(57)【要約】【課題】ターゲットからの複数の散乱光を受光して距離を測定する場合にカウンタ数が多くなり演算処理が複雑化する。【解決手段】コンパレータ１はレーザ光に伴う送光パルスからスタートパルスを生成し、コンパレータ２はＮ個のターゲットからの各受光パルスを２値化しＮビットデータとして出力する。測距回路５はスタートパルスとＮビットデータの内で一番早く“１”となるストップパルス間の時間を計測し基準時間として出力する。遅延線６はターゲットに対する所望の遅延ステップでストップパルスを遅延させた遅延パルスを距離分解能対応の数Ｍだけ出力する。ラッチ回路７はＮビットデータをストップパルスおとび各遅延パルスでラッチし遅延データとして出力する。【選択図】図１
2010197118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ個のターゲットからの反射光を各受光系により受光し、最も早く受光したタイミングまでの時間を計測することにより最短距離のターゲットまでの距離情報を得て基準値とすると同時に、前記受光タイミングを最初のデータ保持時刻とし以後一定間隔で遅延時間を持たせながら前記ターゲットからの反射パルス列を順次にデジタル化し保持し、前記基準値と前記反射パルス列とにより前記Ｎ個のターゲットまでの距離を演算する距離測定装置。
【請求項２】
レーザ光の送光時刻と受光時刻との時間差からＮ個のターゲットまでの距離を計測する距離測定装置において、
前記レーザ光に伴う送光パルスからスタートパルスを生成するスタートコンパレータと、
前記Ｎ個のターゲットからの各受光パルスを電圧レベルによって２値化しＮビットデータとして時系列的に出力するストップコンパレータと、
前記スタートパルスと、前記Ｎビットデータの内で一番早く“１”となるパルス（ストップパルス）間の時間を計測し基準時間として出力する測距回路と、
前記ターゲットに対する所望の距離分解能に応じて定められる遅延ステップ時間刻みで前記ストップパルスを遅延させた遅延パルスを前記距離分解能対応の数Ｍだけ出力する遅延線と、
前記Ｎビットデータを前記ストップパルスおとび前記各遅延パルスでラッチし遅延データとして出力するラッチ回路を有し、
前記基準時間と前記遅延データにより前記ターゲットまでの距離を計算することを特徴とする距離測定装置。
【請求項３】
前記計算は、演算器が、前記基準時間と前記遅延データを順次リードして、マトリクスに展開し、前記ストップパルスと前記ターゲットからの反射光入力の時間差を求め、前記基準時間に基づく距離基準値を元にして前記ターゲットまでの距離を算出することを特徴とする請求項２に記載の距離測定装置。
【請求項４】
前記時間差を求めるための前記遅延データは前記受光パルスのピーク値に最も近い時刻とすることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、距離を測定したいターゲットに向けてパルス状のレーザ光を照射し、ターゲットからの散乱光を受光することにより、レーザ光の送光時刻と受光時刻との時間差からターゲットまでの距離を計測する距離測定装置、特に、ターゲットからの複数の散乱光をそれぞれ検知するマルチチャンネル距離測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来例１は、４つの半導体レーザ素子（ＬＤ素子）から測定対象物に向け所定の順序で送り出される出射光を、同数の受光素子で受光するまでの時間を４系統にそれぞれ設けられたカウンタ部により計数している（特許文献１）。計数を行うクロックの周期は、通常、測定対象までの距離分解能に依存し、高分解能が要求される場合には短周期となる。したがって、この従来方式によれば、高速クロックにより動作するカウンタが受光系統数だけ必要となり、装置の規模および消費電力が増大することになる。
【０００３】
また、従来例２は、検知器が光子の入射以外の熱電子によるダークカウント（誤動作）を行った場合の対策として、同一ターゲットからの散乱光を光学的に分岐した複数の受光系統と、各受光系統におけるレーザ光の送出から受光までの時間を計数する同数のカウンタ回路を設け、相関の少ない計数値を排除するようにしている（特許文献２）。本方式の場合も、上述と同様な問題点がある上に、複数の測距回路の計数結果を元に演算部が個別に測距値を計算するため処理が複雑化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開平７−１９８８５０号公報
特開平９−１０１３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする問題点は、ターゲットからの複数の散乱光を受光して距離を測定する場合に、カウンタ数が多くなり、また演算処理が複雑化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、１つのターゲットからの受光パルスのみのカウンタ回路を設け、このカウンタ回路により算出された基準時間を基にして、且つ複数のターゲットからの受光パルスを基準時間に対する時系列のデジタルデータ化しマトリクス展開して、演算することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の距離測定装置は、１つのカウンタ回路で基準時間を算出し、全てのターゲットからの受光タイミングは基準時間との相対時間として求めることとしたため、カウンタ回路数を低減することができるという利点がある。
【０００８】
また、全てのターゲットからの受光パルスを基準時間に対する時系列のデジタルデータ化しマトリクス展開して演算するため、演算機能を簡易化できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は本発明装置の一実施例のブロック図である。
【図２】図２はストップコンパレータの入出力信号の波形を例示する図である。
【図３】図３はラッチ回路の入出力信号を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明装置の一実施例のブロック図である。図１において、この距離測定装置は、スタートコンパレータ１，ストップコンパレータ２，ＯＲ回路３，フリップフロップ回路４，測距回路５，遅延線６，ラッチ回路７，レーザ部８，受光部９および演算部１０から構成されている。レーザ部８は、距離を測定したい複数のターゲット（図示省略）に向けて、パルス状のレーザ光を照射し、Ｎ個のターゲットからの散乱光を受光部９で受光することにより、レーザ光の送光時刻と受光時刻との時間差からターゲットまでの距離を計測することができる。ここで、ターゲットは、Ｎ個の物体であっても、１つの物体のＮ個の部位や凹凸面を持つものであってもよい。
【００１１】
スタートコンパレータ１は、レーザ部８からのレーザ光に伴う送光パルスを入力し、閾値Vref1以上の電圧レベルのみを有効としてスタートパルスを出力する。ストップコンパレータ２は、受光部９を構成するＮ個の光検知器9-1〜9-Nから出力された受光パルスを入力し、閾値Vref2以上の電圧レベルのみを有効としてＮ個の受光パルスを出力する。この受光パルスは、有効を“１”、無効を“０”に対応させれば、ＮビットデータD1〜DNとして表現される。
【００１２】
ＯＲ回路３は、Ｎ個の受光パルスの内で一番早いパルス、即ち、ＮビットデータD1〜DNの内で一番早く“１”となるパルスを検出し、フリップフロップ回路４はこのパルスからストップパルスを生成する。測距回路５HA、スタートパルスとストップパルス間の時間を計測し、これを基準時間として出力する。
【００１３】
遅延線６は、ストップパルスを遅延ステップ時間ＴでＭ通りに遅延した遅延パルスDL1〜DLMを出力する。遅延ステップ時間Ｔは、ターゲットに対する所望の距離分解能、つまり、距離基準値から想定される各ターゲットまでの距離値のバラツキを勘案して定められる。ラッチ回路７は、（Ｍ＋１）個のラッチ7-1〜7-(M+1)から成り、ラッチ7-1はストップパルス、ラッチ7-2〜7-(M+1)は遅延パルスDL1〜DLMをそれぞれラッチクロックとして、ＮビットデータD1〜DNを上記の遅延ステップ時間Ｔで順次ラッチし、そのデータ（遅延0データ〜遅延(M+1)データ）を格納する。
【００１４】
演算部１０は、測距回路５の出力である基準時間を入力し、次に、ラッチ回路７のラッチ7-1〜7-(M+1)に格納されている遅延0データ〜遅延Mデータを順次リードして、マトリクスに展開して、ストップパルスとターゲットからの反射光入力の時間差を求め、基準時間に基づく距離基準値を元にしてターゲットまでの実際の距離を計算する。
【００１５】
図２は、ストップコンパレータ２の入出力信号の波形を例示する。ここでは、Ｎ＝１６とし、受光パルスのレベルが小さい例（図２の１）として受光パルス9-1および１６ビットデータD1、受光パルスのレベルが大きい例（図２の２）として受光パルス9-16および１６ビットデータD16をとりあげている。前述のように、受光パルスは閾値Vref2で“１”と“０”に２値化されるので、入力レベルが小さい場合は“１”の数が少なく、入力レベルが大きい場合は“１”の数が多くなる。
【００１６】
図３は、図２に示したような受光パルス9-1と受光パルス9-16がストップコンパレータ２に入力された場合における、ラッチ回路７の入出力信号をＭ＝10としてマトリックス表示している。この表の縦軸はラッチ回路７の入力である１６ビットデータD1〜D16、横軸は遅延0データ〜遅延10データを示す。即ち、横軸は、どの時点の１６ビットデータD1〜D16が、ラッチ回路７のどのラッチ7-1〜7-(M+1)に格納されるかを示している。図３の左方から、１６ビットデータ1000〜00は遅延0データ〜遅延2データとしてラッチ7-1〜7-3、１６ビットデータ0000〜00は遅延3データとしてラッチ7-4、１６ビットデータ0000〜01は遅延4データ〜遅延8データとしてラッチ7-5〜7-9、１６ビットデータ0000〜00は遅延9データ〜遅延1データ10としてラッチ7-10〜7-11に格納される。
【００１７】
いま、レーザ部９がターゲットに照射したレーザ光に対して、図２に示したような受光パルス9-1と受光パルス9-16が入力したとして本発明装置の動作を説明する。スタートコンパレータ１は、レーザ光に伴う送光パルスの電圧レベルが閾値Vref1以上になった時点でスタートパルスを出力する。次に、ストップコンパレータ２には、先ず受光パルス9-1が入力し、その電圧レベルが閾値Vref2以上になると、その間、１６ビットデータD1は“１”となる。受光パルス9-1に遅れて入力してくる１６ビットデータD16も同様である。なお、この例では受光パルス9-2〜9-15は無いものとしており、１６ビットデータD2〜D15は常時“０”を維持する。
【００１８】
１６ビットデータD1〜D16は、ＯＲ回路３を経てフリップフロップ回路４に入力され、フリップフロップ回路４は、図２（１）に示すように、１６ビットデータD1の立上りでストップパルスを出力する。測距回路５はスタートパルスとストップパルスを入力し、スタートパルス入力から最初のストップパルス入力までの時間を計測して、これを基準時間として演算部１０へ出力する。いま、スタートパルス入力から最初のストップパルス入力までのクロック数を80、クロック周波数を100MHzとすると、基準時間は800nsとなる。この場合、測距回路５による距離分解能は、クロック周期に光速を乗じた値を２で除算することにより1.5mとなる。
【００１９】
また、ラッチ回路７のラッチ7-1は、ストップパルスが入力した時点の１６ビットデータD1〜D16をデジタル１６ビットデータとしてラッチし、遅延0データとして演算器１０へ出力する。いま、遅延ステップ時間Ｔ＝1nsとすると、遅延線６に入力したストップパルスは、1nsの遅延から時間ＭＴ＝10nsまで1ns刻みで遅延され、1nsずつ遅延した遅延パルスDL1〜DL10として、ラッチ回路７のラッチ7-1〜7-11へ出力される。この場合、ストップパルス発生時刻差による距離分解能は、遅延ステップ時間Ｔに光速を乗じた値を２で除算することにより15cmとなる。
【００２０】
その結果、ラッチ回路７は、１６ビットデータD1〜D16を1nsステップでデジタル１６ビットデータとして遅延パルスDL1〜DL10により順次ラッチし、遅延1データ〜遅延10データとして演算器１０へ出力する。例えば、ラッチ7-11はストップパルス出力から10ns後の１６ビットデータD1〜D16を遅延10データとして演算器１０へ出力する。
【００２１】
演算器１０は、以上のようにして入力される基準時間および遅延0データ〜遅延10データを、図３に示したようにマトリックス展開し、ターゲットまでの実際の距離を計算する。１６ビットデータD1に注目すると、“１”がラッチされているのは遅延0データ〜遅延2データであるので、中心位置は遅延1データ、即ち（基準時間＋1ns）となる。従って、受光パルス9-1に対応するターゲットの距離は、この時間に光速を乗じて、２で除算することにより、120.15mとなる。
【００２２】
同様にして、１６ビットデータD16に注目すると、“１”がラッチされているのは遅延4データ〜遅延8データであるので、中心位置は遅延6データ、即ち（基準時間＋6ns）となる。従って、受光パルス9-16に対応するターゲットの距離は、この時間に光速を乗じて、２で除算することにより、120.90mとなる。
【００２３】
このように本発明回路は、16個のターゲットまでの往復時間を同時に取得し、16個のターゲットの距離を１回の測定で求めることができるのである。
【符号の説明】
【００２４】
１    スタートコンパレータ
２    ストップコンパレータ
３    ＯＲ回路
４    フリップフロップ回路
５    測距回路
６    遅延線
７    ラッチ回路
８    レーザ部
９    受光部
１０  演算部
【図１】
2010197118.tif 000003
【図２】
2010197118.tif 000004
【図３】
2010197118.tif 000005