JPH0571912B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は、電磁波又は音波を周期的に放射して
目標物からの反射波を受信し、電磁波又は音波の
放射時点から反射波の受信時点までの経過時間に
基づいて目標物までの距離を測定するようにした
測距装置に関し、特に上記反射時点から受信時点
までの経過時間の測定手法に特徴のある測距装置
に関する。

（従来技術） 従来、目標物に向けて例えば光を放射した時点
から、当該光が上記目標物で反射して受光される
時点までの経過時間（以下、この経過時間をイベ
ント時間という。）を計測し、このイベント時間
から上記目標物までの距離を求めるようにした測
距システムがある。

この測距システムでの従来のイベント時間の計
測は次のような方法によつて行なわれる。すなわ
ち、光と放射時点でクロツクパルスの計数を開始
し、放射した光の目標物での反射光が受光された
時点で前記クロツクパルスの計数を停止し、この
動作を光の放射毎に繰り返してその間のクロツク
パルス数を積算し、 「クロツクパルス数積算値÷放射回数」 を演算して１イベント時間当りのクロツクパルス
数の平均値を算出して、この平均値から目標物ま
での距離を求めている。

この従来のイベント時間算出方法によると、光
の放射時点からクロツクパルスの計数が開始さ
れ、反射光の受光時点で当該クロツクパルスの計
数が停止されるので、反射光が何らかの原因で受
光されなかつたときには、当該受光されなかつた
周期中でクロツクパルスの計数が停止することな
く続けられるため、前記平均値に大幅な誤差が生
ずることとなる。このため、従来は、反射光の受
信確認処理と、当該受信確認処理に基づく反射光
欠落周期分のクロツクパルス数の計数値除去処理
が必要であり、演算処理が極めて複雑である。

（発明の目的） 本発明は上記従来の問題点を解決すべくなされ
たものであり、上記反射光受信確認処理や反射光
欠落周期分のクロツクパルス数計数値除去処理を
必要としない測距装置を得ることを目的とする。

（発明の概要） 以上の目的のため、本発明は、電磁波又は音波
等、測距媒体の放射時点を起点として、最大測定
距離より長く、かつ上記測定媒体の放射周期より
短い所定の長さの基準時間を設定し、上記測定媒
体の目標物での反射波の受信時点から上記基準時
間の周期までのクロツクパルス数を計数する処理
を、上記反射波の受信の所定回数について行な
い、クロツクパルス数の計数値を上記所定回数で
除算して平均値を求め、該平均値とクロツクパル
スの周期とを乗じた値を上記基準時間から減算
し、この減算した値に基づいて目標物までの距離
を求めるようにしたものである。

（発明の実施例） 図面はいずれも本発明の実施例を説明するもの
で、第１図はブロツク図、第２図は動作を示すタ
イムチヤート、第３図は演算処理を示すフローチ
ヤートである。

第１図に於いて、１はクロツク発振器、２は基
準時間設定タイマー（以下、イベントタイマーと
いう。）、３は投光間隔周期設定タイマー（以下、
タイマーという。）、４は投光素子駆動部（以下、
ドライバという。）、５は発光素子、６は受光素
子、７は受光受信部（以下、レシーバという。）、
８はセツトリセツトフリツプフロツプ回路（以
下、フリツプフロツプという。）、９はアンドゲー
ト、１０はイベント回数計数カウンタ（以下、ヒ
ツトカウンタという。）、１１はクロツクパルス数
積算カウンタ（以下、カウンタという。）、１２は
時間演算処理部（以下、プロセツサという。）、Ａ
〜Ｅは第２図に示すタイムチヤートの波形観測点
を示している。

まず、各ブロツクの機能等について説明する。

クロツク発振器１は、一定周期ｔのクロツクパ
ルスを発生するもので、このクロツクパルスの周
期ｔは計測時間の分解能を決定する。

イベントタイマー２は、基準時間の設定手段を
構成するもので、投光時点から一定時間T1の間、
フリツプフロツプ８がレシーバ７からの信号を受
信可能状態とするように作用する。投光時点を始
点とする上記一定時間T1がイベント時間算出の
ための基準時間である。

タイマー３は、クロツクパルスを基にして発光
周期を制定するもので、例えば１／ｎ分周器（ｎ
はｎ≧２の自然数）でなり、クロツクパルスをｎ
個計数する毎に１個のパルスを出力する。

ドライバ４は、発光素子５を発光電力を供給す
るもので、タイマー３からパルスが出力される毎
に発光素子５を設定時間巾だけ発光させる。

発光素子５は、例えば半導体レーザー発光素子
（レーザーダイオード）でなり、時間計測（最終
的には目標物までの距離計測）のための光を放射
する。光の放射周期はタイマー３が出力するパル
スの周期と一致している。

受光素子６は、例えば半導体受光素子（フオト
ダイオード）でなり、目標物で反射した発光素子
５からの放射光、すなわち反射光を受光する。

レシーバ７は、受光素子６で受光した反射光を
検出して電気信号（パルス信号）を出力する。

フリツプフロツプ８は、イベントタイマー２の
出力がハイレベル（以下、Ｈレベルという。）に
なるとレシーバ７からの信号を持ち受ける状態と
なり、レシーバ７から信号を受けるとセツトされ
てその出力ＱをＨレベルに立ち上げ、イベントタ
イマー２の出力がローレベル（以下、Ｌレベルと
いう。）となつた時点でリセツトされてその出力
ＱのレベルをＬレベルに立ち下げる。

アンドゲート９は、フリツプフロツプ８の出力
ＱがＨレベルにある間、クロツク発振器１から出
力されるクロツクパルスをカウンタ１１に通過さ
せる。

ヒツトカウンタ１０は、フリツプフロツプ８の
出力ＱがＨレベルに立ち上つた回数を計数するこ
とによつてイベント時間の発生回数を計数し、当
該イベント時間の発生回数が１回から設定回数と
なるまでの間、カウンタ１１を計数動作状態とす
るイネーブル信号を出力する。

カウンタ１１は、アンドゲート９を通過したク
ロツクパルスを計数するもので、ヒツトカウンタ
１０からの前記イネーブル信号が存在する間毎、
すなわちイベント時間の設定発生回数についてク
ロツクパルス数を積算計数する。

プロセツサ１２は、時間演算手段を構成するも
ので、ヒツトカウンタ１０からのイベント時間発
生回数情報、イベントタイマー２からの基準時間
情報及びカウンタ１１からの計数情報に基いてイ
ベント時間を演算する。

次に動作を説明する。

クロツク発振器１は常時一定周期ｔのクロツク
パルスを発振している。このクロツク発振器１か
らのクロツクパルスはタイマー３に入力され、分
周されて一定周期ntのパルス信号となり、このパ
ルス信号がドライバ４に入力される毎に、当該ド
ライバ４から発光素子５に駆動パルス電流が供給
され、当該発光素子５は目標物に向けて光放射す
る。

上記タイマー３から出力されたパルス信号はイ
ベントタイマー２にも入力され、当該イベントタ
イマー２は上記タイマー３からパルス信号を受け
た時点、すなわち発光素子５の投光時点から一定
時間（基準時間）T1の間、Ｈレベル信号を出力
してフリツプフロツプ８をリセツト状態とする。
これによつてフリツプフロツプ８はセツト信号
（レシーバ７の出力信号）の持ち受け状態となる。
上記基準時間T1は予想される最大計測時間より
も長く、かつ投光周期（タイマー３の出力パルス
信号の周期）に等しいか又はそれより短かく設定
される。

上記発光素子５から放射された光は目標物で反
射し、受光素子６に入射される。光が放射されて
からその反射光が入射されるまでの時間が前記イ
ベント時間に相当し、本実施例についていえば当
該イベント時間は目標物までの光の往復伝播時間
である。

受光素子６に反射光が入射されると、レシーバ
７は反射光の入射レベルをチエツクし、そのレベ
ルが一定レベルｌ以上であることを検出したとき
フリツプフロツプ８のセツト端子Ｓにパルス信号
を送出して当該フリツプフロツプ８の出力Ｑのレ
ベルをＬレベルからＨレベルに立ち上げる。これ
によりアンドゲート９が開いてクロツク発振器１
からのクロツクパルスがカウンタ１１の入力端子
INに入力される。

一方、ヒツトカウンタ１０はフリツプフロツプ
８の出力Ｑのレベルの立ち上りで歩進し、カウン
タ１１にイネーブル信号を出力して当該カウンタ
１１を計数動作可能状態とするので、その入力端
子INに入力された上記クロツクパルスは当該カ
ウンタ１１で計数される。

発光素子５より光が放射されてから基準時間
T1が経過すると、イベントタイマー２の出力は
Ｌレベルに反転し、これによつてフリツプフロツ
プ８がリセツトされて、その出力ＱのレベルがＬ
レベルに反転する。これによつてゲート９が閉
じ、クロツク発振器１からのクロツクパルスのカ
ウンタ１１への入力が停止する。すなわち、カウ
ンタ１１では基準時間T1とイベント時間T2の差
の時間の間クロツクパルスが入力されて、その数
が計数される。

以上の動作が計測の１サイクルであり、この計
測サイクルが設定回数繰り返えされる。すなわ
ち、ヒツトカウンタ１０はフリツプフロツフ８の
出力Ｑのレベルの立ち上り毎に歩進してイベント
時間の発生回数を計数しており、計数値が１から
設定値になるまでの間イネーブル信号を出力し続
けてカウンタ１１を計数動作可能状態に維持する
ので、当該カウンタ１１は計測サイクル毎に入力
されたクロツクパルス数を上記ヒツトカウンタ１
０で設定された設定回数について積算計数する。

以上の動作を基にプロセツサ１２では例えば第
３図に示す処理フローに従つて投光時点から受光
時点までの時間（イベント時間）T2が演算され
る。以下、この演算処理について説明する。

プロセツサ１２のメモリ（図示せず）には、予
め前記基準時間T1及び１計測処理で必要とする
計測サイクル数（ヒツトカウンタ１０に設定され
た積算すべきイベント時間回数の設定値、以下、
イベント回数設置値という。）S_Aが格納されてい
る。

プロセツサ１２による演算処理が開始すると、
まず当該プロセツサ１２はそのメモリからイベン
ト回数設定値S_Aを読み出すとともに、ヒツトカ
ウンタ１０のその時の計数値Ｓを読み取つて双方
を照合し、双方が一致したか否かを判断する。こ
の判断制御はヒツトカウンタ計数値Ｓがイベント
回数設定値S_Aに一致するまで繰り返し行なわれ
る。

ヒツトカウンタ計数値Ｓがイベント回数設定値
S_Aに一致すると、プロセツサ１２はその時のカ
ウンタ１１の積算計数値S_Bを読み取つて計数サイ
クル当りの平均クロツク数K_Aを K_A＝S_B／S_A により算出する。

次にプロセツサ１２はそのメモリからイベント
タイマー２に設定された基準時間T1を読み出し、
上記平均クロツクパルス数K_Aとクロツクパルス
の周期ｔとからイベント時間T2を T2＝T1−K_A・ｔ により算出する。すなわち、上記「K_A・ｔ」は
イベント時間の終了時点から基準時間T1の終了
時点までの時間であり、この時間を基準時間T1
から引くことによつてイベント時間、すなわち実
施例についていえば光の放射時点から目標物から
の反射光の受光時点までの時間を演算することが
できる。

プロセツサ１２は、以上のようにしてイベント
時間T₂を演算し、当該イベント時間T₂に基づい
て公知の演算処理によつて目標物までの距離の算
出を終えると、ヒツトカウンタ１０及びカウンタ
１１の計数値をクリヤし、次の計測動作に備え
る。

以上の動作に於いて、イベント回数設定値S_A
及び基準時間T1の計測の条件によつて可変であ
るような場合（但し、１回の計測制御に限れば、
これらは不変である。）には、これらの値S_A及び
T1は、その都度イベントタイマー２及びヒツト
カウンタ１０から受領するようにすればよい。

次に発光素子５ら放射された光の目標物での発
射光が受光素子６で受光でないとき、又は受光信
号レベルが規定値ｌに達しないときの動作を説明
する。

このときは、レシーバ７が受光時に生起するパ
ルス信号を送出しないのでフリツプフロツプ８が
セツトされず、その出力ＱのレベルはＬレベルの
まま変化しない。従つて、ヒツトカウンタ１０は
歩進せず、またアンドゲート９も閉じたままであ
るので、この計測サイクルではカウンタ１１もそ
の積算計数値を歩進できない。すなわち、投光が
あつてもその目標物での反射光が確認できない区
間については、クロツクパルスの計数動作自体が
なされず、かつ当該区間が計測サイクルに算入さ
れることもないので、受光できないことによる計
数値の補正をプロセツサ１２に於いて何ら行う必
要がない。

以上に説明した実施例では、測距媒体として光
（レーザー光）を使用したが、光以外の電磁波を
測距媒体としてする測距装置又は音波を測距媒体
とする測距装置に於いても本発明を実施すること
ができる。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したように、本発明によれば
クロツクパルスの計数は、目標物での反射波の受
信によつて開始されるようにしているので、反射
波の欠落時には、上記クロツクパルスの計数が行
なわれず、当該欠落発生周期分はイベント時間の
算出処理から自動的に除外される。すなわち、正
常に計測と行なわれた周期についてのみ、所定回
数のクロツクパルス計数処理が行なわれるため反
射波の欠落に起因する測定誤差が生ずることはあ
る得ず、プロセツトに於ける反射波の受信確認処
理やクロツクパルス等の計数補正処理を必要とし
ないため、信号処理が簡潔になりプロセツサでの
処理が容易になる等、本発明は極めて顕著な効果
を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも本発明の実施例を説明するもの
で、第１図はブロツク図、第２図は動作を説明す
るタイムチヤート、第３図はプロセツサに於ける
制御を説明するフローチヤートである。 （主な記号）、１……クロツク発振器、２……
基準時間設定タイマー（イベントタイマー）、５
……発光素子、６……受光素子、８……セツトリ
セツトフリツプフロツプ回路（フリツプフロツ
プ）、１１……クロツクパルス数積算カウンタ
（カウンタ）、１２……時間演算処理部（プロセツ
サ）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電磁波または音波を周期的に放射して対象物
   からの反射波を受信し、放射時点から受信時点ま
   での経過時間の所定回数の平均値に基づいて目標
   物までの距離を測定する測定装置において、 上記放射時点で第１の信号を出力する手段と、 上記受信時点で第２の信号を出力する手段と、 上記第１の信号入力時を起点として、最大測定
   距離に対応した時間より長く、かつ上記第１の信
   号の発生周期より短い所定の基準時間を設定し、
   該基準時間経過後に終了信号を出力する基準時間
   設定手段と、 上記第２の信号の入力時から上記基準時間の終
   了信号の出力時までの間クロツクパルスを入力
   し、その数を計数するカウンタと、 上記第２の信号が所定数入力したことを検出す
   る手段と、 上記第２の信号が所定数入力する間の上記カウ
   ンタの計数値を上記所定数で除算して平均値を求
   め、その平均値とクロツクパルスの周期とを乗じ
   た値を上記基準時間から減算し、この減算した値
   に基づいて目標物までの距離を演算する手段と、
   を備えたことを特徴とする測距装置。