JP4529572B2 - 距離測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、パルス状の電磁波を測距対象物に照射して、測距対象物からの反射波を受波するまでの時間を計測し、その計測時間に基づいて測距対象物までの距離を測定する距離測定装置に関する。

従来、パルスレーザ光を測定対象物に照射するとともに、測定対象物からの反射光を検出し、パルスレーザ光の投光から反射光の受光までの時間を計測することにより、測定対象物までの距離を求める距離計測装置が知られている。

例えば、図１９に示すように従来の距離測定装置は構成されている。駆動回路部６７の駆動信号により発信部６１からパルス状のレーザ光が測定対象物６９に向かって発射される。レーザ光は、ビームスプリッタ６０によって、測定対象物６９に向かう照射波と受信部６２に向かう参照波とに分岐される。照射波は目的とする測定対象物６９に照射され、測定対象物６９からの反射波が受信部６２で受信されて電気信号に変換される。一方、参照波は遅延部６８によって遅延されて受信部６２で受信され、電気信号に変換される。

電気信号に変換された反射波信号と参照波信号とは増幅部６３で増幅された後、マスク部６４で反射波信号か参照波信号かのどちらかが抽出されて、抽出された信号を計数回路部６５でカウントする。

上記マスク部６４のマスク状態を切り替えることで、反射波信号か参照波信号のどちらか一方を抽出することができるので、反射波信号を計数回路部６５で所定個数計数するのに要した時間と、参照波信号を計数回路部６５所定個数計数するのに要した時間との差に基づいて処理部６６で測定対象物６９までの距離を算出する。

測距光路を光が通過する時間はごく短時間であって誤差が生じやすいから、上記のように反射波信号周期も参照波信号周期も一定量蓄積しておいて平均をとるようにしているので、誤差分を平均化して測定距離の精度を高くするようにしている。

特開２００１−１２４８５５号公報 特開平３−２６４８８５号公報

しかし、上記従来の技術では、装置の電子回路に用いられている電子部品の自己発熱などの部品特性に依存した変動要因を十分取り除くことができず、計測値がばらつくことがある。

通常、計測処理時の処理時間は非常に短時間であるので、処理部に適用した電子部品の内部状態が安定するまでに時間を要する場合や電源変動に敏感に反応する部品を使用している場合には、距離測定の精度に大きな影響を与える。特に電気的な遅延手段を用いている場合には、温度変化による遅延時間のゆらぎが距離測定の大きな誤差をもたらしていた。

本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、電子回路を構成する電子部品の温度変化や電源変動による電子部品特性の影響を受けないようにし、精度の高い距離測定が行える距離測定装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、パルス状の電磁波を周期的に発信する送波手段と、発信された電磁波が測定対象物で反射した反射波を受信する受波手段と、前記発信された電磁波の一部を分岐し、参照波として前記受波手段に入射させる分岐手段と、前記受波手段で受信した信号を測定対象物からの反射信号成分と参照波に対応する参照信号成分に分離する信号分離手段と、前記信号分離手段により分離された反射信号成分または参照信号成分を基準信号として所定の遅延時間を与え、この信号を駆動信号として前記送波手段に送信する遅延手段と、前記反射信号成分の周期を所定回数加算する第１の計時手段と、前記参照信号成分の周期を所定回数加算する第２の計時手段と、前記第１の計時手段で計測された反射信号成分の所定回数分の加算周期と前記第２の計時手段で計測された参照信号成分の所定回数分の加算周期との差に基づいて前記測定対象物までの距離を算出する演算手段とを備え、前記第１の計時手段と前記第２の計時手段を連続して繰返して用いる際に、第１の計時手段と第２の計時手段による計測順序を入れ替えて繰返し計測するとともに、前記測定対象物までの距離を算出する測定動作処理を開始する前に、前記送波手段、受波手段、信号分離手段、遅延手段、第１の計時手段、第２の計時手段を駆動させて擬似距離測定動作を行わせることを特徴とする距離測定装置である。

また、請求項２記載の発明は、パルス状の電磁波を周期的に発信する送波手段と、発信された電磁波が測定対象物で反射した反射波を受信する受波手段と、前記発信された電磁波の一部を分岐し、参照波として前記受波手段に入射させる分岐手段と、前記受波手段で受信した信号を測定対象物からの反射信号成分と参照波に対応する参照信号成分に分離する信号分離手段と、前記信号分離手段により分離された反射信号成分または参照信号成分を基準信号として所定の遅延時間を与え、この信号を駆動信号として前記送波手段に送信する遅延手段と、前記反射信号成分の周期を所定回数加算する第１の計時手段と、前記参照信号成分の周期を所定回数加算する第２の計時手段と、前記第１の計時手段で計測された反射信号成分の所定回数分の加算周期と前記第２の計時手段で計測された参照信号成分の所定回数分の加算周期との差に基づいて前記測定対象物までの距離を算出する演算手段とを備え、前記第１の計時手段と前記第２の計時手段を連続して繰返して用いる際に、第１の計時手段と第２の計時手段による計測順序を入れ替えて繰返し計測するとともに、前記第１の計時手段による計測動作と前記第２の計時手段による計測動作との切替の間に計測動作を休止する切替時間間隔を設け、前記各切替時間間隔を一定にすることを特徴とする距離測定装置である。

また、請求項３記載の発明は、前記測定対象物までの距離を算出する測定動作処理を開始する前に、前記送波手段、受波手段、信号分離手段、遅延手段、第１の計時手段、第２の計時手段を駆動させて擬似距離測定動作を行わせることを特徴とする請求項２記載の距離測定装置である。

また、請求項４記載の発明は、前記測定対象物までの距離を算出する測定動作処理を開始する前に、前記演算手段と前記遅延手段との間で信号がループするようにして、少なくとも前記遅延手段を駆動させるようにしたことを特徴とする請求項２記載の距離測定装置である。

また、請求項５記載の発明は、前記ループ信号は所定の周波数を有する信号となるように前記演算手段で周波数制御を行うことを特徴とする請求項４記載の距離測定装置である。

また、請求項６記載の発明は、前記遅延手段近傍の温度を測定するために設置された温度センサを備えており、前記温度センサからの検出温度に応じて前記ループ信号の周波数を制御することを特徴とする請求項５記載の距離測定装置である。

また、請求項７記載の発明は、前記遅延手段近傍の温度を測定するために設置された温度センサを備えており、前記温度センサからの検出温度に応じて前記ループ信号のループ回数を変化させることを特徴とする請求項４記載の距離測定装置である。

また、請求項８記載の発明は、前記遅延手段近傍の温度を測定するために設置された温度センサを備えており、前記温度センサからの検出温度に応じて、前記送波手段、受波手段、信号分離手段、遅延手段、第１の計時手段、第２の計時手段、演算手段に電圧を供給する電源手段の供給電圧を制御するようにしたことを特徴とする請求項２記載の距離測定装置である。

また、請求項９記載の発明は、前記送波手段、受波手段、信号分離手段、遅延手段、第１の計時手段、第２の計時手段、演算手段に電圧を供給する電源手段には、常時負荷となる電子部品が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項７記載の距離測定装置である。

本発明によれば、電子回路を構成する電子部品の温度変化や電源変動による電子部品特性の影響を受けないようにし、精度の高い距離測定を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明による距離測定装置の基本構成例を示す図である。

装置は、処理手段１、送波手段２、分岐手段３、受波手段４、投光レンズ５、集光レンズ７、光学的遅延手段８、電源手段９、計測開始スイッチ１０で構成されている。
また、処理手段１は、演算手段１１、計測ゲート１２、電気的遅延手段１３、信号分離手段１４、カウンタ１５、水晶振動子１６で構成されている。

送波手段２は、レーザ駆動回路２１、半導体レーザ２２により、分岐手段３はハーフミラー３１により、受波手段４はフォトダイオード４１、増幅器４２により構成されている。
光学的遅延手段８としては光ファイバー等が用いられ、カウンタ１５には時計機能を有し、プログラム可能なものが用いられる。

計測開始スイッチ１０が押されると、演算手段１１から制御信号が出力されて、計測ゲート１２からレーザ駆動回路２１に対しトリガ信号が伝達される。レーザ駆動回路２１はこのトリガ信号により、半導体レーザ２２に駆動信号を送信する。駆動信号を受信すると、半導体レーザ２２は、パルス状のレーザ光を放射する。放射されたレーザ光はハーフミラー３１で照射波と参照波とに分岐され、照射波は投光レンズ５を通過して測定対象物６に照射される。測定対象物６で反射した反射波は集光レンズ６を通過してフォトダイオード４１に入射する。一方、ハーフミラー３１で反射した参照波は、光学的遅延手段８で遅延された後、フォトダイオード４１に入射する。

フォトダイオード４１では、反射波、参照波ともに電気信号に変換されて増幅器４２に送られ、増幅器４２で増幅されて信号分離手段１４に送信される。信号分離手段は、マスク機能を有しており、受信した反射波信号、参照波信号のどちらか一方を通過させ、他方の信号を除去できるようになっている。このマスク状態の切り替えはカウンタ１５からの制御信号によって行われ、カウンタ１５にあらかじめプログラムしておくことで、その切り替えのパターンを変えることができる。

例えば、最初、参照波信号を計数するように設定されていると、信号分離手段１４では参照波信号のみを通過させてカウンタ１５と電気的遅延手段１３に供給する。電気的遅延手段１３は、参照波信号を基準として遅延時間を与えた信号をレーザ駆動回路２１に供給する。レーザ駆動回路２１は、この供給信号を受けて半導体レーザ２２に対して駆動信号を送出する。そして、レーザ光は上述したような測定経路を通り、再び信号分離手段１４から参照波信号を出力させ、測定動作が繰り返される。

一方、カウンタ１５では、参照波信号をカウントアップしていき、所定の設定値（例えば、３００００回等）に達すると、この設定値に達するまでに要した時間を演算手段１１に送信するとともに、マスク状態を反射波信号のみを通過させる状態に切り替えるように信号分離手段１４に指令を出す。この切り替え信号を受けて信号分離手段１４は、次の受信信号から反射波信号のみを通過させるようにする。そして、反射波信号についても上記と同様な測定処理が行われる。したがって、カウンタ１５は、反射信号成分の周期を計測する第１の計時手段と参照信号成分の周期を計測する第２の計時手段とを兼ねていることになる。

図２は、計測が行われていく状態をタイムチャートで示したものであり、図３は図２における反射波信号周期と参照波信号周期の計測時間と電気的遅延手段の発熱との関係を示す熱曲線を表す。図４は反射波信号周期と参照波信号周期の計測動作を示す。以下、図を参照しつつ計測動作を説明する。

図２のタイムチャートで破線で描いてある信号成分は、信号分離手段１４に入力した後、信号分離手段１４内でマスクされて通過できない（除去される）ものを示している。半導体レーザ２２からの発信信号と受信された参照波信号との遅延時間をＴａ、参照波信号と次の発信信号との遅延時間をＴｄ、参照波信号の１周期分をＴ1とすると、Ｔａは光学的遅延手段８が与える遅延時間に相当し、Ｔｄは電気的遅延手段１３が与える遅延時間に相当する。また、Ｔ1＝Ｔａ＋Ｔｄの関係にある。例えば、発信信号のパルス幅が４ｎｓであれば、Ｔｄは８００ｎｓが最適となる。

同様に、発信信号と受信された反射波信号との遅延時間をＴｂ、反射波信号と次の発信信号との遅延時間をＴｄ、反射波信号の１周期分をＴ2とすると、Ｔｂは測定対象物６の距離を求めるために必要な時間に相当し、Ｔｄは電気的遅延手段１３が与える遅延時間に相当する。また、Ｔ2＝Ｔｂ＋Ｔｄの関係にある。なお、電子回路内を電気信号が伝達する時間があるが、その伝達時間は、遅延手段の遅延時間に比べれば無視できる程度であり、また、Ｔ1−Ｔ2といったように、後で減算処理を行うこと等によりその影響は相殺されることにもなるので、伝達時間については考慮しないでおく。

最初は、信号分離手段１４では、カウンタ１５からの制御信号により参照波のみを通過させるようになっている。したがって、信号分離手段１４は受信信号の内、参照波信号を分離する（Ｓ１）。分離された参照波信号をカウンタ１５は計数し、参照波受信時間Ｔ1（参照波信号周期）を蓄積する（Ｓ２）。参照波信号を次々と計数していき、所定回数検出したかどうか判定し（Ｓ３）、所定回数に達するまではカウンタ１５で計数を行う。この測定状態を示すのが図２の測定１である。

所定回数に達したならば、カウンタ１５は、計測した蓄積時間を演算手段１１に送り、信号分離手段１４に対して反射信号成分のみを通過させるように指令を出す。
この指令を受けて、信号分離手段１４は反射波信号を分離する（Ｓ４）。分離された参照波信号をカウンタ１５は計数し、反射波受信時間Ｔ2（反射波信号周期）を蓄積する（Ｓ５）。反射波信号を次々と計数していき、所定回数検出したかどうか判定し（Ｓ６）、所定回数に達するまではカウンタ１５で計数を行う。この測定状態を示すのが図２の測定２である。

所定回数に達したならば、カウンタ１５は、計測した蓄積時間を演算手段１１に送り、信号分離手段１４に対して今度も反射信号成分のみを通過させるように指令を出す。
演算手段１１は、参照波蓄積時間から反射波蓄積時間を減算した値をΣＴａ（光学的遅延手段８が与える遅延時間の所定回数分の総和）から引き算をしてＤｎを算出する（Ｓ７）。

例えば、所定回数をｎとすると、参照波蓄積時間＝（ｎ−１）×Ｔ1、反射波蓄積時間＝（ｎ−１）×Ｔ2となるので、Ｄｎ＝ΣＴａ−（（ｎ−１）×Ｔ1−（ｎ−１）×Ｔ2）となる。

次に、信号分離手段１４は反射波信号を分離し（Ｓ８）、分離された参照波信号をカウンタ１５は計数し、反射波受信時間Ｔ2（反射波信号周期）を蓄積する（Ｓ９）。
反射波信号を次々と計数していき、所定回数（ｎ回）検出したかどうか判定し（Ｓ１０）、所定回数に達するまではカウンタ１５で計数を行う。この測定状態を示すのが図２の測定３である。

所定回数に達したならば、カウンタ１５は、計測した蓄積時間を演算手段１１に送り、信号分離手段１４に対して参照信号成分のみを通過させるように指令を出す。この指令を受けて、信号分離手段１４は参照波信号を分離する（Ｓ１１）。分離された参照波信号をカウンタ１５は計数し、参照波受信時間Ｔ1（参照波信号周期）を蓄積する（Ｓ２）。参照波信号を次々と計数していき、所定回数（ｎ回）検出したかどうか判定し（Ｓ１３）、所定回数に達するまではカウンタ１５で計数を行う。この測定状態を示すのが図２の測定４である。

所定回数に達したならば、カウンタ１５は、計測した蓄積時間を演算手段１１に送り、演算手段１１でステップＳ７と同様にＤｎを算出する（Ｓ１４）。
Ｄｎ＝ΣＴａ−（（ｎ−１）×Ｔ1−（ｎ−１）×Ｔ2）である。参照波受信時間Ｔ1蓄積と反射波受信時間Ｔ2蓄積が所定回数（Ｎ回）行われたかどうか判断し（Ｓ１５）、行われていない場合は、Ｓ１に戻る。

このようにして、参照波受信時間Ｔ1蓄積の後に反射波受信時間Ｔ2蓄積、そしてＤｎ算出、次に反射波受信時間Ｔ2蓄積の後に参照波受信時間Ｔ1蓄積、そしてＤｎ算出、次に参照波受信時間Ｔ1蓄積の後に反射波受信時間Ｔ2蓄積、そしてＤｎ算出というように
参照波受信時間Ｔ1蓄積、反射波受信時間Ｔ2蓄積の計測処理を順序を入れ替えながら、交互に繰り返していく。

図２の測定１から測定６までは上記のように測定が繰り返して行われる様子を示す。
そして、参照波受信時間Ｔ1蓄積と反射波受信時間Ｔ2蓄積の回数がＮに達したら、算出したＮ個のＤｎの最大値と最小値のものを除去し（Ｓ１６）、算出した（Ｎ−２）個のＤｎの平均値を算出してＤとする（Ｓ１７）。このＤより距離を計算する（Ｓ１８）。Ｓ１６では、計測した異常値を除去して距離測定を正確に行う目的で、Ｄｎの最大値と最小値のものを除去しているが、Ｄｎの最大値と最小値のものを除去せずに、平均化処理を行っても良い。

図３は、図２で行った測定１〜測定６、計測結果Ａ〜計測結果Ｃに対応する電気的遅延手段の熱曲線を示すものであるが、時間が経過して発熱が一定（温度が一定）になるまでは、カーブを描いて発熱量が上昇していることがわかる。このカーブを描いている期間は、温度上昇が続いているので、電気的遅延手段の特性が変化して、遅延時間が変動するので、距離測定にも大きな影響を与えるものである。

しかし、測定結果Ａでは、参照波受信時間Ｔ1蓄積の後に反射波受信時間Ｔ2蓄積を行い、測定結果Ｂでは、反射波受信時間Ｔ2蓄積の後に参照波受信時間Ｔ1蓄積を行い、測定結果Ｃでは、参照波受信時間Ｔ1蓄積の後に反射波受信時間Ｔ2蓄積を行うようにしているので、参照波受信時間Ｔ1蓄積で受ける温度上昇に基づく遅延時間の影響と、反射波受信時間Ｔ2蓄積で受ける温度上昇に基づく遅延時間の影響とが同じようなものとなって相殺され、距離測定を正確に行えるものである。

ところで、上述したように、図３の測定１〜測定６では、参照波信号計測、反射波信号計測、反射波信号計測、参照波信号計測、参照波信号計測、反射波信号計測、というように切り替わっていくが、この計測の切り替わる間の時間間隔（ループ切替時間）を所定時間設けるようにして、各ループ切替時間を一定に保つようにした状態を示すのが図５である。図で参照信号ループ規定回数到達時間としているのは、上述した参照波信号の計測をｎ回行うことに相当し、反射信号ループ規定回数到達時間は、反射波信号の計測をｎ回行うことに相当する。ループ切替時間間隔を広げておくことで、処理手段１内の電子部品に放熱を促し、極端な温度上昇を防ぐことができる。この電子部品の発熱量とループ切替時間との関係を示すのが、図６である。

破線で囲んだ信号部分がループ切替時間間隔に相当し、他の時間は計測動作を行っている部分に相当する。ループ切替時間の間に放熱して発熱量が少し下がってきていることがわかる。各ループ切替時間間隔を一定に保持することで、次のループ規定回数開始時には前のループ規定回数開始時と同レベルの発熱状態にすることができ、発熱状態に影響されずに距離測定を行うことができる。用いられる信号の例としては、参照信号ループ規定回数到達時間が１５ｍｓ程度である場合、ループ切替時間間隔としては５６０μｓが最適となる。

図７は、図１の構成において擬似距離測定動作を行わせる手順を示すフローチャートであり、図８はその基本的な信号のタイムチャートを示す。擬似距離測定動作とは、通常の距離測定動作とほとんど変わらないのであるが、違いがあるのは演算手段１１で測定対象物６までの距離を算出しないことである。

計測開始スイッチ１０がＯＮになると（Ｓ３１）、前述したように通常の距離測定動作が始まり、測定対象物６からの反射波、ハーフミラー３１からの参照波を受信して信号分離手段１４で分離され、カウンタ１５で計数が行われる。最初は参照波信号が分離されて受信され（Ｓ３２）、参照波受信時間蓄積が行われる（Ｓ３３）。参照波受信を所定回数計数していない場合（Ｓ３４ NO）、は次の参照波信号を繰り返して受信する。

一方、参照波受信を所定回数計数した場合（Ｓ３４ YES）、次に反射波受信に切り替えて受信し（Ｓ３５）、反射波受信信号蓄積を行う（Ｓ３６）。反射波受信を所定回数計数していない場合（Ｓ３７ NO）、は次の反射波信号を繰り返して受信する。反射波受信を所定回数計数した場合（Ｓ３７ YES）、次も反射波受信の状態で受信し（Ｓ３８）、反射波受信信号蓄積を行う（Ｓ３９）。反射波受信を所定回数計数した場合（Ｓ４０ YES）、次は参照波受信に切り替えて受信し（Ｓ４１）、反射波受信信号蓄積を行う（Ｓ４２）。

参照波受信を所定回数計数した場合（Ｓ４３ YES）、参照波受信時間蓄積と反射波受信時間蓄積を所定回数行ったかどうかを検出して（Ｓ４４）、所定回数行っていない場合には、再度、参照波受信時間蓄積と反射波受信時間蓄積を行い、所定回数に達していれば、計測開始スイッチ１０がＯＮになってから、一定時間経過していれば（Ｓ４５ YES）、通常の距離計測処理を行う（Ｓ４６）。

図８のタイムチャートを見てもわかるように、通常の距離計測処理を行うように、半導体レーザ２２からパルス状のレーザを発射して反射波と参照波を得て、一定時間、処理手段１、送波手段２、受波手段４等を駆動させた後、本来の距離測定処理動作を行うようにしているので、処理手段１内の電子部品の発熱状態を一定に保つことができ、距離測定値を安定させることができる。

図９は、計測ゲート１２から電気的遅延手段１３Ａに信号を供給できるように、電気的遅延手段１３Ａから計測ゲート１２に信号を伝達できるように、計測ゲート１２から演算手段１１に出力できるように配線が行われたものである。一定の信号を演算手段１１、計測ゲート１２、電気的遅延手段１３Ａの順にループさせようというものである。この信号ループを行うための回路構成を示すのが、図１０である。

電気的遅延手段１３Ａは、図１の電気的遅延手段１３と同じ遅延処理を行う電気的遅延回路部１３１と、電気的遅延手段１３とは異なり新たに付加された、ＮＯＴ回路１３２、ＡＮＤ回路１３３、ＡＮＤ回路１３４からなる。図８の回路の動作をフローチャートで示したのが図１２であり、図１１は基本的な信号のタイムチャートを示す。これらの図を参照しつつ説明する。

演算手段１１より駆動信号と制御信号が計測ゲート１２に送信される（Ｓ２１）。計測ゲート１２から電気的遅延回路部１３１に駆動信号が供給されて、遅延処理が行われる。遅延時間が与えられた信号は、ＡＮＤ回路１３３の入力端子に送られる。一方、計測ゲート１２に送信された制御信号はHIGHであり、ＡＮＤ回路１３４の入力端子に入力される。
ＡＮＤ回路１３４の入力端子の一方は、HIGHなので遅延時間が与えられた信号はＡＮＤ回路１３４の出力端子から出力される。

他方の伝達ルートで、制御HIGH信号はＮＯＴ回路１３２で反転してLOW信号となった後、ＡＮＤ回路１３３の入力端子に入力されるので、ＡＮＤ回路１３３のゲートは閉じられており、ＡＮＤ回路１３３の出力端子から遅延時間が与えられた信号は出力されない。

演算手段１１は、上記ＡＮＤ回路１３４からの出力信号を１００μＳ毎にチェックしており（Ｓ２２、Ｓ２３）、計測ゲート１２を通ってＡＮＤ回路１３４からの出力信号が到達すれば、処理手段内回路伝搬が終了したとしてＳ２４に進む。演算手段１１に信号が到達していない場合は、例えば、１００μＳ待って信号をチェックする。信号が到達すると、計測開始スイッチ１０がＯＮになったかどうかを検出し（Ｓ２４）、ＯＮになっていない場合は、２回目の駆動信号を演算手段１１より送信して遅延処理を行わせ、上記と同様の処理を行う。 計測開始スイッチ１０がＯＮになった場合は、通常の距離計測処理を行う（Ｓ２５）。

すなわち、図１１に示すように、通常の距離計測処理が始まるまで（計測開始スイッチ１０がＯＮになるまで）は、演算手段１１から駆動信号を一定の周期（例えば８００ｎｓ）で送信し続け、演算手段１１、計測ゲート１２、電気的遅延手段１３Ａの順に信号をループさせる。計測開始スイッチ１０がＯＮになると、演算手段１１からの駆動信号をストップさせて制御信号をLOWにする。ＡＮＤ回路１３３のゲートは開き、ＡＮＤ回路１３４のゲートは閉まるので、通常の距離計測処理を行うことができる。

このように、通常の距離計測処理前に、処理手段内の一部を動作させておくことで、電子部品の発熱状態が通常の距離計測段階に移行したとしても、移行前の発熱状態と比較して急激な変化が起こらないので、電子部品の特性の変動が少なくなり、計測値を安定させることができる。

ループ信号周期は、駆動信号周期を変更することにより変えることができるので、演算手段１１の制御によって変更することができる。例えば、通常の距離計測段階に移行した場合の電子部品の発熱状態に最も近い状態になるように、演算手段１１、計測ゲート１２、電気的遅延手段１３Ａを駆動させるようループ信号の周期を設定しても良い。

図１３は、図９の構成に温度センサ１７を付加し、演算手段１１から電源手段９に対して制御信号を供給する信号ラインを付加したものである。温度センサ１７は、電気的遅延手段１３の近くに配置され、処理手段１内の温度を検出して、検出信号を逐次演算手段１１に送信している。演算手段１１、計測ゲート１２、電気的遅延手段１３Ａとループする信号の周期を温度センサ１７の検出温度に応じて変化させるようにしている。図１４は、検出温度に応じてループ信号周期を変化させる手順を示している。

計測開始スイッチがＯＮになる（Ｓ５１）と、温度センサ１７により処理手段内野温度が検出される（Ｓ５２）。検出温度がＴＭＰ１と等しいかそれよりも大きくなると（Ｓ５３）、ループ信号周期を大きい方のＦ１にし（Ｓ５４）、検出温度がＴＭＰ２とＴＭＰ１の間にあれば（Ｓ５５）、ループ信号周期を中間のＦ２にし（Ｓ５６）、検出温度がＴＭＰ２よりも小さいときは、ループ信号周期を小さい方のＦ３にする（Ｓ５７）。Ｓ５９以下は図１２の処理と同様であるので説明は省略する。

ここで、Ｆ３＜Ｆ２＜Ｆ１の関係にあり、例えば、ＴＭＰ１＝３０度、ＴＭＰ２＝２０度に設定した場合、Ｆ３＝５００ｎｓ、Ｆ２＝８００ｎｓ、Ｆ１＝１０００ｎｓのように設定する。

以上のように、検出温度が高ければ、ループ信号周期を長くして電子部品の発熱量を低下させ、検出温度が低ければ、ループ信号周期を短くして発熱量を増加させることができるので、処理手段内の温度を正確に調整することができ、発熱状態の変動による影響を受けない距離測定を行うことができる。

図１５は、検出温度に応じてループ信号のループ回数を変化させる手順を示している。
計測開始スイッチがＯＮになる（Ｓ７１）と、温度センサ１７により処理手段内の温度が検出される（Ｓ７２）。検出温度がＴＭＰ１と等しいかそれよりも大きくなると（Ｓ７３）、ループ回数を小さい方のＣＮＴ１にし（Ｓ７４）、検出温度がＴＭＰ２とＴＭＰ１の間にあれば（Ｓ７５）、ループ回数を中間のＣＮＴ２にし（Ｓ７６）、検出温度がＴＭＰ２よりも小さいときは、ループ回数を大きい方のＣＮＴ３にする（Ｓ７７）。Ｓ７９以下は図１２の処理と同様であるので説明は省略する。

ここで、ＣＮＴ１＜ＣＮＴ２＜ＣＮＴ３の関係にあり、例えば、ＴＭＰ１＝３０度、ＴＭＰ２＝２０度に設定した場合、ＣＮＴ１＝１０回、ＣＮＴ２＝２０回、ＣＮＴ３＝４０回のように設定する。

以上のように、検出温度が高ければ、ループ信号のループ回数を少なくして電子部品の発熱量を低下させ、検出温度が低ければ、ループ信号のループ回数を多くして発熱量を増加させることができるので、処理手段内の温度を正確に調整することができ、発熱状態の変動による影響を受けない距離測定を行うことができる。

図１６は、電源手段９の電源電圧を演算手段１１からの制御信号により制御する具体的な構成を示す。電源手段９には電源ＩＣが用いられており、演算手段１１のＣＰＵ制御信号により、電圧を適宜変更できるようになっており、変更後の電源電圧は処理手段１、送波手段２、受波手段４に供給される。

制御信号による電源手段９の動作を示すのが図１７である。計測開始スイッチがＯＮになる（Ｓ９１）と、温度センサ１７により処理手段内の温度が検出される（Ｓ９２）。検出温度がＴＭＰ１と等しいかそれよりも大きくなると（Ｓ９３）、演算手段１１は制御信号１を電源手段に送信し（Ｓ９４）、検出温度がＴＭＰ２とＴＭＰ１の間にあれば（Ｓ９５）、演算手段１１は制御信号２を電源手段に送信し（Ｓ９６）、検出温度がＴＭＰ２よりも小さいときは、演算手段１１は制御信号３を電源手段に送信し（Ｓ９７）。待ち時間が経過した（Ｓ９８）後、距離計測処置（Ｓ９９）を行う。

検出温度が高ければ、電源手段９の電源電圧の値が基準値より大きくなっていると考えられるので、制御信号１は電源電圧を低下させる方向へ制御する。検出温度がＴＭＰ２とＴＭＰ１の間にあるのは標準なので、制御信号２は電源電圧の調整を行わない信号である。検出温度が低ければ電源電圧の値が基準値より低くなっていると考えられるので、制御信号３は電源電圧の増大させる方向へ制御する。

例えば、ＴＭＰ１＝３０度、ＴＭＰ２＝２０度に設定した場合、制御信号１は電源の基準電圧よりも０．２ボルト低下させるように、制御信号３は電源の基準電圧よりも０．２ボルト増加させるように設定する。

上記のように、周囲温度状況に応じて電源電圧を自動的に調整することができるので、発熱状態の影響を受けずに、距離測定動作を行うことができる。

図１８は、電源手段９の内部に負荷を備えた構成を示す。電源電圧発生部分に抵抗Ｒが並列に接続されている。この抵抗Ｒには常時電流が流れており、電流が消費されているので、処理手段が動作して急激に負荷変動が発生しても緩衝することができる。したがって、電源状態の安定が保たれて、距離測定を安定して行うことができる。例えば、処理手段をＣＰＬＤで構成し、電源１．８ボルトとした場合、Ｒは１００Ωが考えられる。

本発明による距離測定装置の基本構成例を示す図である。 参照波信号と反射波信号の計測が行われていく状態を示すタイムチャート図である。 図２の測定と電気的遅延手段の発熱との関係を示す図である。 距離測定処理動作を示すフローチャート図である。 参照波信号計測と反射波信号計測との切替時の状態を示すタイムチャート図である。 図５に対応した処理手段の発熱状態を示すタイムチャート図である。 距離測定処理動作開始前に擬似測定動作を行う状態を示すフローチャート図である。 図７の基本信号の関係を示すタイムチャート図である。 処理手段内で信号がループするように構成した例を示す図である。 図９の信号ループ部分の具体的構成例を示す図である 図９の基本的な信号のタイムチャート図である。 図９の構成の動作を示すフローチャート図である。 図９の構成に温度センサを設置した構成を示す図である。 温度センサの検出温度によりループ信号周期を変化させる動作を示すフローチャート図である。 温度センサの検出温度によりループ信号のループ回数を変化させる動作を示すフローチャート図である。 電源手段の電源電圧を変化させる具体的構成例を示す図である。 図１６の構成で電源電圧を変化させる動作を示すフローチャート図である。 負荷を備えた電源手段の構成例を示す図である。 従来の距離測定装置を示す図である。

符号の説明

１ 処理手段
２ 送波手段
３ 分岐手段
４ 受波手段
５ 投光レンズ
６ 測定対象物
７ 集光レンズ
８ 光学的遅延素子
９ 電源手段
１０ 計測開始スイッチ
１１ 演算手段
１２ 計測ゲート
１３ 電気的遅延手段
１４ 信号分離手段
１５ カウンタ
１６ 水晶振動子
２１ レーザ駆動回路
２２ 半導体レーザ
３１ ハーフミラー
４１ フォトダイオード
４２ 増幅器

Claims (9)

1. パルス状の電磁波を周期的に発信する送波手段と、発信された電磁波が測定対象物で反射した反射波を受信する受波手段と、前記発信された電磁波の一部を分岐し、参照波として前記受波手段に入射させる分岐手段と、
   前記受波手段で受信した信号を測定対象物からの反射信号成分と参照波に対応する参照信号成分に分離する信号分離手段と、
   前記信号分離手段により分離された反射信号成分または参照信号成分を基準信号として所定の遅延時間を与え、この信号を駆動信号として前記送波手段に送信する遅延手段と、
   前記反射信号成分の周期を所定回数加算する第１の計時手段と、
   前記参照信号成分の周期を所定回数加算する第２の計時手段と、
   前記第１の計時手段で計測された反射信号成分の所定回数分の加算周期と前記第２の計時手段で計測された参照信号成分の所定回数分の加算周期との差に基づいて前記測定対象物までの距離を算出する演算手段とを備え、
   前記第１の計時手段と前記第２の計時手段を連続して繰返して用いる際に、第１の計時手段と第２の計時手段による計測順序を入れ替えて繰返し計測するとともに、前記測定対象物までの距離を算出する測定動作処理を開始する前に、前記送波手段、受波手段、信号分離手段、遅延手段、第１の計時手段、第２の計時手段を駆動させて擬似距離測定動作を行わせることを特徴とする距離測定装置。
2. パルス状の電磁波を周期的に発信する送波手段と、発信された電磁波が測定対象物で反射した反射波を受信する受波手段と、前記発信された電磁波の一部を分岐し、参照波として前記受波手段に入射させる分岐手段と、
   前記受波手段で受信した信号を測定対象物からの反射信号成分と参照波に対応する参照信号成分に分離する信号分離手段と、
   前記信号分離手段により分離された反射信号成分または参照信号成分を基準信号として所定の遅延時間を与え、この信号を駆動信号として前記送波手段に送信する遅延手段と、
   前記反射信号成分の周期を所定回数加算する第１の計時手段と、
   前記参照信号成分の周期を所定回数加算する第２の計時手段と、
   前記第１の計時手段で計測された反射信号成分の所定回数分の加算周期と前記第２の計時手段で計測された参照信号成分の所定回数分の加算周期との差に基づいて前記測定対象物までの距離を算出する演算手段とを備え、
   前記第１の計時手段と前記第２の計時手段を連続して繰返して用いる際に、第１の計時手段と第２の計時手段による計測順序を入れ替えて繰返し計測するとともに、前記第１の計時手段による計測動作と前記第２の計時手段による計測動作との切替の間に計測動作を休止する切替時間間隔を設け、前記各切替時間間隔を一定にすることを特徴とする距離測定装置。
3. 前記測定対象物までの距離を算出する測定動作処理を開始する前に、前記送波手段、受波手段、信号分離手段、遅延手段、第１の計時手段、第２の計時手段を駆動させて擬似距離測定動作を行わせることを特徴とする請求項２記載の距離測定装置。
4. 前記測定対象物までの距離を算出する測定動作処理を開始する前に、前記演算手段と前記遅延手段との間で信号がループするようにして、少なくとも前記遅延手段を駆動させるようにしたことを特徴とする請求項２記載の距離測定装置。
5. 前記ループ信号は所定の周波数を有する信号となるように前記演算手段で周波数制御を行うことを特徴とする請求項４記載の距離測定装置。
6. 前記遅延手段近傍の温度を測定するために設置された温度センサを備えており、前記温度センサからの検出温度に応じて前記ループ信号の周波数を制御することを特徴とする請求項５記載の距離測定装置。
7. 前記遅延手段近傍の温度を測定するために設置された温度センサを備えており、前記温度センサからの検出温度に応じて前記ループ信号のループ回数を変化させることを特徴とする請求項４記載の距離測定装置。
8. 前記遅延手段近傍の温度を測定するために設置された温度センサを備えており、前記温度センサからの検出温度に応じて、前記送波手段、受波手段、信号分離手段、遅延手段、第１の計時手段、第２の計時手段、演算手段に電圧を供給する電源手段の供給電圧を制御するようにしたことを特徴とする請求項２記載の距離測定装置。
9. 前記送波手段、受波手段、信号分離手段、遅延手段、第１の計時手段、第２の計時手段、演算手段に電圧を供給する電源手段には、常時負荷となる電子部品が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の距離測定装置。

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