JP3956890B2

JP3956890B2 - Distance measuring device and distance measuring method

Info

Publication number: JP3956890B2
Application number: JP2003117594A
Authority: JP
Inventors: 達也本田; 一成吉村; 国法中村
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2023-04-22
Also published as: JP2004069675A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体に電磁波を照射し、電磁波を送波してから物体により反射された電磁波が受波されるまでの時間に基づいて物体までの距離を計測する距離計測装置及び距離計測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
物体に向けて照射した電磁波の送波してから物体により反射された電磁波が受波されるまでの時間に基づいて物体までの距離を計測するタイムオブフライト法による距離計測方法において、送波したパルス状電磁波の一部を既知の距離を経由する参照波とし、物体による反射波と上記参照波とを一つの受信部で受信して両者の受信時刻の時間差から物体までの距離を計測することが特許第２８９６７８２号公報に示されている。
【０００３】
また図２４に示すように参照波Ｓと反射波Ｒとが時間軸上で接近して両者の分離が困難な場合（通常は物体までの距離が近い場合）、両者を明確に分離することができないことから、上記公報では電磁波（光）の到着を遅延させることになる光ファイバーを反射波の光路中に挿入し、反射波と参照波の受信時間差から長さが既知である上記光ファイバーを経由させることによる遅延時間Ｔｄを差し引いた後の時間差Ｔ１を元に物体までの距離を演算することが示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２８９６７８２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、物体の反射率は物体の表面の色が白か黒かによって変化し、また物体の表面が拡散反射面か正反射面かによっても変化するために、反射波がかなり微弱となってしまうことが多々あり、このために光損失を増加させることになる光ファイバーを反射波の光路中に挿入して反射波の光路を延長することは、Ｓ／Ｎ比を更に悪化させることになり、このためにアンプの増幅率を大きくしたり、電磁波の照射手段の出力を大きくしなくてはならず、測距装置のコストが高くなる上に装置が複雑化する。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは物体までの距離が近くとも高速高精度な距離計測を行うことができる距離計測装置及び距離計測方法を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明に係る距離計測装置は、物体に向けてパルス状の電磁波を投射する発信部と、発信部から発信させた電磁波から参照波を分岐させる分岐手段と、投射された電磁波の物体からの反射波と上記参照波とを受信する一つの受信部と、受信部から出力される上記両波の信号を分離して両者の受信時刻の時間差を算出し該時間差に基づいて物体までの距離を演算する処理部とを備えるとともに、上記参照波が受信部に到達する時刻を所定時間遅延させて物体からの反射波を受信する時刻の後とする遅延手段を参照波が受信部に至るまでの光路中に備えた距離計測装置であって、上記遅延手段は遅延させる所定時間を変更する遅延時間変更部を備え、該遅延時間変更部は、参照波を予め定めた遅延時間だけ遅延させて行う予備計測で得られた物体までの距離に応じて本計測時の遅延時間を変更するものであるとともに、上記処理部は、予備計測と本計測のうちの少なくとも本計測を、発信部からの電磁波の投射を規定回数繰り返して行わせるとともに、上記投射から反射波と参照波との受信までの時間の規定回数分の積算値の差と前記所定時間とから物体までの距離を計測することで行うものであることに特徴を有している。
【０００８】
上記発信部は受信部による参照波の受信をトリガとして電磁波の投射を繰り返すものが好適である。
【０００９】
また、遅延手段には電磁波が光である場合、遅延手段には光ファイバーや複数のミラーを用いることができるが、このほか、参照波を受光する参照波用受信手段と参照波用受信手段の出力信号を遅延させる遅延回路と遅延回路の出力で測距用の受光素子に受光させる参照波を発信する参照波発信部とからなるものを用いてもよい。
【００１１】
参照波の遅延時間の温度によるずれを補償する温度補償手段を備えたものとするのも好ましい。
【００１２】
電磁波が光で場合、受信部が受信する参照波または及び物体からの反射波の光量を調節する光量調節手段を備えたものとしてもよい。この光量調節手段としては、参照波を予め定めた遅延時間だけ遅延させて行う予備計測で得られた物体までの距離もしくは反射波の光量レベルに応じて本計測時の光量調節を行うものを好適に用いることができる。
【００１４】
そして本発明に係る距離計測方法は、物体に向けて投射したパルス状の電磁波の物体からの反射波を受信部で受信するとともに、上記電磁波から分岐した参照波を既知の距離を経由する時間に相当する時間だけ遅延させて上記受信部と同じ受信部で受信し、受信部から出力される上記両波の信号を分離して両者の受信時刻の時間差を算出し、該時間差に基づいて物体までの距離を計測するにあたり、参照波を遅延させる時間を物体からの反射波を受信するまでの時間よりも長い所定時間とし、該所定時間と上記時間差とに基づいて物体までの距離を計測する距離計測方法であり、物体までの距離に応じて参照波の遅延時間を可変として、参照波を予め定めた遅延時間だけ遅延させて物体までの距離の予備計測を行い、次いで参照波の遅延時間を上記予備計測で得られた物体までの距離に応じた時間に変更して該変更した遅延時間だけ参照波を遅延させて物体までの距離の本計測を行うとともに、予備計測と本計測のうちの少なくとも本計測は、パルス状の電磁波の投射を規定回数繰り返して物体からの反射波と参照波とを規定回数受信し、上記投射から反射波と参照波との受信までの時間の規定回数分の積算値の差と上記所定時間とから物体までの距離を計測することに特徴を有している。
【００１６】
パルス状の電磁波の投射の繰り返しは受信部での受信をトリガとして行うものが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図２は本発明に係る距離計測装置の概略ブロック図を示しており、図中１は駆動回路部７の出力によりパルス状のレーザ光を発信する半導体レーザなどの発信部であり、発信部１から出力されたパルス状レーザ光は分岐手段であるビームスプリッタ１０によって物体波と参照波とに分岐され、物体波は目的とする物体９に照射され、物体１での反射波はレンズ（図示せず）を経てフォトダイオードなどからなる受信部２に入射する。また、受信部２では上記参照波の受信も行う。なお、参照波と反射波とは異なるタイミングで受信部２に到達するようにしている。
【００１８】
受信部２の出力は増幅回路３において増幅される。そして、マスク部４は参照成分分離マスクと反射成分分離マスクとを発生するとともに、両マスクの発生を切り換えるアナログスイッチやゲート回路を備えたものであり、参照成分分離マスクが発生する期間には参照信号成分のみを通過させ、反射成分分離マスクが発生する期間には反射信号成分のみを通過させる。
【００１９】
マスク部４の出力は計数回路部５に入力される。計数回路部５は時計機能を有して、マスク部４において参照成分分離マスクが選択されている期間においてマスク部４から出力が最初に発生してから計数回路部５がカウントアップするまでの時間と、反射成分分離マスクが選択されている期間においてマスク部４から出力が最初に発生してから計数回路部５がカウントアップするまでの時間とがそれぞれ計時される。計数回路部５のカウントアップの値はあらかじめ設定された規定回数となっており、たとえば「１００００」などの値に設定されている。
【００２０】
ここで、マスク部４において参照成分分離マスクと反射成分分離マスクとのどちらを選択するかは計数回路部５によって制御されており、物体９までの距離の測定開始時には反射成分分離マスクが選択される。反射成分分離マスクが選択されている期間には反射信号成分が計数回路部５に入力され、反射信号成分の個数がカウントアップの値に達すると、計数回路部５からマスク部４に対して参照成分分離マスクを選択するように指示がなされる。
【００２１】
計数回路部５において計時された２つの時間は処理部６に与えられる。参照波の経由距離は既知であることから、処理部６は反射成分分離マスクが選択されている期間に計時された時間と、参照成分分離マスクが選択されている期間に計時された時間と上記規定回数とに基づいて、物体９までの距離を演算することができる。図３に上記動作の概略フローチャートを示す。図中Ｎが規定回数である。なお、上記マスク部４や計数回路部５及び処理部６と、発信部２からのパルス状レーザ光の発信タイミングを制御する駆動回路部７などの動作は本出願人の出願にかかる特開２００１−１２４８５５号公報に詳しいが、このような処理を行うことで、精度の高い距離計測を安価な機材構成で行うことができる。
【００２２】
ここにおいて、物体９までの距離が近い時、本来ならば、前述のように参照波パルスＳと反射波パルスＲとが図１上段に示すように接近して両者の分離が困難となるが、ここではビームスプリッタ１０から受信部２に至る参照波の光路中に、通常であれば反射波パルスＲよりも前に受信することになる参照波パルスＳの受信が反射波パルスＲの後になるように、物体までの距離以上の長さの光ファイバーからなる遅延手段８を挿入し、該遅延手段８によって参照波パルスＲの受信が時間Ｔｄだけ遅くなるようにしている。
【００２３】
つまり、物体９までの距離と比較して十分に長い長さの光ファイバーを遅延手段８として用いて反射波パルスＲが参照波パルスＳと重なることがないタイミングで受信部２に到達するようにしているものであり、このために物体９までの距離が近い場合に距離が測定不能となってしまうことがないものである。
【００２４】
なお、上記遅延時間Ｔｄは遅延手段８である光ファイバーの長さが既知であることから、遅延手段８を挿入していない場合の参照波パルスＳと反射波パルスＲとの到達時刻の時間差Ｔ１は演算で求めることができ、物体９までの距離測定に支障をきたすことはない。
【００２５】
もっとも、参照波パルスＳを遅延させる関係上、物体９までの距離が遠くて反射波パルスＲの到達時刻が参照波パルスＳの到達時刻とほぼ同じ時刻になる場合は逆に反射波パルスＲと参照波パルスＳとが重なって両者を分離できなくなってしまうことから、遅延手段８である光ファイバーの長さは、この距離測定装置による最大測距距離までの距離の２倍の長さ以上としておくことに、つまり最大測距距離を電磁波が往復する時間よりも長い時間だけ参照波パルスＳを遅延させることができるものとしておくことになるが、これでは最大測距距離が長いものでは遅延手段８である光ファイバーの長さが長くなりすぎることになって距離計測装置内に納めておくことが困難となる場合がある。このために、物体９までのおおよその距離（後述する予備測距動作で知るようにしてもよい）に応じて参照波の光路から遅延手段８を外してビームスプリッタ１０で分岐した参照波が遅延手段８を経ることなく受信部２に至るようにしたり、あるいは反射波パルスＲと参照波パルスＳとが重なって両者を分離できない場合に遅延手段８を挿入して測定を行う動作と、遅延手段８を外して測定を行う動作とを切り換える切換手段を設けることも好ましい。また、後述するように遅延時間Ｔｄを変更することができる遅延手段８を用いてもよい。
【００２６】
遅延手段８として光ファイバーを用いる場合、線膨張係数がきわめて小さいもの、例えば石英系光ファイバーを用いることが好ましい。温度による影響を小さくすることができる。また、光ファイバーにはＳＩ型とＧＩ型とがあるが、ＧＩ型を用いることにより、光ファイバーによる遅延時間を正確に設定することができる。
【００２７】
また遅延手段８は、参照波パルスＳが受信手段２に到達する時刻を予め定めた時間だけ遅らせることができるものであれば、どのようなものであってもよく、図４に示すように複数のミラー８０を用いたものや、導波路を用いたものであってもよく、さらには図５に示すように、参照波Ｓを受光する参照波用受信手段８１と、参照波用受信手段８１の出力信号を設定された時間だけ遅延させる遅延回路８２と、遅延回路８２の出力で測距用の受信部２に受光させる参照波Ｓを発信する参照波発信部８３とからなる遅延手段８、すなわち電気的な遅延手段８を用いてもよい。
【００２８】
遅延手段８が光ファイバーである場合、周囲温度による膨張収縮でその長さが変動し、参照波パルスＳの上記遅延時間Ｔｄが変化して測距に影響が出てしまうことから、図６に示すように、温度検出部１１で検出される温度に応じて遅延時間Ｔｄの補正を行う補正回路部１２を設けるとよい。温度変化による影響をリアルタイムで補正することができる。
【００２９】
この温度補正は、図７及び図８(a)に示すように、遅延手段８である光ファイバーの受信部２と対向する端部の位置を、温度検出部１１で検出した温度に応じて駆動部１３で変化させることで、光ファイバーの膨張収縮による距離変化を打ち消すようにしたり、図８(b)に示すように、遅延手段８である光ファイバーと受信部２との間に長さが異なる複数種の遅延物１４ａ，１４ｂ，１４ｃを周囲温度に応じて挿入することで、光ファイバーの膨張収縮による距離変化を打ち消すようにしたり、あるいは図８(c)に示すように、屈折率が異なる複数種の遅延物１５ａ，１５ｂ，１５ｃを周囲温度に応じて挿入することで、光ファイバーの膨張収縮による距離変化を打ち消すようにしてもよい。
【００３０】
遅延手段８が前述の電気的に遅延させるものである場合にも、温度に応じて遅延時間を調整する温度補償が有効なのはもちろんであり、また受信部２として用いるフォトダイオードなどの温度補償を行うことも有効である。図９は温度センサである温度検出部１１が周囲温度を検知して出力するアナログデータをＡＤ変換素子を介して取り込んだマイクロコンピュータ（制御手段）が、対応する補償電圧値を出力し、ＤＡ変換素子でアナログデータに変換して補償電源に印加すれば、補償電源が印加された電圧に基づいてフォトダイオードの電圧値を変更するものを示している。
【００３１】
ところで、遅延手段８による遅延時間Ｔｄであるが、この値は前述のように最大測距距離を電磁波が往復する時間よりも長い時間としておくことで、参照波パルスＳと反射波パルスＲとを常に明確に分離することができる状態を保つことができるが、パルス状の電磁波の投射と物体からの反射波Ｒの受信と参照波Ｓの受信とを規定回数Ｎ繰り返し、上記所定時間と時間差の積算値と規定回数Ｎとから物体までの距離を計測する場合、遅延時間Ｔｄを長くしておくと最終的な測距完了までに時間がかかることになる。
【００３２】
このために、遅延時間Ｔｄを変更することができる遅延手段８を用いるとともに、図１０に示すように、参照波Ｓを予め定めた遅延時間Ｔｄ（最大測距距離を電磁波が往復する時間よりも長い時間が好ましい）だけ遅延させて物体までの距離の予備計測を行い、次いで参照波Ｓの遅延時間Ｔｄを上記予備計測で得られた物体までの距離に応じた時間に変更して該変更した遅延時間Ｔｄだけ参照波Ｓを遅延させて物体までの距離の本計測を行うようにしてもよい。本計測時の遅延時間Ｔｄは予備計測時の遅延時間Ｔｄより短くすることができる場合が殆どであるから、規定回数Ｎだけ繰り返すことで正確な距離計測を行う場合に特に有効である。なお、図１０に示すものでは、予備計測時（第１回距離計測時）においても規定回数Ｎだけ繰り返すことを行っているが、繰り返しは本計測時のみとし、予備計測時は繰り返しを行わないように、もしくは繰り返しの回数を少なくしてもよい。
【００３３】
もっとも、遅延時間Ｔｄを変更しても、発信部１からの電磁波の投射の繰り返しタイミングが一定では最終的な測距完了までの時間は殆ど変わらないことになるために、ここでは発信部１からの電磁波の投射の繰り返しは、受信部２による受信（参照波の受信）をトリガとして行うようにしている。図９に示した電気的遅延手段６０は、上記トリガを得るためのものであって、受信部２で受信した反射波Ｒと参照波Ｓとを分離する信号分離手段６１から参照波Ｓの検出信号を受けた遅延手段６０は、予め設定されている繰り返し発信用遅延時間の経過時に発信部１から電磁波の投射を行わせる。図中６３は繰り返し回数のカウント用のカウンターである。なお、受信部２での受信をトリガとして繰り返し用の発信を行わせることは、遅延時間Ｔｄの変更を行わないものでも有効であるのはもちろんである。
【００３４】
遅延時間Ｔｄの変更が可能な遅延手段８としては、たとえば図１１に示すように長さの異なる複数本の光ファイバーとスプリッタである導波路８５とからなるもの、図１２に示すように光スイッチで構成された光路切換器８６と光路長の異なる複数の導波路８５とからなるもの、図１３に示すように光スイッチ８７を内蔵した導波路８５などを好適に用いることができる。電気的に遅延させる遅延手段８を用いている場合は、更に遅延時間Ｔｄの変更が容易となる。
【００３５】
図１４に別の例を示す。これは参照波の光量の調整用の光量調整要素９を設けるとともに、予備計測で得られた反射波の受光信号レベルに応じて（もしくは物体までの距離に応じて）、光量調整要素９による参照波の光量調整度が自動的に変更されるようにすることで、本計測時の参照波信号レベルを反射波信号レベルに合わせることができるようにしたものである。
【００３６】
参照波の前後に生じるノイズ成分のレベルを抑え込むことができるために、ノイズを参照波として誤認識することを防止することができ、信号レベルを合わせることもあって、安定した距離計測を行うことができる。
【００３７】
上記光量調節要素９としては、次のようなものを用いることができる。図１５に示すものは、発信部１から受信部２に至る参照波の光路中に遅延手段８として導波路８５ａ，８５ｂを直列に配置するとともに、小型モータ９０で導波路８５ａを搭載した基板をスライド駆動することで、導波路８５ａ，８５ｂ間の接合部の口径を変化させて光量調節を行うようにしたものである。図中９１は高分解能エンコーダであり、処理部６と駆動回路部７とによって小型モータ９０による変位量の制御を行っている。
【００３８】
図１６は光量調節要素９の他例を示しており、ここでは発信部１と遅延手段８である光ファイバーとの対向距離を小型モータ９４で調整し、受信部２の直前には小型モータ９０による図中上下方向駆動で受信部２に入る光の遮蔽量をコントロールするためのスクリーン９５を配置し、反射波の光量も調整することができるようにしている。このほか、図１７に示すように、液晶フィルター９６を用いて光量調節を行うようにしてもよい。
【００３９】
反射波や参照波に含まれるノイズ成分の低減という点では、図１８に示すように、距離測定に使用する電磁波の波長のみを通過させるバンドパスフィルター９７を受信部２の直前などに配置するとよい。
【００４０】
ノイズ対策としては、前述の受信信号のマスクのほか、受信部２に入る光のマスクも有効である。参照波をマスクする場合についていえば、例えば図１９に示すように、遅延手段８における光の入射口と出射口とに光スイッチなどで構成したゲートＧＩ，ＧＯを配置し、参照波が夫々のゲートＧＩ，ＧＯを通過するタイミングで通常時は閉じているこれらゲートＧＩ，ＧＯを開くのである。ゲートＧＩのみ、もしくはゲートＧＯのみを設けたものであってもよい。
【００４１】
前述の予備計測と本計測とを行うものにおいては、反射波に対してもゲートＧを設けて反射波が通過するタイミングでゲートＧを開閉させることができる。この場合、参照波と異なり、反射波が通過するタイミングは物体までの距離によって変化することから、予備計測時にはゲートＧを開いたままとし、本計測時は図２０に示すようにゲートＧを閉じておき、上記予備計測で得られた反射波到来時刻の前後一定時間だけゲートＧを開くのである。図２１にこの場合の処理フローを示す。
【００４２】
反射波と参照波とが同一のゲートＧ（ＧＯ）を通過するようにしてもよい。図２２に反射波と参照波とが同一のゲートＧＯを通過するものにおけるゲートＧＩ，ＧＯの開閉タイミングを、図２３に処理フローを示す。この場合、ゲートＧＯには反射波と参照波とを受信部２に選択的に導く光スイッチを好適に用いることができる。
【００４３】
以上の各例では、距離計測用の電磁波としてレーザから出力させる光を用いたもので説明したが、光以外の波長域の電磁波を用いたものであってもよい。
【００４４】
また、ノイズの影響を避けるという点においては、この距離計測装置における筐体を樹脂系の材質で構成することも好ましい。電気系部分（特に高圧電源部品）が基板との間で発生させてしまう誘導ノイズの影響を低減することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明の距離計測装置は、物体に向けてパルス状の電磁波を投射する発信部と、発信部から発信させた電磁波から参照波を分岐させる分岐手段と、投射された電磁波の物体からの反射波と上記参照波とを受信する一つの受信部と、受信部から出力される上記両波の信号を分離して両者の受信時刻の時間差を算出し該時間差に基づいて物体までの距離を演算する処理部とを備えるとともに、上記参照波が受信部に到達する時刻を所定時間遅延させて物体からの反射波を受信する時刻の後とする遅延手段を参照波が受信部に至るまでの光路中に備えているために、反射波よりも参照波の方が遅れて到着することから、物体までの距離が近くて本来ならば反射波と参照波とが重なってしまうような場合にも、反射波と参照波とを容易に分離することができ、しかも反射波を遅延させる場合と比較して、参照波はその強度を強く保つことが容易であり、遅延させることによって損失があったとしても、反射波を遅延させる場合に比較して、測定が困難になるようなことはなく、正確な距離測定を容易に行うことができるものである。
【００４６】
しかも、上記遅延手段は遅延させる所定時間を変更する遅延時間変更部を備え、該遅延時間変更部は、参照波を予め定めた遅延時間だけ遅延させて行う予備計測で得られた物体までの距離に応じて本計測時の遅延時間を変更するものであるために、最適な遅延時間を物体までの距離の予備計測に応じて設定することができて、正確な測定を行うことができるものであり、加えるに上記処理部は、予備計測と本計測のうちの少なくとも本計測を、発信部からの電磁波の投射を規定回数繰り返して行わせるとともに、上記投射から反射波と参照波との受信までの時間の規定回数分の積算値の差と前記所定時間とから物体までの距離を計測することで行うものであるために、さほど精度の高くない部品で構成したものにおいても、高精度な距離計測を行うことができる。特に、上記発信部が受信部による参照波の受信をトリガとして電磁波の投射を繰り返すものであれば、遅延時間を予備計測で得られた物体までの距離に応じて本計測時に遅延時間を変更する場合、高精度な距離計測をその距離に応じた短い時間で処理することができる。
【００４７】
また、遅延手段には参照波を受光する参照波用受信手段と参照波用受信手段の出力信号を遅延させる遅延回路と遅延回路の出力で測距用の受光素子に受光させる参照波を発信する参照波発信部とからなるものを用いてもよく、この場合、遅延手段をきわめてコンパクトにまとめることができて、小型の距離計測装置を得ることができる。
【００５０】
参照波の遅延時間の温度によるずれを補償する温度補償手段を備えたものとすれば、温度の影響を避けることができる。
【００５１】
電磁波が光で場合、受信部が受信する参照波または及び物体からの反射波の光量を調節する光量調節手段を備えたものとしてもよく、受信部で受けた参照波または反射波の光量レベルを適切な状態に保持することができ、光量調節がノイズの抑制にも有効なこともあって、正確な距離計測を行うことができる。
【００５２】
上記光量調節手段としては、参照波を予め定めた遅延時間だけ遅延させて行う予備計測で得られた物体までの距離もしくは反射波の光量レベルに応じて本計測時の光量調節を行うものが好ましい。適切な光量レベルへの自動設定を行うことができる。
【００５４】
そして本発明に係る距離計測方法は、物体に向けて投射したパルス状の電磁波の物体からの反射波を受信部で受信するとともに、上記電磁波から分岐した参照波を既知の距離を経由する時間に相当する時間だけ遅延させて上記受信部と同じ受信部で受信し、受信部から出力される上記両波の信号を分離して両者の受信時刻の時間差を算出し、該時間差に基づいて物体までの距離を計測する距離計測方法において、参照波を遅延させる時間を物体からの反射波を受信するまでの時間よりも長い所定時間とし、該所定時間と上記時間差とに基づいて物体までの距離を計測するために、物体までの距離が近くて本来ならば反射波と参照波とが重なってしまうような場合にも、反射波と参照波とを確実に且つ容易に分離することができ、しかも反射波を遅延させる場合と比較して、参照波はその強度を強く保つことが容易であるために参照波を遅延させることによって損失があったとしても、反射波を遅延させる場合に比較して、測定が困難になるようなことはなく、正確な距離測定を容易に行うことができる。
【００５５】
しかも物体までの距離に応じて参照波の遅延時間を可変として、参照波を予め定めた遅延時間だけ遅延させて物体までの距離の予備計測を行い、次いで参照波の遅延時間を上記予備計測で得られた物体までの距離に応じた時間に変更して該変更した遅延時間だけ参照波を遅延させて物体までの距離の本計測を行うとともに、予備計測と本計測のうちの少なくとも本計測は、パルス状の電磁波の投射を規定回数繰り返して物体からの反射波と参照波とを規定回数受信し、上記投射から反射波と参照波との受信までの時間の規定回数分の積算値の差と上記所定時間とから物体までの距離を計測することから、遅延手段の設定の如何にかかわらず高精度な距離計測を確実に行うことができるとともに、高精度な距離計測に係る時間の短縮に有効なものである。
【００５６】
特に、パルス状の電磁波の投射の繰り返しは受信部での受信をトリガとして行う時、高精度な距離計測に係る時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の動作説明図である。
【図２】同上のブロック回路図である。
【図３】同上の動作のフローチャートである。
【図４】 (a)(b)は遅延手段の他例の説明図である。
【図５】遅延手段の更に他例におけるブロック回路図である。
【図６】別の例のブロック回路図である。
【図７】更に別の例のブロック回路図である。
【図８】 (a)(b)(c)は夫々温度補正用の構成例を示す概略図である。
【図９】温度補償に関する他の例のブロック回路図である。
【図１０】他の実施の形態の一例の動作を示すフローチャートである。
【図１１】同上の遅延時間変更の一例の説明図である。
【図１２】同上の遅延時間変更の他例の説明図である。
【図１３】 (a)(b)(c)は同上の遅延時間変更の更に他例の説明図である。
【図１４】別の例の動作を示すフローチャートである。
【図１５】 (a)(b)は同上の光量変更手段の一例の概略図である。
【図１６】同上の光量変更手段の他例の概略図である。
【図１７】同上の光量変更手段の更に他例の概略図である。
【図１８】更に別の例のブロック回路図である。
【図１９】 (a)(b)は他の例のブロック図と動作を示すタイムチャートである。
【図２０】同上の他の例のタイムチャートである。
【図２１】同上の動作を示すフローチャートである。
【図２２】同上の更に他の例のタイムチャートである。
【図２３】同上の動作を示すフローチャートである。
【図２４】従来例の動作説明図である。
【符号の説明】
１発信部
２受信部
８遅延手段
９物体
Ｒ反射波パルス
Ｓ参照波パルス[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a distance measuring device and a distance measuring method for measuring a distance to an object based on a time from irradiating an object with an electromagnetic wave and transmitting the electromagnetic wave until the electromagnetic wave reflected by the object is received. Is.
[0002]
[Prior art]
In the distance measurement method by the time-of-flight method that measures the distance to the object based on the time from when the electromagnetic wave irradiated toward the object is transmitted until the electromagnetic wave reflected by the object is received Using a part of the pulsed electromagnetic wave as a reference wave that passes through a known distance, the reflected wave from the object and the above reference wave are received by a single receiver, and the distance to the object is measured from the time difference between the two reception times Is disclosed in Japanese Patent No. 2896782.
[0003]
Also, as shown in FIG. 24, when the reference wave S and the reflected wave R approach each other on the time axis and it is difficult to separate them (usually when the distance to the object is short), the two can be clearly separated. Therefore, in the above publication, an optical fiber that delays the arrival of electromagnetic waves (light) is inserted into the optical path of the reflected wave and passed through the optical fiber whose length is known from the reception time difference between the reflected wave and the reference wave. It is shown that the distance to the object is calculated based on the time difference T1 after subtracting the delay time Td.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2896782
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the reflectance of an object changes depending on whether the color of the surface of the object is white or black, and also changes depending on whether the surface of the object is a diffuse reflection surface or a regular reflection surface, so that the reflected wave becomes considerably weak. There are many cases, and inserting an optical fiber into the optical path of the reflected wave to extend the optical path of the reflected wave, which increases the optical loss due to this, further deteriorates the S / N ratio. Therefore, it is necessary to increase the amplification factor of the amplifier or increase the output of the electromagnetic wave irradiation means, which increases the cost of the distance measuring device and complicates the device.
[0006]
The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a distance measuring device and a distance measuring method capable of performing high-speed and high-precision distance measurement even when the distance to the object is short. It is in.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  Thus, the distance measuring device according to the present invention includes a transmitting unit that projects a pulsed electromagnetic wave toward an object, a branching unit that branches a reference wave from the electromagnetic wave transmitted from the transmitting unit, and an object of the projected electromagnetic wave. A receiving unit that receives the reflected wave and the reference wave, and a signal of both waves output from the receiving unit are separated to calculate a time difference between the reception times of the two, and a distance to the object based on the time difference A delay means for delaying the time at which the reference wave arrives at the receiving unit by a predetermined time and receiving the reflected wave from the object until the reference wave reaches the receiving unit. In the light pathThe delay unit includes a delay time changing unit that changes a predetermined delay time, and the delay time changing unit is obtained by preliminary measurement performed by delaying the reference wave by a predetermined delay time. In addition to changing the delay time during the main measurement according to the distance to the measured object, the processing unit defines at least the main measurement of the preliminary measurement and the main measurement, and the projection of electromagnetic waves from the transmitter It is performed by measuring the distance from the projection to the reception of the reflected wave and the reference wave for the specified number of times and the distance from the predetermined time to the object.Have the characteristics.
[0008]
  The transmitter is preferably one that repeats the projection of electromagnetic waves triggered by reception of a reference wave by the receiver.
[0009]
  In addition, the delay meansIf the electromagnetic wave is light, the delay means can be an optical fiber or multiple mirrors.Reference wave receiving means for receiving a reference wave, a delay circuit for delaying an output signal of the reference wave receiving means, and a reference wave transmitting section for transmitting a reference wave received by a light receiving element for distance measurement by an output of the delay circuit It may be used.
[0011]
It is also preferable that temperature compensation means for compensating for the deviation of the reference wave delay time due to temperature is provided.
[0012]
When the electromagnetic wave is light, a light amount adjusting unit that adjusts the light amount of the reference wave received by the receiving unit or the reflected wave from the object may be provided. As this light amount adjusting means, a device that adjusts the light amount at the time of the main measurement according to the distance to the object obtained by the preliminary measurement performed by delaying the reference wave by a predetermined delay time or the light amount level of the reflected wave is suitable. Can be used.
[0014]
  The distance measuring method according to the present invention receives a reflected wave from an object of a pulsed electromagnetic wave projected toward the object, and receives a reference wave branched from the electromagnetic wave at a time passing through a known distance. Received by the same receiving unit as the receiving unit delayed by a corresponding time, separates the signals of both waves output from the receiving unit, calculates the time difference between the reception times of both, and based on the time difference to the object Measure the distance ofHits the,The time for delaying the reference wave is a predetermined time longer than the time until the reflected wave from the object is received, and the distance to the object is measured based on the predetermined time and the time difference.This is a distance measurement method. The delay time of the reference wave is made variable according to the distance to the object, the reference wave is delayed by a predetermined delay time, and the distance to the object is preliminarily measured, and then the delay time of the reference wave To the time corresponding to the distance to the object obtained in the preliminary measurement, and the reference wave is delayed by the changed delay time to perform the main measurement of the distance to the object. At least in this measurement, the projection of the pulsed electromagnetic wave is repeated a specified number of times to receive the reflected wave and the reference wave from the object a specified number of times, and the time from the projection to the reception of the reflected wave and the reference wave is the specified number of times. Measure the distance to the object from the difference between the integrated values and the predetermined timeIt has a special feature.
[0016]
  Pulsed electromagnetic wave projectionIs repeatedTriggered by reception at the receiverWhat to dopreferable.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to an embodiment. FIG. 2 is a schematic block diagram of a distance measuring device according to the present invention. In FIG. A pulsed laser beam output from the transmitter 1 is split into an object wave and a reference wave by a beam splitter 10 as a branching unit, and the object wave is a target object. 9, and the reflected wave from the object 1 is incident on the receiving unit 2 including a photodiode through a lens (not shown). The receiving unit 2 also receives the reference wave. Note that the reference wave and the reflected wave reach the receiving unit 2 at different timings.
[0018]
The output of the receiver 2 is amplified by the amplifier circuit 3. The mask unit 4 generates a reference component separation mask and a reflection component separation mask, and includes an analog switch and a gate circuit for switching the generation of both masks. Only the signal component is allowed to pass, and only the reflected signal component is allowed to pass during the period when the reflection component separation mask is generated.
[0019]
The output of the mask unit 4 is input to the counting circuit unit 5. The counting circuit unit 5 has a clock function, and the time from when the output from the mask unit 4 is first generated in the period when the reference component separation mask is selected in the mask unit 4 until the counting circuit unit 5 counts up. And the time from when the output is first generated from the mask unit 4 to when the counting circuit unit 5 counts up in the period when the reflection component separation mask is selected. The count-up value of the counting circuit unit 5 is a predetermined number of times set in advance, and is set to a value such as “10000”, for example.
[0020]
Here, whether the reference component separation mask or the reflection component separation mask is selected in the mask unit 4 is controlled by the counting circuit unit 5, and the reflection component separation mask is selected at the start of the measurement of the distance to the object 9. The During the period when the reflection component separation mask is selected, the reflection signal component is input to the counting circuit unit 5. When the number of reflection signal components reaches the count-up value, the counting circuit unit 5 refers to the mask unit 4. An instruction is made to select a component separation mask.
[0021]
The two times counted by the counting circuit unit 5 are given to the processing unit 6. Since the passing distance of the reference wave is known, the processing unit 6 measures the time measured during the period when the reflection component separation mask is selected, the time counted during the period when the reference component separation mask is selected, and the above-described time. The distance to the object 9 can be calculated based on the specified number of times. FIG. 3 shows a schematic flowchart of the above operation. In the figure, N is the specified number of times. The operations of the mask unit 4, the counting circuit unit 5 and the processing unit 6, and the drive circuit unit 7 for controlling the transmission timing of the pulsed laser light from the transmission unit 2 are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001/2001. As detailed in Japanese Patent No. -124855, by performing such processing, highly accurate distance measurement can be performed with an inexpensive equipment configuration.
[0022]
Here, when the distance to the object 9 is short, the reference wave pulse S and the reflected wave pulse R approach as shown in the upper part of FIG. Here, in the optical path of the reference wave from the beam splitter 10 to the receiver 2, the reference wave pulse S that is normally received before the reflected wave pulse R is received after the reflected wave pulse R. In addition, a delay means 8 comprising an optical fiber having a length equal to or longer than the distance to the object is inserted so that the reception of the reference wave pulse R is delayed by the time Td.
[0023]
That is, an optical fiber having a sufficiently long length as compared with the distance to the object 9 is used as the delay unit 8 so that the reflected wave pulse R reaches the receiving unit 2 at a timing at which the reflected wave pulse R does not overlap the reference wave pulse S. For this reason, when the distance to the object 9 is short, the distance cannot be measured.
[0024]
Since the delay time Td is known for the length of the optical fiber as the delay means 8, the time difference T1 between the arrival times of the reference wave pulse S and the reflected wave pulse R when the delay means 8 is not inserted is It can be obtained by calculation and does not hinder the distance measurement to the object 9.
[0025]
However, when the reference wave pulse S is delayed, when the distance to the object 9 is far and the arrival time of the reflected wave pulse R is substantially the same as the arrival time of the reference wave pulse S, the reflected wave pulse R Since the reference wave pulse S overlaps and cannot be separated, the length of the optical fiber that is the delay means 8 is set to be at least twice as long as the distance to the maximum distance by the distance measuring device. In other words, the reference wave pulse S can be delayed for a time longer than the time for which the electromagnetic wave reciprocates at the maximum distance, but in this case, the delay means 8 is used when the maximum distance is long. In some cases, the length of the optical fiber becomes too long, making it difficult to store the optical fiber in the distance measuring device. For this reason, the reference wave branched by the beam splitter 10 is delayed by removing the delay means 8 from the optical path of the reference wave according to the approximate distance to the object 9 (which may be known by a preliminary ranging operation described later). An operation of performing measurement by inserting the delay means 8 when the reflected wave pulse R and the reference wave pulse S overlap and cannot be separated from each other without passing through the means 8, or the delay means It is also preferable to provide switching means for switching between the operation of removing measurement 8 and performing measurement. Further, as will be described later, delay means 8 capable of changing the delay time Td may be used.
[0026]
When an optical fiber is used as the delay means 8, it is preferable to use a fiber having a very small linear expansion coefficient, for example, a quartz optical fiber. The influence of temperature can be reduced. In addition, there are SI type and GI type optical fibers. By using the GI type, the delay time by the optical fiber can be set accurately.
[0027]
The delay means 8 may be any means as long as it can delay the time at which the reference wave pulse S arrives at the reception means 2 by a predetermined time. As shown in FIG. The reference wave receiving means 81 for receiving the reference wave S and the reference wave receiving means 81 may be used, as shown in FIG. A delay means 8 comprising: a delay circuit 82 for delaying the output signal of the reference signal S by a set time; and a reference wave transmitter 83 for transmitting a reference wave S received by the distance measuring receiver 2 by the output of the delay circuit 82; That is, the electrical delay means 8 may be used.
[0028]
When the delay means 8 is an optical fiber, its length fluctuates due to expansion and contraction due to the ambient temperature, and the delay time Td of the reference wave pulse S changes to affect the distance measurement. As described above, a correction circuit unit 12 that corrects the delay time Td in accordance with the temperature detected by the temperature detection unit 11 may be provided. The effects of temperature changes can be corrected in real time.
[0029]
As shown in FIGS. 7 and 8 (a), this temperature correction is performed according to the temperature detected by the temperature detecting unit 11 at the position of the end of the optical fiber that is the delay means 8 that faces the receiving unit 2. 13 to cancel the change in distance due to the expansion and contraction of the optical fiber, or as shown in FIG. 8B, a plurality of types having different lengths between the optical fiber as the delay means 8 and the receiving unit 2 By inserting the retarders 14a, 14b, and 14c according to the ambient temperature, the distance change due to the expansion and contraction of the optical fiber can be canceled, or as shown in FIG. You may make it negate the distance change by the expansion / contraction of an optical fiber by inserting the delay material 15a, 15b, 15c according to ambient temperature.
[0030]
Even in the case where the delay means 8 is the one that electrically delays, the temperature compensation for adjusting the delay time according to the temperature is effective, and the temperature compensation of the photodiode used as the receiver 2 is performed. It is also effective. FIG. 9 shows a microcomputer (control means) that takes in analog data output by the temperature detection unit 11 that is a temperature sensor by detecting the ambient temperature through an AD conversion element, outputs a corresponding compensation voltage value, and performs DA conversion. If the device converts the analog data into analog data and applies it to the compensation power supply, the voltage value of the photodiode is changed based on the voltage to which the compensation power supply is applied.
[0031]
By the way, the delay time Td by the delay means 8 is set to the reference distance pulse S and the reflected wave pulse R by setting the maximum distance as a time longer than the time for the electromagnetic wave to reciprocate as described above. Although it is possible to always maintain a state that can be clearly separated, the projection of the pulsed electromagnetic wave, the reception of the reflected wave R from the object, and the reception of the reference wave S are repeated N times a specified number of times, When measuring the distance from the integrated value and the specified number N to the object, if the delay time Td is increased, it takes time to complete the final distance measurement.
[0032]
For this purpose, the delay means 8 capable of changing the delay time Td is used and, as shown in FIG. 10, the reference wave S is set to a predetermined delay time Td (the time over which the electromagnetic wave reciprocates the maximum distance). Preliminary measurement of the distance to the object with a delay of a long time is preferable), and then the delay time Td of the reference wave S is changed to a time corresponding to the distance to the object obtained by the preliminary measurement. The actual measurement of the distance to the object may be performed by delaying the reference wave S by the delay time Td. In most cases, the delay time Td during the main measurement can be made shorter than the delay time Td during the preliminary measurement. Therefore, the delay time Td is particularly effective when accurate distance measurement is performed by repeating the predetermined number N. In the example shown in FIG. 10, the specified number of times N is repeated during preliminary measurement (during the first distance measurement), but the repetition is performed only during the main measurement, and is not repeated during the preliminary measurement. Or the number of repetitions may be reduced.
[0033]
However, even if the delay time Td is changed, if the repetition timing of the electromagnetic wave projection from the transmission unit 1 is constant, the time until the final distance measurement is almost unchanged does not change from here. The repetition of the electromagnetic wave projection is performed using the reception by the receiver 2 (reception of the reference wave) as a trigger. The electrical delay means 60 shown in FIG. 9 is for obtaining the trigger, and detects the reference wave S from the signal separation means 61 that separates the reflected wave R and the reference wave S received by the receiver 2. Upon receiving the signal, the delay means 60 causes the transmitter 1 to project an electromagnetic wave when a preset delay time for repeated transmission elapses. In the figure, 63 is a counter for counting the number of repetitions. Needless to say, it is effective to make the transmission for repetition using the reception at the receiving unit 2 as a trigger even if the delay time Td is not changed.
[0034]
The delay means 8 capable of changing the delay time Td includes, for example, a plurality of optical fibers having different lengths as shown in FIG. 11 and a waveguide 85 as a splitter, or an optical switch as shown in FIG. An optical path switch 86 configured and a plurality of waveguides 85 having different optical path lengths, a waveguide 85 incorporating an optical switch 87 as shown in FIG. 13, and the like can be suitably used. When the delay means 8 for electrically delaying is used, the delay time Td can be further easily changed.
[0035]
FIG. 14 shows another example. This is provided with a light amount adjustment element 9 for adjusting the light amount of the reference wave, and is also referred by the light amount adjustment element 9 according to the received light signal level of the reflected wave obtained by the preliminary measurement (or according to the distance to the object). The reference light signal level at the time of the main measurement can be adjusted to the reflected wave signal level by automatically changing the light amount adjustment degree of the wave.
[0036]
Since the level of the noise component generated before and after the reference wave can be suppressed, it is possible to prevent erroneous recognition of noise as a reference wave, and the signal level can be matched to perform stable distance measurement. Can do.
[0037]
As the light quantity adjusting element 9, the following can be used. In FIG. 15, waveguides 85 a and 85 b are arranged in series as delay means 8 in the optical path of the reference wave from the transmission unit 1 to the reception unit 2, and a substrate on which the waveguide 85 a is mounted by a small motor 90 is provided. The light amount is adjusted by changing the aperture of the joint between the waveguides 85a and 85b by sliding driving. In the figure, 91 is a high-resolution encoder, and the displacement amount is controlled by the small motor 90 by the processing unit 6 and the drive circuit unit 7.
[0038]
FIG. 16 shows another example of the light quantity adjusting element 9. Here, the facing distance between the transmitter 1 and the optical fiber as the delay means 8 is adjusted by the small motor 94, and the small motor 90 is used immediately before the receiver 2. In the figure, a screen 95 for controlling the amount of light that enters the receiving unit 2 by driving in the vertical direction is arranged so that the amount of reflected waves can be adjusted. In addition, as shown in FIG. 17, the light amount may be adjusted using a liquid crystal filter 96.
[0039]
In terms of reducing the noise component included in the reflected wave and the reference wave, as shown in FIG. 18, a band pass filter 97 that passes only the wavelength of the electromagnetic wave used for distance measurement may be disposed immediately before the receiving unit 2 or the like. .
[0040]
As a countermeasure against noise, in addition to the mask of the received signal described above, a mask of light entering the receiving unit 2 is also effective. In the case of masking the reference wave, for example, as shown in FIG. 19, gates GI and GO composed of optical switches or the like are arranged at the light entrance and the exit of the delay unit 8, and the reference wave is received by each reference wave. The gates GI and GO that are normally closed are opened at the timing of passing through the gates GI and GO. Only the gate GI or only the gate GO may be provided.
[0041]
In the above-described preliminary measurement and main measurement, the gate G can be provided for the reflected wave, and the gate G can be opened and closed at the timing when the reflected wave passes. In this case, unlike the reference wave, the timing at which the reflected wave passes changes depending on the distance to the object. Therefore, the gate G is kept open during the preliminary measurement, and the gate G is closed during the main measurement as shown in FIG. In addition, the gate G is opened for a fixed time before and after the reflected wave arrival time obtained by the preliminary measurement. FIG. 21 shows a processing flow in this case.
[0042]
The reflected wave and the reference wave may pass through the same gate G (GO). FIG. 22 shows the opening / closing timing of the gates GI and GO when the reflected wave and the reference wave pass through the same gate GO, and FIG. 23 shows the processing flow. In this case, an optical switch that selectively guides the reflected wave and the reference wave to the receiving unit 2 can be suitably used for the gate GO.
[0043]
In each of the above examples, the light output from the laser is used as the electromagnetic waves for distance measurement, but electromagnetic waves in a wavelength region other than light may be used.
[0044]
In order to avoid the influence of noise, it is also preferable that the casing of the distance measuring device is made of a resin material. It is possible to reduce the influence of inductive noise that is generated between the electrical system part (particularly, the high-voltage power supply component) and the substrate.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, the distance measuring device of the present invention includes a transmitter that projects a pulsed electromagnetic wave toward an object, a branching unit that branches a reference wave from the electromagnetic wave transmitted from the transmitter, and an object of the projected electromagnetic wave. A receiving unit that receives the reflected wave from the reference wave and the reference wave, and the signal of both waves output from the receiving unit are separated to calculate a time difference between the reception times of the two, and based on the time difference to the object And a processing unit that calculates a distance, and the reference wave reaches the receiving unit as a delay unit that delays the time when the reference wave reaches the receiving unit by a predetermined time and receives the reflected wave from the object. Because the reference wave arrives later than the reflected wave because it is provided in the optical path up to, the distance to the object is close, and the reflected wave and the reference wave would normally overlap Easy to make reflected wave and reference wave The reference wave is easier to maintain its strength than when the reflected wave is delayed, and even if there is a loss due to the delay, the reference wave is delayed. In comparison, measurement is not difficult, and accurate distance measurement can be easily performed.
[0046]
  Moreover, the delay means includes a delay time changing unit that changes a predetermined time to delay, and the delay time changing unit is a distance to an object obtained by preliminary measurement performed by delaying the reference wave by a predetermined delay time. The delay time at the time of actual measurement is changed according to the measurement, so the optimal delay time can be set according to the preliminary measurement of the distance to the object, and accurate measurement can be performed. In addition, the processing unit performs at least the main measurement of the preliminary measurement and the main measurement by repeatedly projecting the electromagnetic wave from the transmission unit a specified number of times, and from the projection to reception of the reflected wave and the reference wave. This is done by measuring the difference between the accumulated values for the specified number of times and the distance from the predetermined time to the object. measurement It can be carried out. In particular, if the transmission unit repeats the projection of electromagnetic waves triggered by reception of the reference wave by the reception unit, the delay time is changed during the main measurement according to the distance to the object obtained by the preliminary measurement. In this case, highly accurate distance measurement can be processed in a short time according to the distance.
[0047]
The delay means transmits a reference wave receiving means for receiving the reference wave, a delay circuit for delaying the output signal of the reference wave receiving means, and a reference wave received by the ranging light receiving element by the output of the delay circuit. What consists of a reference wave transmission part may be used, In this case, a delay means can be put together very compactly and a small distance measuring device can be obtained.
[0050]
If temperature compensation means for compensating for the deviation of the delay time of the reference wave due to temperature is provided, the influence of temperature can be avoided.
[0051]
When the electromagnetic wave is light, it may be provided with a light amount adjusting means for adjusting the light amount of the reference wave received by the receiving unit and the reflected wave from the object, and the light level of the reference wave or reflected wave received by the receiving unit may be provided. It can be held in an appropriate state, and the adjustment of the amount of light is also effective in suppressing noise, so that accurate distance measurement can be performed.
[0052]
As the light amount adjusting means, it is preferable to adjust the light amount at the time of the main measurement according to the distance to the object obtained by the preliminary measurement performed by delaying the reference wave by a predetermined delay time or the light amount level of the reflected wave. . An automatic setting to an appropriate light level can be performed.
[0054]
The distance measuring method according to the present invention receives a reflected wave from an object of a pulsed electromagnetic wave projected toward the object, and receives a reference wave branched from the electromagnetic wave at a time passing through a known distance. Received by the same receiving unit as the receiving unit delayed by a corresponding time, separates the signals of both waves output from the receiving unit, calculates the time difference between the reception times of both, and based on the time difference to the object In the distance measuring method for measuring the distance of the reference time, the time for delaying the reference wave is a predetermined time longer than the time until the reflected wave from the object is received, and the distance to the object is determined based on the predetermined time and the time difference. In order to measure, even when the distance to the object is short and the reflected wave and the reference wave would overlap normally, the reflected wave and the reference wave can be reliably and easily separated, Reflected wave Compared with the case of delaying the reflected wave, even if there is a loss due to the delay of the reference wave, the measurement of the reference wave is easier to maintain its strength than when the delay is delayed. There is no difficulty, and accurate distance measurement can be easily performed.
[0055]
  In addition, the delay time of the reference wave is made variable according to the distance to the object, the reference wave is delayed by a predetermined delay time, and the distance to the object is preliminarily measured. Change the time according to the distance to the obtained object and delay the reference wave by the changed delay time to perform the main measurement of the distance to the object, and at least the main measurement of the preliminary measurement and the main measurement The pulsed electromagnetic wave projection is repeated a specified number of times to receive the reflected wave and the reference wave from the object a specified number of times, and the integrated value difference for the specified number of times from the above projection to the reception of the reflected wave and the reference wave And measuring the distance from the predetermined time to the object, it is possible to reliably perform highly accurate distance measurement regardless of the setting of the delay means, and to reduce the time required for highly accurate distance measurement. Valid It is.
[0056]
  In particular, the repetition of the projection of the pulsed electromagnetic wave can shorten the time required for highly accurate distance measurement when the reception at the receiving unit is used as a trigger.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an operation explanatory diagram of an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block circuit diagram of the above.
FIG. 3 is a flowchart of the operation described above.
4A and 4B are explanatory diagrams of other examples of delay means. FIG.
FIG. 5 is a block circuit diagram of still another example of delay means.
FIG. 6 is a block circuit diagram of another example.
FIG. 7 is a block circuit diagram of still another example.
FIGS. 8A, 8B, and 8C are schematic diagrams illustrating configuration examples for temperature correction, respectively.
FIG. 9 is a block circuit diagram of another example related to temperature compensation.
FIG. 10 is a flowchart illustrating an operation of an example of another embodiment.
FIG. 11 is an explanatory diagram of an example of a delay time change as described above.
FIG. 12 is an explanatory diagram of another example of changing the delay time.
FIGS. 13A, 13B, and 13C are explanatory diagrams of still another example of the delay time change described above.
FIG. 14 is a flowchart showing the operation of another example.
FIGS. 15A and 15B are schematic views of an example of the light amount changing means.
FIG. 16 is a schematic view of another example of the light amount changing means.
FIG. 17 is a schematic view of still another example of the light amount changing means.
FIG. 18 is a block circuit diagram of still another example.
19A and 19B are a block diagram of another example and a time chart showing the operation.
FIG. 20 is a time chart of another example of the above.
FIG. 21 is a flowchart showing the operation of the above.
FIG. 22 is a time chart of still another example of the above.
FIG. 23 is a flowchart showing the operation of the above.
FIG. 24 is an operation explanatory diagram of a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 Transmitter
2 receiver
8 Delay means
9 objects
R reflected wave pulse
S Reference wave pulse

Claims

A transmitter that projects a pulsed electromagnetic wave toward an object, a branching unit that branches a reference wave from the electromagnetic wave transmitted from the transmitter, and a reflected wave from the object of the projected electromagnetic wave and the reference wave are received. A receiving unit, and a processing unit that separates the signals of the two waves output from the receiving unit, calculates a time difference between the two reception times, and calculates a distance to the object based on the time difference, and This is a distance measuring device provided with delay means in the optical path from the reference wave to the receiving unit that delays the time at which the reference wave arrives at the receiving unit by a predetermined time and after the time of receiving the reflected wave from the object. The delay means includes a delay time changing unit that changes a predetermined time to be delayed, and the delay time changing unit is a distance to an object obtained by preliminary measurement by delaying the reference wave by a predetermined delay time. Depending on the actual measurement In addition to changing the extended time, the processing unit performs at least the main measurement of the preliminary measurement and the main measurement by repeatedly projecting the electromagnetic wave from the transmission unit a specified number of times, and the reflected wave from the projection. A distance measuring device characterized in that the distance measuring device is configured to measure a distance from a predetermined number of times until reception of a reference wave to the object and a distance from the predetermined time to an object .

The distance measuring device according to claim 1, wherein the transmitter repeats projection of electromagnetic waves triggered by reception of a reference wave by the receiver .

The delay means includes a reference wave receiving means for receiving the reference wave, a delay circuit for delaying the output signal of the reference wave receiving means, and a reference wave transmission for transmitting the reference wave received by the distance measuring light receiving element by the output of the delay circuit. The distance measuring device according to claim 1, comprising: a portion .

The distance measuring apparatus according to claim 1, further comprising a temperature compensating unit that compensates for a deviation of the delay time of the reference wave due to temperature .

5. The apparatus according to claim 1, further comprising a light amount adjusting unit configured to adjust a light amount of a reference wave received by the receiving unit and a reflected wave from the object while the electromagnetic wave is light. 6. Distance measuring device.

The light amount adjusting means adjusts the light amount at the time of the main measurement according to the distance to the object obtained by the preliminary measurement performed by delaying the reference wave by a predetermined delay time or the light amount level of the reflected wave. 6. The distance measuring device according to claim 5, wherein

The receiver receives a reflected wave from the object of the pulsed electromagnetic wave projected toward the object, and delays the reference wave branched from the electromagnetic wave by a time corresponding to a time passing through a known distance. In the same receiving unit, the signal of both waves output from the receiving unit is separated to calculate the time difference between the two reception times, and the reference wave is used to measure the distance to the object based on the time difference. The delay time is a distance measurement method in which the delay time is set to a predetermined time longer than the time until the reflected wave from the object is received, and the distance to the object is measured based on the predetermined time and the time difference. The reference wave is delayed by a predetermined delay time and the distance to the object is preliminarily measured, and then the reference wave delay time is changed to a time according to the distance to the object obtained by the preliminary measurement. The main measurement of the distance to the object is performed by delaying the reference wave by the changed delay time, and at least the main measurement of the preliminary measurement and the main measurement is performed by repeating the projection of the pulsed electromagnetic wave a specified number of times from the object. The reflected wave and reference wave of the specified number of times are received, and the difference between the integrated values for the specified number of times from the projection until reception of the reflected wave and the reference wave and the distance from the predetermined time to the object are measured. A distance measurement method characterized by

The distance measuring method according to claim 7, wherein the repetition of the projection of the pulsed electromagnetic wave is performed using reception at the receiving unit as a trigger.