JPS6037907B2 - 距離測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、基準面から対象物までの距離および基準面に
対して垂直な方向における対象物の速度成分を高速度で
測定するための方法に関し、更に詳しく言うならば、送
信器からしーザー光線を光線偏向体によって周期的に対
象物の置かれた空間上に偏向照射し、対象物で散乱反射
された光線を、送信器の近傍に配置し特定の方向からの
光のみを受けることのできる検出器によって記憶し、各
周期において当該周期の光線偏向開始時点ｔＢと検出器
の測定信号との間の時間差△ｔｄから、基準面より対象
物までの距離を決定し、各周期の光線偏向開始時点ｔＢ
には基準検出器に基準パルスが生ずるようにし、この基
準検出器は基準面に配置した透光板で反射した光線が各
光線偏向開始時点ｔＢに基準検出器に入射するように配
置することにより基準パルスを形成し、基準面より対象
物までの距離を測定する方法に関する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第２３２５０８６号公報
において、機械的構造物の固有共振に周波数を合わせた
正弦波電圧を有する発電機によって光線偏向体を制御し
、しかも正弦波電圧のほぼ直線の部分のみを測定に関係
させるようにすることが提案されている。

それによって高い測定精度が得られる。

偏向開始時点ｔＢが非常に正確に求められる。というの
はこれらの両構成要素は互いにかつ光源からこれらの両
構成要素に到来する光線の振幅に合わせて確実に調整さ
れているからである。しかしながら、測定時点、即ち測
定対象物によって散乱された光線が測定検出器によって
記憶される時点を求める際に誤差を生じ得る。

この光線は少しの時間で測定検出器に到来するために、
測定時点としその検出器からトリガされる測定パルスの
立上りの時点かまたはその測定パルスの微分信号の零通
過点かのいずれかが選ばれる。前者測定時点の求め方は
測定パルス振幅に著しく依存する。正確な時点を求める
には検出器パルスの振幅が安定化していることを必要と
するが、振幅を安定化させることは、複数の偏向が行わ
れる時間にわたって調整しない限り困難である。それ故
自動測定のためにただ一回の偏向を使用することは不可
能である。後者、即ち微分された測定パルスの零通過点
を時間尺度として選ぶ方法の場合には、検出器の測定パ
ルスの振幅は測定時点の誤差に対しては少ししか影響し
ないが、その代りに検出器の測定パルスの波形の影響が
大きくなる。

このパルス波形は、測定検出器の前方にある焦点光学系
を一定に調整してある場合、距離により異なる焦点深度
、および測定対象物の測定すべき表面の散乱光の形状に
よって影響を受ける。本発明の目的はこれらの誤差源を
取り除くことにある。

この目的は本発明によれば、レーザー送信器からレーザ
ー光線を光線偏向体によって周期的に偏向照射し、この
偏向されたレーザ−光線を基準面に配置した部分透光板
により反射させ基準検出器に入射せしめてレーザー光線
偏光開始時点ｔＢを規定する基準パルスを形成せしめ、
一方光線偏向体によって測定対象物の置かれた空間上に
偏向反射されたレーザー光線のうち測定対象物で散乱反
射された光線を、レーザー送信器の近傍に配置しかつ特
定の方向からの光のみを受けることのできる測定検出器
によって検出し、この測定検出器の出力測定パルスの中
心点と偏向開始時点ｔＢとの時間差△ｔｄを基準面より
測定対象物までの距離の尺度とすることにより達成され
る。持続時間ｔＤを有する測定パルスは矩形波パルスに
変換される。

矩形波パルスの長さ△ｔｗは後段で増幅する電圧比較器
の応動しきい値の設定に依存し、また測定パルス振幅に
も依存する。パルス幅は、比較器の非常に大きな増幅度
のために、パルス振幅が変化した場合に矩形波パルスの
中心に対してほぼ対称的に変化する。種々のパルス幅△
Ｗに対して基準となる偏向開始時点ｔＢから矩形波パル
スの立上りまでの時間および偏向開始時点ｔＢから矩形
波パルスの立下りまでの時間を加算するならば、両時間
の和はパルス幅△ｔｗが変化した場合にも一定である。
それ故全時間は測定パルスの振幅には依存しない。

光線偏向体を用いることにより、測定対称物が存在する
空間をレーザー光線で簡単に走査することができ、した
がって走査レーザー光線が対称物に当って生じた散乱光
の一部を測定に用いることができるため装魔の構成が容
易となり、また透光性の板を用いることにより基準とな
る偏向開始時点を作ることもきわめて容易である。

測定時間△ｔｄの正確な測定のための多くの方法並びに
その利点を実施例に基づいて以下に詳細に説明する。

図は、基準となる偏向開始時点ｔＢから測定パルスの中
心までの時間差△ｔｄの測定および指示のための回路の
幾つかの変形例を示す。

第１図には距離を測定するための実施例が示されている
。

光線偏光体３に回転ミラー４が回転可能に支持されてお
り、レーザー送信器５から発せられたレーザー光線は、
回転ミラー４で反射した後、測定対象物９の存在する測
定面を走査する。回転ミラー４の或る位置において、測
定対象物９に当るようなレーザー光線の反射方向８が生
じる。測定対象物９に当ったレーザー光線はそこで散乱
し、その一部は測定検出器１０に入射する。この散乱光
は測定検出器１０の光感応表面に短時間当るが、この時
間中に検出器１０の出力端には、散乱光が検出器の光感
応表面に接触した時間に応じた長さの測定信号が生じる
。この測定信号は増幅器１ １において増幅されてパル
ス変換器１２へ導かれる。パルス変換器１２はこの測定
信号から矩形波電圧７２を形成する。この矩形波電圧は
並列的に２つの微分器７３および７４に導かれ、両微分
器によって立上り７５および立下り７６がそれぞれパル
ス弁別器７７および７８の入力端に導かれる。回転ミラ
ー４が反射方向８を持つレーザー光線を生ずる位置をと
る僅か前のミラー位直において、レーザー光線は方向７
９に向けて偏向する。

このように反射されたレーザー光線は、レーザー光線の
送信装置全体としつかりと空間的に結合されている半透
光性板（部分透光性板）２４において遮られ測定対称物
９の存在する空間の方へは進まず基準検出器２５の方向
に反射される。従ってこの回転ミラー位置は基準となる
偏向開始時点ｔＢにある。基準検出器２５において生じ
る基準信号は増幅器２６にて増幅され、パルス変換器２
７にて矩形波パルスに変換され、そして微分器２８にお
いて微分されたこの矩形波パルスの立上り８０がパルス
弁別器７７および７８に並列に導かれ、入力パルス間の
時間差が測定される。ここでは微分された基準パルスの
立上り８０と、微分された測定パルス７２の立上り７５
もし〈は立下り７６との間の時間差に比例する長さを有
する２つのパルス８１もし〈は８２が形成される。両パ
ルス８１および８２は積分器８３もし〈は８４で積分器
８３および８４において生じる直流電圧のための加算器
８５に導かれ、そして指示装置８６において２等分され
てアナログで指示される。測定装置の検定後はその指示
値は指示装置からの測定対象物９の距離に対応する。

パルス８１および８２の長さを回転ミラーの複数の周期
について検出し、それらの平均値を加算し、２等分して
指示するようにすれば指示精度を高めることができる。

２等分を行なわなければならないのは、加算器８５によ
って偏向方向７９に対するミラー位贋と偏向方向８に対
するミラー位置との間の時間の和が測定される、即ち△
ｔｄが２倍にされて測定されるからである。第２図によ
り、パルス８１および８２の振幅に依存しない測定時間
△ｔｄの決定がどのようにして行なえるかが示されてい
る。

これらの両パルスは水晶発振器８７によって制御される
２つの回路網８８および８９において別々にディジタル
化されて記憶回路９０および計数回路９１を介して検出
され、ディジタル指示装置９２において２等分されて指
示される。また第３図に示すように、回路網８８および
８９の出力端において生じるパルス８１および８２のデ
ィジタル値は、それぞれディジタルアナログ変換器９３
および９４を介してアナログ電圧に変換され、加算器９
５にて加算されるように変更してもよい。

その場合に出力装置９６はアナログであるが、しかしな
がら測定速度を害されることはない。この種の評価を行
なう場合には、複数回の測定に対する平均値を簡単に得
ることができ、、これにより測定の不確かさを減らすこ
とができる。

第４図には、測定速度の制限ないこ、測定時間Ａｔｄを
ディジタル的に指示することのできる回路を示す。パル
ス７２および微分された針状パルス８川ま第１図の実施
例と同じようにして形成される。

パルス７２は並列的にパルス弁別器９７とィンバータ９
８とに導かれる。反転されたパルス１００の振幅９９は
零電位になり、本来の雫電位１０１は正電位に上昇する
パルス１０川まここで並列的にＮＡＮＤゲート１０２の
一方の入力端とインバータ１０３とに導かれる。ＮＡＮ
Ｄゲート１ ０２の他方の入力端は周波数ｆを有する交
流電圧を送り出す水晶発振器１０４に接続されている。
基準時点ｔＢからパルス７２の立上りまでの時間におい
て正電位１０１がＮＡＮＤゲート１０２の右側の入力端
に加わるので、このＮＡＮＤゲート１０２は周波数ｆに
てディジタル化された電位を測定時点ｔＭまで通過させ
る。ＮＡＮＤゲート１０２の出力端はそれに従って零電
位に切換えられる。

インバータ１０３ではパルス１００がパルス１０５に変
換され、その値１０６が雫電位を有し振幅ｌｏ７が正電
位を有するようにされる。

パルス１０５はＮＡＮＤゲート１０８の右側の入力端に
導かれる。このＮＡＮＤゲートの左側の入力端は分周器
１０９に接続されている。この分周器は小晶発振器１０
４から送り込まれる交流電圧の周波数ｆを２分の１に分
周する。基準となる偏向開始時点ｔ８から測定時点ｔＮ
までの時間においては、ＮＡＮＤゲート１０８の右側の
入力端は零電位にある。

従ってこのゲート１０８の左側の入力端に導かれる周波
数ｆ／２の交流電圧はこのゲートを通過できない。しか
しながらゲート１０８の出力端はこの時間中正鷲位に切
換えられていて、この正電位が他のＮＡＮＤゲート１０
９の右側の入力端に与えられる。このＮＡＮＤゲート１
０９の左側の入力端は周波数ｆにてディジタル化された
正電位が得られるゲート１０２の出力端に接続されてい
る。ＮＡＮＤゲート１０９の右側の入口端における正電
位のために、周波数ｆにてディジタル化された正電位が
ゲート１０９を通過してゲート１１０の右側の入力端に
導かれる。ゲート１１０の左側の入力端は、時点ｔＢで
の針状パルス８０の到来と時点ｔＮ′でのパルス７２の
立下りとの間の時間差に比例する直流電圧を発生するパ
ルス弁別器９７に接続されている。この電圧は正であり
、ゲート１１０の左側の入力機に加わる。従って時点ｔ
Ｂから時点ｔＮまでの時間において周波数ｆを持った交
流電圧がゲート１１０を通過させられる。これに接続さ
れた計数器１１１において時点ｔＢとｔｗとの間の時間
ｔ，に対する周波数ｆの周期数が計数される。時点ｔＭ
とｔＮ′との間の時間ら‘こおいてゲート１０２は阻止
される。

というのはこのゲート１０２の右側の入力端にパルス１
００の零電位９９が置かれているからである。他方では
ゲート１０８が開かれている。というのは時間ｔ２の闇
中、このゲート１０８の右側の入力端にパルス１０５の
正電位１０７が置かれているからである。パルス１０５
は分周器１０９から送られてくるパルスの周波数ｆ／２
にてディジタル化される。ディジタル化されたパルス１
０５はゲート１０９を通過する。というのはこのゲート
１０９の左側の入力端には上述の如く正電位が現われて
いるからである。ゲート１１０の左側の入力端には時間
ｔ２において正電位が置かれているために、この時間ｔ
２において周波数ｆ／２にてディジタル化されたパルス
１０５がゲート１ １０を通過する。このゲート１１川
こ接続されている計数器１ １１は時間ｔ２においてそ
こで生じる周期を再び計数する。パルス１０５は周波数
ｆ／２でディジタル化されるので、計数器１１１は時点
ｔ一からパルス１０５の中心までの時間を記憶する。

時間ｔ，およびｔ２の加算後、ディジタル指示装置１１
２において時点ｔＢと測定パルスの中心との間の時間△
ｔｄが指示される。

時点ｔＭ′（測定パルス７２の立下り）では、ゲート１
１０の左側の入力端に零電位が加わるので、計数が停止
させられる。

時間△ｔｄはここでも測定装置からの測定対象物の距離
のための尺度となっている。

以上述べた回路は、対象物が移動する場合、二つの時点
においてそれぞれ距離を測定し、その距離の差を両時点
間の差で割ることにより基準面に対し垂直な方向の速度
成分を求めることができ、また対象物の両表面までの距
離を求めることにより対象物の厚さを求めることもでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図お
よび第３図は第１図による実施例の部分的変形例を示す
ブロック図、第４図は本発明の異なる実施例を示すブロ
ック図である。 ３・・・光線偏光体、４・・・回転ミラー、５・・・レ
ーザー送信器、９・・・測定対象物、１０・・・測定検
出器、１１・・・増幅器、１２・・・パルス変換器、７
７，７８・・・パルス弁別器、２４・・・半透光性板、
２５・・・基準検出器、２６・・・増幅器、２７・・・
パルス変換器、２８・・・微分器、８３，８４・・・積
分器、８５・・・加算器、８６・・・指示装道、８７，
１０４…水晶発振器、９０・・・記憶回路、９１…計数
器、９３，９４・・・ディジタルアナログ変換器、９７
・・・パルス弁別器、９８，１０３…インバータ、１０
２，１０８，１１０・・・ＮＡＮＤゲート、１０９・・
・分周器（ＮＡＮＤゲート）、１ １ １・・・計数器
、１ １２・・・指示装置。 Ｆｉｇ．Ｉ Ｆｉ９．２ Ｆｉｇ．３ Ｆｉｇ．ム

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザー送信器５からレーザー光線を光線偏向体３
   によつて周期的に偏向照射し、この偏向されたレーザー
   光線を基準面に配置した部分透光板２４により反射させ
   基準検出器２５に入射せしめてレーザー光線偏向開始時
   点ｔ＿Ｂを規定する基準パルスを形成せしめ、一方前記
   光線偏向体３によつて測定対象物９の置かれた空間上に
   偏向反射されたレーザー光線のうち測定対象物９で散乱
   反射された光線を、レーザー送信器５の近傍に配置しか
   つ特定の方向からの光のみを受けることのできる測定検
   出器１０によつて検出し、この測定検出器１０の出力測
   定パルスの中心点と前記偏向開始時点ｔ＿Ｂとの時間差
   Δｔ＿ｄを基準面より測定対象物までの距離の尺度とす
   ることを特徴とする距離測定方法。 ２ 測定検出器１０の出力測定パルスをパルス変換器１
   ２に導いて矩形波パルス７２の立上りと立下りをそれぞ
   れ測定検出器１０の出力パルスの始端と終端に相応せし
   め、基準検出器２５の基準パルスを別のパルス変換器２
   ７によつて矩形波パルスに変換し、この矩形波パルスの
   選択した一方の側縁を光線偏向開始時点ｔ＿Ｂに対応せ
   しめ、一方のパルス変換器１２の矩形波パルス７２の立
   上りと他方のパルス変換器２７の矩形波パルスの一方の
   側縁との間の時間差、および一方のパルス変換器１２の
   矩形波パルス７２の立下りと他方のパルス変換器２７の
   矩形波パルスの前記側縁との間の時間差から平均値を形
   成することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ３ 一方のパルス変換器１２の矩形波パルス７２の立上
   りと他方のパルス変換器２７の矩形波パルスの一方の側
   縁との間の時間差を規定の周波数ｆでデイジタル化し、
   一方のパルス変換器１２の矩形波パルス７２の立下りと
   立上りとの間の時間差を前記規定の周波数ｆの半分の周
   波数でデイジタル化し、得られたデイジタル数の和から
   平均値が形成されることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載の方法。