JPH04145391A

JPH04145391A - 距離測定装置

Info

Publication number: JPH04145391A
Application number: JP26879090A
Authority: JP
Inventors: Masahei Akasu; 雅平赤須
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-10-05
Filing date: 1990-10-05
Publication date: 1992-05-19
Anticipated expiration: 2011-03-21
Also published as: JPH0827345B2

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】〔産業上の利用分野〕この発明はパルス光を物体に向は照射し、その物体によ
る反射パルス光を受光し、照射から受光までの所要時間
を計測することにより物体までの距離を求める距離測定
装置に関する。

〔従来の技術〕

この種の距離測定装置としては、特公昭４６−１６３２
号公報等で開示されているような、高強度のレーザパル
ス光を使用したものが知られている。

第３図はその構成を示す図であり、パルスレーザ１のパ
ルス発光に同期してカウンタ９はクロックパルス発生器
２のクロックパルスの計数を開始する。光検出器３はレ
ーザパルス光を照射された物体１０からの反射パルス光
を電気信号に変換し増幅出力する。パルス弁別器８は光
検出器３の出力信号と所定の闇値とを比較して反射パル
ス光成分のみをパルス弁別し、パルス弁別器日の出力パ
ルスでカウンタ９の計数値を読み出して、上記計数値を
処理装置７Ａにより下記（１）式により距離に換算し、
距離測定装置と物体の間の距離を求める。

距離＝計数値×クロックパルス周期×光速／２・・・＋
１１すなわち距離は、上記カウンタ９の計数値から求めた発
光から受光までの時間に光の速度を乗じて求められるパ
ルス光の行程の１７２となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

この種の距離測定装置では距離測定の分解能は（１）式
により示されるようにクロックパルスの周期に依存する
。例えばクロックパルスの周波数を汎用のディジタルＩ
Ｃが応答できる周波数の上限に近い３０ＭＨｚ　とする
と距離の分解能は５ｍとなる。

距離の分解能を良くするには、クロックパルスの周波数
を上げる必要があるが（例えば分解能を５０Ｃ１１とす
れば、クロックパルスの周波数は３００ＭＨｚ）、そう
するとカウンタ９、クロックパルス発生器２等の距離測
定装置を構成する装置には超高速の応答性を有する素子
を使用しなければならず、汎用のディジタルＩＣ等は使
用できず、特殊で高価な部品を使用するととになり、距
離測定装置の価格は非常に高価なものとなる。更に分解
能を向上させようとすれば超高速動作の素子開発から始
めなければならない。

また、このような距離測定装置では、距離を測定しよう
とする対象の物体１０が距離測定装置の近傍にあり反射
パルス光の強度が高く光検出器３のＳ／Ｎ比が十分確保
される場合には、光検出器３の出力信号に対するパルス
弁別器８の閾値を上げることにより、確実に物体１０か
らの反射パルス光を検出しカウンタ９に対して計数停止
パルスを発生することができ、確実に距離を測定するこ
とができる。しかし、物体１０が遠方にあったり、その
反射係数が低くて反射パルス光の強度が低くなってしま
う場合には、上記パルス弁別器８の閾値を上げることが
できず、光検出器３の出力信号に含まれるノイズにより
物体１０の真の反射パルス光以前にこれらノイズによる
誤検出が発生する。

すなわちノイズの誤検出による距離測定の誤差の発生を
少なくするにはパルス弁別器８の閾値を上げる必要があ
り、そうすると真の反射パルス光も検出できなくなる可
能性が高くなり、測定可能な距離範囲が制限されてしま
うｉｏがあった。

そして、この光検出器３の出力信号をある闇値と比較す
るという方式は、闇値の大きさによって計数停止のパル
スの発生時期が変わるという特性があり、結果として距
離検出に誤差を生じるという課題があった。

この課題を第４図を用いて説明すれば、すなわちパルス
レーザ１の発光波形はパルスレーザ１の駆動装置の特性
や緩和時間等の影響により一般には矩形波とはならず、
徐々に立ち上がり、徐々に立ち下がるガウス形やｒａｉ
ｓｅｄ　ｃｏｓｊｎｅ（レイズドコサイン）形の波形で
近似される形状となる（第４図（ａ））。物体１０で反
射して光検出器３で検出され出力される信号は、光検出
器３で必ず帯域制限を受けるためパルスレーザ１の発光
波形よりもさらに広がった波形となる（第４図山））　
　この時間的に広がった波形をパルス弁別器８で所定の
閾値Ｖと比較すると、光検出器３で検出出力される信号
振幅によってパルス弁別器８の出力パルス発生時期が異
なってしまう。第４図ｔｅｌにおいて、実線は出力振幅
の大きい時を示し、点線は出力振幅の小さい時を示して
いる。小振幅では、パルス弁別器８の出力パルス発生時
期が遅れるので距離は大きく測定される。このことは物
体１０の反射係数によって測定距離に誤差が生じること
を意味している。

さらには、一般に反射パルス光の強度は距離の２乗ない
しそれ以上の係数で減衰するため、被検出物体までの距
離によって測定誤差が異なり、距離測定の直線性が阻害
される。

この発明はこのような課題を解消するためになされたも
のであり、特殊な高速の素子を使用せずに汎用ディジタ
ルＩＣが応答できるクロックパルスの周波数範囲でも距
離検出の分解能を飛躍的に向上させることができ、さら
に反射パルス光の検出信号の゛；／ト１比が良くない状
態でも距離測定対象１！η体からの反射パルス光を弁別
し、また１、距離測定対象物体の反射係数や距離Ｕ二応
じて誤差の発生するよ・うな不具合が無く、距離測定の
直線性の良い距離渭１定す置を得るＪ−とを目的とする
。

〔「題を解決するための手段〕

この発明の距離測定装置１よ、クロ、クバルス発件手段
・と、クロックペルスの周期を２以−Ｌの整数でＡ１ろ
Ｎで除１７．た時間間Ｍの整数倍の時間クロックパルス
を遅延、与ゼたｉｌ！延クロックパルスを発生１−るり
Ｔｒｉ　ツクパルス遅延手段と、クロックパルスのある
１つのパルスと同和１したタイミングでパルス光を発生
ずるパルス先発７を手段と、このパルス光が物体により
反射された時の反射パルス光を受光して光電変換する光
検出手段と、この光検出手段の出力信号を遅延クロック
パルスに同期してデ！イジタル（８号に変換するＡ／Ｄ
変模手段点、Ａ／Ｄ変換値を配性する記憶手段と、Ｎ回
のパルス光発生について、遅延クロックパルスＣ＝は異
なる遅延時間を与え、記憶手段に紀憶さねたＮ紺の反射
パルス光ザ゛・′プル波形を時系列的ｃ、二並べ替える
こと？、こより合成さねた反射パルス光波形をもとに演
算処理して距離を算出する処理手段を設けたものである
。

〔作　用〕

この発明（、にお（・３る距離測定装置：！、クロ、イ
アパルス発生手段が一定の周波数のｊｙ　ｕツクパルス
を発生し１、−のクロ、・クバルスを処理Ｊ・段によｚ
ｌ）設定された遅延時間分クロ２・クバルス遅延ｆ段が
遅延さセ゛て遅延クロックパルスを発生する。さらｒｌ
こ処理手段ば反射パルス光の記憶手段上の記憶９■域を
決定し、パルス光発生手段に発光を指令する、パルス光
発生手段は、−の発光指令を受；、１て最初に発生ずる
クロックパルスに同期ｊ７てパルス光ヲ発生ずる。、二
のパルス光を測距対象の物体が反射Ｌ７、その反射パル
ス光４光検出手段が入力して光電変換し以降のＡ　／　
Ｉ）変換に必要なレヘル乙こまで増幅する。Ａ／ｉ）変
換手段はクロ、クバルスに同期し。

て光検出手段の出力信号をＡ／Ｄ変換する。このＡ／Ｄ
変換結果は処理手段で決定（７た記憶手段領域内に遅延
り１コツクパルスに同期して順次に記憶される。距離測
定範囲に相当する時間の間Ａ／Ｄ変換及び記憶手段への
記憶を繰り返した後、Ａ　／　Ｔ、）　ｉ　ｆ＊　’ｆ
停止する。次ｔこ処理手段は記憶手段の記＋！！領域を
前回のパルス発光の領域から変更し、遅延クロックパル
スの遅延時間を変更設定して再びパルス発光から記憶手
段への記憶を行う。この過程を複数回繰り返す。尚、遅
延クロックパルスの遅延時間はクロックパルスの周期を
繰り返しの回数で除したものを単位時間遅れとする。処
理手段は記憶手段に記憶されているＡ／Ｄ変換結果を各
領域毎に、すなわち複数回の名パルスのＡ／Ｄ変換結果
をそれぞれ読み出す。この複数回のパルス発光に対する
Ａ／Ｄ変検結果の記憶値をパルス発光か（うの時系列と
して並べ替え、この波形をも、Ｊ−乙こ演夏処理で物体
までの距離を求める。

〔実施例〕

以下１．この発明の一実施例を図について説明する。第
１図において、１はクロックパルスの１つのパルス（、
ｉｌ同期したタイミングでパルス光を発生ずるパルスレ
ーザ、２は３０ＭＨｚの周波数の上記クロックパルスを
発生するクロックパルス発生器、１１はプログラマブル
ディレイシーエネレーク（例えばアナログ・デハイセズ
社製のＩＣＡＤ９５０１）によるクロックパルス遅延装
置であり、遅延り１コツクパルスを出力する。このクロ
ックパルス発生器２からの上記クロックパルスはパルス
レーザｌとクロックパルス遅延装置１１１こ与えられる
ようにな、っている６３は光電変換機能および堆幅機能
を有する光検出器、４は光検出器３の出力信号を上記遅
延クロックパルスに同期してＡ／Ｄ変換する高速のＡ／
Ｄ変換が可能なフラッシュタイプのＡ／Ｄ変換器である
。５はメモリ、６はクロックパルス遅延装置１１が出力
する上記遅延クロックパルスに同期してＡ／Ｄ変換器４
にＡ／Ｄ変換タイミング信号を発生しかつ上記遅延クロ
ックパルスを計数してＡ／Ｄ変換器４の変換結果を格納
するメモリ５の下位アドレスを決定し、さらにパルスレ
ーザ１の１回の発光当たりのＡ／Ｄ変換回数を決めるア
ドレス発生器である。７はパルスレーザ１へのパルス発
光のトリガ、メモリ５の上位アドレスの設定、クロック
パルス遅延装置１１に対する遅延時間の設定、そしてメ
モリ５の記憶値から合成した反射パルス光波形をもとに
距離測定演算をする処理装置、１０は距離測定対象の物
体である。ここで、処理装置７がクロックパルス遅延装
置１１に指定する遅延時間の単位は上記３ＱＭＨｚのク
ロックパルス周期の１７１６に、即ち２０．８ｎｓに選
ばれている。

次に上記のように構成された装置の動作を第１図及び第
２図のタイミングチャートを用いて説明する。処理装置
７はメモリ５の上位アドレスに０を設定し、クロックパ
ルス遅延装置１１に遅延時間Ｏｎｓを発生させるために
Ｏを設定する。これにより、クロックパルス遅延装置１
１からクロックパルス発生器２のクロックパルスを設定
遅延分遅延させた遅延クロックパルスが出力される。そ
してパルスレーザ１に対してパルス発光のトリガをかけ
る（第２図（ａ））　　このトリガに応じて最初に遭遇
するクロックパルス発生器２からのクロフクハ７１／　
ス（％　２　図（’ｌ　）に同期してパルスレーザｌは
パルス発光する（第２図山））。

処理装置７からのトリガに応動してアドレス発生器６は
クロックパルス遅延装置１１から入力した遅延クロック
パルス（第２図（ｄ））の計数を０から開始し、予め定
めた距離測定範囲の時間に相当する計数値に到達した時
点で計数を停止する（第２図（ｆ））。但し、遅延量が
０の場合、実際には第２図（ｄ＋と第２図（ｅｌのクロ
ックの位相差はない、パルスレーザ１から発光されたパ
ルス光は物体ｌＯで反射され、光検出器３はその反射パ
ルス光を入力して光電変換した後、増幅して信号出力す
る（第２図（Ｃ））　　この光検出器３の出力信号をＡ
／Ｄ変換器４はアドレス発生器６からのＡ／Ｄ変換タイ
ミング信号により上記遅延クロックパルスの立ち上がり
に同期したＡ／Ｄ変換タイミングでＡ／Ｄ変換する（第
２図（ｇｌ　’）。第２図（船において、数字は発光回
数、丸印はＡ／Ｄ変換値を示す。

このＡ／Ｄ変換結果は上位アドレスが先に処理装置７で
決定され、下位アドレスが上記アドレス発生器６の計数
値で決定されたメモリ５上の番地にクロックパルスの立
ち下がりに同期して記憶される。Ａ／Ｄ変換は上記アド
レス発生器６の計数が停止されるまで操り返される。

１回のパルス発光に対する上記Ａ／Ｄ変換からメモリ５
への記憶までの動作が完了すると処理装置７は、メモリ
５の上位アドレスをインクリメントして、次回のＡ／Ｄ
変換値記憶のためのメモリ５の上位アドレスを決定する
。さらに処理装置７はクロックパルス遅延装置１１の遅
延時間指令を１単位増して２０．８ｎｓとする。再びパ
ルスレーザｌにパルス発光のトリガをかけ、以下同様の
処理を繰り返す。

パルス発光回数が１６回に達して１６回分の反射パルス
のＡ／Ｄ変換結果がメモリ５の各領域に記憶されると、
処理装置７は１６回の反射パルスＡ／Ｄ変換結果を順次
読み出してパルス発光からの時間順に並べ変えて、１６
回の反射パルス光に対するＡ／Ｄ変換結果である１６組
の反射パルス光サンプル波形を１つの波形に合成する。

すなわち、例えば１回目のパルス発光に対して連続した
２つのＡ／Ｄ変換結果の間に２〜１６回目までの対応す
る時刻のデータを挿入する事により、１６倍のサンプリ
ング周波数（４８０ＭＨｚ）でＡ／Ｄ変換された波形に
等価な波形が合成される（第２図（ｈ））そして処理装置７は、この合成した反射パルス波形で最
大値を物体１０からの反射パルス光のピークを判定し、
その発生順（メモリ５の下位アドレスに相当する）から
パルスレーザ１の発光から反射パルス光ピークまでの時
間（第２図におけるＴに相当する）を求めて距離に換算
する。距離の換算は下記（２）式で行われる。

・・・（２）例えばピークが２００番目のサンプリングにより現れた
とすれば、物体１０までの距離は、と求めることができ
る。

このように上記実施例では３０ＭＨｚ　という一般のデ
ィジタルＩＣが応答可能な周波数帯で反射パルス光の受
信波形をＡ／Ｄ変換器でサンプリングしながらその周波
数の１６侑の周波数（４８０ＭＨ２）　Ｌこ等価なサン
プリングができる。その結果、３０ＭＨｚのサンプリン
グでは測定距離の分解能が５ｍであったものが１７１６
すなわち０．３１２５ｍに向上できる。単位遅延時間の
設定をより小さくして等価サンプリング周波数を上げれ
ばさらに分解能を向上させることができる。

また、」１記実施例では、反射パルス光をＡ／Ｄ変換し
て信号波形のピーク位置を物体１０の位置と認識するの
で従来例で問題となる闇値による誤差といったものが原
理上無く、正確な距離測定が可能である。闇値による誤
差が無いために、距離測定の直線性の誤差も全く生しな
いことになる。

〔発明の効果〕

以」二のように、この発明によればクロックパルスに同
期したタイミングで物体にパルス光を照射して、その反
射パルスを光１ｉ変換しクロックパルス所定の時間遅延
したクロックパルスに同期してＡ／Ｄ変換を行い逐次記
憶するという操作を複数回のパルス発光の度に遅延時間
を変更して行い、その後、記憶された複数回の反射パル
ス光信号のＡ／Ｄ変換値を順次読み出し、゛時系列を考
慮１．て読み出したデータを並べ替え１つの波形を合成
して信号の最大値を与えるデータ位置から演算により物
体までの距離を測定するように構成（〜たので、特殊な
高周波用の回路素子を使用せず、−船釣なディジタルＩ
Ｃ等を使用しても分解能が高くかつ高精度の距離測定が
できる効果がある。

また、サンプリングされた波形から演算で距離を求める
ように構成しているので、ノイズに対しても誤動作のな
いものが得られる効果がある。

尚、上記実施例では、光パルス発生器としてパルスレー
ザを用いているが、これはＬＥＤ等の他の光源でもよく
、また、この距離測定装置は光のｔ磁波的性質を利用し
ているので、光パルス発生器、光検出器の代わりにそれ
ぞれ電磁波パルス発生器、ｉｔ磁波パルス検出器を用い
て距離測定装置を構成しても同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は一
実施例の動作を説明するための波形図、第３図は従来の
距離測定装置の構成図、第４図は従来例の動作を示す波
形図である。ＩＥｔ中、ｉ・・・パルスレーザ、２・・・クロックパ
ルス発生器、３・・・光検出器、４・・・Ａ／Ｄ変換器
、５・・・メモリ、６・・・アドレス発生器、７・・・
処理装置、１０・・・物体、１１・・・クロックパルス
遅延装置。なお、図中同一符号は同一、又は相当部分を示す。代理人　　　大　　岩　　増　　雄部図哨悶− 第図時間− 手続補正書（自発）

Claims

【特許請求の範囲】

所定の周波数のクロックパルスを発生するクロックパル
ス発生手段と、該クロックパルスの周期を２以上の整数
であるＮで除した時間間隔の整数倍の時間上記クロック
パルスを遅延させて遅延クロックパルスを発生するクロ
ックパルス遅延手段と、上記クロックパルスのある一つ
のパルスと同期したタイミングでパルス光を発生するパ
ルス光発生手段と、該パルス光発生手段より発生された
パルス光が物体により反射された時の反射パルス光を受
光して光電変換する光検出手段と、該光検出手段の出力
信号を上記遅延クロックパルスに同期してディジタル信
号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄ変換手段の
ディジタル出力信号を順次記憶する記憶手段と、Ｎ回の
パルス光発生について上記遅延クロックパルスには異な
る遅延時間を与え、Ａ／Ｄ変換により上記記憶手段に記
憶されたＮ組の反射パルス光サンプル波形を時系列的に
並べ替えることにより合成された反射パルス光波形をも
とに演算処理して上記物体までの距離を算出する処理手
段とを備えた距離測定装置。