JPS6347685A

JPS6347685A - 伝送時間測定の原理による光電距離測定装置

Info

Publication number: JPS6347685A
Application number: JP62199273A
Authority: JP
Inventors: ジルヴイオ・ミラ; ルードルフ・シユヴアルテ
Original assignee: Zellweger Uster AG
Current assignee: Zellweger Uster AG
Priority date: 1986-08-13
Filing date: 1987-08-11
Publication date: 1988-02-29
Also published as: CH670896A5; FI873453A0; US4849644A; DK420987D0; DK420987A; FI873453A; IL83200A0; EP0257292A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、レーザダイオードを含む送信器と、光ダイオ
ードを持ち目標物体から反射される光パルスを受信する
受信器と、パルス増幅器と、反射される光パルスの受信
の時点にとって重要な停止信号を発生するため反射され
る光パルスに対応する原パルスと遅延されるそのコピー
との差を形成するパルス検出器と、送信される光パルス
の開始とパルス検出器の停止信号との間の時間を求める
時間？！！！Ｉ定回路とを有する、伝送時間測定の原理
による光電距ｒｌ＃測定装置に関する。

〔従来の技術〕

短いパルスでは、これを忠実な形で増幅できないので、
時間にとｐて重要な信号は増幅後も原パルスに忠実な立
上り辺からのみ求めねばならないという間頭がある。こ
れに適した方法は、アー・グラースマッヘル氏の論文１
宇宙空間における質量分析器の時間測定チャネルにおい
て宇宙空間に具現される核放射線用電子回路′、１９７
８年、ボーツムに記載されている。いわゆる“−足部分
トリガ′を行なうこの方法では、遅延される信号が係数
２を乗算され、原信号と遅延される信号との和の零通過
点が検出される。

立上り辺がパルス振幅の一定な端数になると、和のこの
零通過点が生じ、従って振幅の絶対値に無関係である。

使用される回路では、遅延線路の開放始端にも短絡され
る終端にも反射がおこる。一旦遅延線路へ入れられるパ
ルスは、損失により完全に吸収されるまで、その中を数
回往復する。その結果例えばレンズ又は空気中の後方散
乱により生ずる早すぎる光反射が、有効パルスの検出を
誤らせることがある。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第２６３４６２７号明細
書から公知の伝送時間測定の原理によるレーザ距離測定
装置では、ダイオード受信回路に動作インピーダンスと
して並列共振回路が接続され、反射される光パルスによ
りトリガされて、その固有周波数に応じて振動する。停
止信号はトリガされる正弦波信号の強さに無関係な零通
過点により得られる。

この距離測定装置においても、有効パルスの検出が目標
物体に起因しない早すぎる光反射により誤ることがあり
、更に受信器はガラス製−業者のそれと比較して雑音が
多く、感度も低い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

さて本発明によって、受信器が雑音なく非常によい感度
でしかも早すぎる光反射により外乱が生じない、最初に
述べた踵票の距離ｌｌ！１定装置全装置する。

〔問題点を解決するための手段〕

この課題を解決するため本発明によれば、反射のないよ
うに整合される出力インピーダンスを持つパルス増幅器
が、短絡される端部によりパルス増幅器のパルスの反転
及び反射を行なう遅延線路を駆動し、評価すべきパルス
の持続時間に整合される距離だけ遅延線路の短絡≠母さ
れる端部から雛れた所に閾値及び零通過点検出器が設け
られている。

〔発明の効果〕

本発明による距離測定装置では、時間にとって重要な信
号はパルスの立上り辺からだけでなく、前後辺から得ら
れる。遅延線路のみがパルスの遅延、反転及び加算の没
甜を引受け、周波数帯域幅を下方に対して制限し、上方
に対する制限はパルス増幅器によって行なわれ、これが
雑音特性に対して有効な影習を及ぼす。パルスは遅延線
路を往復し、続いて消滅するので、早すぎる光反射が有
効パルスの検出を誤らせることはない。更に非直線又は
制限する回路素子は関与していないので、受信器は原理
的に任意のパルス振幅を処理できる。

最後に、公知の装置では、送信される光パルスの開始の
判断基準として、レーザダイオードへの装６置内部の刻
時パルス発生器の開始信号が使用される。本発明による
距離測定装置をこのようにも運転できるが、早すぎる反
射のおそれがないため、送信される光パルスの一部を受
信チャネルに通して、開始信号として使用でき、これに
より高い測定精度が可能となる。

〔実施例〕

図示した実施例により本発明を以下に説明する。

第１図に示す距離測定装置はパルス伝送時間測定の原理
により動作し、目標物体Ａのｆ雅ｄを求めるのに投置つ
。この装置は大体において刻時パルス発生器ｌル−ザダ
イオード（図示せず）と送信レンズ３とを待つ送信器２
、受信レンズ５を持つ受信器４、光ダイオード６、パル
ス増幅器７、パルス検出器８及び時間測定回路９を含ん
でいる。このような距離測定装置は原理的には公知であ
る。これに関し、明細書の序文に引用した刊行物、及び
国際出願ＰＣＴ／　ＥＰ　８５１００２３６　　（公開
第ＷＯ８５１０５４５６）とこれに引用された従来技術
が参照される。

送信器２は、刻時パルス発生器ｌの開始信号によりトリ
ガされて、約１５　ｎｓの持続時間を持つ短い光パルス
を発生し、この光パルスは送信レンズ３を経て目標物体
Ａへ達し、これにより反射されるか又は後方散乱される
。反射される光パルスの僅かな部分は受信しンズ５を通
って光ダイオード６へ集束され、これに電流パルスを生
じ、このパルスがパルス増幅器７により比例する電圧パ
ルスＵに変換される。この電圧パルスＵからパルス検出
器８は停止信号を得て、時間測定回路９へ供給する。時
間測定回路９はこの停止信号と刻時パルス発生器１から
得られる開始信号との間の時間間隔を測定してディジタ
ル化し、送信器２から目標物体Ａへまたこれから逆に受
信器４へのパルス伝送時間ｔＬの測定値Ｍを供給する。

ｄを距離測定装置と目標物体Ａとの間の距術とし、Ｃを
光速とすれば、パルス伝送時間ｔＬに対して次の式が成
立する。

を一旦距離測定装置の重要な素子を形成するパルス検出器８は
、＃価可能な電圧パルスＵの到来を確認し、この到来の
時点にとって重要な、しかもパルス振幅には廁関係な電
気信号即ち停止信号を発生する。

パルス検出器８の励作聾饅が第２図に示す線図かられか
る。ここでｔは時間軸、υは原パルス（パルス増響器７
の出力信号）　、ＵＫは原パルスＵの遅延されて反転さ
れるコピー、Ｄは差ＵＫ−Ｕ、’ＮはＤの零通過点、Ｔ
はＵに対する寵の遅延時間、ＵＴは閾値である。差りの
値が閾値ＵＴを超過すると、信号は評価可能とみなされ
る。

零通過点Ｎは、電圧Ｕの発生従って反射される光パルス
の受信器４　（第１図）への到来の時点にとって重要な
信号を与える。これは、原パルスの立上り時間、騙及び
下降時間に関するその形状が不変である場合、時間にと
って重要な零通過点Ｎがパルスの振幅には無関係なため
、可能である。

第３図かられかるように、パルス検出器８は、その原理
的構成において、パルス増幅器７　（第１図）から来る
線路１０を含み、この線路は一部では加算素子１１を経
て閾値及び零通過点検出器１２へ通じ、他方ではこの線
路から、遅延素子１４と反転素子１５とを含む分枝１３
が分れて、同様に加算素子１１へ通じ、この加算素子の
出力端から差Ｄ　（第２図）が得られる。

パルスの遅延及び反転は、第４図に示すように短絡され
る遅延線路により特に簡単に実現される。即ち出力イン
ピーダンスＺ。を持つパルス増幅器７　（第１図）は、
他端に短絡部１６を持つ遅延線路１７を駆動する。この
遅延線路の待住量は伝搬速度と波動インピーダンスであ
る。

パルス増幅器７の出力インピーダンスＺ。は、反射のな
いように遅延線路１７の波動インピーダンスに整合され
ている。電圧パルスは遅延線路１７を通って短絡部１６
まで進行し、そこで反転されて戻り、パルス増惺器７に
より吸収される。

短絡部１６の前の距照りの所で、遅延線路１７に閾値及
び零通過点検出器１２が接続されて、遅延線路１７上の
過程に影響を及ぼさない太きさにその入力インピーダン
スＺＤを選ばれている。閾値及び零通過点検出器１２は
遅延時間を持つ第２図の重畳を見ておりＴ　＝　２− ■ 仁こでＶは伝搬速度）が成立する。Ｌは、Ｔがパルス源
の約半分に等しく、それによりＤ　（第２図）の最適に
急峻な零通過点が得られるように、選ばれている。回路
の接地点はＥで示されている。

遅延線路１７の構成には複数の変形が可能で、例えば適
当な波動インピーダンスにより、端部を短絡される分枝
として、パルス増幅器７と閾値及び零通過点検出器１２
との間の接続線路に接続するか、真の線路の代りに複数
の遅延素子から成る模擬回路を使用することができる。

第５図には、シュミット・トリガにより形成される閾値
及び零通過点検出器の原理回路が示され、その比較器１
８は対称なプツシユ・プル出力端ＯＵＴ及びＯＵＴを持
っている。ＲＣ回路網Ｒ１，Ｃ１；　Ｒ２，Ｃ２により
、比較器入力端ＩＮにおける直流電圧不動作レベルは出
力端０ｔＪＴにおける不動作レベルに等しい。

閾値及び零通過点検出器１２を形成するシュミット・ト
リガの切換え過程が第６図に示されている。行ａはその
入力信号りを示し、行すは出力端ＯＵＴにおける信号Ｕ
〒を示し、行Ｃは出力＠　ＯＵＴにおける信号ＵｏＵＴ
を示し、後の両。

信号は煩ＵＯＬ又はＵＯＨを持っている。

不動作状態ではＵＯＵＴ　（ＯＦＦ　）”　ＵＯＨ＝　ＵＩＮ　（不動
作）ＵＯＵＴ　　（ＯＦＦ　）＝　ＵＯＬ　＝　Ｕｒｅ
ｆ　　（ＯＦＦ　）不動作レベルｕｒＮ（不動作）上に
乗っている入力信号りが、閾値電圧ＩＪ７＝　Ｕｒｅｆ
　（ＯＦＦ　）　　ＵＩＮ（不動作）　”　ｔｒｏｔ、
　−ＵＯＨを下回ると、比較器１８がＯＮとなろう比較
器の両出力端は同じに構成されているので、今やＵＯＵＴ　（０Ｎ）＝ＵＯＨ＝ＵＯＵＴ　（ＯＦＦ　）
となり、従ってＵｒｅｆ（ＯＮ）＝ＵＩＮ（不動作）となる。ＵＩＮの直流電圧レベルは変化しない。

ＵＩＮがちょうどその不動作レベルに再び交差すると、
即ちちょうど信号りの零通過点Ｎで、比較器１８がリセ
ットし、それにより時間にとって重要な信号（矢印Ｐ）
を供給する。

閾値及び零通過点検出器１２の少し簡単化した回路が第
７図に示されている。比較器１８は対称なプツシユ・プ
ル出力端を持つ市販の比較器で、符号１９は直流電圧増
幅器を表わし、抵＠２０は遅延線路１７　　（第４図）
の波動インピーダンスを表わしている。

Ｒ３，Ｒ４及びＲ５，Ｒ６は分圧器で、分圧器Ｒ５゜Ｒ
６は分圧器Ｒ３，Ｒ４を模擬している。直流電圧増幅器
１９の出力端に加わる補助電圧ＵＨは、不動作状態でｔＪ２＝ｏ＝ＵＩＮ（不動作）となるように説定されている。ＯＮＥ態ではｕＨは変ら
ず、比較器１８の同様な出力端及び同じ大きさの抵抗Ｒ
３，Ｒ４；　Ｒ５，Ｒ５のため、Ｕｒｅｆ　（ＯＮ　）
二〇になる。

ある。

直流電圧増幅器１９の一方の入力端の前にある点Ｙにお
いて、抵抗Ｒ７を介して零電位にオフセット補償用の小
さい直流電圧を重畳でき、この電圧はＵｒｅｆ　　（Ｏ
Ｎ　）へも入る。

本発明による距離測定装置では、遅延線路のみが遅延、
反転及び加算の段別を引受けるので、伝送時間測定は特
に簡ｍかつ精確であり、非直線又は制限する回路素子は
伝送時間測定に関与しないので、装置は原理的に任意の
パルス振部を処理する。更に周波数帯域幅は上方に対し
てパルス増部器により、下方に対して遅延線路により制
限されるので、雑音特注も有利な影響を受ける。更に検
出器により処理すべき信号の零線は回路零点く第４図、
第５図及び第７図の接地点Ｅ）と一致するので、装置は
装置内部の外乱の影響も受けない。

パルス増幅器においては、蛍極原パルスを線路に与えて
、反転される反射を吸収するため、一方向にのみ多くの
電流を供給できる単極出力段で充分である。パルスは遅
延線路を往復して消滅するので、例えば光学装置又は空
気（ｊｉ）中の後方散乱により生ずる巨すぎる光反射が
パルスの検出を誤らせることはない。

最後にあげた性質のため、刻時パルス発生器の開始信号
の代りに、送信される光パルスの一部を受信チャネルへ
導いて開始信号として容易に使用でき、これにより高い
測定精度が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による距離測定装置の構成図、第２図は
その作里を説明するための線図、第３図ないし第５図は
それぞれ第１図の一部の詳細図、第６図はその作用を説
明するための線図、第７図は第１図の距離測定装置の一
部の詳細図である。２・・・送信器、４・・・受信器、６・・・光ダイオー
ド、７・・・パルス増部器、８・・・パルス検出器、９
・・・時間測定回路、１２・・・閾値及び零通過点検出
器、１６・・・短絡される端部、Ａ・・・目標物体、ｄ
・・・測定すべき距５５１ｈ、Ｌ・・・距Ｍ、Ｕ・・・
パルス、２　・・・出力インピーダンス。特許出願人　ツエルヴエーゲル・ウスチル・アクチェン
ゲゼルシャフトＦＩＧ、　１ＦＩＧ、３

Claims

【特許請求の範囲】１　レーザダイオードを含む送信器と、光ダイオードを
持ち目標物体から反射される光パルスを受信する受信器
と、パルス増幅器と、反射される光パルスの受信の時点
にとつて重要な停止信号を発生するため反射される光パ
ルスに対応する原パルスと遅延されるそのコピーとの差
を形成するパルス検出器と、送信される光パルスの開始
とパルス検出器の停止信号との間の時間を求める時間測
定回路とを有するものにおいて、反射のないように整合
される出力インピーダンス（Ｚ＿０）を持つパルス増幅
器（７）が、短絡される端部（１６）によりパルス増幅
器（７）のパルス（Ｕ）の反転及び反射を行なう遅延線
路（１７）を駆動し、評価すべきパルスの持続時間に整
合される距離（Ｌ）だけ遅延線路（１７）の短絡される端部（１６）から離れた所に閾値及び零通過
点検出器（１２）が設けられていることを特徴とする、
伝送時間測定の原理による光電距離測定装置。２　遅延線路（１７）の短絡される端部（１６）からの
閾値及び零通過点検出器（１２）の距離（Ｌ）が、原パ
ルス（Ｕ）とその反転されるコピー（Ｕ＿Ｋ）との間の
遅延（Ｔ）がパルス幅の約半分に等しいことを特徴とす
る、特許請求の範囲第１項に記載の距離測定装置。３　閾値及び零通過点検出器（１２）がシユミツト・ト
リガにより形成され、その比較器（１８）が対称なプツシユ・プル出力端（ＯＵＴ、＠Ｏ
ＵＴ＠）を持つていることを特徴とする、特許請求の範
囲第１項に記載の距離測定装置。４　送信される光パルスの開始の時点が、送信器（２）
のレーザダイオードへ与えられる装置内部の刻時パルス
発生器（１）の開始信号により決定されることを特徴と
する、特許請求の範囲第２項に記載の距離測定装置。５　送信される光パルスの一部が受信チヤネル（６、７
）に通されて、送信される光パルスの開始の時点を規定
する開始信号として使用されることを特徴とする、特許
請求の範囲第２項に記載の距離測定装置。６　遅延線路（１７）がその一端を短絡される分枝とし
て、パルス増幅器（７）と閾値及び零通過点検出器（１
２）との間の接続線路に接続されていることを特徴とす
る、特許請求の範囲第１項に記載の距離測定装置。７　遅延線路（１７）が複数の電気遅延素子から成る模
擬回路によつて置換されていることを特徴とする、特許
請求の範囲第１項に記載の距離測定装置。