JPH0666940A - Laser length measuring apparatus - Google Patents
Laser length measuring apparatusInfo
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- JPH0666940A JPH0666940A JP19697692A JP19697692A JPH0666940A JP H0666940 A JPH0666940 A JP H0666940A JP 19697692 A JP19697692 A JP 19697692A JP 19697692 A JP19697692 A JP 19697692A JP H0666940 A JPH0666940 A JP H0666940A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はレーザ測長装置にかかわ
るものであって、複数の「デジタル・プログラマブル・
シグナル・ディレイ・ゼネレータ」を利用して時間差の
精密補正および測定を行って、公知技術のレーザ測長回
路よりも簡略化され、かつ有効な測長回路を実現すると
ともに、デジタル・プログラマブル・シグナル・ディレ
イ・ゼネレータを直列に接続することで、測長精度を更
に向上させたものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser length measuring apparatus, which has a plurality of "digital programmable
The signal delay generator is used to perform precise correction and measurement of the time difference to realize a simpler and more effective length measuring circuit than the laser length measuring circuit of the known technology, and a digital programmable signal By connecting a delay generator in series, the length measurement accuracy is further improved.
【0002】[0002]
【従来の技術】レーザ測長の基本原理は、測長器から発
射されて対象物に照射され、再び測長器の光センサに反
射されて戻ってくるまでのレーザ信号を計算することで
あって、所要する飛行時間(time-of-fly)をΔTとし、
この飛行時間ΔTを利用して測長器と対象物との距離D
を直接近似的に計算することができる(もし空気の屈折
率を考慮しなければ、飛行時間ΔTはレーザ信号が往復
する約2倍の距離2Dを光速で割ったものである)。と
ころが、レーザ信号は光速で進行し、しかも光速が極め
て大きな値であるために、距離Dの精度を15cmまで
にしたい時、その飛行時間ΔTの測定精度は1ナノセコ
ンド(ns=10-9秒)が要求されることになる。従っ
て、いかに正確かつ迅速に飛行時間ΔTを測定するか
が、レーザ測長技術のキーポイントとなる。2. Description of the Related Art The basic principle of laser length measurement is to calculate a laser signal emitted from a length measuring instrument to irradiate an object, and then reflected by an optical sensor of the length measuring instrument to return. And the required flight time (time-of-fly) is ΔT,
Using this flight time ΔT, the distance D between the length measuring device and the object
Can be calculated approximately directly (if the refractive index of air is not taken into account, the time of flight ΔT is approximately twice the distance 2D that the laser signal travels back and forth divided by the speed of light). However, since the laser signal travels at the speed of light and the speed of light is extremely large, when the accuracy of the distance D is desired to be up to 15 cm, the measurement accuracy of the flight time ΔT is 1 nanosecond (ns = 10 −9 seconds). ) Will be required. Therefore, how to measure the flight time ΔT accurately and quickly is a key point of the laser measuring technique.
【0003】従来の測長方法は、電子回路を利用して、
測定される飛行時間ΔTの信号幅を引き伸ばして測定し
やすくしたり、あるいは飛行時間ΔTの信号を他の測定
しやすい電気値(例えば電圧など)に変換して当該電気
値の変化とすることで、逆に飛行時間ΔTの大小を推定
するという試みが行われたりしていたが、いずれの方法
を用いるにせよ電子回路を複雑化させて、精密電子部品
の数を増加させると同時に、温度の影響を受けやすいも
のとしていた。もちろん、レーザ信号の位相変化を利用
して飛行時間ΔTを測定することもできるが、このよう
な測定方式では電子回路がますます複雑なものとなり、
更に計算速度が低下するものとなっていた。The conventional length measuring method utilizes an electronic circuit to
By extending the signal width of the measured flight time ΔT to make it easier to measure, or by converting the signal of the flight time ΔT into another electric value (for example, voltage) that can be easily measured and used as a change in the electric value. On the contrary, there have been attempts to estimate the magnitude of the flight time ΔT, but whichever method is used, the electronic circuit is complicated and the number of precision electronic components is increased. It was supposed to be easily affected. Of course, it is possible to measure the time of flight ΔT using the phase change of the laser signal, but with such a measurement method, the electronic circuit becomes more and more complicated,
Furthermore, the calculation speed was reduced.
【0004】一般のレーザ測長器は、2個の光センサを
使用して、それぞれ発光および受光のレーザ信号を検知
し、レーザ信号の飛行時間ΔTを算出する拠り所として
いる。しかし、2個の光センサを使うと信号処理量が倍
増するので、相対的にその電気回路の複雑さも増す。そ
こで、比較的新しいレーザ測長器は1個の光センサによ
って測長器で発射ならびに受信するレーザ信号を処理
し、これにより電気回路を簡略化したものの、光ファイ
バーを使用してフィードバックされるレーザ光線を光セ
ンサに導く構成となっているので、光ファイバーがレー
ザ光源の発光面積を部分的にさえぎることになってレー
ザ信号の減衰をもたらすので光学上の設計が難しくなる
と同時に、光センサの受信効率も低下する。更に、1個
の光センサにより測長器で発光ならびに受光するレーザ
信号を処理するため、その信号処理回路の構成も難しい
ものとなる。A general laser length measuring device uses two optical sensors to detect a laser signal for light emission and a laser signal for light reception, respectively, and serves as a base for calculating a flight time ΔT of the laser signal. However, the use of two photosensors doubles the amount of signal processing, and thus relatively increases the complexity of the electric circuit. Therefore, a relatively new laser length measuring device processes a laser signal emitted and received by the length measuring device by a single optical sensor, thereby simplifying an electric circuit, but a laser beam fed back by using an optical fiber. The optical fiber partially blocks the light emitting area of the laser light source, which leads to attenuation of the laser signal, which makes optical design difficult and at the same time reduces the reception efficiency of the optical sensor. descend. Further, since the laser signal emitted and received by the length measuring device is processed by one optical sensor, the configuration of the signal processing circuit becomes difficult.
【0005】また、一般のレーザ測長器は、その測長範
囲での精度を、いずれも目的により異なる設定とするこ
とを要求されるとともに、どのレーザ測長方式でも、そ
の測長精度は全てその測長方法の解析度(resolution)
により左右されるので、全てのレーザ測長器において、
その精度を変更したい場合には、要求に合せて設計変更
しなければならなくなるから、必要とする手間や費用は
レーザ測長器を新しく開発し直すことに等しいものとな
る。Further, in general laser length measuring devices, it is required that the accuracy in the length measuring range be set differently depending on the purpose, and in any laser length measuring method, all the length measuring accuracy is required. Resolution of the length measurement method (resolution)
It depends on the
If it is desired to change the accuracy, the design must be changed according to the requirements, and the required labor and cost are equivalent to newly developing the laser length measuring device.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】以上の実情を背景にし
て、本発明は、レーザ測長器を提供しようとするもの
で、複数のデジタル・プログラマブル・ディレイ・ゼネ
レータ(digital programmable delay generator、以下
DPDGと略称する)を重要な構成要素として、公知の
測長回路に較べて大幅に簡略化された測長回路を構成す
る。また、本発明の主要な目的は、DPDGの特性を利
用して、デジタルプログラム式のコントロール方法で、
1個のパルス信号の立上りエッジを適当な時間だけ遅延
させて、簡略化された測長回路を構成することであっ
て、時間信号の幅を引き伸ばしたり信号形態を変換する
必要はない。SUMMARY OF THE INVENTION Under the circumstances described above, the present invention intends to provide a laser length measuring device, and a plurality of digital programmable delay generators (DPDGs hereinafter) are provided. (Abbreviated as) is an important component, and a length measurement circuit that is significantly simplified as compared with a known length measurement circuit is configured. Further, a main object of the present invention is to use a characteristic of DPDG to provide a digital program type control method,
The rising edge of one pulse signal is delayed by an appropriate time to construct a simplified length measuring circuit, and it is not necessary to extend the width of the time signal or convert the signal form.
【0007】本発明のもう一つの目的は、レーザ測長装
置において、DPDG回路を採用して、時間差の精密補
正及び測定を行うので、正確かつ有効な測長機能を発揮
させるとともに、レーザ信号の発射時間が、レーザ駆動
回路のトリガーエッジ信号によって直接決定されるの
で、測長回路は戻ってくるレーザ信号を検知して測定す
るだけでよく、光ファイバーによるフィードバックが不
必要となって、大幅に光センサの機能を向上させ、光学
上の設計も容易となって、信号処理回路を構成しやすく
なる。更に、デジタル信号処理であるため、温度の影響
も受けにくい。Another object of the present invention is to use a DPDG circuit in a laser length measuring device to perform precise correction and measurement of a time difference, so that an accurate and effective length measuring function can be exerted and a laser signal of a laser signal can be displayed. Since the firing time is directly determined by the trigger edge signal of the laser driving circuit, the length measuring circuit only needs to detect and measure the returning laser signal, and the feedback by the optical fiber is unnecessary, and the The function of the sensor is improved, the optical design is facilitated, and the signal processing circuit is easily configured. Furthermore, since it is digital signal processing, it is not easily affected by temperature.
【0008】本発明の次の目的は、時間差を測定するD
PDG回路を直列に配置して、測長範囲精度を簡単に数
倍から数十倍へと向上させることができるので、異なる
精度要求に応えられる。The second object of the present invention is to measure the time difference D
Since the PDG circuits can be arranged in series and the length measurement range accuracy can be easily increased from several times to several tens of times, different accuracy requirements can be met.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ測長装置
は、レーザ・ドライバと、発光器と、受光器と、飛行時
間処理ユニットと、マイクロプロセッサとを備えるもの
で、飛行時間処理ユニット中の1個または2個のDPD
Gを利用して発光および受光信号の時間差を補正し、さ
らに少くとも1個のDPDGにデータ・フリップ・フロ
ップを組合せて時間差を測定することにより、マイクロ
プロセッサで正確かつ迅速にレーザ信号の飛行時間ΔT
を計算できるようにして、有効な測長機能を実現するも
のである。The laser length measuring apparatus of the present invention comprises a laser driver, a light emitter, a light receiver, a time-of-flight processing unit, and a microprocessor. 1 or 2 DPDs
By using G to correct the time difference between the light emission and light reception signals, and by combining at least one DPDG with a data flip-flop to measure the time difference, the microprocessor can accurately and quickly measure the time of flight of the laser signal. ΔT
It is possible to calculate and realize an effective length measurement function.
【0010】[0010]
【実施例】本発明のその他の目的と機能とは、実施例に
おいて添付の図面に基づいて、以下のように、その構成
および効果を説明する。図1は、本発明のシステム構成
図を示すブロック図である。本発明は、レーザ信号ドラ
イバ1を備えて、発光器2を駆動し、調整済みのレーザ
パルス信号を発生させる以外にも、発射時間(transmit
ting time)のトリガーエッジ信号Ttを飛行時間処理ユ
ニット4へ提供してレーザ信号の発射時間に即応させる
とともに、発光器2がレーザダイオード21を設けてレ
ーザ信号を発射し、このレーザ信号を光ファイバ22を
介してレンズ23に導びき、対象物(図示せず)に照射
されるものであり、受光器3は、対象物で反射されたレ
ーザ信号をレンズ31、光ファイバ32を経由して光セ
ンサ33に導くとともに、これとは別個にレーザ信号の
飛行時間ΔTに相当する後方散乱時間(Backscatter ti
me) のトリガーエッジ信号Tb を飛行時間処理ユニット
4へ送る。この飛行時間処理ユニット4は、上記した発
光および受光という2つのトリガーエッジ信号Tt,T
bを、マイクロプロセッサ5のコントロールのもとで、
時間差の精密補正および測定を行って、レーザ信号の飛
行時間ΔTを計算可能なものとし(詳細は後述)、測長
機能を完成する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Other objects and functions of the present invention will be described in the following with reference to the accompanying drawings in the structure and effects thereof. FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration diagram of the present invention. The present invention includes a laser signal driver 1 to drive the light emitter 2 to generate a tuned laser pulse signal, as well as a transmit time (transmit).
(Ting time) trigger edge signal Tt to the time-of-flight processing unit 4 to immediately respond to the emission time of the laser signal, and the light emitter 2 is provided with a laser diode 21 to emit a laser signal, and the laser signal is emitted from the optical fiber The light is guided to a lens 23 via 22 and is irradiated onto an object (not shown). The light receiver 3 transmits the laser signal reflected by the object via the lens 31 and the optical fiber 32. While being guided to the sensor 33, separately from this, the backscatter time (Backscatter ti) corresponding to the flight time ΔT of the laser signal is obtained.
The trigger edge signal T b of (me) is sent to the flight time processing unit 4. The flight time processing unit 4 has two trigger edge signals Tt, T
b under the control of the microprocessor 5,
By precisely correcting and measuring the time difference, the flight time ΔT of the laser signal can be calculated (details will be described later), and the length measuring function is completed.
【0011】図2は、本発明の飛行時間処理ユニット4
の構成例および信号の流れを示すブロック図である。本
実施例において、飛行時間処理ユニット4は、3個のデ
ジタル・プログラマブル・ディレイ・ゼネレータDPD
G411,412,413と、1個のデータ・フリップ
・フロップ42とを備えている。まず、レーザ信号の発
光および受光という2つのトリガーエッジ信号Tt,T
bを図1に示すように発生させて、それぞれ図示したよ
うにDPDG411およびDPDG413へ入力する
が、これら2つのDPDGはマイクロプロセッサ5の制
御信号に基づいて信号Tt,Tbに対して遅延時間の精
密補正を行って、それぞれ適当なディレイ信号T,R
(図2に図示)を発生させ、これらディレイ信号T,R
間の時間差がちょうど飛行時間ΔTに等しくなるように
する(図3で詳述する)。マイクロプロセッサ5は、さ
らにDPDG412を制御して遅延時間Tをもう一回遅
延処理し、変動遅延信号TTを発生させる。変動遅延信
号TTと遅延信号Rとを、それぞれデータ・フリップ・
フロップ42へ入力し、その出力状態を変化させること
によって、マイクロプロセッサ5が正確で迅速にレーザ
信号の飛行時間ΔTを得ることができるようにするが、
この手続は図4で詳細に述べる。ちなみに、遅延信号R
の信号パルス幅WはDPDGに付設する遅延線(図示せ
ず)によって適正値に調整して(後述するようにDPD
G回路は公知技術)、飛行時間ΔTを算出しやすくする
とともに、遅延信号T,TTは、その立上りエッジ信号
のみを利用する(これらの作用は図4で詳述)。FIG. 2 is a time-of-flight processing unit 4 of the present invention.
3 is a block diagram showing a configuration example of and a signal flow. FIG. In the present embodiment, the time-of-flight processing unit 4 includes three digital programmable delay generators DPD.
It has G411, 412, 413 and one data flip-flop 42. First, two trigger edge signals Tt, T for emitting and receiving a laser signal
b is generated as shown in FIG. 1 and is input to the DPDG 411 and DPDG 413 as shown in the figure. Correct the delay signals T and R appropriately.
(Shown in FIG. 2) to generate these delay signals T, R
The time difference between them is exactly equal to the flight time ΔT (detailed in FIG. 3). The microprocessor 5 further controls the DPDG 412 to delay the delay time T once again to generate the variable delay signal TT. The variable delay signal TT and the delay signal R are respectively data flip
By inputting to the flop 42 and changing its output state, the microprocessor 5 can obtain the time of flight ΔT of the laser signal accurately and quickly.
This procedure is detailed in FIG. By the way, delayed signal R
The signal pulse width W of the signal is adjusted to an appropriate value by a delay line (not shown) attached to the DPDG.
(The G circuit is a known technology), and the flight time ΔT is easily calculated, and the delay signals T and TT use only the rising edge signal thereof (these operations are described in detail in FIG. 4).
【0012】本発明が採用するDPDGは公知の構成素
子であって、基本的にはリニアー・ランプ・ゼネレータ
(linear ramp generator)、デジタル/アナログ変換器
(D/A変換器)および電圧比較器を備えて、外部入力
信号の立上りエッジがまずランプ・ゼネレータをトリガ
ーし、電圧比較器がすぐに下降中のランプ電圧をモニタ
ーして、それがデジタル/アナログ変換器で設定した参
考電圧値となった時に遅延信号を出力する。The DPDG used in the present invention is a well-known component, and basically includes a linear ramp generator, a digital / analog converter (D / A converter) and a voltage comparator. In preparation, the rising edge of the external input signal first triggers the ramp generator, and the voltage comparator immediately monitors the ramping ramp voltage, which becomes the reference voltage value set by the digital / analog converter. Sometimes it outputs a delayed signal.
【0013】参考電圧値は外部のマイクロプロセッサ等
でデジタル信号を入力することで、プログラム可能に調
整できる。ラム波の長さについては、最大可能遅延幅に
付設るす電気抵抗、コンデンサによって、本発明が測定
できる最大距離範囲に基づいて決定するが、以下、この
最大可能遅延幅をFS(フル スケール レンジ)と称
し、FS内でマイクロプロセッサのnビットの入力を利
用して、DPDGがこのFSを2n 区間に分割できるよ
うにする。例えば、nを8ビット入力とすると、FSは
256区間に分割できるので、対応する測定距離も25
6区間に分割されたとみなされ、もしマイクロプロセッ
サがDPDGに入力するデータを「11111111」
とすれば、遅延信号(その立上りエッジ)はFSの最も
遠い所に発生する。例えばもしマイクロプロセッサのD
PDGへの入力が「11111000」とすれば、遅延
信号はFSの第248区間に発生する。従って、マイク
ロプロセッサのnビット入力によるプログラム作用によ
って、全ての遅延時点を任意に指定できるので、DPD
Gに正確で必要な遅延信号を発生させることが可能であ
る。The reference voltage value can be adjusted programmably by inputting a digital signal with an external microprocessor or the like. The length of the Lamb wave is determined based on the maximum distance range that can be measured by the present invention by the electric resistance and the capacitor attached to the maximum possible delay width. Below, the maximum possible delay width is FS (full scale range). ), Which allows the DPDG to divide this FS into 2 n intervals by utilizing the n-bit input of the microprocessor in the FS. For example, if n is an 8-bit input, the FS can be divided into 256 sections, so the corresponding measurement distance is also 25.
It is considered that the data is divided into 6 sections, and if the microprocessor inputs data to the DPDG as "11111111".
Then, the delayed signal (its rising edge) occurs at the furthest point in the FS. For example if the microprocessor D
If the input to the PDG is "11111000", the delayed signal is generated in the 248th section of FS. Therefore, all delay points can be arbitrarily designated by the program operation by the n-bit input of the microprocessor.
It is possible to generate the correct delayed signal in G.
【0014】本発明が採用するデータ・フリップ・フロ
ップ42は、デジタル入力端子D、クロック入力端子C
LKおよび出力端子Qを備えて、その作動状態は、CL
K端子にトリガー信号が入力された時に、もしD端子が
ハイレベル入力ならばQ端子はハイレベル出力となり、
もしD端子がローレベル入力ならばQ端子もまたローレ
ベル出力となるものである。つまり、データフリップ・
フロップ42の出力端子Qのレベルがハイまたはロー
は、CLK端子にトリガーエッジ信号TTが入力される
時に、D端子の遅延信号Rのレベルがハイまたはローで
あることによって決定される。The data flip-flop 42 used in the present invention has a digital input terminal D and a clock input terminal C.
LK and output terminal Q, the operating state is CL
When the trigger signal is input to the K terminal, if the D terminal is high level input, the Q terminal becomes high level output,
If the D terminal is low level input, the Q terminal is also low level output. In other words, data flip
Whether the level of the output terminal Q of the flop 42 is high or low is determined by the level of the delayed signal R of the D terminal being high or low when the trigger edge signal TT is input to the CLK terminal.
【0015】図3は本発明が飛行時間の補正のために信
号遅延を行うクロックパルスを示すタイミング・チャー
トである。この測長システムにおいて、電子素子、電気
回路および光ファイバー…などの構成要素によって反応
時間の遅れが出るので、飛行時間ΔTの計算が不正確に
なりやすい。そこで、公知のレーザ測長技術において
は、いずれも時間補正をしなければならなかった故に測
長回路が複雑なものとなっていった。本発明ではDPD
Gを採用してプログラム可能に遅延信号を制御すること
で、入力パルス信号Tt,Tbの立上りエッジにそれぞ
れ所定の遅延時間Δt1 Δt3 を指定して出力し、遅延
信号T,Rとする。すなわち、本発明は既に距離が分か
っている測長においては、DPDG411とDPDG4
13の遅延時間Δt1 ,Δt3 を補正して、遅延信号
T,R間の時間差をちょうど飛行時間ΔTとすること
で、システムの反応時間の遅れをいずれもDPDG41
1とDPDG413とによって一回で総合補正する(注
意すべきは、信号Tは信号Rより進んでいなければなら
ないことである)。このようにして測長回路を変更する
ことなく、容易にシステムの反応時間の遅れを解決でき
る。更に、もし、本発明を使用する場所が固定されたも
のであれば、トリガーエッジ信号Tt,Tbの信号遅延
状況は何回も試験して得られた比較的安定した結果を利
用できるので、事前に所定の遅延時間を設定して、測長
距離全体に適合した信号補正を行えるから、DPDG4
11とDPDG413のいずれか一つを選べ、一つのD
PDGを使用するだけで上述のような総合補正をして、
構成を簡略化する目的を達成する。FIG. 3 is a timing chart showing clock pulses for which the present invention delays a signal to correct the flight time. In this length measurement system, the reaction time is delayed due to the components such as the electronic device, the electric circuit, the optical fiber, etc., so that the calculation of the flight time ΔT is likely to be inaccurate. Therefore, in all of the known laser length measurement techniques, the length measurement circuit is complicated because the time must be corrected. In the present invention, DPD
By using G to control the delay signal in a programmable manner, a predetermined delay time Δt 1 Δt 3 is designated and output at the rising edges of the input pulse signals Tt and Tb, and the delay signals T and R are output. That is, according to the present invention, the DPDG 411 and DPDG4
By correcting the delay times Δt 1 and Δt 3 of 13 so that the time difference between the delay signals T and R is just the flight time ΔT, the delay of the reaction time of the system is changed in the DPDG 41.
1 and the DPDG 413 make a total correction at one time (note that the signal T must lead the signal R). In this way, the delay in the reaction time of the system can be easily solved without changing the length measuring circuit. Further, if the place where the present invention is used is fixed, the signal delay situation of the trigger edge signals Tt and Tb can utilize the relatively stable result obtained by testing many times. Since a predetermined delay time can be set for the signal correction that is suitable for the entire measuring distance, the DPDG4
11 or DPDG413 can be selected, and one D
Just use PDG to make the above-mentioned comprehensive correction,
To achieve the purpose of simplifying the configuration.
【0016】図4は、本発明において飛行時間処理ユニ
ットがレーザ信号の飛行時間を計算するシグナル・パル
スを示すタイミング・チャートである。この実施例で
は、マイクロプロセッサ5が上述の補正目的に基づい
て、DPDG411およびDPDG413間の遅延時間
を調整して、それぞれレーザ信号の発光および受光とい
う2つのトリガーエッジ信号Tt,Tbを適当な遅延信
号T,Rにディレイさせるので、その時間差を測定した
い飛行時間ΔTとする。次に、マイクロプロセッサ5が
後述するバイナリサーチ(binary search)法に従って、
後続のレーザ信号の発光、受光ごとに絶えず制御指令を
出してDPDG412の遅延時間C値を変更して(図4
中のC1 ,C2 …)、DPDG412が図4のFS範囲
内になるようにし、遅延信号Tに対して多数回の異なる
遅延処理を試みるとともに、TT1 ,TT2 …等にそれ
ぞれ対応する遅延信号を発生させる。データ・フリップ
・フロップ42は入力端子およびCLK入力の信号Rお
よびTTに基づいて、その出力を行い、マイクロプロセ
ッサ5が、正確なC値を探し、対応する測定距離が計算
できるようにするが、その作動については以下の通りで
ある。FIG. 4 is a timing chart showing the signal pulses by which the time-of-flight processing unit calculates the time-of-flight of the laser signal in the present invention. In this embodiment, the microprocessor 5 adjusts the delay time between the DPDG 411 and the DPDG 413 based on the above-mentioned correction purpose, and outputs two trigger edge signals Tt and Tb for emitting and receiving a laser signal to appropriate delay signals. Since T and R are delayed, the time difference is set as the flight time ΔT to be measured. Next, the microprocessor 5 follows a binary search method described below.
Each time the subsequent laser signal is emitted or received, a control command is continuously issued to change the delay time C value of the DPDG 412 (see FIG. 4).
C 1, C 2 ...) in, so DPDG412 is within FS range of FIG. 4, the attempt number of times of different delay processing for the delay signal T, corresponding respectively to the TT 1, TT 2 ... etc. Generate a delayed signal. The data flip-flop 42 provides its output based on the signals R and TT at its input and CLK inputs, allowing the microprocessor 5 to find the correct C value and calculate the corresponding measured distance. The operation is as follows.
【0017】図4において、もしDPDG412がすで
にその適当な最大範囲FSを設定していれば、DPDG
413から出力される遅延信号Rの信号パルス・レンジ
WもまたFSの約半分に調整されて、以下に述べる分析
手続を遂行する。ここで、もしDPDG412がFSを
16(=24 )区分するとし、信号Rの立上りエッジ
(すなわちΔTの端末)がFSの第5および第6区分の
間にあるとすれば、マイクロプロセッサ5がバイナリサ
ーチ法を利用して、フリップ・フロップ42の出力端子
Qが示す信号状態によってn(ここでは4)回サーチし
た後に、適当な遅延時間値cを得て、飛行時間ΔTに極
めて近似するので、対応する測定距離を計算する。すな
わち、まず、マイクロプロセッサ5が第1次遅延時間C
1 をC1 =Fs/2(つまりC1 =8)として、DPD
G412に図示のような遅延信号TT1 を発生させる
と、その立上りエッジが遅延信号Rの後になるので、デ
ータ・フリップ・フロップ42の出力端子Qはハイレベ
ルとなり、これをQ1 =1と定義できる。そして、マイ
クロプロセッサ5が第2次遅延時間C2 をC2 =C1 −
FS/4(つまりC2 =4)として、DPDG412に
図示のような遅延信号TT2 を発生させると、その立上
りエッジが遅延信号Rの前になるので、フリップ・フロ
ップ42の出力端子Qはローレベルとなり、Q2 =−1
と定義する。そこで、マイクロプロセッサ5が第3次遅
延信号C3 をC3 =C2 +FS/8(つまりC3 =6)
として、DPDG412に図示のような遅延信号TT3
を発生させると、その立上りエッジが遅延信号Rの後に
なるので、フリップ・フロップ42の出力がQ3 =1と
なり、マイクロプロセッサ5が第4次遅延時間C4 =C
3 −FS/16として、同様にQ4 =−1を得る。これ
により遅延信号Rを得ることができ、飛行時間ΔTが遅
延時間C3 (5)とC4 (6)との間にあって、中間値
5.5で表わすことができるので、長さの値を計算す
る。もちろん、もしDPDG412がFSを区分する数
値を28 (つまりn=8)にまで引き上げれば、測定の
単位精度も引き上げられ、この時のバイナリサーチのサ
ーチ数は8回となる。このような手続は概略的に下記の
数式に表わせる。In FIG. 4, if the DPDG 412 has already set its proper maximum range FS, then the DPDG
The signal pulse range W of the delayed signal R output from 413 is also adjusted to about half FS to perform the analysis procedure described below. If the DPDG 412 partitions the FS into 16 (= 2 4 ), and the rising edge of the signal R (ie, the terminal at ΔT) is between the fifth and sixth partitions of the FS, then the microprocessor 5 The binary search method is used to obtain an appropriate delay time value c after the search is performed n (here, 4) times according to the signal state indicated by the output terminal Q of the flip-flop 42, and it is extremely close to the flight time ΔT. , Calculate the corresponding measurement distance. That is, first, the microprocessor 5 causes the first-order delay time C
1 is C 1 = Fs / 2 (that is, C 1 = 8), and DPD
When the delay signal TT 1 as shown in the figure is generated in G412, its rising edge comes after the delay signal R, so that the output terminal Q of the data flip-flop 42 becomes high level, which is defined as Q 1 = 1. it can. Then, the microprocessor 5 sets the second-order delay time C 2 to C 2 = C 1 −
When the delay signal TT 2 as shown in the figure is generated in the DPDG 412 with FS / 4 (that is, C 2 = 4), its rising edge comes before the delay signal R, so that the output terminal Q of the flip-flop 42 becomes low. Level, Q 2 = -1
It is defined as Therefore, the microprocessor 5 outputs the third delay signal C 3 to C 3 = C 2 + FS / 8 (that is, C 3 = 6).
As a delay signal TT 3 as shown in the figure.
Is generated, its rising edge comes after the delayed signal R, so that the output of the flip-flop 42 becomes Q 3 = 1 and the microprocessor 5 causes the fourth delay time C 4 = C.
Similarly, we obtain Q 4 = −1 for 3- FS / 16. Thereby, the delay signal R can be obtained, and the flight time ΔT is between the delay times C 3 (5) and C 4 (6) and can be represented by the intermediate value 5.5. calculate. Of course, if the DPDG 412 raises the numerical value for partitioning the FS to 2 8 (that is, n = 8), the unit accuracy of measurement is also raised, and the number of searches in the binary search at this time is 8. Such a procedure can be roughly expressed by the following mathematical formula.
【0018】[0018]
【数1】 [Equation 1]
【0019】さらに、上述のようなマイクロプロセッサ
のnビット・デジタル入力方式は、DPDGハードウェ
アを採用することで決定され、nが大きいほど区分数が
多くなって、測定の単位精度にとってプラスになる。ま
た、測定したい距離範囲はFS範囲の大きさに対応する
ので、これがレーザ測長装置の単位精度を決定する。つ
まりFSが大きければ大きいほど、分割される2n 区分
は当然のことながら疎となって、その単位精度も相対的
に低下するが、逆に、もしFSが小さければ小さいほ
ど、分割される2n 区分はますます密なものとなって、
その単位精度が相対的に向上する。従って、もし少くと
も2個のDPDGを直列する方式(すなわちDPDG4
12の後に別なDPDGを付加する)ならば、前者は低
い単位精度となり、後者は高い単位精度となるので、低
い単位精度のDPDGでFS内を迅速にサーチして遅延
信号R(立上りエッジ部分)を比較的狭い時間範囲で包
括的にとらえ、次に高い単位精度のDPDGでその狭い
時間区分内を密な時間区分に分けて精密にアプローチす
れば、2個あるいは更に多数のDPDGを組合せること
で、容易に数倍から数十倍へと測長精度を増大すること
ができる。Further, the n-bit digital input method of the microprocessor as described above is determined by adopting the DPDG hardware. The larger n is, the larger the number of sections is, which is a plus for the unit accuracy of measurement. . Further, since the distance range to be measured corresponds to the size of the FS range, this determines the unit accuracy of the laser length measuring device. That is, the larger the FS is, the naturally divided 2 n divisions become sparse, and the unit accuracy thereof is relatively lowered. On the contrary, if the FS is smaller, the division 2 n is divided. The n divisions are becoming more dense,
The unit accuracy is relatively improved. Therefore, if at least two DPDGs are connected in series (ie, DPDG4
If another DPDG is added after 12), the former has a lower unit accuracy and the latter has a higher unit accuracy. ) Comprehensively in a relatively narrow time range, and then with a higher unit accuracy DPDG, the narrow time segment is divided into dense time segments for precise approach, and two or more DPDGs are combined. Therefore, the measurement accuracy can be easily increased from several times to several tens of times.
【0020】[0020]
【発明の効果】本発明の測長装置は、回路構成が簡略な
ので、その精度特性を弾力的に設定しやすく、マイクロ
プロセッサがデジタル方式で測長回路を制御するシステ
ムにより、環境温度の影響を受けることが少ないので、
例えば自動車の障害物に対する動態測定に応用して、迅
速に相対移動速度等を読み取ることができる。Since the length measuring apparatus of the present invention has a simple circuit configuration, its accuracy characteristic can be easily set elastically, and the system in which the microprocessor controls the length measuring circuit by a digital method can reduce the influence of environmental temperature. I don't receive much, so
For example, the relative movement speed and the like can be quickly read by applying it to the dynamic measurement of an obstacle of a vehicle.
【0021】以上、実施例によって分かりやすく説明し
たが、本発明の範囲を限定するものではなく、当業者が
本発明技術思想に基づいて行った変更は本発明の請求の
範囲に属するものである。Although the embodiments have been described so clearly, the scope of the present invention is not limited thereto, and modifications made by those skilled in the art based on the technical idea of the present invention belong to the scope of the claims of the present invention. .
【図1】本発明のシステム構成図を示すブロック図であ
る。FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration diagram of the present invention.
【図2】本発明の飛行時間処理ユニットの構成ならびに
信号の流れを示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a flight time processing unit of the present invention and a signal flow.
【図3】本発明の飛行時間を補正するシグナル・クロッ
ク・パルスを示すタイミング・チャートである。FIG. 3 is a timing chart showing a time-of-flight correcting signal clock pulse of the present invention.
【図4】本発明の飛行時間処理ユニットがレーザ信号の
飛行時間を計算するシグナル・クロック・パルスを示す
タイミングチャートである。FIG. 4 is a timing chart showing signal clock pulses by which the time-of-flight processing unit of the present invention calculates the time-of-flight of a laser signal.
1 レーザ信号ドライバ 2 発光器 3 受光器 4 飛行時間処理ユニット 5 マイクロプロセッサ 21 レーザダイオード 22,32 光ファイバ 23,31 レンズ 33 光センサ 42 データ・フリップ・フロップ 411,412,413 デジタル・プログラマブル・
ディレイ・ゼネレータ1 laser signal driver 2 light emitter 3 light receiver 4 time-of-flight processing unit 5 microprocessor 21 laser diode 22, 32 optical fiber 23, 31 lens 33 optical sensor 42 data flip-flop 411, 412, 413 digital programmable
Delay generator
Claims (4)
器と、マイクロプロセッサで制御する飛行時間処理ユニ
ットとを備えたレーザ測長装置において、 上記レーザ信号ドライバが、発光器をドライブしてレー
ザパルスを出力すると同時に、発射時間トリガー信号を
上記飛行時間処理ユニットへ提供し、 上記受光器が、対象物で反射されたレーザ信号に基づい
て、レーザ信号に対応する飛行時間の後方散乱時間トリ
ガー信号を発生させて上記飛行時間処理ユニットへ送
り、 上記飛行時間処理ユニットが、少くとも2個のデジタル
・プログラマブル・シグナル・ディレイ・ゼネレータ
と、データ・フリップ・フロップとを設けて、上述した
発射時間および後方散乱時間という2つのトリガー信号
を、上記マイクロプロセッサの制御のもとで、時間差の
適切な補正を行うとともに、上記データ・フリップ・フ
ロップに入力し、 上記マイクロプロセッサが、上述した時間差の補正を制
御するとともに、データ・フリップ・フロップの出力状
態に基づいて、レーザ信号の飛行時間を判断することを
特徴とするレーザ測長装置。1. A laser length measuring device comprising a laser signal driver, a light emitter, a light receiver, and a time-of-flight processing unit controlled by a microprocessor, wherein the laser signal driver drives the light emitter to emit a laser beam. At the same time as outputting the pulse, it provides a time-of-flight trigger signal to the time-of-flight processing unit, and the light receiver receives the time-of-flight backscatter time trigger signal corresponding to the laser signal based on the laser signal reflected by the object. To the time-of-flight processing unit, the time-of-flight processing unit having at least two digital programmable signal delay generators and a data flip-flop to provide the above-mentioned firing time and Under the control of the above microprocessor, two trigger signals called backscattering time In addition to performing the appropriate correction of the time difference, the microprocessor inputs the data flip-flop, and the microprocessor controls the correction of the time difference described above, and based on the output state of the data flip-flop, Laser length measuring device characterized by determining flight time.
1個のデジタル・プログラマブル・シグナル・ディレイ
・ゼネレータが、まず前記した反射および後方散乱時間
トリガー信号のうち少くとも1つを遅延させて、2信号
間の時間差をちょうど正確な飛行時間に等しくさせ、シ
ステムとしての反応時間の遅延を、既知である距離に基
づいて一回で総合補正する請求項1記載の装置。2. At least one digital programmable signal delay generator in said time-of-flight processing unit first delays at least one of said reflection and backscatter time trigger signals, and 2. The device according to claim 1, wherein the time difference between the signals is made equal to the exact flight time, and the delay of the reaction time as the system is comprehensively corrected at one time based on the known distance.
1個のデジタル・プログラマブル・シグナル・ディレイ
・ゼネレータが、前記マイクロプロセッサの制御に基づ
いて飛行時間差の2信号のうち前にあるものを、更に時
間的に遅延するように変更して、2信号のうち後にある
ものに次第に接近させるとともに、前記マイクロプロセ
ッサが前記データ・フリップ・フロップの出力状態に基
づいて、前記飛行時間に最も近い遅延時間を判別して前
記飛行時間を代表するものとする請求項2記載の装置。3. At least one digital programmable signal delay generator in the time-of-flight processing unit further prior to the two signals of time-of-flight difference under control of the microprocessor, The delay time is changed so as to gradually approach the latter one of the two signals, and the microprocessor determines the delay time closest to the flight time based on the output state of the data flip-flop. 3. The device according to claim 2, wherein the device is discriminated to represent the flight time.
ジタル・プログラマブル・シグナル・ディレイ・ゼネレ
ータを設けて時間的に遅延するように変更して、その内
の1個が比較的大きな時間範囲において、遅延を区分し
て大まかに飛行時間の所在範囲をサーチするとともに、
この大まかな区分範囲内において、比較的細かく遅延を
区分して精密にアプローチすることで、測長精度を向上
させる請求項3記載の装置。4. The time-of-flight processing unit is modified to provide two digital programmable signal delay generators to delay in time, one of which is in a relatively large time range. , While roughly classifying the delay time and searching the range of flight time,
4. The apparatus according to claim 3, wherein the accuracy of length measurement is improved by relatively finely dividing the delay within this rough division range and making a precise approach.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19697692A JPH0666940A (en) | 1992-07-23 | 1992-07-23 | Laser length measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19697692A JPH0666940A (en) | 1992-07-23 | 1992-07-23 | Laser length measuring apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0666940A true JPH0666940A (en) | 1994-03-11 |
Family
ID=16366775
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19697692A Pending JPH0666940A (en) | 1992-07-23 | 1992-07-23 | Laser length measuring apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0666940A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010122222A (en) * | 2008-11-21 | 2010-06-03 | Sick Ag | Optoelectronic sensor and method for measuring distance in accordance with light transit time principle |
JP2011089986A (en) * | 2009-10-22 | 2011-05-06 | Sick Ag | Sensor and method for measuring distance or change in distance |
-
1992
- 1992-07-23 JP JP19697692A patent/JPH0666940A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010122222A (en) * | 2008-11-21 | 2010-06-03 | Sick Ag | Optoelectronic sensor and method for measuring distance in accordance with light transit time principle |
JP2011089986A (en) * | 2009-10-22 | 2011-05-06 | Sick Ag | Sensor and method for measuring distance or change in distance |
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