JPH063435A - Detecting method for pulse interval - Google Patents

Detecting method for pulse interval

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Publication number
JPH063435A
JPH063435A JP18612092A JP18612092A JPH063435A JP H063435 A JPH063435 A JP H063435A JP 18612092 A JP18612092 A JP 18612092A JP 18612092 A JP18612092 A JP 18612092A JP H063435 A JPH063435 A JP H063435A
Authority
JP
Japan
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pulse
waveform
noise
zero
time
Prior art date
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Pending
Application number
JP18612092A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Noma
隆嗣 野間
Hiroyuki Yasuo
浩行 安尾
Junichi Asano
順一 浅野
Toshio Nagai
敏雄 永井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kansai Electric Power Co Inc
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Kansai Electric Power Co Inc
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Kansai Electric Power Co Inc, Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Kansai Electric Power Co Inc
Priority to JP18612092A priority Critical patent/JPH063435A/en
Publication of JPH063435A publication Critical patent/JPH063435A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To minimize a zero crossing error of a pulse waveform having noise overlapped to highly accurately measure a pulse interval by setting a fixed number of a high pass filter to a specific range of a half width of pulse. CONSTITUTION:In order to measure a time interval between two pulses having different amplitude and the same waveform, a high pass filter comprising C and R is used to differentiate pulse signals so that an interval of a time point where the signal crosses a zero level is a pulse interval. At this time if a time constant CR of the high pass filter is set within a range of 0.1 to 2.0 times a half width DELTA of pulse, an error of zero crossing can be minimized. Where a ratio CR/DELTA of the high pass filter time constant CR to the half width DELTA of pulse is on the axis of abscissas and a ratio (%) of the zero crossing error width to the half width DELTA is on the axis of ordinates, when CR/DELTA is less than 0.1, the zero crossing error increases with reduction of CR, while when CR/DELTA is more than 0.1, the zero crossing error increases with increase of CR. Therefore zero crossing error width narrows in a range of CR/DELTA of 1.0 to 2.0 and highly accurate measurement of the pulse interval is possible.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明はErレ−ザの光を用い
て距離測定を行う場合受光素子に現れる振幅の異なる同
一パルス波形の時間間隔を正確に検出する方法に関する
ものである。2つのパルス光を受光素子で受光して出力
信号のパルス間隔を測定すればこれに光速cの1/2を
乗じることにより対象物までの距離が分かる。Erパル
スレ−ザの光を用いて対象物までの距離を測定する装置
に於いて発信時のパルス波形と、これが対象物に当たり
反射されて戻り受信された時のパルス波形は同一であ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for accurately detecting time intervals of identical pulse waveforms having different amplitudes which appear in a light receiving element when distance measurement is performed using Er laser light. If two pulsed lights are received by the light receiving element and the pulse interval of the output signal is measured, the distance to the object can be found by multiplying this by 1/2 of the speed of light c. In a device that measures the distance to an object using the light of an Er pulse laser, the pulse waveform at the time of transmission is the same as the pulse waveform at the time when this is hit by the object and reflected back to be received.

【0002】ところが発信時のパルスと受信時のパルス
は波形が同一であるが、振幅が異なる。しかし反射光は
弱くて受光素子やアンプよりなる検出系の感度を上げる
がそうするとノイズが多く含まれる。正確な距離測定を
行うためにノイズの影響をできるだけ少なくするような
時間間隔検出が望まれる。
However, the pulse for transmission and the pulse for reception have the same waveform but different amplitudes. However, the reflected light is weak and increases the sensitivity of the detection system consisting of the light receiving element and the amplifier, but if so, a lot of noise is included. In order to make accurate distance measurement, it is desirable to detect time intervals so as to minimize the influence of noise.

【0003】[0003]

【従来の技術】振幅が同一で波形も同一である2つのパ
ルスの時間間隔を測定するのであれば、ある閾値V0
越えると出力が反転するようなコンパレ−タを通し、コ
ンパレ−タ出力反転のタイミングを計時の開始、終了と
すれば正確なパルス時間間隔が求められる。しかし波形
が同一であるが振幅が異なる2つのパルスの時間間隔を
測定する場合、一定閾値V0 のコンパレ−タを用いて計
時のタイミングを与えるようにすると、パルスの同一部
分が対応しないので、時間の測定誤差が大きくなってし
まう。ここで波形が同一であるが振幅の異なるパルスと
いうのは図6に示すような波形群をいう。パルス幅や形
状は同じだが高さが異なるのである。
2. Description of the Related Art If the time interval between two pulses having the same amplitude and the same waveform is measured, the comparator output is passed through a comparator whose output is inverted when a certain threshold V 0 is exceeded. If the inversion timing is the start and end of timing, an accurate pulse time interval can be obtained. However, when measuring the time interval between two pulses having the same waveform but different amplitudes, if the timing of the timing is given by using a comparator having a constant threshold V 0 , the same portion of the pulse does not correspond. The time measurement error becomes large. Here, the pulses having the same waveform but different amplitudes refer to a group of waveforms as shown in FIG. The pulse width and shape are the same, but the height is different.

【0004】波形が同一で振幅の異なるパルス間隔を測
定する場合には、パルス間隔というのはそれぞれのピ−
クからピ−クまでの時間間隔として定義されるべきであ
る。ところでパルス波形はレ−ザの種類によっても異な
る。ガウシアンに近いものもあるし、ロ−レンチアンに
近いパルス波形もある。Erレ−ザは媒体中にErをド
−プしたものであるが、このレ−ザのパルス波形はガウ
シアンに似ているが後半部で尾を引くようになってい
る。
When measuring pulse intervals having the same waveform but different amplitudes, the pulse intervals are the respective peaks.
It should be defined as the time interval from peak to peak. The pulse waveform also differs depending on the type of laser. Some are closer to Gaussian, and some are pulse waveforms closer to Lorentian. The Er laser is Er-doped in the medium, and the pulse waveform of this laser is similar to Gaussian, but has a tail in the latter half.

【0005】パルスのピ−クということであれば、パル
スを微分してこれが0であるタイミングである筈であ
る。そこで、振幅が異なる同一パルス波形の2つのパル
スの時間間隔を測定するには、ハイパスフィルタ(通常
はコンデンサと抵抗とで構成される)を使ってパルスを
疑似微分する。そして微分波形が零レベルと交わる時刻
1 、t2 の間隔をパルス間隔(t2 −t1 )とする方
法が用いられよう。
When it comes to the peak of a pulse, it must be the timing when the pulse is differentiated and this is zero. Therefore, in order to measure the time interval between two pulses having the same pulse waveform with different amplitudes, a high-pass filter (generally composed of a capacitor and a resistor) is used to pseudo-differentiate the pulse. Then, a method may be used in which the interval between the times t 1 and t 2 at which the differential waveform crosses the zero level is the pulse interval (t 2 −t 1 ).

【0006】今、微分波形が零レベルと交わる点を零点
ということにする。電気的な微分回路は、数学的な微分
に厳密に対応しているのではないので、元の波形のピー
ク点と微分波形の零点とは一致せず、ずれている。しか
し、波形が同一であればそのずれの量は振幅には影響さ
れないので(t2 −t1 )をパルス間隔として差し支え
ない。つまり零点t1 、t2 はパルスのピーク点と一致
しないが、(t2 −t1 )はパルスピーク間隔と原理的
には一致するのである。また一般的に、零点検出のため
にコンパレータが用いられる。
Now, the point where the differential waveform crosses the zero level is called the zero point. Since the electrical differentiating circuit does not strictly correspond to the mathematical differentiation, the peak point of the original waveform and the zero point of the differential waveform do not coincide with each other, and they deviate from each other. However, if the waveforms are the same, the amount of the deviation is not affected by the amplitude, so (t 2 −t 1 ) can be used as the pulse interval. That is, the zero points t 1 and t 2 do not coincide with the peak point of the pulse, but (t 2 −t 1 ) theoretically coincides with the pulse peak interval. In addition, a comparator is generally used to detect the zero point.

【0007】一般にはコンデンサC、抵抗Rよりなる微
分回路はパルス半値幅Δに対して十分小さい時定数を持
つC、Rを使う必要があるとされている。図3はCこれ
を問題にする。数特性を示しており、カットオフ周波数
c (1/2πRC)より高い周波数ではゲインはほぼ
1になる。この領域では微分回路として機能しているの
ではない。fc より低い周波数ではじめて微分回路とし
て働く。この場合、出力のゲインは1よりずっと小さ
い。
It is generally said that a differentiating circuit consisting of a capacitor C and a resistor R needs to use C and R having a sufficiently small time constant with respect to the pulse half width Δ. Figure 3 makes this a problem. This shows several characteristics, and the gain becomes almost 1 at a frequency higher than the cutoff frequency f c (1 / 2πRC). It does not function as a differentiation circuit in this area. It only works as a differentiating circuit at a frequency lower than f c . In this case, the output gain is much less than unity.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】時定数RCの小さい微
分回路を用いる事によって数学的微分に近い結果が得ら
れるのであるから、CRの小さいものを用いれば問題が
ないようにみえる。しかしそう簡単ではない。CRが小
さいと、フィルタ通過後の波形の振幅が小さくなってし
まう。この点を図4によって説明しよう。
Since it is possible to obtain a result close to mathematical differentiation by using a differentiating circuit having a small time constant RC, it seems that there is no problem if a small CR is used. But it's not that easy. If CR is small, the amplitude of the waveform after passing through the filter will be small. This point will be explained with reference to FIG.

【0009】図4はフィルタのカットオフ周波数とフィ
ルタ通過後の波形の関係を示している。入力波形がAの
ようなパルスであるとする。パルスの基本周波数fp
フィルタのカットオフ周波数fc (1/2πRC)より
ずっと小さい場合、つまりRCが小さい場合、出力波形
Bは数学的微分波形に近づくが波高の小さいものになっ
てしまう。ここでパルス基本周波数は1/2πΔと定義
する。つまり、RC/Δが小さいときに出力波形は数学
的な微分に近いが波高が小さいということである。
FIG. 4 shows the relationship between the cutoff frequency of the filter and the waveform after passing through the filter. It is assumed that the input waveform is a pulse like A. When the fundamental frequency f p of the pulse is much smaller than the cutoff frequency f c (1 / 2πRC) of the filter, that is, when RC is small, the output waveform B approaches a mathematically differentiated waveform, but the wave height becomes small. Here, the pulse fundamental frequency is defined as 1 / 2πΔ. That is, when RC / Δ is small, the output waveform is close to a mathematical derivative, but the wave height is small.

【0010】反対にパルスの基本周波数fp が、フィル
タのカットオフ周波数fc より大きい場合、つまりRC
/Δが大きい場合、出力波形Cは微分波形にならず、原
波形と微分波形の一次結合になり、その比が大きくなれ
ば成るほど出力波形Cは原波形に近似してくる。
On the contrary, when the fundamental frequency f p of the pulse is higher than the cutoff frequency f c of the filter, that is, RC
When / Δ is large, the output waveform C does not become a differential waveform but becomes a linear combination of the original waveform and the differential waveform, and the larger the ratio is, the more the output waveform C becomes closer to the original waveform.

【0011】より明瞭に説明する。図2の(b)のフィ
ルタに於いて、入力電圧v1 、出力電圧をv2 とし、出
力電流が0であると仮定して、 v1 =v2 +∫(v2 /RC)dt (1) という式が成立する。右辺第2項がコンデンサCに加わ
る電圧で、右辺第1項が抵抗Rにかかる電圧である。も
しもRCが十分大きければ(1)の右辺第2項は第1項
に比べて小さくなり、出力v2 は入力v1 にほぼ等しい
波形となる。図4(b)に対応する。もしもRCが十分
に小さければ右辺第1項が小さくなって、出力v2 は入
力v1 の時間微分に近くなる。
The explanation will be made more clearly. In the filter of FIG. 2B, assuming that the input voltage is v 1 , the output voltage is v 2 , and the output current is 0, v 1 = v 2 + ∫ (v 2 / RC) dt ( The formula 1) holds. The second term on the right side is the voltage applied to the capacitor C, and the first term on the right side is the voltage applied to the resistor R. If RC is sufficiently large, the second term on the right side of (1) becomes smaller than the first term, and the output v 2 has a waveform substantially equal to the input v 1 . It corresponds to FIG. If RC is sufficiently small, the first term on the right side will be small and the output v 2 will be close to the time derivative of the input v 1 .

【0012】この時近似的に v2 =RC(dv1 /dt) (2) となるのでRCが小さいとピ−ク波高が小さくなってし
まうのである。
At this time, approximately v 2 = RC (dv 1 / dt) (2), so that if RC is small, the peak wave height becomes small.

【0013】微分波高が低いと、ノイズの中に微分信号
が埋まってしまい、正しく(dv1/dt)=0となる
時点(つまりピ−ク点)を検出する事ができない。もと
のパルス信号は小さい波高のノイズを伴っている。ノイ
ズの波高が小さくても、微分回路を通すことによってノ
イズが拡大されて微分が0となる点が不明瞭になるとい
う事がありうる。ノイズは波高が小さいが周波数は高い
からである。既に述べたように微分波形の零点を検出す
るためにコンパレ−タを用いるが、これは無信号時(v
1 =0)にノイズのために出力が変動しないためにヒス
テリシス回路を伴っている。
When the differential wave height is low, the differential signal is embedded in the noise, and it is not possible to correctly detect the time point (that is, the peak point) where (dv 1 / dt) = 0. The original pulse signal is accompanied by noise with a small wave height. Even if the wave height of the noise is small, it is possible that the noise is magnified by passing through the differentiating circuit and the point where the derivative becomes 0 becomes unclear. This is because noise has a small wave height but a high frequency. As described above, the comparator is used to detect the zero point of the differential waveform.
1 = 0) is accompanied by a hysteresis circuit because the output does not fluctuate due to noise.

【0014】図7にこれを示す。コンパレ−タの反転入
力に抵抗R2 、R3 が接続される。R3 の他端は接地さ
れ、R2 の他端は出力に接続される。反転入力をP、非
反転入力をS、出力をQとする。コンパレ−タであるの
で出力は2値を取る。低レベルをL、高レベルをHとす
る。ヒステリシスは抵抗R2 、R3 によって与えられ
る。
This is shown in FIG. Comparator - resistance to the inverting input R 2, R 3 of motor is connected. The other end of R 3 is grounded and the other end of R 2 is connected to the output. It is assumed that the inverting input is P, the non-inverting input is S, and the output is Q. Since it is a comparator, the output takes two values. The low level is L and the high level is H. Hysteresis is provided by resistors R 2 and R 3 .

【0015】ヒステリシスの幅は抵抗の比によって任意
に決められる。出力が高レベルHである時、非反転入力
Sは S2 =HR3 /(R2 +R3 ) (3) となる。微分波形が入力されるべき反転入力Pは無信号
時にv1 =0であるから、v1 <S2 である。ノイズが
あってもこれの最大振幅がS2 より小さくなるように抵
抗比を決めておけば、ノイズによって出力が変動するこ
とがなく、出力は常にHである。
The width of hysteresis is arbitrarily determined by the resistance ratio. When the output is at high level H, the non-inverting input S is S 2 = HR 3 / (R 2 + R 3 ) (3). Since the inverting input P to which the differential waveform is to be input is v 1 = 0 when there is no signal, v 1 <S 2 . If the resistance ratio is determined such that the maximum amplitude of noise is smaller than S 2 , the output will not fluctuate due to noise and the output will always be H.

【0016】入力PがS2 を越えて初めて出力が反転す
る。出力がLレベルになる。この時非反転入力Sは低下
し、 S1 =LR3 /(R2 +R3 ) (4) となる。S1 <S2 である。入力PがS1 より大きい限
り出力はLレベルを維持する。信号入力PがS1 より小
さくなって初めて出力が反転し、Hレベルに戻る。この
ように出力の反転の閾値が異なるのでv1 =0の時のノ
イズの影響を遮断できる。勿論そうなるためには抵抗の
値をノイズに応じて適当に定めなければならない。つま
りS2 >ノイズの最大値と決めれば良い。たとえばノイ
ズレベルを3mVとして、このS2 を例えば9mVとす
る。出力のH、Lレベルは電源の電圧等で決まるのでS
2 を決めると下の閾値S1 も決まってしまう。
The output is inverted only when the input P exceeds S 2 . The output goes low. At this time, the non-inverting input S drops, and S 1 = LR 3 / (R 2 + R 3 ) (4). S 1 <S 2 . The output maintains the L level as long as the input P is larger than S 1 . The output is inverted and returns to the H level only when the signal input P becomes smaller than S 1 . Since the output inversion thresholds are different in this way, the influence of noise when v 1 = 0 can be blocked. Of course, in order to do so, the value of the resistor must be set appropriately according to the noise. That is, S 2 > maximum value of noise may be determined. For example, the noise level is set to 3 mV, and this S 2 is set to 9 mV, for example. Since the H and L levels of the output are determined by the voltage of the power supply, etc., S
When 2 is decided, the lower threshold S 1 is also decided.

【0017】図8にこのようなヒステリシスを持つ回路
においてノイズを含む微分波形Pが入力された時の出力
Q、ヒステリシスSの波形を示す。入力波形がノイズを
含むがこれが0Vの近傍である限り、出力QがHレベル
を取るから、ヒステリシスSは上閾値S2 を取ってい
る。入力波形Pが上昇しイ点でS2 を切る。此のとき出
力は反転しLレベルに立ち下がる。同時にヒステリシス
が低閾値S1 に下がる。入力波形がさらに上昇し、ロ点
で最大に達する。今度は低下し始めてハ点で低閾値S1
を上から下へ切る。出力が反転してHレベルに上がる。
同時にヒステリシスが高閾値S2 に戻る。その後はハ点
に下がりホ点にまで(零レベル)戻るが出力Q、ヒステ
リシスSは変化しない。結局、入力波形が零レベルを切
る点ハを出力の立ち上がりのタイミングとして検出でき
るのである。
FIG. 8 shows waveforms of the output Q and the hysteresis S when the differential waveform P containing noise is input in the circuit having such a hysteresis. The input waveform contains noise, but as long as this is near 0 V, the output Q takes the H level, and therefore the hysteresis S has the upper threshold value S 2 . Turn off the S 2 in the stomach point input waveform P rises. At this time, the output is inverted and falls to the L level. At the same time, the hysteresis drops to the low threshold S 1 . The input waveform rises further and reaches the maximum at point B. This time, it begins to decrease and at the point C the low threshold S 1
Cut from top to bottom. The output is inverted and goes up to H level.
At the same time, the hysteresis returns to the high threshold value S 2 . After that, the output Q and the hysteresis S do not change although they fall to the point C and return to the point E (zero level). After all, the point C where the input waveform falls below the zero level can be detected as the output rising timing.

【0018】このようなヒステリシス回路によって入力
が零レベルにある時のコンパレータの出力変動を除去で
きる。しかし、ヒステリシス回路は零レベルにある時の
ノイズの影響を遮断できるだけで入力が零レベルを横切
る時のノイズの影響を無くすということはできない。微
分波形である入力が立ち下がる時にS1 を切るのである
が、ノイズがあるのでノイズの高さに比例したタイミン
グの誤差を生ずる。これが零クロス誤差である。
With such a hysteresis circuit, fluctuations in the output of the comparator when the input is at zero level can be eliminated. However, the hysteresis circuit can only block the effect of noise when it is at zero level, but cannot eliminate the effect of noise when the input crosses zero level. S 1 is cut off when the input, which is a differential waveform, falls, but since there is noise, a timing error proportional to the height of the noise occurs. This is the zero cross error.

【0019】図2にこれを示す。図2の(a)は原パル
ス波形である。これはひとつのピ−クを持つ波形である
が、多くのノイズを伴っている。これが図2の(b)の
ハイパスフィルタを通ると(c)のようになる。ひとつ
のピ−クを持つパルスであるので、正と負の半分を持つ
波形に微分されるが、ノイズも微分されてこれに付随す
る。ノイズのためにこの信号は零点を何度も通過する。
零レベルでは前述のヒステリシス回路が誤動作を防止し
ている。しかし一旦入力が立ち上がりこれが低下して行
くときに何時零レベルを横切るかということについて不
確定性がある。ノイズのレベルをヘ〜チとする。トが零
レベルである。
This is shown in FIG. FIG. 2A shows an original pulse waveform. This is a waveform with one peak, but with a lot of noise. When this is passed through the high-pass filter of FIG. 2B, it becomes as shown in FIG. Since it is a pulse having one peak, it is differentiated into a waveform having positive and negative halves, but noise is also differentiated and accompanying it. Due to noise, this signal passes through the zero point many times.
At zero level, the hysteresis circuit described above prevents malfunction. However, there is uncertainty as to when the input rises and falls below which it crosses the zero level. Set the noise level to low. Is at zero level.

【0020】入力の内ノイズを除いた純粋な信号を考え
る。これを真信号ということにする。入力は真信号とノ
イズの和と考える。求めたいのは真信号がト(零レベ
ル)を横切る時である。しかしたまたま下向きのノイズ
が重畳しているときは、より早いリ点において入力が零
レベルを横切り、出力が反転する。反対に上向きのノイ
ズが重畳しているときはヌ点よりも遅いル点で入力が零
レベルを横切る。真信号が同一であっても偶然的なノイ
ズのために零レベルを横切る時刻がリ〜ルの間で変動す
る。この不確定性によって生じる誤差を零クロス誤差と
言う。また、零点を横切る可能性のある部分の時間幅を
も零クロス誤差ということもある。
Consider a pure signal without noise in the input. This is called a true signal. Consider the input as the sum of the true signal and noise. What we want to find is when the true signal crosses G (zero level). However, when the downward noise happens to be superimposed, the input crosses the zero level at an earlier re-point and the output is inverted. On the other hand, when upward noise is superposed, the input crosses the zero level at the slower point than the null point. Even if the true signals are the same, the time to cross the zero level fluctuates between reels due to accidental noise. An error caused by this uncertainty is called a zero cross error. In addition, the time width of a portion that may cross the zero point is also referred to as a zero cross error.

【0021】零クロス誤差は、信号が零点を横切る時を
パルスのピ−クのタイミングとする計時法に於いて時間
測定の誤差となる。これはより小さい方が望ましい。零
クロス誤差はノイズ振幅が大きく信号レベルの高さが低
いと増加する。既に述べたように微分回路の時定数が小
さいと信号の振幅が小さくなるのでノイズの影響を受け
易い。こういうわけで時定数CRの小さいハイパスフィ
ルタを用いると零クロス誤差が増え望ましくない。
The zero-crossing error is an error in time measurement in the timekeeping method in which the timing of the peak of the pulse is when the signal crosses the zero point. It is desirable that this is smaller. The zero-cross error increases when the noise amplitude is large and the signal level is low. As described above, when the time constant of the differentiating circuit is small, the amplitude of the signal becomes small, so that it is susceptible to noise. For this reason, the use of a high-pass filter having a small time constant CR undesirably increases the zero-cross error.

【0022】しかし反面、時定数CRが大きいとハイパ
スフィルタの作用が数学的な微分から離れ原信号に近づ
く、つまり原信号のピ−ク点よりも後で微分波形が零レ
ベルを横切ることになる。後に詳細に述べるが、CRが
大きいと零点での微分波形の傾きが小さくなり、零クロ
ス誤差がかえって大きくなる場合がある。つまり、ハイ
パスフィルタの時定数CRが大きすぎても小さすぎても
零クロス誤差が増えるのでやはりよくないのである。C
Rに関して最適の範囲が存在する筈である。本発明はこ
れを与える事を目的とする。
On the other hand, when the time constant CR is large, the action of the high-pass filter deviates from the mathematical differentiation and approaches the original signal, that is, the differential waveform crosses the zero level after the peak point of the original signal. . As will be described in detail later, if CR is large, the gradient of the differential waveform at the zero point becomes small, and the zero-cross error may become rather large. That is, if the time constant CR of the high-pass filter is too large or too small, the zero-crossing error increases, which is also not good. C
There should be an optimal range for R. The present invention aims to provide this.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】本発明は、振幅の異なる
同一波形の2つのパルスの時間間隔を測定するため、
C、Rよりなるハイパスフィルタによってパルス信号を
微分し信号が零レベルと交わる時点の間隔をパルス間隔
とする方法に於いて、零クロス誤差を最小にするため、
ハイパスフィルタの時定数CRをパルス半値幅Δの0.
1〜2.0倍の範囲に設定することを特徴とする。
The present invention measures the time interval between two pulses having the same waveform but different amplitudes.
In a method of differentiating a pulse signal by a high-pass filter composed of C and R and setting the interval at the time when the signal crosses the zero level as the pulse interval, in order to minimize the zero cross error,
The time constant CR of the high-pass filter is set to 0.
It is characterized in that the range is set to 1 to 2.0 times.

【0024】[0024]

【作用】ハイパスフィルタの時定数CRをパルス半値幅
Δの0.1〜2.0倍にすると、零クロス誤差を最小に
する事ができる。図1にハイパスフィルタ時定数と零ク
ロス誤差の計算の一例を示す。横軸はハイパスフィルタ
時定数CRのパルス半値幅Δに対する割合CR/Δであ
る。縦軸は零クロス誤差幅のパルス半値幅Δに対する割
合である。
The zero-cross error can be minimized by setting the time constant CR of the high-pass filter to 0.1 to 2.0 times the pulse half width Δ. FIG. 1 shows an example of calculation of the high-pass filter time constant and zero-cross error. The horizontal axis is the ratio CR / Δ of the pulse half-width Δ of the high-pass filter time constant CR. The vertical axis represents the ratio of the zero-cross error width to the pulse half width Δ.

【0025】ここでパルス波形は、固体レ−ザにQスイ
ッチを用いた時のジャイアントパルスとしている。ノイ
ズはパルス基本周波数fp (〜1/2πΔ)の4倍の周
波数を持つ正弦波で、ノイズ振幅のピ−クからピ−クが
パルス波高値Vp の1/50としている。CR/Δが
0.1より小さい時、零クロス誤差は、CRの減少とと
もに増大している。この場合微分波形が数学的微分に近
づくのであるが、ノイズを含まない真信号のハイパスフ
ィルタでのゲインが低くなるので微係数が低く零クロス
誤差が増大するのである。
Here, the pulse waveform is a giant pulse when a Q switch is used for the solid-state laser. The noise is a sine wave having a frequency four times the pulse fundamental frequency f p (up to 1 / 2πΔ), and the peak to peak of the noise amplitude is 1/50 of the pulse peak value V p . When CR / Δ is less than 0.1, the zero crossing error increases with decreasing CR. In this case, the differentiated waveform approaches the mathematical derivative, but since the gain of the high-pass filter of the true signal containing no noise becomes low, the differential coefficient becomes low and the zero-cross error increases.

【0026】反対にCR/Δが2.0より大きい時、零
クロス誤差は、CRの増加とともに増大する。これは微
分波形が数学的な微分から離れ、ピ−クの裾の方で零点
を横切るために微係数が小さくなるためである。そのた
めに、零クロス誤差が増加するのである。
On the contrary, when CR / Δ is larger than 2.0, the zero-crossing error increases with increasing CR. This is because the differential waveform deviates from the mathematical differential and crosses the zero point at the tail of the peak, so that the differential coefficient becomes small. Therefore, the zero cross error increases.

【0027】もちろんノイズの振幅がもっと大きくなれ
ば零クロス誤差はもっと大きくなる。しかし、それは図
1のグラフを上方へ平行移動したものである。であるか
らCR/Δによって範囲を確定した場合の結論は変わら
ない。また厳密にいえば原パルスの波形にも依存する。
しかしながら一般にCR/Δが0.1〜2.0の間の範
囲で零クロス誤差幅が狭くなるということがいえる。本
発明はこの範囲にCR/Δを設定する。微分回路とパル
ス幅の間にこのような相互制限的な関係があることに気
づき最適範囲を求めたものは本発明が最初であろうと思
われる。
Of course, the larger the noise amplitude, the larger the zero-crossing error. However, it is an upward translation of the graph of FIG. Therefore, the conclusion when the range is fixed by CR / Δ does not change. Strictly speaking, it also depends on the waveform of the original pulse.
However, in general, it can be said that the zero crossing error width becomes narrow in the range of CR / Δ between 0.1 and 2.0. The present invention sets CR / Δ in this range. It is thought that the present invention is the first to find the optimum range by recognizing such a mutual limiting relationship between the differentiating circuit and the pulse width.

【0028】レ−ザを用いた測距儀に本発明の装置を適
用した。これはレ−ザのパルス光をコリメ−タレンズで
平行ビ−ムにして出射し、対象物体に当たって反射し戻
ってきた光と、レンズ等で反射した光とを受光素子によ
って検出し、パルスを検知した時刻t1 、t2 の差(t
2 −t1 )から物体までの距離を測定するものである。
原理はよく知られている。この場合、物体からの反射光
の強度は、距離、気象状況、物体の反射率などによって
変動する。レンズなどの反射光(送信パルス光)の大き
さは一定であるが、反射光(受信パルス光)の大きさは
一定でない。しかし両パルス光の強度変化つまりパルス
波形は同一である。そこで、ピ−クからピ−クまでの時
間間隔を測定すれば、測距儀から対象物体まで光が往復
する時間が分かる。
The apparatus of the present invention was applied to a rangefinder using a laser. This is to detect the pulse by detecting the pulsed light of the laser from the collimator lens into a parallel beam, which is emitted, and which is reflected by the target object and the light reflected back by the lens. Difference between the times t 1 and t 2 (t
2- t 1 ) to measure the distance from the object.
The principle is well known. In this case, the intensity of the reflected light from the object varies depending on the distance, weather conditions, the reflectance of the object, and the like. The magnitude of reflected light (transmitted pulsed light) from a lens or the like is constant, but the magnitude of reflected light (received pulsed light) is not constant. However, the intensity changes of both pulsed lights, that is, the pulse waveforms are the same. Therefore, if the time interval from the peak to the peak is measured, the time required for the light to travel back and forth from the rangefinder to the target object can be known.

【0029】図5の(a)は受光素子の出力を微分しこ
れを波形整形する回路を示す。CRの微分回路と、コン
パレ−タとよりなる。微分回路はコンデンサCと抵抗R
1 とよりなる。この接続点が微分波形を与えるがこれが
コンパレ−タの反転入力に接続される。非反転入力は抵
抗R3 によって接地される。コンパレ−タの出力と非反
転入力とは抵抗R2 によって接続される。これらの抵抗
は前述のヒステリシスを与える。図6のものと同じであ
る。入力Pが零レベルにあるとき、出力はHであり、ヒ
ステリシスを与える非反転入力は高閾値S2 にあり、ノ
イズがあっても入力Pがこれを越えないので出力が反転
しない。高閾値S2 は式(3)で与えられる。
FIG. 5A shows a circuit for differentiating the output of the light receiving element and shaping the waveform. It consists of a CR differentiating circuit and a comparator. Differentiator circuit has a capacitor C and a resistor R
Consists of 1 . This connection point gives the differentiated waveform which is connected to the inverting input of the comparator. The non-inverting input is grounded by resistor R 3 . The output of the comparator and the non-inverting input are connected by a resistor R 2 . These resistors provide the aforementioned hysteresis. It is the same as that of FIG. When the input P is at the zero level, the output is H, the non-inverting input that gives the hysteresis is at the high threshold S 2 , and the input P does not exceed this even if there is noise, so the output does not reverse. The high threshold S 2 is given by equation (3).

【0030】パルス光が存在せずノイズ光だけの時は、
反転入力の方が非反転入力S2 より高いので、コンパレ
−タの出力はHレベルである。パルス光が受光回路に入
射すると、パルス光波形に比例したパルス電圧波形が微
分回路に入力される。これがv1 である。微分回路によ
ってこれを微分するがこの結果がv2 である。微分回路
によって図2(c)のような波形になる。零レベルであ
るトの線を横切るときにコンパレ−タの出力が反転する
べきであるが、実際はノイズのためにそうはならず、ヘ
〜チの間を真信号が横切るときに出力が反転する。そし
て零クロス誤差が発生する。本発明は零クロス誤差を抑
制することが目的ではなく、零クロス誤差を小さくする
ように微分回路の時定数を選ぶという所に特徴がある。
零クロス誤差は決して無くならないがそれが小さくなる
のである。
When there is no pulsed light but only noise light,
Since the inverting input is higher than the non-inverting input S 2 , the output of the comparator is H level. When the pulsed light enters the light receiving circuit, a pulse voltage waveform proportional to the pulsed light waveform is input to the differentiating circuit. This is v 1 . A differentiating circuit differentiates this, and the result is v 2 . The differentiating circuit produces a waveform as shown in FIG. The output of the comparator should be inverted when crossing the zero level line, but this is not the case due to noise, and the output is inverted when the true signal crosses from one to the other. . Then, a zero cross error occurs. The present invention is not intended to suppress the zero cross error, but is characterized in that the time constant of the differentiating circuit is selected so as to reduce the zero cross error.
The zero-crossing error never disappears, but it gets smaller.

【0031】(1)式から出発して零クロス誤差を評価
するのが正しいのであるがこれが難しい。 v1 =v2 +∫(v2 /RC)dt (5) v1 を既知として微分回路の出力v2 は、
It is correct to evaluate the zero crossing error starting from equation (1), but this is difficult. v 1 = v 2 + ∫ (v 2 / RC) dt (5) With v 1 known, the output v 2 of the differentiating circuit is

【0032】 v2 =exp(−t/CR)∫v1 ′exp(τ/CR)dτ (6)V 2 = exp (−t / CR) ∫v 1 ′ exp (τ / CR) dτ (6)

【0033】となる。v1 、v2 は時間の関数であるが
簡単のため独立変数の表示を略す。v1 ′はv1 の時間
微分である。τは積分の変数である。積分の範囲は−∞
から時刻tである。零クロス誤差をEとすると、これは
2 =0であるとき(v2 が上から下へ零レベルを切
る)にこれの時間微分でノイズの大きさnを割った結果
の時間として評価できるので、
It becomes Although v 1 and v 2 are functions of time, the display of independent variables is omitted for simplicity. v 1 ′ is the time derivative of v 1 . τ is a variable of integration. Integration range is −∞
From time t. If the zero-crossing error is E, this can be evaluated as the time resulting from dividing the noise magnitude n by the time derivative of v 2 = 0 (v 2 cuts the zero level from top to bottom). So

【0034】 E= n/(dv2 /dt) 但し v2 =0 (6’) として定義できる。しかしv2 =0での値であるから、
(1)よりこれは
E = n / (dv 2 / dt) However, it can be defined as v 2 = 0 (6 ′). However, since it is the value at v 2 = 0,
From (1) this is

【0035】 E= n/(dv1 /dt) 但し v2 =0 (7) と書くことができる。(6)でv1 を与え、v2 を解析
的に計算し、これが0になるときにおける微係数dv1
/dtを求めれば零クロス誤差が分かる。パルスの半値
幅Δを時定数CRに対するパラメ−タとして、E/Δと
して零クロス誤差を求めることができるのである。
E = n / (dv 1 / dt) However, it can be written that v 2 = 0 (7). In step (6), v 1 is given, v 2 is analytically calculated, and the differential coefficient dv 1 when it becomes 0
If / dt is obtained, the zero cross error can be found. The zero-crossing error can be obtained as E / Δ using the half-width Δ of the pulse as a parameter for the time constant CR.

【0036】以上は一般論であり入力パルスv1 の関数
形が分からないと計算ができない。実際にはガウシアン
ではないが、たとえば入力がガウシアンであるとすると
次のようになる。 v1 =exp(−t2 /δ2 ) (8)
The above is a general theory, and calculation cannot be performed unless the functional form of the input pulse v 1 is known. Actually it is not Gaussian, but if the input is Gaussian, for example: v 1 = exp (−t 2 / δ 2 ) (8)

【0037】但し半値幅Δとδとは、 δ=Δ(loge 2)-1/2/2 (9) という関係がある。However, the half widths Δ and δ have a relationship of δ = Δ (log e 2) −1/2/2 (9).

【0038】 v2 =v1 −(CR)-1∫exp{−τ2 /δ2 −(t−τ)/CR}dτ(10)V 2 = v 1 − (CR) −1 ∫ exp {−τ 2 / δ 2 − (t−τ) / CR} dτ (10)

【0039】積分の範囲は−∞から時刻tである。v2
が上から下まで零レベルを横切る時刻を求める必要があ
る。つまりv2 =0である。
The range of integration is from -∞ to time t. v 2
We need to find the time when crosses the zero level from top to bottom. That is, v 2 = 0.

【0040】 1=(CR)-1∫exp{(t2 −τ2 )/δ2 −(t−τ)/CR}dτ(11)1 = (CR) −1 ∫ exp {(t 2 −τ 2 ) / δ 2 − (t−τ) / CR} dτ (11)

【0041】によって、v2 =0となる時刻tを求める
ことができる。 η=t−τ (12) という変数変換を行い、
From the above, the time t at which v 2 = 0 can be obtained. The variable transformation of η = t−τ (12) is performed,

【0042】 CR=∫exp{(−η2 +2ηt)/δ2 −η/CR}dη (13)CR = ∫exp {(− η 2 + 2ηt) / δ 2 −η / CR} dη (13)

【0043】となる。積分範囲は0から無限大である。 CR=(δπ1/2 /2)exp〔δ2 {2tδ-2−(CR)-12 /4〕 (14)It becomes The integration range is 0 to infinity. CR = (δπ 1/2 / 2) exp [δ 2 {2tδ -2 - (CR ) -1} 2/4 ] (14)

【0044】こうしてv2 =0となる時刻tが求まる。
これの値を(8)の微分 v1 ′=−(2t/δ2 )exp(−t2 /δ2 ) (15) に代入して、零クロス誤差を(7)によって求めるこが
できる。
Thus, the time t at which v 2 = 0 is obtained.
By substituting this value into the derivative v 1 ′ = − (2t / δ 2 ) exp (−t 2 / δ 2 ) (15) of (8), the zero-crossing error can be obtained by (7).

【0045】この計算は解析的にはできないのであるが
δ、CRの値を決めれば計算することができる。この例
はガウシアンであるが、その他の波形を仮定しても同様
に計算によって零クロス誤差を評価できる。図1は計算
結果であり、実際の計測結果ではない。本発明はこのよ
うな計算によって零クロス誤差を最小にするCR/Δの
範囲を求めているのである。
Although this calculation cannot be performed analytically, it can be calculated by determining the values of δ and CR. Although this example is Gaussian, the zero-cross error can be evaluated by the same calculation even if other waveforms are assumed. FIG. 1 shows the calculation result, not the actual measurement result. The present invention obtains the range of CR / Δ that minimizes the zero-crossing error by such calculation.

【0046】図5の(b)に受光素子の出力を示す。こ
こには波形は同一であるが波高の異なるパルスが描かれ
ている。これはCRの微分回路を経て図2の(c)のよ
うな波形になるが、コンパレ−タを通るので、図5の
(c)のようなパルス波形になる。このパルスの立ち上
り時刻はそれぞれのパルスのピ−クの時刻にほぼ対応し
ている。従って、それぞれのパルスのピ−クの時間間隔
を測定できることになる。繰り返し述べたように厳密に
は微分回路は数学的微分ではないから、零点がピ−ク点
には対応していない。しかし零点の間隔はピーク点の間
隔に一致するのである。
FIG. 5B shows the output of the light receiving element. Here, pulses having the same waveform but different wave heights are drawn. This has a waveform as shown in FIG. 2 (c) through the CR differentiating circuit, but since it passes through the comparator, it has a pulse waveform as shown in FIG. 5 (c). The rising time of this pulse substantially corresponds to the time of the peak of each pulse. Therefore, it is possible to measure the time interval of the peak of each pulse. As described repeatedly, the differential circuit is not a mathematical differential in a strict sense, so the zero point does not correspond to the peak point. However, the interval of the zero points corresponds to the interval of the peak points.

【0047】このような微分回路とヒステリシス回路を
含む信号処理はありふれたものであるが、本発明では微
分回路の時定数CRをパルス半値幅Δの0.1〜2.0
としているので、零クロス誤差が最小に抑えられる。従
って、本発明によればパルス間隔を正確にデジタルパル
スの立上り時の間隔として正確に検出できる。2つのデ
ジタルパルスの間隔は市販のカウンタを使って簡便に計
測することができる。
Although signal processing including such a differentiation circuit and a hysteresis circuit is commonplace, in the present invention, the time constant CR of the differentiation circuit is set to 0.1 to 2.0 of the pulse half width Δ.
Therefore, the zero-cross error is minimized. Therefore, according to the present invention, the pulse interval can be accurately detected as the interval when the digital pulse rises. The interval between two digital pulses can be easily measured using a commercially available counter.

【0048】[0048]

【実施例】Erレ−ザを用いたパルスレ−ザ測距儀に本
発明を適用した。 先ずパルス波形を求める。Erレ−ザのレ−ト方程式
はつぎのように書ける。このレ−ト方程式ではレ−ザ発
振に直接関与する二準位のみを考えている。
EXAMPLE The present invention was applied to a pulse laser range finder using an Er laser. First, the pulse waveform is obtained. The rate equation for the Er laser can be written as In this rate equation, only the two levels directly related to the laser oscillation are considered.

【0049】 (dN1 /dt)=−(N1 −N2 )BW−γ11 +Φ1 (16) (dN2 /dt)=+(N1 −N2 )BW−γ21 +Φ2 (17) (dW/dt)=hf(N2 −N1 )BW−2kW (18)(DN 1 / dt) = − (N 1 −N 2 ) BW−γ 1 N 1 + Φ 1 (16) (dN 2 / dt) = + (N 1 −N 2 ) BW−γ 2 N 1 + Φ 2 (17) (dW / dt) = hf (N 2 −N 1 ) BW−2 kW (18)

【0050】ここでN1 は電子が1準位にある原子の密
度、N2 は電子が2準位にある原子の密度、Wはレ−ザ
光のエネルギ−密度、Bはアインシュタインの誘導放出
係数である。γ1 、γ2 は各準位の緩和係数、Φ1 、Φ
2 は各準位への励起レート、Kはレ−ザ共振器による、
光振幅の減衰率である。hはプランク定数、fは光の周
波数である。物性定数はErレ−ザの値を用いた。
Here, N 1 is the density of atoms having electrons at one level, N 2 is the density of atoms having electrons at two levels, W is the energy density of laser light, and B is Einstein's stimulated emission. It is a coefficient. γ 1 and γ 2 are relaxation coefficients of each level, Φ 1 and Φ
2 is the excitation rate to each level, K is the laser resonator,
Attenuation rate of light amplitude. h is Planck's constant and f is the frequency of light. As the physical property constant, the value of Er laser was used.

【0051】この非線形の微分方程式を解いて光の強度
W(t)を得る。解析的には解けないからコンピュ−タ
によって解いた。これはガウシアン波形に似ているが尾
を引くようなパルス波形である。これはレ−ザに特有の
波形である。
The intensity W (t) of light is obtained by solving this non-linear differential equation. Since it cannot be solved analytically, it was solved by a computer. This is a pulse waveform that resembles a Gaussian waveform but has a tail. This is a waveform peculiar to the laser.

【0052】W(t)をフ−リエ変換する。周波数領
域でのパルス波形H(f)を求める。 H(f)=∫W(t)exp(j2πft)dt=F{W} (19) 積分範囲は−∞から+∞である。この計算もコンピュ−
タによってFFT処理をしている。
Fourier transform of W (t) is performed. A pulse waveform H (f) in the frequency domain is obtained. H (f) = ∫W (t) exp (j2πft) dt = F {W} (19) The integration range is −∞ to + ∞. This calculation is also computational
FFT processing is performed by the computer.

【0053】次に受光回路、微分回路を通過した後の
時間領域波形g(t)を求める。先述のように、オペア
ンプ等を用いて作られる受光回路は一般にロ−パスフィ
ルタ特性を持っている。ロ−パスフィルタはカットオフ
周波数によって定義できる。この例では、レ−ザパルス
波形を変形させないで受光できる最低周波数としてカッ
トオフ周波数fh =1.5/Δと決めた。
Next, the time domain waveform g (t) after passing through the light receiving circuit and the differentiating circuit is obtained. As described above, a light receiving circuit made by using an operational amplifier or the like generally has a low pass filter characteristic. The low pass filter can be defined by the cutoff frequency. In this example, the cut-off frequency f h = 1.5 / Δ is determined as the lowest frequency that can be received without deforming the laser pulse waveform.

【0054】微分回路は、抵抗RとコンデンサCを用い
て構成する。微分回路のカットオフ周波数fc は、fc
=1/2πRCである。本発明はこのRCをどのように
して決定するかということについての発明である。ロ−
パスフィルタのフ−リエ変換、微分回路のフ−リエ変換
は良く知られている。これを前記のH(f)に掛けて、
パルスがロ−パスフィルタと微分回路を通過した後の波
形のフ−リエ変換を得る。
The differentiating circuit is composed of a resistor R and a capacitor C. The cutoff frequency f c of the differentiating circuit is f c
= 1 / 2πRC. The present invention is an invention as to how to determine this RC. Low
The Fourier transform of a pass filter and the Fourier transform of a differentiating circuit are well known. Multiply this by the above H (f),
Obtain the Fourier transform of the waveform after the pulse has passed through the low pass filter and the differentiating circuit.

【0055】 H(f){1+(jf/fh )}-1(jf/fc ){1+(jf/fc )}-1 (20)H (f) {1+ (jf / f h )} −1 (jf / f c ) {1+ (jf / f c )} −1 (20)

【0056】これをフ−リエ逆変換すると微分回路を通
った信号波形の時間表示g(t)が得られる。 g(t)=F-1〔H(f){1+(jf/fh )}-1(jf/fc ){1+(j f/fc )}-1〕 (21)
When this is Fourier-inversely transformed, a time display g (t) of the signal waveform passing through the differentiating circuit is obtained. g (t) = F −1 [H (f) {1+ (jf / f h )} −1 (jf / f c ) {1+ (j f / f c )} −1 ] (21)

【0057】g(t)の零クロス点での傾きg′(t
0 ){g(t0 )=0}を求める。
The slope of g (t) at the zero crossing point g '(t
0 ) {g (t 0 ) = 0} is obtained.

【0058】振幅一定、単一周波数のノイズの微分回
路の出力に現れる振幅Vnoise p-p を求める。簡単のた
めノイズは振幅一定、単一周波数であり、受光回路出力
に重畳するものと仮定する。ノイズ振幅はS/N=50
と仮定して求める。ノイズの周波数の上限は3fh
で、下限はfc /3程度まで存在するとした。前者の仮
定は、受光回路はロ−パスフィルタを実質的にもつの
で、そのカットオフ周波数の3倍以上の周波数のノイズ
は出ないということである。後者の仮定は、微分回路は
ハイパスフィルタなので、fc 以下の周波数は殆ど通さ
ない。余裕をみてfc /3以下の周波数のノイズは存在
しないと仮定している。
The amplitude V noise pp appearing at the output of the differential circuit of constant frequency and single frequency noise is determined. For simplicity, it is assumed that the noise has a constant amplitude and a single frequency and is superimposed on the output of the light receiving circuit. Noise amplitude is S / N = 50
Assuming that It is assumed that the upper limit of the noise frequency is up to 3f h and the lower limit is up to about f c / 3. The former assumption is that the light receiving circuit substantially has a low-pass filter, so that noise having a frequency of three times the cutoff frequency or more does not appear. The latter assumption is that the differentiating circuit is a high-pass filter, so that frequencies below f c hardly pass. With a margin, it is assumed that there is no noise with a frequency below f c / 3.

【0059】前述のととから零クロス誤差Eを E=Vnoise p-p /g(t0 ) (22) によって求める。ここでVnoise p-p というのは、ノイ
ズレベルのピ−クからピ−クまでの電圧の差を意味す
る。
From the above and above, the zero crossing error E is obtained by E = V noise pp / g (t 0 ) (22). Here, V noise pp means the difference in voltage from peak to peak of the noise level.

【0060】このような操作をさまざまな時定数CRに
対して行って零クロス誤差を求めた。図1はその結果を
示すものである。本来、微分回路の時定数とノイズ周波
数の関係によって図1のグラフは変化するはずである。
しかし、ノイズ周波数を変化させてもこの結果は大きく
は変わらなかったので、ここではfn =4/Δ=8fh
/3の時の結果を示している。図よりCR/Δ=0.5
近傍で零クロス誤差のパルス半値幅に対する値が最小に
なっている。最小値はS/Nの値が大きければ、およそ
1/(S/N)となっている。S/Nによって前記の性
能係数をかくことができるのは、(22)式の分子であ
るVnoise p-p がS/N比の逆数に比例するからであ
る。
The above operation was performed for various time constants CR to obtain the zero cross error. FIG. 1 shows the result. Originally, the graph of FIG. 1 should change depending on the relationship between the time constant of the differentiating circuit and the noise frequency.
However, this result did not change significantly even if the noise frequency was changed, so here, f n = 4 / Δ = 8f h
The result at the time of / 3 is shown. From the figure, CR / Δ = 0.5
In the vicinity, the value of the zero-crossing error with respect to the pulse half-width is the smallest. The minimum value is about 1 / (S / N) if the S / N value is large. The above-mentioned coefficient of performance can be hidden by S / N because V noise pp, which is the numerator of equation (22), is proportional to the reciprocal of the S / N ratio.

【0061】また微分回路の時定数の最適の範囲として
は、零クロス誤差のパルス半値幅に対する割合が1.5
/(S/N)以下となる範囲として求める。これが 0.1≦CR/Δ≦2.0 (23) である。多くのCR/Δに対して前記の操作を行ったが
具体的な波形の幾つかを示す。Erレ−ザの波形を具体
的に例示して本発明をより分かり易くするためである。
As the optimum range of the time constant of the differentiating circuit, the ratio of the zero cross error to the pulse half width is 1.5.
/ (S / N) or less. This is 0.1 ≦ CR / Δ ≦ 2.0 (23). The above operation was performed for many CR / Δ, and some concrete waveforms are shown. This is because the waveform of the Er laser is specifically exemplified to make the present invention easier to understand.

【0062】[例]CR/Δ=0.053の場合 図9はCR/Δ=0.053の場合の微分回路入出力に
於ける波形を示す。横軸は時間で1単位は25nsであ
る。下に示す(チャンネル1)ガウシアンに似た波形が
受光素子及びアンプの出力の波形v1 である。つまりパ
ルス光に対応している。パルス半値幅Δは57nsであ
る。これに対しては縦軸の1目盛りは150mVであ
る。上に示す(チャンネル2)の零点を持つ波形が微分
回路の出力v2 (g(t))にあたる)である。これに
対しては縦軸の1目盛りは10mVである。v1 はひと
つの典型的なErレ−ザのパルス波形であるが前方での
立ち上がりは早く、後方での立ち下がりが遅い非対称性
の波形となっている。
[Example] Case of CR / Δ = 0.053 FIG. 9 shows waveforms at the input / output of the differential circuit in the case of CR / Δ = 0.053. The horizontal axis is time, and one unit is 25 ns. A waveform similar to the (channel 1) Gaussian shown below is the waveform v 1 of the output of the light receiving element and the amplifier. That is, it corresponds to pulsed light. The pulse half width Δ is 57 ns. On the other hand, one scale on the vertical axis is 150 mV. The waveform having the zero point of (channel 2) shown above is the output v 2 (g (t)) of the differentiating circuit. On the other hand, one scale on the vertical axis is 10 mV. v 1 is one of the typical Er Les - has become a rise in is a The pulse waveform forward early, falling slow asymmetry of the waveform at the back.

【0063】図12は受光素子やアンプ、微分回路の構
成を示す。v1 はアンプの出力での電圧である。v2
コンデンサと抵抗の接続点での電圧である。v2 とv1
は(1)に示す拘束条件を満足している。v2 がv1
比べて小さいのはCRが小さいので(1)の右辺の第2
項が優越しているからである。この場合はv2 はv1
微分に近づくのであるが、それでも完全な微分ではな
い。v1 が極大となる点からv2 =0となる点まで15
nsの遅延がある。v2 =0となる点に縦破線を引いて
いる。この値に対してこれの微分v2 ′を求めるとこれ
は1.6mV/nsである。
FIG. 12 shows the configuration of the light receiving element, the amplifier and the differentiating circuit. v 1 is the voltage at the output of the amplifier. v 2 is the voltage at the connection point between the capacitor and the resistor. v 2 and v 1
Satisfies the constraint condition (1). The reason that v 2 is smaller than v 1 is that CR is small, so that
This is because the terms are superior. In this case v 2 approaches the derivative of v 1 , but it is still not a perfect derivative. 15 from the point where v 1 is maximum to the point where v 2 = 0
There is a delay of ns. A vertical broken line is drawn at the point where v 2 = 0. When the derivative v 2 ′ of this value is obtained, it is 1.6 mV / ns.

【0064】微分後のノイズVnoise p-p を求めるとこ
れは8mVp-p である。ここでmVp-p というのは上ピ
−クと下ピ−クの電圧の差をmV単位で表したものであ
る。である。これより零クロス誤差幅は5nsとなる。
零クロス誤差のパルス半値幅Δ(57ns)に対する比
は0.088である。零クロス誤差幅が大きいのは微分
後の波形v2 が振幅の小さい信号になり、零クロス誤差
が大きくなるからである。
When the noise V noise pp after differentiation is obtained, it is 8 mV pp . Here, mV pp is the difference in voltage between the upper peak and the lower peak expressed in mV. Is. From this, the zero cross error width is 5 ns.
The ratio of the zero-cross error to the pulse half width Δ (57 ns) is 0.088. The width of the zero cross error is large because the differentiated waveform v 2 becomes a signal with a small amplitude and the zero cross error becomes large.

【0065】[例]CR/Δ=0.39の場合 図10はCR/Δ=0.39の場合の微分回路の入出力
に於ける波形を示す。横軸は時間で1単位は25nsで
ある。下に示す(チャンネル1)ガウシアンに似た波形
が受光素子の出力波形v1 である。パルス半値幅は57
nsである。縦軸は電圧であるが1目盛りが150mV
である。上に示す零点を有する波形は微分回路の出力v
2 (前記のg(t)にあたる)である。これに対しては
縦軸の1目盛りは40mVである。v1 が極大値をとる
点からv2 =0となる点まで19nsの遅延があり、前
例に比較して大きくなっている。しかしその分v2 の振
幅が増加して、v2 =0となる点でのv2 の傾きは5.
1mVであった。
[Example] Case of CR / Δ = 0.39 FIG. 10 shows a waveform at the input / output of the differentiating circuit in the case of CR / Δ = 0.39. The horizontal axis is time, and one unit is 25 ns. A waveform similar to the (channel 1) Gaussian shown below is the output waveform v 1 of the light receiving element. Pulse half width is 57
ns. The vertical axis is voltage, but one scale is 150 mV
Is. The waveform having the zero point shown above is the output v of the differentiating circuit.
2 (corresponding to g (t) above). On the other hand, one scale on the vertical axis is 40 mV. There is a delay of 19 ns from the point where v 1 takes a maximum value to the point where v 2 = 0, which is larger than that of the previous example. However, the amplitude of v 2 increases by that amount, and the slope of v 2 at the point where v 2 = 0 becomes 5.
It was 1 mV.

【0066】微分後のノイズのピ−ク−ピ−クの値V
noise p-p を求めると、これは10mVp-p であった。
零クロス誤差は後者を前者で割って、E=2.0nsと
なる。零クロス誤差のパルス半値幅に対する割合は、
0.035である。例の場合に比較して約半分に減っ
ている。これはv2 =0となる点での勾配v2 ′が大き
くなるからである。
Peak-to-peak value V of noise after differentiation
When asked for noise pp , it was 10 mV pp .
The zero-cross error is E = 2.0 ns obtained by dividing the latter by the former. The ratio of the zero crossing error to the pulse half width is
It is 0.035. Compared to the case of the example, it is reduced to about half. This is because the gradient v 2 ′ at the point where v 2 = 0 becomes large.

【0067】[例]CR/Δ=8.2の場合 図11はCR/Δ=8.2の場合の微分回路の入出力に
おける波形を示す。横軸は時間で1目盛りが25nsで
ある。下のグラフが微分回路の入力v1 である。パルス
幅Δは57nsである。縦軸はこれに対して1目盛りが
150mVである。上のグラフが微分回路の出力v2
波形である。1目盛りは100mVである。v2 は波形
高さともにv1 に近似してくる。これはCR/Δが大き
いためにv2 が数学的微分から遠く離れ元の関数v1
殆ど等しくなるためである。v2 は零点を持つが、これ
がv1 のピ−クと遠く離れる。このずれは66nsであ
る。v2 =0の点でのv2 の勾配は3.3mV/nsで
ある。
[Example] Case of CR / Δ = 8.2 FIG. 11 shows waveforms at the input / output of the differentiating circuit in the case of CR / Δ = 8.2. The horizontal axis is time, and one scale is 25 ns. The lower graph is the input v 1 of the differentiating circuit. The pulse width Δ is 57 ns. On the vertical axis, one scale is 150 mV. The upper graph is the waveform of the output v 2 of the differentiating circuit. One scale is 100 mV. v 2 comes close to v 1 in terms of waveform height. This is because v 2 is far from the mathematical derivative and becomes almost equal to the original function v 1 due to the large CR / Δ. Although v 2 has a zero, this is far from the peak of v 1 . This shift is 66 ns. The slope of v 2 at the point of v 2 = 0 is 3.3 mV / ns.

【0068】微分後ノイズは16mVp-p である。これ
を勾配の値で割って零クロス誤差を求めると4.8ns
と大きくなる。この原因はCR/Δが大きすぎるため
に、v2 がv1 に近似し、v2 =0となる点でのv2
が小さくなったためである。それと微分後ノイズが大き
いためである。
The noise after differentiation is 16 mV pp . This is divided by the gradient value to obtain the zero crossing error, which is 4.8 ns.
And grows. This is because CR / Δ is too large, so v 2 approximates v 1 and v 2 ′ at the point where v 2 = 0.
Because it became smaller. This is because the noise after differentiation is large.

【0069】表1にCR/Δ=0.053,0.39,
8.2の3つの場合についての、コンデンサの値、抵抗
の値、パルス半値幅、入力ノイズ、パルスピ−ク値、S
/N比、微分後ノイズ、零クロス点での勾配、零クロス
誤差幅、零クロス誤差幅のパルス半値幅に対する割合を
示す。
In Table 1, CR / Δ = 0.053, 0.39,
The value of the capacitor, the value of the resistance, the pulse half width, the input noise, the pulse peak value, and S for the three cases of 8.2.
/ N ratio, noise after differentiation, gradient at zero cross point, zero cross error width, and ratio of zero cross error width to pulse half width.

【0070】[0070]

【表1】 [Table 1]

【0071】零クロス誤差を決めるのは、v2 =0での
2 の勾配とノイズの大きさである。前者については既
に述べているからノイズについてここで説明する。例
から例において微分回路の入力側でのノイズレベルは
一定で16mV p-p である。これが微分回路を通るこ
とによって大きさが変化する。CR/Δ=0.053の
時はこれが8mVp-p となっている。これは微分回路の
時定数が小さく、微分振幅が小さいからである。CR/
Δ=0.39の時はノイズが10mVp-p となる。これ
は時定数が少し大きくなって微分振幅が大きくなったこ
とを反映している。CR/Δ=8.2の時は、ノイズレ
ベルが16mVp-p になっている。これはCR/Δが大
きいので、(1)式に於いて殆どv1 =v2 となってし
まうからである。
The zero cross error is determined by the gradient of v 2 and the magnitude of noise when v 2 = 0. Since the former has already been described, noise will be described here. The noise level on the input side of the differentiating circuit is constant at 16 mV pp from example to example. The size changes as it passes through the differentiating circuit. This is 8 mV pp when CR / Δ = 0.053. This is because the time constant of the differentiating circuit is small and the differential amplitude is small. CR /
When Δ = 0.39, the noise is 10 mV pp . This reflects the fact that the time constant is slightly increased and the differential amplitude is increased. When CR / Δ = 8.2, the noise level is 16 mV pp . This is because CR / Δ is large, so that v 1 = v 2 is almost satisfied in the equation (1).

【0072】[0072]

【発明の効果】本発明によれば、Erレ−ザのパルス光
を用いて距離を測定する装置に於いて、ハイパスフィル
タの時定数CRをパルス半値幅Δの0.1〜2.0倍に
選ぶことによって、ノイズが重畳したパルス波形の零ク
ロス誤差を最小にすることができる。このためパルス間
隔の高精度測定が可能になる。そのため、Erレ−ザを
光源として利用したパルス方式レ−ザ測距儀の時間計測
に有効である。
According to the present invention, the time constant CR of the high pass filter is 0.1 to 2.0 times the pulse half width Δ in the device for measuring the distance using the pulsed light of the Er laser. By selecting, it is possible to minimize the zero-crossing error of the pulse waveform on which noise is superimposed. Therefore, it is possible to measure the pulse interval with high accuracy. Therefore, it is effective for the time measurement of the pulse type laser range finder using the Er laser as the light source.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】ハイパスフィルタ時定数と零クロス誤差との関
係を表すグラフ。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between a high-pass filter time constant and zero-cross error.

【図2】ノイズが重畳されたパルス波形図(a)と、微
分回路図(b)と、微分波形を示す図(c)。
FIG. 2 is a pulse waveform diagram (a) on which noise is superimposed, a differential circuit diagram (b), and a differential waveform diagram (c).

【図3】CRを使ったハイパスフィルタの周波数特性
図。
FIG. 3 is a frequency characteristic diagram of a high-pass filter using CR.

【図4】パルス信号とこれをCR微分回路に通した後の
信号の波形を示す図。(a)はフィルタのカットオフ周
波数fc がパルス基本周波数fp よりずっと大きい場
合、(b)はfc がfp より小さいかほぼ等しい場合を
示している。
FIG. 4 is a diagram showing a pulse signal and a waveform of the signal after passing the pulse signal through a CR differentiating circuit. (A) shows the case where the cutoff frequency f c of the filter is much larger than the pulse fundamental frequency f p , and (b) shows the case where f c is smaller than or almost equal to f p .

【図5】実施例にかかる信号処理回路図(a)と、入力
波形図(b)と、これを信号処理回路で処理した後の出
力を示す出力波形図(c)。
FIG. 5 is a signal processing circuit diagram (a) according to the embodiment, an input waveform diagram (b), and an output waveform diagram (c) showing an output after processing the signal by the signal processing circuit.

【図6】振幅の異なる同一パルス波形図。FIG. 6 is a diagram showing the same pulse waveform with different amplitudes.

【図7】ヒステリシス回路を持ったコンパレ−タの回路
図。
FIG. 7 is a circuit diagram of a comparator having a hysteresis circuit.

【図8】図7の回路における入力、ヒステリシス、出力
の波形図。
8 is a waveform diagram of input, hysteresis, and output in the circuit of FIG.

【図9】CR/Δ=0.053の場合の、Erレ−ザ光
を受光し、微分回路に通した前後のパルス波形を示す
図。
FIG. 9 is a diagram showing pulse waveforms before and after receiving Er laser light and passing through a differentiating circuit when CR / Δ = 0.053.

【図10】CR/Δ=0.39の場合の、Erレ−ザ光
を受光し、微分回路に通した前後のパルスの波形を示す
図。
FIG. 10 is a diagram showing waveforms of pulses before and after receiving Er laser light and passing through a differentiating circuit when CR / Δ = 0.39.

【図11】CR/Δ=8.2の場合の、Erレ−ザの光
を受光し、微分回路に通した前後のパルスの波形を示す
図。
FIG. 11 is a diagram showing the waveforms of pulses before and after receiving the light of the Er laser and passing through a differentiating circuit in the case of CR / Δ = 8.2.

【図12】実施例に対応する測定回路図。FIG. 12 is a measurement circuit diagram corresponding to the example.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅野 順一 大阪市北区中之島3丁目3番22号関西電力 株式会社内 (72)発明者 永井 敏雄 大阪市北区中之島3丁目3番22号関西電力 株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Junichi Asano 3-3-22 Nakanoshima, Kita-ku, Osaka City Kansai Electric Power Co., Inc. (72) Toshio Nagai 3-3-22 Nakanoshima, Kita-ku, Osaka City Kansai Electric Power Within the corporation

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Erレ−ザのパルス光を対象物に当て、
送信パルス光と受信パルス光を受光し、ノイズを含み同
一の波形であり同一のパルス半値幅Δを持つが振幅の異
なる2つのパルスを得、この2つのパルスの時間間隔を
測定するため、パルス半値幅Δの0.1〜2.0倍の時
定数を持つハイパスフィルタに前記ノイズを含むパルス
信号を通してこれを微分し、微分波形が零レベルを横切
る時点を求め、この時点の差によってパルス間隔を測定
する事を特徴とするパルス間隔の検出方法。
1. A pulsed light of an Er laser is applied to an object,
To receive the transmitted pulsed light and the received pulsed light, obtain two pulses that have the same waveform including noise and the same pulse half width Δ, but different amplitudes, and measure the time interval between these two pulses. The pulse signal containing the noise is passed through a high-pass filter having a time constant of 0.1 to 2.0 times the full width at half maximum Δ to differentiate the pulse signal, and the time when the differential waveform crosses the zero level is obtained. A method for detecting a pulse interval, which is characterized by measuring
【請求項2】 Erレ−ザのパルス光を対象物に当て、
送信パルス光と受信パルス光を受光し、ノイズを含み同
一の波形であり同一のパルス半値幅Δを持つが振幅の異
なる2つのパルスを得、この2つのパルス時間間隔を測
定するため、パルス半値幅Δの0.1〜2.0倍の時定
数を持つハイパスフィルタに前記ノイズを含むパルス信
号を通してこれを微分し、出力と非反転入力とを抵抗R
2 で接続し非反転入力を抵抗R3 によって接地すること
によってヒステリシスを与えたコンパレ−タの反転入力
に微分信号を入力し、コンパレ−タの出力が零レベルを
横切る時点を求め、この時点の差によってパルス間隔を
測定する事を特徴とするパルス間隔の検出方法。
2. A pulsed light of an Er laser is applied to an object,
To receive the transmitted pulsed light and the received pulsed light, obtain two pulses that have the same waveform including noise and the same pulse half width Δ, but different amplitudes, and measure the time interval between these two pulses. The pulse signal containing the noise is passed through a high-pass filter having a time constant of 0.1 to 2.0 times the value width Δ to differentiate the output, and the output and the non-inverting input are connected to the resistor R
The differential signal is input to the inverting input of the comparator which is connected by 2 and the hysteresis is given by grounding the non-inverting input by the resistor R 3 , and the time when the output of the comparator crosses the zero level is obtained. A method for detecting a pulse interval, which is characterized by measuring the pulse interval by the difference.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001324849A (en) * 2000-05-18 2001-11-22 Canon Inc Image forming device and color slurring processing method for image forming device
WO2007034635A1 (en) * 2005-09-26 2007-03-29 Topcon Corporation Surveying device and surveying method
JP2017161377A (en) * 2016-03-10 2017-09-14 株式会社リコー Object detection device, sensing device, and object detection method

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001324849A (en) * 2000-05-18 2001-11-22 Canon Inc Image forming device and color slurring processing method for image forming device
JP4649013B2 (en) * 2000-05-18 2011-03-09 キヤノン株式会社 Color image forming apparatus
WO2007034635A1 (en) * 2005-09-26 2007-03-29 Topcon Corporation Surveying device and surveying method
JP2007093210A (en) * 2005-09-26 2007-04-12 Topcon Corp Survey system and survey method
US7903235B2 (en) 2005-09-26 2011-03-08 Topcon Corporation Surveying instrument and surveying method
JP2017161377A (en) * 2016-03-10 2017-09-14 株式会社リコー Object detection device, sensing device, and object detection method

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