JP2005010133A - レーザ距離計における距離算出方法およびその装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】安価で高精度のレーザ距離計を提供することにある。
【解決手段】レーザダイオードから受光素子へレーザ光を導く、近点用光ファイバと遠点用光ファイバおよび、投光と同時あるいは直前に積分を開始するアナログ積分器と、アナログ積分器の出力を保持する３個のサンプルホールド回路と、サンプルホールドされた電圧の測定手段を備え、近点用光ファイバによる受光信号と、遠点用光ファイバによる受光信号と反射物体からの反射光による受光信号をそれぞれ３個のサンプルホールド回路のサンプリング信号とし、近点用光ファイバの受光信号による積分出力と、遠点用光ファイバの受光信号による積分出力により、積分出力と距離との係数を求め、その係数と、反射物体の反射光による積分出力から反射物体までの距離を算出する。
【選択図】図１
【解決手段】レーザダイオードから受光素子へレーザ光を導く、近点用光ファイバと遠点用光ファイバおよび、投光と同時あるいは直前に積分を開始するアナログ積分器と、アナログ積分器の出力を保持する３個のサンプルホールド回路と、サンプルホールドされた電圧の測定手段を備え、近点用光ファイバによる受光信号と、遠点用光ファイバによる受光信号と反射物体からの反射光による受光信号をそれぞれ３個のサンプルホールド回路のサンプリング信号とし、近点用光ファイバの受光信号による積分出力と、遠点用光ファイバの受光信号による積分出力により、積分出力と距離との係数を求め、その係数と、反射物体の反射光による積分出力から反射物体までの距離を算出する。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルスレーザ光の投光から反射光の受光までの時間を計測することによって反射物体までの距離を測定するレーザ距離計の距離算出方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パルスレーザ光の投光から反射光の受光までの時間を計測することによって反射物体までの距離を測定するレーザ距離計における、従来の第一の方法は、投光信号により、カウンタをスタートし受光信号によりカウンタを停止することによりそのカウント値から時間を計算するものである。
【０００３】
従来の第二の方法は、投光信号によりアナログ積分器の積分をスタートし、受光信号により積分を停止することによりアナログ積分器出力の電圧差から時間を計算するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
カウンタによる時間計測の場合、十分な精度を得ようとした場合、分解能を上げる必要があり、非常に高速なカウンタが必要となる。そのようなカウンタは非常に高価であり入手困難である。また、周辺部品も高価になるばかりでなく、設計・製造にも高価な設備が必要である。
【０００５】
またアナログ積分器を用いた場合、積分時定数が温度などの外的要因に影響されやすく、同じ時間であるにもかかわらず出力電圧に誤差が生じ、その結果測定距離に誤差を生じてしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、アナログ積分器を用い、温度などの影響を受けない安価で高精度のレーザ距離計を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
レーザダイオードから受光素子へレーザ光を導く、近点用光ファイバと遠点用光ファイバおよび、投光と同時あるいは直前に積分を開始するアナログ積分器と、アナログ積分器の出力を保持する３個のサンプルホールド回路と、サンプルホールドされた電圧の測定手段を備え、近点用光ファイバによる受光信号と、遠点用光ファイバによる受光信号と反射物体からの反射光による受光信号をそれぞれ３個のサンプルホールド回路のサンプリング信号とし、近点用光ファイバの受光信号による積分出力と、遠点用光ファイバの受光信号による積分出力により、積分出力と距離との係数を求め、その係数と、反射物体の反射光による積分出力から反射物体までの距離を算出する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を図１および図２に示す。
【０００９】
レーザダイオード２から受光素子６へレーザ光を導く近点用光ファイバ９と遠点用光ファイバ８および、投光と同時あるいは直前に積分を開始するアナログ積分器１１と、アナログ積分器１１の出力を保持する３個のサンプルホールド回路１２〜１４と、サンプルホールドされた電圧を切り換えるスイッチ回路１６〜１８と電圧の測定手段であるＡ／Ｄ変換器１５を備え、近点用光ファイバ９による受光信号Ｂと、遠点用光ファイバ８による受光信号Ｄと、反射物体からの反射光による受光信号Ｃをそれぞれ３個のサンプルホールド回路１２〜１４のサンプリング信号とする。
【００１０】
【実施例】
図１に於いて、レーザダイオード２から発せられた光は、投光レンズ３で平行光線に変換され、ミラー４により外部へ出射される。出射されたレーザ光は反射物体により反射し、反射光は受光レンズ５により受光素子６に集光され、受光アンプ７により受光信号Ｃが得られる。また、レーザダイオード２から発せられた光は、近点用光ファイバ９によっても受光素子６に導かれ受光アンプ７により受光信号Ｂが得られる。さらに、レーザダイオード２から発せられた光は、遠点用光ファイバ８によっても受光素子６に導かれ受光アンプ７により受光信号Ｄが得られる。図２にアナログ積分器、サンプルホールド回路、スイッチ回路、およびＡ／Ｄ変換器の接続図を示す。図３に受光信号の時間と積分出力電圧の関係を示す。アナログ積分器１１は投光と同時、あるいは投光直前の時間ｔ１に積分を開始する。近点用光ファイバ９による受光信号Ｂは時間ｔ２に生じ、サンプルホールド回路１２のサンプリング信号となる。遠点用光ファイバ８による受光信号Ｄは時間ｔ４に生じ、サンプルホールド回路１４のサンプリング信号となる。反射物体による受光信号Ｃは時間ｔ３に生じ、サンプルホールド回路１３のサンプリング信号となる。それぞれのホールド電圧Ｖ２〜Ｖ４は、スイッチ回路１６〜１８を介して電圧の測定手段であるＡ／Ｄ変換器１５により電圧データとなる。なお、このＡ／Ｄ変換器はｔ４の時間内に変換を終了する必要が無いので高速なものでなくてもよい。
【００１１】
遠点用光ファイバ８と近点用光ファイバ９の長さＬ１、Ｌ２は設計段階で決めてある。遠点電圧Ｖ４は長さすなわち距離Ｌ１に対する電圧に相当する。近点電圧Ｖ２は長さすなわち距離Ｌ２に対する電圧に相当する。反射物体による電圧Ｖ３は反射物体までの距離Ｌｄに対する電圧に相当する。時間に対する積分出力電圧の変化は直線的であるので、距離と電圧の関係は次式で表される。
【数１】
（Ｌｄ−Ｌ２）／（Ｖ３−Ｖ２）＝（Ｌ１−Ｌ２）／（Ｖ４−Ｖ２）
したがって距離Ｌｄは、次式で表せる。
【数２】
Ｌｄ＝（Ｌ１−Ｌ２）×（Ｖ３−Ｖ２）／（Ｖ４−Ｖ２）＋Ｌ２
【００１２】
ここで温度変化などによりアナログ積分器の積分時定数が変化した場合を考える。積分時定数の変化がＡ倍になったとすると各電圧はＡ倍となる。距離Ｌｄは数式２の各電圧をＡ倍して次式になる。
【数３】
Ｌｄ＝（Ｌ１−Ｌ２）×（Ｖ３×Ａ−Ｖ２×Ａ）／（Ｖ４×Ａ−Ｖ２×Ａ）＋Ｌ２
変形すると
【数４】
Ｌｄ＝（Ｌ１−Ｌ２）×（Ｖ３−Ｖ２）×Ａ／（Ｖ４−Ｖ２）×Ａ＋Ｌ２
分母、分子のＡは消えるので
【数５】
Ｌｄ＝（Ｌ１−Ｌ２）×（Ｖ３−Ｖ２）／（Ｖ４−Ｖ２）＋Ｌ２
となる。数式５は数式２と同じである。すなわち積分時定数が変化しても距離計算結果は変化しない。
【００１３】
また、投光回路、受光回路、サンプルホールド回路、スイッチ回路に於いて合計して時間Ｔの遅れが生じた場合を考える。時間Ｔの遅れにより各電圧にはＶｔなるオフセット電圧が生じる。距離Ｌｄは数式２の各電圧にＶｔを加えて次式になる。
【数６】
Ｌｄ＝（Ｌ１−Ｌ２）×（Ｖ３＋Ｖｔ−（Ｖ２＋Ｖｔ））／（Ｖ４＋Ｖｔ−（Ｖ２＋Ｖｔ））＋Ｌ２
数式６のかっこ内におけるＶｔは相殺され
【数７】
Ｌｄ＝（Ｌ１−Ｌ２）×（Ｖ３−Ｖ２）／（Ｖ４−Ｖ２）＋Ｌ２
となる。数式７は数式２と同じである。すなわち投光回路、受光回路、サンプルホールド回路、スイッチ回路に於いて遅れが生じても距離計算結果は変化しない。
【００１４】
同様に、アナログ積分器の積分開始時間ｔ１がずれたとしても距離計算結果は変化しない。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、高価な高速カウンタを用いることなく、簡単なアナログ積分器を用い、積分時定数に温度変動や経時変動があっても、正確な時間計測ができ、その結果正確な距離測定ができる。また、投光回路、受光回路、サンプルホールド回路、スイッチ回路の遅れ時間も３つの信号経路が同じ構成であることからその影響を排除できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すレーザ距離計の投受光部の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施例を示すレーザ距離計のアナログ積分器、サンプルホールド回路、スイッチ回路、およびＡ／Ｄ変換器の接続図である。
【図３】受光信号の時間と積分出力電圧の関係を示す図である。
【符号の説明】
２ レーザダイオード
６ 受光素子
８ 遠点用光ファイバ
９ 近点用光ファイバ
１１ アナログ積分器
１２〜１４ サンプルホールド回路
１５ Ａ／Ｄ変換器
１６〜１８ スイッチ回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルスレーザ光の投光から反射光の受光までの時間を計測することによって反射物体までの距離を測定するレーザ距離計の距離算出方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パルスレーザ光の投光から反射光の受光までの時間を計測することによって反射物体までの距離を測定するレーザ距離計における、従来の第一の方法は、投光信号により、カウンタをスタートし受光信号によりカウンタを停止することによりそのカウント値から時間を計算するものである。
【０００３】
従来の第二の方法は、投光信号によりアナログ積分器の積分をスタートし、受光信号により積分を停止することによりアナログ積分器出力の電圧差から時間を計算するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
カウンタによる時間計測の場合、十分な精度を得ようとした場合、分解能を上げる必要があり、非常に高速なカウンタが必要となる。そのようなカウンタは非常に高価であり入手困難である。また、周辺部品も高価になるばかりでなく、設計・製造にも高価な設備が必要である。
【０００５】
またアナログ積分器を用いた場合、積分時定数が温度などの外的要因に影響されやすく、同じ時間であるにもかかわらず出力電圧に誤差が生じ、その結果測定距離に誤差を生じてしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、アナログ積分器を用い、温度などの影響を受けない安価で高精度のレーザ距離計を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
レーザダイオードから受光素子へレーザ光を導く、近点用光ファイバと遠点用光ファイバおよび、投光と同時あるいは直前に積分を開始するアナログ積分器と、アナログ積分器の出力を保持する３個のサンプルホールド回路と、サンプルホールドされた電圧の測定手段を備え、近点用光ファイバによる受光信号と、遠点用光ファイバによる受光信号と反射物体からの反射光による受光信号をそれぞれ３個のサンプルホールド回路のサンプリング信号とし、近点用光ファイバの受光信号による積分出力と、遠点用光ファイバの受光信号による積分出力により、積分出力と距離との係数を求め、その係数と、反射物体の反射光による積分出力から反射物体までの距離を算出する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を図１および図２に示す。
【０００９】
レーザダイオード２から受光素子６へレーザ光を導く近点用光ファイバ９と遠点用光ファイバ８および、投光と同時あるいは直前に積分を開始するアナログ積分器１１と、アナログ積分器１１の出力を保持する３個のサンプルホールド回路１２〜１４と、サンプルホールドされた電圧を切り換えるスイッチ回路１６〜１８と電圧の測定手段であるＡ／Ｄ変換器１５を備え、近点用光ファイバ９による受光信号Ｂと、遠点用光ファイバ８による受光信号Ｄと、反射物体からの反射光による受光信号Ｃをそれぞれ３個のサンプルホールド回路１２〜１４のサンプリング信号とする。
【００１０】
【実施例】
図１に於いて、レーザダイオード２から発せられた光は、投光レンズ３で平行光線に変換され、ミラー４により外部へ出射される。出射されたレーザ光は反射物体により反射し、反射光は受光レンズ５により受光素子６に集光され、受光アンプ７により受光信号Ｃが得られる。また、レーザダイオード２から発せられた光は、近点用光ファイバ９によっても受光素子６に導かれ受光アンプ７により受光信号Ｂが得られる。さらに、レーザダイオード２から発せられた光は、遠点用光ファイバ８によっても受光素子６に導かれ受光アンプ７により受光信号Ｄが得られる。図２にアナログ積分器、サンプルホールド回路、スイッチ回路、およびＡ／Ｄ変換器の接続図を示す。図３に受光信号の時間と積分出力電圧の関係を示す。アナログ積分器１１は投光と同時、あるいは投光直前の時間ｔ１に積分を開始する。近点用光ファイバ９による受光信号Ｂは時間ｔ２に生じ、サンプルホールド回路１２のサンプリング信号となる。遠点用光ファイバ８による受光信号Ｄは時間ｔ４に生じ、サンプルホールド回路１４のサンプリング信号となる。反射物体による受光信号Ｃは時間ｔ３に生じ、サンプルホールド回路１３のサンプリング信号となる。それぞれのホールド電圧Ｖ２〜Ｖ４は、スイッチ回路１６〜１８を介して電圧の測定手段であるＡ／Ｄ変換器１５により電圧データとなる。なお、このＡ／Ｄ変換器はｔ４の時間内に変換を終了する必要が無いので高速なものでなくてもよい。
【００１１】
遠点用光ファイバ８と近点用光ファイバ９の長さＬ１、Ｌ２は設計段階で決めてある。遠点電圧Ｖ４は長さすなわち距離Ｌ１に対する電圧に相当する。近点電圧Ｖ２は長さすなわち距離Ｌ２に対する電圧に相当する。反射物体による電圧Ｖ３は反射物体までの距離Ｌｄに対する電圧に相当する。時間に対する積分出力電圧の変化は直線的であるので、距離と電圧の関係は次式で表される。
【数１】
（Ｌｄ−Ｌ２）／（Ｖ３−Ｖ２）＝（Ｌ１−Ｌ２）／（Ｖ４−Ｖ２）
したがって距離Ｌｄは、次式で表せる。
【数２】
Ｌｄ＝（Ｌ１−Ｌ２）×（Ｖ３−Ｖ２）／（Ｖ４−Ｖ２）＋Ｌ２
【００１２】
ここで温度変化などによりアナログ積分器の積分時定数が変化した場合を考える。積分時定数の変化がＡ倍になったとすると各電圧はＡ倍となる。距離Ｌｄは数式２の各電圧をＡ倍して次式になる。
【数３】
Ｌｄ＝（Ｌ１−Ｌ２）×（Ｖ３×Ａ−Ｖ２×Ａ）／（Ｖ４×Ａ−Ｖ２×Ａ）＋Ｌ２
変形すると
【数４】
Ｌｄ＝（Ｌ１−Ｌ２）×（Ｖ３−Ｖ２）×Ａ／（Ｖ４−Ｖ２）×Ａ＋Ｌ２
分母、分子のＡは消えるので
【数５】
Ｌｄ＝（Ｌ１−Ｌ２）×（Ｖ３−Ｖ２）／（Ｖ４−Ｖ２）＋Ｌ２
となる。数式５は数式２と同じである。すなわち積分時定数が変化しても距離計算結果は変化しない。
【００１３】
また、投光回路、受光回路、サンプルホールド回路、スイッチ回路に於いて合計して時間Ｔの遅れが生じた場合を考える。時間Ｔの遅れにより各電圧にはＶｔなるオフセット電圧が生じる。距離Ｌｄは数式２の各電圧にＶｔを加えて次式になる。
【数６】
Ｌｄ＝（Ｌ１−Ｌ２）×（Ｖ３＋Ｖｔ−（Ｖ２＋Ｖｔ））／（Ｖ４＋Ｖｔ−（Ｖ２＋Ｖｔ））＋Ｌ２
数式６のかっこ内におけるＶｔは相殺され
【数７】
Ｌｄ＝（Ｌ１−Ｌ２）×（Ｖ３−Ｖ２）／（Ｖ４−Ｖ２）＋Ｌ２
となる。数式７は数式２と同じである。すなわち投光回路、受光回路、サンプルホールド回路、スイッチ回路に於いて遅れが生じても距離計算結果は変化しない。
【００１４】
同様に、アナログ積分器の積分開始時間ｔ１がずれたとしても距離計算結果は変化しない。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、高価な高速カウンタを用いることなく、簡単なアナログ積分器を用い、積分時定数に温度変動や経時変動があっても、正確な時間計測ができ、その結果正確な距離測定ができる。また、投光回路、受光回路、サンプルホールド回路、スイッチ回路の遅れ時間も３つの信号経路が同じ構成であることからその影響を排除できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すレーザ距離計の投受光部の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施例を示すレーザ距離計のアナログ積分器、サンプルホールド回路、スイッチ回路、およびＡ／Ｄ変換器の接続図である。
【図３】受光信号の時間と積分出力電圧の関係を示す図である。
【符号の説明】
２ レーザダイオード
６ 受光素子
８ 遠点用光ファイバ
９ 近点用光ファイバ
１１ アナログ積分器
１２〜１４ サンプルホールド回路
１５ Ａ／Ｄ変換器
１６〜１８ スイッチ回路
Claims (1)
- レーザダイオードによるパルスレーザ光を反射物体に照射すると共に、反射物体からの反射光を受光素子で検出し、レーザ光の投光から反射光の受光までの時間を計測することによって反射物体までの距離を測定するレーザ距離計において、レーザダイオードから受光素子へレーザ光を導く、近点用光ファイバと遠点用光ファイバおよび、投光と同時あるいは直前に積分を開始するアナログ積分器と、アナログ積分器の出力を保持する３個のサンプルホールド回路と、サンプルホールドされた電圧の測定手段を備え、近点用光ファイバによる受光信号と、遠点用光ファイバによる受光信号と反射物体からの反射光による受光信号をそれぞれ３個のサンプルホールド回路のサンプリング信号とし、近点用光ファイバの受光信号による積分出力と、遠点用光ファイバの受光信号による積分出力により、積分出力と距離との係数を求め、その係数と、反射物体の反射光による積分出力から反射物体までの距離を算出する方法およびその装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003206968A JP2005010133A (ja) | 2003-06-20 | 2003-06-20 | レーザ距離計における距離算出方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003206968A JP2005010133A (ja) | 2003-06-20 | 2003-06-20 | レーザ距離計における距離算出方法およびその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005010133A true JP2005010133A (ja) | 2005-01-13 |
Family
ID=34100712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003206968A Pending JP2005010133A (ja) | 2003-06-20 | 2003-06-20 | レーザ距離計における距離算出方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005010133A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011122840A (ja) * | 2009-12-08 | 2011-06-23 | Mitsubishi Electric Corp | アナログ信号処理回路、及び、それを用いた距離・強度計測システム |
| JP2011209208A (ja) * | 2010-03-30 | 2011-10-20 | Hamamatsu Photonics Kk | 時間計測装置および距離計測装置 |
| JP2013003114A (ja) * | 2011-06-21 | 2013-01-07 | Yamaha Motor Co Ltd | 距離測定装置およびそれを備えた輸送機器 |
-
2003
- 2003-06-20 JP JP2003206968A patent/JP2005010133A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011122840A (ja) * | 2009-12-08 | 2011-06-23 | Mitsubishi Electric Corp | アナログ信号処理回路、及び、それを用いた距離・強度計測システム |
| JP2011209208A (ja) * | 2010-03-30 | 2011-10-20 | Hamamatsu Photonics Kk | 時間計測装置および距離計測装置 |
| JP2013003114A (ja) * | 2011-06-21 | 2013-01-07 | Yamaha Motor Co Ltd | 距離測定装置およびそれを備えた輸送機器 |
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