JPH0476480A - パルス測距装置 - Google Patents

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、パルス信号を送受信する測距装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

送信パルスを送出してから目標物で反射した送信パルス
を受信パルスとして検出するままでの遅延時間を計測す
るパルス測距装置では、遅延時間を基準クロックのみで
計数させて求めようとした場合、現存のカウンタでは１
００ＭＨｚ程度の周波数を持つクロックを計数出来る程
度である。しかしながら、１００ＭＩ（ｚのクロックで
計数出来る分解能は１０ｎｓ程度であり、光波を用いた
装置の場合だと、光の速度を毎秒３０万りとすると、３
ｍ程度の距諦の分解が出来るだけとなる。１０＋ａ＋ｎ
程度の距離の分解能を持たせ様とするだけでも、１÷（
１０÷（３０Ｘ１０”）ｌ　＝３Ｘｌ　Ｏ”　ｌ：七〕
となり、これは、クロックとして３０　Ｇ　ｌｌｚの周
波数を用いなければ、１０ｍｍ程度の測距さえ出来ない
事を示している。ここで、経済的にも技術的にも扱いや
すい周波数をカウンタの計数クロックとして用い、ここ
で得られたカウント数と計数クロックとの積算によって
大まかな遅延時間を示めでおき、該クロックの１クロツ
ク内の端数を求める事で、微少な遅延時間までも求める
装置が登場して来た。

すなわち、１クロンク内の端数は、受信パルスによって
充電を開始する充電回路の充電を、クロックの次の立」
−りで停止させ、その時の充電電圧値から求めるもので
ある。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、パルス測距に於いては、高出力パルス・
レーザーや強電界の電磁パルス等を用いる為、エネルギ
ー密度の関係上、パルスの送信から次の送信までの時間
間隔を大きくとらねばならず、この為に、前述した従来
の装置では、時間−電圧変換するアナログ量を生成する
充電回路に用いるコンデンサ等の素子自体を安定化させ
るのに、測定回数を多くさせる必要があるという問題点
があった。

そこで本発明は、時間−電圧変換する回路素子の安定化
向上をはかることにより、測定精度を向上させる事を目
的とする。

〔問題点を解決する為の手段〕

本発明は、送信パルスを目標物に向けて送信し、目標物
で反射した送信パルスを受信パルスとして受信し、前記
送信パルスを送信した後前記受信パルスを受信するまで
の時間に基づいて、前記目標物までの距離を求めるパル
ス測距装置において、基準クロックを出力するクロック
発振器（１）と、前記基準クロックに同期すると共に、
前記基準クロックの複数倍の周期内でレベルが連続的に
変化する定常発振波信号を出力する定常発振波発生器（
１１）と、前記基準クロックに同期させて送信パルスを
射出する送信パルス発止手段（２，３，４）と、受信パ
ルスを受信する受信手段（８，９，１０）と、前記送信
パルスの射出に関連して前記基準クロックに同期したク
ロックの計数を開始し、前記受信パルスの受信により前
記基準クロックの計数を終了するカウンタ手段（５０，
５）と、前記受信手段（８，９，１０）が前記受信パル
スを受信したときの前記定常発振波信号のレベルを読み
取る読取手段（］２．６）と、前記受信パルスが、前記
定常発振波信号のレベルの連続的に変化する部分に発生
するように、前記送信パルスと前記定常発振波信号との
間に位相ずれを与える移相手段（６，２）と、前記カウ
ンタ手段（５，５Ｏ）の計数値と、前記読取手段（１２
，６）による読取値と、前記移相手段（６，２）の位相
ずれ量とに基づいて、前記目標物までの距離を演算する
演算手段（６）と、を設けたことを特徴とするパルス測
距装置である。

〔作用〕

本発明は、定常発振発生器によって時間〜電圧変換する
回路を構成したので、回路を構成する回路素子は通常作
動状態にあるため、回路素子の安定化向上をはかること
ができる。

従って、パルス測距の測定精度を向上させることができ
る。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図であり、第
２図は第１図で用いる制御部のフローチャート、第３図
は第１図の動作を説明するためのタイミングチャートで
ある。

基準クロック発振器１は、温度補償を行った基準クロッ
クを出力する。基準クロック１にはパルス発生回路２、
分周器５０、マイクロコンビュ−夕から構成される制御
部６、定常発振波発生器１１が接続されており、各回路
２．６．１１．５０は、基準クロックに同期した動作を
行なう。

パルス発生回路２は、制御部６からの指令により、基準
クロックに同期したパルスを出力する。

パルス発生回路２には送信駆動部３が接続され、パルス
発生回路２から送信駆動部３に入力されたパルスにより
、送信駆動部３は送信器４に送信パルスを射出せしめる
。

分周器５０は、基準クロックを分周して概算カウンタ用
クロックを作成し、概算カウンタ５へ入力するもので、
例えば、概算カウンタ用クロ・７りの周期は基準クロッ
クの周期の４倍である。制御部６は、第２図のフローチ
ャートで動作し、基準クロックの他に受信信号検出部か
らの検出信号、概算カウンタ５の計数値、Ａ／Ｄ変換部
１２のＡ／Ｄ変換信号を入力する一方、概算カウンタ５
への計数指令、表示部７への表示指令、パルス発生回路
２へのパルス発生指令、定常発振波発生器１１への制御
指令、Ａ／Ｄ変換部１２への変換開始指令を行なう。

定常発振波発生器１１は、例えば、コンデンサを用いた
充放電回路であり、充電用スイッチと短絡用スイッチと
を有し、充電用スイッチのオンによって、コンデンサの
端子間電圧が、基準クロックの複数倍の周期で時間に比
例して上ｙし、充電用スイッチのオフに引き続く短絡用
スイッチのオンにより、コンデンサの端子間電圧が零に
なるように構成されており、充電用スイッチと短絡用ス
イッチのオン、オフは制御部６からの制御指令により制
御される。従って、上記コンデンサの端子間電圧である
定常発振波発生器１１の出力信号は、例えば第３図に示
したように、基準クロックの３周期分に渡る充電区間と
同１周期分に渡る放電区間とを繰り返すことになる。な
お、概算カウンタ５用のクロツクの周期と定常発振波発
生器１１の充放電の周期とは、後述の第３図（ｄ）、（
ｅ）に示す如く対応している。

受信器８は、送信器４から送信された送信パルスが目標
物で反射した受信パルスを受信する。送信パルスがパル
ス光である場合には、フォトダイオード等の応答速度の
速い光電変換素子が用いられる。

受信１Ｂにて電気信号に変換された受信パルスは、増幅
部９にて増幅された後、受信信号検出部ｌＯに入力され
、受信信号検出部１０は、増幅された受信パルスを入力
すると、制御部６に受信パルスを入力したことを示す信
号を入力せしめる。

このような構成であるから、制御部６のフローチャート
である第２図と共に装置の動作を説明するに、測定が開
始すると、制御部６は温度等の環境要因を補正するモー
ドが選択されているか否かを判断する（ステップ６１）
、補正モードが選択されていると、定常発振波信号のあ
らかじめ定められた第１の位相位置において、定常発振
波発生器１１の充電用スイッチと短絡用スイ・ノチとを
共にオフとしくステップ６２）、あらかじめ定められた
第１の位相位置の充を電圧値をサンプルホールドさせ、
Ａ／Ｄ変換部１２でＡ／Ｄ変換させたデータを読み取る
（ステップ６３）。

データを読み取った後は再び充電用スイッチと短絡用ス
イッチとをオン・オフ制御し、あらかじめ定められた第
２の位相位置の充電電圧値をサンプルホールドさせる（
ステップ６４．６５．６２．６３）。

２つのポイントのデータを取ると、ｙ＝ａｘ十ｂ（ｙ；
第１、第２の位相位置（−周期内を時間で表わしたもの
）、Ｘ；第１、第２の位相位置における充電電圧値、ａ
、ｂは補正係数を示す）によって、補正係数ａ、ｂを求
める（ステップ６６）。

その後、概算カラタン５をリセットしくステップ６７）
、パルス発生回路２にパルスの発生を指令する（ステッ
プ６日）。その結果、概算カウンタ５はリセットされた
以降の概算カウンク用クロックを計数し、パルス発生回
路２からは、パルスが出力される。従って、送信駆動部
３を介して送信器４から送信パルスが出力される。なお
、この送信パルスは電波、光波等の形で送出される。

制御部６は、パルス発生回路２へのパルス発生指令の後
、受信信号検出部１０からの受信パルスが検出されたか
否かの信号をモニターし、受信パルスが検出されると（
ステップ６９）、概算カウンタ５のクロ、りの計数を停
止せしめると共に、定常発振波発生器１１の充電用スイ
ッチと放電用スイッチとを共にオフして、コンデンサの
充放電を停止させ、サンプルホールドを行なう（ステッ
プ７０）。

その後、受信パルスが検出された時に定常発振波信号が
充電区間中にあるか否か、すなわち、受信パルスが定常
発振波信号の適正位相のところで発生したか否かを判断
しくステップ７１）、適正位相のところで発生していな
い場合には、定常発振波発生器１１を定常発振波信号が
出力されるように充電用スイッチと放電用スイッチのオ
ン・オフ制御を開始すると共に概算カウンタ５をリセッ
トしくステップ７２）、送信パルスの発生時期を基準ク
ロックの１周期分だけずらせて（ステップ７３）送信パ
ルスが送出されるように、パルス発生回路２を制御する
（ステップ６８）。そして、受信パルスが定常発振波信
号の適正位相のところにくるまでステップ６９．７０．
７１．７２．７３．６７．６８を繰り返し、適正位相の
ところで受信パルスが発生すると、定常発振波発生器１
１のサンプルホールド電圧（コンデンサの端子間電圧）
をＡ／Ｄ変換部１２でＡ／Ｄ変換させ、その値を読み込
むと共に、概算カウンタ５の計数値を読み込む（ステッ
プ７４）。

そして、一定冊数の測距データを読み込んだか否かを判
断しくステップ７５）、読み込んでいなければステップ
６７に戻り、読み込んでいればステップ７６で演算処理
を行ない測距値を求める。

すなわち、概算カウンタ６７の計数値に＃！１算カウン
タ用クロックの周期を掛けて求めた概算時間Ｙ、ステッ
プ６６で求めた式ｙ＝ａｘ＋ｂから求めたｙとを加算し
た時間Ｙ＋Ｙによって送信パルスを送信してから受信パ
ルスを受信するまでの時間を求め、この時間ｙ＋ｙとパ
ルスの移動速度（例えば光速Ｃ）とから目標物までの距
Ｍ（Ｙ十ｙ）・Ｃ／２を求める。

そして、この求めた距離を表示部７に表示せしめる（ス
テップ７７）。

以上の動作を第３図のタイミングチャートを用いて付言
すれば、以下の通りである。

すなわち、基準クロック（第３図（ａ）に同期した送信
パルス（第３図（ｂ））が生じ、その後、受信パルス（
第３図（Ｃ））が生しる。

概算カウンタ５は、基準クロックに同期した概算カウン
タ用クロック（例えば第３図（ｄ））の立上りを計数す
るが、基準クロックの周波数がカウンタの計数対応速度
よりも遅い場合には、基準クロックの立上りを計数して
も良い。

定常発振波発生器１１は、第３［１１（ｅ）の如き基準
クロックに同期した充放電を行なうが、充電区間（基準
クロックの３周期分相当）に受信パルスが生じたとき、
その充電電圧がホールドされる。

ところが、第３図（ｆ）のように、定常発振波発生器１
１の出力信号（第３図（ｅ））の放電区間で受信パルス
が生じてしまう距離の場合には、送信パルスを基準クロ
ックの１周期分ずらせて発生させ（第３図（ｇ）Ｌその
結果、受信パルスの発生時期が基準クロックの１周期分
ずれに位置すなわち、定常発振波発生ｒ＆１１の出力信
号・・・・・・定常発信波信号（第３図（ｅ））の充電
区間内に発生するようにしている（第３図（ｈ））。

なお、制御部６は、定常発振波発生器１１に用いられて
いる充電用スイッチと短絡用スイッチのオン・オフを制
御することにより、コンデンサの充放電を制御している
ので、定常発振波発生Ｉ１１の出力信号（定常発振波信
号）が充電区間にあるか放電区間にあるかをわかってい
るので、受信パルスが上記出力信号の充電区間に生じた
か放電区間に生じたかを識別することができる。

また、以上の実施例では、受信パルスが定常発振波信号
の充電区間中に生ずるように送信パルスの発生時期を調
節していたが、第４図に示したように、定常発振波信号
の位相を基準クロックに対してずらす（充電スイッチと
放電スイッチのオン・オフのタイミングをずらせばよい
）ことにより、受信パルスが定常発振波信号の充電区間
中に発生するようにすることもできる。さらに、基準ク
ロックの所定周期毎に充電、放電を繰り返す定常発振波
信号を順次基準クロックの１周期づつずらせて用意して
おき（例えば、前述の基準クロックの３周期分で充電、
基準カウンタの１周期分で放電を行う定常発振波信号の
場合には、最大４つの定常発振波があればよい）受信パ
ルスが最も良い位置に生じた定常発振波信号のホールド
電圧を利用するようにしても良い。

以上述べた本発明の実施例によれば、 （］）、　ＩＱ算カウンタ用クロックの１周期内の端数
を求めるための補間用データとして定常発振波を用いて
いるので、補間用データの安定化向上が計れる。

（２）、補間用データとして適さないタイミング（第３
図では放電区間がこれに当たる）を避け、補間用データ
を位相分割した特定の範囲内に受信パルスが来る様に操
作できるので、適切なタイミングで補間用データが得ら
れる。

（３）、第２図に示したステップ６２．６３．６４．６
５．６Ｇによって、補間用データの時間〜電圧変換に対
する温度等の環境変化による変換比率の変動に対する補
正が容易に実現出来る。

なお、上記（２）の如く、補間用データを位相分割した
特定の範囲内に受信パルスが来る様にできるので、次の
様な副次的効果が発生する。

（１）第３図で示している様な基準クロックを複数倍し
た概算カウンタ用クロックを用いると、概算カウントが
計数ミスを起こさないタイミングに受信パルスが来る様
に出来る。

（ｉｉ）Ａ／Ｄ変換する入力範囲として、最小システム
としては、補間用データを位相分割した特定の範囲に当
たる基準カウンタの１クロック分、及びその前後の微か
な部分のアナログ量（補間データ）がデジタル量に変換
出来ればよい。これはＡ／Ｄ変換のグイナミンク・レン
ジを大きく取れ、基準クロ、りを複数倍したアナログ量
を生成したデメリットは特別大きくはならないことを示
している。

また、基準クロックの１周期分づつ順次ずらせた補間用
データを複数個用意した構成をとると、回路が大きくな
る反面、適切なタイミングで補間用データが得られない
場合に、上記（２）の如き順次受信パルスをずらせて複
数回の測距操作をａ・要とすることなく、１回のパルス
送出で１つの測定値を得る事も出来る。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、定常発振波発生器によっ
て時間−電圧変換する回路を構成することにより、回路
を構成する回路素子の安定化向上をはかることができ、
パルス測距の測定精度を向上させることができる。

〔主要部分の符号の説明〕

１・・・・・・クロック発振器、 ２・・・・・・パルス発生回路、 ４・・・・・・送信器、 ５０・・・・・・分周器、 ５・・・・・・概算カウンタ、 ６・・・・・・制御部、 ８・・・・・・受信器、 １０・・・・・・受信信号検出部、 １１・・・・・・定常発振波発生器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 送信パルスを目標物に向けて送信し、目標物で反射した
   送信パルスを受信パルスとして受信し、前記送信パルス
   を送信した後前記受信パルスを受信するまでの時間に基
   づいて、前記目標物までの距離を求めるパルス測距装置
   において、 基準クロックを出力するクロック発振器と、前記基準ク
   ロックに同期すると共に、前記基準クロックの複数倍の
   周期内でレベルが連続的に変化する定常発振波信号を出
   力する定常発振波発生器と、 前記基準クロックに同期させて送信パルスを射出する送
   信パルス発生手段と、 受信パルスを受信する受信手段と、 前記送信パルスの射出に関連して前記基準クロックに同
   期したクロックの計数を開始し、前記受信パルスの受信
   により前記基準クロックの計数を終了するカウンタ手段
   と、 前記受信手段が前記受信パルスを受信したときの前記定
   常発振波信号のレベルを読み取る読取手段と、 前記受信パルスが、前記定常発振波信号のレベルの連続
   的に変化する部分に発生するように、前記送信パルスと
   前記定常発振波信号との間に位相ずれを与える移相手段
   と、 前記カウンタ手段の計数値と、前記読取手段による読取
   値と、前記移相手段の位相ずれ量とに基づいて、前記目
   標物までの距離を演算する演算手段と、 を設けたことを特徴とするパルス測距装置。