出力遅延タ
イミング（たとえば１００ｎｓ）を与え、また、リセッ
ト信号ＲＳＴをカウンタ２０６に出力してカウンタリセ
ット制御を行い、スタート信号ＳＲＴを信号処理部２１
７に出力して信号処理開始制御を行う。

【００２０】駆動信号発生部２１３は、制御部２１２に
よる制御信号ＣＴＬ1 を受けて「１１０」を示すパルス
信号を発振するように駆動信号ＤＲを半導体レーザ２０
１に出力するとともに、駆動信号ＤＲを出力したことを
クランプパルス遅延切替部２１４に信号Ｓ213 により知
らせる。

【００２１】クランプパルス遅延切替部２１４は、信号
Ｓ213 の入力してから制御信号ＣＴＬ2 で指示された遅
延時間分だけ遅延させて、すなわちパルス信号ＯＰＬ1
の出力から、たとえば１００ｎｓ後に３つのパルスから
なるクランプパルス信号ＣＬＰをクランプ回路２１０に
出力するとともに、クランプパルス信号ＣＬＰを出力し
ている期間のみゲート信号ＧＴをデータ記憶部２１５、
キーコード信号識別部２１６および信号処理部２１７に
出力する。

【００２２】データ記憶部２１５は、クランプパルス遅
延切替部２１４によるゲート信号ＧＴの入力期間にクラ
ンプ回路２１０によるクランプ信号ＣＬの入力がある
と、カウンタ２０６のカウント値、すなわち計測時間を
取り込んで記憶する。

【００２３】キーコード信号識別部２１６は、クランプ
パルス遅延切替部２１４によるゲート信号ＧＴの入力期
間にクランプ回路２１０によるクランプ信号ＣＬの入力
があると、あらかじめ設定してあるキー信号「１１０」
とクランプ信号ＣＬとを比較し、入力クランプ信号がデ
ィジタルで「１１０」を示す場合には、キーコード検知
信号ＫＤを信号処理部２１７に出力する。

【００２４】信号処理部２１７は、スタート信号ＳＲＴ
の入力により処理を開始し、ゲート信号ＧＴの入力期間
中にキーコード信号識別部２１６によるキーコード検知
信号ＫＤを入力すると、そのゲート期間中にデータ記憶
部２１５に記憶されたカウンタ２０６による計測時間デ
ータΔｔを読み出し、述した（１）式｛Ｒ＝（Ｃ・Δ
ｔ）／２｝に基づいて被測定対象物体までの距離を算出
し、距離データとして出力する。

【００２５】次に、上記構成による動作を、図２を用い
て説明する。制御部２１２の制御に基づく駆動信号発生
部２１３の出力駆動信号ＤＲに応じて半導体レーザ２０
１が所定波長で発振し、キーコード「１１０」に対応す
るパルス状のレーザ光ＯＰＬ1 が出射される。半導体レ
ーザ２０１の出射光ＯＰＬ1 は、ハーフミラー２０２に
入射され、一部はハーフミラー２０２を透過し、レンズ
２０３を介しある広がりをもって本装置から図示しない
被測定対象物体に向かって発射される。発射された光Ｏ
ＰＬ1 は、たとえば所定時間（Δｔ／２）後に、たとえ
ば被測定対象物体に取り付けられた反射体に到達し、こ
こで反射される。

【００２６】また、半導体レーザ２０１の出射光ＯＰＬ
1 の一部はハーフミラー２０２で反射されて第１の光検
出器２０４で受光される。第１の光検出器２０４では、
受けた光が受光レベルに応じた電気信号ＤＴ１に変換さ
れる。この電気信号ＤＴ１は増幅器２０５で所定の増副
作用を受けた後、カウンタ２０６に入力される。カウン
タ２０６では、ある一定レベル以上の電気信号の最初の
入力によりカウント動作が開始される。すなわち、初期
状態において半導体レーザ２０１から最初のパルスレー
ザ光が出射され、それに応じた電気信号の入力に伴い、
カウンタ２０６ではカウント動作、すなわちパルスレー
ザ光ＯＰＬ1 の出射開始からの時間の計測が開始され
る。

【００２７】また、このとき駆動信号発生部２１３より
信号Ｓ213 がクランプパルス遅延切替部２１４に出力さ
れると同時に、制御部２１２からパルス光ＯＰＬ1 の出
射から所定時間( たとえば１００ｎｓ）だけ遅延させた
時間にクランプパルスＣＬＰを出力するように指示する
制御信号ＣＴＬ2 がクランプパルス遅延切替部２１４に
出力される。

【００２８】クランプパルス遅延切替部２１４では、信
号Ｓ213 を入力してから制御信号ＣＴＬ2 で指示された
遅延時間分だけ遅延させて、すなわちパルス信号ＯＰＬ
1 の出力から、たとえば１００ｎｓ後に、図２(b) に示
すような３つのパルスからなるクランプパルス信号ＣＬ
Ｐがクランプ回路２１０に出力されるとともに、クラン
プパルス信号ＣＬＰを出力している期間のみゲート信号
ＧＴがデータ記憶部２１５、キーコード信号識別部２１
６および信号処理部２１７に出力される。

【００２９】被測定対象物体で反射された光は、反射さ
れてから所定時間（Δｔ／２）後にレンズ２０７に到達
し、レンズ２０７で集光されて第２の光検出器２０８で
受光される。第２の光検出器２０８では、受けた光が受
光レベルに応じた電気信号ＤＴ2 に変換される。この電
気信号は増幅器２０９で所定の増副作用を受けた後、図
２中(a) に示すようなレベルをもってクランプ回路２１
０に入力される。

【００３０】クランプ回路２１０では、クランプパルス
遅延切替部２１４によるクランプパルス信号ＣＬＰの入
力に伴い、増幅器２０９を介した第２の光検出器２０８
の出力信号ＤＴ2 に対するクランプ処理が行われ、図２
(c) に示すようなクランプ信号ＣＬとしてデータ記憶部
２１５およびキーコード信号識別部２１６に出力され
る。

【００３１】データ記憶部２１５は、クランプパルス遅
延切替部２１４によるゲート信号ＧＴの入力期間にクラ
ンプ回路２１０によるクランプ信号ＣＬの入力がある
と、カウンタ２０６のカウント値、すなわち計測時間が
取り込まれて記憶される。

【００３２】また、キーコード信号識別部２１６では、
クランプパルス遅延切替部２１４によるゲート信号ＧＴ
の入力期間にクランプ回路２１０によるクランプ信号Ｃ
Ｌの入力があると、あらかじめ設定してあるキー信号
「１１０」とクランプ信号ＣＬとの比較が行われ、入力
クランプ信号がディジタルで「１１０」を示す場合に
は、キーコード検知信号ＫＤが生成されて信号処理部２
１７に出力される。

【００３３】信号処理部２１７では、制御部２１２によ
るスタート信号ＳＲＴの入力により処理が開始され、ゲ
ート信号ＧＴの入力期間中にキーコード信号識別部２１
６によるキーコード検知信号ＫＤが入力されると、その
ゲート期間中にデータ記憶部２１５に記憶されたカウン
タ２０６による計測時間データΔｔが読み出され、
（１）式に基づいて被測定対象物体までの距離が算出さ
れ、距離データが出力される。

【００３４】なお、クランプパルス遅延切替部２１４で
は、制御部２１２の制御信号ＣＴＬ2 に基づいて、１回
の測定毎にクランプパルス信号ＣＬＰとゲート信号ＧＴ
の出力タイミングが切り替えられる。これにより、クラ
ンプ回路２１０およびキーコード信号識別部２１６にお
いて反射パルス光のおけるキーコードの有無が走査さ
れ、距離の算出が行われる。

【００３５】以上説明したように、本実施例によれば、
半導体レーザ２０１から出射するパルス光ＯＰＬ1 にあ
らかじめ設定したキーコードを付与し、クランプパルス
遅延切替部２１４で、制御部２１２の制御信号ＣＴＬ2
に基づいて、１回の測定毎にクランプパルス信号ＣＬＰ
とゲート信号ＧＴとの出力タイミングを切り替えて、ク
ランプ回路２１０およびキーコード信号識別部２１６に
おいて反射パルス光におけるキーコードの有無を走査す
ることにより、時間データ取り込みの最適なタイミング
を得、このタイミングで得た時間データに基づいて距離
の算出を行うように構成したので、第２の光検出器２０
８や増幅器２０９に基づくノイズの影響を防止でき、ひ
いては、低出力の光パルスで測定距離の長距離化を図
れ、安価で高性能な測距装置を実現できる。

【００３６】なお、本実施例においては、パルス光発生
手段として半導体レーザを用いた例を説明したが、これ
に限定されるものではなく、たとえば発光ダイオードな
どでも、ある程度の出力パワーを有するものであれば適
用可能であり、上述したと同様の効果を得ることができ
る。また、本実施例では、キーコードとして「１１０」
を例に説明したが、種々の態様が可能であることは勿論
である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低出力の光パルスで測定距離の長距離化を図れ、安価で
高性能な測距装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る測距装置の一実施例を示すブロッ
ク構成図である。

【図２】本発明に係る動作を説明するための図である。

【図３】従来の測距装置のブロック構成図である。

【図４】従来装置の課題を説明するための図である。

【符号の説明】

２０１…半導体レーザ２０２…ハーフミラー２０３，２０７…レンズ２０４…第１の光検出器２０５，２０９…増幅器２０６…カウンタ２０８…第２の光検出器２１０…クランプ回路２１１…発振器２１２…制御部２１３…駆動信号発生部２１４…クランプパルス遅延切替部２１５…データ記憶部２１６…キーコード信号識別部２１７…信号処理部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】反射物体に対してパルス光を発射し、そ
の反射パルス光を検出して反射物体までの距離を測定す
る測距装置であって、あらかじめ設定されたキーコードに応じたパルス光を出
射するパルス光発生手段と、上記パルス光発生手段のパルス光出射開始からの時間を
計測する時間計測手段と、上記パルス光発生手段によるパルス光のうち反射物体に
よる反射パルス光を検出する光検出手段と、上記パルス光出射毎に、パルス光出射から所定時間経過
後にクランプパルス信号と当該クランプパルス信号の出
力期間を示すゲート信号を出力するとともに、当該クラ
ンプパルス信号と当該ゲート信号の出力タイミングを切
り替えて出力するクランプパルス遅延切替手段と、上記クランプパルス信号に基づいて、上記光検出手段に
よる検出信号に対するクランプ処理を行うクランプ手段
と、上記クランプ手段の出力信号とあらかじめ設定したキー
コード信号とを比較し、両者が一致した場合にキーコー
ド検知信号を出力するキーコード信号識別手段と、上記クランプパルス遅延切替手段によるゲート信号の入
力期間に、上記キーコード信号識別手段によるキーコー
ド検知信号の入力があると、そのゲート期間における上
記時間計測手段の時間データに基づいて距離の算出処理
を行う信号処理手段とを有することを特徴とする測距装
置。