JP4772474B2 - Optical distance measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、光を用いて被測定物までの距離を演算する光学式測距方法に関する。 The present invention relates to an optical distance measuring method for calculating a distance to an object to be measured using light.
周知のように、光を用いて被測定物までの距離を測定する光学式測距方法は、発光素子から出射された測距光を被測定物に対して送光し、被測定物で反射した測距光を受光素子で受光して電気信号である測距信号に変換し、この変換された測距信号に基づいて被測定物までの距離を演算する方法である。具体的には、例えば測距光の送光から受光までの時間差や、位相差等の距離情報を測距信号から求め、かかる距離情報から被測定物までの距離が演算される。 As is well known, the optical distance measuring method for measuring the distance to the object to be measured using light transmits the distance measuring light emitted from the light emitting element to the object to be measured, and is reflected by the object to be measured. In this method, the distance measuring light received by the light receiving element is converted into a distance measuring signal which is an electric signal, and the distance to the object to be measured is calculated based on the converted distance measuring signal. Specifically, for example, distance information such as a time difference from a distance measurement light transmission to a light reception and a phase difference is obtained from the distance measurement signal, and the distance to the object to be measured is calculated from the distance information.
そして、この種の光学式測距方法は、被測定物で反射した測距光の光量が反射時に散乱等によって弱められることを考慮し、受光素子で受光された測距光に対応して生成される測距信号をアンプによって増幅し、この増幅された測距信号に基づいて被測定物までの距離が演算されるのが通例である。 This type of optical distance measuring method is generated corresponding to the distance measuring light received by the light receiving element in consideration that the amount of distance measuring light reflected by the object to be measured is weakened by scattering or the like at the time of reflection. In general, the distance measurement signal is amplified by an amplifier, and the distance to the object to be measured is calculated based on the amplified distance measurement signal.
しかしながら、受光素子で受光される測距光の光量レベルは、被測定物の測距光に対する反射率や、被測定物までの距離等によって種々に変動し、受光素子で受光される測距光に対応した測距信号の信号レベルのダイナミックレンジは必然的に大きくなる。そのため、アンプの増幅率を、微弱な信号レベルの測距信号を増幅するのに十分なレベルに設定した場合には、より大きな信号レベルの測距信号がアンプに入力された際に、アンプで増幅された測距信号が飽和するという問題がある。 However, the light level of the distance measuring light received by the light receiving element varies depending on the reflectance of the object to be measured with respect to the distance measuring light, the distance to the object to be measured, etc., and the distance measuring light received by the light receiving element. The dynamic range of the signal level of the distance measurement signal corresponding to inevitably increases. Therefore, when the amplification factor of the amplifier is set to a level sufficient to amplify a ranging signal with a weak signal level, when the ranging signal with a larger signal level is input to the amplifier, the amplifier There is a problem that the amplified ranging signal is saturated.
そこで、上記の問題に対処する方法として、アンプにAGC(Automatic Gain Control)回路を取り付けて、ある一定のレベル以上の信号レベルをもつ測距信号がアンプに入力された場合には、AGC回路によってアンプの増幅率を自動的に下げて、アンプの出力信号の飽和を防ぐ方法が公知となっている(例えば、下記の特許文献1参照)。
Therefore, as a method of coping with the above problem, when an AGC (Automatic Gain Control) circuit is attached to the amplifier and a ranging signal having a signal level higher than a certain level is input to the amplifier, the AGC circuit A method of automatically reducing the amplification factor of the amplifier to prevent saturation of the output signal of the amplifier is known (for example, see
ところで、近年、この種の光学式測距方法においては、その利用分野の拡大に伴って、被測定物までの距離をより一層高精度に測定することが要求されるに至っているのが実情である。 By the way, in recent years, in this type of optical distance measuring method, as the field of use expands, it is actually required to measure the distance to the object to be measured with higher accuracy. is there.
しかしながら、上記の特許文献1に開示されているように、単にAGC回路をアンプに取り付けて測距信号を増幅しただけでは、増幅された測距信号の飽和に起因した誤差の発生を防止することはできるものの、その他の要因による誤差の発生は依然として解消されないため、上記の要求に十分に応じることができないという問題がある。
However, as disclosed in the above-mentioned
本発明の課題は、アンプにAGC回路を取り付けた上で、演算距離に含まれる誤差を的確に補正して被測定物までの距離を高精度に測定することにある。 An object of the present invention is to accurately measure an error included in a calculation distance and accurately measure a distance to an object to be measured after an AGC circuit is attached to an amplifier.
本発明は、AGC回路の作動の有無に応じてアンプの特性が変化するという知見、および、被測定物までの演算距離に含まれる誤差が、AGC回路が非作動となる状態では被測定物までの距離の変化を主たる要因として発生し、AGC回路が作動している状態では被測定物までの距離の変化と、受光素子で受光される測距光の光量レベルの変化とを主たる要因として発生するという知見に基づいてなされたものである。 The present invention is based on the knowledge that the characteristics of the amplifier change depending on whether or not the AGC circuit is activated, and the error included in the calculation distance to the object to be measured is the same as the object to be measured when the AGC circuit is inactive. This is mainly caused by the change in the distance to the object to be measured and the change in the light level of the ranging light received by the light receiving element when the AGC circuit is operating. It was made based on the knowledge to do.
すなわち、上記課題を解決するために創案された本発明は、発光素子から出射される測距光を被測定物に向けて送光し、前記被測定物で反射した測距光を受光素子で受光すると共に測距信号に変換し、前記受光素子で変換された測距信号の信号レベルに応じてAGC回路が作動して増幅率が自動的に下げられるアンプで前記測距信号を増幅し、前記アンプで増幅された前記測距信号に基づいて前記被測定物までの距離を演算する光学式測距方法において、前記被測定物の距離測定前に、前記AGC回路が非作動となる範囲で、前記受光素子で受光される測距光の光量を一定に保ちながら複数の既知距離を測定し、各既知距離での演算距離に応じた距離補正値を示す第一補正関数を求めると共に、前記AGC回路が作動する範囲で、前記受光素子に受光される測距光の光量レベルを変化させながら単一の既知距離を測定し、各光量レベルでの演算距離に応じた距離補正値を示す第二補正関数を求め、前記被測定物の距離測定時に、前記AGC回路が非作動状態にある場合には、前記第一補正関数に基づいて前記被測定物までの演算距離を補正し、前記AGC回路が作動状態にある場合には、前記第一補正関数および前記第二補正関数に基づいて前記被測定物までの演算距離を補正することに特徴づけられる。 That is, the present invention devised to solve the above-described problem is that the distance measuring light emitted from the light emitting element is transmitted toward the object to be measured, and the distance measuring light reflected by the object to be measured is received by the light receiving element. Receives light and converts it to a ranging signal, and the AGC circuit is activated according to the signal level of the ranging signal converted by the light receiving element to amplify the ranging signal with an amplifier whose amplification factor is automatically lowered, In an optical distance measuring method for calculating a distance to the object to be measured based on the distance measurement signal amplified by the amplifier, before the distance measurement of the object to be measured, the AGC circuit is deactivated. Measuring a plurality of known distances while maintaining a constant amount of ranging light received by the light receiving element, obtaining a first correction function indicating a distance correction value according to a calculation distance at each known distance, and In the range where the AGC circuit operates, the light receiving element Obtains a second correction function while varying the light level measured single known distance, shows the distance correction value according to the calculated distance for each light level of the distance measuring light received by the light, of the object to be measured At the time of distance measurement, when the AGC circuit is in an inoperative state, the calculation distance to the object to be measured is corrected based on the first correction function, and when the AGC circuit is in an activated state, It is characterized in that the calculation distance to the object to be measured is corrected based on the first correction function and the second correction function.
上記の方法によれば、被測定物の距離測定時に、AGC回路が非作動状態にある場合には、被測定物までの距離の変化を考慮した距離補正値を示す第一補正関数に基づいて被測定物までの演算距離が補正される。一方、被測定物の距離測定時に、AGC回路が作動状態にある場合には、上記の第一補正関数と、受光素子に受光される測距光の光量レベルの変化を考慮した距離補正値を示す第二補正関数とに基づいて被測定物までの演算距離が補正される。したがって、被測定物の距離測定時に、AGC回路の作動の有無に応じて、予め求められた第一補正関数と第二補正関数が的確に選択されると共に、選択された補正関数に基づいて被測定物までの演算距離が補正されるため、結果として被測定物の距離を高精度に測定することが可能となる。 According to the above method, when the AGC circuit is in an inoperative state when measuring the distance of the object to be measured, based on the first correction function indicating the distance correction value considering the change in the distance to the object to be measured. The calculation distance to the object to be measured is corrected. On the other hand, if the AGC circuit is in an operating state when measuring the distance of the object to be measured, the distance correction value considering the first correction function and the change in the light level of the distance measuring light received by the light receiving element is obtained. The calculated distance to the object to be measured is corrected based on the second correction function shown. Therefore, when the distance of the object to be measured is measured, the first correction function and the second correction function obtained in advance are accurately selected according to whether or not the AGC circuit is activated, and the object to be measured is determined based on the selected correction function. Since the calculation distance to the measurement object is corrected, as a result, the distance of the measurement object can be measured with high accuracy.
上記の方法において、更に、第一基準反射部材と第二基準反射部材とをそれぞれ所定位置に配置して前記発光素子から出射される測距光の一部を各基準反射部材に対して送光し、前記第一基準反射部材で測距光を前記AGC回路が非作動となる範囲の光量レベルに調整して反射すると共に、前記受光素子で受光される前記第一基準反射部材で反射した測距光に基づいて前記第一補正関数を修正し、且つ、前記第二基準反射部材で前記測距光を前記AGC回路が作動する範囲の光量レベルに調整して反射すると共に、前記受光素子で受光される前記第二基準反射部材で反射した前記測距光に基づいて前記第二補正関数を修正することが好ましい。 In the above method, the first reference reflecting member and the second reference reflecting member are arranged at predetermined positions, respectively, and a part of the ranging light emitted from the light emitting element is transmitted to each reference reflecting member. Then, the distance measuring light is adjusted by the first reference reflecting member to reflect the light amount level in a range where the AGC circuit is not operated, and is reflected by the first reference reflecting member received by the light receiving element. The first correction function is corrected based on the distance light, and the distance measurement light is adjusted by the second reference reflection member to reflect the light amount level within a range in which the AGC circuit operates, and is reflected by the light receiving element. It is preferable that the second correction function is corrected based on the distance measuring light reflected by the received second reference reflecting member.
このようにすれば、仮に、被測定物までの演算距離が、環境変化や経年変化によって変動を来す場合であっても、所定位置に配置した第一基準反射部材および第二基準反射部材で反射して受光素子で受光される各測距光が、環境変化や経年変化に応じた所定の変化を示すため、その変化量に基づいて、第一補正関数および第二補正関数を修正すれば、環境変化や経年変化に依存しない、より高精度な距離測定を行うことが可能となる。 In this way, even if the calculation distance to the object to be measured varies due to environmental changes and secular changes, the first reference reflecting member and the second reference reflecting member arranged at predetermined positions. Since each distance measuring light reflected and received by the light receiving element shows a predetermined change according to an environmental change or a secular change, if the first correction function and the second correction function are corrected based on the change amount, It becomes possible to perform distance measurement with higher accuracy that does not depend on environmental changes or aging.
上記の方法において、更に、前記被測定物の距離測定前に、前記AGC回路が非作動となる範囲であって且つ前記測距信号のレベルが所定値以下の範囲で、前記受光素子で受光される前記測距光の光量を一定に保ちながら複数の既知距離を測定し、各既知距離での演算距離に応じた距離補正量を示す第三補正関数を求め、前記被測定物の距離測定時に、前記AGC回路が非作動状態にあって且つ前記測距信号のレベルが前記所定値以下の場合には、前記第一補正関数に代えて前記第三補正関数に基づいて前記被測定物までの演算距離を補正するようにしてもよい。 In the above method, before the distance measurement of the object to be measured, the light receiving element receives light within a range where the AGC circuit is inoperative and the level of the distance measurement signal is a predetermined value or less. that said a maintaining amount of distance measuring light constant is determined a known distance al multiple third obtain a correction function number indicating the distance correction amount corresponding to the calculated distance of each known distance, the object to be measured If the AGC circuit is in an inoperative state and the distance measurement signal level is equal to or lower than the predetermined value when the distance is measured, instead of the first correction function, the object is based on the third correction function. You may make it correct | amend the calculation distance to a measurement object.
このようにすれば、仮に被測定物で反射して受光素子に入射する測距光の光量レベルが弱く、受光素子で変換された測距信号が、ノイズの影響を受ける場合であっても、ノイズの影響を考慮した第三補正関数に基づいて、被測定物までの演算距離に補正が加えられる。 In this way, if weak light levels of the measuring light incident on the light-receiving element and reflected by the object to be measured, ranging signal converted by the light receiving element, even if affected by noise Based on the third correction function that takes into account the influence of noise, the calculation distance to the object to be measured is corrected.
上記の方法において、更に、第三基準反射部材を所定位置に配置して前記発光素子から出射される測距光の一部を前記第三基準反射部材に対して送光し、前記第三基準反射部材で測距光を前記AGC回路が非作動となり且つ前記測距信号のレベルが前記所定値以下となる光量レベルに調整して反射すると共に、前記受光素子で受光される前記第三基準反射部材で反射した測距光に基づいて前記第三補正関数を修正することが好ましい。 In the above method, the third reference reflecting member is further disposed at a predetermined position, and a part of the ranging light emitted from the light emitting element is transmitted to the third reference reflecting member, and the third reference The third reference reflection received by the light receiving element while reflecting the distance measuring light by the reflecting member while adjusting the light amount level so that the AGC circuit is not activated and the level of the distance measuring signal is not more than the predetermined value. It is preferable that the third correction function is corrected based on the distance measuring light reflected by the member.
このようにすれば、所定距離に配置した第三基準反射部材によって、受光素子に入射した測距光は、環境変化や経年変化に応じた所定の変化を示すため、この測距光の変化量に基づいて第三補正関数を修正すれば、被測定物までの演算距離に環境変化等に依存しない的確な補正を行うことが可能となり、結果としてより高精度な距離演算を行うことが可能となる。 In this way, the distance measuring light incident on the light receiving element by the third reference reflecting member disposed at a predetermined distance exhibits a predetermined change corresponding to an environmental change or a secular change. If the third correction function is corrected based on the above, it is possible to accurately correct the calculation distance to the object to be measured without depending on environmental changes, etc., and as a result, more accurate distance calculation can be performed. Become.
以上のような本発明によれば、被測定物の距離測定時にAGC回路の作動の有無に応じて、予め求めた各補正関数が的確に選択されると共に、選択された補正関数に基づいて被測定物までの演算距離に含まれる誤差が補正されるため、結果として被測定物までの距離を高精度に測定することが可能となる。 According to the present invention as described above, each correction function obtained in advance is accurately selected according to whether or not the AGC circuit is activated during distance measurement of the object to be measured, and the object to be measured is selected based on the selected correction function. Since the error included in the calculated distance to the measurement object is corrected, as a result, the distance to the measurement object can be measured with high accuracy.
以下、本発明に係る第一実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, a first embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、第一実施形態に係る光学式測距方法を体現するための光学式測距装置の全体構成を模式的に示すブロック図である。同図に示すように、この光学式測距装置1は、制御部2と、発光素子駆動部3と、発光素子4と、受光素子5と、アンプ6と、AGC回路7とを基本的構成要素として備えている。
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the overall configuration of an optical distance measuring device for embodying the optical distance measuring method according to the first embodiment. As shown in the figure, this optical
詳述すると、制御部2は、発光信号を生成すると共に、発光信号を発光素子駆動部3に入力する。発光素子駆動部3は、入力された発光信号を、発光素子4が駆動するのに必要な大きさに増幅すると共に、増幅した発光信号を発光素子4に入力する。発光素子4は、入力された増幅後の発光信号を、光信号である測距光に変換すると共に、その測距光を被測定物8に対して送光する。
More specifically, the
一方、受光素子5は、被測定物8で反射した測距光を受光すると共に、その測距光を電気信号である測距信号に変換し、変換した測距信号をアンプ6に入力する。アンプ6は、入力された測距信号を増幅すると共に、増幅した測距信号を制御部2に入力する。このとき、アンプ6に取り付けられたAGC回路7は、測距信号の信号レベルが所定の閾値(以下、飽和信号レベルという)を超えた場合にアンプ6の増幅率を自動的に下げ、アンプ6で増幅された測距信号が飽和するのを防止するようになっている。さらに、制御部2は、入力された増幅後の測距信号に基づいて被測定物8までの距離を演算するようになっている。
On the other hand, the light receiving element 5 receives the distance measuring light reflected by the object 8 to be measured, converts the distance measuring light into a distance measuring signal which is an electric signal, and inputs the converted distance measuring signal to the
次に、上記のように構成された光学式測距装置1の光学式測距方法を、被測定物8までの演算距離の補正方法を中心に説明する。
Next, an optical distance measuring method of the optical
まず、被測定物8の距離測定前に、被測定物8までの演算距離に応じた距離補正値を示す補正関数を作成し、制御部2の図示しないメモリに記憶する。この補正関数は、本実施形態では第一補正関数、第二補正関数および第三補正関数から構成されており、各補正関数は、以下の手順で作成される。
First, before measuring the distance of the device under test 8, a correction function indicating a distance correction value corresponding to the calculated distance to the device under test 8 is created and stored in a memory (not shown) of the
上記の第一補正関数の作成手順を図2に基づいて説明する。図2に示すように、所定の反射率を有する反射板9を、予め距離が既知である所定の既知距離に配置して上で、この反射板9に向けて発光素子4から出射された測距光を送光し、反射板9で反射した測距光を、測距光の透過光量レベルを調整可能な光量調整部材10を介して受光素子5へ入射する。このとき、AGC回路7が非作動となる範囲であって測距信号に対してノイズの影響が無視できる範囲(測距信号のレベルが所定値以下の範囲)で、光量調整部材10によって受光素子5に入射する測距光の光量レベルを一定に保ち、反射板9までの距離を演算する。そして、反射板9までの演算距離L1と実距離との差を距離補正値ΔL1として、演算距離L1と共に制御部2の図示しないメモリに書き込んでいく。次いで、光量調整部材10によって受光素子5に入射する測距光の光量レベルを一定に保った状態で、反射板9の複数の既知距離に順次配置して、各既知距離における距離補正値ΔL 1 と、演算距離L 1 とを制御部2のメモリに書き込んでいく。以下同様にして、任意の演算距離L1に対する距離補正値ΔL1を示す第一補正関数f1(L1)が制御部2のメモリに記憶される。なお、上記の「AGC回路7が非作動状態となる範囲」とは、AGC回路7によってアンプ6の増幅率が自動調整されない状態、すなわちアンプ6に予め設定された所定の増幅率で測距信号が増幅される状態を意味し、具体的には、例えばアンプ6で増幅された測距信号の信号レベルが、アンプ6の飽和信号レベル以下となる範囲に設定される。また、上記の「測距信号に対してノイズの影響が無視できる範囲」とは、例えばアンプ6で増幅された測距信号の信号レベルが、アンプ6の飽和信号レベルの10%以上となる範囲に設定される。また、上記の「ノイズ」としては、例えば発光素子4を駆動する信号が電気的に結合されて受光素子5に混入して発生する信号や、測距信号をサンプリングする時に発生する信号等が挙げられる。
The procedure for creating the first correction function will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, a
上記の第二補正関数の作成手順を説明する。まず、第一補正関数の作成手順と同様に、所定の既知距離に反射板9を配置する。このとき、AGC回路7が作動する範囲で、光量調整部材10によって受光素子5に入射する測距光の光量レベルを一定に保ち、反射板9までの距離を演算する。そして、演算された反射板9までの演算距離L2と既知距離との差を距離補正値ΔL2として、本実施形態では受光素子5で受光される測距光の光量レベルと相関関係がある図1に示すAGC回路7の出力電圧VAと共に、制御部2のメモリに書き込んでいく。次いで、反射板9の距離を一定に保った状態で、光量調整部材10の透過光量を変化させることで、AGC回路7が作動する範囲で受光素子5に入射する測距光の光量レベルを順次変化させ、各光量レベルにおける距離補正値ΔL2と、AGC回路7の出力電圧VAとを制御部2のメモリに書き込んでいく。以下同様にして、AGC回路7の任意の出力電圧VAに対する距離補正値ΔL 2 を示す第二補正関数f2(VA)が制御部2のメモリに記憶される。なお、上記の「AGC回路が作動する範囲」とは、AGC回路7によってアンプ6の増幅率が自動的に下げられた状態、すなわち、アンプ6に予め設定された所定の増幅率よりも小さい増幅率で測距信号が増幅される状態を意味し、具体的には、例えばアンプ6で増幅された測距信号の信号レベルが、アンプ6の飽和信号レベルよりも大きくなる範囲に設定される。
A procedure for creating the second correction function will be described. First, similarly to the procedure for creating the first correction function, the
上記の第三補正関数の作成手順を説明する。まず、第一補正関数の作成時と同様に、所定の既知距離に反射板9を配置する。このとき、AGC回路7が非作動となる範囲であって且つ測距信号がノイズの影響を受ける状態で、光量調整部材10によって受光素子5に入射する測距光の光量レベルを一定に保ち、反射板9までの距離を演算する。このとき得られた反射板9までの演算距離L3と既知距離との差を距離補正値ΔL3として、演算距離L3と共に制御部2のメモリに書き込んでいく。次いで、受光素子5に入射する測距光の光量レベルが一定になるように光量調整部材10を調整しながら、反射板9を複数の既知距離に順次配置して、各既知距離における距離補正値ΔL3と、演算距離L3とを制御部2のメモリに書き込んでいく。以下同様にして、演算距離L3に対する距離補正値ΔL3を示す第三補正関数f3(L3)が制御部2のメモリに記憶する。なお、上記の「測距信号がノイズの影響を受ける範囲」は、例えばアンプ6で増幅された測距信号の信号レベルが、アンプ6の飽和信号レベルの10%未満となる範囲に設定される。
A procedure for creating the third correction function will be described. First, as in the creation of the first correction function, the
上記のように各補正関数を作成して制御部2のメモリに記憶した後、反射板9と光量調整部材10を測距光の光路上から取り外す。そして、被測定物8の距離測定時に、制御部2のメモリに記憶された3種の補正関数の中から受光素子5に受光される測距光の光量レベルに応じた補正関数が選択され、選択された補正関数に基づいて被測定物8までの演算距離が補正される。詳述すると、AGC回路7が非作動状態であって且つ測距信号に対してノイズの影響が無視できる場合には、第一補正関数に基づいて被測定物8までの距離を補正し、AGC回路7が作動状態にある場合には、第一補正関数および第二補正関数に基づいて被測定物8までの距離を補正し、AGC回路7が非作動状態であって且つ測距信号がノイズの影響を受ける場合には、第三補正関数に基づいて被測定物8までの演算距離を補正する。
After each correction function is created and stored in the memory of the
具体的には、AGC回路7が非作動状態であって且つ測距信号に対してノイズの影響が無視できる場合には、被測定物8までの距離Lは、補正前の被測定物8までの演算距離をL0とすると、上記の第一補正関数f1(L1)を用いて以下の式1により求められる。
Specifically, when the
L=L0−f1(L0)………(1) L = L 0 −f 1 (L 0 ) (1)
また、AGC回路7が作動状態にある場合には、まず、上記の第二補正関数f2(VA)により、被測定物8までの仮の距離Lxが以下の式2により求められる。なお、式中のVA0は、被測定物8の距離測定時におけるAGC回路7の出力電圧である。
Further, when the
Lx=L0−f2(VA0)………(2) L x = L 0 −f 2 (V A0 ) (2)
次に、被測定物8までの距離Lが、式2により求められる仮の距離Lxと、上記の第一補正関数f1(L1)とを用いて、以下の式3により求められる。
Next, the distance L to the DUT 8 is obtained by the
L=Lx−f1(Lx)………(3) L = L x −f 1 (L x ) (3)
また、AGC回路7が非作動状態であって且つ測距信号がノイズの影響を受ける場合には、被測定物8までの距離Lは、上記の第三補正関数f3(L0)を用いて以下の式4により求められる。
When the
L=L0−[(V0−Vmax)/(V1−Vmax)]・f3(L0)……(4) L = L 0 − [(V 0 −V max ) / (V 1 −V max )] · f 3 (L 0 ) (4)
ここで、上記の式(4)中において、V0は被測定物8の距離測定時に被測定物8で反射して受光素子5に受光される測距光の光量レベル、V1は第三補正関数の作成時に反射板9で反射して受光素子5に受光される測距光の光量レベル、Vmaxは測距信号がノイズの影響の有無が現れる境界の光量レベルである。なお、例えばアンプ6で増幅された測距信号の信号レベルが、アンプ6の飽和信号レベルの10%となるときに、受光素子5に受光される光量レベルが、Vmaxとして制御部2のメモリに予め記憶される。
Here, in the above formula (4), V 0 is the light amount level of the distance measuring light reflected by the measured object 8 and received by the light receiving element 5 when the distance of the measured object 8 is measured, and V 1 is the third level. The light amount level of the distance measuring light reflected by the reflecting
以上のように、第一実施形態に係る光学式測距方法によれば、被測定物の距離測定時に、AGC回路7が非作動状態であって且つ測距信号に対してノイズの影響が無視できる場合には、第一補正関数に基づいて被測定物8までの演算距離が補正され、AGC回路7が作動状態にある場合には、第一補正関数および第二補正関数に基づいて被測定物8までの演算距離が補正され、AGC回路7が非作動状態であって且つ測距信号がノイズの影響を受ける場合には、第三補正関数に基づいて被測定物8までの演算距離が補正される。したがって、被測定物8までの演算距離に含まれる誤差は、受光素子5に受光される測距光の光量レベルに応じて、各補正関数によって的確に補正されるため、結果として被測定物8までの距離を高精度に測定することが可能となる。
As described above, according to the optical distance measuring method according to the first embodiment, when measuring the distance of the object to be measured, the
次に、本発明に係る第二実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、第二実施形態は、環境変化や経年変化によって被測定物8までの演算距離が変動する場合に、かかる環境変化や経年変化に応じて各補正関数を修正するために、基準反射部材を第一実施形態に更に設けたものである。 Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the second embodiment, when the calculation distance to the measurement object 8 fluctuates due to an environmental change or a secular change, the reference reflecting member is used to correct each correction function according to the environmental change or the secular change. This is further provided in the first embodiment.
図3は、第二実施形態に係る光学式測距方法を体現するための光学式測距装置を模式的に示す平面図である。同図に示すように、この光学式測距装置20は、図1に示した光学式測距装置1のブロック図と同様の構成を含み、且つ、発光素子4から出射された測距光を例えば回転ミラー等で反射して周囲空間に走査するもので、走査領域のうち、所定の走査角度領域θに基準反射部材21が配置固定されている。この基準反射部材21は、本実施形態では、円周方向に沿って配置された第一基準反射部材21aと、第二基準反射部材21bと、第三基準反射部材21cとから構成されている。そして、測距光が円周方向の360度に走査される毎に、円周方向に沿って配置された各基準反射部材21a、21b、21cに順に測距光が送光され、各基準反射部材21a、21b、21cで反射した測距光が受光素子5で順次受光されるようになっている。この際、第一基準反射部材21aは、送光された測距光をAGC回路7が非作動となる範囲であって且つ測距信号に対してノイズの影響が無視できる範囲の光量レベルに調整して反射するようになっている。また、上記の第二基準反射部材21bは、送光された測距光をAGC回路7が作動する範囲の光量レベルに調整して反射するようになっている。さらに、上記の第三基準反射部材21cは、送光された測距光をAGC回路7が非作動となり且つ測距信号がノイズの影響を受ける範囲の光量レベルに調整して反射するようになっている。
FIG. 3 is a plan view schematically showing an optical distance measuring device for embodying the optical distance measuring method according to the second embodiment. As shown in the figure, the optical
次に、上記のように構成された光学式測距装置20の光学式測距方法を、基準反射部材21を用いた上記の各補正関数の修正方法を中心に説明する。
Next, the optical distance measuring method of the optical
上記の第一補正関数の修正手順を説明する。まず、第一補正関数の作成時に、第一基準反射部材21aで反射した測距光を受光素子5で受光し、この受光した測距光に対応した測距信号に基づいて、第一基準反射部材21aまでの距離を演算し、このとき得られた演算距離L10を制御部2のメモリに記憶する。また、同様にして、被測定物8の距離測定時に第一基準反射部材21aまでの距離を再度演算し、この演算距離をL10’とする。そして、第一補正関数の作成時と、被測定物8の距離演算時とでの第一基準反射部材21aまでの演算距離の差を考慮して、第一補正関数f1(L1)を、f1(L1+L10’−L10)に修正し、第一実施形形態で説明した被測定物8までの距離Lを求める式1を、以下の式5に修正する。
The procedure for correcting the first correction function will be described. First, when the first correction function is created, the distance measuring light reflected by the first
L=L0−f1(L0+L10’−L10)………(5) L = L 0 −f 1 (L 0 + L 10 ′ −L 10 ) (5)
上記の第二補正関数の修正手順を説明する。第二補正関数の作成時に、第二基準反射部材21bで反射した測距光を受光素子5で受光し、この第二基準反射部材21bで反射した測距光を受光素子5で受光したときに得られるAGC回路7の出力電圧VA1を制御部2のメモリに記憶する。また、同様にして、被測定物8の距離測定時に、第二基準反射部材21bで反射した測距光を受光素子5で受光したときに得られるAGC回路7の出力電圧VA2を求め、第二補正関数f2(VA)を(VA2/VA1)・f2(VA)に修正し、第一実施形態で説明した被測定物8までの仮の距離Lxを求める式1を以下に示す式6に修正する。
A procedure for correcting the second correction function will be described. When the second correction function is created, the distance measuring light reflected by the second
Lx=L0−(VA2/VA1)・f2(VA0)………(6) L x = L 0 − (V A2 / V A1 ) · f 2 (V A0 ) (6)
そして、式6により求められる仮の距離Lxと、修正された第一補正関数f1(L1+L10’−L10)とを用いて、被測定物8までの距離Lが以下の式7により求められる。
Then, using the provisional distance L x obtained by
L=Lx−f1(Lx+L10’−L10)………(7) L = L x −f 1 (L x + L 10 ′ −L 10 ) (7)
上記の第三補正関数の修正手順を説明する。まず、第三補正関数の作成時に、反射板9で反射して受光素子5に受光される測距光の光量レベルV1と、このとき第三基準反射部材21cで反射した測距光の光量レベルV2とを求め、制御部2のメモリに登録する。同様にして、被測定物8の距離測定時に、反射板9で反射して受光素子5に受光される測距光の光量レベルV0と、このとき第三基準反射部材21cで反射した測距光の光量レベルV3とを求める。そして、第三補正関数f3(L3)を含む[(V0−Vmax)/(V1−Vmax)]・f3(L3)が、[(V0−Vmax)/(V1・V3/V2−Vmax)]・f3(L3)に修正され、被測定物8までの距離Lが以下の式8により求められる。
A procedure for correcting the third correction function will be described. First, when creating the third correction function, the light level V 1 of the distance measuring light received by the light receiving element 5 is reflected by the
L=L0−[(V0−Vmax)/(V1・V3/V2−Vmax)]・f3(L0)………(8) L = L 0 − [(V 0 −V max ) / (V 1 · V 3 / V 2 −V max )] · f 3 (L 0 ) (8)
そして、被測定物8の距離測定時に、上記のようして修正された各補正関数を、第一実施形態と同様の条件で使い分け、被測定物8までの演算距離を補正する。 Then, when measuring the distance of the object 8 to be measured, the correction functions corrected as described above are properly used under the same conditions as in the first embodiment to correct the calculation distance to the object 8 to be measured.
以上のように、第二実施形態に係る光学式測距方法によれば、仮に、被測定物8までの演算距離が、環境変化や経年変化によって変動を来す場合であっても、所定距離に配置した第一基準反射部材21a、第二基準反射部材21bおよび第三基準反射部材21cで反射して受光素子5で受光される測距光は、かかる環境変化や経年変化に応じた変化を示す。そのため、各基準反射部材21a、21b、21cで反射して受光素子5に受光されるそれぞれの測距光の変化量に基づいて、第一補正関数、第二補正関数および第三補正関数を修正すれば、環境変化や経年変化に依存しない、より高精度な距離測定を行うことが可能となる。
As described above, according to the optical distance measuring method according to the second embodiment, even if the calculation distance to the device under test 8 varies due to environmental changes or secular changes, the predetermined distance is used. The distance measuring light reflected by the first
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、以下に示すような種々の変形が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications as described below are possible.
例えば、上記の第一実施形態および第二実施形態では、被測定物8までの演算距離を補正する補正関数を、第一補正関数と、第二補正関数と、第三補正関数とから構成したものを説明したが、必要に応じて第三補正関数を省略してもよい。また、第三補正関数を省略した場合には、上記の第二実施形態で説明した基準反射部材21を、第一基準反射部材21aと第二基準反射部材21bとから構成し、第三基準反射部材21cについては省略してもよい。また、第三補正関数は、第一補正関数や第二補正関数に比して、環境変化等の影響を受け難いため、上記の第二実施形態において、基準反射部材21から第三基準反射部材21cを省略してもよい。
For example, in the first embodiment and the second embodiment described above, the correction function for correcting the calculation distance to the DUT 8 is composed of the first correction function, the second correction function, and the third correction function. Although described above, the third correction function may be omitted if necessary. In addition, when the third correction function is omitted, the
また、上記の第二実施形態では、発光素子4から出射される測距光を周囲空間に走査する場合を例にとって、基準反射部材21による各補正関数の修正方法を説明したが、測距光を走査せずに単一方向に送光するような場合であっても、基準反射部材21による補正関数の修正方法を問題なく適用することができる。具体的には、例えば発光素子4から出射された測距光の一部をハーフミラー等によって分岐し、分岐した測距光を基準反射部材21に送光すると共に、基準反射部材21で反射した測距光を受光素子5で受光すれば、受光した測距光に基づいて同様に補正関数を修正することができる。
In the second embodiment, the method for correcting each correction function by the
さらに、本発明の光学式測距方法の測距方式は特に限定されるものではないが、例えば、発光素子4から出射される測距光をある一定の周波数で強度変調して、発光素子4から出射された測距光と、受光素子5で受光された測距光との位相差から被測定物8までの距離を求めるAM(Amplitude Modulation)方式や、発光素子4から出射される測距光を三角波の形で波長変調し、発光素子4から出射さらた測距光と、受光素子5で受光された測距光との干渉光の周波数信号から距離を求めるFM(Frequency Modulation)方式や、発光素子4から出射される測距光をパルス状に強度変調して、発光素子4から測距光を出射してから受光素子5で測距光を受光するまでの時間差から被測定物8までの距離を求めるTOF(Time Of Flight)方式などを問題なく適用することができる。
Further, the distance measuring method of the optical distance measuring method of the present invention is not particularly limited. For example, the distance measuring light emitted from the
1、20 光学式測距装置
2 制御部
3 発光素子駆動部
4 発光素子
5 受光素子
6 アンプ
7 AGC回路
8 被測定物
21a 第一基準反射部材
21b 第二基準反射部材
21c 第三基準反射部材
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記被測定物の距離測定前に、前記AGC回路が非作動となる範囲で、前記受光素子に受光される測距光の光量レベルを一定に保ちながら複数の既知距離を測定し、各既知距離での演算距離に応じた距離補正値を示す第一補正関数を求めると共に、
前記AGC回路が作動する範囲で、前記受光素子に受光される測距光の光量レベルを変化させながら単一の既知距離を測定し、各光量レベルでの演算距離に応じた距離補正値を示す第二補正関数を求め、
前記被測定物の距離測定時に、前記AGC回路が非作動状態にある場合には、前記第一補正関数に基づいて前記被測定物までの演算距離を補正し、前記AGC回路が作動状態にある場合には、前記第一補正関数および前記第二補正関数に基づいて前記被測定物までの演算距離を補正することを特徴とする光学式測距方法。 Ranging light emitted from the light emitting element is transmitted toward the object to be measured, and the ranging light reflected by the object to be measured is received by the light receiving element and converted into a distance measuring signal, which is converted by the light receiving element. The AGC circuit operates according to the signal level of the distance measurement signal, and the distance measurement signal is amplified by an amplifier whose amplification factor is automatically lowered, and the signal to be measured is based on the distance measurement signal amplified by the amplifier. In the optical ranging method that calculates the distance to an object,
Before measuring the distance of the object to be measured, a plurality of known distances are measured while keeping the light level of ranging light received by the light receiving element constant within a range in which the AGC circuit is inoperative. While obtaining a first correction function indicating a distance correction value according to the calculation distance in
To the extent that the AGC circuit is operated, the received by the light receiving element to measure the single known distance while changing the light quantity level of the measuring light, indicating the distance correction value according to the calculated distance for each light level Find the second correction function,
If the AGC circuit is in an inoperative state when measuring the distance of the object to be measured, the calculation distance to the object to be measured is corrected based on the first correction function, and the AGC circuit is in an operating state. In this case, the optical distance measuring method is characterized in that the calculation distance to the object to be measured is corrected based on the first correction function and the second correction function.
前記第一基準反射部材で測距光を前記AGC回路が非作動となる範囲の光量レベルに調整して反射すると共に、前記受光素子で受光される前記第一基準反射部材で反射した測距光に基づいて前記第一補正関数を修正し、且つ、前記第二基準反射部材で測距光を前記AGC回路が作動する範囲の光量レベルに調整して反射すると共に、前記受光素子で受光される前記第二基準反射部材で反射した測距光に基づいて前記第二補正関数を修正することを特徴とする請求項1に記載の光学式測距方法。 Further, the first reference reflection member and the second reference reflection member are arranged at predetermined positions, respectively, and a part of the ranging light emitted from the light emitting element is transmitted to each reference reflection member,
Ranging light reflected by the first reference reflecting member received by the light receiving element and reflected by the first reference reflecting member to reflect the distance measuring light to a light amount level in a range where the AGC circuit is not activated. The first correction function is modified based on the second reference reflecting member, and the distance measuring light is adjusted and reflected by the second reference reflecting member to a light amount level within a range in which the AGC circuit operates, and is received by the light receiving element. The optical distance measuring method according to claim 1, wherein the second correction function is corrected based on distance measuring light reflected by the second reference reflecting member.
前記被測定物の距離測定時に、前記AGC回路が非作動状態にあって且つ前記測距信号のレベルが前記所定値以下の場合には、前記第一補正関数に代えて前記第三補正関数に基づいて前記被測定物までの演算距離を補正することを特徴とする請求項1又は2に記載の光学式測距方法。 Further, the distance measuring light received by the light receiving element in a range where the AGC circuit is inoperative and the level of the distance measuring signal is a predetermined value or less before measuring the distance of the object to be measured. Measure a plurality of known distances while keeping the amount of light constant, and obtain a third correction function indicating a distance correction amount according to the calculation distance at each known distance,
When measuring the distance of the object to be measured, if the AGC circuit is in an inoperative state and the level of the distance measurement signal is not more than the predetermined value , the third correction function is used instead of the first correction function. The optical distance measuring method according to claim 1 or 2, wherein a calculation distance to the object to be measured is corrected based on the calculated distance.
前記第三基準反射部材で測距光を前記AGC回路が非作動となり且つ前記測距信号のレベルが前記所定値以下となる光量レベルに調整して反射すると共に、前記受光素子で受光される前記第三基準反射部材で反射した測距光に基づいて前記第三補正関数を修正することを特徴とする請求項3に記載の光学式測距方法。 Further, the third reference reflecting member is disposed at a predetermined position, and a part of the ranging light emitted from the light emitting element is transmitted to the third reference reflecting member,
The third reference reflecting member reflects the distance measuring light reflected by the light receiving element while the AGC circuit is deactivated and the level of the distance measuring signal is adjusted to a light level that is not more than the predetermined value. 4. The optical distance measuring method according to claim 3, wherein the third correction function is corrected based on distance measuring light reflected by the third reference reflecting member.
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