JPH0373880A - レーザ測距器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、レーザ測距器に関し、測定精度を向上させ
るようにしたものである。

（従来の技術） 従来のレーザ測距器としては、例えば第３図に示すよう
なものがある。同図において、１はレーザ光源としての
レーザ発振器、２ａはこのレーザ発振器１からのレーザ
光の発光を検出する発光検出器、１４は目標物、２ｂは
目標物１４からの反射光を受光する受光検出器であり、
発光検出器２ａの出力端子はプリアンプ３ａを介して第
１のコンパレータ４ａの（＋）入力端子に接続されてい
る。また、受光検出器２ｂの出力端子はプリアンプ３ｂ
を介して第２のコンパレータ４ｂの（＋）入力端子に接
続されている。

第１のコンパレータ４ａの（−）入力端子には成る一定
の閾値が基準レベルとして設定され、発光検出信号１５
の立上りがその閾値を切った時の時刻信号がカウンタ起
動信号としてカウンタ５に入力されるようになっている
。一方、第２のコンパレータ４ｂの（−）入力端子にも
成る一定の閾値１６が基準レベルとして設定され、受光
検出信号１７の立上りがその閾値を切った時の時刻信号
がカウンタ停止信号（以下、カウンタ起動信号及びカウ
ンタ停止信号の両者を併せてカウンタ駆動信号ともいう
）としてカウンタ５に入力されている。６はクロック発
振器、７は表示器である。

そして、レーザ発振器１から発光したパルス状のレーザ
光が発光検出器２ａで検出され、プリアンプ３ａで増幅
された後、第１のコンパレータ４ａの（＋）入力端子に
入力される。第１のコンパレータ４ａでは、その発光検
出信号１５の立上りが閾値を切ったタイミングで発光時
刻が検出されてカウンタ起動信号が出力され、この信号
出力によりカウンタ５のカウント動作が起動される。

一方、レーザ光は目標物１４で反射した後、受光検出器
２ｂで検出され、プリアンプ３ｂで・増幅された後、第
２のコンパレータ４ｂの（＋）入力端子に人力される。

第２のコンパレータ４ｂでは、その受光検出信号１７の
立上りが閾値１６を切ったタイミングで受光時刻が検出
されてカウンタ停止信号が出力され、この信号出力によ
りカウンタ５のカウント動作が停止される。そして、そ
のカウント値と光速から目標物１４までの距離が演算さ
れ、その演算結果が表示器７に表示される。

このときの発光検出信号１５及び受光検出信号１７の様
子を第４図に示す。受光検出信号１７は目標物３までの
距離が大になる程、即ち検出時間が大になる程、最大値
が小さくなっている。しかし、その最大値をとる時刻Ｔ
、　　Ｔ２は、目標物１４までの距離によって一義的に
決るという性質をもっている。

しかし、上述のレーザ測距器では、カウンタ停止信号を
、コンパレータ４ｂを用いて受光検出信号１７の立上り
が閾値１６を切ったタイミングで出力させるようにして
いたため、その受光検出信号１７の大きさによる誤差が
含まれるという問題があった。

これを、第５図を用いて説明する。同図中、１７ａ〜１
７ｄは受光検出信号である。前述したように、受光検出
信号は、検出距離によってそのレベルが変化する。１７
ａは距離が短い場合の受光検出信号であり、１７ｄは距
離が長い場合の受光検出信号である。このような受光検
出信号１７ａ〜１７ｄを、コンパレータ４ｂによって一
定の閾値１６と比較すると、距離が長く　（レベルが低
く）なる程、受光検出時刻はピーク時刻に近づく。

これに対し、発光検出信号１５は急峻に立上るため、発
光検出時刻１８は、その立上り始めの時刻にほぼ等しい
。したがって、結果的に目標物１４までの距離が長くな
る程測定誤差が大きくなる。

また、他の従来例として、第６図に示すように、微分回
路１２とコンパレータ１３とを用いて、受光時刻の検出
を受光検出信号１７の最大値を捕えることにより行うよ
うにしたものがある。同図中、１．９は微分信号、２０
はカウンタ停止信号゛である。

しかし、この従来例では、距離が長くなる程、受光検出
信号１７のレベルが低くなって寝てくるため、微分を取
りにくくなって、測定精度を上げることが難しくなる。

（発明が解決しようとする課題） コンパレータを用いて受光検出信号の立上りりが閾値を
切ったタイミングで受光時刻を検出してカウンタ停止信
号を得るようにした従来のレーザ測距器では、測定距離
が大になる程、受光検出信号のレベルが低くなるため、
受光時刻の検出に誤差が生じ、カウンタ停止信号の出力
タイミングがずれて測定精度が低くなるという問題があ
った。

また、微分回路とコンパレータを用いて、受光時刻の検
出を受光検出信号の最大値を捕えることにより行うよう
にした他の従来例では、距離が長くなる程、受光検出信
号のレベルが低くなって寝てくるため、微分を取りにく
くなって、測定精度を上げることが難しくなるという問
題があった。

そこで、この発明は、目標物までの距離に関係なく、常
時正確に反射光の受光時刻を検出して、測定精度を向上
させることのできるレーザ測距器を提供することを目的
とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は上記課題を解決するために、レーザ光源から
のレーザ光の発光時刻と目標物からの反射光の受光時刻
との差に基づいて当該目標物までの距離を測定するレー
ザ測距器において、前記反射光の受光時刻を当該反射光
のパワーが最大となる時刻に基づいて検出する受光時刻
検出手段を具備してなることを要旨とする。

（作用） 反射光のパワーは、目標物までの距離が大になる程、最
大値が小さくなるように変動するが、その最大値をとる
時刻は、目標物までの距離によって一義的に決る。

この発明では、受光時刻検出手段により、その反射光の
受光時刻を、当該反射光のパワーが最大となる時刻に基
づいて検出することにより、目標物−までの距離に関係
なく常時正確に検出することが可能となる。

レーザ光の発光時刻についても、発光時刻検出手段によ
り、上記と同様に、発光のパワーが最大となる時刻に基
づいて検出するようにすれば、発光から受光までの時間
が、目標物までの距離に関係なく常時正確に得られて精
度のよい距離測定がなされる。また、レーザ光の発光時
刻を、コンパレータを用いて一定の閾値と比較すること
により検出した場合は、そのレーザ光パルスの立上りエ
ツジを捕えて発光時刻を検出することになるので、その
立上りエツジと最大値との時間間隔に相当する補正をか
けることにより、上記と同様に、発光から受光までの時
間を、目標物までの距離に関係なく常時正確に得ること
ができて精度のよい距離測定がなされる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を第１図及び第２図に基づいて
説明する。

なお、第１図において、前記第３図における回路機器等
と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以って示
し、重複した説明を省略する。

この実施例では、プリアンプ３ａで増幅された発光検出
信号１５は、抵抗８ａとコンデンサ９ａで構成された第
１のフィルタ回路１０ａを通って第１のコンパレータ４
ａの（＋）入力端子に人力されている。一方、生の発光
検出信号１５は、第１のコンパレータ４ａの（−）入力
端子に直接入力されている。フィルタ信号と発光検出信
号１５との大小が第１のコンパレータ４ａで比較されて
発光時刻が検出されカウンタ起動信号が出力されるよう
になっており、この第１のフィルタ回路１０ａと第１の
コンパレータ４ａにより、発光の時刻を当該発光のパワ
ーが最大となる時刻に基づいて検出する発光時刻検出手
段が構成されている。

また、プリアンプ３ｂで増幅された受光検出信号１７は
、抵抗８ｂとコンデンサ９ｂで構成された第２のフィル
タ回路１０ｂを通って第２のコンパレータ４ｂの（＋）
入力端子に入力されている。

一方、生の受光検出信号１７は、第２のコンバレー、夕
４ｂの（−）入力端子に直接入力されている。

フィルタ信号２１と受光検出信号１７との大小が第２の
コンパレータ４ｂで比較されて受光時刻が検出されカウ
ンタ停止信号２２が出力されるようになっており、この
第２のフィルタ回路１０ｂと第２のコンパレータ４ｂに
より、反射光の受光時刻を当該反射光のパワーが最大と
なる時刻に基づいて検出する受光時刻検出手段が構成さ
れている。

１１は補正回路であり、その機能については後述する。

次に、第２図を用いて、受光時刻検出手段である第２の
フィルタ回路１０ｂ及び第２のコンパレータ４ｂの動作
を説明する。

レーザ発振器１から送出されるパルス状のレーザ光及び
目標物１４から反射してくる反射光のパワーは、第２図
中、受光検出信号１７のような鋸歯状波によって近似す
ることができる。第２のフィルタ回路１０ｂのフィルタ
定数（抵抗８ｂの抵抗値とコンデンサ９ｂの容量値との
積）をＴとおくと、フィルタ信号２１は、次式で表現さ
れる関数で立上る。

Ｓ　（ｔ）　−ａ−Ｔ　（ｅ　−１−１）　＋ａ−ｔ＝
ｌ＋）ここで、 ａ：受光検出信号の傾き ｔ：時間、但し受光検出信号の立上り開始時刻を１−０
とする。

−Ｒ−Ｃ したがって、フィルタ定数Ｔを十分小さくとれば、フィ
ルタ信号２１は受光検出信号１７に対し、ａ−ｔなる偏
差をもって立上る。さらにｔ−ｔＰにおけるフィルタ信
号２１は、 ５（ｔ）−ａ−Ｔ−ｅ−了 −Ｔ　（ａ＋ｂ）ｅ−÷（−ｔ−ｔｌ−）＋　ｂ　−Ｔ
＋ａ−ｔＰ　−ｂ　（ｔ−ｔＰ） ｍ　−Ｔ　　（ａ　＋　ｂ　）　　ｅ　　−ｑ（ｔ−ｔ
ｙ）＋ｂ−Ｔ＋ａ−ｔＰ　−ｂ　（ｔ−ｔＰ）・・・（
２） で表わされるので、ｔ＞ｔｐにおける受光検出信号１７
が Ｄ　（ｔ）　−ａ　−ｔＰ　−ｂ　（ｔ−ｔＰ）　　　
−（３）で表わされることから、 Ｔ　　　（ａ　　＋　　ｂ）　　　ｅ　　　−ｑ−と−
６−ｔｙ）＋　　ｂ　　　−Ｔ＋ａ−ｔＰ　−ｂ　（ｔ
−ｔＰ） −ａ　−ｔＰ　−ｂ　（ｔ−ｔＰ） Ｔ　　（ａ　＋　ｂ　）　　ｅ　　−−ｒ（ｔ−ｔｒ）
−ｂ−Ｔより、２つの信号１７．２１は ｔ−ｔｐ＋Ｔ−１ｎ（（ａ＋ｂ）／ｂ）　　−＜４）に
おいて交わり、カウンタ停止信号２２が出力されること
になる。上記（４）式は、フィルタ定数Ｔ及び受光検出
信号１７の立上り、立下りの傾きの比が等しければ、２
つの信号１７．２１はｔＰに対し常に等しい時間遅れで
交わることを示しており、受光検出信号１７は目標物１
４までの距離によってレベルが変化するが、傾きの比は
変化しないことを考えると、距離に関係なく一定の時間
遅れでフィルタ信号２１のピークを検出することができ
ことを示している。

発光時刻検出手段である第１のフィルタ回路１０ａ及び
第１のコンパレータ４ａの動作についても、上記とほぼ
同様であり、発光検出信号１５と、そのフィルタ信号と
は、ｔＰに対し常に等しい時間遅れで交わり、カウンタ
起動信号が出力される。

従って、第１図に示すように、発光検出信号１５と受光
検出信号１７とを共にフィルタ回路１ｏａ、１０ｂとコ
ンパレータ４ａ、４ｂによってピーク検出すると、両者
間で時間遅れが相殺され、目標物までの距離に関係なく
、常に精度のよいカウンタ駆動信号を発生させることが
可能となる。

以上は、発光検出信号１５と受光検出信号１７に、それ
ぞれフィルタとコンパレータで構成された発光時刻検出
手段及び受光時刻検出手段を用いた場合について説明し
たが、受光検出信号１７のみに受光時刻検出手段を用い
、発光検出信号１５には、前記第３図に示したような一
定の閾値が設定されたコンパレータを使用し、これに補
正回路１１により所要の補正をかけることによっても上
記と同様に目標物までの距離に関係なく、常に精度のよ
いカウンタ駆動信号を発生させることができ、る。

以下に、その方法を簡単に述べる。

前述したように、発光検出信号１５は、急峻に立上るた
め、コンパレータを用いて一定の閾値と比較した場合で
も、一定のタイミングで検出することができ、そのパル
スの立上りエツジでこれを捕えることができる。従って
真のピークを与える時刻は、その検出時刻にパルス幅の
１／２を加えたもので近似することができる。これを数
式で表わすと次の（５）式のようになる。

ｔｐ　　Ｈ−ｔｓ　　＋　　＋　　（１／２）　　ｔ　
　ｗｄ　　　　　　・１５）ここに、 ｔＰ、：発光検出信号の真のピーク時刻ｔｓｌ：発光検
出時刻 ｔｗｄ：パルス幅 一方、受光検出信号１７の真のピーク時刻は前記（４）
式より、次式で表わされる。

ｔＰ２　＝ｔＳ２−Ｔ−ｉｎ　（（ａ＋ｂ）／ｂ）・・
・（６） ここに、 ｔｐ２　　：受光検出信号の真のピーク時刻ｔｓ２　　
：受光検出時刻 したがって、レーザ光が発光されてから目標物１４で反
射して帰ってくるまでの時間ｔは、ｔ　＝　ｔ　Ｐ　２
　　　ｔ　Ｐ　１ ”　（ｔＳ２　　　ｔＳ＋　）＋　（（１／２）ｔｗｄ
−Ｔ−吏ｎ　（（ａ＋ｂ）／ｂ）） ・・・（７〉 となる。したがって、補正回路１１を用いてパルス幅、
立上り、立下りの比、フィルタ定数等より（１／２）　
　ｔｗｄ−Ｔ　　−ｉｎ　　（（ａ＋ｂ）／ｂ）の補正
をかければ、発光検出信号のピークと受光検出信号のピ
ークの時間を正しく得ることができて精度のよいカウン
タ駆動信号を発生させることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、目標物からの
反射光の受光時刻を当該反射光のパワーが最大になる時
刻に基づいて検出する受光時刻検出手段を具備させたた
め、目標物までの距離により！くワーレベルの変動する
反射光の受光時刻を、その距離に関係なく常時正確に検
出することができて、測定精度を向上させることができ
るという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るレーザ測距器の実施例を示す構
成図、第２図は上記実施例における受光時刻検出手段の
動作を説明するための各信号波形等を示す図、第３図は
従来のレーザ測距器の構成を示す構成図、第４図は上記
従来例による距離測定の原理を説明するための各信号波
形図、第５図は上記従来例の問題点を説明するための図
、第６図は他の従来例の回路及び動作説明のための各信
号の関係を示す図である。 １：レーザ発振器（レーザ光源）、 ２ａ：発光検出器、　　２ｂ：受光検出器、４ａ：第１
のコンパレータ、 ４ｂ：第２のコンパレータ、　　　５：カウンタ、１０
ａ：第１のコンパレータともに発光時刻検出手段を構成
する第１のフィルタ回路、−１０ｂ　：第２のコンパレ
ータとともに受光時刻検出手段を構成する第２のフィル
タ回 路、 １４：目標物。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ光源からのレーザ光の発光時刻と目標物からの反
   射光の受光時刻との差に基づいて当該目標物までの距離
   を測定するレーザ測距器において、前記反射光の受光時
   刻を当該反射光のパワーが最大となる時刻に基づいて検
   出する受光時刻検出手段を具備してなることを特徴とす
   るレーザ測距器。