JPS601590B2 - 光パルスの走行時間測定の原理によるレ−ザ距離測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特許請求の範囲第１項の上位概念に述べられ
ている如き光パルスの走行時間測定の原理によるレーザ
距離測定装置にして特許第１１９２８８１号に従うよう
なレーザ距離測定装置に関するものである。

この周知の測定装置においては、目標対象物に向って発
信された測定光パルスを光線分配器によって一部が枝分
れされ、装置内部的にはいわゆる基準光パルスとしてそ
の光パルスを電気信号に変換する電子光学的受信器に導
びかれ、前記電気信号が測定光パルスに対する走行時間
測定の開始信号として役立つような構成のものから出発
しているものである。

測定光パルスの目標対象物から反射された部分は他の電
子光学的受信器に供給され、この受信器はそれを電気信
号に変換するが、この信号は基準光パルスによって開始
される走行時間測定に使用される。この２チャネルの装
置には、遅延と特にその遅延でもつて光送信器がその電
気トリガー信号に応答する遅延の変動とが何の影響も及
ぼさないという長所を有する。

というのは走行時間測定は測定光パルスが実際に生じた
時に初めて開始されるからである。勿論使用される構成
部材を最も注意深く選定したとしても基準チャネルと測
定チャネルとは同じ信号処理時間を有するようには成し
得ない。

それは付属する電子光学的受信器に各光パルスが到達す
るのと走行時間測定のための開始−ないしは停止信号の
実際の発生の間に経過する時間に在るといえる。これに
加えて両方の信号処理時間は構成部材の経時変化に関連
して長時間的にドリフトし、そして周辺条件が変化した
場合、例えば温度が変化した場合短期間的に変動するの
で、その差は簡単に装置定数としては取扱われ得ない。

前記のドリフト現象及び変動現象は測定結果の正確さに
直接影響し、そしてとりわけ距離が短かし、場合には著
し、誤差が生じることになりうる。これに対して本発明
の課題とするところは、特許請求の範囲第１項の上位概
念中に述べた種のレーザ距離測定装置を次の様に発展形
成すること、即ち両チャネル中における信号処理時間の
長期間のドリフト現象及び短時間の変動現象が最早何の
影響もしないよう発展形成することである。

この課題は、特許請求の範囲第１項の特徴部に記載の構
成にすることである。本質的進歩はその際装置内部の基
準光パルスを受信し更に処理する基準チャネルも、目標
対象物から反射する測定パルスを受信し更に処理する測
定チャネルも光学的のみならず電気的にもトリガー可能
であるということである。この目的のために、両方の共
振回路が相前後して光学的に、即ち受信フオトダィオー
ドを介してトリガーされた光パルス−走行時間測定を実
施した後装置内部に電気的トリガー信号が発生され、こ
の信号が両共振回路を同時に始動するものである。光学
的トリガーの場合の如くここでも両共振回路の正弦振動
の対応する零点通過が検出され、そして時間測定のため
開始信号及び停止信号を生ずるのに使用される。この電
気的トリガーによっても該当する開始信号と該当する停
止信号との間の時間間隔が測定されるということによっ
て両チャネル間の走行時間差を反映する修正値を得るこ
とになる。この修正値は光パルス走行時間のために直接
その前に得られた測定値から差引かれ、その結果その大
きさが単に目標対象物の距離に関連する修正された測定
値を得ることになる。今述べた測定修正は各測定値を得
ることによって行われるので、即ち両チャネルにおける
走行時間差の瞬間値を再生するので、この走行時間差の
ドリフト現象又は変動現象は最早測定結果に影響与え得
ないものである。本発明に従うレーザ距離測定装置の特
に有利な実施形において、送信された光パルスの通過の
際送信光学系に漏洩した光の一部を受信するために基準
チャネルのフオトダィオードを配設することによって送
信光パルスの一部を遮光するために何かあるミラーを使
用することは不必要となる。

このことは則ち、送信器から発せられた光パルスが基準
チャネルのフオトダイオードの比較的小さな感光面を良
く照射することを確保するためにその様なミラーは極端
に正確に調節されね‘まならないばかりでなく、ミラー
のこの調節は長い時間に亘つても変わらずに維持されね
ばならないという欠点を有することになる。何故ならば
さもないと遮光された基準光パルスの走行路は変わり、
そのことは遠定の正確さに障害となるからである。基準
光パルスとして送信光学系のところで漏洩される光パル
ス部分を使用した場合これらの問題は生じない。基準チ
ャネルのフオトダィオードがそれ自体送信光学系の極め
て近くに配設されうるので、さもなくば前記フオトダィ
オ−ド‘こ送信光学系のところで漏洩される光を光導伝
装置、例ええば光ファイバーを用いて供給することが可
能であるので、ここで全体的な調節の問題はなくなり、
種々の光パルス部分の光学路の長さが非常にに簡単な方
法で相互に同調されうろことになり、そして大きな長時
間定数で固定されうろこになる。基準チャネルのみなら
ず測定チャネルの入力部分を本発明に従って形成した場
合、付属の光パルスによってトリガーすることにより各
共振回路から発信された信号はその零点通過の時間的位
置でなく、しかしその最大振幅でトリガーする光パルス
の振幅に関係する。

それ故この振幅が広い限界内で変動しうる測定チャネル
にとって特に次のことが長所となる、即ち測定チャネル
の共振回路に増中度を変化しうる増中器が後層接続され
ており、そしてこの増中器の出力信号を予め与えうる基
準電圧と比較し且つ増中器の出力信号によって基準電圧
を越えた場合制御信号を発す比較器並びにこの制御信号
が生じた場合に丁度得た時間測定値を抑制する経過制御
と、距離測定を繰り返すために増中器の増中度を減少る
す制御装置とが設けられていることが長所となる。これ
によって非常に弱く反射された光パルスを完全に評価す
るためにこ装置は極端に高感度に調節される。同時に、
測定チャネルの共振回路に後層接続さた増中器の過負荷
制御により非常に近い及び／または良好に反射する目標
対象物の場合走行時間測定のため光パルスと停止信号と
の間の厳しい時間的相関関係に障害が生ずることが避け
られることになる。次に本発明を図示の実施例に基づい
て説明する。送信ダイオード１４から光パルス１が発生
され、これらのうち大部分は距離を決められる目標対象
物に発信されらる。送信レンズ１２に当ると、各光パル
スの僅かな部分が光ファイバー１１の中へ漏れ、ここか
ら基準光パルス１２として基準チャネルロの受信ダイオ
ード１５に導びかれる。そこでこの基準光パルスが共振
回路１６を始動し、それによって誘発された正弦振動が
インピーダンス変換器１８及び増中器１９を介して正弦
波零点通過−検出装置２０へと供給され、その出力は光
パルス−走行時間測定の開始信号ＳＦ，として役立つ信
号緑を生ずる。この開始信号はその時点に基準光パルス
１２が受信ダイオード１５に到着した時点に対して僅か
な時間的遅延を受けているが、しかしながらレーザパル
スが全く同様目標に向って送信レンズ１２を去ることが
示されている。この信号でもつてそれ故その入力２１ａ
を介した時間測定装置２１の開始が行われる。同時に開
始入力２２ａを介して、“測定と修正”に対する経過制
御部２２が開始入力２２ａを介してスタートされる。目
標対象物に向い且つ測定装置へと戻るレーザパルスの走
行時間に対応して後で測定チャネル１の受信フオトダィ
オード２３に受信レンズ１３を通って反射されたレーザ
パルスらが到達し、そこで前に述べた基準光パルス１２
の基準チャネルロ‘こおける如く共振回路１７を始動す
る。

それによって生じた正弦振動は再びインピーダンス変換
器２４を介して増中器２５に供給され、この増中器は基
準チャネルとは相異してその増中度はｎ段に切換可能で
ある。増中された正弦振動は同じく正弦波零点通過−検
出装置２６に供給される。基準チャネルにおいて第１の
正弦波零点通過が検出される一方、それは測定チャネル
中で第２の正弦波零点通過となる。

そのために非常に距離が小さい時に基準チャネルの開始
信号ＳＦ，の前に測定チャネルの停止信号ＳＦ２が生ず
るようにチャネル１及び０の相互のドリフが決して起り
得ないことが保証される。測定チャネルの正弦波零点通
過−検出装置２６によって生じた停止信号ＳＦ２は時間
測定装置２１の停止入力２１ｂに供給される。

その上短時間でこ装置は信号“測定終了”を生じ、そし
て走行制御部２２がーステップだ更に歩進し、それによ
ってこの制御部はその出力Ｓ，を介して修正されていな
い時間測定層に対して記憶器２７内に今述べた時間測定
の結果を記憶するこを開始する。この時間測定値は従っ
て“修正されず”として表わされる、というのは時間測
定値が得られた開始信号ＳＦ，と停止信号ＳＦ２とは基
準チャネル及び測定チャネルに固有の相異する時間的遅
延を具備し、それらの瞬間的大きさは知られておらず且
つさらに時間的変動減象及びドリフト現象に霧らされる
からである。修正されない時間測定値を記憶した直後に
信号“記憶終了”が生じ「 これは経過制御部２２のク
ロック入力２２ｂを介し出力Ｓ２への歩造を始動する。

そのために両方の共振回路１６及び１７は同時に電気的
にトリガーされ、そして再び時間測定装置２１のために
開始信号ＳＰ，と停止信号ＳＦ２とが得られる。即ち時
間測定装置２１は光学的始動の場合の如くスタトされ、
後で停止される。その際生ずる時間測定値は両チャネル
における信号処理時間ないし遅延の差の瞬間的値に等し
く且つそれは従ってその前に得た光パルス−走行時間値
に対する修正値として使用されうる。信号“測定終了”
はクロック入力２２ｂを介して経過制御部２２を出力Ｓ
３に歩進されるが、これは記憶器２８内へこの電気的に
トリガーされた時間測定の結果が修正測定値のために転
送されるようにする。それ故この記憶器２８は基準チャ
ネルと測定チャネルとの間の相異なる走行時間に相当す
る修正値を含む。距離に相当する真正な測定値を得るた
めに、この修正値だけなお修正されていない測定値から
差引かねばならない。

この目的のために修正値に対する記憶器２８から来る信
号“記憶終了”が経過制御部２２をーステップだけ歩進
させ、その結果その出力Ｓ４に信号が現われることにな
る。

この信号は演算及び記憶回路２９によるこの差の議出し
と上記した差の書込みとを行わせ、そのためその出力に
は真正な測定値が生ずることになる。

これは場合によっては装置３０で指示されたり又は制御
の目的等のためにそこから導出される。そのことが距離
“零”に相当する基準チャネル及び測定チャネル内で振
動回路１６及び１７の同時的電気トリガーが直接本来の
測定に続くこと並びにそのように得られた修正値が前以
て得た走行時間−測定値から差引かれることによって両
チャネル１及び０そして時間測定装置の相異なるドリフ
トとは経時変化の排除が可能とされる。

次の経過において演算−及び記憶回路２９から来る信号
“記憶終了”は経過制御部２２のクロック入力２２ｂを
介して出力Ｓ５への歩進を行い、その出力はその入力２
１ｃを介して時間測定装置２１の鮫正を惹起する。この
過程が終了した後時間測定装置２１は信号“修正終了”
を生じ、そして経過制御部は“零”に戻る。そして今述
べた経過が次の光パルスが到着した際にそこで繰返され
る。経過制御部２２と同時にｎまでカウントする計数器
がセットされる。

この計数器３１は測定チャネル１における増中器２５に
対する増中度を切換えるのに役立つ。測定チャネル１に
おける増中器２５の出力に接続された比較器と共に、こ
の計数器は強く反射する目標対象物の場合増中器２５の
過負荷を避ける目的を有する。このため測定チャネルに
おける励振され且つ増中された正弦状振動の振幅が比較
器３２において基準電圧Ｕｒｅｆと比較される。

この基準電圧は、同じ大きさではあるが調整された増中
度だけ減じられて生じた正弦状振動の振幅が測定チャネ
ルにおける項中器２５を過負荷にしないように選定され
ており「従って増中器２５の線形範囲内での測定が確保
されるよう選定されている。しかしながら正弦信号の振
幅が基準電圧の調整された値を越えると、比較器３２は
計数器３１をーステップだけ更に歩進する。

同時に“測定及び修正”に対する経過制御部２２の前に
述べられたスタートが中断され、何ら測定値記憶は行わ
れない、その一方でしかしながら古い前にある測定値は
維持されたま）となる。レーザパルスが次に到着すると
、この過程を繰り返し、従って比較器３２における受信
された正弦状振幅が調整された基準電圧Ｕｒｅｆを越え
なくなるまで測定チャネル１の増中器２５における増中
度が低くなるように切換ることが繰返される。この制御
によって初めて上述した如き次の真正な測定値が得られ
得るもである。追加の関係 本願発明は本出願人の特許第１１９２８８１号（特公昭
５８−２６５５８号に係る発明に対して特許法第３１条
第１号の追加の特許要件を具備するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明に従うレーザ距離側装贋のブロ
ックダイヤグラムの３つの相関する部分を示すものであ
る。 図中参照番号、１・…・・測定チャネル、０…・・・基
準チャネル、１１・・・・・・光導伝装置（光ファイバ
ーないし光導伝チャネル）、１２……送信光学系（送信
レンズ）、１５，２３・・・・・・受信フオトダィオー
ド、１６，１７…・・・共振回路、２５……増中器、２
７，２８・・・・・・記憶器、３１・・…・制御回路、
３２・・・・・・比較器。 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 走行時間測定のための開始信号を得るために送信光
   パルスから枝分れした基準光パルスが直接供給されるよ
   うな受信フオトダイオードを具備する基準チヤネルと、
   走行時間測定のための停止信号を得るために目標対象物
   によって反射され、前記目標対象物の二倍の距離に比例
   する遅延を有する測定光パルスが供給されるような別の
   受信フオトダイオードを具備する測定チヤネルとを有す
   る、光パルスの走行時間測定の原理によるレーザ距離測
   定装置にして、その際両方の受信フオトダイオードの各
   々が作動抵抗として一つの個有の共振回路を有しており
   、該回路がそれぞれコイルと、付属するフオトダイオー
   ドの障壁容量と、付加的な並列接続された外部容量とか
   ら成るような上記レーザ距離測定装置において、光パル
   ス−走行時間測定がそれぞれ行われた直後に、得られた
   測定値が第一の記憶器２７に記憶され、これに対して基
   準チヤネルIIと測定チヤネルIとの間の走行時差を検出
   するために、受信フオトダイオード１５，２３に後置接
   続された両方の共振回路１６，１７が同時に電気的にス
   タートされ、そのように測定された走行時間差は修正値
   として第二の記憶器２８に記憶され、そして光パルス走
   行時間のために前以て得た測定値と修正値との間の差を
   形成する演算回路２９が設けられることを特徴とするレ
   ーザ距離測定装置。 ２ 発信された光パルスI＿１を通過する時送信光学系
   １２で漏洩した光の一部I＿２を受信するために基準チ
   ヤネルIIの受信フオトダイオード１５が配設されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項によるレーザ距
   離測定装置。 ３ 基準チヤネルIIの受信フオトダイオード１５と送信
   光学系１２との間には漏洩した光の一部I＿２を受信フ
   オトダイオード１５へと導く光導伝装置１１が設けられ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第２項によるレ
   ーザ距離測定装置。 ４ 前記光導伝装置１１が光フアイバーないしは光導伝
   チヤネルであることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   によるレーザ距離測定装置。 ５ 測定チヤネル１の共振回路１７には増巾度を変化し
   うる増巾器２５が後置接続されており、この増巾器２５
   の出力信号を予め決めた基準電圧Ｕ＿ｒ＿ｅ＿ｆと比較
   可能であり且つ基準電圧Ｕ＿ｒ＿ｅ＿ｆを越えた場合に
   増巾器２５の出力信号を通して制御信号を発する比較器
   ３２並びにこの制御信号が生じた場合に丁度得た時間測
   定値を抑制しそして距離測定を繰返すために増巾器２５
   の増巾度を減少する制御回路３１が設けられていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項によるレ
   ーザ距離測定装置。 ６ 前記増巾器２５の増巾度が段階的に変化しうるもの
   であり、そして前記制御回路３１が増巾器２５の高過ぎ
   る出力信号へつながる各測定試験に応じて一計数ステツ
   プだけ減衰する計数器を含んでいることを特徴とする特
   許請求の範囲第５項によるレーザ距離測定装置。