JPH09152482A - 距離測定装置 - Google Patents
距離測定装置Info
- Publication number
- JPH09152482A JPH09152482A JP7314028A JP31402895A JPH09152482A JP H09152482 A JPH09152482 A JP H09152482A JP 7314028 A JP7314028 A JP 7314028A JP 31402895 A JP31402895 A JP 31402895A JP H09152482 A JPH09152482 A JP H09152482A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- distance measuring
- time
- distance
- measuring device
- intensity modulation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Focusing (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 強度変調法では、高精度の距離測定を一度の
短時間測定で逐行する距離測定装置を提供し、パルス法
では、感度を可変として距離にかかわらず高精度の測定
を可能とする手段を提供する。 【解決手段】 光源４の強度変調の駆動周波数を一定時
間の間に略連続的に所定の範囲を変化するチャープ信号
１とし、変調されて障害物から反射した信号を受光部５
で受け、チャープ信号１で検波した出力信号はｃｏｓφ
となり、位相φは時間と共に変化し、その周波数は２ｑ
ｔm で与えらる。この出力信号ｃｏｓφの山の数をカウ
ントすればこれは２ｑｔm ｔ1 で与えられるから、障害
物での往復に要する時間ｔm ＝２Ｌ／ｃ、したがって障
害物までの距離Ｌを知ることができる。
短時間測定で逐行する距離測定装置を提供し、パルス法
では、感度を可変として距離にかかわらず高精度の測定
を可能とする手段を提供する。 【解決手段】 光源４の強度変調の駆動周波数を一定時
間の間に略連続的に所定の範囲を変化するチャープ信号
１とし、変調されて障害物から反射した信号を受光部５
で受け、チャープ信号１で検波した出力信号はｃｏｓφ
となり、位相φは時間と共に変化し、その周波数は２ｑ
ｔm で与えらる。この出力信号ｃｏｓφの山の数をカウ
ントすればこれは２ｑｔm ｔ1 で与えられるから、障害
物での往復に要する時間ｔm ＝２Ｌ／ｃ、したがって障
害物までの距離Ｌを知ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ビームを用いた
距離センサーあるいは３次元距離測定器等の距離測定装
置に関するものであり、特に、自動車の車間距離センサ
ーや自立走行車用レーザレンジファインダーあるいはカ
メラのオートフォーカスセンサー等の分野に関するもの
である。
距離センサーあるいは３次元距離測定器等の距離測定装
置に関するものであり、特に、自動車の車間距離センサ
ーや自立走行車用レーザレンジファインダーあるいはカ
メラのオートフォーカスセンサー等の分野に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】光ビームを用いた距離センサーでは、従
来強度変調法やパルス法等が用いられている。例えば、
井口征士「３次元形状計測の最近の動向」，計測と制
御，第３４巻，６号，１９９５，ｐｐ．４２９〜４３４
に詳しく述べられている。強度変調法は、特定の１つあ
るいは複数の周波数で光ビームに強度変調をかけ、対象
物までの往復の時間差に応じた位相ずれを検出し、距離
情報とするものである。
来強度変調法やパルス法等が用いられている。例えば、
井口征士「３次元形状計測の最近の動向」，計測と制
御，第３４巻，６号，１９９５，ｐｐ．４２９〜４３４
に詳しく述べられている。強度変調法は、特定の１つあ
るいは複数の周波数で光ビームに強度変調をかけ、対象
物までの往復の時間差に応じた位相ずれを検出し、距離
情報とするものである。
【０００３】例えば、１０ＭＨｚで強度変調をかけた場
合は、１０ＭＨｚに対応したみかけの波長は１５ｍ程度
（位相差２πに相当）となり、１５ｍ以内であれば測定
された位相差から一義的に距離が求められる。１５ｍを
超えた領域では一義的対応が成立しないため、１０ＭＨ
ｚの他に例えば１ＭＨｚ（みかけの波長：１５０ｍ）で
変調をかけて、両者から１５０ｍ以内ならば一義的に距
離が求められる。
合は、１０ＭＨｚに対応したみかけの波長は１５ｍ程度
（位相差２πに相当）となり、１５ｍ以内であれば測定
された位相差から一義的に距離が求められる。１５ｍを
超えた領域では一義的対応が成立しないため、１０ＭＨ
ｚの他に例えば１ＭＨｚ（みかけの波長：１５０ｍ）で
変調をかけて、両者から１５０ｍ以内ならば一義的に距
離が求められる。
【０００４】光パルス法は、例えば３０ｎｓ程度のパル
ス幅の高出力光パルスを障害物に照射し、送信パルス信
号と受信パルス信号との時間差を検出して距離を算出す
るものである。光パルス立ち上がり部を用いて比較する
と、受信光パルスの大きさが変化したときにその影響を
強く受けるので、例えば受信光パルスのピーク位置と送
信パルスのピーク位置とを比較して距離信号を得る。１
００ｍ程度の距離で０．５ｍ位の分解能で測定がなされ
る。
ス幅の高出力光パルスを障害物に照射し、送信パルス信
号と受信パルス信号との時間差を検出して距離を算出す
るものである。光パルス立ち上がり部を用いて比較する
と、受信光パルスの大きさが変化したときにその影響を
強く受けるので、例えば受信光パルスのピーク位置と送
信パルスのピーク位置とを比較して距離信号を得る。１
００ｍ程度の距離で０．５ｍ位の分解能で測定がなされ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】強度変調法で分解能を
上げるためには、強度変調の周波数をできるだけ高くす
る必要があるが、対応するみかけの波長が短くなり、一
義的に距離を特定できる領域が狭くなる。これを補うた
めには、２つ以上の強度変調周波数を選び、これらから
得られる複数の情報から正しい距離を算出する必要があ
り、複数の測定及び各周波数に対応した複数の電気回路
を必要とするという問題点があった。
上げるためには、強度変調の周波数をできるだけ高くす
る必要があるが、対応するみかけの波長が短くなり、一
義的に距離を特定できる領域が狭くなる。これを補うた
めには、２つ以上の強度変調周波数を選び、これらから
得られる複数の情報から正しい距離を算出する必要があ
り、複数の測定及び各周波数に対応した複数の電気回路
を必要とするという問題点があった。
【０００６】また、光パルス法では、感度は装置の最小
時間分解能で定められ、通常固定である。このため、近
距離での相対精度は低下する傾向になる。これは、車間
距離センサーの観点からみたときに、近距離では衝突の
危険性が増大することから、より高精度の測定が望まれ
るが、かえって精度が低下するという不具合があった。
時間分解能で定められ、通常固定である。このため、近
距離での相対精度は低下する傾向になる。これは、車間
距離センサーの観点からみたときに、近距離では衝突の
危険性が増大することから、より高精度の測定が望まれ
るが、かえって精度が低下するという不具合があった。
【０００７】本発明は、従来の強度変調法あるいはパル
ス法に見られる上述の不具合を軽減し、前者では、高精
度の距離測定を一度の短時間測定で逐行する距離測定装
置を提供し、後者では、感度を可変として距離にかかわ
らず高精度の測定を可能とする手段を提供することを目
的とする。
ス法に見られる上述の不具合を軽減し、前者では、高精
度の距離測定を一度の短時間測定で逐行する距離測定装
置を提供し、後者では、感度を可変として距離にかかわ
らず高精度の測定を可能とする手段を提供することを目
的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の第１の距離測定装置は、光ビームを用いた強度変調
法による距離測定装置において、光源の強度変調の駆動
周波数を一定時間の間に略連続的に所定の範囲を変化さ
せる駆動部と、１つ又は複数の受光部、検波回路及び信
号処理部を具備することを特徴とするものである。
明の第１の距離測定装置は、光ビームを用いた強度変調
法による距離測定装置において、光源の強度変調の駆動
周波数を一定時間の間に略連続的に所定の範囲を変化さ
せる駆動部と、１つ又は複数の受光部、検波回路及び信
号処理部を具備することを特徴とするものである。
【０００９】この場合、駆動部に直接ディジタル合成方
式周波数発生器を具備するようにしてもよく、また、信
号処理部に電気的分割回路を具備するようにしてもよ
い。
式周波数発生器を具備するようにしてもよく、また、信
号処理部に電気的分割回路を具備するようにしてもよ
い。
【００１０】また、光源の強度変調の駆動周波数を１Ｍ
Ｈｚ〜１ＧＨｚの範囲、あるいは、受光部側の電気的分
割数をＮとしたときに、１ＭＨｚ〜１ＧＨｚをＮで除し
た範囲とすることが好ましい。
Ｈｚ〜１ＧＨｚの範囲、あるいは、受光部側の電気的分
割数をＮとしたときに、１ＭＨｚ〜１ＧＨｚをＮで除し
た範囲とすることが好ましい。
【００１１】本発明の第２の距離測定装置は、光パルス
法による距離測定装置において、送光光パルスに同期し
て時間的に変化し、一方が他方に対し時間的に遅延して
変化するゲインを有する２つの受光部、及び、該遅延量
を可変にする手段を具備することを特徴とするものであ
る。
法による距離測定装置において、送光光パルスに同期し
て時間的に変化し、一方が他方に対し時間的に遅延して
変化するゲインを有する２つの受光部、及び、該遅延量
を可変にする手段を具備することを特徴とするものであ
る。
【００１２】以下に、本発明において上記の構成をとる
理由と作用を説明する。まず、第１の発明の強度変調法
に関して、本発明の特徴を説明する。図１（ａ）におい
て、時間的に周波数が線型的に変化する発振器２からの
信号１で、駆動回路３を介して光源４を強度変調する。
これはいわゆるチャープ信号１による強度変調である。
このチャープ信号１としては、例えば０．１ｍｓの間に
１ＭＨｚ〜１ＧＨｚの範囲で周波数を線型的に変化させ
る。このとき、１ＭＨｚの強度変調は１５０ｍのみかけ
の波長に相当し、１ＧＨｚの強度変調は０．１５ｍのみ
かけの波長に相当する。チャープ信号１を式で書けば、 ｆ（ｔ）＝ａ・ｓｉｎ（ω（ｔ）ｔ），ω（ｔ）＝２π（ｐ＋ｑｔ） となる。ただし、ｆ：チャープ信号、ａ：振幅、ω
（ｔ）周波数、ｔ：時間、ｐ，ｑ：定数であり、 ０≦ｔ≦ｔ1 となる。上記の数値例では、ｔ1 ＝０．１ｍｓ、ｐ＝１
ＭＨｚ、ｑ＝１０4 ＧＨｚとなる。
理由と作用を説明する。まず、第１の発明の強度変調法
に関して、本発明の特徴を説明する。図１（ａ）におい
て、時間的に周波数が線型的に変化する発振器２からの
信号１で、駆動回路３を介して光源４を強度変調する。
これはいわゆるチャープ信号１による強度変調である。
このチャープ信号１としては、例えば０．１ｍｓの間に
１ＭＨｚ〜１ＧＨｚの範囲で周波数を線型的に変化させ
る。このとき、１ＭＨｚの強度変調は１５０ｍのみかけ
の波長に相当し、１ＧＨｚの強度変調は０．１５ｍのみ
かけの波長に相当する。チャープ信号１を式で書けば、 ｆ（ｔ）＝ａ・ｓｉｎ（ω（ｔ）ｔ），ω（ｔ）＝２π（ｐ＋ｑｔ） となる。ただし、ｆ：チャープ信号、ａ：振幅、ω
（ｔ）周波数、ｔ：時間、ｐ，ｑ：定数であり、 ０≦ｔ≦ｔ1 となる。上記の数値例では、ｔ1 ＝０．１ｍｓ、ｐ＝１
ＭＨｚ、ｑ＝１０4 ＧＨｚとなる。
【００１３】受光素子５及びプリアンプ６を経て得られ
た信号電流を検波回路７で上記チャープ信号を参照波と
して検波すると、 ｇ（ｔ）＝ｆ（ｔ）×ｆ（ｔ−ｔm ），ｔm ＝２Ｌ／ｃ となる。ただし、Ｌ：障害物までの距離、ｃ：光速であ
る。これをローパスフィルター８を通し低周波成分を取
り出すと、 ｇ＝−（ａｂ／２）ｃｏｓ｛２π〔２ｑｔm ｔ＋ｔm （ｐ−ｑｔm ）〕｝ ＝ｄ・ｃｏｓφ φ＝２π〔２ｑｔm ｔ＋ｔm （ｐ−ｑｔm ）〕 となる。
た信号電流を検波回路７で上記チャープ信号を参照波と
して検波すると、 ｇ（ｔ）＝ｆ（ｔ）×ｆ（ｔ−ｔm ），ｔm ＝２Ｌ／ｃ となる。ただし、Ｌ：障害物までの距離、ｃ：光速であ
る。これをローパスフィルター８を通し低周波成分を取
り出すと、 ｇ＝−（ａｂ／２）ｃｏｓ｛２π〔２ｑｔm ｔ＋ｔm （ｐ−ｑｔm ）〕｝ ＝ｄ・ｃｏｓφ φ＝２π〔２ｑｔm ｔ＋ｔm （ｐ−ｑｔm ）〕 となる。
【００１４】言い換えると、出力信号としてｃｏｓφを
得る。位相φは時間と共に変化し、その周波数は２ｑｔ
m で与えられ、時間ｔ1 の間に２ｑｔm ｔ1 ×２πだけ
位相が変化する。簡単のため、０．１ｍｓの間に１ＭＨ
ｚ〜１００ＭＨｚの範囲で周波数をチャープし、１０ｍ
先の障害物あるいはターゲットに当たった光を検出する
と仮定したときのｃｏｓφの変化を図示すれば、図１
（ｂ）のようになる。横軸は時間で、チャープ信号は
０．１ｍｓの間だけ持続しているとしている。この山の
数をカウントすればこれは２ｑｔm ｔ1 で与えられるか
ら、障害物での往復に要する時間ｔm ＝２Ｌ／ｃ、した
がって障害物までの距離Ｌを知ることができる。
得る。位相φは時間と共に変化し、その周波数は２ｑｔ
m で与えられ、時間ｔ1 の間に２ｑｔm ｔ1 ×２πだけ
位相が変化する。簡単のため、０．１ｍｓの間に１ＭＨ
ｚ〜１００ＭＨｚの範囲で周波数をチャープし、１０ｍ
先の障害物あるいはターゲットに当たった光を検出する
と仮定したときのｃｏｓφの変化を図示すれば、図１
（ｂ）のようになる。横軸は時間で、チャープ信号は
０．１ｍｓの間だけ持続しているとしている。この山の
数をカウントすればこれは２ｑｔm ｔ1 で与えられるか
ら、障害物での往復に要する時間ｔm ＝２Ｌ／ｃ、した
がって障害物までの距離Ｌを知ることができる。
【００１５】図２を参照にして、第２のパルス法に関し
て、本発明の特徴を説明する。図２において、１０は受
光部に入射する光パルス信号で、横軸は時間、縦軸は相
対強度（任意スケール）を表す。１２、１３は２つの受
光素子のそれぞれのゲインあるいは感度の時間的変化を
表す。１２、１３は同じ形状だが、時間軸上で相互にシ
フトしている。光パルス信号１０をＡ・ｅｘｐ｛−
〔（ｔ−ｔm ）／ｔ0 〕2｝、Ａ，ｔm ，ｔ0 ：定数と
し、１２、１３をそれぞれＢ・ｅｘｐ〔−（ｔ／ｔ1 ）
2 〕、Ｂ・ｅｘｐ｛−〔（ｔ−ｔs ）／ｔ1 〕2 ｝、
Ｂ，ｔ1 ，ｔs ：定数と表し、次の量を求める。
て、本発明の特徴を説明する。図２において、１０は受
光部に入射する光パルス信号で、横軸は時間、縦軸は相
対強度（任意スケール）を表す。１２、１３は２つの受
光素子のそれぞれのゲインあるいは感度の時間的変化を
表す。１２、１３は同じ形状だが、時間軸上で相互にシ
フトしている。光パルス信号１０をＡ・ｅｘｐ｛−
〔（ｔ−ｔm ）／ｔ0 〕2｝、Ａ，ｔm ，ｔ0 ：定数と
し、１２、１３をそれぞれＢ・ｅｘｐ〔−（ｔ／ｔ1 ）
2 〕、Ｂ・ｅｘｐ｛−〔（ｔ−ｔs ）／ｔ1 〕2 ｝、
Ｂ，ｔ1 ，ｔs ：定数と表し、次の量を求める。
【００１６】Ｈ＝Ｌｏｇ（Ｆ／Ｇ） ただし、Ｆ＝∫Ｂ・ｅｘｐ〔−（ｔ／ｔ1 ）2 〕×Ａ・
ｅｘｐ｛−〔（ｔ−ｔm ）／ｔ0 〕2 ｝ｄｔ Ｇ＝∫Ｂ・ｅｘｐ｛−〔（ｔ−ｔs ）／ｔ1 〕2 ｝×Ａ
・ｅｘｐ｛−〔（ｔ−ｔm ）／ｔ0 〕2 ｝ｄｔ ここに、Ｆ、Ｇは２つの受光素子それぞれに流れる信号
電流の総和に対応する。関数Ｈの計算例を図３に示す
（横軸は時間ｔm 、縦軸は信号電圧；縦軸、横軸共任意
スケール）。関数Ｈの定義から、光パルス信号の振幅の
影響が軽減されることが分かる。また、図３から、関数
Ｈは距離の変化（すなわち、ｔm の変化）と共に線型的
に変化することが分かる。したがって、予め計算してあ
る図３のようなグラフを参照にして、実測された関数Ｈ
の値から、光パルス信号１０の中心位置ｔm が求まる。
ｅｘｐ｛−〔（ｔ−ｔm ）／ｔ0 〕2 ｝ｄｔ Ｇ＝∫Ｂ・ｅｘｐ｛−〔（ｔ−ｔs ）／ｔ1 〕2 ｝×Ａ
・ｅｘｐ｛−〔（ｔ−ｔm ）／ｔ0 〕2 ｝ｄｔ ここに、Ｆ、Ｇは２つの受光素子それぞれに流れる信号
電流の総和に対応する。関数Ｈの計算例を図３に示す
（横軸は時間ｔm 、縦軸は信号電圧；縦軸、横軸共任意
スケール）。関数Ｈの定義から、光パルス信号の振幅の
影響が軽減されることが分かる。また、図３から、関数
Ｈは距離の変化（すなわち、ｔm の変化）と共に線型的
に変化することが分かる。したがって、予め計算してあ
る図３のようなグラフを参照にして、実測された関数Ｈ
の値から、光パルス信号１０の中心位置ｔm が求まる。
【００１７】ところで、関数Ｈの直線の勾配は、パラメ
ータｔ0 ，ｔ1 ，ｔs により変化する。言い換えると、
距離センサーの感度をパラメータｔ0 ，ｔ1 ，ｔs の値
を選ぶことにより変化させることが可能である。
ータｔ0 ，ｔ1 ，ｔs により変化する。言い換えると、
距離センサーの感度をパラメータｔ0 ，ｔ1 ，ｔs の値
を選ぶことにより変化させることが可能である。
【００１８】本発明の上記パルス法の特徴は、受信され
た光パルスが時間的に相互にシフトした２つのゲイン曲
線で挟み、パラメータｔ0 ，ｔ1 ，ｔs を最適に選ぶこ
とにより、障害物までの往復に要する時間ｔm が小さい
近距離でも相対精度を低下させないようにしたことにあ
る。
た光パルスが時間的に相互にシフトした２つのゲイン曲
線で挟み、パラメータｔ0 ，ｔ1 ，ｔs を最適に選ぶこ
とにより、障害物までの往復に要する時間ｔm が小さい
近距離でも相対精度を低下させないようにしたことにあ
る。
【００１９】なお、そのためには、ゲイン曲線Ｂ・ｅｘ
ｐ〔−（ｔ／ｔ1 ）2 〕の勾配の変化が最も急峻な所は
時間による２次微分が０となるｔ＝ｔ1 ／２1/2 の所で
あるが、この時間が光パルスを受信する時間ｔm 及び他
方のゲイン曲線Ｂ・ｅｘｐ｛−〔（ｔ−ｔs ）／ｔ1 〕
2 ｝との交点Ｇと一致することが望ましい。また、光パ
ルスの幅ｔ0 はゲイン曲線の幅ｔ1 とは独立に選ばれる
が、ｔ0 ≦ｔ1 とするのが好ましい。
ｐ〔−（ｔ／ｔ1 ）2 〕の勾配の変化が最も急峻な所は
時間による２次微分が０となるｔ＝ｔ1 ／２1/2 の所で
あるが、この時間が光パルスを受信する時間ｔm 及び他
方のゲイン曲線Ｂ・ｅｘｐ｛−〔（ｔ−ｔs ）／ｔ1 〕
2 ｝との交点Ｇと一致することが望ましい。また、光パ
ルスの幅ｔ0 はゲイン曲線の幅ｔ1 とは独立に選ばれる
が、ｔ0 ≦ｔ1 とするのが好ましい。
【００２０】このようにすると、受信された光パルス１
０が２つのゲイン曲線１２、１３の交点Ｇ付近の最も感
度が高い部分で処理され、障害物までの往復に要する時
間ｔm が小さい近距離では短い光パルス幅やゲイン曲線
幅が選ばれ、相対感度が近距離になっても低下しないこ
とになる。
０が２つのゲイン曲線１２、１３の交点Ｇ付近の最も感
度が高い部分で処理され、障害物までの往復に要する時
間ｔm が小さい近距離では短い光パルス幅やゲイン曲線
幅が選ばれ、相対感度が近距離になっても低下しないこ
とになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の距離測定装置のい
くつかの実施例について説明する。図４に強度変調法の
第１の実施例の構成を示す。図中、４０は周波数設定
部、４１、４２はＤｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙ
ｎｔｈｅｓｉｚｅｒ（直接ディジタル合成方式周波数発
生器：それぞれ、ＤＤＳ、ＤＤＳと略記）、４３は
電気的分割回路、４４は光源駆動部、４５は光源、５０
は受光素子、５１はプリアンプ、５２は乗算器、５３は
ローパスフィルター、５４は対数アンプ、５５は波形成
形回路、５６はカウンター、５７は表示器、５８はＣＰ
Ｕを表す。
くつかの実施例について説明する。図４に強度変調法の
第１の実施例の構成を示す。図中、４０は周波数設定
部、４１、４２はＤｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙ
ｎｔｈｅｓｉｚｅｒ（直接ディジタル合成方式周波数発
生器：それぞれ、ＤＤＳ、ＤＤＳと略記）、４３は
電気的分割回路、４４は光源駆動部、４５は光源、５０
は受光素子、５１はプリアンプ、５２は乗算器、５３は
ローパスフィルター、５４は対数アンプ、５５は波形成
形回路、５６はカウンター、５７は表示器、５８はＣＰ
Ｕを表す。
【００２２】次に、図４の動作の説明をする。周波数設
定部４０は、ＤＤＳ４１、ＤＤＳ４２で生成される
周波数を規定する。ＤＤＳ４１は、例えばｓｉｎ波を
生成し、ＤＤＳ４２はｃｏｓ波を生成するように、そ
れぞれの１波長分の振幅が記憶されている。周波数設定
部４０から供給されるアドレス増加分により、記憶され
た振幅成分の読み出し速度が変化し、周波数が設定され
る。両者の周波数は同じである。電気的分割回路４３
は、ＤＤＳ４１、ＤＤＳ４２から供給された２相信
号を用いて内挿する回路で、例えば図５に示した抵抗分
割方式（８分割の例）を採用する。図５において、６０
は２相信号生成器、６１、６２はバッファー・アンプ、
６３はインバーターを示す。８分割の場合は、抵抗Ｒで
分割して０〜πの間でＶ1 〜Ｖ5 のπ／４ずつ位相のず
れた正弦波を生成し、結局位相の８分割が達成される。
これにより周波数は８倍まで逓倍できる。
定部４０は、ＤＤＳ４１、ＤＤＳ４２で生成される
周波数を規定する。ＤＤＳ４１は、例えばｓｉｎ波を
生成し、ＤＤＳ４２はｃｏｓ波を生成するように、そ
れぞれの１波長分の振幅が記憶されている。周波数設定
部４０から供給されるアドレス増加分により、記憶され
た振幅成分の読み出し速度が変化し、周波数が設定され
る。両者の周波数は同じである。電気的分割回路４３
は、ＤＤＳ４１、ＤＤＳ４２から供給された２相信
号を用いて内挿する回路で、例えば図５に示した抵抗分
割方式（８分割の例）を採用する。図５において、６０
は２相信号生成器、６１、６２はバッファー・アンプ、
６３はインバーターを示す。８分割の場合は、抵抗Ｒで
分割して０〜πの間でＶ1 〜Ｖ5 のπ／４ずつ位相のず
れた正弦波を生成し、結局位相の８分割が達成される。
これにより周波数は８倍まで逓倍できる。
【００２３】周波数設定部４０からＤＤＳ４１、ＤＤ
Ｓ４２に供給する増分値を変化させることにより、例
えば０．１ｍｓに１２５ｋＭｚ〜２５ＭＨｚまでスイー
プした２相周波数をＤＤＳ４１、ＤＤＳ４２から得
ることが可能である。これを例えば８分割し、適当な波
形成形回路と組み合わせることにより、１ＭＨｚ〜２０
０ＭＨｚのチャープ波を得ることができる。分割を４０
とすれば、１ＧＨｚまでのチャープ波も可能である。
Ｓ４２に供給する増分値を変化させることにより、例
えば０．１ｍｓに１２５ｋＭｚ〜２５ＭＨｚまでスイー
プした２相周波数をＤＤＳ４１、ＤＤＳ４２から得
ることが可能である。これを例えば８分割し、適当な波
形成形回路と組み合わせることにより、１ＭＨｚ〜２０
０ＭＨｚのチャープ波を得ることができる。分割を４０
とすれば、１ＧＨｚまでのチャープ波も可能である。
【００２４】このようにして得たチャープ波を光源駆動
部４４に供給し、光源４５の強度変調を行う。障害物か
らの散乱された信号光は受光素子５０で検出され、プリ
アンプ５１を介して乗算器５２において上記のチャープ
波による検波が行われる。ローパスフィルター５３、対
数アンプ５４を介して低周波成分を抽出すれば、距離情
報を担った位相信号ｃｏｓφが得られる。そして、この
信号ｃｏｓφの山の数を波形成形回路５５を介してカウ
ンター５６でカウントすることにより、障害物まで往復
するに要する時間を知ることができる。この結果を表示
器５７に表示すると共に、その結果に基づいて所定の処
理をＣＰＵ５８で行う。
部４４に供給し、光源４５の強度変調を行う。障害物か
らの散乱された信号光は受光素子５０で検出され、プリ
アンプ５１を介して乗算器５２において上記のチャープ
波による検波が行われる。ローパスフィルター５３、対
数アンプ５４を介して低周波成分を抽出すれば、距離情
報を担った位相信号ｃｏｓφが得られる。そして、この
信号ｃｏｓφの山の数を波形成形回路５５を介してカウ
ンター５６でカウントすることにより、障害物まで往復
するに要する時間を知ることができる。この結果を表示
器５７に表示すると共に、その結果に基づいて所定の処
理をＣＰＵ５８で行う。
【００２５】本実施例の特徴は、光源４５からの光ビー
ムの強度を直接変調しているため、受光される信号光の
ＳＮが高いことにある。
ムの強度を直接変調しているため、受光される信号光の
ＳＮが高いことにある。
【００２６】なお、光源駆動部４４は、図６に示したよ
うに、光源４５を直接変調する代わりに、その光源４５
からの光出力を増幅あるいは減衰させる光変調部６０を
駆動させる形式をとることもできる。
うに、光源４５を直接変調する代わりに、その光源４５
からの光出力を増幅あるいは減衰させる光変調部６０を
駆動させる形式をとることもできる。
【００２７】図７に強度変調法の第２の実施例の構成を
示す。第１の実施例と異なっている部分を主に説明す
る。この実施例では２つの受光部７０、７１が設けら
れ、各々に検波回路７２、７３が設けられ、それぞれが
ＤＤＳ４１、ＤＤＳ４２からの参照信号で検波され
る。その後に電気的分割回路７４が設けられている。
示す。第１の実施例と異なっている部分を主に説明す
る。この実施例では２つの受光部７０、７１が設けら
れ、各々に検波回路７２、７３が設けられ、それぞれが
ＤＤＳ４１、ＤＤＳ４２からの参照信号で検波され
る。その後に電気的分割回路７４が設けられている。
【００２８】動作としては、第１の実施例のように光源
の駆動側で電気的分割を行うか、この実施例においては
受信側で行うかの相違があるが、同じくチャープ波の周
波数を逓倍する役割を果たす。
の駆動側で電気的分割を行うか、この実施例においては
受信側で行うかの相違があるが、同じくチャープ波の周
波数を逓倍する役割を果たす。
【００２９】本実施例の特徴は、電気的分割回路７４が
受信側に設けられているため、光源４５の駆動周波数が
低くてすみ、駆動部４４、光源４５への制約が軽減され
ることにある。具体的には、第１の実施例では、１ＭＨ
ｚ〜１ＧＨｚのチャープ波で駆動するのが望ましいが、
これと比較して、本実施例では、受信側で電気的分割を
行っているため、その分割数をＮとすれば、１ＭＨｚ〜
１ＧＨｚの範囲をＮで除した範囲のチャープ波で駆動す
ればよいことになる。
受信側に設けられているため、光源４５の駆動周波数が
低くてすみ、駆動部４４、光源４５への制約が軽減され
ることにある。具体的には、第１の実施例では、１ＭＨ
ｚ〜１ＧＨｚのチャープ波で駆動するのが望ましいが、
これと比較して、本実施例では、受信側で電気的分割を
行っているため、その分割数をＮとすれば、１ＭＨｚ〜
１ＧＨｚの範囲をＮで除した範囲のチャープ波で駆動す
ればよいことになる。
【００３０】図８にパルス法での本発明の実施例の構成
を示す。図中、１１０、１１４はレンズ、１１１は光
源、１１２は駆動部、１１３は制御部、１３５は半透
鏡、１１５、１１８は受光素子、１１６、１１９はゲイ
ン可変形プリアンプ、１２１、１２３は積分器、１２
２、１２４は対数アンプ、１２５は差分回路、１２６は
出力端子を表す。その出力端子１２６の出力の一部は導
線１３０により制御部１１３に帰還されている。
を示す。図中、１１０、１１４はレンズ、１１１は光
源、１１２は駆動部、１１３は制御部、１３５は半透
鏡、１１５、１１８は受光素子、１１６、１１９はゲイ
ン可変形プリアンプ、１２１、１２３は積分器、１２
２、１２４は対数アンプ、１２５は差分回路、１２６は
出力端子を表す。その出力端子１２６の出力の一部は導
線１３０により制御部１１３に帰還されている。
【００３１】次に、図８の動作を説明する。光源１１１
は、駆動部１１２により駆動制御され、光パルスを放出
し、レンズ１１０によりコリメートされ、不図示の障害
物を照射する。制御部１１３は、駆動部１１２、ゲイン
可変形プリアンプ１１６、１１９への３種類の駆動信
号、及び、積分器１２１、１２３への不図示のリセット
信号を出力する。駆動部１１２に供給される矩形パルス
の立ち上がり位置と幅は、上記の光パルスの立ち上がり
位置と幅を規定する。ゲイン可変形プリアンプ１１６、
１１９へ供給される信号は、そのゲイン可変プリアンプ
１１６、１１９のそれぞれの感度の時間的経過（幅
ｔ1 、遅延時間ｔs1，ｔs2）を規定する。図２は、ｔs1
＝０，ｔs2＝ｔs の場合に相当する。両者の間には遅延
時間ｔs ＝ｔs1−ｔs2が設けられており、その遅延時間
ｔs は最初の粗い測定では十分大きな値が選ばれるが、
２回目以降のより精度の高い測定では、受信された光パ
ルスの受信時間ｔm が両者の間に挟まれるように選択さ
れる。積分器１２１、１２３、対数アンプ１２２、１２
４、差分回路１２５を経て、図３に示した出力信号が出
力端子１２６に得られる。出力信号の一部は制御部１１
３に戻され、次の測定を実行する際のパラメータを制御
するのに用いられる。この制御は、図２に示したよう
に、受信された光パルスが２つのゲイン曲線の交点Ｇ付
近にくるように、遅延時間ｔs1，ｔs2あるいはｔs ＝ｔ
s1−ｔs2が選ばれる。さらに、幅ｔ1 は障害物までの距
離が短い程小さく選ばれる。
は、駆動部１１２により駆動制御され、光パルスを放出
し、レンズ１１０によりコリメートされ、不図示の障害
物を照射する。制御部１１３は、駆動部１１２、ゲイン
可変形プリアンプ１１６、１１９への３種類の駆動信
号、及び、積分器１２１、１２３への不図示のリセット
信号を出力する。駆動部１１２に供給される矩形パルス
の立ち上がり位置と幅は、上記の光パルスの立ち上がり
位置と幅を規定する。ゲイン可変形プリアンプ１１６、
１１９へ供給される信号は、そのゲイン可変プリアンプ
１１６、１１９のそれぞれの感度の時間的経過（幅
ｔ1 、遅延時間ｔs1，ｔs2）を規定する。図２は、ｔs1
＝０，ｔs2＝ｔs の場合に相当する。両者の間には遅延
時間ｔs ＝ｔs1−ｔs2が設けられており、その遅延時間
ｔs は最初の粗い測定では十分大きな値が選ばれるが、
２回目以降のより精度の高い測定では、受信された光パ
ルスの受信時間ｔm が両者の間に挟まれるように選択さ
れる。積分器１２１、１２３、対数アンプ１２２、１２
４、差分回路１２５を経て、図３に示した出力信号が出
力端子１２６に得られる。出力信号の一部は制御部１１
３に戻され、次の測定を実行する際のパラメータを制御
するのに用いられる。この制御は、図２に示したよう
に、受信された光パルスが２つのゲイン曲線の交点Ｇ付
近にくるように、遅延時間ｔs1，ｔs2あるいはｔs ＝ｔ
s1−ｔs2が選ばれる。さらに、幅ｔ1 は障害物までの距
離が短い程小さく選ばれる。
【００３２】具体的には、障害物までの往復に要する時
間をｔm ＝２Ｌ／ｃとすれば、ｔm＝ｔs ／２＝ｔ1 ／
２1/2 となるように選ばれる。この関係は、２つのゲイ
ン曲線の交点Ｇの時間がｔm となり、この交点Ｇがゲイ
ン曲線の勾配の変化が最も急峻となる位置に合致すると
いう前記の考え方から誘導される。
間をｔm ＝２Ｌ／ｃとすれば、ｔm＝ｔs ／２＝ｔ1 ／
２1/2 となるように選ばれる。この関係は、２つのゲイ
ン曲線の交点Ｇの時間がｔm となり、この交点Ｇがゲイ
ン曲線の勾配の変化が最も急峻となる位置に合致すると
いう前記の考え方から誘導される。
【００３３】本実施例の特徴は、受信された光パルスが
２つのゲイン曲線の交点Ｇ付近の最も感度が高い部分で
処理され、障害物までの往復に要する時間ｔm が小さい
近距離では、短い光パルス幅やゲイン曲線幅及び遅延時
間が選ばれ、相対感度が近距離になっても低下しないこ
とにある。
２つのゲイン曲線の交点Ｇ付近の最も感度が高い部分で
処理され、障害物までの往復に要する時間ｔm が小さい
近距離では、短い光パルス幅やゲイン曲線幅及び遅延時
間が選ばれ、相対感度が近距離になっても低下しないこ
とにある。
【００３４】本実施例では、ゲイン曲線としてガウス曲
線のタイプのものを採用したが、その他の曲線であって
も、同様の考え方が可能である。
線のタイプのものを採用したが、その他の曲線であって
も、同様の考え方が可能である。
【００３５】以上、本発明の距離測定装置をいくつかの
実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施
例に限定されず種々の変形が可能である。
実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施
例に限定されず種々の変形が可能である。
【００３６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の距離測定装置によれば、従来の強度変調法における距
離を特定できる領域が狭いと言う不具合、また、光パル
ス法における近距離ではかえって精度が低下するという
不具合を軽減し、前者では、高精度の距離測定を一度の
短時間測定で一義的に遂行することを可能とし、後者で
は、受信光パルスの受信感度を可変として、距離にかか
わらず高精度の測定を可能とする効果を有する。
の距離測定装置によれば、従来の強度変調法における距
離を特定できる領域が狭いと言う不具合、また、光パル
ス法における近距離ではかえって精度が低下するという
不具合を軽減し、前者では、高精度の距離測定を一度の
短時間測定で一義的に遂行することを可能とし、後者で
は、受信光パルスの受信感度を可変として、距離にかか
わらず高精度の測定を可能とする効果を有する。
【図１】本発明における強度変調法の距離測定の原理を
説明するための図である。
説明するための図である。
【図２】本発明におけるパルス法の距離測定の原理を説
明するための図である。
明するための図である。
【図３】本発明のパルス法における出力信号の１例を示
す図である。
す図である。
【図４】強度変調法の第１の実施例の構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図５】図４の構成において用いる電気的分割回路の例
を示す図である。
を示す図である。
【図６】他の光変調方式を説明するための図である。
【図７】強度変調法の第２の実施例の構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図８】パルス法の実施例の構成を示すブロック図であ
る。
る。
【符号の説明】 １…チャープ信号 ２…発振器 ３…駆動回路 ４…光源 ５…受光素子 ６…プリアンプ ７…検波回路 ８…ローパスフィルター １０…受光部に入射する光パルス信号 １２、１３…受光素子のゲイン ４０…周波数設定部 ４１、４２…直接ディジタル合成方式周波数発生器：Ｄ
ＤＳ、ＤＤＳ ４３…電気的分割回路 ４４…光源駆動部 ４５…光源 ５０…受光素子 ５１…プリアンプ ５２…乗算器 ５３…ローパスフィルター ５４…対数アンプ ５５…波形成形回路 ５６はカウンター ５７…表示器 ５８…ＣＰＵ ６０…２相信号生成器 ６１、６２…バッファー・アンプ ６３…インバーター ６４…光変調部 ７０、７１…受光部 ７２、７３…検波回路 ７４…電気的分割回路 １１０、１１４…レンズ １１１…光源 １１２…駆動部 １１３…制御部 １１５、１１８…受光素子 １１６、１１９…ゲイン可変形プリアンプ １２１、１２３…積分器 １２２、１２４…対数アンプ １２５…差分回路 １２６…出力端子 １３０…導線 １３５…半透鏡
ＤＳ、ＤＤＳ ４３…電気的分割回路 ４４…光源駆動部 ４５…光源 ５０…受光素子 ５１…プリアンプ ５２…乗算器 ５３…ローパスフィルター ５４…対数アンプ ５５…波形成形回路 ５６はカウンター ５７…表示器 ５８…ＣＰＵ ６０…２相信号生成器 ６１、６２…バッファー・アンプ ６３…インバーター ６４…光変調部 ７０、７１…受光部 ７２、７３…検波回路 ７４…電気的分割回路 １１０、１１４…レンズ １１１…光源 １１２…駆動部 １１３…制御部 １１５、１１８…受光素子 １１６、１１９…ゲイン可変形プリアンプ １２１、１２３…積分器 １２２、１２４…対数アンプ １２５…差分回路 １２６…出力端子 １３０…導線 １３５…半透鏡
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｓ 7/48 Ｇ０１Ｓ 7/48 Ｚ Ｇ０２Ｂ 7/32 Ｇ０２Ｂ 7/11 Ｂ Ｇ０３Ｂ 13/36 Ｇ０３Ｂ 3/00 Ａ
Claims (5)
- 【請求項１】 光ビームを用いた強度変調法による距離
測定装置において、光源の強度変調の駆動周波数を一定
時間の間に略連続的に所定の範囲を変化させる駆動部
と、１つ又は複数の受光部、検波回路及び信号処理部を
具備することを特徴とする距離測定装置。 - 【請求項２】 前記駆動部に、直接ディジタル合成方式
周波数発生器を具備することを特徴とする請求項１記載
の距離測定装置。 - 【請求項３】 前記信号処理部に、電気的分割回路を具
備することを特徴とする請求項１又は２記載の距離測定
装置。 - 【請求項４】 光源の強度変調の駆動周波数を１ＭＨｚ
〜１ＧＨｚの範囲、あるいは、受光部側の電気的分割数
をＮとしたときに、１ＭＨｚ〜１ＧＨｚをＮで除した範
囲とすることを特徴とする請求項１から３の何れか１項
記載の距離測定装置。 - 【請求項５】 光パルス法による距離測定装置におい
て、送光光パルスに同期して時間的に変化し、一方が他
方に対し時間的に遅延して変化するゲインを有する２つ
の受光部、及び、該遅延量を可変にする手段を具備する
ことを特徴とする距離測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7314028A JPH09152482A (ja) | 1995-12-01 | 1995-12-01 | 距離測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7314028A JPH09152482A (ja) | 1995-12-01 | 1995-12-01 | 距離測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09152482A true JPH09152482A (ja) | 1997-06-10 |
Family
ID=18048349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7314028A Pending JPH09152482A (ja) | 1995-12-01 | 1995-12-01 | 距離測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09152482A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006518037A (ja) * | 2003-02-19 | 2006-08-03 | ライカ ジオシステムズ アクチェンゲゼルシャフト | 測地距離データを得る方法及び装置 |
| WO2017122637A1 (ja) * | 2016-01-12 | 2017-07-20 | 京セラ株式会社 | 測距装置および測距方法 |
| WO2022209008A1 (ja) * | 2021-03-29 | 2022-10-06 | 株式会社Xtia | 光コム発生装置 |
-
1995
- 1995-12-01 JP JP7314028A patent/JPH09152482A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006518037A (ja) * | 2003-02-19 | 2006-08-03 | ライカ ジオシステムズ アクチェンゲゼルシャフト | 測地距離データを得る方法及び装置 |
| US7982859B2 (en) | 2003-02-19 | 2011-07-19 | Leica Geosystems Ag | Method and device for deriving geodetic distance data |
| WO2017122637A1 (ja) * | 2016-01-12 | 2017-07-20 | 京セラ株式会社 | 測距装置および測距方法 |
| WO2022209008A1 (ja) * | 2021-03-29 | 2022-10-06 | 株式会社Xtia | 光コム発生装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3622969B2 (ja) | 距離、速度、加速度を測定することができるレーザ・センサ | |
| US5082364A (en) | Rf modulated optical beam distance measuring system and method | |
| CA1084148A (en) | Electro-optical ranging system for distance measurements to moving targets | |
| US5148233A (en) | Optical attenuator and optical power meter calibration systems with optical-pulse conversion and averaging | |
| EP0790484B1 (en) | Horizontal position error correction mechanism for electronic level | |
| US5745226A (en) | Passive optical velocity measurement device and method | |
| US7982859B2 (en) | Method and device for deriving geodetic distance data | |
| JPS6039518A (ja) | 干渉計システム | |
| CA2337026A1 (en) | Laser displacement measurement system | |
| FR2579766A1 (fr) | Procede et appareil de mesure de distance avec un faisceau laser | |
| JP3583906B2 (ja) | 光学式距離計 | |
| JPH09152482A (ja) | 距離測定装置 | |
| US5247342A (en) | Light wavelength measuring apparatus including an interference spectroscopic section having a movable portion | |
| EP0434191A2 (en) | Electro-optical ranging systems | |
| JP2853350B2 (ja) | レーザ測距装置 | |
| JP3236941B2 (ja) | 光波距離計における測距方法 | |
| WO1989006781A1 (en) | A method and apparatus for measuring optical distances | |
| RU2155322C1 (ru) | Оптический дальномер | |
| JPS5866881A (ja) | 光波測量機 | |
| EP0307451A1 (en) | DEVICE AND METHOD FOR LOCATING THE DIRECTION OF AN ATOMIC JET. | |
| JPH0648190B2 (ja) | 光学式変位測定装置 | |
| JP3118731B2 (ja) | 光波距離計による測距方法 | |
| JP2903220B2 (ja) | 光波距離計における測距方法 | |
| JP3312666B2 (ja) | レーザ測距装置用信号処理回路 | |
| CN118244292A (zh) | 具有改进的处理的频率调制的连续波激光雷达 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040513 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040519 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040929 |