JPH04166787A - 距離測定装置 - 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】 〔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するとともにそ
の物体による反射パルス光を受光し、照射から受光まで
の所用時間を計算することにより、物体までの距離を求
める距離測定装置に関するものである。

［従来の技術］ この種の距離測定装置としては、特公昭４６−１６３２
号公報等で示されているような、高速度のレーザパルス
光を使用したものが知られている。第３図はその構成を
示し、パルスレーザｌ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はパルスレーザｌがらのレーザパ
ルス光を照射された物体ＩＯ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しきい値とを比較して反射パルス
光のみをパルス弁別し、パルス弁別器８の出力パルスで
カウンタ９のクロックパルス計数を停止させる。処理回
路７はカウンタ９の計数値を読み出し、この計数値をＡ
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×クロフクパルス周期×光速／２＾ 即ち、距離はカウンタ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して求められるパルス光の
行程の土となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した従来の距離測定装置では、距離を測定しようと
する対象物体１ｏが距離測定装置の近傍にあって反射パ
ルス光の強度が高く光検出器３のＳ／Ｎ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のしきい値を上げることにより、確実に対象物体１
０がらの反射パルス光を検出してカウンタ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、対象物体１ｏ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、パルス弁別器８のしきい値を上
げることができず、レーザパルス発光素子の散乱光によ
る周辺物体からの反射光や光検出器３の出力信号に含ま
れるノイズ等により、対象物体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。即ち、ノ
イズ等の誤検出による距離測定の誤差の発生を少メ；く
するにはパルス弁別器８の巳きい値を上げる必要があり
、この場合反射パルス光の強度が弱いと真の反射パルス
光も検出できなくなり、測定可能な距離範囲が制限され
てしまう。

又、反射パルス光の検出のために、パルス弁別器８によ
り光検出器３の出力信号をあるしきい値と比較すること
によってカウンタ９の計数を停止させるパルスを発生さ
せるが、このしきい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課題があった。この課題を
第４図を用いて説明すれば、第４図（ａ）に示すように
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なら
ず、徐々に立ち上がり徐々に立ち下がるガウス形やｒａ
ｉｓｅｄ　ｃｏｓｉｎｅ形の波形で近催される形状とな
る。また、物体１０で反射して光検出器３で検出される
信号は、光検出器３で必ず帯域制限を受けるため、第４
図（ｂｌに示すようにパルスレーザ１の発光波形よりも
さらに広がった波形となる。この時間的に広がった波形
をパルス弁別器８で所定のしきい値と比較すると、その
しきい値の大きさによってパルス弁別器８の出力パルス
発生時期が異なる。例えば、第４図（Ｃ）において実線
で示しているのはしきい値が高いときの出力バルスイで
あり、点線で示しているのはしきい値が低いときの出力
バルスロである。このように、しきい値が高いときは低
いときに比べてパルス弁別ｎ８の出力パルス発生時期が
遅れ、結果として物体１０はしきい値が高いときは低い
ときよりあたかも遠方にあるように測定される。光の速
度は３　Ｘ　１０”ｔａ／ｓと非常に高速なため、わず
がなパルス発生時期の違いでも距離測定には大きな誤差
となる０例えば、しきい値の違いにより１０ｎｓの時間
的差があると、１．７ｍの検出路ｉｉｉ誤差に相当する
。

又、逆に、しきい値を一定にすると、光検出器３で検出
し出力される信号振幅によってパルス弁別器８の出力発
生時期が異なる。第４図［ｄ）において、実線ハは出力
振幅の大きい時を示し、点線二は出力振幅の小さい時を
示している。このことは、被検出物体１０の反射係数に
よっても測定距離が異なってしまうことを示している。

即ち、反射係数が低い物体は、反射係数の高い物体より
も遠方にあるように測定される。又、光検出器３で検出
される反射パルス光の信号振幅は一般に物体１゜までの
距離の約二乗に逆比例するので、しきい債が一定の場合
被検出物体ＩＯ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とになる。

この発明は上記のような課題を解決するために成された
ものであり、反射パルス光の検出信号のＳ／Ｎが良くな
い状態でも対象物体からの反射パルス光を弁別し、また
対象物体の反射係数や距離に応して誤差が発生すること
を防止し、距離測定の直線性が良い距離測定装置を得る
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る距離測定装置は、光パルス又はｔ磁波パ
ルスを発生するパルス発生手段と、このパルスが物体に
より反射された反射パルスを検出するパルス検出手段と
、検出された反射パルスを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、Ａ／Ｄ変換
手段の出力を順次記憶するメモリと、メモリに記憶され
た値に基づいて物体までの距離を演算する処理手段を設
けたものである。

〔作　用〕

この発明においては、パルス発生手段により発生された
パルスが物体により反射され、この反射パルスが検出さ
れ、クロックパルスに同期してＡ／Ｄ変換され、順次メ
モリに記憶される。距離測定範囲に相当する時間の間、
Ａ／Ｄ変換及びメモリへの記憶が繰り返された後、Ａ／
Ｄ変換は停止され、処理手段によりメモリに記憶された
Ａ／Ｄ変換結果が読出され、このＡ／Ｄ変換結果から演
算処理で対象物体までの距離が夏山される。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面とともに説明する。第１
図において、１はパルスレーザ、２は３００ＭＨｚのク
ロックパルス発生器、３は光検出器、４は高速のＡ／Ｄ
変換が可能なフラッシュタイプのＡ／Ｄ変換器、５はア
クセスタイムが非常に小さいＥＣＬメモリ、６はクロッ
クパルス発生器２が出力する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する
とともに、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回の発光当りのＡ／Ｄ変換回数を
決めるアドレス発生器、７は処理回路、１０は距離測定
対象物体である。

次に、上記構成の動作を第２図を用いて説明する。処理
回路７は第２図（ａ）に示すように、パルスレーザ１に
対してパルス発光のトリガをかける。

このトリガに応して、パルスレーザ１は第２開山）に示
すようにパルス発光をする。又、アドレス発生器６は処
理回路７からのトリガに応動して、第２図＋ｄ）に示す
クロックパルス発生器２からのクロックパルスの計数を
第２図ｔｅｌに示すように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。パルスレーザ１から発光されたパルス光
は物体１０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、第２図（Ｃ１に示すように
増幅して信号出力する。この光検出器３の出力信号をＡ
／Ｄ変換器４はクロックパルスの立上りに同期したＡ／
Ｄ変換タイミングでＡ／Ｄ変換する（第２図（ｆ））。

このＡ／Ｄ変換結果は、メモリ５のアドレス発生器６の
計数イ直に対応する番地にクロックパルスの立下りに同
期して記憶される。このＡ／Ｄ変換は、アドレス発生器
６の計数が停止されるまで繰り返される。１回のパルス
発光に対する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、処理回路７はメモリ５の記憶値を順次
読み出し、一連の記憶値の中で最大のものを物体１０か
らの反射パルス光のピークと判定し、その発生順よりパ
ルスレーザ１の発光から反射パルス光のピークまでの時
間（第２図のＴ）を求め、例えば、ピークが２００番目
に現われたとすれば、となる。

上記実施例では従来の距離測定装置のように反射パルス
光の信号をそのまま所定のしきい値と比較するのではな
く、光検出器３の出力信号を一旦メモリ５に取り込み、
反射パルス光の波形を解析するので、散乱光による周囲
物体からの反射光やノイズ等によって物体の真の反射パ
ルス光以前に誤検出するという従来の欠点を防止するこ
とができる。又、検出した反射パルス光のパルス幅は光
検出器３で支配的であるショットノイズのパルス幅に比
べ十分に広いと考えられ、例えばメモリ５に記録した反
射パルス光の信号波形から幅が短かい信号成分を演算処
理で取り除くことは極めて容易であり、その結果真の反
射パルス光の成分のみを抽出することができる。あるい
は、処理回路７で最適なディジタルフィルタを構成して
ノイズ成分を抑圧してもよい。これらにより、従来装置
で問題となったノイズ等による誤検出が防止される。

又、反射光のピーク位置を物体１０の位置と認識するの
で、従来問題となったしきい値による誤差が原理上なく
、正確な距離測定が可能であり、しきい値による誤差が
ないために距離測定の直線性の誤差も全く生じない。

ここで、実施例では、距離測定のための時間の起点をパ
ルスレーザ１のトリガ開始時期としたが、実際にはトリ
ガ開始からパルスレーザ１の出力パルス光がピークに達
するまでには若干の時間遅れがあるため、その分距離は
長めに測定されるが、このパルス発光の遅れ時間分は予
め試験により測定できるので、この遅れ時間に相当する
距離を上記計算式差し引けばより正確な距離検出ができ
る。

なお、上記実施例では光パルス発生器としてパルスレー
ザ１を用いたが、ＬＥＤ等の他の光源でもよく、またこ
の距離測定装置は光の電磁波的性質を利用しているので
、光パルス発生器及び光検出器の代りにそれぞれ電磁波
パルス発生器及び電磁波パルス検出器を用いて距離測定
装置を構成してもよい。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、物体にパルスを照射し
てその反射パルスを検出し、この反射パルスを基準クロ
ックに同期してＡ／Ｄ変換した後逐次メモリに記憶し、
このメモリ記憶値から例えばその最大債を与える記憶順
序即ち基準クロックカウント数から演算により対象物体
までの距離を算出するようにしたので、ノイズ等による
誤検出を防止することができ、またしきい値との比較を
行なわないために高精度な距離測定が可能となるととも
に直線性のよい距離測定を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明装置の構成図及び各部波形
図、第３図及び第４図は従来装置の構成図及び各部波形
図である。 １・・・パルスレーザ、２・・・クロックパルス発生！
、３・・・光検出器、４・・・Ａ／Ｄ変換器、５・・・
メモリ、６・・・アドレス発生器、７・・・処理回路、
１０・・・物体。 なお、図中同一符号は同一部分を示す。 第１図 １０物体 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、光パルス又は電磁波パルスを発生するパ
   ルス発生手段と、上記光パルス又は電磁波パルスが物体
   により反射された反射パルスを検出するパルス検出手段
   と、検出された反射パルスを上記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、Ａ／
   Ｄ変換手段の出力を順次記憶するメモリと、このメモリ
   に記憶された値を演算処理して上記物体までの距離を算
   出する処理手段を備えたことを特徴とする距離測定装置
   。