JP3779633B2 - Pulse signal generation circuit and distance measuring device - Google Patents
Pulse signal generation circuit and distance measuring device Download PDFInfo
- Publication number
- JP3779633B2 JP3779633B2 JP2002073900A JP2002073900A JP3779633B2 JP 3779633 B2 JP3779633 B2 JP 3779633B2 JP 2002073900 A JP2002073900 A JP 2002073900A JP 2002073900 A JP2002073900 A JP 2002073900A JP 3779633 B2 JP3779633 B2 JP 3779633B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- pulse
- light
- delay
- level
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力信号に対応するパルス信号を生成するパルス信号生成回路、および、このパルス信号生成回路を使用し、光を用いて測定対象物までの距離を測定する距離測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般的な測量機に用いる距離測定装置は、1m〜数kmといった範囲の距離を精度5mm+3ppm×D(Dは測定する距離)という高精度で測定する必要がある。この精度を劣化させる要因として受信信号振幅の変動があげられる。この変動を吸収するための方法として、微分回路による信号検出がある。パルス状の受信信号を、定数を最適化した微分回路に通すと、パルスのピークのタイミングで符号が反転する出力信号が得られる。パルスの振幅が変化してもピーク位置のタイミングは変化しないので、微分回路の出力のゼロクロスを検出することにより、振幅変動による影響の少ないタイミング検出を行うことができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この微分回路による方式は微分回路の定数の最適化が難しく、また1台の装置について最適化したとしても、装置によってパルス幅の個体差があるため、同じ定数で全数の最適化を行うと、振幅変動によるタイミングずれの影響が大きくなるという問題点がある。
【0004】
本発明は、生成するパルス信号のタイミングが入力信号の振幅の変動の影響を受けないパルス信号生成回路を提供し、また、精度の高い距離測定を可能とした距離測定装置を提供する。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、入力信号に対応するパルス信号を生成するパルス信号生成回路に適用され、入力信号を、入力信号の信号幅以内の値である第1の時間遅延させて第1の遅延信号を出力する第1の遅延手段と、入力信号を、入力信号の信号幅の2倍以内の値であり第1の時間より長い第2の時間遅延させて第2の遅延信号を出力する第2の遅延手段と、入力信号と第1の遅延信号と第2の遅延信号とに基づき、入力信号と第1の遅延信号との出力レベルの交点を検出してパルス信号の前側エッジを生成し、第1の遅延信号と第2の遅延信号の出力レベルの交点を検出してパルス信号の後側エッジを生成してパルス信号を生成する交点検出手段とを備えるものである。
請求項2の発明は、請求項1記載のパルス信号生成回路において、交点検出手段は、入力信号が所定のレベル以上であることを検出したときに第1の信号をアクティブとして出力する第1のコンパレータ手段と、第1の信号がアクティブとなったときにイネーブルとされ、イネーブルとされているときかつ入力信号のレベルが第1の遅延信号のレベルより低いとき第2の信号をアクティブとして出力する第2のコンパレータ手段と、第2の信号がアクティブとなったときイネーブルとされ、イネーブルとされているときかつ第1の遅延信号のレベルが第2の遅延信号のレベルより高いときに第3の信号をアクティブとし、第1の遅延信号のレベルが第2の遅延信号のレベルより低いときに第3の信号を反転して出力する第3のコンパレータ手段とを備え、第3のコンパレータ手段が出力する第3の信号をパルス信号とするものである。
請求項3の発明は、請求項1または2記載のパルス信号生成回路において、第1の時間は入力信号の振幅の約半分の値におけるパルス幅に相当し、第2の時間は入力信号の振幅の約半分の値におけるパルス幅の約2倍に相当するとするものである。
請求項4の発明は、請求項1から3のいずれか1項記載のパルス信号生成回路において、交点検出手段はECL素子を使用し、ECL素子より出力されたパルス信号を、ECLレベルからTTLレベルに変換する変換手段をさらに備えるとするものである。
請求項5の発明は、測距指令信号に基づき距離測定用光を目標物に向けて送光する送光手段と、目標物で反射された距離測定用光を受光して受光信号を出力する受光手段と、受光信号に基づき時間計測終了信号を生成する時間計測終了信号生成手段と、測距指令信号に基づき時間計測を開始し、時間計測終了信号に基づき時間計測を終了し、送光から受光までの光走行時間を計測する時間計測手段と、時間計測手段により計測された光走行時間を取得し、取得した光走行時間に基づいて目標物までの距離を演算する演算手段とを備える距離測定装置に適用され、時間計測終了信号生成手段は、請求項1から4のいずれか1項記載のパルス信号生成回路を備え、パルス信号生成回路の入力信号は受光信号に対応し、パルス信号生成回路のパルス信号は時間計測終了信号に対応するものである。
請求項6の発明は、請求項5記載の距離測定装置を備えるものである。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図を用いて説明する。図1は、本発明の実施形態である距離測定装置のブロック図である。本実施の形態の距離測定装置は、パルス光を用いて測定対象物(目標物)までの距離を測定するものである。この距離測定装置は、特に、測定対象物までの距離や測定対象物方向の角度などを測量する測量機に備えられる。
【0007】
CPUなどで構成される演算制御部1は、オペレータ等からの測定指令信号に従い、時間計測部2に測距指令信号S101を与える。時間計測部2は、送光部3にパルス発光指令S102を与えると共に、時間計測を開始する。時間計測部2は、時間計測の開始から終了までの間基準クロックをカウントするカウンタと、基準クロック間の時間を補間計算する積分回路(不図示)を有する。積分回路は、基準クロック間において、経過時間に応じた電圧信号を出力する。これらのカウンタと積分回路などの組み合わせにより精密な時間が計測される。
【0008】
送光部3は、例えば半導体レーザ駆動回路31、半導体レーザ32、及び発光されたパルス光103を送光する送光光学系33を有する。送光光学系33中には、パルス光103を外部光路である測距光路110と内部光路である基準光路111とに分割する光路分割部34が設けられている。光路分割部34は、例えばパルス光103の入射光路に45°に配置された半透過鏡で構成された光路分割部34が設けられている。従ってパルス光103は、測距光路110に射出されるパルス光104と基準光路111に射出されるパルス光105に分割される。
【0009】
また、送光光学系33中には光路切り替え部36が備えられ、演算制御部1からの切り替え信号(不図示)により、測距光路110または基準光路111のどちらか一方を遮光する。基準光路111が遮光され、測距光路110よりパルス光が投光された場合には、測定対象物で反射され測距光路110を戻った反射パルス光106が、受光部4内にある受光光学系41aに入射される。受光光学系41aに入射したパルス光106は、光量調整フィルタ44、受光光学系41bを経由してAPD(アバランシェフォトダイオード)等の受光素子42に集光され、光電変換される。
【0010】
一方、測距光路110が遮光された場合には、基準パルス光105が基準光路111に送光され、減光フィルタ35で光量を所定のレベルに減衰され、光量調整フィルタ44を介して受光部4内の受光光学系41bに至る。受光光学系41bは、入射光軸に対して45°に配置された半透過鏡43を備え、基準パルス光105も反射パルス光106と同じ光軸に導かれ、受光素子42に集光され、光電変換される。
【0011】
APD42の出力である受信パルス信号S104は、信号増幅部5により増幅され、増幅された受信パルス信号S105が受信タイミング検出部6に供給される。受信タイミング検出部6は、コンパレータ部61とレベル変換部62とで構成され、入力の受信パルス信号S105に対して、振幅が変動した場合にも時間的に安定な受信タイミング信号S106を時間計測部2に出力する。受信タイミング検出部6の詳細な動作については後述する。
【0012】
時間計測部2は、パルス発光指令S102から受信タイミング信号S106までの時間(パルス光走行時間)を計測し、時間データS112を演算制御部1に送る。演算制御部1は、時間データS112と光速をもとに被測定物までの距離を算出する。
【0013】
図2は、図1の装置による測距方法を説明する図である。図2の(1)と(2)は、基準光路111を選択した場合のパルス発光指令S102と受信タイミング信号S106との関係を示す。また、(3)と(4)は、測距光路110を選択した場合のパルス発光指令S102と受信タイミング信号S106との関係を示す。
【0014】
図1に戻り、実際の測距シーケンスについて説明する。演算制御部1は、距離測定の前に測距光路110からの受信信号レベルの確認を行う(光量平衡処理)。まず、演算制御部1は、ゲインコントロール信号S108より増幅部5のゲインを最小にし、駆動信号S109により駆動部45を介して光量調整フィルタ44を基準光路111、測距光路110で共に透過率最大となるように設定する。光量調整フィルタ44は、1枚のフィルタに対して基準光路111の光が通る部分と測距光路110の光が通る部分と別々になっており、基準光路111の光を減衰させる場合には測距光路110の光は開放のまま変化せず、測距光路110の光を減衰させる場合には基準光路111の光は開放のまま変化しないように構成されている。
【0015】
次に、光路切り替え部36を基準光路111側開放とし、演算制御部1は増幅部5の出力S105をレベル検出部7でピークホールドした受信レベル信号S107を読み込む。このとき基準光路111の受信レベルS107は、所定のレベルになるようにあらかじめ減光フィルタ35で調整されている。次に、光路切り替え部36を測距光路110側開放とし、被測定物からの受信信号レベルを同様にS107を読み込むことにより測定する。
【0016】
被測定物からの受信信号レベルの方が基準光路111の信号レベルより大きい場合には、駆動信号S109、駆動部45を介して光量調整フィルタ44の測距光路110の光量を減衰させて、2つの光路の信号レベルが等しくなるように調整する。また、被測定物からの受信信号レベルの方が基準光路111の信号レベルより小さい場合には、ゲインコントロール信号S108を介して増幅部5のゲインを上げ、被測定物からの受信信号レベルを基準光路111の信号レベルに等しくする。この場合、増幅部5のゲインを上げたことで基準光路111の信号レベルが上がっているので、駆動信号S109、駆動部45を介して光量調整フィルタ44の基準光路111の光量を減衰させて、2つの光路の信号レベルが等しくなるように調整する。演算制御部1は、2つの光路の信号レベルが等しくなった後に測距動作に入る。
【0017】
光路切り替え部36で基準光路111側を開放とし、パルス光103を基準光路111に送光する。減光フィルタ35で所定の光量に減衰された基準パルス光105が、受光部4、増幅部5、受信タイミング検出部6を経て時間計測部2へ受信タイミング信号S106として送られる。前述のように時間計測部2は、パルス発光指令S102から受信タイミング信号S106までの時間S112を計測し、演算制御部1は、その計測時間S112と光速をもとに基準光路111での測定距離Lrefを求める。
【0018】
次に、光路切り替え部36で測距光路110側を開放とし、パルス光103を測距光路110に送光する。被測定物で反射した反射パルス光106は、測距光路110を戻り、受光部4で検出され、基準光路の場合と同様に受信タイミング信号S106が時間計測部2に送られ、演算制御部1内で測距光路での測定距離Lsが求められる。演算制御部1は、測距光路での測定距離Lsから基準光路での測定距離Lrefを引くことにより、電気系回路の温度等による変動による誤差要因をキャンセルし、正確な被測定物までの距離Lを算出する。
【0019】
図3は、図1に示した本実施の形態の距離測定装置における測距光路110、基準光路111、及び、送光部3、受光部4の構成の詳細を示す図である。半導体レーザ32で発光されたパルス光は、コリメータレンズ301で平行光束となり、半透過プリズム302(光路分割部34に相当)に入射する。半透過プリズム302は、例えば透過T:反射Rの比がT:R=1:99の特性を有し基準光路111側へ送光される基準パルス光は大きく減衰される。
【0020】
光路切り替え部36により基準光路111が選択されているときには、基準パルス光はミラー313で反射し、減光フィルタ35、光量調整フィルタ44を通り、半透過プリズム311(半透過鏡43に相当)に入射する。基準パルス光は、半透過プリズム311で反射した後、リレーレンズ312を介してAPD42で受光される。
【0021】
一方、光路切り替え部36により測距光路110が選択されているときには、半透過プリズム302で反射されて測距光路110側に送光されたパルス光は、コリメータレンズ304からミラー305、対物レンズ306を介して測定対象物に向けて測距パルス光104として送光される。測定対象物で反射して戻ってきた反射パルス光106は、対物レンズ306で受光され、ダイクロイックミラー307を介して光ファイバ309に入射する。
【0022】
上記のダイクロイックミラー307は、赤外光を反射し、可視光を透過する特性を有する。光ファイバ309に入射した反射パルス光106は、光ファイバ309の他端部に配置されたコリメータレンズ310で平行光とされた後、光量調整フィルタ44により基準光路を通る基準パルス光と等しい光量に減衰されて、ミラー317で反射され、半透過プリズム311、コリメータレンズ312を介してAPD42で受光される。
【0023】
ここで、光量調整フィルタ44は、基準パルス光及び測距パルス光の通過位置において、その透過率が円周方向でそれぞれ所定の勾配で徐々に変化する円盤状フィルタであり、その中心を駆動部(駆動モータ)45で回転駆動される。また、フィルタ上における基準パルス光の通過位置と測距パルス光の通過位置は、それぞれ別の半径の円周上にあり、基準光路の濃度勾配が徐々に変化する位置では測距光路の透過率は最大で一定となり、逆に測距光路の濃度勾配が徐々に変化する位置では基準光路の透過率は最大で一定となる。
【0024】
図3には、さらに測定対象物の方向に送光、受光光学系の光軸を一致させる為の視準光学系が示されている。すなわち、オペレータ321に対して、接眼レンズ320、レチクル319、正立プリズム318、合焦レンズ308及び対物レンズ306により視準光学系が構成される。ダイクロイックミラー307は、可視光を透過する特性を有する。本実施の形態においては、視準光学系及び送光光学系、受光光学系は全て同一の光軸上に構成される。
【0025】
次に、図4のブロック図及び図5のタイミングチャートに従って本実施の形態による受信タイミング検出部6の詳細について説明する。図4は、受信タイミング検出部6のブロック図である。図5は、図4のブロック図におけるタイミングチャートである。図4における前段のコンパレータ部61は、2つのディレイ(遅延素子)401、402および3つのコンパレータ403、404、405で構成される。ディレイ401、402は、コイルやコンデンサなどから構成されるパッシブディレイラインを使用する。なお、アクティブディレイラインなどのその他のディレイ素子を使用するようにしてもよい。
【0026】
高精度化のためには、入力のパルス信号のパルス幅は狭い程望ましく、10ns以下のパルス幅になると、コンパレータはECLタイプを使用することが望ましい。本構成例は、ECLタイプのコンパレータを使用することを前提としており、そのため出力信号をTTLレベルに変換するためのレベル変換部62が接続されている。
【0027】
次にコンパレータ部61の動作を説明する。受信パルス信号S105がコンパレータ403に入力されると、この信号レベルが所定のスレッショルドを越えた時点でコンパレータ404に出力S403を出し、コンパレータ404はこの信号によりラッチモードからコンパレートモードへと変化し、同時に出力S404がレベルHからレベルLへと変化する。ラッチモードとは出力状態を保持するモードであり、コンパレートモードとはコンパレート動作を行うモードである。言い換えれば、出力S403がアクティブ(レベルH)となったとき、コンパレータ404はイネーブルとなりコンパレート動作を行う。
【0028】
コンパレータ404の2つの入力のうちのS401は、S105をおよそパルスの半値幅(振幅の約半分の値におけるパルス幅)だけディレイ401で遅らせた信号であり、2つの信号はクロスポイントのタイミングで大小関係が逆転し、出力S404はこのタイミングでレベルLからレベルHへと変化する。
【0029】
コンパレータ405は、出力S404の立ち上がりエッジによりラッチモードからコンパレートモードになり、同時に出力S405が、レベルLからレベルHへと変化する。コンパレータ405の入力のうちのS402は、S105をディレイ401の遅延時間のおよそ2倍の遅延時間に設定されたディレイ402で遅らせた信号であり、2つの入力S401とS402は、クロスポイントのタイミングで大小関係が逆転し、出力S405はこのタイミングでレベルHからレベルLへと変化する。
【0030】
なお、受信パルス信号S105が所定のスレッショルドより小さくなった時点で、出力S403はレベルHからレベルLへ変化する。ただし、この所定のスレッショルドは、クロスポイントの変動するレベルよりも十分小さな値を設定しておけばよい。
【0031】
以上により、図5に示すように、コンパレータ405の出力S405は、元のパルス信号S105に対して遅延時間の異なる2つのディレイで遅らせたパルス信号により発生する2つのクロスポイントにより論理が反転する信号となる。すなわち、元のパルス信号S105と出力S401のレベルが交差する点(交点)で出力S405のアクティブパルス信号の前側エッジが生成され、出力S401と出力S402のレベルが交差する点(交点)で出力S405のアクティブパルス信号の後側エッジが生成される。この出力S405のアクティブパルス信号が受信タイミング信号S106となる。
【0032】
ここで、本実施の形態において、クロスポイントにより受信タイミング信号S106を生成している理由について説明する。図6は、受信パルス信号をあるスレッショルドレベルで検出したときの受信タイミングの変化を示す図である。受信パルス信号の振幅が、温度やその他の環境変化により、実線の振幅レベルから上下の破線のレベルに変化したとき、受信タイミング信号は図6に示すようにδtだけ前後に変動することがわかる。この信号をそのまま受信タイミング信号として使用したのでは、受信タイミングに変動が生じ、精度の高い測定が達成できない。そこで、本実施の形態では、この変動を吸収するための方法として、クロスポイントによりパルス信号を生成する。
【0033】
例えば、コンパレータ404を例に考えて見る。図7は、コンパレータ404に入力する受信パルス信号S105と受信パルスS105をディレイ401で遅らせた信号S401の信号波形を示す図である。図6に示す通り、受信パルス信号S105と信号S401の振幅が変動しても、クロスポイントのタイミングは変動しないことが分かる。これにより、環境変化に影響を受けないタイミングを取得することができる。
【0034】
1つのクロスポイントにより、受信タイミングの後部エッジが生成できれば、その後部エッジを時間計測の基準にしていれば精度の高い測定が可能である。しかし、本実施の形態では、上述した通り、コンパレータにはECLタイプを使用し、その出力信号をTTLレベル(あるいはCMOSレベル)に変換するためのレベル変換部62を使用している。図8は、ECLレベルをTTLレベルに変換する回路例である。このレベル変換回路では、入力されたパルスはトランジスタのベース容量の影響を受け、入力パルス幅が変化すると、後ろ側エッジの遅延時間が変化する。
【0035】
例えば、図4のコンパレータ404の出力S404を、そのままレベル変換回路62を経由して受信タイミング信号S106として利用する場合を想定すればよい。このような場合、出力S404の後部エッジはクロスポイントにより生成されているので、変動の受けないタイミングで生成されるが、前部エッジはパルス信号S105の振幅の影響を受けて変動する。すなわち、出力S404は、後部エッジのタイミングは変動を受けないがパルス幅は変動する。このような変動するパルス幅をレベル変換部62に入力すると、振幅変動に対してクロスポイントは変化しなくても、最終的なTTL出力信号の後部エッジのタイミングは変化してしまうことになる。
【0036】
そこで、本実施の形態では前述したように、パルス幅においても変動を受けないように、受信タイミング信号の前部エッジおよび後部エッジの両方おいて、クロスポイントによりタイミングを生成するようにしている。これにより、図8のようなレベル変換回路を使用するような場合であっても、タイミング的に安定な受信タイミング信号S106を出力することができる。
【0037】
以上により、受信信号の振幅が変動しても、タイミング的に安定した受信タイミング信号S106を生成することができ、ひいては、精度の高い距離測定が可能となる。また、微分回路を使用する場合に比べて、回路定数のばらつきの影響を受けにくく、構成部品の選定が容易となり、製造工程も容易となる。その結果、部品コストや製造コストも安くなる。
【0038】
上記の実施の形態では、測量機における距離測定装置の例を説明したが、この内容に限定する必要はない。入力信号に対応するパルス信号を生成する場合に、入力信号の振幅の変動の影響を受けないタイミングでパルス信号を生成する必要があるあらゆる用途に適用することができる。また、距離測定装置においては、測量機に搭載されるものに限定する必要はない。例えば、車両の車間距離を測定するような装置にも使用することができる。すなわち、目標物までの距離を測定する必要があるあらゆる用途に適用することができる。
【0039】
上記の実施の形態では、信号S105をおよそパルスの半値幅(振幅の約半分の値におけるパルス幅)だけディレイ401で遅らせ、さらに信号S105をパルスの半値幅の2倍だけディレイ402で遅らせる例を説明したが、この内容に限定する必要はない。信号S105のパルス幅以内の値でクロスポイントが検出できる範囲で可変してもよい。
【0040】
上記の実施の形態では、信号S105をディレイ401およびディレイ402に入力し、ディレイ402はディレイ401に対し約2倍のディレイ値が設定されている例を説明したが、この内容に限定する必要はない。ディレイ401とディレイ402は同じディレイ値をもつものを使用し、ディレイ401の出力をディレイ402に入力するようにしてもよい。
【0041】
上記の実施の形態では、コンパレータ403〜405にECL素子を使用する例を説明したが、この内容に限定する必要はない。TTLやCMOSなどの他のテクノロジーの素子であってもよい。レベル変換回路を使用しない場合でも本発明は適用することができる。
【0042】
上記の実施の形態では、パルスレーザ光の例を説明したが、この内容に限定する必要はない。目標物に対しねらいを定めて照射することが可能であり、その光が目標物から反射するときに受光素子で受光できるような光であればどのようなものでもよい。
【0043】
上記の実施の形態では、信号がGNDに対してハイレベルの場合をアクティブである、いわゆる正論理で説明をしたが、この内容に限定する必要はない。信号が一定のレベルに対してGNDレベルをアクティブとする、いわゆる負論理で回路等を構成する場合にも適用できる。すなわち、本明細書では、説明の便宜上正論理を使用して発明を表しているが、本発明は正論理および負論理の両方で構成されるものを含むものである。
【0044】
上記の実施の形態では、2入力のレベルを比較するのにコンパレータを使用する例で説明をしたが、この内容に限定する必要はない。すなわち、2入力のレベルを比較し、その比較結果に応じた信号を出力することが可能な回路、素子等であればどのようなものでもよい。本明細書では、これらをコンパレータ手段と言う。
【0045】
本明細書で、送光とは、光を送り出すこと、照射すること、出射することなどを意味する。
【0046】
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【0047】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成しているので、例えば、入力信号の振幅が変動しても、入力信号に対応するパルス信号を安定したタイミングで生成することが可能となる。また、このようなパルス信号生成回路を距離測定装置に使用すると、低コストで精度の高い距離測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態である距離測定装置のブロック図である。
【図2】図1の装置による測距方法を説明する図である。
【図3】測距光路、基準光路、送光部、受光部の構成の詳細を示す図である。
【図4】受信タイミング検出部のブロック図である。
【図5】図4のブロック図におけるタイミングチャートである。
【図6】受信パルス信号をあるスレッショルドレベルで検出したときの受信タイミングの変化を示す図である。
【図7】受信パルス信号S105とディレイで遅らせた信号S401の信号波形を示す図である。
【図8】ECLレベルをTTLレベルに変換する回路例である。
【符号の説明】
1 演算制御部
2 時間計測部
3 送光部
4 受光部
5 信号増幅部
6 受信タイミング検出部
61 コンパレータ部
62 レベル変換部
401、402 ディレイ
403〜405 コンパレータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pulse signal generation circuit that generates a pulse signal corresponding to an input signal, and a distance measurement device that uses the pulse signal generation circuit to measure a distance to a measurement object using light.
[0002]
[Prior art]
A distance measuring device used for a general surveying instrument needs to measure a distance in a range of 1 m to several km with high accuracy of
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, it is difficult to optimize the constants of the differentiating circuit in this method using a differentiating circuit, and even if one device is optimized, there is an individual difference in pulse width depending on the device, so the total number is optimized with the same constant. There is a problem that the influence of timing deviation due to amplitude fluctuation becomes large.
[0004]
The present invention provides a pulse signal generation circuit in which the timing of the pulse signal to be generated is not affected by fluctuations in the amplitude of the input signal, and also provides a distance measurement device that enables highly accurate distance measurement.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The first aspect of the present invention is applied to a pulse signal generation circuit that generates a pulse signal corresponding to an input signal, and the input signal is delayed by a first time that is a value within the signal width of the input signal. A first delay means for outputting a signal, and a second delay signal for outputting a second delayed signal by delaying the input signal by a second time that is a value within twice the signal width of the input signal and longer than the first time. Based on the two delay means, the input signal, the first delay signal, and the second delay signal, the intersection of the output levels of the input signal and the first delay signal is detected to generate the front edge of the pulse signal And an intersection detection means for detecting the intersection of the output levels of the first delay signal and the second delay signal to generate the rear edge of the pulse signal to generate the pulse signal.
According to a second aspect of the present invention, in the pulse signal generation circuit according to the first aspect, the intersection detection means outputs the first signal as active when detecting that the input signal is equal to or higher than a predetermined level. Comparator means and enabled when the first signal becomes active, outputs the second signal as active when enabled and when the level of the input signal is lower than the level of the first delay signal Second comparator means and enabled when the second signal becomes active, and when enabled and when the level of the first delay signal is higher than the level of the second delay signal A third comparator that inverts and outputs the third signal when the signal is active and the level of the first delay signal is lower than the level of the second delay signal; With the door, in which the third signal a third comparator means outputs a pulse signal.
According to a third aspect of the present invention, in the pulse signal generation circuit according to the first or second aspect, the first time corresponds to a pulse width at a value about half the amplitude of the input signal, and the second time is the amplitude of the input signal. This is equivalent to about twice the pulse width at about half the value.
According to a fourth aspect of the present invention, in the pulse signal generation circuit according to any one of the first to third aspects, the intersection detection means uses an ECL element, and the pulse signal output from the ECL element is changed from the ECL level to the TTL level. Further, it is provided with a conversion means for converting to.
According to a fifth aspect of the present invention, a light transmitting means for transmitting the distance measurement light toward the target based on the distance measurement command signal, and a distance measurement light reflected by the target are received and a light reception signal is output. The light receiving means, the time measurement end signal generating means for generating a time measurement end signal based on the light reception signal, the time measurement is started based on the distance measurement command signal, the time measurement is ended based on the time measurement end signal, and the light transmission is started. Distance provided with time measuring means for measuring the light travel time until light reception, and calculation means for obtaining the light travel time measured by the time measurement means and calculating the distance to the target based on the obtained light travel time The time measurement end signal generation means applied to the measurement apparatus includes the pulse signal generation circuit according to any one of claims 1 to 4, wherein the input signal of the pulse signal generation circuit corresponds to the received light signal, and the pulse signal generation Circuit pulse No. are those corresponding to a time measurement end signal.
The invention according to
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. The distance measuring apparatus according to the present embodiment measures the distance to a measurement object (target object) using pulsed light. This distance measuring device is particularly provided in a surveying instrument that measures the distance to the measurement object, the angle in the direction of the measurement object, and the like.
[0007]
The arithmetic control unit 1 composed of a CPU or the like gives a distance measurement command signal S101 to the
[0008]
The
[0009]
Further, the light transmission
[0010]
On the other hand, when the distance measuring
[0011]
The reception pulse signal S104, which is the output of the
[0012]
The
[0013]
FIG. 2 is a diagram for explaining a distance measuring method by the apparatus of FIG. (1) and (2) in FIG. 2 show the relationship between the pulse emission command S102 and the reception timing signal S106 when the reference optical path 111 is selected. (3) and (4) show the relationship between the pulse emission command S102 and the reception timing signal S106 when the distance measuring
[0014]
Returning to FIG. 1, the actual ranging sequence will be described. The arithmetic control unit 1 confirms the level of the received signal from the distance measuring
[0015]
Next, the optical
[0016]
When the received signal level from the object to be measured is higher than the signal level of the reference optical path 111, the light amount of the distance measuring
[0017]
The optical
[0018]
Next, the optical
[0019]
FIG. 3 is a diagram showing details of the configuration of the distance measuring
[0020]
When the reference optical path 111 is selected by the optical
[0021]
On the other hand, when the distance measuring
[0022]
The
[0023]
Here, the light
[0024]
FIG. 3 further shows a collimating optical system for aligning the optical axes of the light transmitting and receiving optical systems in the direction of the measurement object. That is, for the
[0025]
Next, details of the
[0026]
For higher accuracy, it is desirable that the pulse width of the input pulse signal is as narrow as possible. When the pulse width is 10 ns or less, it is desirable to use the ECL type comparator. This configuration example is based on the premise that an ECL type comparator is used. Therefore, a
[0027]
Next, the operation of the
[0028]
S401 of the two inputs of the
[0029]
The
[0030]
Note that the output S403 changes from the level H to the level L when the reception pulse signal S105 becomes smaller than a predetermined threshold. However, the predetermined threshold may be set to a value sufficiently smaller than the level at which the cross point varies.
[0031]
As described above, as shown in FIG. 5, the output S405 of the
[0032]
Here, the reason why the reception timing signal S106 is generated by the cross point in the present embodiment will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating a change in reception timing when a reception pulse signal is detected at a certain threshold level. It can be seen that when the amplitude of the received pulse signal changes from the solid line amplitude level to the upper and lower broken line levels due to temperature and other environmental changes, the reception timing signal fluctuates back and forth by δt as shown in FIG. If this signal is used as it is as a reception timing signal, the reception timing varies and high-accuracy measurement cannot be achieved. Therefore, in the present embodiment, a pulse signal is generated by a cross point as a method for absorbing this variation.
[0033]
For example, consider the
[0034]
If the rear edge of the reception timing can be generated by one cross point, high-accuracy measurement is possible if the rear edge is used as a reference for time measurement. However, in this embodiment, as described above, the ECL type is used for the comparator, and the
[0035]
For example, the case where the output S404 of the
[0036]
Therefore, in this embodiment, as described above, the timing is generated by cross points at both the front edge and the rear edge of the reception timing signal so as not to be affected by the pulse width. Thereby, even when the level conversion circuit as shown in FIG. 8 is used, the reception timing signal S106 which is stable in terms of timing can be output.
[0037]
As described above, even when the amplitude of the reception signal varies, the reception timing signal S106 that is stable in terms of timing can be generated, and as a result, distance measurement with high accuracy is possible. Further, compared to the case where a differentiation circuit is used, it is less affected by variations in circuit constants, making it easy to select components and making the manufacturing process easier. As a result, parts costs and manufacturing costs are also reduced.
[0038]
In the above embodiment, the example of the distance measuring device in the surveying instrument has been described, but it is not necessary to limit to this content. When generating a pulse signal corresponding to an input signal, the present invention can be applied to any application that needs to generate a pulse signal at a timing that is not affected by fluctuations in the amplitude of the input signal. Further, the distance measuring device need not be limited to those mounted on the surveying instrument. For example, it can be used for an apparatus that measures the distance between vehicles. That is, the present invention can be applied to any application that needs to measure the distance to a target.
[0039]
In the above-described embodiment, the signal S105 is delayed by the
[0040]
In the above embodiment, the example in which the signal S105 is input to the
[0041]
In the above embodiment, an example in which an ECL element is used for the
[0042]
In the above embodiment, an example of pulsed laser light has been described, but it is not necessary to limit to this content. Any light can be used as long as it can irradiate the target with the aim and can be received by the light receiving element when the light is reflected from the target.
[0043]
In the above embodiment, the case where the signal is at a high level with respect to the GND has been described by the so-called positive logic, but it is not necessary to limit to this content. The present invention can also be applied to a case where a circuit or the like is configured with a so-called negative logic in which the GND level is active with respect to a certain signal level. That is, in this specification, the invention is expressed using positive logic for convenience of explanation, but the present invention includes what is constituted by both positive logic and negative logic.
[0044]
In the above-described embodiment, the example in which the comparator is used to compare the levels of the two inputs has been described. However, the present invention is not limited to this. That is, any circuit or element that can compare two input levels and output a signal corresponding to the comparison result may be used. In this specification, these are referred to as comparator means.
[0045]
In this specification, light transmission means sending out, irradiating, and emitting light.
[0046]
Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other embodiments conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention.
[0047]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, for example, even if the amplitude of the input signal varies, it is possible to generate a pulse signal corresponding to the input signal at a stable timing. In addition, when such a pulse signal generation circuit is used in a distance measuring device, it is possible to perform distance measurement with high accuracy at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a distance measuring method by the apparatus of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram illustrating details of a configuration of a distance measuring optical path, a reference optical path, a light transmitting unit, and a light receiving unit.
FIG. 4 is a block diagram of a reception timing detection unit.
FIG. 5 is a timing chart in the block diagram of FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram illustrating a change in reception timing when a reception pulse signal is detected at a certain threshold level.
FIG. 7 is a diagram illustrating signal waveforms of a reception pulse signal S105 and a signal S401 delayed by a delay.
FIG. 8 is a circuit example for converting an ECL level to a TTL level.
[Explanation of symbols]
1 Operation control unit
2 hour measuring part
3 Light transmitter
4 Light receiver
5 Signal amplifier
6 Reception timing detector
61 Comparator section
62 Level converter
401, 402 delay
403-405 Comparator
Claims (6)
前記入力信号を、前記入力信号の信号幅以内の値である第1の時間遅延させて第1の遅延信号を出力する第1の遅延手段と、
前記入力信号を、前記入力信号の信号幅の2倍以内の値であり前記第1の時間より長い第2の時間遅延させて第2の遅延信号を出力する第2の遅延手段と、
前記入力信号と前記第1の遅延信号と前記第2の遅延信号とに基づき、前記入力信号と前記第1の遅延信号との出力レベルの交点を検出して前記パルス信号の前側エッジを生成し、前記第1の遅延信号と前記第2の遅延信号の出力レベルの交点を検出して前記パルス信号の後側エッジを生成して前記パルス信号を生成する交点検出手段とを備えることを特徴とするパルス信号生成回路。A pulse signal generation circuit for generating a pulse signal corresponding to an input signal,
First delay means for delaying the input signal for a first time which is a value within the signal width of the input signal and outputting a first delayed signal;
Second delay means for delaying the input signal by a second time longer than the first time and having a value within twice the signal width of the input signal and outputting a second delayed signal;
Based on the input signal, the first delay signal, and the second delay signal, an intersection of output levels of the input signal and the first delay signal is detected to generate a front edge of the pulse signal. And an intersection detection means for detecting an intersection of output levels of the first delay signal and the second delay signal to generate a rear edge of the pulse signal to generate the pulse signal. A pulse signal generation circuit.
前記交点検出手段は、
前記入力信号が所定のレベル以上であることを検出したときに第1の信号をアクティブとして出力する第1のコンパレータ手段と、
前記第1の信号がアクティブとなったときにイネーブルとされ、イネーブルとされているときかつ前記入力信号のレベルが前記第1の遅延信号のレベルより低いとき第2の信号をアクティブとして出力する第2のコンパレータ手段と、
前記第2の信号がアクティブとなったときイネーブルとされ、イネーブルとされているときかつ前記第1の遅延信号のレベルが前記第2の遅延信号のレベルより高いときに第3の信号をアクティブとし、前記第1の遅延信号のレベルが前記第2の遅延信号のレベルより低いときに第3の信号を反転して出力する第3のコンパレータ手段とを備え、
前記第3のコンパレータ手段が出力する前記第3の信号を前記パルス信号とすることを特徴とするパルス信号生成回路。The pulse signal generation circuit according to claim 1,
The intersection detection means includes:
First comparator means for outputting the first signal as active when it is detected that the input signal is above a predetermined level;
Enabled when the first signal becomes active, and outputs a second signal as active when enabled and when the level of the input signal is lower than the level of the first delay signal. Two comparator means;
The signal is enabled when the second signal becomes active, and the third signal is activated when enabled and when the level of the first delay signal is higher than the level of the second delay signal. And third comparator means for inverting and outputting the third signal when the level of the first delay signal is lower than the level of the second delay signal,
The pulse signal generation circuit characterized in that the third signal output from the third comparator means is the pulse signal.
前記第1の時間は前記入力信号の振幅の約半分の値におけるパルス幅に相当し、前記第2の時間は前記入力信号の振幅の約半分の値におけるパルス幅の約2倍に相当することを特徴とするパルス信号生成回路。The pulse signal generation circuit according to claim 1 or 2,
The first time corresponds to a pulse width at about half of the amplitude of the input signal, and the second time corresponds to about twice the pulse width at about half of the amplitude of the input signal. A pulse signal generation circuit characterized by the above.
前記交点検出手段はECL素子を使用し、
ECL素子より出力された前記パルス信号を、ECLレベルからTTLレベルに変換する変換手段をさらに備えることを特徴とするパルス信号生成回路。The pulse signal generation circuit according to any one of claims 1 to 3,
The intersection detection means uses an ECL element,
A pulse signal generation circuit further comprising conversion means for converting the pulse signal output from the ECL element from an ECL level to a TTL level.
前記目標物で反射された前記距離測定用光を受光して受光信号を出力する受光手段と、
前記受光信号に基づき時間計測終了信号を生成する時間計測終了信号生成手段と、
前記測距指令信号に基づき時間計測を開始し、前記時間計測終了信号に基づき時間計測を終了し、前記送光から前記受光までの光走行時間を計測する時間計測手段と、
前記時間計測手段により計測された光走行時間を取得し、取得した光走行時間に基づいて前記目標物までの距離を演算する演算手段とを備える距離測定装置であって、
前記時間計測終了信号生成手段は、請求項1から4のいずれか1項記載のパルス信号生成回路を備え、
前記パルス信号生成回路の入力信号は前記受光信号に対応し、前記パルス信号生成回路のパルス信号は前記時間計測終了信号に対応することを特徴とする距離測定装置。A light sending means for sending light for distance measurement toward a target based on a distance measurement command signal;
A light receiving means for receiving the distance measurement light reflected by the target and outputting a light reception signal;
A time measurement end signal generating means for generating a time measurement end signal based on the received light signal;
Time measurement means for starting time measurement based on the distance measurement command signal, ending time measurement based on the time measurement end signal, and measuring a light travel time from the light transmission to the light reception;
A distance measuring device comprising: an optical traveling time measured by the time measuring means; and a computing means for computing a distance to the target based on the obtained optical traveling time,
The time measurement end signal generation means includes the pulse signal generation circuit according to any one of claims 1 to 4,
An input signal of the pulse signal generation circuit corresponds to the light reception signal, and a pulse signal of the pulse signal generation circuit corresponds to the time measurement end signal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002073900A JP3779633B2 (en) | 2002-03-18 | 2002-03-18 | Pulse signal generation circuit and distance measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002073900A JP3779633B2 (en) | 2002-03-18 | 2002-03-18 | Pulse signal generation circuit and distance measuring device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003270346A JP2003270346A (en) | 2003-09-25 |
JP3779633B2 true JP3779633B2 (en) | 2006-05-31 |
Family
ID=29203439
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002073900A Expired - Fee Related JP3779633B2 (en) | 2002-03-18 | 2002-03-18 | Pulse signal generation circuit and distance measuring device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3779633B2 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102520414A (en) * | 2011-11-18 | 2012-06-27 | 西安交通大学 | Laser active and infrared reactive compound detecting device |
KR101483041B1 (en) | 2012-09-04 | 2015-01-19 | 광운대학교 산학협력단 | Constant fraction discriminator time pickoff apparatus and method thereof |
EP3410147A4 (en) * | 2016-01-29 | 2019-01-02 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Distance measurement device |
KR102604467B1 (en) * | 2021-12-20 | 2023-11-20 | 영남대학교 산학협력단 | Apparatus and method for distance measurement, and vehicle with the same |
-
2002
- 2002-03-18 JP JP2002073900A patent/JP3779633B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2003270346A (en) | 2003-09-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6226076B1 (en) | Distance measuring apparatus using pulse light | |
US7920248B2 (en) | Method and apparatus for optoelectronic contactless range finding using the transit time principle | |
CN102265178B (en) | Distance measurement device and distance measurement method | |
JP4491661B2 (en) | Light wave distance meter | |
CN102803989B (en) | Evaluation device, measuring arrangement and method for path length measurement and measuring system and method for a coordinate measuring device and coordinate measuring device | |
US11372088B2 (en) | Optical distance meter having switchable receiving aperture | |
JP2008076145A (en) | Device for measuring pulse light reception time | |
JPH1123709A (en) | Distance-measuring device | |
JP3911575B2 (en) | Pulse-type optical rangefinder | |
JPS601590B2 (en) | Laser distance measuring device based on the principle of measuring the transit time of optical pulses | |
JP3225682B2 (en) | Distance measuring device | |
JPS6162885A (en) | Distance/speed meter | |
JP3779633B2 (en) | Pulse signal generation circuit and distance measuring device | |
CN203720351U (en) | Laser radar measuring instrument for measuring object angles and angular velocities accurately | |
CN111758049A (en) | Laser radar equipment, special integrated circuit and distance measuring device | |
JP3141119B2 (en) | Pulse signal detector and light wave distance meter | |
JP4002199B2 (en) | Light wave distance meter | |
Kurtti et al. | A CMOS chip set for accurate pulsed time-of-flight laser range finding | |
JPH07248374A (en) | Distance measuring device | |
CN111812665A (en) | Pulse and phase integrated laser ranging device | |
KR101008120B1 (en) | Ultrasonic measuring apparatus using resonator length selective optical fiber interferometer | |
JPH06289137A (en) | Optical range finder | |
Kurtti | Integrated receiver channel and timing discrimination circuits for a pulsed time-of-flight laser rangefinder | |
JP3096795B2 (en) | Tracking ranging system | |
JPH1090591A (en) | Focus detector |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050222 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20050222 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20050302 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060207 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060214 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060302 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3779633 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120310 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120310 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150310 Year of fee payment: 9 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |