図面 (/)

技術 距離測定装置

出願人 株式会社ニコン
発明者 伊東保博
出願日 1995年2月9日 (26年0ヶ月経過) 出願番号 1995-021862
公開日 1996年8月30日 (24年5ヶ月経過) 公開番号 1996-220231
状態 未査定
技術分野 光レーダ方式及びその細部
主要キーワード 汎用素子 測定パルス信号 非同期タイプ 受信波形データ 距離測定データ 広帯域アンプ 受信パルス波 積算信号
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1996年8月30日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

目的

A/D変換器を用いることなく、サンプリング形式の精度の高い、S/Nの悪い信号につよい、距離測定装置を得る。

構成

測定パルス信号105 を所定回数送信して、得られる所定回の受信パルス信号を、コンパレータ16で2値化信号109 にし、これらの所定回の2値化信号をD−FF20とカウンタ21とを用いたデータ積算部17で、送信開始からの走行時間毎に積算して、受信パルス信号とノイズとを弁別して、受信パルス信号から距離を求める。

概要

背景

従来のこの種の距離測定装置は、図3に示す装置が知られている。図3を用いてこの装置の動作を説明する。コンピュータ2は、パルス信号を送信する送信部3へ送信開始信号を出力する。これと同時に、コンピュータ2は、A/D変換器6へサンプリング開始信号を、受信波形メモリ部7へアドレス開始信号を出力する。尚、コンピュータ2からの送信開始信号,サンプリング開始信号及びアドレス設定開始信号は、基準クロック発生器1からの基準クロックに同期している。また、この基準クロックは、時間計測のためにも用いられる。

送信部3は、送信開始信号を受けると、直ぐに送信パルスを出力する。受信部4は、この送信パルスのうち、装置外部の物体によって反射されたパルス信号を受信する。アンプ5は、この受信パルス信号増幅し、A/D変換器6はこの増幅した受信パルス信号をデジタル信号に変換し、受信波形メモリ部7はこのデジタル信号を記憶する。

受信波形メモリ部7は、送信開始信号毎に新たに入力されたデジタル信号と、既に記憶されているデジタル信号とを平均化して、平均化した信号を記憶する。但し、1回目のデジタル信号の場合、そのまま記憶する。コンピュータ2は、一定回数受信波形データ収集した後に目標信号を検出する。この目標信号は、装置から物体までの間を往復したパルス信号の走行時間を示す信号であり、コンピュータ2は、この目標信号を距離に換算することによって物体までの距離を求める。コンピュータ2で求められた距離データは、表示部8に出力され、表示部8は、物体までの距離を表示する。

尚、目標信号から距離を求める方法は、以下の通りである。まず、受信波形メモリ部7のアドレスは基準クロックに対応して1アドレス当たり「1/基準クロック周波数」の時間に相当する。これを用いて、受信波形メモリ部7のデータが設定閾値を越えたデータを目標信号とし、この目標信号を検出したアドレス(n)から目標信号までのパルス信号走行時間(T)を、
T=n/基準クロック周波数
とコンピュータ2で演算しパルス信号走行時間とパルス信号の速度から装置外部の物体までの距離を演算する。

概要

A/D変換器を用いることなく、サンプリング形式の精度の高い、S/Nの悪い信号につよい、距離測定装置を得る。

測定パルス信号105 を所定回数送信して、得られる所定回の受信パルス信号を、コンパレータ16で2値化信号109 にし、これらの所定回の2値化信号をD−FF20とカウンタ21とを用いたデータ積算部17で、送信開始からの走行時間毎に積算して、受信パルス信号とノイズとを弁別して、受信パルス信号から距離を求める。

目的

本発明の目的は、受信パルス信号のS/Nが良くない状態でも目標物からの反射パルス信号を弁別可能なサンプリング方式距離測定方法を生かしながら、距離測定精度を確保しつつ、安価な距離測定装置を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
3件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

パルス信号を送信し物体からの反射パルス信号を受信し、その受信パルス信号デジタル信号に変換して記憶し、そのデジタル信号の中で所定の値を越えるデジタル信号に基づいて目標物を認識し、その目標物までの前記パルス信号の走行時間から前記目標物までの距離を演算距離データを出力する距離測定装置において、前記パルス信号の送信開始と、サンプリングの開始とを制御するタイミング制御手段と、前記タイミング制御手段に基づき、前記パルス信号を送信する送信手段と、前記送信されたパルス信号が物体に当たり反射したパルス信号を受信する受信手段と、前記受信パルス信号をハイレベルローレベル二値に変換するレベル変換手段と、前記タイミング制御手段のサンプリングの開始に基づき、前記パルス信号の走行時間順に、前記レベル変換手段で二値化した受信パルス信号を一時記憶する記憶手段と、前記パルス信号の送信毎に、前記記憶手段に一時記憶された二値化受信パルス信号を、前記パルス走行時間が同じものどうしを積算するデータ積算手段と、前記積算された二値化受信パルス信号の結果から演算処理して距離を演算する処理手段とを設けたことを特徴とする距離測定装置。

請求項2

前記レベル変換手段は、基準となる所定値と、前記受信手段からの受信パルス信号とを比較して、前記ハイレベルとローレベルの二値化受信パルス信号に変換するコンパレータであ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

前記データ積算手段は、少なくとも3回以上前記二値化受信パルス信号を積算することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の距離測定装置。

請求項4

前記データ積算手段は、大体15回の二値化受信パルス信号の積算を行うことを特徴とする請求項3記載の距離測定装置。

請求項5

前記記憶手段は、測定範囲に相当する複数の記憶素子を有し、前記積算手段は、前記複数の記憶素子と同数カウンタ回路を有し、各々の記憶素子に対応する各々のカウンタ回路は、前記パルス信号の送信毎に、各々のカウンタ回路に対応する記憶素子が一時記憶する二値化受信パルス信号に基づいてカウント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6

前記タイミング制御手段は、さらに、前記パルス信号の送信毎に、カウンタクロックを出力し、前記記憶手段は、入力された信号を一時記憶するとともに、前回入力され記憶した受信パルス信号を出力するn個の記憶素子を直列接続して構成され、前記積算手段各々のカウンタ回路は、前記カウンタクロックが出力された時に、前記n個の記憶素子の各々の二値化受信パルス信号に基づいてカウント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7

前記タイミング制御手段は、サンプリングクロックを出力するとともに、サンプリングクロックのパルス数をカウントし、所定数のサンプリングクロックをカウントした時、前記サンプリングクロックの出力を停止し、前記カウンタクロックを出力することを特徴とする請求項6記載の距離測定装置。

技術分野

0001

この発明は、パルス信号走行時間から物体までの距離を求める距離測定装置に関するものである。尚、走行時間は、パルス信号が送信される時から、物体に反射された信号が検出される時までの時間を意味している。したがって、走行時間順は、走行時間の間の時系列的順序を意味する。

背景技術

0002

従来のこの種の距離測定装置は、図3に示す装置が知られている。図3を用いてこの装置の動作を説明する。コンピュータ2は、パルス信号を送信する送信部3へ送信開始信号を出力する。これと同時に、コンピュータ2は、A/D変換器6へサンプリング開始信号を、受信波形メモリ部7へアドレス開始信号を出力する。尚、コンピュータ2からの送信開始信号,サンプリング開始信号及びアドレス設定開始信号は、基準クロック発生器1からの基準クロックに同期している。また、この基準クロックは、時間計測のためにも用いられる。

0003

送信部3は、送信開始信号を受けると、直ぐに送信パルスを出力する。受信部4は、この送信パルスのうち、装置外部の物体によって反射されたパルス信号を受信する。アンプ5は、この受信パルス信号増幅し、A/D変換器6はこの増幅した受信パルス信号をデジタル信号に変換し、受信波形メモリ部7はこのデジタル信号を記憶する。

0004

受信波形メモリ部7は、送信開始信号毎に新たに入力されたデジタル信号と、既に記憶されているデジタル信号とを平均化して、平均化した信号を記憶する。但し、1回目のデジタル信号の場合、そのまま記憶する。コンピュータ2は、一定回数受信波形データ収集した後に目標信号を検出する。この目標信号は、装置から物体までの間を往復したパルス信号の走行時間を示す信号であり、コンピュータ2は、この目標信号を距離に換算することによって物体までの距離を求める。コンピュータ2で求められた距離データは、表示部8に出力され、表示部8は、物体までの距離を表示する。

0005

尚、目標信号から距離を求める方法は、以下の通りである。まず、受信波形メモリ部7のアドレスは基準クロックに対応して1アドレス当たり「1/基準クロック周波数」の時間に相当する。これを用いて、受信波形メモリ部7のデータが設定閾値を越えたデータを目標信号とし、この目標信号を検出したアドレス(n)から目標信号までのパルス信号走行時間(T)を、
T=n/基準クロック周波数
とコンピュータ2で演算しパルス信号走行時間とパルス信号の速度から装置外部の物体までの距離を演算する。

発明が解決しようとする課題

0006

上述した従来の距離測定装置は、A/D変換器を使用している。即ち、この従来の装置は、受信パルス信号の振幅を、パルス信号の走行時間順に、多値(例えば0〜255〔8ビット〕)のデジタル値に変換していた。このサンプリング方式の距離測定装置は、反射パルス信号のS/Nが良くない状態でも目標物からの反射パルス信号を分別することができるものの、距離測定精度サンプリング周波数(基準クロック周波数)で決まる。つまり、この種の装置は、距離測定精度を確保するために、A/D変換器の変換時間を早くして、サンプリング回数を多くする必要がある。但し、高速のA/D変換器は高価なため、従来の装置は、距離測定精度が確保できない、あるいは、距離測定装置が高価なものになるという欠点があった。

0007

本発明の目的は、受信パルス信号のS/Nが良くない状態でも目標物からの反射パルス信号を弁別可能なサンプリング方式の距離測定方法を生かしながら、距離測定精度を確保しつつ、安価な距離測定装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0008

上記目的のため、本発明は、パルス信号を送信し物体からの反射パルス信号を受信し、その受信パルス信号をデジタル信号に変換して記憶し、そのデジタル信号の中で所定の値を越えるデジタル信号に基づいて目標物を認識し、その目標物までの前記パルス信号の走行時間から前記目標物までの距離を演算し距離データを出力する距離測定装置において、前記パルス信号の送信開始と、サンプリングの開始とを制御するタイミング制御手段(12)と、前記タイミング制御手段に基づき、前記パルス信号を送信する送信手段(13)と、前記送信されたパルス信号が物体に当たり反射したパルス信号を受信する受信手段(14)と、前記受信パルス信号をハイレベルローレベル二値に変換するレベル変換手段(16)と、前記タイミング制御手段のサンプリングの開始に基づき、パルス信号の走行時間順に、前記レベル変換手段で二値化した受信パルス信号を一時記憶する記憶手段(17)と、前記パルス信号の送信毎に、前記記憶手段に一時記憶された二値化受信パルス信号を、前記パルス走行時間が同じものどうしを積算するデータ積算手段(17)と、前記積算された二値化受信パルス信号の結果から演算処理して距離を演算する処理手段(10)とを設けたものである。

0009

尚、レベル変換手段(16)は、基準となる所定値と前記受信手段からの受信パルス信号とを比較して前記ハイレベルとローレベルの二値に変換するコンパレータであることが好ましい。尚、データ積算手段(17)は、少なくとも3回以上前記二値化受信パルス信号を積算することが好ましく、より好ましくは、大体15回の二値化受信パルス信号の積算することがよい。

0010

尚、記憶手段(17)は、測定範囲に相当する複数の記憶素子(20)を有し、積算手段(17)は、前記複数の記憶素子と同数カウンタ回路(21)を有し、各々の記憶素子に対応する各々のカウンタ回路(21)は、前記パルス信号の送信毎に、対応する記憶素子が一時記憶する二値化受信パルス信号に基づいてカウントすることが好ましい。

0011

また、タイミング制御手段(12)は、さらに、パルス信号の送信毎に、カウンタクロック(110)を出力し、記憶手段(17)は、入力された信号を一時記憶すると共に、前回入力され記憶した受信パルス信号を出力するn個の記憶素子(20)を直列接続して構成され、積算手段(17)の各々のカウンタ回路(21)は、前記カウンタクロック(110)が出力された時に、前記n個の記憶素子の各々の二値化受信パルス信号に基づいてカウントすることが好ましい。

0012

さらに、タイミング制御手段(12)は、サンプリングクロック(104)を出力するとともに、サンプリングクロックのパルス数をカウントし、所定数のサンプリングクロックをカウントした時、前記サンプリングクロックの出力を停止し、前記カウンタクロック(110)を出力することが好ましい。

0013

本発明によれば、レベル変換手段(16)により、受信パルス信号を二値化する。したがって、多値のA/D変換器に比べて、短い時間で二値化受信パルス信号を得られる。また、記憶手段(17)は、サンプリングクロック毎に、この二値化受信パルス信号が時系列的に一時記憶し、さらに、データ積算手段(17)は、この時系列的に一時記憶している二値化パルス信号を、前記パルス信号の送信毎に、前記パルス走行時間が同じパルス信号を積算する。即ち、記憶手段(17)は、サンプリングクロック(104)の周期毎に前記レベル変換手段(16)からの二値化受信パルス信号を記憶し、データ積算手段(17)は、パルス信号の走行時間順に記憶された二値化受信パルス信号を、パルス信号の送信毎に、送信毎の同じ走行時間の二値化受信パルス信号どうしを積算している。

0014

このようにして積算される積算信号は、パルス信号が受信される時とそれ以外の時とで異なる値となる。即ち、反射されたパルス信号が検出される時は、毎回積算されるので、この場合の積算信号のレベルは高く、パルス信号が検出されない時例えば、物体がない時、ランダムに発生するノイズの部分が積算されるので、前記パルス信号部分に比べて積算される回数が極端に減り、この場合の積算信号のレベルは低い。このように積算信号は、物体までの位置を検出するのに十分使用できる信号である。

0015

尚、レベル変換手段をコンパレータで構成すると、コンパレータは、他のレベル変換手段、例えば、従来から使用されるA/D変換器と比べても、入力信号を二値の信号に変換するには十分な素子であり、A/D変換器等の他のレベル変換手段と比べても比較的安価で入手でき、しかも比較的高い周波数で駆動させることができる。

0016

尚、データ積算手段(17)で行う積算回数は、二値化受信パルス信号とノイズの発生確率の違いを考慮して、ノイズと信号とを区別するために少なくとも3回以上行うことが好ましく、さらに、ランダムに発生するノイズを完全に除くとともに、距離を求めるまでの総時間を適当な時間内にするため15回程度であることがより好ましい。

0017

また、複数の記憶素子(20)と、この複数の記憶素子と同数のカウンタ回路(21)とを用い、各々の記憶素子に対応する各々のカウンタ回路(21)は、前記パルス信号の送信毎に、対応する記憶素子(20)が一時記憶する二値化受信パルス信号に基づいてカウントすることにより、二値化受信パルス信号、即ち距離情報を含む測定データを容易に一時記憶でき、しかも、二値のデータであることから、この二値化受信パルス信号をカウンタ回路の制御信号として使用することで、二値化受信パルス信号を容易に積算する。

0018

また、タイミング制御手段(12)が前記パルス信号の送信毎にカウンタクロック(110)を出力し、積算手段(17)の各々のカウンタ回路(21)が、カウンタクロック(110)に基づいて、積算手段(17)の対応する各々の記憶素子(20)からの二値化受信パルス信号をカウントすることによって、記憶手段(17)やデータ積算手段(17)は、パルス信号の送信毎に測距範囲に相当する時間を認識する必要がなく、単純にカウンタクロック(110)に基づくタイミングで、二値化受信パルス信号を一時記憶、積算する。

0019

また、タイミング制御手段(12)は、所定数のサンプリングクロック(104)をカウントした時、前記サンプリングクロックの出力を停止し、前記カウンタクロック(110)を出力することによって、記憶手段(17)は、サンプリングの開始と終了とを単純にサンプリングクロックによって制御され、データ積算手段(17)は、カウンタクロック(110)のタイミングで、対応する記憶素子(20)からの二値化受信パルス信号に基づいてカウントする。即ち、タイミング制御手段(12)は、二値化受信パルス信号の一時記憶のタイミングをサンプリングクロック(104)に基づいて制御するとともに、パルス信号の送信毎の積算のタイミングをカンウタクロック(110)に基づいて制御する。したがって、記憶手段(17)及びデータ積算手段(17)は距離測定範囲に相当する時間を認識する必要がなく、また、記憶手段(17)は、パルス信号の送信毎に、パルス走行時間が同じ、二値化受信パルス信号を一時記憶し、また、データ蓄積手段(17)も、パルス信号の送信毎に、パルス走行時間が同じ、二値化受信パルス信号を積算する。

0020

本発明の実施例の距離測定装置の構成を図1を用いて説明する。図1において、コンピュータ10は、この距離測定装置の制御部でCPU、ROM、RAM及び入出力ポートで構成されている。基準クロック発生器11は、パルス走行時間を計測する時間基準となるクロックパルス100を発生する。即ち本発明のクロックパルス発生手段であり、周波数安定度の高い水晶発振器で構成されている。

0021

タイミング制御部12は、ゲート回路とカウンタ回路とを有し、ゲート回路はコンピュータ10からの開始信号102を受け、送信開始信号103、サンプリングクロック104及びカウンタクロック110を、クロックパルス100に同期して出力する。また、カウンタ回路は、距離測定範囲に必要なサンプリングクロックをカウントする。

0022

送信部13は、パルス発光レーザダイオードとレーザダイオードドライブ回路で構成され、送信開始信号103に基づいて、光パルス信号を送信する。受信部14は、アバランシェフォトダイオードAPD)からなる光電変換素子、及びトランスインピーダンスアンプで構成され、送信された光パルス信号の反射物体からのエコー(受信パルス信号106)を受信して電気信号に変換する。

0023

アンプ15は、ビデオアンプからなる広帯域アンプで構成され、受信部14からの電気信号をコンパレータ16で必要な電圧レベルに増幅する。コンパレータ16は、アンプ15で増幅された受信信号108をハイレベルとローレベルの二値に変換する。このコンパレータ16は、クロックパルス100とは非同期で変換するが、後述するD型フリップフロップ回路20でのデータ取得タイミングと同等またはそれ以上の速度で変換する高速駆動タイプである。

0024

図2は、データ積算部17の詳細を示している。データ積算部17は、D型フリップフロップ回路(以下D−FF表記す)20と、カウンタ回路21と、アドレスデコーダ22と、3ステートバッファ23とで構成されている。D−FF20は、この距離測定装置の測定範囲に相当する時間の間、コンパレータ16からの二値化された受信信号109をサンプリングクロック104に同期してパルス信号の走行時間順に一時記憶する。即ち、前記距離測定装置の測定範囲に相当する時間の間の二値化された受信信号109を一時記憶できる数だけ設けられている。尚、距離測定装置の測定範囲に相当する時間とは、距離測定装置で検出しようとする最大距離を送信パルスが往復するのに必要な時間を意味する。カウンタ回路21は、D−FF20と同じ数だけ、一対一対応するように設けられ、カウンタクロック110のタイミングで、パルス走行時間が同じ、即ち同じD−FF20からの二値化受信パルス信号を積算する。アドレスデコーダ22と3ステートバッファ23は、カウンタ回路21の出力データをコンピュータ10で読みにいくために設けられている。即ち、3ステートバッファ23の出力制御をアドレスデコーダ22で制御することから、コンピュータ10側から見た場合、カウンタ回路出力を読みだし専用メモリと見ることができる。このようなデータ積算部17は、本発明の記憶手段と、データ積算手段とに相当する。

0025

表示部18は、7セグメントLEDとゲート回路とを備えた表示ドライバで構成され、図1に示すように、コンピュータ10に接続されており、コンピュータ10からの演算結果を測定値として、表示する。この測定値の求め方は、後述する動作の説明で開示する。次に、実施例の距離測定装置の動作について説明する。

0026

一回の距離測定動作は、複数回のパルス信号を送信して、複数の距離測定データを取得し、得た複数のデータを演算処理して、測定値を得て、この測定値を表示部18に出力するまでの動作である。本装置は、この距離測定動作を繰り返し行って、連続して測定値を表示する。以下、距離測定動作について、詳述する。尚、1回の測定値を得るまでに送信するパルス信号の数は、15とする。

0027

始めに送信部13からコンパレータ16までの信号の流れを説明した上で、全体的に説明する。図1に示すように、まず、送信部13は、タイミング制御手段12からの送信開始信号103に応じて、パルス光105を発生させ、発生したパルス光105を装置本体から射出する。射出されたパルス光105の内、物体によって反射されたパルス光106は、受信部14によって検出される。この受信部14は、受信したパルス光106を、光電変換し、電気信号107に変換する。尚、本実施例では、後段で処理し易い信号に変換するため、高周波領域に対応できるAPDで受信パルス光106を光電変換した。

0028

この電気信号107は、アンプ15で増幅され、増幅した電気信号108をコンパレータ16に出力する。尚、本実施例では、アンプ15の周波数特性を、ノイズレベルの中心に対して対象に信号がでるように、ハイパスフィルタにしている。適正レベルに増幅された受信パルス信号108は、コンパレータ16に入力される。コンパレータ16は、適正レベルに増幅された受信パルス信号108をノイズレベルの中心値(受信パルス信号が入力されていない状態のレベル)をリファレンスレベルとして、適正レベルに増幅された受信パルス信号108が大きい場合にハイレベルとし,小さい場合にローレベルとして、二値信号(デジタル信号)109にする。尚、本実施例では、アンプ部17にハイパスフィルタが設けられているため、ランダムに発生するノイズは±ぼぼ等しい発生率だと仮定すると、リファレンスレベルは0〔V〕になる。また、測距精度を上げるために、本実施例では、高速動作可能なコンパレータ、サンプリングクロック104の周期より短い周期で動作するタイプのものを使用している。変換した二値化パルス信号109は、データ積算部17に出力される。

0029

次に、全体の手順について説明する。図1に示すように、コンピュータ10は、距離測定を開始する時、まず、データ積算部17に、リセット信号101を出力する。データ積算部17は、図2に示すように、このリセット信号101を各カウンタ21のSET端子に入力させ、各カウンタ21のデータをリセットする。

0030

次に、コンピュータ10は、図1に示すように、タイミング制御部12に開始信号102を出力する。タイミング制御部12は、開始信号102を受けて基準クロック発生部11からのクロックパルス100に同期して、送信部13へ送信開始信号103を出力するとともに、データ積算部17に、サンプリングクロック104を出力する。

0031

送信部13は、この送信開始信号103に基づいて、所定の送信パルス光105を発生させ、出力する。また、データ積算部17は、図2に示すように、サンプリングクロック104に基づいて、各D−FF20のD端子に入力する信号を一時記憶するとともに、今まで記憶していたデータをQ端子から出力する。したがって、一番始目のD−FF20は、コンパレータ16から出力データを記憶しつつ、前回記憶したデータを出力する。2番目のD−FF20は、この一番始目のD−FF20が、前回記憶したデータを記憶するとともに、自身が前回記憶したデータを出力する。しかして、n番目のD−FF20は、n−1番目のD−FF20の出力データを一時記憶する。これを時系列的に見ると、データ積算部17は、D−FF20のD端子にレベル変換された受信パルス信号109とクロック端子にタイミング制御部12からのサンプリング信号とを受け、レベル変換された受信パルス信号109を送信開始からの走行時間順に一時記憶していることになる。この時のコンパレータ16からの受信パルス信号109は、前述したように、物体までの距離に相当する距離測定データを含んでいる。このようにして、コンパレータ16の出力データを、サンプリングクロック104の周波数に同期して、サンプリングする。尚、データ積算部17は、サンプリングクロック104の入力とともにサンプリングを開始する。即ち、サンプリングクロック104は本発明のサンプリング開始信号である。

0032

タイミング制御部12は、カウンタ回路(図示せず)を内蔵しており、前述の信号103,104を出力すると、このカウンタ回路は、サンプリングクロック104をカウントすることによって、距離測定範囲に相当する時間を計時する。即ち、距離測定範囲に相当するパルス走行時間Tと距離測定分解能に相当するサンプリング時間δtに関して〔T/δt〕カウントする。タイミング制御部12は、このカウンタ回路の計時が終了すると、サンプリングクロック104の出力を停止すると共に、データ積算部17にカウンタクロック110を出力する。したがって、データ積算部17は、サンプリングクロック104の停止により、D−FF20によるサンプリングを終了し、距離測定範囲に相当する受信パルス波形データ109を取り込み終えたことになる。また、データ積算部17は、カウンタクロック110が各カウンタ21のクロックに入力されると、各カウンタ21に対応するD−FF20のQ端子のデータを入力し、このQ端子のデータが、ハイレベルの時、カウントアップし、ローレベルの時、カウントダウンする。これによって、1回の距離測定データを積算する。

0033

一回の距離測定動作では、この距離測定テータの積算までの手順を15回繰り返し行う。即ち、一回の距離測定動作は、開始信号102毎に、距離測定データの積算を15回繰り返し行うことによりなされる。この結果、各カウンタ21に積算されたデータは、受信パルス信号が大きい位置ではカウンタ値が大きくなり(最大値は測距開始信号の繰り返し回数)、受信パルス信号小さい位置ではカウント値が小さく(最小値は、−測距開始信号の繰り返し回数)なる。また、受信パルス信号が無い位置では、ランダムに発生するノイズにより,パルス走行時間が同じ位置でもD−FFの出力がハイレベルとローレベルに略同じ回数変化するため、カウント値に変化が生じない(カウント値は0付近)。この結果、二値化された受信パルス信号109は積算され、平均化処理をした結果と同じことになる。

0034

積算された受信パルス信号は、各カウンタ回路21に記憶されている。コンピュータ10は、規定回数(15回)測距開始信号を出力して、受信信号波形データの積算が終了した時点で、アドレス信号111を設定し、順に各カウンタ回路21のカウントデータデータ信号112として読む。コンピュータ10は、アドレス信号111により、データ積算部17のアドレスデコーダ22を動作させ、カウンタ回路21を選択する。アドレスデコーダ23の出力は、Q1からQnまでのn個の出力があり、各々の出力でカウンタ回路21の出力に接続された3ステートバーファ23の出力を選択する。

0035

アドレスデコーダ出力のQm(1≦m≦n)は、送信開始信号103の出力からのm番目のパルス走行時間となり、パルス走行時間=(m−1)×(クロックパルス100の周期)となる。コンピュータ10は、アドレス信号111でアドレスデコーダ出力を認識できるため、データ信号112とパルス走行時間(アドレス信号111)を対応することができ、データ信号111が規定値を超えるデータのパルス走行時間から目標物までの距離を演算し、距離データ113を表示部18へ出力する。表示部18は距離データ113を測定値として表示する。以上の動作により、1回の測距動作を終了する。

0036

尚、本実施例では、サンプリングクロック104を出力するタイミング制御部12のカウンタ回路を含むゲート回路と、データ積算部17のD−FF20とを高速コンパレータの動作速度に対応可能なECLで構成した。が、変形例として、サンプリングクロック104の位相をずらせた複数のサンプリングクロックを用いて、複数のデータ積算部17(図2ブロックに相当する構成をさらに増やす)を並列して接続して、各データ積算部に位相の異なるサンプリングクロックを入力することで、C−MOS等の汎用ICで構成することができる。

0037

また、実施例では、送信開始信号103とサンプリングクロック(サンプリング開始信号)104とを同時に出力するとしたが、本発明は、始めにサンプリングクロックの出力を開始し、その後に、送信開始信号103を出力するようになしてもよい。尚、この場合、測定範囲を確保するため、サンプリングクロックから送信開始信号までの時間差分のD−FF20とカウンタ回路21とを追加する必要がある。

0038

また、アンプ15は、その周波数特性をハイパスフィルタとしたが、この周波数特性は、フラットアンプにすることも可能である。この場合、ハイパスフィルタの場合と比べて、背景光太陽光などの外部からの光)の影響による受信パルス信号のレベルシフト分をオフセットする回路を設けるか、そのレベルシフト分を、コンパレータ16のしきい値を補正する必要がある。

0039

また、実施例のカウンタ回路21は、アップダウンカウンタで構成したが、通常のカウンタ回路でもよい。この場合、D−FF20のQ出力がハイレベルの場合、カウンタクロック110でカウントし、D−FF20のQ出力がローレベルの場合、カウンタクロック110にゲートをかけてカウントしないようにする。これによって、この場合のカウンタの積算結果は、測距開始信号102毎に繰り返すことによって、受信パルス信号が大きい位置ではカウンタ値が大きくなり(最大値は、測距開始信号の繰り返し回数)、受信パルス信号が小さい位置ではカウントしないためにカウント値は変化しない(最小値は0)。また、受信パルス信号が無い位置では、ノイズにより、パルス走行時間が同じ位置でもD−FFの出力がハイレベルとローレベルに変化するため、ノイズの分布により約半分がカウントされる(中心値は測距開始信号の繰り返し回数の1/2)。よって、ノイズと受信パルス信号とを十分に識別することができる。

0040

本実施例で、コンパレータ16は非同期タイプを用いたが、コンパレータの前段サンプルホールド回路を挿入し、クロックに同期させることもできる。この場合、信号変化が速い場合や、コンパレータの動作が遅い(例えば、データ取得タイミングに対して十分に速いと言えない)場合に特に有効である。また、本実施例は、積算回数を15回としたが、ノイズと識別できればよく、回路構成なとのハードや、測距動作に必要な時間、測距精度、誤動作確率(発生率)などの要求に応じて、3回以上の適当な回数を選択すればよい。

発明の効果

0041

以上のように、この発明によれば、レベル変換手段で二値の信号(二値化受信パルス信号)に変換するとともに、記憶手段及びデータ積算手段でその変換信号を積算して、距離測定データを得ているので、レベル変換手段による負担が減り、より高速に処理することができ、従来の装置と同程度の速度は勿論、それ以上の速度でも受信信号(二値化受信パルス信号)をサンプリング(デジタルデータに変換)し、一時記憶し、積算することができる。したがって、高精度な距離測定が行えるサンプリングの特徴を持ったまま、距離測定装置を安価で作成できる。

0042

しかも、レベル変換手段により、単純な二値のデジタル信号に変換するので、ノイズの二値化確率は50パーセントとなり、又、信号の二値化確率はレベルにより変化する。又、本発明は、記憶手段及びデータ積算手段により、二値化受信パルス信号を一時記憶、積算するので、積算された積算信号は、ノイズと受信パルス信号とで値が異なり、このため、信号とノイズとを容易に弁別できる。

0043

したがって、レベル変換手段の所定値を適切に設定することによって、S/Nの低い受信パルス信号でも、受信パルス信号とノイズとの弁別が容易に行える。これにより、長距離遠距離)からの低レベル反射信号や反射率の少ない物体からの低レベル反射信号も検出することができる。さらに、従来ではサンプリング速度やS/N比限界から困難であった、測定範囲の延長も可能である。

0044

また、レベル変換手段として、コンパレータを用いることにより、同じ駆動周波数であれば安価な素子を使用でき、装置を安価に構成できる。これは、従来使用されていたA/D変換器と比較した場合、数分の一から数十分の一の価格的違いがあり、価格の違いは、駆動周波数を高いものにするほど顕著である。したがって、同じ価格の装置を構成する場合、駆動周波数を高いものにでき、高精度化が可能となる。

0045

また、データ積算手段(17)で行う積算回数を少なくとも3回以上にすることによって、受信パルス信号(これは物体の有無にしか左右されないので積算値は高い)とノイズ(ランダムであり、受信パルス信号に比べて積算値は低い)とを区別することができる。尚、信号とノイズとを区別可能といっても、低回数の積算回数では、ノイズと弁別が難しい場合も考えられるので、好ましくは、積算回数は多いほどよい。但し、当然のことながら、積算回数を増やすということは、パルス信号の送信回数が増えることであり、処理終了に時間を要する。処理手段の処理能力や測定範囲等の別の要因によって最適な積算回数は前後するが、15回(10〜30回)程度であることが好ましい。

0046

また、複数の記憶素子(20)と、この複数の記憶素子と同数のカウンタ回路(21)とを用い、各々のカウンタ回路(21)が、前記パルス信号の送信毎に、対応する記憶素子(20)が一時記憶する二値化受信パルス信号に基づいてカウントして、受信パルス信号を積算すれば、記憶素子は、レベル変換手段で二値化されたハイレベルかローレベルか示す信号を一時記憶すればよく、また、カンウタ回路も、ハイレベルかローレベルか示す信号によって、カウントすればよいので、極めて簡単な構成の素子を用いて、記憶手段及びデータ積算手段を構成することができる。したがって、距離測定装置を安価に作成できる。

0047

また、タイミング制御手段(12)が前記パルス信号の送信毎にカウンタクロック(110)を出力し、積算手段(17)の各々のカウンタ回路(21)が、カウンタクロック(110)に基づいて対応する各々の記憶素子(20)からの二値化受信パルス信号をカウントすれば、カウンタ回路(21)以後は、カウンタクロック(110)に基づくゆっくりとしたタイミングで、二値化受信パルス信号を積算する。したがって、カウンタ回路以後は汎用素子で実現することができる。したがって、距離測定装置を安価に作成できる。

図面の簡単な説明

0048

図1は、本発明による実施例の距離測定装置の構成を示すブロック図である。
図2は、図1のデータ積算部17の詳細ブロック図である。
図3は、従来例の構成を示すブロック図である。

--

0049

10…コンピュータ
11…基準クロック発生部
12…タイミング制御部
16…コンパレータ
17…データ積算部
20…D−FF
21…カウンタ
22…アドレスデコーダ
23…3ステートバッファ

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ