JPH09274082A - 測距方法及び測距装置 - Google Patents
測距方法及び測距装置Info
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- JPH09274082A JPH09274082A JP8083420A JP8342096A JPH09274082A JP H09274082 A JPH09274082 A JP H09274082A JP 8083420 A JP8083420 A JP 8083420A JP 8342096 A JP8342096 A JP 8342096A JP H09274082 A JPH09274082 A JP H09274082A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＣＷ変調方式の測距においてより少ない発光
パワーで測距できるようにする。 【解決手段】 発光パルスをＰＮ符号（バーカーコード
等）を使ってコード化し、受信部においてそのコードに
よってパルス圧縮を行い、パルス振幅を伸長する事によ
り信号成分比率を高める。
パワーで測距できるようにする。 【解決手段】 発光パルスをＰＮ符号（バーカーコード
等）を使ってコード化し、受信部においてそのコードに
よってパルス圧縮を行い、パルス振幅を伸長する事によ
り信号成分比率を高める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自ら光を発生して
対象物からの反射光を利用するアクティブタイプの光学
測距装置に関し、特にＣＷ（連続）変調光を使用して反
射光信号の位相ずれ量から距離を計測する測距方法及び
測距装置に関する。
対象物からの反射光を利用するアクティブタイプの光学
測距装置に関し、特にＣＷ（連続）変調光を使用して反
射光信号の位相ずれ量から距離を計測する測距方法及び
測距装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の光を使った測距技術としては、パ
ルスレーザ光を使用して目標までのパルス光の往復時間
を検出して測距する方式と、連続（ＣＷ）変調光を使用
して、放射光と反射光の位相ずれ量から距離を検出する
方式の２つに大別される。
ルスレーザ光を使用して目標までのパルス光の往復時間
を検出して測距する方式と、連続（ＣＷ）変調光を使用
して、放射光と反射光の位相ずれ量から距離を検出する
方式の２つに大別される。
【０００３】前者は、比較的長い距離を計測する場合に
使用され、後者は比較的短い距離をより正確に計測する
場合に使用され、通常光波測距儀と呼ばれるものが含ま
れる。本発明は後者の分類にはいるため、ここでは後者
の技術について述べる。
使用され、後者は比較的短い距離をより正確に計測する
場合に使用され、通常光波測距儀と呼ばれるものが含ま
れる。本発明は後者の分類にはいるため、ここでは後者
の技術について述べる。
【０００４】図４は、従来のＣＷ（連続）変調方式の測
距の構成を示すブロック図であり、全体構成は、連続変
調光を出す送信系と反射光を受ける受信系、位相差検出
系及び信号処理部からなる。
距の構成を示すブロック図であり、全体構成は、連続変
調光を出す送信系と反射光を受ける受信系、位相差検出
系及び信号処理部からなる。
【０００５】送信系は、交流の基本周波数信号を発生す
る基本周波数発振部１、ドライバ３及び発光部４から構
成される。また、受信系は、反射光を受ける受光部５、
ＡＣ結合１５及び増幅器１０からなる。
る基本周波数発振部１、ドライバ３及び発光部４から構
成される。また、受信系は、反射光を受ける受光部５、
ＡＣ結合１５及び増幅器１０からなる。
【０００６】位相差検出系は、前記基本周波数と僅かに
周波数が異なるビートダウン周波数を発生するビートダ
ウン用発振部８、混合器９，１０を有し、前記基本周波
数信号と受信信号を混合しローパスフィルタ１１，１２
を介して低周波信号とし、各出力の位相ずれを検出する
位相差検出部１３からなる。
周波数が異なるビートダウン周波数を発生するビートダ
ウン用発振部８、混合器９，１０を有し、前記基本周波
数信号と受信信号を混合しローパスフィルタ１１，１２
を介して低周波信号とし、各出力の位相ずれを検出する
位相差検出部１３からなる。
【０００７】そして、信号処理部１４は得られた位相差
信号から目標までの距離を計算する。
信号から目標までの距離を計算する。
【０００８】ＣＷ変調方式を使った測距はリフレクタを
使用しない場合距離数十ｍ以下で使用する。その理由
は、連続変調光の放射・検出には比較的強いパワーを必
要とし、距離が長くなると反射光を検出できなくなって
しまうからである。。又この方式では、放射光と反射光
の位相ずれを検出し、それを距離に換算しているが、正
確な測距を行う為には、反射光のパワーを一定にする
か、或いは、反射光のパワー変動に応じて補正を加える
必要がある。これは、位相差検出の過程において、光の
検出・増幅、周波数低減化（ビートダウン）及び、放射
光ドライブ信号との位相差の検出が行われるが、反射光
レベルが変化する場合、アンプ回路、フィルタ回路の特
性上、目標までの距離が変わらなくとも位相ずれ量が変
化してしまうからである。
使用しない場合距離数十ｍ以下で使用する。その理由
は、連続変調光の放射・検出には比較的強いパワーを必
要とし、距離が長くなると反射光を検出できなくなって
しまうからである。。又この方式では、放射光と反射光
の位相ずれを検出し、それを距離に換算しているが、正
確な測距を行う為には、反射光のパワーを一定にする
か、或いは、反射光のパワー変動に応じて補正を加える
必要がある。これは、位相差検出の過程において、光の
検出・増幅、周波数低減化（ビートダウン）及び、放射
光ドライブ信号との位相差の検出が行われるが、反射光
レベルが変化する場合、アンプ回路、フィルタ回路の特
性上、目標までの距離が変わらなくとも位相ずれ量が変
化してしまうからである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術における第
１の問題点は、正確な測距をする為により大きな発光パ
ワーを必要とする事である。
１の問題点は、正確な測距をする為により大きな発光パ
ワーを必要とする事である。
【００１０】その理由は、前述の如く、連続変調光を使
用している為であり、且つ測距精度を上げる為に、さら
に大きな発光パワーを必要とするからである。
用している為であり、且つ測距精度を上げる為に、さら
に大きな発光パワーを必要とするからである。
【００１１】第２の問題点は、反射光のパワーが不充分
な場合、位相ノイズの影響を受けやすく測距誤差が生じ
やすい事である。
な場合、位相ノイズの影響を受けやすく測距誤差が生じ
やすい事である。
【００１２】その理由は、位相ずれ量を決定する為に受
信信号のゼロクロス点を検出しているが、この方式はノ
イズの影響を受けやすいからである。
信信号のゼロクロス点を検出しているが、この方式はノ
イズの影響を受けやすいからである。
【００１３】本発明の目的は、より小さな発光パワーで
の測距を可能とし、装置の小型・軽量化及び低消費電力
化をはかるとともに、目標からの反射波強度が小さい場
合でも測距値の誤差を低減することにある。
の測距を可能とし、装置の小型・軽量化及び低消費電力
化をはかるとともに、目標からの反射波強度が小さい場
合でも測距値の誤差を低減することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の測距方法は、基
本周期の送信信号をＰＮパルスコード信号により連続変
調を行い変調信号をパルス光として送信し、反射光の受
信信号を前記ＰＮパルスコードに対応する遅延合成手段
によりパルス圧縮を行った後に送受信号の位相差に基づ
き目標までの距離を測定することを特徴とする。
本周期の送信信号をＰＮパルスコード信号により連続変
調を行い変調信号をパルス光として送信し、反射光の受
信信号を前記ＰＮパルスコードに対応する遅延合成手段
によりパルス圧縮を行った後に送受信号の位相差に基づ
き目標までの距離を測定することを特徴とする。
【００１５】また、本発明の測距装置は、放射光を時系
列のＰＮパルスコード信号に変調し、基本周波数の周期
で繰り返し送信する手段（図１の２）と、受信したパル
ス列をパルス圧縮し、基本周波数を取り出す手段（図１
の７）とを有する。そして、前記変調部は送信信号をバ
ーカーコード信号により、変調するように構成するのが
好適である。
列のＰＮパルスコード信号に変調し、基本周波数の周期
で繰り返し送信する手段（図１の２）と、受信したパル
ス列をパルス圧縮し、基本周波数を取り出す手段（図１
の７）とを有する。そして、前記変調部は送信信号をバ
ーカーコード信号により、変調するように構成するのが
好適である。
【００１６】前記手段により本発明は以下のように作用
する。即ち、ＰＮコードに変調された時系列パルス光
は、受光部で受光され増幅された後パルス圧縮部にはい
る。この時時系列パルス光は、ｎ個のデータであり、パ
ルス圧縮部には受信パルスのパルス幅が１／ｎに圧縮さ
れ、パルス振幅がｎ倍に伸長される。
する。即ち、ＰＮコードに変調された時系列パルス光
は、受光部で受光され増幅された後パルス圧縮部にはい
る。この時時系列パルス光は、ｎ個のデータであり、パ
ルス圧縮部には受信パルスのパルス幅が１／ｎに圧縮さ
れ、パルス振幅がｎ倍に伸長される。
【００１７】従ってＳ／Ｎ比が大きく改善されて受信パ
ルス検出が容易となり、その結果、出力パワーを抑えて
も反射光の検出が可能となる。又、受信信号をコードに
より復調する為、単純ノイズの影響を受けにくい。
ルス検出が容易となり、その結果、出力パワーを抑えて
も反射光の検出が可能となる。又、受信信号をコードに
より復調する為、単純ノイズの影響を受けにくい。
【００１８】上記の如くＳ／Ｎ比が改善される為、目標
からの反射光が変化する場合でも位相ずれの影響は軽減
される。
からの反射光が変化する場合でも位相ずれの影響は軽減
される。
【００１９】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
て図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】図１を参照すると、本発明の実施の形態
は、以下で表わされる。全体の概略としては、変調光を
出す送信系、反射光を受ける受信系及び位相差検出系及
び信号処理部から構成される。
は、以下で表わされる。全体の概略としては、変調光を
出す送信系、反射光を受ける受信系及び位相差検出系及
び信号処理部から構成される。
【００２１】送信系としては、基本周波数発振部１、符
号変調部２、ドライバ３及び発光部４より構成される。
符号変調部２は、あらかじめ設定した符号数ｎの時系列
パルスコード（ＰＮ符号系列であり、バーカーコード等
がある）で送信光の変調をかける部分である。なおバー
カーコードは有限なｎ個の＋，−の符号で構成した時、
その信号系列（Ｘ1 ，Ｘ2 ，…，Ｘn ）が、次の関係式
を満足するものである。
号変調部２、ドライバ３及び発光部４より構成される。
符号変調部２は、あらかじめ設定した符号数ｎの時系列
パルスコード（ＰＮ符号系列であり、バーカーコード等
がある）で送信光の変調をかける部分である。なおバー
カーコードは有限なｎ個の＋，−の符号で構成した時、
その信号系列（Ｘ1 ，Ｘ2 ，…，Ｘn ）が、次の関係式
を満足するものである。
【００２２】
【数１】 受信系としては受光部５、ＡＣ結合器１５、増幅器６、
パルス圧縮部７で構成される。パルス圧縮部７は受光し
たパルスコードを同期検波し、設定された時系列パルス
コードでパルス幅を１／ｎに圧縮し、パルス振幅をｎ倍
に伸長する。
パルス圧縮部７で構成される。パルス圧縮部７は受光し
たパルスコードを同期検波し、設定された時系列パルス
コードでパルス幅を１／ｎに圧縮し、パルス振幅をｎ倍
に伸長する。
【００２３】位相差検出系としては、基本周波数ＳＢと
わずかに周波数が異なるビートダウン用周波数ＳＤを混
合する混合器９及びローパスフィルタ１１と、同様に受
信した基本周波数ＳＣとビートダウン用周波数ＳＤを混
合する混合器１０及びローパスフィルタ１２があり、ロ
ーパスフィルタ１１，１２の各出力から位相のずれを検
出する位相差検出部１３から成る。
わずかに周波数が異なるビートダウン用周波数ＳＤを混
合する混合器９及びローパスフィルタ１１と、同様に受
信した基本周波数ＳＣとビートダウン用周波数ＳＤを混
合する混合器１０及びローパスフィルタ１２があり、ロ
ーパスフィルタ１１，１２の各出力から位相のずれを検
出する位相差検出部１３から成る。
【００２４】信号処理部１４は得られた位相差から目標
までの距離を計算する。
までの距離を計算する。
【００２５】次に本発明の実施の形態の動作について図
１，図２を参照して詳細に説明する。
１，図２を参照して詳細に説明する。
【００２６】基本周波数発振部１の発振周期と同じ繰り
返し周期Ｔで、設定したｎ個のバーカー符号系列に変調
された光が発光部４より送信される。目標からの反射光
が受光部５で受信され、ＡＣ結合器１５及び増幅器６を
介してパルス圧縮部７に信号が入力される。
返し周期Ｔで、設定したｎ個のバーカー符号系列に変調
された光が発光部４より送信される。目標からの反射光
が受光部５で受信され、ＡＣ結合器１５及び増幅器６を
介してパルス圧縮部７に信号が入力される。
【００２７】パルス圧縮部７は、同期検波回路を含み、
図２の要素から構成される。入力した信号Ｓは遅延回路
１６においてＴ／ｎのタップで遅延され、合成器１６の
Ｐ1〜Ｐn の入力信号となる。この合成器１６の出力Ｓ
１では、パルス幅は１／ｎに圧縮され、パルス振幅がｎ
倍となる。
図２の要素から構成される。入力した信号Ｓは遅延回路
１６においてＴ／ｎのタップで遅延され、合成器１６の
Ｐ1〜Ｐn の入力信号となる。この合成器１６の出力Ｓ
１では、パルス幅は１／ｎに圧縮され、パルス振幅がｎ
倍となる。
【００２８】これを比較器と波形成形器１８を用いて比
較器のスレショールドを超えたパルスから基本周期Ｔの
信号ＳＣを取り出す。この信号ＳＣとビートダウン用発
振部８の信号ＳＤを混合器１０で混合し、ローパスフィ
ルタ１２を通してビートダウンする。この時基本周波数
よりかなり低周波になるが、位相ずれ量は保存されてい
る。
較器のスレショールドを超えたパルスから基本周期Ｔの
信号ＳＣを取り出す。この信号ＳＣとビートダウン用発
振部８の信号ＳＤを混合器１０で混合し、ローパスフィ
ルタ１２を通してビートダウンする。この時基本周波数
よりかなり低周波になるが、位相ずれ量は保存されてい
る。
【００２９】送信側の信号も同様にビートダウンし、両
者の位相ずれ量を位相差検出部１３で検出し、これを信
号処理部１４で、目標までの往復の時間として距離を最
終的に割り出す。
者の位相ずれ量を位相差検出部１３で検出し、これを信
号処理部１４で、目標までの往復の時間として距離を最
終的に割り出す。
【００３０】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００３１】図２，図３を参照すると本発明の実施例は
変調コードとしてバーカーコードを使用し、７個の符号
系列（＋，＋，＋，−，−，＋，−）又は（１，１，
１，０，０，１，０）を使用している。この符号系列を
マンチェスターコードに対応させたものが図３である。
合成器１６の入力Ｐ1 〜Ｐ7 及び、出力Ｓ１は図３の如
くなりパルス振幅が７倍になっているのがわかる。この
Ｓ１をコンパレータ等を使って基準周期Ｔの信号に再生
したものが出力信号ＳＣとなる。なお、発光素子として
は、半導体レーザ、受光素子としてはＰＩＮフォトダイ
オードを使用している。基本周波数は３．３ＭＨｚ、パ
ルスコード周波数は２３．３ＭＨｚとなる。
変調コードとしてバーカーコードを使用し、７個の符号
系列（＋，＋，＋，−，−，＋，−）又は（１，１，
１，０，０，１，０）を使用している。この符号系列を
マンチェスターコードに対応させたものが図３である。
合成器１６の入力Ｐ1 〜Ｐ7 及び、出力Ｓ１は図３の如
くなりパルス振幅が７倍になっているのがわかる。この
Ｓ１をコンパレータ等を使って基準周期Ｔの信号に再生
したものが出力信号ＳＣとなる。なお、発光素子として
は、半導体レーザ、受光素子としてはＰＩＮフォトダイ
オードを使用している。基本周波数は３．３ＭＨｚ、パ
ルスコード周波数は２３．３ＭＨｚとなる。
【００３２】次に本発明の実施例の動作について図３を
参照して詳細に説明する。
参照して詳細に説明する。
【００３３】送信系において、基本周波数発振部１の基
本周期Ｔは、
本周期Ｔは、
【００３４】
【数２】 とし、ビット列は“１１１００１０”の符号とし、これ
をマンチェスターコードとし、発光部１より発光する。
受信系においては、目標からの反射光が受光部で受光さ
れ、位相同期検波される。検波出力は遅延回路に入力
し、出力タップから順次
をマンチェスターコードとし、発光部１より発光する。
受信系においては、目標からの反射光が受光部で受光さ
れ、位相同期検波される。検波出力は遅延回路に入力
し、出力タップから順次
【００３５】
【数３】 で遅延された信号が出力される。各出力は合成器１７で
合成され、３００ｎｓｅｃ毎に振幅が伸長された信号Ｓ
１が出力される。これをコンパレータ１８を通してＴＴ
Ｌ信号に変換し、基本周期Ｔに一致したｄｕｔｙ５０％
の信号ＳＣを再生する。この信号と送信側のドライブ信
号を各々ビートダウンした信号の位相差を位相差検出回
路１３で検出し、信号処理部１４で距離値に変換する。
合成され、３００ｎｓｅｃ毎に振幅が伸長された信号Ｓ
１が出力される。これをコンパレータ１８を通してＴＴ
Ｌ信号に変換し、基本周期Ｔに一致したｄｕｔｙ５０％
の信号ＳＣを再生する。この信号と送信側のドライブ信
号を各々ビートダウンした信号の位相差を位相差検出回
路１３で検出し、信号処理部１４で距離値に変換する。
【００３６】以上説明したように、本発明の第１の実施
例では、パルス変調コードをバーカーコードとしたが、
バーカーコードのかわりにより一般的なＰＮ符号を用い
たものも考えられる。又、発光素子としてはＬＥＤ等を
使用することが可能である。
例では、パルス変調コードをバーカーコードとしたが、
バーカーコードのかわりにより一般的なＰＮ符号を用い
たものも考えられる。又、発光素子としてはＬＥＤ等を
使用することが可能である。
【００３７】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、送信信号
をＰＮパルスコード信号により変調を行ってパルス光を
送信し、反射光の受信信号をパルス圧縮処理を行った後
に送受信号の位相を比較して測距を行うことから、目標
に対する発射光及び反射光の送受信レベルが向上したこ
とと同様の効果があり、より少ない発光信号のパワーに
より測距を行うことができる。
をＰＮパルスコード信号により変調を行ってパルス光を
送信し、反射光の受信信号をパルス圧縮処理を行った後
に送受信号の位相を比較して測距を行うことから、目標
に対する発射光及び反射光の送受信レベルが向上したこ
とと同様の効果があり、より少ない発光信号のパワーに
より測距を行うことができる。
【００３８】また、送受信信号の大幅な増幅処理を必要
とせず、増幅処理によりもたらされる位相変化を低減す
ることができることから測距精度を改善できる。更に、
送受信号のコード化によりＳ／Ｎ比が改善され単純ノイ
ズによるマージン幅が増えノイズ信号に対する誤動作を
低減できるから装置の信頼性が向上する。
とせず、増幅処理によりもたらされる位相変化を低減す
ることができることから測距精度を改善できる。更に、
送受信号のコード化によりＳ／Ｎ比が改善され単純ノイ
ズによるマージン幅が増えノイズ信号に対する誤動作を
低減できるから装置の信頼性が向上する。
【図１】本発明の測距方式の一実施の形態を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図２】本実施の形態のパルス圧縮部７の詳細な構成を
示す機能ブロック図である。
示す機能ブロック図である。
【図３】本実施の形態のパルス圧縮部７の動作を示すタ
イムチャートである。
イムチャートである。
【図４】従来のＣＷ変調方式を使った測距装置のブロッ
ク図である。
ク図である。
１ 基本周波数発振部 ２ 符号変調部 ３ ドライバ ４ 発光部 ５ 受光部 ６ 増幅器 ７ パルス圧縮部 ８ ビートダウン用発振部 ９，１０ 混合器 １１，１２ ローパスフィルタ（ＬＰＦ） １３ 位相差検出部 １４ 信号処理部 １５ ＡＣ結合器 １６ タップ付遅延回路 １７ 合成器 １８ 比較器／波形成形器 π 位相反転器
Claims (3)
- 【請求項１】 基本周期の送信信号をＰＮパルスコード
信号により連続変調を行い変調信号をパルス光として送
信し、反射光の受信信号を前記ＰＮパルスコードに対応
する遅延合成手段によりパルス圧縮を行った後に送受信
号の位相差に基づき目標までの距離を測定することを特
徴とする測距方法。 - 【請求項２】 送信の基本周期を決定する発振部と、前
記基本周期で送信信号を時系列のＰＮパルスコードに変
調する変調部と、変調信号をパルス光に変換する発光部
と、前記送信パルス光の、目標物からの反射光を受光す
る受光部と、前記受信パルスを同期検波し遅延・圧縮処
理して周期的パルスを発生するパルス圧縮部と、前記周
期的パルスの位相ずれを検出する位相差検出部と、前記
位相ずれ量を距離に換算する信号処理部とからなる測距
装置。 - 【請求項３】 前記変調部は送信信号をバーカーコード
信号により変調することを特徴とする請求項２記載の測
距装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8083420A JPH09274082A (ja) | 1996-04-05 | 1996-04-05 | 測距方法及び測距装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8083420A JPH09274082A (ja) | 1996-04-05 | 1996-04-05 | 測距方法及び測距装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09274082A true JPH09274082A (ja) | 1997-10-21 |
Family
ID=13801953
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8083420A Pending JPH09274082A (ja) | 1996-04-05 | 1996-04-05 | 測距方法及び測距装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09274082A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007517204A (ja) * | 2003-12-29 | 2007-06-28 | ファロ テクノロジーズ インコーポレーテッド | レーザスキャナ、ならびに光学式スキャンおよびレーザスキャナ環境の測定のための方法 |
| JP2009128299A (ja) * | 2007-11-27 | 2009-06-11 | Nippon Soken Inc | 物体方位検出装置及び物体方位検出システム |
| JP2010054373A (ja) * | 2008-08-28 | 2010-03-11 | Nissan Motor Co Ltd | 照射光抽出装置及び方法 |
-
1996
- 1996-04-05 JP JP8083420A patent/JPH09274082A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007517204A (ja) * | 2003-12-29 | 2007-06-28 | ファロ テクノロジーズ インコーポレーテッド | レーザスキャナ、ならびに光学式スキャンおよびレーザスキャナ環境の測定のための方法 |
| JP2009128299A (ja) * | 2007-11-27 | 2009-06-11 | Nippon Soken Inc | 物体方位検出装置及び物体方位検出システム |
| JP4704412B2 (ja) * | 2007-11-27 | 2011-06-15 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 物体方位検出装置及び物体方位検出システム |
| JP2010054373A (ja) * | 2008-08-28 | 2010-03-11 | Nissan Motor Co Ltd | 照射光抽出装置及び方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19981020 |