JPH0465691A - Distance measuring instrument - Google Patents

Distance measuring instrument

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JPH0465691A
JPH0465691A JP2178286A JP17828690A JPH0465691A JP H0465691 A JPH0465691 A JP H0465691A JP 2178286 A JP2178286 A JP 2178286A JP 17828690 A JP17828690 A JP 17828690A JP H0465691 A JPH0465691 A JP H0465691A
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JP
Japan
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signal
light
measured
distance
intensity
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Application number
JP2178286A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Takimasa
宏章 滝政
Yuichi Inoue
祐一 井上
Tomiyoshi Yoshida
吉田 富省
Iichi Hirao
平尾 猪一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Publication date
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Publication of JPH0465691A publication Critical patent/JPH0465691A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent a decrease in measurement accuracy due to a crosstalk signal and to make a measurement distance long by using a light pulse signal, which is intensity-modulated with a specific duty ratio, as a light projection signal. CONSTITUTION:An LD 1a for light projection is intensity-modulated and driven with the specific-duty-ratio pulse oscillation signal from an oscillator 3 so that the light emission intensity is in a rectangular wave shape. A photodiode (PD) 2a for photodetection near by the LD1a photodetects the projection laser light of the LD 1a. The PD 2b for photodetection photodetects reflected light from a body to be measured. Then a gate generation part 11 outputs a gate signal G corresponding to a phase difference corresponding to the distance between reference binary signals R and S based on photodetected light beams and a phase difference counting part 13 outputs distance measurement data. The constitution which uses the pulse signal is small in crosstalk between light emission and light reception as compared with a case where a sign signal is used, a decrease in distance measurement accuracy is prevented, and the measured distance can be made long.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は距離測定装置に関し、特に、光学的手法による
強度変調位相差法を用いた距離測定装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a distance measuring device, and particularly to a distance measuring device using an optical intensity modulation phase difference method.

[従来の技術] 第4図は、従来の距離測定装置の機能構成を示す概略ブ
ロック図であり、強度変調位相差法により被測定体との
距離りの測定を行うような構成となっている。
[Prior Art] Fig. 4 is a schematic block diagram showing the functional configuration of a conventional distance measuring device, which is configured to measure the distance to an object to be measured using the intensity modulation phase difference method. .

図において、距離測定装置は、投光側に発振器14、レ
ーザダイオード(LD)lb1前記LD1bの近傍に設
けられたフォトダイオード(PD)2cおよび増幅器A
P3を含み、受光側に′受光用のPD2d、増幅器AP
4を含み、さらに局部発振器15、投光側および受光側
ビート発生部16および19、投光側および受光側BP
F (バンド・パス・フィルタ)17および20、AG
C(Auto  Ga1n  Control)回路2
1、投光側および受光側コンパレータ18および22、
ゲート発願−2□3、クロック発生部24および持相差
カウント部25を含む。
In the figure, the distance measuring device includes an oscillator 14 on the light emitting side, a laser diode (LD) lb1, a photodiode (PD) 2c provided near the LD1b, and an amplifier A.
P3 is included, and on the light receiving side there is a PD2d for light receiving and an amplifier AP.
4, and further includes a local oscillator 15, light emitting side and light receiving side beat generators 16 and 19, and light emitting side and light receiving side BP.
F (band pass filter) 17 and 20, AG
C (Auto Ga1n Control) circuit 2
1. Light emitting side and light receiving side comparators 18 and 22,
It includes a gate application-2□3, a clock generation section 24, and a phase difference counting section 25.

前記発振器14および局部発振器15は、たとえば水晶
発振器などであり、固有の周波数レベルで発振する。ま
た発振器14は、その出力段に接続されたLDlbの発
光強度を変調するための強度変調周波数fffiを有し
て発振し、さらに、局部発振器15は局部発振周波数f
L1を有して発振している。
The oscillator 14 and local oscillator 15 are, for example, crystal oscillators, and oscillate at specific frequency levels. Further, the oscillator 14 oscillates at an intensity modulation frequency fffi for modulating the emission intensity of the LDlb connected to its output stage, and the local oscillator 15 oscillates at a local oscillation frequency f.
It has L1 and oscillates.

投光側に設けられたLDlbは、その前段に接続された
発振器14から与えられる強度変調周波数f。の周波数
レベルに応じて発光強度に変調が加えられるように、そ
の発光が制御される。
The LDlb provided on the light projecting side receives an intensity modulation frequency f given from the oscillator 14 connected to the front stage thereof. The light emission is controlled so that the light emission intensity is modulated according to the frequency level of the light.

なお、投光側に設けられた発光素子はレーザダイオード
に限定されず、LED (発光ダイオード)であっても
よい。
Note that the light emitting element provided on the light projecting side is not limited to a laser diode, and may be an LED (light emitting diode).

前記LD1bの近傍に設けられ、LDlbの発光を受光
し、その発光強度に応じて光電変換し電気信号を出力す
るPD2cはその出力信号を次段に接続された増幅器A
P3に与える。
The PD2c, which is installed near the LD1b and receives the light emitted from the LD1b, performs photoelectric conversion according to the light emission intensity, and outputs an electric signal, transmits the output signal to an amplifier A connected to the next stage.
Give to P3.

□また、前記LD1bから発光された強度変調光は被測
定体に照射され、その照射面で反射される。
□Also, the intensity-modulated light emitted from the LD 1b is irradiated onto the object to be measured and reflected by the irradiation surface.

この反射光は受光側に設けられたPD2dの受光面に入
射し、応じて光電変換されて、その受光信号は次段に接
続された増幅器AP4に与えられる。
This reflected light enters the light-receiving surface of PD2d provided on the light-receiving side, is photoelectrically converted, and the light-receiving signal is given to an amplifier AP4 connected to the next stage.

増幅器AP3およびAP4は、与えられる信号を、以降
の信号処理が容易と゛なるように所定ゲインで信号増幅
し、増幅器AP3は参照信号r1を出力し、増幅器AP
4は受光信号S1をaカする。
Amplifiers AP3 and AP4 amplify the applied signal with a predetermined gain so as to facilitate subsequent signal processing, amplifier AP3 outputs reference signal r1, and amplifier AP3 outputs a reference signal r1.
4 receives the light reception signal S1.

投光側ビート発生部16および受光側ビート発生部19
は、前記参照信号r1および前記受光信号s1をそれぞ
れ入力し、前記局部発振器15の出力する発振信号(局
部発振周波数fLt)により、うなり(ビート)を発生
させる。このごとによって、参照信号r1および受−光
信号S1について、それぞれ周波数変調を行なって参照
ビート信号rblおよび受光ビート信号sblをそれぞ
れ出力する。
Emitter side beat generator 16 and light receiver beat generator 19
inputs the reference signal r1 and the light reception signal s1, respectively, and generates a beat using the oscillation signal (local oscillation frequency fLt) output from the local oscillator 15. As a result, the reference signal r1 and the received light signal S1 are subjected to frequency modulation, respectively, and the reference beat signal rbl and the received light beat signal sbl are outputted, respectively.

投光側BPF17および受光側BPF20は前記参照ビ
ート信号rblおよび受光ビート信号Sb1をそれぞれ
入力し、その帯域成分のみを通過させて次段の回路に与
える。
The light-emitting side BPF 17 and the light-receiving side BPF 20 respectively input the reference beat signal rbl and the light-receiving beat signal Sb1, pass only their band components, and provide them to the next stage circuit.

受光側に設けられたAGC回路21は、予め設定された
基準信号VBを入力しており、前段に接続された受光側
BPF20から与えられる帯域制限された受光ビート信
号sblのゲイン調整を行なう。すなわち、受光信号が
所定の振幅を有するように基準信号V、Bに基づいてゲ
イン調整する。
The AGC circuit 21 provided on the light receiving side inputs a preset reference signal VB, and performs gain adjustment of the band-limited light receiving beat signal sbl provided from the light receiving side BPF 20 connected at the previous stage. That is, the gain is adjusted based on the reference signals V and B so that the received light signal has a predetermined amplitude.

投光側コンパレータ18および受光側コンパレータ22
は、それぞれ前段に接続された回路から与えられる信号
を2値化処理して、参照2値信号R1および受光2値信
号S1を出力する。
Emitter side comparator 18 and light receiver side comparator 22
performs binarization processing on the signals provided from the circuits connected to the previous stage, respectively, and outputs a reference binary signal R1 and a received light binary signal S1.

ゲート発生部23は、前記参照2値信号R1および受光
2値信号S1を同時に入力し、応じて両信号を位相差、
すなわち両信号の入力期間の差を検出してゲート信号G
1を出力する。
The gate generator 23 inputs the reference binary signal R1 and the received light binary signal S1 at the same time, and accordingly converts both signals into a phase difference.
In other words, the gate signal G is detected by detecting the difference between the input periods of both signals.
Outputs 1.

クロック発生部24は、所定周期を有してクロックパル
スを発生し、このクロ・ンク信号は次段番こ接続された
位相差カウント部25に与えられる。
The clock generating section 24 generates clock pulses with a predetermined period, and this clock signal is given to the phase difference counting section 25 connected to the next stage.

位相差カウント部25は、前記ゲート信号G1の信号入
力期間を前記クロックパルスに基づいてカウントし、そ
のカウント値n0を被測定体との距離りに関するデータ
として装置外部に出力する。
The phase difference counting section 25 counts the signal input period of the gate signal G1 based on the clock pulse, and outputs the count value n0 to the outside of the apparatus as data regarding the distance to the object to be measured.

以上のように、投光側に設けられたしDlから強度変調
されて発せられるレーザ光は、被測定体の表面に照射さ
れ、その照射面で反射される。その反射光は、受光側に
設けられたPD2dで受光される。前記受光用のPD2
dで受光されて、その受光強度に応じて光電変換されて
得られた受光信号の位相成分には、前記投光側から発せ
られたレーザ光に対して所定の位相遅れ分が含まれる。
As described above, the intensity-modulated laser light emitted from the laser diode provided on the light projection side is irradiated onto the surface of the object to be measured, and is reflected by the irradiated surface. The reflected light is received by the PD 2d provided on the light receiving side. PD2 for light reception
The phase component of the received light signal obtained by receiving the light at d and photoelectrically converting it according to the received light intensity includes a predetermined phase delay with respect to the laser light emitted from the light projecting side.

この位相遅れ分は、該距離測定装置と被測定体との距離
りの往復分に相当し、この位相遅れ分は後段に接続され
たゲート発生部23においてパルス状のゲート信号G1
として抽出される。この詳細については後述する。
This phase delay corresponds to the distance between the distance measuring device and the object to be measured.
is extracted as The details will be described later.

次に、第4図に示された距離測定装置の被測定体との距
離りの測定の動作について説明する。
Next, the operation of measuring the distance between the distance measuring device shown in FIG. 4 and the object to be measured will be explained.

投光側に設けられた発振器14は強度変調周波数f0に
より発振開始する。この発振信号は投光用のLDlbに
発光駆動信号として与えられる。
The oscillator 14 provided on the light projection side starts oscillating at the intensity modulation frequency f0. This oscillation signal is given to the light projecting LDlb as a light emission drive signal.

これに応じて、LDlbは、与えられる強度変調周波数
f。の・周波数レベルに応じて、その発光強度に変調が
加えられながら被測定体にレーザ光を照射する。
Accordingly, LDlb has a given intensity modulation frequency f. A laser beam is irradiated onto the object to be measured while modulating the emission intensity according to the frequency level.

このLDlbによる強度変調されたレーザ光は、その近
傍に設けられたPD2cにより受光されて、その受光強
度に応じて光電変換されて、得られた電気信号は次段の
増幅器AP3に与えられる。増幅器AP3は、与、えら
れる信号を以降の信号処理が容易となるように増幅処理
した後、次段に接続された投光側ビート発生部16に参
照信号r1として与える。
The intensity-modulated laser beam by this LDlb is received by the PD2c provided nearby, photoelectrically converted according to the intensity of the received light, and the obtained electrical signal is given to the next stage amplifier AP3. The amplifier AP3 amplifies the applied signal to facilitate subsequent signal processing, and then provides it as a reference signal r1 to the light projection side beat generation section 16 connected to the next stage.

上述のように、投光側のLDlbから発せられたレーザ
光は、被測定体表面に照射されると、その照射面で反射
される。その反射光は、ます受光側に設けられたPD2
dの受光面において受光され、ここでいわゆる光電変換
されて、次段の増幅器AP4に受光強度に応じた電気信
号が与えられる。増幅器AP4は与えられる受光信号を
以降の信号処理が容易となるように増幅処理した後、次
段に接続された受光側ビート発生部19に受光信号とし
て与える。
As described above, when the laser light emitted from the LDlb on the light projection side is irradiated onto the surface of the object to be measured, it is reflected by the irradiation surface. The reflected light is transmitted to the PD2 installed on the light receiving side.
The light is received at the light receiving surface d, where it undergoes so-called photoelectric conversion, and an electric signal corresponding to the received light intensity is given to the next stage amplifier AP4. The amplifier AP4 amplifies the applied light reception signal so as to facilitate subsequent signal processing, and then supplies it as a light reception signal to the light reception side beat generating section 19 connected at the next stage.

以上のように、投光側ビート発生部16には強度変調周
波数f1を有する参照信号r1が与えられ、受光側ビー
ト発生部19には同様にして受光信号S1が与えられて
いる。このとき、局部発振器15は局部発振周波数fL
1で発振しており、この発振信号は投光側および受光側
ビート発生部16および19に同時に与えられる。した
がって、投光側ビート発生部16では強度変調周波数f
□を有する参照信号r1と局部発振周波数fLtを有す
る局部発振信号とが混合処理されて、うなり(ビート)
が発生される。つまり、いわゆるヘテロダイン変換処理
をして、参照信号r1について周波数変調を行なって参
照ビート信号rblを出力しているわけである。
As described above, the reference signal r1 having the intensity modulation frequency f1 is provided to the light-emitting side beat generator 16, and the light-receiving signal S1 is similarly provided to the light-receiving-side beat generator 19. At this time, the local oscillator 15 has a local oscillation frequency fL
1, and this oscillation signal is given to the light-emitting side and light-receiving side beat generators 16 and 19 at the same time. Therefore, in the light projection side beat generation section 16, the intensity modulation frequency f
The reference signal r1 having □ and the local oscillation signal having the local oscillation frequency fLt are mixed and processed to produce a beat.
is generated. That is, so-called heterodyne conversion processing is performed to perform frequency modulation on the reference signal r1 and output the reference beat signal rbl.

また、同様に受光側ビート発生部19では、強度変−周
波数1.a+有する受光信号S1と局部発振周波数f’
L1を有する局部発振信号とが混合されて、うなり(ビ
ート)が発生される。つまり、前記ヘテロゲイン変換処
理をして、受光信号S1について陶波数変調を行なって
受光ビート信号Sb1を出力している。
Similarly, in the light-receiving side beat generating section 19, the intensity variation-frequency 1. a + received light signal S1 and local oscillation frequency f'
A beat is generated by mixing with the local oscillation signal having L1. That is, the above-mentioned hetero gain conversion processing is performed, and the received light signal S1 is subjected to ceramic frequency modulation to output the received light beat signal Sb1.

゛なお、前記投光側および受光側ビート発生部16おま
び19において発生されるビート信号rb1お上びs’
bl’はミそれぞれビート周波数fb。
゛It should be noted that the beat signals rb1 and s' generated in the light emitting side and light receiving side beat generating sections 16 and 19
bl' is the beat frequency fb.

を有すると想定する。Assume that

次にζ投光側ピート発生部16の出力する参照ビート信
号r”b’lは、投光側BPFi7に与えられ、戯じて
信号中の雑音成分が除去されてその帯域成分が投光側゛
コンパレータ18に与えられる。
Next, the reference beat signal r"b'l outputted from the ζ emitter-side peat generating section 16 is given to the emitter-side BPFi 7, the noise component in the signal is removed, and the band component is transferred to the emitter-side BPFi 7. ``Given to comparator 18.

投光側コンパレータ18では、予め設定された信□号レ
ベルを境にして、前段□に接続された投光側BPF17
から与えられる信号を2値化処理′し、参照2値信号R
1をゲート発生部23に与える。
The light emitting side comparator 18 uses the light emitting side BPF 17 connected to the previous stage □ at a preset signal □ level as a boundary.
The signal given from R is binarized and the reference binary signal R is
1 is given to the gate generating section 23.

同様にして、受光側ビート発生部19で発生する受光ビ
ート信号sblは、受光側B P F−20で信号中の
雑音成分が除去されてその帯域成分が次段のAGC回路
21に与えられる。AGC回路21においては、基準信
号VBに基づいて前段に接続された受光側BPF20か
ら与えられる信号をゲイン調整する。つまり、受光信号
の振幅(受光強度)を常時、一定に保持するようにゲイ
ン調整している。その後、ゲイン調整された信号を受光
側コンパレータ22に与える。
Similarly, the light-receiving beat signal sbl generated by the light-receiving-side beat generator 19 has noise components removed from the signal at the light-receiving side BPF-20, and its band components are provided to the AGC circuit 21 at the next stage. In the AGC circuit 21, the gain of the signal provided from the light receiving side BPF 20 connected to the previous stage is adjusted based on the reference signal VB. In other words, the gain is adjusted so that the amplitude (received light intensity) of the received light signal is always kept constant. Thereafter, the gain-adjusted signal is given to the light receiving side comparator 22.

受光側コンパレータ22においては、前述の投光側コン
パレータ18と同様にして、予め設定された信号レベル
を境にして、与えられる信号を2値化処理し、受光2値
信号S1をゲート発生部23に与える。
In the light-receiving side comparator 22, in the same way as the light-emitting side comparator 18 described above, the applied signal is binarized with a preset signal level as the boundary, and the light-receiving binary signal S1 is sent to the gate generator 23. give to

ゲート発生部23は、与えられる信号R1およびSlに
基づいてゲート信号G1を生成し位相差カウント部25
にa力する。このゲート発生部23によるゲート信号G
1の発生の動作について以下に説明する。
The gate generating section 23 generates a gate signal G1 based on the applied signals R1 and Sl, and the phase difference counting section 25 generates a gate signal G1.
give a force to Gate signal G generated by this gate generator 23
The operation of generating 1 will be explained below.

第5図(a)ないしくe)は、前掲第4図に示された距
離測定装置の各回路の入出力信号の波形を示す概略図で
ある。
FIGS. 5(a) to 5(e) are schematic diagrams showing waveforms of input and output signals of each circuit of the distance measuring device shown in FIG. 4 above.

第5図(a)は、前掲第4図に示される参照信号r1の
波形を示す概略図である。
FIG. 5(a) is a schematic diagram showing the waveform of the reference signal r1 shown in FIG. 4 above.

第5図(b)は、前掲第4図に示される受光信号S1の
波形を示す概略図である。
FIG. 5(b) is a schematic diagram showing the waveform of the light reception signal S1 shown in FIG. 4 above.

第5図(C)は、前掲第4図に示される参照2値信号R
1の波形を示す概略図である。
FIG. 5(C) shows the reference binary signal R shown in FIG. 4 above.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a waveform of No. 1;

第5図(d)は、前掲第4図に示される受光2値信号S
1の波形を示す概略図である。
FIG. 5(d) shows the received light binary signal S shown in FIG. 4 above.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a waveform of No. 1;

第5図(e)は、前掲第4図に示されるゲート信号G1
の波形を示す概略図である。
FIG. 5(e) shows the gate signal G1 shown in FIG. 4 above.
FIG.

なお、各図ともに、縦軸には信号レベルがとられ、横軸
には同一スケールの時間経過がとられている。
In each figure, the vertical axis represents the signal level, and the horizontal axis represents the passage of time on the same scale.

第5図(a)および(b)に示されるように、参照信号
r1および受光信号S1は、同一周波数(fl)を有し
た正弦波状信号であり、受光信号S1は参照信号r1よ
りも所定位相差分だけ遅延されていることがわかる。こ
の位相差分は、投光が被測定体の距離りを往復して受光
されるまでに要する時間に相当している。
As shown in FIGS. 5(a) and (b), the reference signal r1 and the received light signal S1 are sinusoidal signals having the same frequency (fl), and the received light signal S1 has a predetermined phase than the reference signal r1. It can be seen that there is a delay by the difference. This phase difference corresponds to the time required for the projected light to travel the distance of the object to be measured and be received.

さらに、第5図(C)および(d)に示される、参照2
値信号R1および受光2値信号S1は、前述の参照信号
r1および受光信号s1の振幅を所定信号レベルに基づ
いて2値化処理して得られた2値信号である。
Furthermore, reference 2 shown in FIGS. 5(C) and (d)
The value signal R1 and the received light binary signal S1 are binary signals obtained by binarizing the amplitudes of the reference signal r1 and the received light signal s1 described above based on a predetermined signal level.

第5図(e)に示されるゲート信号G1は、ゲート発生
部23の出力する信号である。つまり、ゲート発生部2
3は、参照2値信号R1および受光2値信号S1が同時
に与えられる。したがって、参照2値信号R1の信号立
上りのタイミングに応じて、その出力をアクティブにす
ることにより、ゲート信号G1の信号レベルを“HIG
H”に設定させて出力し、直後に入力する受光2値信号
S1の信号立上りのタイミングに応じて、その出力をネ
ガティブにすることにより、ゲート信号G1の信号レベ
ルをLOW″に変化させて出力するように動作している
。したがって、ゲート信号G1は2値信号R1とSlの
位相差、すなわち受光信号$1の参照信号r1に対する
位相遅れ分を示す信号成分となる。
The gate signal G1 shown in FIG. 5(e) is a signal output from the gate generator 23. In other words, gate generation section 2
3, the reference binary signal R1 and the received light binary signal S1 are applied simultaneously. Therefore, by activating its output in accordance with the rising timing of the reference binary signal R1, the signal level of the gate signal G1 is set to "HIG".
The signal level of the gate signal G1 is changed to LOW and output by setting the gate signal G1 to LOW by making the output negative according to the signal rise timing of the received light binary signal S1 that is input immediately after. It is working as it should. Therefore, the gate signal G1 becomes a signal component indicating the phase difference between the binary signals R1 and Sl, that is, the phase delay of the received light signal $1 with respect to the reference signal r1.

ここで、第4図に示された距離測定装置における測定距
離の算出方法について説明を加える。
Here, a description will be given of the method of calculating the measured distance using the distance measuring device shown in FIG.

上述したように、投光側のLDlbは強度変調周波数f
、nによりその発光強度に変調が加えられながら被測定
体にレーザ光照射する。この光照射に応じて発生する被
測定体からの反射光は、該装置の受光側に設けられたP
D2dに入射する。このとき、投光側の参照信号r1と
受光側の受光信号slとの位相差をφ(d e g)と
想定すれば、被測定体までの距離りは、 L = 1/2 xφ/360°X c / f m(
ただし、C:光速)  ・・・(1)と算出できる。
As mentioned above, the light emitting side LDlb has an intensity modulation frequency f
, n, the laser beam is irradiated onto the object to be measured while modulating the intensity of the emitted light. The reflected light from the object to be measured generated in response to this light irradiation is transmitted through a P
It is incident on D2d. At this time, assuming that the phase difference between the reference signal r1 on the light emitting side and the light receiving signal sl on the light receiving side is φ(d e g), the distance to the object to be measured is L = 1/2 x φ/360 °X c/f m(
However, C: speed of light) can be calculated as (1).

以上のように、被測定距離りは、上式(1)で求められ
るわけである。そこで、ゲート発生部23から出力され
るゲート信号G1を次段に接続された位相差カウント部
25に与える。これによって、位相差カウント部25は
クロック発生部24から与えられる所定周期のクロック
パルスに同期してゲート信号G1の信号入力期間を計数
し、計数したカウント値n0を距離りに相当するデータ
として外部に出力する。
As described above, the distance to be measured is determined by the above equation (1). Therefore, the gate signal G1 outputted from the gate generating section 23 is applied to the phase difference counting section 25 connected to the next stage. As a result, the phase difference counting section 25 counts the signal input period of the gate signal G1 in synchronization with the clock pulse of a predetermined period given from the clock generating section 24, and outputs the counted count value n0 as data corresponding to the distance. Output to.

したがって、たとえば、ビート信号rblもしくはsb
lの1周期期間から得られるクロック発生部24のクロ
ックパルスに同期したカウント値をNと想定した場合、
ゲート信号G1から得られる前記カウント値nQから位
相差φを容易に算出できる。つまり、位相差φを次式(
2)より求めることができる。
Therefore, for example, the beat signal rbl or sb
Assuming that the count value synchronized with the clock pulse of the clock generator 24 obtained from one cycle period of l is N,
The phase difference φ can be easily calculated from the count value nQ obtained from the gate signal G1. In other words, the phase difference φ is expressed by the following formula (
2) It can be obtained from

φ= n o / N x 360°   −(2)そ
の後、式(1)と各定数および式(2)で求められる位
相差φを、さらにマイクロコンピュータなどに与えれば
被測定距離りを容易に求めることができる。
φ = no / N x 360° - (2) After that, if you give the phase difference φ found by equation (1), each constant, and equation (2) to a microcomputer, etc., you can easily find the distance to be measured. be able to.

以上のように、第4図に示された従来の距離測定装置に
おいては、受光信号s1の投光側の参照信号r1に対す
る位相遅れ(位相差(φ)期間)を一定周期のクロック
パルスによりカウントし、そのカウント値に基づいて被
測定距離りの測定を行なうようにしている。
As described above, in the conventional distance measuring device shown in FIG. 4, the phase delay (phase difference (φ) period) of the received light signal s1 with respect to the reference signal r1 on the light emitting side is counted by a clock pulse of a constant period. Then, the distance to be measured is measured based on the count value.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上述したような従来の距離測定装置にお
いては、投光側の投光を強度変調駆動するための信号波
形が正弦波状であるために、この変調用に発振された駆
動信号が、受光側の回路系にクロストーク信号として漏
れ込み、これが原因となって受光信号に位相ずれを発生
させるという問題があった。これを図面を参照して詳細
に説明する。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional distance measuring device as described above, since the signal waveform for driving the light emitted from the light emitting side by intensity modulation is sinusoidal, it is difficult to use the signal waveform for this modulation. There is a problem in that the oscillated drive signal leaks into the circuit system on the light receiving side as a crosstalk signal, causing a phase shift in the light receiving signal. This will be explained in detail with reference to the drawings.

第6図は、前掲第4図に示された従来の距離測定装置に
おけるクロ、ストーク信号による影響を説明する図であ
る。
FIG. 6 is a diagram illustrating the influence of black and stalk signals on the conventional distance measuring device shown in FIG. 4 above.

第6図において、”実線は本来の受光信号の概略波形を
示す。また、点線は前記回路内部で漏れ込むクロストー
ク信号の概略波形である。さらに、−点鎖線は前記本来
の受光信号が前記クロストーク信号により位相ずれを起
した場合の信号波形を示している。
In FIG. 6, the solid line indicates the approximate waveform of the original received light signal.The dotted line indicates the approximate waveform of the crosstalk signal leaking inside the circuit.Furthermore, the dashed line indicates that the original received light signal is This shows a signal waveform when a phase shift occurs due to a crosstalk signal.

前述したように、受光信号の位相成分には、本来、被測
定体との距離に相当する位相遅れ(投光側の投光信号と
比較した位相遅れ)成分のみが含まれていることに基づ
いて距離測定している。しかしながら、第4図に示され
た従来の距離測定装置によれば、受光信号は、回路内部
において発振信号によって漏れ込むクロストーク信号成
分により第6図に示されるようにさらなる位相ずれを含
むことになり、前記被測定距離に相当する位相遅れ分に
誤差が生ずることになる。したがって、距離測定の精度
が低下するという問題がある。
As mentioned above, the phase component of the received light signal originally contains only the phase lag component corresponding to the distance to the object to be measured (phase lag compared to the light emitting signal from the light emitting side). The distance is measured. However, according to the conventional distance measuring device shown in FIG. 4, the received light signal includes an additional phase shift as shown in FIG. 6 due to the crosstalk signal component leaking into the circuit due to the oscillation signal. Therefore, an error occurs in the phase delay corresponding to the distance to be measured. Therefore, there is a problem that the accuracy of distance measurement decreases.

また、前述したように従来の距離測定装置では、投光側
の投光信号および受光側の受光信号について、同様に周
波数変調処理(ヘテロダイン変換処理)をして、その後
の信号処理がより容易になるようにビート(うなり)信
号を発生させている。
In addition, as mentioned above, conventional distance measuring devices similarly perform frequency modulation processing (heterodyne conversion processing) on the light emitting signal on the light emitting side and the light receiving signal on the light receiving side, making subsequent signal processing easier. A beat signal is generated so that the

しかしながら、このビート信号については、特に、[受
光側の受光信号の振幅■ビート信号振幅]という比例関
係があり、受光信号についてはAGC回路などのゲイン
調整部が必要不可欠であった。
However, this beat signal particularly has a proportional relationship of [amplitude of light-receiving signal on the light-receiving side - beat signal amplitude], and a gain adjustment section such as an AGC circuit is essential for the light-receiving signal.

そのため、どうしても回路構成が複雑にならざるを得な
いという問題があった。つまり、受光側の受光強度を一
定(被測定体からの反射光強度に依存しない)に保持す
る必要があった。
Therefore, there was a problem in that the circuit configuration inevitably became complicated. In other words, it was necessary to maintain the received light intensity on the light receiving side constant (independent of the intensity of reflected light from the object to be measured).

それゆ1えに二本発明の目的は一回路内部における他の
信号成分の漏れ込み(クロストーク信号)による測定精
度の低下を防ぎ、かつ、投光強度を大きくして被測定距
離の長距離化を図ることのできる距離測定装”置を提供
することである。
Therefore, 1 and 2 objects of the present invention are to prevent a decrease in measurement accuracy due to leakage of other signal components (crosstalk signals) within a circuit, and to increase the intensity of light emitted so that the distance to be measured can be measured over long distances. The object of the present invention is to provide a distance measuring device that can be used to

[課題を解決するための手段] 本発明に係□る゛距離測定装置は、被測定体との距離を
測′定する′距離測定装置である。詳細には、前記被測
定体に所定デユーティ比を有して強度変調された光信号
を□投光する投光手段と・、前記被測定体で反射された
強度変調光を受光するように設けられ、受光強度に応じ
て光電変換し、受光信号を出力する受光手段と、所定周
波数で発振する局部発振手段と、前記投光信号を、前記
発振手段による発振信号に応じて周波数変調する第1の
変調手段と、前記受光信号を、前記発振手段による発振
信号に応じて周波数変調す゛る第2の変調手段と、前記
第1変調手段による第1変調信号と、前記第2変調手段
による第2変調信号との位相差を検出する位相差検出手
段と、さらには、前記位相差検出手段により検出された
前記位相差を、前記被測定体との距離データに変換する
変換手段とを備えて構成される。
[Means for Solving the Problems] A distance measuring device according to the present invention is a distance measuring device that measures the distance to an object to be measured. Specifically, a light projecting means for projecting an intensity-modulated optical signal having a predetermined duty ratio onto the object to be measured; a first light-receiving means for photoelectrically converting the received light intensity and outputting a light-receiving signal; a local oscillation means for oscillating at a predetermined frequency; a second modulation means for frequency modulating the received light signal according to an oscillation signal by the oscillation means, a first modulation signal by the first modulation means, and a second modulation by the second modulation means. It is configured to include a phase difference detection means for detecting a phase difference with a signal, and a conversion means for converting the phase difference detected by the phase difference detection means into distance data with respect to the object to be measured. Ru.

[作用] 本発明に係る距離測定装置は上述のように構成されるの
で、前記投光手段により、パルス光を被測定体に照射す
ることにより、前記受光手段によって得られる受光信号
も、パルス信号としている。
[Function] Since the distance measuring device according to the present invention is configured as described above, by irradiating the object to be measured with pulsed light by the light projecting means, the light reception signal obtained by the light reception means also becomes a pulse signal. It is said that

したがって、受光側の回路内部への投光側の信号漏れ込
み(クロストーク)によって発生する測定精度の低下を
防止できる。
Therefore, it is possible to prevent a decrease in measurement accuracy caused by signal leakage (crosstalk) on the light emitting side into the circuit on the light receiving side.

[実施例コ 以下、本発明Φ一実施例について図面を参照して詳細に
説明する。
[Embodiment 1] Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本実施例による距離測定装置は、強度変調位相差法を用
いて距離測定する。詳細には、投光側に備えられた発光
素子を、その発光がパルス状に変調されるように駆動す
る。また、投光側および受光側に設けられた各信号の増
幅系をスイッチング動作して増幅するようにしくリニア
に増幅する必要がないので)、さらに、局部発振器の発
振信号を正弦波状にして、投光側からの受光信号への信
号漏れ込み(クロストーク)による測定精度の低下を防
止するとともに、投光強度を大きくできることによって
被測定距離の長距離化を図っている。
The distance measuring device according to this embodiment measures distance using the intensity modulation phase difference method. Specifically, a light emitting element provided on the light projecting side is driven so that its light emission is modulated in a pulsed manner. In addition, since the amplification systems for each signal provided on the light emitting side and the light receiving side are amplified by switching operation, there is no need for linear amplification), the oscillation signal of the local oscillator is made into a sine wave shape, This prevents deterioration in measurement accuracy due to signal leakage (crosstalk) from the light emitting side to the received light signal, and also increases the distance to be measured by increasing the light emitting intensity.

第1図は、本発明の一実施例による距離測定装置の機能
構成を示す概略図であり、強度変調位相差法により被測
定体との距離りの測定を行なうような構成となっている
FIG. 1 is a schematic diagram showing the functional configuration of a distance measuring device according to an embodiment of the present invention, and is configured to measure the distance to an object to be measured using an intensity modulation phase difference method.

図において、距離測定装置は、投光側に発振器3、レー
ザダイオード(LD)la、前記LD1aの近傍に設け
られ、LDlaの発光を受光し、その発光強度をモニタ
し光電変換して出力するフォトダイオード(PD−)2
a、増幅器APIを含み、受光側には受光用のPD2b
、増幅器AP2を含み、さらに、局部発振器4、投光側
および受光側ビード発生部5゛および8、投光側および
受光側バンド・パス・フィルタ(BPF)6および9、
投光側および受光側コンパレータ7および10、ゲート
発生部11、クロック発生部12および位相差カウント
部13を含む。
In the figure, the distance measuring device includes an oscillator 3 on the light emitting side, a laser diode (LD) la, and is installed near the LD la. Diode (PD-)2
a, includes an amplifier API, and a PD2b for light reception on the light receiving side
, an amplifier AP2, and further includes a local oscillator 4, bead generators 5' and 8 on the light transmitting side and the light receiving side, band pass filters (BPF) 6 and 9 on the light transmitting side and the light receiving side,
It includes light emitting side and light receiving side comparators 7 and 10, a gate generating section 11, a clock generating section 12, and a phase difference counting section 13.

前記発振器3および局部発振器4は、たとえば水晶発振
器などから構成されており、固有の周波数レベルで安定
発振している。特に、前記発振器3は、LDlaの発光
強度を変調するための強度変調周波数を有して(所定デ
ユーティ比、たとえば50%を有して)パルス発振して
いる。このパルス発振信号は、次段に接続された投光用
のLDlaを、その発光強度が方形波状になるように強
度変調駆動する。また、局部発振器4は所定の局部発振
周波数を有する正弦波状の信号を発振している。
The oscillator 3 and the local oscillator 4 are composed of, for example, a crystal oscillator, and stably oscillate at a specific frequency level. In particular, the oscillator 3 oscillates in pulses at an intensity modulation frequency (with a predetermined duty ratio, for example 50%) for modulating the emission intensity of the LDla. This pulse oscillation signal drives the light emitting LDla connected to the next stage with intensity modulation so that the light emission intensity becomes a square wave. Further, the local oscillator 4 oscillates a sinusoidal signal having a predetermined local oscillation frequency.

投光側に設けられたLDlaは、与えられる強度変調周
波数の周波数レベルに応じて、その発光強度に変調が加
えられるようにして投光駆動される。
The LDla provided on the light projecting side is driven to project light so that its emission intensity is modulated according to the frequency level of the applied intensity modulation frequency.

前記LD1aの近傍に設けられた受光用のPD2aは、
前記LD1aの投光を受光し、その受光強度に応じて光
電変換して電、気信号を次段に接続された増幅器API
に与える。
The light receiving PD 2a provided near the LD 1a is
An amplifier API that receives the light emitted from the LD1a, performs photoelectric conversion according to the intensity of the received light, and sends electrical and electrical signals to the next stage.
give to

受光側に設けられた受光用のPD2bは、前記LD1a
から投光されたレーザ光が、被測定体の照射面に照射さ
れ、応じて反射された光を受光するように設けられる。
The light receiving PD2b provided on the light receiving side is connected to the LD1a.
The device is provided so that the laser beam projected from the device is irradiated onto the irradiation surface of the object to be measured, and the device receives the reflected light accordingly.

このPD2bの受光面に入射し、その受光強度に応じて
光電変換されて得られた受光信号は、次段に接続された
増幅器AP2に与えられる。
A received light signal that is incident on the light receiving surface of this PD2b and is photoelectrically converted according to the received light intensity is given to an amplifier AP2 connected to the next stage.

増幅器APIおよびAP2は、与えられる信号を次段以
降の信号処理が容易をなるように所定ゲインを有して増
幅処理する。このようにして増幅処理して得られた参照
信号rおよび受光信号Sは次段に接続された投光側ビー
ト発生部5および受光側ビート発生部8にそれぞれ与え
られる。
Amplifiers API and AP2 amplify the applied signals with a predetermined gain so as to facilitate signal processing in subsequent stages. The reference signal r and the light reception signal S obtained by the amplification processing in this manner are respectively given to the light emitting side beat generating section 5 and the light receiving side beat generating section 8 connected at the next stage.

投光側ビート発生部5および受光側ビート発生部8は、
与えられる参照信号rおよび受光信号Sを、局部発振器
4が出力する局・部発振信号によりいわゆるヘテーロダ
イン変換処理し、参照信号r・および受光信号Sについ
てうなり(ビート)を発生させてそれぞれ周波数変調を
行なう。このようにして得られた参照ビート信号rbお
よび受光ビート信号sbは、次段に接続された投光側B
PF6および受光側BPF9にそれぞれ与えられる。
The light emitting side beat generating section 5 and the light receiving side beat generating section 8 are as follows:
The applied reference signal r and the received light signal S are subjected to so-called heterodyne conversion processing using the local oscillation signal outputted by the local oscillator 4, and a beat is generated for the reference signal r and the received light signal S to perform frequency modulation, respectively. Let's do it. The reference beat signal rb and the received light beat signal sb thus obtained are transmitted to the light emitting side B connected to the next stage.
It is given to PF6 and light receiving side BPF9, respectively.

投光側BPF6および受光側BPF9は、与えられる参
照ビート信号rbおよび受光ビート信号sbのそれぞれ
について、その帯域成分のみを通過させるように動作す
る。
The light projecting side BPF 6 and the light receiving side BPF 9 operate to pass only the band components of the applied reference beat signal rb and received light beat signal sb, respectively.

□投光側コンパレータ7および受光側コンパレータ10
は、前段に接続された投光側BPF6および受光側BP
F9からそれぞれ与えられる信号を予め設定された所゛
定、信号レベルを用いて2値化処理し、参照2値信号R
および受光2値信号Sをそ、れぞれ出□力する。
□Emitter side comparator 7 and light receiver side comparator 10
is the light emitting side BPF6 and the light receiving side BP connected to the previous stage.
Each signal given from F9 is binarized using a preset signal level, and a reference binary signal R is obtained.
and a received light binary signal S are output respectively.

ゲート発生部11は、前記参照2値信号Rおよび受光2
値信号Sを入力し、応じてゲート信号Gを出力する。
The gate generator 11 generates the reference binary signal R and the light receiving unit 2.
A value signal S is input, and a gate signal G is output accordingly.

クロック発生部12′は所定周期でクロックパルスを発
振し、この発振されたクロック信号は、次段に接続され
た位相差カウント部13に与えられている。
The clock generating section 12' oscillates clock pulses at a predetermined period, and the oscillated clock signal is given to the phase difference counting section 13 connected to the next stage.

位相差カウント部13は、前記クロックパルス信号およ
びゲート信号Gを同時に入力しており、ゲート信号Gの
入力期間を前記クロックパルス信号でカウントし、その
カウント値nを被測定距離に相当゛するデータとして装
置外部に出力している。
The phase difference counting section 13 receives the clock pulse signal and the gate signal G at the same time, counts the input period of the gate signal G using the clock pulse signal, and calculates the count value n as data corresponding to the distance to be measured. It is output to the outside of the device as

以上のように、第1図に示される距離測定装、置によれ
ば、投光側のLDlaから強度変調されて発せられた方
形波状のレーザ光は、被測定体表面に照射され、応じて
反射される。その反射光は受光側に設けられたPD2b
の受光面で受光されて、その受光レベルに応じて光電変
換される。前記PD2bで受光される反射光の投光に対
する位相遅れ分は、後段に接続されたゲート発生部11
においてパルス状のゲート信号Gとして得られている。
As described above, according to the distance measuring device shown in FIG. reflected. The reflected light is transmitted to the PD2b installed on the light receiving side.
Light is received by the light-receiving surface of the sensor, and photoelectrically converted according to the level of the received light. The phase delay of the reflected light received by the PD 2b with respect to the projected light is generated by the gate generator 11 connected at the subsequent stage.
It is obtained as a pulsed gate signal G in .

このように、第1図に示される距離測定装置は、受光さ
れる受光信号の投光側の投光信号に対する位相遅−゛れ
分に基づいて被測定体までの距離を測定するように構成
されている。
In this way, the distance measuring device shown in FIG. 1 is configured to measure the distance to the object to be measured based on the phase delay of the received light signal with respect to the light emitting signal on the light emitting side. has been done.

次に、前掲第1図に示された距離測定装置の距離測定の
動作について説明する。
Next, the distance measuring operation of the distance measuring device shown in FIG. 1 above will be explained.

まず、発振器3は、たとえばデユーティ比50%を有し
てパルス発振する。その発振信号は、次段に接続された
投光用のLDlaに駆動信号として与えられて、応じて
LDlaはその投光が方形波状になるように変調駆動さ
れる。また、このLDlaの投光は、その近傍に設けら
れたPD2 aによって受光され、その受光強度に応じ
て光電変換される。この光電変換により得られた電気信
号は、次段に接続された増幅器APIに与えられる。
First, the oscillator 3 oscillates pulses with a duty ratio of 50%, for example. The oscillation signal is given as a drive signal to the light projection LDla connected to the next stage, and the LDla is accordingly modulated and driven so that the light projection becomes a square wave. Further, the light emitted from this LDla is received by the PD2a provided in the vicinity thereof, and photoelectrically converted according to the intensity of the received light. The electrical signal obtained by this photoelectric conversion is given to the amplifier API connected to the next stage.

増幅器APIは、与えられる信号を次段以降の信号処理
が容易となるように増幅処理して、参照信号rとして次
段の投光側ビート発生部5に与えている。
The amplifier API amplifies the applied signal so as to facilitate signal processing at the next stage and thereafter, and supplies the signal as a reference signal r to the light projection side beat generating section 5 at the next stage.

さて、投光側のLDlaから発せられた方形波状に変調
された光信号は、被測定体表面に照射され、応じてその
照射面において反射される。その反射光は受光側のPD
2bで受光され、ここでいわゆるその受光強度に応じて
光電変換されて、次段ノ増幅器AP2に受光レベルに応
じた電気信号が与えられる。゛増幅器AP2は与えられ
る受光信・号を次段以降の信号処理が容易となるように
増幅処理する。増幅処理して得られた受光信号Sは、受
光側ビート発生部8に与えられる。
Now, an optical signal modulated into a rectangular waveform emitted from the LDla on the light projecting side is irradiated onto the surface of the object to be measured, and is accordingly reflected on the irradiated surface. The reflected light is transmitted to the PD on the receiving side.
2b, the light is photoelectrically converted according to the so-called intensity of the received light, and an electric signal corresponding to the level of the received light is given to the next stage amplifier AP2.゛The amplifier AP2 amplifies the received light signal to facilitate signal processing in the next stage and subsequent stages. The light reception signal S obtained through the amplification processing is given to the light reception side beat generation section 8.

以上のように、投光側ビート発生部5には発振器3の強
度変調周波数(デユーティ比50%)を有する参照信号
rが与えられ、受光側ビート発生部8にも同様に、発振
器3の強度変調周波数(デユーティ比50%)を有した
受光信号Sが与えられる。このとき、局部発振器4は所
定の局部発振周波数で安定発振しており、この正弦波状
の発振信号は投光側および受光側ビート発生部5および
8に同時に与えられる。したがって、投光側ビー′ト発
生部5では方形波状のデユーティ比50%を有する参照
信号rと正弦波状の局部発振信号とが混合されて、うな
り(ビード)が発生される。また、同様に受光側ビート
発生部8では、・強度変調周波数(デユーティ比50%
)を有する方形波状1の受光信号Sと局部発振周波数を
有する正弦波状の局部発振信号とが混合されて、うなり
(ビート)が発生される。つまり、この投光側および受
光側ビート発生部5および8では、いわゆるヘテロゲイ
ン変換処理が行なわれて、参照信号rおよび受光信号S
について、次段以降の信号処理が容易となるように周波
数変調している。
As described above, the reference signal r having the intensity modulation frequency (duty ratio of 50%) of the oscillator 3 is given to the light emitting side beat generating section 5, and the reference signal r having the intensity modulation frequency of the oscillator 3 (duty ratio 50%) is similarly applied to the light receiving side beat generating section 8. A received light signal S having a modulation frequency (duty ratio of 50%) is provided. At this time, the local oscillator 4 is stably oscillating at a predetermined local oscillation frequency, and this sinusoidal oscillation signal is simultaneously given to the beat generating sections 5 and 8 on the light projecting side and the light receiving side. Therefore, in the light projecting side beat generating section 5, the square wave reference signal r having a duty ratio of 50% and the sinusoidal local oscillation signal are mixed to generate beats (beads). Similarly, in the light-receiving side beat generation section 8, - intensity modulation frequency (duty ratio 50%
) and a sinusoidal local oscillation signal having a local oscillation frequency are mixed to generate a beat. In other words, in the light-emitting side and light-receiving side beat generation units 5 and 8, so-called hetero gain conversion processing is performed to convert the reference signal r and the light-receiving signal S.
The signal is frequency modulated to facilitate signal processing in subsequent stages.

このようにして得られた参照ビート信号rbおよび受光
ビート信号sbはそれぞれ投光側BPF6および受光側
BPF9にそれぞれ与えられる。
The reference beat signal rb and the light-receiving beat signal sb thus obtained are respectively given to the light-emitting side BPF 6 and the light-receiving side BPF 9.

さて、投光側BPF6は、与えられる信号中の雑音成分
を除去して、その帯域成分のみが次段の投光側コンパレ
ータ7に与えられるように動作して・いる。投光側コン
パレータ7では、予め定められた信号レベルを境にして
、与えられる信号を2値化処理し、参照2値信号Rを次
段のゲート発生部11に出力している。
Now, the light projecting side BPF 6 operates so as to remove the noise component in the applied signal and provide only the band component to the light projecting side comparator 7 at the next stage. The light projecting side comparator 7 binarizes the applied signal at a predetermined signal level, and outputs a reference binary signal R to the gate generator 11 at the next stage.

同様に、受光側ビート発生部8で発生された受光ビート
信号sbは、受光側BPF9で信号中の雑音成分が除去
され帯域成分のみが次段の受光側コンパレータ10に与
えられる。受光側コンパレ−タ10では、予め定められ
た信号レベルを境にして与えられる信号を2値化処理し
、受光2値信号Sをゲート発生部11に出力する。
Similarly, the light-receiving beat signal sb generated by the light-receiving beat generator 8 has its noise components removed by the light-receiving side BPF 9, and only the band components are provided to the light-receiving side comparator 10 at the next stage. The light-receiving side comparator 10 binarizes the signal given at a predetermined signal level, and outputs the light-receiving binary signal S to the gate generator 11.

ゲート発生部11は、与えられる参照2値信号Rおよび
受光2値信号Sとに基づいてゲート信号Gを生成し、こ
れを次段に接続された位相差カウント部13に出力して
いる。このゲート発生部11のゲート信号G発生の動作
について図面を参照して説明する。
The gate generating section 11 generates a gate signal G based on the applied reference binary signal R and the received light binary signal S, and outputs this to the phase difference counting section 13 connected to the next stage. The operation of the gate signal G generation by the gate generation section 11 will be explained with reference to the drawings.

第2図(a)ないしくe)は、前掲第1図に示された距
離測定装置の各回路の入出力信号の波形を示す概略図で
ある。
FIGS. 2(a) to 2(e) are schematic diagrams showing waveforms of input and output signals of each circuit of the distance measuring device shown in FIG. 1 above.

策2図(a)は、前掲第1図に示され茗参照信号rの波
形を示す概略図である。
Solution 2 FIG. 2 (a) is a schematic diagram showing the waveform of the reference signal r shown in FIG. 1 above.

第2図(b)は、前掲第1図に示される受光信号Sの波
形を示す概略図である。
FIG. 2(b) is a schematic diagram showing the waveform of the light reception signal S shown in FIG. 1 above.

第2図(C)は、前掲第1図に示される参照2値信号R
の波形を示す概略図である。
FIG. 2(C) shows the reference binary signal R shown in FIG. 1 above.
FIG.

第2図(”d)は、前掲第1図に示される受光2値信号
Sの波形を示す概略図である。
FIG. 2(d) is a schematic diagram showing the waveform of the received light binary signal S shown in FIG. 1 above.

第2図(e)は、前掲第1図に示されるゲート信号Gの
波形を示す概略図である。
FIG. 2(e) is a schematic diagram showing the waveform of the gate signal G shown in FIG. 1 above.

なお、各図ともに縦軸には各信号レベルがとられ、横軸
には同一スケールの時間経過がとられている゛。
In each figure, each signal level is plotted on the vertical axis, and the time course on the same scale is plotted on the horizontal axis.

第2図(a)および(b)に示されるように、参照信号
rおよび受光信号Sは、同一周波数(デユーティ比50
%)の方形波として表わされ、受光信号Sは参照信号r
よりも所定位相差分だけ遅延していることがわかる。こ
の位相差分は、投光が、被測定体との距離りを往復して
受光されるまでの時間に相当している。
As shown in FIGS. 2(a) and (b), the reference signal r and the received light signal S have the same frequency (duty ratio 50
%), and the received light signal S is expressed as a square wave with a reference signal r
It can be seen that the delay is delayed by a predetermined phase difference. This phase difference corresponds to the time it takes for the projected light to travel back and forth from the object to be measured until it is received.

さらに、第2図(C)および(d)に示されるように、
参照2値信号Rおよび受光2値信号Sは、前述の参照信
号rおよび受光信号Sの振幅を所定レベルを基準にして
2値化処理して得られた2値信号である。したがって、
ゲート発生部11、では第2図(C)および(d)に示
されるような参照2値信号Rおよび受光2値信号Sを同
時に入力して、第2図(e)に示されるようなゲート信
号Gをaカしている。つまり、参照2値信号Rの信号立
上りのタイミングに応じて、その・出力をアクティブに
することによりゲート信号Gを信号レベル“HIGH”
に設定させて出力し、直後に入力する受光2値信号Sの
信号立上りのタイミングに応じてその出力をネガティブ
にすることにより、ゲート信号Gを信号レベル”LOW
”に変化させて出力するように動作してい□る。したが
って、ゲート信号Gは、与えられる2値信号RとSの位
相差、すなわち受光信号Sの参照信号に対する位相遅れ
分を示す信号となる。
Furthermore, as shown in FIGS. 2(C) and (d),
The reference binary signal R and the light-receiving binary signal S are binary signals obtained by binarizing the amplitudes of the reference signal r and the light-receiving signal S described above with reference to a predetermined level. therefore,
The gate generator 11 inputs the reference binary signal R and the received light binary signal S as shown in FIGS. 2(C) and 2(d) simultaneously, and generates a gate as shown in FIG. 2(e). I am using signal G. In other words, by activating the output of the reference binary signal R in accordance with the rising timing of the reference binary signal R, the gate signal G is set to the signal level "HIGH".
By making the output negative according to the timing of the rise of the received light binary signal S that is input immediately after, the gate signal G is set to the signal level "LOW".
Therefore, the gate signal G is a signal indicating the phase difference between the given binary signals R and S, that is, the phase delay of the received light signal S with respect to the reference signal. .

第1図を参照して、ゲート発生部11から出力されたゲ
ート信号G(第2図(e)参照)は、次段に接続された
位相差カウント部13に与えられる。
Referring to FIG. 1, a gate signal G (see FIG. 2(e)) output from gate generating section 11 is given to phase difference counting section 13 connected to the next stage.

位相差カウント部13では、クロック発生部12から与
えられる所定周期のクロックパルスに基づいて、ゲート
信号Gの信号入力期間をカウントし、そのカウント値n
を装置外部に出力する。つまり、このカウント値nが被
測定体との距離りに関するデータを示すことになる。
The phase difference counting section 13 counts the signal input period of the gate signal G based on the clock pulse of a predetermined period given from the clock generating section 12, and calculates the count value n.
is output to the outside of the device. In other words, this count value n indicates data regarding the distance to the object to be measured.

ところで、投光側で得られる参照信号rと受光−側で得
られる受光信号Sとの位相差、φ(d e g)を想定
すれば、被測定体までの距離りは、L=1/2Xφ/3
60°X c / F m(ただし、C−;光速、Fm
;発振器3の周波数)・・・(3) と算出できる。
By the way, assuming the phase difference φ(d e g) between the reference signal r obtained on the light emitting side and the light receiving signal S obtained on the light receiving side, the distance to the object to be measured is L=1/ 2Xφ/3
60°X c/F m (C-; speed of light, Fm
;frequency of oscillator 3)...(3) It can be calculated as follows.

そこで、ゲート発生部11から出力されるゲート信号G
は、次段の位相差カウント部13において、クロック発
生部12から与えられる所定周期のクロックパルスに同
期してゲート信号Gの信号入力期間を、たとえばビート
信号rbもしくはSbの1周期期間から得られるクロッ
ク発生部12のクロックパルスに同期したカウント値を
Nと想定した場合、前記カウント値nから前記位相差φ
を容易に算出できる。つまり、位相差φを次式(4)よ
り求めることができる。
Therefore, the gate signal G output from the gate generator 11
In the phase difference counting section 13 at the next stage, the signal input period of the gate signal G is obtained from, for example, one period period of the beat signal rb or Sb in synchronization with the clock pulse of a predetermined period given from the clock generating section 12. When the count value synchronized with the clock pulse of the clock generator 12 is assumed to be N, the phase difference φ is calculated from the count value n.
can be easily calculated. In other words, the phase difference φ can be obtained from the following equation (4).

φ=n/NX360°−(4) その後、式(3)と各定数および式(4)で求められる
位相差φをマイクロコンピュータなどに与えれば距離り
が容易に求まるわけである。
φ=n/NX360°−(4) After that, the distance can be easily determined by giving the phase difference φ determined by equation (3), each constant, and equation (4) to a microcomputer or the like.

以上のように、第1図に示される距離測定装置において
は、受光信号Sの投光側の参照信号rに対する位相遅れ
(位相差(φ)期間)を一定周期のクロックパルスによ
りカウントし、そのカウント値に基づいて被測定距離り
の測定を行なうようにしている。
As described above, in the distance measuring device shown in FIG. The distance to be measured is measured based on the count value.

以上のように、第1図に示される距離測定装置の距離測
定動作によれば、投光側に設けられた発振器3は所定デ
ユーティ比50%を有して発振し、次段に接続されたL
Dlaをパルス点灯させている。したがって、このパル
ス発光はモニタ用のPD2aで受光されて、ここで光電
変換されて増幅APIに与えられる。また、前記LD1
aから投光されたパルス光は被測定体に照射され、その
照射面からの反射光(パルス光)は受光側に設けられた
PD2bで受光されて得られた光電変換される。この光
電変換された信号は増幅器AP2に与えられる。このよ
うに、これらの投光信号および受光信号は、所定デユー
ティ比を有したパルス信号なので、その増幅処理を行な
う増幅器APIならびにAP2についても、与えられる
信号をリニアに増幅する必要はなく、与えられる信号に
同期してスイッチング形式で信号増幅処理するような機
−能を備えればよい。したがって、増幅器APIおよび
AP2の回路構成は簡単となる。
As described above, according to the distance measuring operation of the distance measuring device shown in FIG. L
Dla is lit in pulses. Therefore, this pulsed light emission is received by the monitoring PD 2a, photoelectrically converted there, and provided to the amplification API. In addition, the LD1
The pulsed light projected from a is irradiated onto the object to be measured, and the reflected light (pulsed light) from the irradiation surface is received by the PD 2b provided on the light receiving side and subjected to photoelectric conversion. This photoelectrically converted signal is given to amplifier AP2. In this way, since these light emitting signals and light receiving signals are pulse signals with a predetermined duty ratio, the amplifiers API and AP2 that perform amplification processing do not need to linearly amplify the applied signals, but rather It is only necessary to provide a function of performing signal amplification processing in a switching manner in synchronization with the signal. Therefore, the circuit configuration of amplifiers API and AP2 becomes simple.

また、前記増幅器APIおよびAP2から出力されたパ
ルス信号を、投光側ビート発生部5および受光側ビート
発生部8において局部発振器4からの正弦波状の局部発
振信号を用いてヘテロダイン変換処理することによって
、投光信号および受光信号を周波数変調処理している。
Further, the pulse signals outputted from the amplifiers API and AP2 are subjected to heterodyne conversion processing using a sinusoidal local oscillation signal from the local oscillator 4 in the light emitting side beat generating section 5 and the light receiving side beat generating section 8. , frequency modulation processing is performed on the light emitting signal and the light receiving signal.

その後、投光側BPF6および受光側BPF9ならびに
投光側コンパレータ7および受光側コンパレータ10さ
らにゲート発生部11を介してゲート信号Gを得るよう
にしている。このように、局部発振器4の発振する正弦
波状の信号は、はぼ一定の信号レベルに保つよう安定発
振されているので、受光側の信号について、ゲイン調整
を行なう必要がない。
Thereafter, the gate signal G is obtained via the light emitting side BPF 6, the light receiving side BPF 9, the light emitting side comparator 7, the light receiving side comparator 10, and the gate generating section 11. In this way, the sinusoidal signal oscillated by the local oscillator 4 is stably oscillated so as to be kept at a nearly constant signal level, so there is no need to perform gain adjustment on the signal on the light receiving side.

つまり、受光側の信号処理回路についてゲイン調整回路
を削除できる。これは、[受光ビート信号sbの出力レ
ベル■局部発信器4の局部発振信号の出力・レベル]で
あり、受光ビート信゛号sbの出力レベルは一受光信号
Sの信号レベルとは無関係であることに起因する。ただ
し、受光信号Sの信号レベルならびに参照信号rの信号
レベルは、投光側ビート発生部5および受光側ビート発
生部8に設けられた乗算器のダイオード(図示せず)を
導通(ON)させるだけの信号レベルは最低必要であり
、この必要信号レベルは、前段に接続された一一器AP
IおよびAP2の出力段で得られるように構成されてい
る。
In other words, the gain adjustment circuit can be removed from the signal processing circuit on the light receiving side. This is [the output level of the received light beat signal sb - the output level of the local oscillation signal of the local oscillator 4], and the output level of the received light beat signal sb is unrelated to the signal level of the received light signal S. This is due to this. However, the signal level of the light receiving signal S and the signal level of the reference signal r cause the diodes (not shown) of the multipliers provided in the light emitting side beat generating section 5 and the light receiving side beat generating section 8 to conduct (ON). The minimum required signal level is
I and AP2 output stages.

第3図は、前掲第1図に示された本発明の一実施例によ
る距離測定装置におけるクロストーク信号の影響を説明
する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating the influence of crosstalk signals on the distance measuring device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 above.

図中、実線は本来の受光信号の概略波形を示す。In the figure, the solid line indicates the approximate waveform of the original light reception signal.

また、点線は前記回路内部で漏れ込むクロストーク信号
9概略波形を示す。
Furthermore, the dotted line indicates the approximate waveform of the crosstalk signal 9 leaking inside the circuit.

第3図に示されるように、受光信号の位相成分にはクロ
ストーク信号による位相ずれは発生せず(受光信号のゼ
ロク、ロス点は不変である)、また、図中ので示される
ように、前記クロストーク信号成分が受光信号のわずか
なノイズのみとして影響して、いる。
As shown in Figure 3, there is no phase shift caused by the crosstalk signal in the phase component of the received light signal (the zero point and loss point of the received light signal remain unchanged), and as shown in the figure, The crosstalk signal component affects the received light signal as only a slight noise.

したがって、受光信号の位相成分には、本来の被測定体
との被測定距離りに相当する位相遅れ(投光側の投光信
号と比較した位相遅れ)成分のみが含まれることになり
、正確に距離測定できることになる。つまり、ゲート発
生部11において得られるゲート信号Gは前記位相遅れ
成分のみを含むので、位相差カウント部13はこのゲー
ト信号Gの入力期間をクロック発生部12の所定周期の
パルス信号に同期してカウントすることにより、被測定
距離りに相当する正確なカウント値nを8カすることが
できる。
Therefore, the phase component of the received light signal includes only the phase lag component (phase lag compared to the light emitting signal from the light emitting side) corresponding to the distance to be measured from the original object to be measured. This means that the distance can be measured. In other words, since the gate signal G obtained in the gate generation section 11 includes only the phase delay component, the phase difference counting section 13 synchronizes the input period of this gate signal G with the pulse signal of a predetermined period from the clock generation section 12. By counting, it is possible to obtain an accurate count value n corresponding to the distance to be measured.

[発明の効果コ 本発明によれば、強度変調位相差法を用いた距離測定装
置において、投光手段における投光信号を所定デユーテ
ィ比を有した方形波状の信号とし、また、前記投光信号
に応じて得られる受光手段における受光信号も、前記所
定デユーティ比を有した方形波状の受光信号として得ら
れる。したがって、第1および第2変調手段による周波
数変調処理における前記投光信号から受光信号への漏れ
込み(クロストーク)による測定精度の悪化を防ぎ、か
つ、投光側における投光強度を大きくできるので、被測
定距離の長距離化を容易に図ることができる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, in a distance measuring device using an intensity modulation phase difference method, the light projection signal in the light projection means is a square wave signal having a predetermined duty ratio, and the light projection signal The light reception signal obtained by the light receiving means according to the above is also obtained as a square wave light reception signal having the predetermined duty ratio. Therefore, deterioration of measurement accuracy due to leakage (crosstalk) from the light emitting signal to the light receiving signal in the frequency modulation processing by the first and second modulation means can be prevented, and the light emitting intensity on the light emitting side can be increased. , it is possible to easily increase the distance to be measured.

さらに、前述したように投光信号および受光信号はそれ
ぞれ所定デユーティ比の方形波信号として得られるので
1、信号処理回路に設けられる増幅系回路も、スイッチ
ング動作するような簡単な回路構成でよいという利点が
ある。さらに、受光側の回路には、受光信号の振幅を調
整するようなゲイン調整回路が不要となり、該装置の回
路構成がさらに簡単化されるという効果もある。
Furthermore, as mentioned above, since the light emitting signal and the light receiving signal are each obtained as a square wave signal with a predetermined duty ratio1, the amplification circuit provided in the signal processing circuit can also have a simple circuit configuration that performs switching operation. There are advantages. Furthermore, there is no need for a gain adjustment circuit for adjusting the amplitude of the light-receiving signal on the light-receiving side circuit, and the circuit configuration of the device is further simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の一実施例による距離測定装置の機能
構成を示す概略図である。第2図(a)ないしくe)は
、第1図に示された距離測定装置の各回路の入出力信号
の波形を示す概略図である。 第3図は、第1図に示された本発明の一実施例による距
離測定装置におけるクロストーク信号の影響を説明する
図である。第4図は、従来の距離測定装置の機能構成を
示す概略図である。第5図(a)ないしくe)は、第4
図に示された距離測定装置の各回路の入出力信号の波形
を示す概略図である。第6図は一1第4図に示された従
来の距離測定装置におけるりpストーク信号による影響
を説明する図である。 図において1aはLD(レーザダイオード)、2aおよ
び2bはPD(フォトダイオード)、3は発振器、4は
局部発振器、5および8は投光側および受光側ビート発
生部、6および9は投光側および受光側BPF、7およ
び10は投光側および受光側コンパレータ、11はゲー
ト発生部、12はクロック発生部、13は位相差カウン
ト部、rおよびSは参照および受光信号、RおよびSは
参照および受光2値信号、Gはゲート信号、nはカウン
ト値である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 yり2図 地5図 已60 本来・受光化5 7oスト−2化号 2oスト−2信51:Jリイ立不目■゛れ゛(T;受光
信号
FIG. 1 is a schematic diagram showing the functional configuration of a distance measuring device according to an embodiment of the present invention. FIGS. 2(a) to 2(e) are schematic diagrams showing waveforms of input and output signals of each circuit of the distance measuring device shown in FIG. 1. FIG. 3 is a diagram illustrating the influence of crosstalk signals on the distance measuring device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1. FIG. 4 is a schematic diagram showing the functional configuration of a conventional distance measuring device. Figure 5(a) to e) shows the fourth
FIG. 2 is a schematic diagram showing waveforms of input and output signals of each circuit of the distance measuring device shown in the figure. FIG. 6 is a diagram illustrating the influence of the ripstoke signal on the conventional distance measuring device shown in FIG. 4. In the figure, 1a is an LD (laser diode), 2a and 2b are PDs (photodiodes), 3 is an oscillator, 4 is a local oscillator, 5 and 8 are beat generators on the light emitting side and light receiving side, and 6 and 9 are on the light emitting side. and light receiving side BPF, 7 and 10 are light emitting side and light receiving side comparators, 11 is a gate generation section, 12 is a clock generation section, 13 is a phase difference counting section, r and S are reference and light reception signals, R and S are reference and a received light binary signal, G is a gate signal, and n is a count value. In each figure, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts. yri 2 fig.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 被測定体との距離を測定する距離測定装置であって、 前記被測定体に所定デューティ比を有して強度変調され
た光信号を投光する投光手段と、前記被測定体で反射さ
れた前記強度変調光を受光するように設けられ、受光強
度に応じて光電変換し、受光信号を出力する受光手段と
、 所定周波数で発振する局部発振手段と、 前記投光信号を、前記発振手段による発振信号に応じて
周波数変調する第1の変調手段と、前記受光信号を、前
記発振手段による発振信号に応じて周波数変調する第2
の変調手段と、前記第1変調手段による第1変調信号と
、前記第2変調手段による第2変調信号との位相差を検
出する位相差検出手段と、 前記位相差検出手段により検出された前記位相差を前記
被測定体との距離データに変換する変換手段とを備えた
、距離測定装置。
[Scope of Claims] A distance measuring device for measuring a distance to an object to be measured, comprising: a light projecting means for projecting an intensity-modulated optical signal having a predetermined duty ratio onto the object to be measured; a light receiving means provided to receive the intensity modulated light reflected by the object to be measured, photoelectrically converting it according to the received light intensity and outputting a received light signal; a local oscillation means oscillating at a predetermined frequency; and the light emitting means. a first modulating means for frequency modulating a signal in accordance with an oscillation signal by the oscillating means; and a second modulating means for frequency modulating the received light signal in accordance with an oscillating signal by the oscillating means.
a phase difference detection means for detecting a phase difference between a first modulation signal by the first modulation means and a second modulation signal by the second modulation means; A distance measuring device comprising: conversion means for converting a phase difference into distance data with respect to the object to be measured.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002124827A (en) * 2000-07-31 2002-04-26 Hilti Ag Local oscillator and method of using the same

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