JP3897803B2 - 光ビーム距離計 - Google Patents
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Description
本出願は、私の先行する米国特許出願、出願番号08/359,151;出願日1994年12月19日、発明者トーマス マッキーワン(IL-9567)の「高解像度掃引範囲ゲートを有する短距離超広帯域レーダ」の継続出願であり、これをここに完全に記述されたとして参考として挙げる。その出願は1994年9月6日出願のNo.08/300,909の一部継続出願であり、その出願は1993年5月7日出願のNo.08/058,398の一部継続出願であり、その出願は現在は1994年9月6日発行の米国特許No.5,345,471である1993年4月12日出願のNo.08/044,745の一部継続出願である。
レーザ距離測定は1960年代に遡り、1970年代に実際に良好に開発された。例えば、アポロ宇宙飛行士は月面に逆反射体を残し、それは本発明の発明者により設計されたタイミング装置を使用して約6インチの精度で地球上の望遠鏡観測所からの距離測定を可能とした。また、1970年代には戦場での使用のために、同様の精度のレーザ目標指示器が開発されていた。
本発明は、高解像度レーザテープ測定装置を提供し、それは布及び金属の測定器具を、1ミリメートル未満の解像度で目標物までの距離を測定する可視ビームにより置換することができる。目標物上に投射された明るいスポットは測定中の点を明確に示し、ユーザはその点までの距離を、その距離の0.1%以上の精度で読み取ることができる。
1)ナノ秒未満のパルスの初期エッジのサンプリングが、従来技術で精度を制限していたレーザダイオードのスペックルノイズを除去する;
2)ナノ秒未満のパルスのサンプリングが、直接的に高解像度を提供し、CWシステムに見られる位相の不明瞭を解消する;
3)低デューティサイクルが平均レーザ出力パワーを減少させ、目に安全な装置を製造し、レーザダイオード及びバッテリーの寿命を延ばす;
4)使用される微少消費電力レーダ距離計回路は非常に低コストである。
Claims (17)
- 距離測定装置において、
第一の周波数を有する送信タイミング信号に応じて可視電磁パルス列を送信する送信機と、
上記第一の周波数とは異なる第二の周波数を有する受信タイミング信号に応じて、制御されたタイミングで対象物からの可視電磁パルス列の反射を、受信タイミング信号に基づいてサンプリングし、サンプリングに応じて対象物までの距離を示す等価時間距離ゲート信号を生成する受信機であって、アバランシェフォトダイオード又はPINフォトダイオードを備えた受信機と、
送信機に送信タイミング信号を供給し、受信機に受信タイミング信号を供給するタイミング回路と、を備え、
前記タイミング回路は、前記受信タイミング信号をその遅延量が徐々に変化するように遅延させ、
前記受信機は、遅延前の前記受信タイミング信号と、受信パルスがサンプリングされたことを示す信号とをANDゲート回路に入力して前記等価距離ゲート信号を生成する、
ことを特徴とする装置。 - 送信タイミング信号は、パルス間の時間を規定するための一貫したパルス繰返し速度で送信機に可視電磁パルス列を送信させ、前記パルス間の時間は、上記遅延の開始と終了における遅延差より大きい請求項1に記載の装置。
- 送信タイミング信号は、パルス繰返し速度で送信機に可視電磁パルス列を送信させ、受信タイミング信号は掃引サイクル中で上記遅延を行う範囲にわたり掃引して、反射がパルス繰返し速度で上記遅延を行う範囲中の異なる遅延でサンプリングされ、サンプル信号が等価時間における受信された反射を示すようにする請求項1に記載の装置。
- 掃引サイクルは、16キロヘルツ未満の掃引速度で繰返される請求項3に記載の装置。
- 掃引サイクルは、100ヘルツ未満の掃引速度で繰返される請求項3に記載の装置。
- パルス繰返し速度は、約1メガヘルツより大きい請求項3に記載の装置。
- 受信機は、アバランシェフォトダイオードと、出力及び入力がアバランシェダイオードに接続されたサンプリングゲートと、サンプリングゲートの出力に接続されたアンプと、を備える請求項1に記載の装置。
- 送信機は、可視電磁パルス列を供給するレーザダイオードを有する請求項1に記載の装置。
- フィールド内の対象物までの距離を検出する掃引距離ゲートセンサにおいて、
レーザダイオードを有し、送信タイミング信号に応じてパルス列を有する光ビームを送信する送信機であって、前記ビーム中のパルスは、レーザビームが高度に単一モードではない広い帯域の初期エッジ期間により特徴付けられる送信機と、
サンプルゲートに接続されたアバランシェフォトダイオード又はPINフォトダイオードを有し、受信タイミング信号に応じて、制御されたタイミングでビームが照射された対象物からの反射をサンプリングし、サンプリングに応じて対象物までの距離を示す等価距離ゲート信号を生成する受信機と、
第一の周波数を有する送信タイミング信号を送信機に供給し、上記第一の周波数とは異なる第二の周波数を有する受信タイミング信号を受信機に供給するタイミング回路であって、前記受信タイミング信号をその遅延量が徐々に変化するように遅延させるタイミング回路と、
受信機に接続され、遅延前の前記受信タイミング信号と、受信パルスがサンプリングされたことを示す信号とをANDゲート回路に入力して前記等価距離ゲート信号を生成するシグナルプロセッサと、を備えるセンサ。 - アバランシェフォトダイオードに接続された定電流バイアス回路を有する請求項9に記載のセンサ。
- 受信機は、光検出器に接続されたサンプリングゲートと、入力がサンプリングゲートに接続されたアンプと、を有する請求項9に記載のセンサ。
- 送信ビームと受信反射とが実質的に平行ビームとなるようにする光学系を備える請求項9に記載のセンサ。
- 第1位置から第2位置までの距離を測定する方法において、
制御された第一のタイミングで第1位置から第2位置へパルスの光ビームを送信する工程と、
アバランシェフォトダイオード又はPINフォトダイオードを使用し、第1位置において、可視ビームの反射を上記第一のタイミングとは異なる第二のタイミングでサンプリングする工程と、
上記第二のタイミングをその遅延量が徐々に変化するように遅延させる工程と、
遅延前の前記第二のタイミング信号と、受信パルスがサンプリングされたことを示す信号とをANDゲート回路に入力して、上記距離を示す等価距離ゲート信号を生成する工程と、を備える方法。 - 送信工程は、パルスの少なくとも初期エッジが高度にマルチモードである広い帯域のレーザービームとなるようにパルスを生成する工程を含む請求項13に記載の方法。
- 前記パルスをレーザダイオードを使用して生成する工程を有する請求項13に記載の方法。
- 前記パルスを発光ダイオードを使用して生成する工程を有する請求項13に記載の方法。
- アバランシェフォトダイオードを定電流にバイアスする工程を有する請求項13に記載の方法。
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