JPH06118173A - Range finder - Google Patents
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- JPH06118173A JPH06118173A JP26568792A JP26568792A JPH06118173A JP H06118173 A JPH06118173 A JP H06118173A JP 26568792 A JP26568792 A JP 26568792A JP 26568792 A JP26568792 A JP 26568792A JP H06118173 A JPH06118173 A JP H06118173A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、距離測定装置に関し、
特にパルスレーザを利用した高精度の距離測定装置に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distance measuring device,
In particular, it relates to a highly accurate distance measuring device using a pulse laser.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、パルスレーザを利用した距離測
定装置は、図５に例を示すように、レーザ発振器１，送
信パルスモニタ回路１２，送受信光学系３，光検出器
４，増幅器５，弁別回路９，カウンタ回路７および表示
器８等からなっている。基本的な動作は、レーザ発振器
１から出た光の一部を送信パルスモニタ回路１２にて検
出してカウンタ回路７のスタート信号とすると共に、大
部分の光を送受信光学系３を経由して目標物１１に当
て、反射光の一部を送受信光学系３にて受光し、光検出
器４にて電気信号に変え増幅器５にて増幅した後、弁別
回路９で所定レベルを超える信号を取り出し、カウンタ
回路７のストップ信号としている。カウンタ回路７がス
タートしてからストップまでの時間から光の伝播距離を
算出して、表示器８等で目標までの距離の表示を行う。
図６に示すように、レーザ波形は立ち上がりに或る程度
の時間を要するので、目標までの距離の差異や目標の反
射率の相違により受光レベルの強さが波形ＡまたはＢの
ように異なると、一定入力Ｖで弁別回路９が動作するよ
うにした場合、カウンタ回路７がストップする時間Ｔ１
とＴ２が異なり、目標までの距離が異なったように算出
される。この問題を解決する為に、以下に述べる各種の
方策が提案され、実用に供されている。それぞれ限定さ
れた条件のもとでは、相応の効果を発揮しているが、そ
れ以外の条件では問題点を有する場合がある。以下、レ
ーザの波形特に立ち上がり部分に起因する距離測定の誤
差を取り除く方法の概要と、利点、問題点について記
す。2. Description of the Related Art In general, a distance measuring device using a pulse laser has a laser oscillator 1, a transmission pulse monitor circuit 12, a transmission / reception optical system 3, a photodetector 4, an amplifier 5, a discrimination device as shown in FIG. It comprises a circuit 9, a counter circuit 7, a display 8 and the like. The basic operation is that a part of the light emitted from the laser oscillator 1 is detected by the transmission pulse monitor circuit 12 and used as a start signal for the counter circuit 7, and most of the light is transmitted via the transmission / reception optical system 3. After hitting the target object 11, a part of the reflected light is received by the transmission / reception optical system 3, converted into an electric signal by the photodetector 4, amplified by the amplifier 5, and then a signal exceeding a predetermined level is taken out by the discrimination circuit 9. , As a stop signal of the counter circuit 7. The propagation distance of light is calculated from the time from the start of the counter circuit 7 to the stop, and the distance to the target is displayed on the display 8 or the like.
As shown in FIG. 6, since the laser waveform requires a certain amount of time to rise, if the intensity of the received light differs as in waveform A or B due to the difference in the distance to the target and the difference in the reflectance of the target. , When the discrimination circuit 9 is operated with a constant input V, the time T1 at which the counter circuit 7 stops
And T2 are different, and the distance to the target is calculated differently. In order to solve this problem, the following various measures have been proposed and put into practical use. Under each limited condition, the corresponding effect is exhibited, but under other conditions, there may be a problem. The outline, advantages, and problems of the method for removing the error in the distance measurement caused by the laser waveform, especially the rising portion, will be described below.
【０００３】１）パルス幅測定回路を付加した測定方法
特開平３−８１６８７号参照 図７（ａ）に示すようにパルス幅測定回路１０を付加し
て、図７（ｂ）に示すように送信と受信それぞれのパル
ス立ち上がりと立ち下がりの、スレッショルドレベル間
の時間を計測して、その中間点即ちパルスのピークに相
当する所の間隔を計ることに相当する操作を行う方法で
ある。1) Measuring method with a pulse width measuring circuit added See Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-81687. A pulse width measuring circuit 10 is added as shown in FIG. 7A and transmitted as shown in FIG. 7B. This is a method of performing an operation corresponding to measuring the time between the threshold levels of the pulse rise and the fall of each of the reception and the reception, and measuring the interval at the intermediate point, that is, the position corresponding to the peak of the pulse.
【０００４】この方法は、図７（ｂ）に示すように、発
射レーザ光信号の光検出信号のパルス幅Ｔ１と、受光系
への入力レーザ光信号の受光系出力信号Ｔ２と、これら
の検出信号と出力信号との時間間隔ＴＤとをＴＤ−１／
２＊Ｔ１＋１／２＊Ｔ２の演算をして、発射レーザ光と
受信レーザ光とのピーク間隔Ｔを測定する。この方法の
利点は他の方法に比べて比較的簡便なことであるが、送
信パルスの立ち上がりと立ち下がりが非対象であった
り、照射した光が目標物１１以外にも当たって、受信す
るパルスの立ち下がりが緩やかになる場合は、スレッシ
ョルドレベルで切った時間の中央とパルスのピークが一
致せず、これが原因で入力レベルの強弱により計測時間
が変化する等の問題点がある。これと類似の方法として
特開昭５１−２２４６５に述べられているような、カウ
ンタを２組用意して立ち上がり、立ち下がり同士の間隔
を計測する方法もあるが、同様な利点と問題点を有して
いる。In this method, as shown in FIG. 7B, the pulse width T1 of the light detection signal of the emitted laser light signal, the light receiving system output signal T2 of the input laser light signal to the light receiving system, and their detection. The time interval TD between the signal and the output signal is TD-1 /
2 * T1 + 1/2 * T2 is calculated to measure the peak interval T between the emitted laser light and the received laser light. The advantage of this method is that it is relatively simple compared to other methods, but the rising and falling edges of the transmission pulse are not targeted, or the irradiated light hits other than the target 11 and the received pulse is received. If the trailing edge of the pulse becomes gradual, the center of the time cut at the threshold level does not match the peak of the pulse, which causes a problem that the measurement time changes depending on the strength of the input level. As a method similar to this, there is a method, as described in JP-A-51-22465, in which two sets of counters are prepared and the interval between rising and falling is measured, but there are similar advantages and problems. is doing.
【０００５】２）遅延回路と減衰回路を併用して、受光
したパルスの強弱に拘わらず、常にパルス波形の一定位
置でカウンタ回路を動作させる方法。2) A method in which a delay circuit and an attenuator circuit are used in combination and the counter circuit is always operated at a fixed position of the pulse waveform regardless of the intensity of the received pulse.
【０００６】コンスタント フラクション ディスクリ
ミネータ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆｒａｃｔｉｏｎ Ｄｉ
ｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒ）と呼ばれ、一般にＣＦＤと略
して使用されている（以下本発明でもＣＦＤと略す）回
路を利用して、送信パルスの非対称や受信パルスの立ち
下がりが緩やかになっても関係なくパルスのピーク位置
を検出出来る方法がある。例えば「１９７７年１月、ア
プライド・オプティックス、第１６巻、第１号１６頁〜
１８頁（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．１
６，Ｎｏ．１．Ｊａｎｕａｒｙ，１９７７）」参照。図
８（ａ）に示すように、単なる弁別回路９の代わりにＣ
ＦＤ回路６を使用する。ＣＦＤ回路とは、図８（ｂ）に
示すように、受信したパルスを二つに分割して、一方は
減衰回路６ａにより１／２に減衰し、他方は遅延回路６
ｂにより、一般にパルス幅の１／２の時間、即ちピーク
の１／２の点からパルスのピークまでの時間だけ遅延さ
せた後に、両者を弁別回路（ディスクリミネータ）６ｃ
に入れて、両者が等しい強度になった瞬時即ち受信パル
スのピークの位置に相当する時間にカウンタ回路７をス
トップさせる信号を送出する。実際には僅かなノイズに
よってもＣＦＤが動作することが考えられるので、図８
（ｃ）に示すように弁別回路を二つ用い、弁別回路６ｄ
により基準電圧を超えるレベルの信号が得られた場合の
みＡＮＤ回路６ｅが動作してカウンタ回路７をストップ
させる信号が得られている等の配慮をした方法がとられ
ている。この方法の利点は送信パルスが非対称であって
も、目標物１１の後方からの反射により受信パルスの立
ち下がりが緩やかになっても、常にパルスのピーク位置
で弁別回路６ｃを動作させることが出来ることである。
但し、この条件が成立する為には、遅延回路６ｂの遅延
時間が、正確にパルスの１／２の点とパルスのピークま
での時間に一致していなければならない。半導体レーザ
等のように、ドライブする波形にほぼ等しいレーザ波形
が得られるものについては、パルス波形の変動は事実上
問題にしなくともよいが、フラッシュランプで励起され
る固体レーザ、特に温度により上の準位の状態が変化
し、発振波形が異なる３準位レーザでは、パルス幅或は
ピークの１／２からパルスのピークまでの時間が温度に
よって変化してしまう。またレーザ物質の温度が外気温
により変化するのみであれば、外気温に応じて遅延時間
が変化する遅延回路等を用いて、遅延時間を調節するこ
とも可能であるかも知れないが、実際はレーザを発射す
るにつれてレーザ物質の上がり、パルス波形が変化する
ので補正は容易ではない。更に、レーザ波形は温度によ
り上の準位の状態が変化する問題だけでなく、熱分布の
不均一による歪みの影響をも受けるので、仮に温度を正
確にモニタしてもパルス波形を推定することは困難であ
る。Constant Fraction Discriminator (Constant Fraction Di)
A circuit called a "scrimilator" and generally used as an abbreviated CFD (hereinafter also abbreviated as CFD in the present invention) is used to generate a pulse regardless of the asymmetry of the transmission pulse or the gradual fall of the reception pulse. There is a method that can detect the peak position. For example, "Applied Optics, Vol. 16, No. 1, p. 16-
Page 18 (Applied Optics, Vol. 1)
6, No. 1. January, 1977) ". As shown in FIG. 8A, C is used instead of the simple discrimination circuit 9.
The FD circuit 6 is used. As shown in FIG. 8B, the CFD circuit divides the received pulse into two parts, one of which is attenuated to 1/2 by the attenuation circuit 6a and the other of which is delayed by the delay circuit 6a.
In general, after delaying by 1/2 the pulse width, that is, the time from the half point of the peak to the peak of the pulse, the discriminating circuit (discriminator) 6c
Then, a signal for stopping the counter circuit 7 is sent at the moment when the two have the same intensity, that is, at the time corresponding to the position of the peak of the received pulse. Actually, it is possible that the CFD operates even with a slight noise, so that FIG.
As shown in (c), two discrimination circuits are used, and the discrimination circuit 6d
Therefore, the method is taken into consideration such that the AND circuit 6e operates to obtain the signal for stopping the counter circuit 7 only when the signal of the level exceeding the reference voltage is obtained. The advantage of this method is that the discrimination circuit 6c can always be operated at the peak position of the pulse even if the transmission pulse is asymmetrical or the fall of the reception pulse becomes gentle due to reflection from the rear of the target 11. That is.
However, in order for this condition to be satisfied, the delay time of the delay circuit 6b must exactly coincide with the half point of the pulse and the time until the peak of the pulse. For semiconductor lasers and the like that can obtain a laser waveform that is almost equal to the driving waveform, the fluctuation of the pulse waveform does not actually pose a problem, but a solid-state laser excited by a flash lamp, in particular, temperature In a three-level laser in which the level state changes and the oscillation waveforms are different, the pulse width or the time from 1/2 of the peak to the peak of the pulse changes depending on the temperature. Also, if the temperature of the laser substance only changes with the outside air temperature, it may be possible to adjust the delay time using a delay circuit that changes the delay time according to the outside air temperature. As the laser substance rises and the pulse waveform changes as is fired, the correction is not easy. Furthermore, the laser waveform is affected not only by the problem that the state of the upper level changes with temperature but also by the distortion caused by the uneven heat distribution. Therefore, even if the temperature is accurately monitored, the pulse waveform should be estimated. It is difficult.
【０００７】３）その他の方法 既知のパルス波形の場
合に、受信したパルスの強度をピークホルド回路等を用
いて測定し、パルス波形と受信強度からカウンタ回路７
がどの程度早めに動作するかを計算して、その時間相当
分を補正する方法特開平３−３８８９８号参照。サンプ
ルレートの早いディジタルオシロスコープでパルス波形
を伝播距離相当の遅延時間を含めて記憶し、受信波形の
ピークまでの時間から距離を算出する等の方法も考えら
れるが、詳細は略す。3) Other methods In the case of a known pulse waveform, the intensity of the received pulse is measured using a peak hold circuit or the like, and the counter circuit 7 is determined from the pulse waveform and the received intensity.
The method of calculating how early the sigma moves and correcting the amount corresponding to the time is described in Japanese Patent Laid-Open No. 3-38898. A method of storing a pulse waveform including a delay time corresponding to the propagation distance with a digital oscilloscope having a high sample rate and calculating the distance from the time to the peak of the received waveform can be considered, but the details are omitted.
【０００８】パルス波形が変動すると言う問題について
考えた場合、受信側で時間変動が生ずるだけでなく、以
下に示すように送信側即ちスタートパルス信号の発生に
対しても時間変動が生ずる。一般にフラッシュランプで
励起された固体レーザの場合、同じエネルギで励起され
たとしても、レーザ物質の温度が上がるにつれて、パル
ス幅が広がりピーク出力が減少する。同じピーク出力で
パルス幅が広がれば、トリガ点即ち出力スレッショルド
レベルを超える時は、前方に移動するが、ピーク出力は
減少するので、パルス幅が広がってもトリガ点が常に前
方に移動するとは限らない。例えば図９（ａ）または
（ｂ）に示すように、パルス波形とスレッショルドレベ
ルの相対関係により、同じようにパルス幅が広がった場
合でも、トリガする時間ΔＴ２がもとのΔＴ１に対して
早くなったり遅くなったりする。従って、パルス幅が変
動するレーザでは、送信するパルスのピーク位置とカウ
ンタ回路７へのスタートパルスを発生させるために、送
信パルスモニタ回路１２をトリガする時間の関係は、変
動し距離測定の誤差の原因となる。Considering the problem that the pulse waveform fluctuates, not only time fluctuation occurs on the receiving side, but also time fluctuation occurs on the transmitting side, that is, when the start pulse signal is generated, as described below. Generally, in the case of a solid-state laser excited by a flash lamp, even if it is excited by the same energy, the pulse width increases and the peak output decreases as the temperature of the laser material rises. If the pulse width widens at the same peak output, it moves forward when it exceeds the trigger point, that is, the output threshold level, but since the peak output decreases, the trigger point does not always move forward even if the pulse width widens. Absent. For example, as shown in FIG. 9A or FIG. 9B, due to the relative relationship between the pulse waveform and the threshold level, the triggering time ΔT2 becomes earlier than the original ΔT1 even when the pulse width similarly expands. Or slow down. Therefore, in the case of a laser whose pulse width fluctuates, the relationship between the peak position of the pulse to be transmitted and the time for triggering the transmission pulse monitor circuit 12 to generate the start pulse to the counter circuit 7 fluctuates and causes an error in distance measurement. Cause.
【０００９】ここでＣＦＤ回路６について、より詳細に
述べる。各種文献、市販のＣＦＤ回路のデータで示され
ているように、数ｎｓ〜十数ｎｓのパルス幅のレーザを
用いた場合、入力信号のレベルが２桁以上異なっても、
パルス幅が一定である限り、トリガ位置の移動（タイム
ウォークと呼んでいる）はｎｓ以下（１００ｐｓ程
度）である。一方、パルス幅が変動するとトリガ位置が
移動する例を図１０に示す。（ａ）のように遅延させる
信号１００の遅延時間がピークの１／２の点からピーク
迄の時間と等しい時はＣＦＤが動作する点は、遅延させ
ないパルス１０１のピークと一致するが、（ｂ）のよう
に遅延時間が不変のままパルス幅が広がるとＣＦＤが動
作する点は、遅延させないパルス１０１のピークよりも
手前に来る。即ち計測時間が短くなったようになり、距
離は短めに算出される。一方、（ｃ）のように遅延時間
が不変のままパルス幅が狭くなると、ＣＦＤが動作する
点は後ろに、即ち計測時間が長くなったようになり、距
離は長めに算出される。具体的計算例として、図１１に
パルス幅３０ｎｓの場合に最適になるよう、遅延時間を
１５ｎｓとした場合、パルス幅が４０ｎｓに広がった
り、２０ｎｓに狭まった場合のＣＦＤ動作点の移動量を
求める表を示す。パルス波形はガウス分布即ち正規分布
と仮定し、 ｙ＝ｅｘｐ（−（２．３５４８×ｔ／Ｗ）2 ／２）
《ｔ；ピークからの時間（ｎｓ） Ｗ；パルス半値全幅
（ｎｓ） ｙ；ピークからｔだけ離れた点でのパルス強
度》として求めたものである。図１１の４０ｎｓの欄を
見ると、遅れ時間０で１／２に減衰させたものの強度
と、１５ｎｓ遅らせたものの強度が等しくなるのは、
０．４７２前後の強度のところ即ち、−５ｎｓと−６ｎ
ｓの間にある。詳しくはパルス幅３０ｎｓの時に比べて
約５．７ｎｓ早くカウンタ回路がストップしてしまう。
図１１の２０ｎｓの欄を見ると、遅れ時間０で１／２に
減衰させたものの強度と、１５ｎｓ遅らせたものの強度
が等しくなるのは、０．４４４前後の強度のところ即
ち、４ｎｓと５ｎｓの間にある。詳しくはパルス幅３０
ｎｓの時に比べて約４．２ｎｓ遅くカウンタ回路がスト
ップするようになる。The CFD circuit 6 will now be described in more detail. As shown in various documents and commercially available CFD circuit data, when a laser having a pulse width of several ns to several tens of ns is used, even if the input signal level differs by two digits or more,
As long as the pulse width is constant, the movement of the trigger position (called a time walk) is ns or less (about 100 ps). On the other hand, FIG. 10 shows an example in which the trigger position moves when the pulse width changes. When the delay time of the signal 100 to be delayed is equal to the time from the half point of the peak to the peak as in (a), the point where the CFD operates coincides with the peak of the pulse 101 which is not delayed, but (b) The point at which the CFD operates when the pulse width is widened while the delay time remains unchanged as shown in (1) comes before the peak of the pulse 101 that is not delayed. That is, the measurement time is shortened, and the distance is calculated shorter. On the other hand, when the pulse width becomes narrow while the delay time remains unchanged as shown in (c), the point at which the CFD operates becomes behind, that is, the measurement time becomes longer, and the distance is calculated longer. As a specific calculation example, in FIG. 11, when the delay time is set to 15 ns and the pulse width is expanded to 40 ns or narrowed to 20 ns, the amount of movement of the CFD operating point is calculated so as to be optimal when the pulse width is 30 ns. Show the table. Pulse waveform assuming a Gaussian distribution i.e. normal distribution, y = exp (- (2.3548 × t / W) 2/2)
<< t: time from peak (ns) W; pulse full width at half maximum (ns) y; pulse intensity at a point separated by t from peak >>. Looking at the 40 ns column in FIG. 11, it can be seen that the intensity of what is attenuated to 1/2 at a delay time of 0 and the intensity of what is delayed for 15 ns are equal to each other.
At an intensity around 0.472, that is, -5ns and -6n
between s. Specifically, the counter circuit stops about 5.7 ns earlier than when the pulse width is 30 ns.
Looking at the column of 20 ns in FIG. 11, the intensity of the one attenuated to 1/2 at the delay time 0 and the intensity of the one delayed for 15 ns are equal at the intensity around 0.444, that is, at 4 ns and 5 ns. between. Specifically, pulse width 30
The counter circuit stops about 4.2 ns later than the time of ns.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
ＣＦＤ回路は目標物１１までの距離や目標物１１の反射
率に起因する入力レベルの変動に対しては、トリガ位置
が変動しない効果を発揮するが、自己が発振するレーザ
のパルスの幅の変動に適応することが出来ない。実際に
は上記計算例のようにパルス幅が±１０ｎｓも変動する
ことは少ないが、カウンタ回路７のストップ時間が１ｍ
ｓずれても１５ｃｍの距離測定誤差を生ずるのであるか
ら、高精度の距離測定に際してパルス幅の変動は無視出
来ない。またパルス幅の変動はカウンタ回路７のスター
トパルスの発生時間にも影響を及ぼし、距離測定誤差は
２つの複合した要因が複雑に組み合わさったものとなる
等の問題点があった。As described above,
The CFD circuit has an effect that the trigger position does not fluctuate with respect to the fluctuation of the input level due to the distance to the target 11 and the reflectance of the target 11, but the fluctuation of the pulse width of the laser oscillated by the CFD circuit. Can not adapt to. Actually, the pulse width rarely fluctuates by ± 10 ns as in the above calculation example, but the stop time of the counter circuit 7 is 1 m.
Since a distance measurement error of 15 cm occurs even if the distance is shifted by s, the fluctuation of the pulse width cannot be ignored in the highly accurate distance measurement. In addition, the fluctuation of the pulse width also affects the generation time of the start pulse of the counter circuit 7, and the distance measurement error is a complex combination of two complex factors.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】第１の発明として、レー
ザ発振器と、このレーザ発振器からのレーザ光を目標物
に照射し、その反射光を受光する送受信光学系と、前記
レーザ発振器からのレーザ光の一部を受光し、パルス信
号のピーク値を検出する第１のＣＦＤ回路を内蔵した送
信パルスモニタ回路と、前記送受信光学系からの目標物
反射光を電気信号に変換する光検出器と、この光検出器
からの信号を受け、受信信号のピーク値を検出する第２
のＣＦＤ回路と、前記モニタ回路からの出力を受けてカ
ウントを開始し、前記第２のＣＦＤ回路からの出力を受
けてこのカウントを停止するカウンタ回路と、このカウ
ンタ回路のカウント値より算出した目標物までの距離を
表示する表示回路とを備えたことを特徴とする距離測定
装置を提供する。As a first invention, a laser oscillator, a transmitting / receiving optical system for irradiating a target with laser light from the laser oscillator, and receiving reflected light thereof, and a laser from the laser oscillator are provided. A transmission pulse monitor circuit that receives a part of light and detects a peak value of a pulse signal, and a photodetector that converts a target reflected light from the transmission / reception optical system into an electric signal. Second, which receives the signal from the photodetector and detects the peak value of the received signal
CFD circuit, a counter circuit that receives an output from the monitor circuit to start counting, and a counter circuit that receives an output from the second CFD circuit to stop the counting, and a target calculated from the count value of the counter circuit. Provided is a distance measuring device including a display circuit for displaying a distance to an object.
【００１２】第２の発明として、上記第１の発明の距離
測定装置において、前記レーザ発振器からのレーザ光の
一部を前記光検出器に直接入力する導入器を備え、前記
カウンタ回路は前記第２のＣＦＤ回路からの第１回目の
入力によってカウントを開始し、次の入力によってカウ
ントを停止することを特徴とする距離測定装置を提供す
る。As a second invention, in the distance measuring apparatus of the first invention, an introducing device for directly inputting a part of laser light from the laser oscillator to the photodetector is provided, and the counter circuit is the first invention. There is provided a distance measuring device characterized by starting counting by the first input from the CFD circuit of No. 2 and stopping counting by the next input.
【００１３】第３の発明として、レーザ発振器と、この
レーザ発振器からのレーザ光を目標物に照射し、その反
射光を受光する送受信光学系と、前記レーザ発振器から
のレーザ光の一部を受光する送信パルスモニタ回路と、
このモニタ回路からの信号を整合する整合回路と、前記
送受信光学系からの目標物反射光を電気信号に変換する
光検出器と、この光検出器からの信号及び前記整合回路
からの出力を受け、受信信号のピーク値を検出するＣＦ
Ｄ回路と、このＣＦＤ回路からの第１回目の入力によっ
てカウントを開始し、次の入力によってカウントを停止
するカウンタ回路と、このカウンタ回路のカウント値よ
り算出した目標物までの距離を表示する表示回路とを備
えたことを特徴とする距離測定装置を提供する。As a third invention, a laser oscillator, a transmission / reception optical system for irradiating a target with laser light from the laser oscillator and receiving reflected light thereof, and a part of the laser light from the laser oscillator are received. A transmission pulse monitor circuit for
A matching circuit for matching the signal from the monitor circuit, a photodetector for converting the reflected light of the target object from the transmitting / receiving optical system into an electric signal, and a signal from the photodetector and an output from the matching circuit. , CF for detecting peak value of received signal
D circuit, a counter circuit that starts counting by the first input from this CFD circuit, and stops counting by the next input, and a display that displays the distance to the target object calculated from the count value of this counter circuit A distance measuring device comprising: a circuit.
【００１４】第４の発明は、上記第１から第３までの発
明の距離測定装置において、前記光検出器を増幅作用の
ある光検出器とし、この光検出器からの検出信号を直接
ＣＦＤ回路に入力することを特徴とする距離測定装置を
提供する。A fourth invention is the distance measuring device according to the first to third inventions, wherein the photodetector is a photodetector having an amplifying action, and a detection signal from the photodetector is directly fed to a CFD circuit. There is provided a distance measuring device characterized in that
【００１５】[0015]
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例のブロック図である。レー
ザ発振器１から出た光の一部を第１のＣＦＤ回路内蔵送
信パルスモニタ回路２にて検出してカウンタ回路７のス
タート信号とすると共に、大部分の光を送受信光学系３
を経由して目標物１１に当て、反射光の一部を送受信光
学系３にて受光し、光検出器４にて電気信号に変え増幅
器５にて増幅した後、第２のＣＦＤ回路６で受信パルス
のピークに等しい位置に出る信号を取り出し、カウンタ
回路７のストップ信号としている。カウンタ回路７がス
タートしてからストップまでの時間から光の伝播距離を
算出して、表示器８等で目標までの距離の表示を行う。
第２のＣＦＤ回路６の遅延回路６ｂの遅延時間がレーザ
パルスのピークの１／２からピークまでの時間に等しい
場合は、図２（ａ）に示すようにスタート信号もストッ
プ信号もパルスのピークに一致した位置から出るので、
回路固有の遅延時間等を無視して考えれば、距離Ｒを伝
播した光を検出した信号は２Ｒ÷Ｃ《Ｃ；光速》だけ遅
れて発生することになる。従って、このスタート信号と
ストップ信号の時間差を測定することにより、距離Ｒを
算出出来る。一方、パルス幅が広がったことにより、第
２のＣＦＤ回路６の遅延回路６ｂの遅延時間がレーザパ
ルスのピークの１／２からピークまでの時間と異なる
と、第２のＣＦＤ回路６の動作点はパルスのピークと一
致しなくなって、受信側ではΔＴだけ早めにストップ信
号が出来ることになる。しかしながら、送信パルスモニ
タ回路にもＣＦＤを用いているので、遅延回路６ｂも遅
延時間と送信パルスモニタ回路に内蔵された第１のＣＦ
Ｄ回路２ｃの遅延時間が正確に一致しているならば、ス
タート信号も同じΔＴだけ早めに出ることになる。従っ
て、ΔＴ＋（２Ｒ÷Ｃ−ΔＴ）＝２Ｒ÷Ｃとなり、それ
ぞれパルス幅変動に応じて生ずる動作時間変動を有して
いても、カウンタ回路７が動作している時間は距離Ｒに
対応した時間となる。このように本発明の特徴は、単独
ではパルス幅の変動には対応出来ないＣＦＤ回路を２つ
用いることにより、パルス幅の変動に関係なく、正確に
距離を測定出来ることにある。又送信側にもＣＦＤ回路
を用いることにより、レーザ出力変動や偏光成分が変化
することに伴うビームスプリッタ２ａ（図３に示す）の
反射率の変化に対しても、スタート信号の発生時間が変
化しないという効果も付加される。図３に第１のＣＦＤ
回路内蔵送信パルスモニタ回路２の詳細ブロック図を示
す。レーザ発振器１から出た光の一部をビームスプリッ
タ２ａにより分割し、光検出器２ｂにて電気信号に変換
する。分割された光は、目標物１１により反射された光
に比べて極めて強いので、光検出器２ｂは感度の低いも
ので差し支えない。むしろ必要に応じて検出器の前に減
衰器等を入れることも有り得る。光検出器２ｂからの出
力は、第１のＣＦＤ回路２ｃに入り、スタート信号を発
生する。第１のＣＦＤ回路２ｃは図８に示す第２のＣＦ
Ｄ回路６と同様のものであるので動作説明は省略する。
本発明の特徴を如何す為には、第１のＣＦＤ回路２ｃの
遅延時間と第２のＣＦＤ回路６の遅延時間が、所要精度
の範囲内で正確に一致している必要があるので、図４に
示す他の実施例のように、送受信のＣＦＤ回路を一つの
もので兼ねることも考えられる。図４（ａ）は光ファイ
バ１３等により、レーザ発振器１からの光の一部を直接
光検出器４に入れる方法である。装置構成は簡単になり
価格低減をはかる可能性も有るが、レーザ発振器１から
の光は極めて強いので、光検出器４が飽和したり、焼損
したりすることも考えられるので、光の減衰に十分注意
する必要がある。図４（ｂ）は図３の光検出器２ｂから
の出力を直接ＣＦＤ回路１６に入れる方法である。第１
のＣＦＤ回路２ｃを省略したものは、図５の送信パルス
モニタ回路１２と同じものになるので、表示を統一して
ある。ＣＦＤ回路を共通にするとカウンタ回路７へ行く
経路が一つになるので、実際には別途リセットパルス等
を与えて、その後最初に入った信号でスタートし、次に
来る信号でストップするなどの配慮も必要となるが、本
発明の説明とは直接関係がないので詳細説明は略す。目
標物１１からの受信信号は極めて弱いので、これを増幅
した後であっても分割することは得策ではない。図４
（ｂ）のように送信パルスモニタ回路１２からの信号を
直接ＣＦＤ１６に接続すると、増幅器５からの信号の一
部が送信パルスモニタ回路１２に分割されたり、そこか
らの反射により信号自体が歪んだりすることが考えられ
るので、実際には図４（ｃ）のように整合回路１４を経
由して接続することになる。この整合回路１４はＣＦＤ
回路１６から見ると高インピーダンスであると共に送信
パルスモニタ回路１２から見ると高速パルスの応答を考
え低インピーダンスでなければならない。送信パルスモ
ニタ回路１２の出力は大きなものが得られるので、整合
回路１４による減衰は大きな問題ではない。The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention. A part of the light emitted from the laser oscillator 1 is detected by the first transmission pulse monitor circuit 2 with a built-in CFD circuit and used as a start signal for the counter circuit 7, and most of the light is transmitted / received by the transmission / reception optical system 3.
Then, a part of the reflected light is received by the transmission / reception optical system 3, converted into an electric signal by the photodetector 4 and amplified by the amplifier 5, and then by the second CFD circuit 6. A signal appearing at a position equal to the peak of the received pulse is taken out and used as a stop signal for the counter circuit 7. The propagation distance of light is calculated from the time from the start of the counter circuit 7 to the stop, and the distance to the target is displayed on the display 8 or the like.
When the delay time of the delay circuit 6b of the second CFD circuit 6 is equal to the time from the half of the peak of the laser pulse to the peak, as shown in FIG. It will come out from the position that matches
If the delay time peculiar to the circuit is neglected, the signal detecting the light propagating through the distance R is delayed by 2R ÷ C <<C; speed of light >>. Therefore, the distance R can be calculated by measuring the time difference between the start signal and the stop signal. On the other hand, when the delay time of the delay circuit 6b of the second CFD circuit 6 is different from the time from the half of the laser pulse peak to the peak due to the widened pulse width, the operating point of the second CFD circuit 6 Does not coincide with the peak of the pulse, and the receiving side can generate a stop signal earlier by ΔT. However, since the CFD is also used in the transmission pulse monitor circuit, the delay circuit 6b also has a delay time and the first CF incorporated in the transmission pulse monitor circuit.
If the delay times of the D circuits 2c are exactly the same, the start signal also comes out earlier by the same ΔT. Therefore, ΔT + (2R ÷ C−ΔT) = 2R ÷ C, and the counter circuit 7 is operating for a time corresponding to the distance R even if there are operating time fluctuations that occur according to pulse width fluctuations. Becomes As described above, the feature of the present invention resides in that the distance can be accurately measured regardless of the fluctuation of the pulse width by using the two CFD circuits which cannot individually cope with the fluctuation of the pulse width. Further, by using the CFD circuit on the transmitting side as well, the generation time of the start signal changes with respect to the change in the reflectance of the beam splitter 2a (shown in FIG. 3) due to the change in the laser output and the change in the polarization component. The effect of not doing so is also added. Figure 1 shows the first CFD
The detailed block diagram of the circuit built-in transmission pulse monitor circuit 2 is shown. A part of the light emitted from the laser oscillator 1 is split by the beam splitter 2a and converted into an electric signal by the photodetector 2b. Since the split light is extremely strong as compared with the light reflected by the target object 11, the photodetector 2b may have low sensitivity. Rather, an attenuator or the like may be inserted in front of the detector if necessary. The output from the photodetector 2b enters the first CFD circuit 2c and generates a start signal. The first CFD circuit 2c is the second CF shown in FIG.
Since it is the same as the D circuit 6, the explanation of the operation is omitted.
In order to obtain the characteristics of the present invention, it is necessary that the delay time of the first CFD circuit 2c and the delay time of the second CFD circuit 6 exactly match within the required accuracy range. As in the other embodiment shown in FIG. 4, it is conceivable that one CFD circuit for transmission / reception also serves as one. FIG. 4A shows a method of directly entering a part of the light from the laser oscillator 1 into the photodetector 4 by using the optical fiber 13 or the like. Although the device configuration may be simplified and the cost may be reduced, since the light from the laser oscillator 1 is extremely strong, the photodetector 4 may be saturated or burned out. You need to be careful. FIG. 4B shows a method in which the output from the photodetector 2b in FIG. 3 is directly input to the CFD circuit 16. First
The display without a CFD circuit 2c is unified because it is the same as the transmission pulse monitor circuit 12 of FIG. If the CFD circuit is shared, the number of paths to the counter circuit 7 becomes one, so in practice, a reset pulse or the like should be given separately, and then the first input signal should start and the next signal should stop. However, detailed description thereof is omitted because it is not directly related to the description of the present invention. Since the received signal from the target object 11 is extremely weak, it is not a good idea to divide it even after amplifying it. Figure 4
When the signal from the transmission pulse monitor circuit 12 is directly connected to the CFD 16 as shown in (b), a part of the signal from the amplifier 5 is divided into the transmission pulse monitor circuit 12 or the signal itself is distorted due to reflection from the transmission pulse monitor circuit 12. Therefore, the connection is actually made via the matching circuit 14 as shown in FIG. This matching circuit 14 is a CFD
The circuit 16 must have a high impedance and the transmission pulse monitor circuit 12 must have a low impedance in view of the response of a high speed pulse. Since a large output can be obtained from the transmission pulse monitor circuit 12, the attenuation by the matching circuit 14 is not a big problem.
【００１６】[0016]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、ＣＦＤ回
路を実質的に２つ用いる構成としたので、受信入力信号
の大小に拘らず距離算出のためのカウンタ回路の動作し
ている時間が変わらない、レーザのパルス幅が変動して
も距離算出のためのカウンタ回路の動作している時間が
変わらないことにより、距離を正確に測定出来る効果を
有する。As described above, according to the present invention, substantially two CFD circuits are used. Therefore, the operation time of the counter circuit for calculating the distance is irrespective of the magnitude of the received input signal. Even if the pulse width of the laser does not change, the operating time of the counter circuit for calculating the distance does not change, so that the distance can be accurately measured.
【図１】本発明の一実施例のブロック図。FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention.
【図２】ＣＦＤ回路を２つ用いたことがパルス幅変動を
打ち消すことの説明図。FIG. 2 is an explanatory view that the use of two CFD circuits cancels a pulse width variation.
【図３】ＣＦＤ回路内蔵送信パルスモニタ回路の詳細ブ
ロック図。FIG. 3 is a detailed block diagram of a transmission pulse monitor circuit with a built-in CFD circuit.
【図４】本発明の他の実施例のブロック図。FIG. 4 is a block diagram of another embodiment of the present invention.
【図５】一般の距離測定装置ブロック図。FIG. 5 is a block diagram of a general distance measuring device.
【図６】受信入力の大小によりカウンタ回路ストップ時
間が変動することの説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram showing that the counter circuit stop time varies depending on the size of a reception input.
【図７】パルス幅測定回路を有する方法の説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram of a method having a pulse width measurement circuit.
【図８】ＣＦＤ回路を用いる方法ならびにＣＦＤ回路の
説明図。FIG. 8 is a diagram illustrating a method of using a CFD circuit and a CFD circuit.
【図９】パルス幅の広がりによりスタートパルス発生時
間が前または後にずれることに対する説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram for the start pulse generation time being shifted before or after the pulse width is expanded.
【図１０】遅延時間とパルスの１／２からピークまでの
時間が異なる場合のＣＦＤ回路の動作位置のずれの説明
図。FIG. 10 is an explanatory diagram of a shift in the operating position of the CFD circuit when the delay time and the time from 1/2 of the pulse to the peak are different.
【図１１】遅延時間とパルスの１／２からピークまでの
時間が異なる場合のＣＦＤ回路の動作位置ずれを求める
ために用いた表。FIG. 11 is a table used to determine an operating position shift of the CFD circuit when the delay time and the time from the pulse 1/2 to the peak are different.
１ レーザ発振器 ２ 第１のＣＦＤ回路内蔵送信パルスモニタ回路 ２ａ ビームスプリッタ ２ｂ 光検出器 ２ｃ 第１のＣＦＤ回路 ３ 送受信光学系 ４ 光検出器 ５ 増幅器 ６ 第２のＣＦＤ回路 ６ａ 減衰回路 ６ｂ 遅延回路 ６ｃ 弁別回路 ６ｄ 弁別回路 ６ｅ ＡＮＤ回路 ７ カウンタ回路 ８ 表示回路 ９ 弁別回路 １０ パルス幅測定回路 １１ 目標物 １２ 送信パルスモニタ回路 １３ 光ファイバ １４ 整合回路 1 Laser Oscillator 2 First CFD Circuit Built-in Transmission Pulse Monitor Circuit 2a Beam Splitter 2b Photodetector 2c First CFD Circuit 3 Transmission / Reception Optical System 4 Photodetector 5 Amplifier 6 Second CFD Circuit 6a Attenuation Circuit 6b Delay Circuit 6c Discrimination circuit 6d Discrimination circuit 6e AND circuit 7 Counter circuit 8 Display circuit 9 Discrimination circuit 10 Pulse width measurement circuit 11 Target 12 Transmission pulse monitor circuit 13 Optical fiber 14 Matching circuit
Claims (4)
の反射光を受光する送受信光学系と、 前記レーザ発振器からのレーザ光の一部を受光し、パル
ス信号のピーク値を検出する第１のＣＦＤ回路を内蔵し
た送信パルスモニタ回路と、 前記送受信光学系からの目標物反射光を電気信号に変換
する光検出器と、 この光検出器からの信号を受け、受信信号のピーク値を
検出する第２のＣＦＤ回路と、 前記モニタ回路からの出力を受けてカウントを開始し、
前記第２のＣＦＤ回路からの出力を受けてこのカウント
を停止するカウンタ回路と、 このカウンタ回路のカウント値より算出した目標物まで
の距離を表示する表示回路とを備えたことを特徴とする
距離測定装置。1. A laser oscillator, a transmission / reception optical system for irradiating a target with laser light from the laser oscillator, and receiving reflected light thereof, and a pulse signal for receiving a part of the laser light from the laser oscillator. A transmission pulse monitor circuit having a built-in first CFD circuit for detecting the peak value of, a photodetector for converting the reflected light of the target object from the transmission / reception optical system into an electric signal, and a signal from the photodetector. A second CFD circuit that detects the peak value of the received signal, and starts counting when receiving an output from the monitor circuit,
A distance including a counter circuit that stops the counting upon receiving an output from the second CFD circuit, and a display circuit that displays the distance to the target object calculated from the count value of the counter circuit. measuring device.
に直接入力する導入器を備え、 前記カウンタ回路は前記第２のＣＦＤ回路からの第１回
目の入力によってカウントを開始し、次の入力によって
カウントを停止することを特徴とする請求項１記載の距
離測定装置。2. The distance measuring device according to claim 1, further comprising an introducer for directly inputting a part of the laser light from the laser oscillator to the photodetector, wherein the counter circuit is a first circuit from the second CFD circuit. 2. The distance measuring device according to claim 1, wherein the counting is started by the input of and the counting is stopped by the next input.
の反射光を受光する送受信光学系と、 前記レーザ発振器からのレーザ光の一部を受光する送信
パルスモニタ回路と、 このモニタ回路からの信号を整合する整合回路と、 前記送受信光学系からの目標物反射光を電気信号に変換
する光検出器と、 この光検出器からの信号及び前記整合回路からの出力を
受け、受信信号のピーク値を検出するＣＦＤ回路と、 このＣＦＤ回路からの第１回目の入力によってカウント
を開始し、次の入力によってカウントを停止するカウン
タ回路と、 このカウンタ回路のカウント値より算出した目標物まで
の距離を表示する表示回路とを備えたことを特徴とする
距離測定装置。3. A laser oscillator, a transmission / reception optical system for irradiating a target with laser light from the laser oscillator, and receiving reflected light thereof, and a transmission pulse monitor for receiving a part of the laser light from the laser oscillator. A circuit, a matching circuit for matching the signal from the monitor circuit, a photodetector for converting the reflected light of the target object from the transmitting / receiving optical system into an electric signal, a signal from the photodetector and a signal from the matching circuit. A CFD circuit that receives the output and detects the peak value of the received signal, a counter circuit that starts counting by the first input from this CFD circuit, and stops counting by the next input, and the count value of this counter circuit And a display circuit for displaying the calculated distance to the target object.
出器からの検出信号を直接ＣＦＤ回路に入力することを
特徴とする請求項１から３記載の距離測定装置。4. The distance measuring device according to claim 1, wherein the photodetector is a photodetector having an amplifying action, and a detection signal from the photodetector is directly input to a CFD circuit. The described distance measuring device.
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1992
- 1992-10-05 JP JP4265687A patent/JP2967656B2/en not_active Expired - Fee Related
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