JPH09197044A

JPH09197044A - レーザ測距装置

Info

Publication number: JPH09197044A
Application number: JP501096A
Authority: JP
Inventors: Ken Oishi; 建大石; Tomoyuki Nakaguchi; 智之中口; Yoshiyuki Kitamura; 善行北村; Kiichirou Katou; 貴一郎加藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-01-16
Filing date: 1996-01-16
Publication date: 1997-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ反射光のピーク位置においてストップ
信号を発生させることにより、レーザ反射光の強弱や大
気減衰に関わらずに、測距精度の高いレーザ測距装置を
得る。【解決手段】分岐回路１０により分割された信号の、
一方は第１のしきい値１２で第１のストップ信号６を発
生し、他方は第１の２倍のレベルの第２のしきい値１５
で第２のストップ信号１７を発生し、スタート信号５と
第１のストップ信号６、第１のストップ信号６と第２の
ストップ信号１７の間の時間を演算器２２へ入力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザ光を目標
に向けて発射し、その発射時刻と、上記目標で反射して
戻ってきた上記レーザ光の受信時刻との時間差から、上
記目標までの距離を求めるレーザ測距装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図１３は従来のレーザ測距装置を示すも
のである。この図１３において、１はレーザ送信器、２
はレーザ受信器、３は電圧信号、４は第１のしきい値処
理器、５はスタート信号、６は第１のストップ信号、７
は第１の時間計測器、１３は目標、２２は演算器であ
り、実線は電気信号を、白抜き線が光信号を示す。図１
４はレーザ測距装置の信号処理の様子を示すもので、横
軸は時間、縦軸は電圧を示し、１２は第１のしきい値処
理器４に設定された第１のしきい値である。また、ＴＨ
は上記第１のストップ信号６の発生時刻と、電圧信号３
が小さくなった場合に電圧信号３が上記第１のしきい値
１２を越える時刻との時間差である。

【０００３】次に動作について説明する。図１３におい
て、レーザ送信器１は目標１３に向けてレーザパルスを
発射する。同時にレーザ送信器１はスタート信号５を第
１の時間計測器７に送る。一方、目標１３で反射したレ
ーザパルスはレーザ反射光となり、レーザ受信器２に集
光される。レーザ受信器２はレーザ反射光を電圧信号３
に変換して第１のしきい値処理器４に送信する。第１の
しきい値処理器４は電圧信号３の立上がりが第１のしき
い値１２を越えると第１のストップ信号６を発生し、第
１のストップ信号６は第１の時間計測器７に入力され
る。第１の時間計測器７は、スタート信号５により時間
計測を開始し、第１のストップ信号６により時間計測を
停止し、この間の時間、すなわち図１４の時間Ｔが目標
１３までのレーザの往復時間に相当する。演算器２２は
時間Ｔの１／２に光速度を乗じることで目標１３までの
距離を求める。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ測距装置
は以上のように構成されているので、目標までの距離は
電圧信号３が第１のしきい値１２を越える時刻により決
定される。したがって、目標の反射率や大気減衰の影響
によるレーザ反射光強度の変動が大きいと、図１４に示
すように、電圧信号３の大きさにより電圧信号３が第１
のしきい値１２を越える時間差ＴＨは最大で数十ｎｓに
もなり、測距距離に換算すると数ｍの差が発生するとい
う問題があった。

【０００５】本発明はかかる課題を解決するためになさ
れたものであり、レーザ反射光の強弱や大気減衰に関わ
らずに、精度よい時間計測を可能とし、測距精度の高い
レーザ測距装置を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明１によるレーザ
測距装置は、電圧信号を第１の信号と第２の信号に分岐
する分岐回路と、第１の信号の立上がりが第１のしきい
値を越えたとき第１のストップ信号を発生する第１のし
きい値処理器と、第２の信号の立上がりが第１のしきい
値の２倍のしきい値を持つ第２のしきい値を越えたとき
第２のストップ信号を発生する第２のしきい値処理器
と、スタート信号の発生時刻と第１のストップ信号の発
生時刻の時間差Ｔ１を求める第１の時間計測器と、第１
のストップ信号の発生時刻と第２のストップ信号の発生
時刻との時間差Ｔ２を求める第２の時間計測器とを備え
たものである。

【０００７】また、この発明２によるレーザ測距装置
は、電圧信号を第１の信号と第２の信号に分岐する分岐
回路と、第１の信号の立下がりが第１のしきい値を交差
したとき第１のストップ信号を発生する第１のしきい値
処理器と、第２の信号の立下がりが第１のしきい値の１
／２倍のしきい値を持つ第２のしきい値を交差したとき
第２のストップ信号を発生する第２のしきい値処理器
と、スタート信号の発生時刻と第１のストップ信号の発
生時刻の時間差Ｔ１を求める第１の時間計測器と、第１
のストップ信号の発生時刻と第２のストップ信号の発生
時刻との時間差Ｔ２を求める第２の時間計測器とを備え
たものである。

【０００８】また、この発明３によるレーザ測距装置
は、電圧信号を第１から第Ｎの複数の信号に分岐する分
岐回路と、第１から第Ｎの異なるしきい値Ｓ１からＳＮ
を持ち第１から第Ｎの信号の立上がりがそれぞれＳ１か
らＳＮを越えたときに第１から第Ｎのストップ信号を発
生する第１から第Ｎのしきい値処置器と、スタート信号
の発生時刻と第１から第Ｎのストップ信号の発生時刻と
の時間差をそれぞれＴ１からＴＮとして求める時間計測
手段と、横軸および縦軸をそれぞれ時間軸および電圧軸
としたＮ個の座標（Ｔ１，Ｓ１）から（ＴＮ，ＳＮ）を
直線近似して時間軸と交わる時間Ｔ０を求める手段とを
備えたものである。

【０００９】また、この発明４によるレーザ測距装置
は、電圧信号を第１から第Ｎの複数の信号に分岐する分
岐回路と、第１から第Ｎの異なるしきい値Ｓ１からＳＮ
を持ち第１から第Ｎの信号の立下がりがそれぞれＳ１か
らＳＮを交差したときに第１から第Ｎのストップ信号を
発生する第１から第Ｎのしきい値処置器と、スタート信
号の発生時刻と第１から第Ｎのストップ信号の発生時刻
との時間差をそれぞれＴ１からＴＮとして求める時間計
測手段と、横軸および縦軸をそれぞれ時間軸および電圧
軸としたＮ個の座標（Ｔ１，Ｓ１）から（ＴＮ，ＳＮ）
を直線近似して時間軸と交わる時間Ｔ０を求める手段と
を備えたものである。

【００１０】また、この発明５によるレーザ測距装置
は、電圧信号を第１から第Ｎの複数の信号に分岐する分
岐回路と、第１の信号の立上がりがしきい値Ｓ１を越え
たときストップ信号を発生するしきい値処理器と、スタ
ート信号の発生時刻とストップ信号の発生時刻との時間
差Ｔ１を求める時間計測器と、Ｔ１から遅延した時刻Ｔ
２からＴＮにおいて第２から第Ｎの信号の立上がりをそ
れぞれサンプリングしサンプリング値Ｓ２からＳＮを求
める手段と、横軸および縦軸をそれぞれ時間軸および電
圧軸としたＮ個の座標（Ｔ１，Ｓ１）から（ＴＮ，Ｓ
Ｎ）を直線近似して時間軸と交わる時間Ｔ０を求める手
段とを備えたものである。

【００１１】また、この発明６によるレーザ測距装置
は、電圧信号を第１から第Ｎの複数の信号に分岐する分
岐回路と、第１の信号の立下がりがしきい値Ｓ１を交差
したときストップ信号を発生するしきい値処理器と、ス
タート信号の発生時刻とストップ信号の発生時刻との時
間差Ｔ１を求める時間計測器と、Ｔ１から遅延した時刻
Ｔ２からＴＮにおいて第２から第Ｎの信号の立下がりを
それぞれサンプリングしサンプリング値Ｓ２からＳＮを
求める手段と、横軸および縦軸をそれぞれ時間軸および
電圧軸としたＮ個の座標（Ｔ１，Ｓ１）から（ＴＮ，Ｓ
Ｎ）を直線近似して時間軸と交わる時間Ｔ０を求める手
段とを備えたものである。

【００１２】また、この発明７によるレーザ測距装置
は、電圧信号の立上がりがしきい値を越えたとき第１の
ストップ信号を発生し電圧信号の立下がりが同一のしき
い値と交差したとき第２のストップ信号を発生するしき
い値処理器と、スタート信号の発生時刻と第１のストッ
プ信号および第２のストップ信号の発生時刻との時間差
Ｔ１およびＴ２を求める時間計測器とを備えたものであ
る。

【００１３】また、この発明８によるレーザ測距装置
は、電圧信号を第１から第Ｎの複数の信号に分岐する分
岐回路と、第１から第Ｎの信号の第ｉ番目の信号に対応
した第ｉのしきい値を持ち第ｉ番目の信号の立上がりが
第ｉのしきい値を越えたとき第１のストップ信号を発生
し、第ｉ番目の信号の立下がりが第ｉのしきい値と交差
したとき第２のストップ信号を発生するしきい値処理器
と、スタート信号の発生時刻と第ｉ番目の信号に対応し
た第１のストップ信号および第２のストップ信号の発生
時刻との時間差Ｔ１ｉおよびＴ２ｉを求める時間計測器
とを備えたものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１を示す構
成図である。図において、１はレーザ送信器、２はレー
ザ受信器、３は電圧信号、４は第１のしきい値処理器、
５はスタート信号、６は第１のストップ信号、７は第１
の時間計測器、８は第１の信号、９は第２の信号、１０
は分岐回路、１３は目標、１４は第２の時間計測器、１
６は第２のしきい値処理器、１７は第２のストップ信
号、２２は演算器である。また、図中の実線は電気信号
を、白抜き線は光信号を表す。

【００１５】次に動作について説明する。レーザ送信器
１からのスタート信号５は第１の時間計測７に入力され
る。一方、発射されたレーザパルスは目標１３に当た
り、反射してレーザ反射光となる。レーザ反射光はレー
ザ受信器２に集光され、レーザ反射光強度に比例した電
圧信号３に変換される。電圧信号３は分岐回路１０へ入
力されて、大きさの等しい二つの信号である第１の信号
８と第２の信号９とに分離され、それぞれ第１のしきい
値処理器４と第２のしきい値処理器１６に送られる。図
２に示すように、第１のしきい値処理器４では入力され
た第１の信号８が立上がり、第１のしきい値１２を越え
ると第１のストップ信号６を第１の時間計測器７および
第２の時間計測器１４にパルス出力する。第１の時間計
測器７は前述のスタート信号５により時間計測を開始し
ており、第１のストップ信号６により時間計測を停止す
る。これにより、レーザ送信器１がレーザを発射した瞬
間からレーザ反射光が目標１３で反射して戻るまでの時
間Ｔ１が測定される。

【００１６】一方、図２に示すように、第２のしきい値
処理器１６では入力された第２の信号９が立上がり、第
１のしきい値１２の２倍のレベルの第２のしきい値１５
を越えると第２のストップ信号１７を第２の時間計測器
１４にパルス出力する。第２の時間計測器１４は前述の
第１のストップ信号６により時間計測を開始しており、
第２のストップ信号１７により時間計測を停止し、この
間の時間はＴ２である。第１のストップ信号６と第２の
ストップ信号１７の時間差は、第１の信号８あるいは第
２の信号９が立上がり始めた時刻Ｔ０から第１のストッ
プ信号６が発生するまでの時間に等しい。レーザ反射光
の波形は目標の反射率や大気減衰に影響されても、底辺
が同一で高さのみが異なる三角形と見做すことができ、
電圧信号３の立上がり開始からピークに至るまでの立上
がり時間ΔＴは常に一定と見做せる。なお、このΔＴは
パルスレーザ光の立上がり時間に相当する。したがっ
て、第１の信号８あるいは第２の信号９が立上がり始め
た時刻Ｔ０に上記立上がり時間ΔＴを加算することによ
り、電圧信号３のピークの時刻を決定できることにな
る。演算器２２は前述の時間Ｔ１から時間Ｔ２を減じて
Ｔ０を求め、ΔＴを加えることにより、スタート信号５
が発生してから電圧信号３のピークまでの時間Ｔを算出
し、従来例と同様に目標までの距離を求める。上記時間
Ｔは、目標の反射率や大気減衰に依存しないため、距離
の差は生じない。

【００１７】実施の形態２．この発明の実施の形態２を
示す構成図は図１の実施の形態１と同一の構成である
が、第１のしきい値処理器４および第２のしきい値処理
器１６を入力信号の立下がりが第１のしきい値１２およ
び第２のしきい値１５を交差したときそれぞれの第１の
ストップ信号６および第２のストップ信号１７を発生す
るようにしたものであり、さらに第１のしきい値１２を
第２のしきい値１５の２倍に設定したものである。

【００１８】次に動作について説明する。レーザ送信器
１からのスタート信号５は第１の時間計測７に入力され
る。一方、発射されたレーザパルスは目標１３に当た
り、反射してレーザ反射光となる。レーザ反射光はレー
ザ受信器２に集光され、レーザ反射光強度に比例した電
圧信号３に変換される。電圧信号３は分岐回路１０へ入
力されて、大きさの等しい二つの信号である第１の信号
８と第２の信号９とに分離され、それぞれ第１のしきい
値処理器４と第２のしきい値処理器１６に送られる。図
３に示すように、第１のしきい値処理器４では入力され
た第１の信号８が立下がり、第１のしきい値１２を交差
すると第１のストップ信号６を第１の時間計測器７およ
び第２の時間計測器１４にパルス出力する。第１の時間
計測器７は前述のスタート信号５により時間計測を開始
しており、第１のストップ信号６により時間計測を停止
する。これにより、レーザ送信器１がレーザを発射した
瞬間からレーザ反射光が目標１３で反射して戻るまでの
時間Ｔ１が測定される。

【００１９】一方、図３に示すように、第２のしきい値
処理器１６では入力された第２の信号９が立下がり、第
１のしきい値１２の１／２倍のレベルの第２のしきい値
１５と交差すると第２のストップ信号１７を第２の時間
計測器１４にパルス出力する。第２の時間計測器１４は
前述の第１のストップ信号６により時間計測を開始して
おり、第２のストップ信号１７により時間計測を停止
し、この間の時間はＴ２である。第１のストップ信号６
と第２のストップ信号１７の時間差は、第２のストップ
信号１７の発生から、第１の信号８あるいは第２の信号
９が立下がり終わるまでの時間に等しい。レーザ反射光
の波形は目標の反射率や大気減衰に影響されても、底辺
が同一で高さのみが異なる三角形と見做すことができ、
電圧信号３のピークから立下がり完了に至るまでの立下
がり時間ΔＴは常に一定と見做せる。なお、このΔＴは
パルスレーザ光の立下がり時間に相当する。したがっ
て、第１の信号８あるいは第２の信号９が立下がり完了
時刻Ｔ０から上記立下がり時間ΔＴを減算することによ
り、電圧信号３のピークの時刻を決定できることにな
る。演算器２２は前述の時間Ｔ１から時間Ｔ２の２倍を
加えてＴ０を求め、さらにΔＴを減じることにより、ス
タート信号５が発生してから電圧信号３のピークまでの
時間Ｔを算出し、従来例と同様に目標までの距離を求め
る。上記時間Ｔは、目標の反射率や大気減衰に依存しな
いため、距離の差は生じない。

【００２０】実施の形態３．図４はこの発明の実施の形
態３を示す図である。図において、１から１７は図１と
同一であり、１８は第Ｎの信号、１９は第Ｎのしきい値
処理器、２０は第Ｎの時間計測器、２１は第Ｎのストッ
プ信号、２２は演算器である。図中の実線は電気信号
を、白抜き線は光信号を表す。

【００２１】次に動作について説明する。レーザ送信器
１からのスタート信号５はＮ個の第１から第Ｎの時間計
測器７，２０に入力される。一方、発射されたレーザパ
ルスは目標１３に当たり、反射してレーザ反射光とな
る。レーザ反射光はレーザ受信器２に集光され、レーザ
反射光強度に比例した電圧信号３に変換される。電圧信
号３は分岐回路１０へ入力し、大きさの等しいＮ個の第
１の信号から第Ｎの信号に分離され、Ｎ段階の異なるし
きい値を持つ第１のしきい値処理器４から第Ｎのしきい
値処理器１９のＮ個のしきい値処理器に送られる。第ｉ
のしきい値処理器では入力してきた第ｉ（ｉ＝１，２，
３，・・・，Ｎ）の信号の立上がりがそれぞれのしきい
値Ｓｉを越えると第ｉのストップ信号を発生し、Ｎ個の
時間計測器はそれぞれＮ個のストップ信号を受けてスタ
ート信号５により開始した時間計測を終了する。Ｎ個の
しきい値が既知であれば、演算器２２はそれぞれに対応
する時間計測器の計測結果から、図５に示すように、時
間を横軸に、しきい値を縦軸にした平面上において、直
線近似することによりしきい値が０になる時間Ｔ０を推
定する。Ｔ０を用いて目標までの距離を求める方法は実
施の形態１と同様である。図５に示したように、Ｎ個の
測定点からＴ０を求めるため、実施の形態１に比べ雑音
等による測定点ごとの誤差が軽減されるため、高精度で
距離を求めることができる。

【００２２】実施の形態４．この発明の実施の形態４は
図４の実施の形態３と同一の構成であるが、第１のしき
い値処理器４から第Ｎのしきい値処理器１９を入力信号
の立下がりがそれぞれのしきい値を交差したときストッ
プ信号を発生するようにしたものである。

【００２３】次に動作について説明する。レーザ送信器
１からのスタート信号５はＮ個の第１から第Ｎの時間計
測器に入力される。一方、発射されたレーザパルスは目
標１３に当たり、反射してレーザ反射光となる。レーザ
反射光はレーザ受信器２に集光され、レーザ反射光強度
に比例した電圧信号３に変換される。電圧信号３は分岐
回路１０へ入力し、大きさの等しいＮ個の第１の信号か
ら第Ｎの信号に分離され、Ｎ段階の異なるしきい値を持
つ第１のしきい値処理器４から第Ｎのしきい値処理器１
９のＮ個のしきい値処理器に送られる。第ｉのしきい値
処理器では入力してきた第ｉの信号の立下がりがそれぞ
れのしきい値Ｓｉを交差すると第ｉのストップ信号を発
生し、Ｎ個の時間計測器はそれぞれＮ個のストップ信号
を受けてスタート信号５により開始した時間計測を終了
する。演算器２２はＮ個のしきい値それぞれに対応する
時間計測器の計測結果から、図６に示すように、時間を
横軸に、しきい値を縦軸にした平面上において直線近似
することによりしきい値が０になる時間Ｔ０を推定す
る。Ｔ０を用いて目標までの距離を求める方法は実施の
形態２と同様である。図６に示したようにＮ個の測定点
からＴ０を求めるため、実施の形態２に比べ雑音等によ
る測定点ごとの誤差が軽減されるため高精度で距離を求
めることができる。

【００２４】実施の形態５．図７はこの発明の実施の形
態５を示す構成図である。図において、１から１３は図
１と同一であり、１８は第Ｎの信号、２２は演算器、２
３は遅延回路、２４は第１のサンプリング回路、２５は
第（Ｎ−１）のサンプリング回路である。また、図中の
実線は電気信号を、白抜き線は光信号を表す。

【００２５】次に動作について説明する。レーザ送信器
１からのスタート信号５は第１の時間計測器７に入力さ
れる。一方、発射されたレーザパルスは目標１３に当た
り、反射してレーザ反射光となる。レーザ反射光はレー
ザ受信器２に集光され、レーザ反射光強度に比例した電
圧信号３に変換される。電圧信号３は分岐回路１０へ入
力し、大きさの等しいＮ個の信号である第１から第Ｎの
信号に分離され、第１の信号のみが第１のしきい値処理
器４に送られる。第１のしき値処理器４では入力された
第１の信号８が立上がり、第１のしきい値１２を越える
と第１のストップ信号６を第１の時間計測器７にパルス
出力する。第１の時間計測器７は前述のスタート信号５
により時間計測を開始しており、第１のストップ信号６
により時間計測を停止し、時間Ｔ１を得る。第１の時間
計測器７は演算器２２に時間Ｔ１を入力する。一方、第
２から第Ｎの信号はそれぞれ対応する第１から第（Ｎ−
１）のサンプリング回路２５に入力される。第１から第
（Ｎ−１）のサンプリング回路は、例えば遅延時間τな
る遅延回路２３を異なる回数通過した第１のストップ信
号６により、異なる時刻に第１から第Ｎの信号の電圧を
計測して演算器２２に入力する。演算器２２は第１のし
きい値１２とＴ１および第１から第（Ｎ−１）のサンプ
リング回路が計測した電圧とそれぞれのサンプリング回
路の第１のストップ信号６からの遅延時間をもとに、図
８に示すように、時間を横軸に、電圧を縦軸にした平面
上において、得られた電圧と時間Ｔ１および（Ｎ−１）
個の遅延時間から、直線近似により電圧が０になる時間
Ｔ０を推定する。Ｔ０を用いて目標までの距離を求める
方法は実施の形態２と同様である。図８に示したよう
に、Ｎ個の測定点からＴ０を求めるため、実施の形態２
に比べて雑音等による測定点ごとの誤差が軽減されるた
め高精度で距離を求めることができる。

【００２６】実施の形態６．この発明の実施の形態６の
構成図は図７と同様である。ただし、第１のしきい値処
理器４は入力信号に立下がりが第１のしきい値１２を交
差したとき第１のストップ信号６を発生するようにした
ものである。

【００２７】次に動作について説明する。レーザ送信器
１からのスタート信号５は第１の時間計測器７に入力さ
れる。一方、発射されたレーザパルスは目標１３に当た
り、反射してレーザ反射光となる。レーザ反射光はレー
ザ受信器２に集光され、レーザ反射光強度に比例した電
圧信号３に変換される。電圧信号３は分岐回路１０へ入
力し、大きさの等しいＮ個の信号である第１から第Ｎ信
号に分離され、第１の信号のみが第１のしきい値処理器
４に送られる。第１のしき値処理器４では入力された第
１の信号８が立下がり、第１のしきい値１２と交差する
と第１のストップ信号６を第１の時間計測器７にパルス
出力する。第１の時間計測器７は前述のスタート信号５
により時間計測を開始しており、第１のストップ信号６
により時間計測を停止し、時間Ｔ１を得る。第１の時間
計測器７は演算器２２に時間Ｔ１を入力する。一方、第
２から第Ｎの信号はそれぞれ対応する第１から第（Ｎ−
１）のサンプリング回路２４，２５に入力される。第１
から第（Ｎ−１）のサンプリング回路２４，２５は、例
えば遅延時間τの遅延回路２３を異なる回数通過した第
１のストップ信号６により、異なる時刻に第１から第Ｎ
の信号の電圧を計測して演算器２２に入力する。演算器
２２は第１のしきい値１２とＴ１および第１から第（Ｎ
−１）のサンプリング回路が計測した電圧とそれぞれの
サンプリング回路の第１のストップ信号６からの遅延時
間をもとに、図９に示すように、時間を横軸に、電圧を
縦軸にした平面上において、得られた電圧と時間Ｔ１お
よび（Ｎ−１）個の遅延時間から、直線近似によりしき
い値が０になる時間Ｔ０を推定する。Ｔ０を用いて目標
までの距離を求める方法は実施の形態３と同様である。
図９に示したようにＮ個の測定点からＴ０を求めるた
め、実施の形態３に比べて雑音等による測定点ごとの誤
差が軽減されるため高精度で距離を求めることができ
る。

【００２８】実施の形態７．図１０はこの発明の実施の
形態７を示す図である。図において、１から１３は図１
と同一であり、１４は第２の時間計測器、１７は第２の
ストップ信号、２２は演算器、２６はしきい値処理器で
ある。図中の実線は電気信号を、白抜き線は光信号を表
す。

【００２９】次に動作について説明する。レーザ送信器
１からのスタート信号５は第１の時間計測器７および第
２の時間計測器１４に入力される。一方、発射されたレ
ーザパルスは目標１３に当たり、反射してレーザ反射光
となる。レーザ反射光はレーザ受信器２に集光され、レ
ーザ反射光強度に比例した電圧信号３に変換される。電
圧信号３はしきい値処理器２６に送られる。図１１に示
すように、しきい値処理器２６では入力してきた電圧信
号３の立上がりが第１のしきい値１２を越えると第１の
ストップ信号６を発生し、その後に電圧信号３の立下が
りが第１のしきい値１２と交差すると第２のストップ信
号１７を発生する。第１のストップ信号６は第１の時間
計測器７に入力され、第１の時間計測器７はスタート信
号５と第１のストップ信号６との間の時間Ｔ１を測定す
る。第２のストップ信号１７は第２の時間計測器１４に
入力され、第２の時間計測器１４はスタート信号５と第
２のストップ信号１７との間の時間Ｔ２を測定する。時
間Ｔ１と時間Ｔ２は演算２２に入力されて、レーザ送信
器１から発射されたレーザパルスの既知の立上がり時間
ΔＴ１および立下がり時間ΔＴ２、すなわち電圧信号の
波形の立上がり時間ΔＴ１および立下がり時間ΔＴ２を
用いて、スタート信号５と電圧信号のピーク点との間の
時間ＴまたはＴ’を以下の数３または数４により算出す
る。

【００３０】

【数３】

【００３１】

【数４】

【００３２】時間Ｔより目標までの距離を求める方法は
実施の形態１と同様である。目標の反射率や大気減衰が
異なれば、第１の信号８および第２の信号９は底辺が同
じピーク値のみが上下に変動する波形となるため、ピー
クの時間は変動しない。このため、上記時間Ｔは目標の
反射率や大気減衰が変動しても変化しない。

【００３３】実施の形態８．図１２はこの発明の実施の
形態８を示す図である。図において１から１３は図１と
同一であり、１８は第Ｎの信号、１９は第Ｎのしきい値
処理器、２０は第Ｎの時間計測器、２２は演算器であ
る。図中の実線は電気信号を、白抜き線は光信号を表
す。

【００３４】次に動作について説明する。レーザ送信器
１からのスタート信号５は第１の時間計測器７から第Ｎ
の時間計測器２０のＮ個の時間計測器に入力される。一
方、発射されたレーザパルスは目標１３に当たり、反射
してレーザ反射光となる。レーザ反射光はレーザ受信器
２に集光され、レーザ反射光強度に比例した電圧信号３
に変換される。電圧信号３は分岐回路１０へ入力し、大
きさの等しいＮ個の信号である第１から第Ｎの信号に分
離され、Ｎ段階の異なるしきい値を持つ第１のしきい値
処理器４から第Ｎのしきい値処理器１９のＮ個のしきい
値処理器に送られる。第ｉのしきい値処理器では入力し
てきた第ｉの信号の立上がりがそれぞれのしきい値Ｓｉ
を越えると第ｉの１番目のストップ信号を発生し、第ｉ
の信号の立下がりがしきい値Ｓｉと交差すると第ｉの２
番目のストップ信号を発生する。第ｉの１番目のストッ
プ信号と２番目のストップ信号とは第ｉの時間計測器に
入力され、スタート信号５と第ｉの１番目のストップ信
号との間の時間Ｔ１ｉおよびスタート信号５と第ｉの２
番目のストップ信号との間の時間Ｔ２ｉを測定する。時
間Ｔ１ｉと時間Ｔ２ｉは演算器２２に入力される。レー
ザ送信器１から発射されたレーザパルスの既知の立上が
り時間ΔＴ１および立下がり時間ΔＴ２の反射光の波
形、すなわち電圧信号の波形の立上がり時間ΔＴ１およ
び立下がり時間ΔＴ２を用いてＮ個の全ての信号につい
て、スタート信号５と電圧信号のピーク点との間の時間
ＴまたはＴ’を数５または数６により平均化して求め
る。

【００３５】

【数５】

【００３６】

【数６】

【００３７】時間Ｔより目標までの距離を求める方法は
実施の形態１と同様である。この実施の形態では、実施
の形態７に比べて、時間Ｔ１ｉおよび時間Ｔ２ｉの個々
の誤差を平均化して軽減できるため、高精度で距離を求
めることができる。

【００３８】

【発明の効果】この発明１によれば、反射光の立上がり
において第２のしきい値処理器を第１のしきい値処理器
の２倍のしきいで作動し、かつ単純な計算により反射光
のピークの時刻を得られるようにしたので、反射光の大
小によらず高精度な測距ができるという効果がある。

【００３９】この発明２によれば、反射光の立下がりに
おいて第２のしきい値処理器を第１のしきい値処理器の
１／２倍のしきいで作動し、かつ単純な計算により反射
光のピークの時刻を得られるようにしたので、反射光の
大小によらず高精度な測距ができるという効果がある。

【００４０】この発明３によれば、反射光の立上がりに
おいて複数のしきい値で反射光の検出を行い、かつ単純
な計算により反射光のピークの時刻を得られるようにし
たので、発明１に比べて雑音等による測定点ごとの誤差
が軽減されて高精度な測距ができるという効果がある。

【００４１】この発明４によれば、反射光の立下がりに
おいて複数のしきい値で反射光の検出を行い、かつ単純
な計算により反射光のピークの時刻を得られるようにし
たので、発明２に比べて雑音等による測定点ごとの誤差
が軽減されて高精度な測距ができるという効果がある。

【００４２】この発明５によれば、反射光の立上がりに
おいて複数の時刻で反射光の電圧検出を行い、かつ単純
な計算により反射光のピークの時刻を得られるようにし
たので、発明１に比べて雑音等による測定点ごとの誤差
が軽減されて高精度な測距ができるという効果がある。

【００４３】この発明６によれば、反射光の立下がりに
おいて複数の時刻で反射光の電圧検出を行い、かつ単純
な計算により反射光のピークの時刻を得られるようにし
たので、発明２に比べて雑音等による測定点ごとの誤差
が軽減されて高精度な測距ができるという効果がある。

【００４４】この発明７によれば、同一のしきい値にお
ける反射光の立上がりと立下がりの時刻を検出し、反射
光の時間的波形に対応した補正を行うので、反射光の大
小や反射光の時間的波形の形状によらずに高精度な測距
ができるという効果がある。

【００４５】この発明８によれば、同一のしきい値にお
ける反射光の立上がりと立下がりの時刻を検出し、反射
光の時間的波形に対応した補正を行い、複数のしきい値
を設けて平均化するので、発明７に比べて雑音等による
測定点ごとの誤差が軽減されて高精度な測距ができると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるレーザ測距装置の実施の形態
１および形態２のブロック図である。

【図２】実施の形態１によるパルスの信号処理を示す
図である。

【図３】実施の形態２によるパルスの信号処理を示す
図である。

【図４】この発明によるレーザ測距装置の実施の形態
３および形態４のブロック図である。

【図５】実施の形態３によるパルスの信号処理を示す
図である。

【図６】実施の形態４によるパルスの信号処理を示す
図である。

【図７】この発明によるレーザ測距装置の実施の形態
５および形態６のブロック図である。

【図８】実施の形態５によるパルスの信号処理を示す
図である。

【図９】実施の形態６によるパルスの信号処理を示す
図である。

【図１０】この発明によるレーザ測距装置の実施の形
態７を示すブロック図である。

【図１１】実施の形態７によるパルスの信号処理を示
す図である。

【図１２】この発明によるレーザ測距装置の実施の形
態８を示すブロック図である。

【図１３】従来のレーザ測距装置の構成を示す図であ
る。

【図１４】従来のレーザ測距装置の信号処理を示す図
である。

【符号の説明】

１レーザ送信器、２光電変換器、３電圧信号、４
第１のしきい値処理器、５スタート信号、６第１
のストップ信号、７第１の時間計測器、８第１の信
号、９第２の信号、１０分岐回路、１２第１のし
きい値、１３目標、１４第２の時間計測器、１５第
２のしきい値、１６第２のしきい値処理器、１７第
２のストップ信号、１８第Ｎの信号、１９第Ｎのし
きい値処理器、２０第Ｎの時間計測器、２１第Ｎの
ストップ信号、２２演算器、２３遅延回路、２４
第１のサンプリング回路、２５第（Ｎ−１）のサンプ
リング回路、２６しきい値処理器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加藤貴一郎東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】目標に向けてレーザパルスを送信すると
同時にスタート信号を発生するレーザ送信器と、上記目
標で反射されたレーザパルスを受信し電圧信号に変換す
るレーザ受信器と、上記電圧信号を第１の信号と第２の
信号に分岐する分岐回路と、上記第１の信号の立上がり
が第１のしきい値を越えたとき第１のストップ信号を発
生する第１のしきい値処理器と、上記第２の信号の立上
がりが第１のしきい値の２倍のしきい値を持つ第２のし
きい値を越えたとき第２のストップ信号を発生する第２
のしきい値処理器と、上記スタート信号の発生時刻と第
１のストップ信号の発生時刻の時間差Ｔ１を求める第１
の時間計測器と、上記第１のストップ信号の発生時刻と
上記第２のストップ信号の発生時刻との時間差Ｔ２を求
める第２の時間計測器とを備え、上記レーザパルスの立
上がり時間をΔＴとすると、目標までの距離をＴ＝Ｔ１
−Ｔ２＋ΔＴにより得られる時間Ｔにより求めるように
したことを特徴とするレーザ測距装置。
【請求項２】目標に向けてレーザパルスを送信すると
同時にスタート信号を発生するレーザ送信器と、上記目
標で反射されたレーザパルスを受信し電圧信号に変換す
るレーザ受信器と、上記電圧信号を第１の信号と第２の
信号に分岐する分岐回路と、上記第１の信号の立下がり
が第１のしきい値を交差したとき第１のストップ信号を
発生する第１のしきい値処理器と、上記第２の信号の立
下がりが第１のしきい値の１／２倍のしきい値を持つ第
２のしきい値を交差したとき第２のストップ信号を発生
する第２のしきい値処理器と、上記スタート信号の発生
時刻と第１のストップ信号の発生時刻の時間差Ｔ１を求
める第１の時間計測器と、上記第１のストップ信号の発
生時刻と上記第２のストップ信号の発生時刻との時間差
Ｔ２を求める第２の時間計測器とを備え、上記レーザパ
ルスの立下がり時間をΔＴとすると、目標までの距離を
Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２×２−ΔＴにより得られる時間Ｔにより
求めるようにしたことを特徴とするレーザ測距装置。
【請求項３】目標に向けてレーザパルスを送信すると
同時にスタート信号を発生するレーザ送信器と、上記目
標で反射されたレーザパルスを受信し電圧信号に変換す
るレーザ受信器と、上記電圧信号を第１から第Ｎの複数
の信号に分岐する分岐回路と、第１から第Ｎの異なるし
きい値Ｓ１からＳＮを持ち上記第１から第Ｎの信号の立
上がりがそれぞれＳ１からＳＮを越えたときに第１から
第Ｎのストップ信号を発生する第１から第Ｎのしきい値
処置器と、上記スタート信号の発生時刻と上記第１から
第Ｎのストップ信号の発生時刻との時間差をそれぞれＴ
１からＴＮとして求める時間計測手段と、横軸および縦
軸をそれぞれ時間軸および電圧軸としたＮ個の座標（Ｔ
１，Ｓ１）から（ＴＮ，ＳＮ）を直線近似し、上記直線
が上記時間軸と交わる時間Ｔ０を求める手段とを備え、
上記レーザパルスの立上がり時間をΔＴとすると、目標
までの距離をＴ＝Ｔ０＋ΔＴにより得られる時間Ｔを用
いて求めるようにしたことを特徴とするレーザ測距装
置。
【請求項４】目標に向けてレーザパルスを送信すると
同時にスタート信号を発生するレーザ送信器と、上記目
標で反射されたレーザパルスを受信し電圧信号に変換す
るレーザ受信器と、上記電圧信号を第１から第Ｎの複数
の信号に分岐する分岐回路と、第１から第Ｎの異なるし
きい値Ｓ１からＳＮを持ち上記第１から第Ｎの信号の立
下がりがそれぞれＳ１からＳＮを交差したときに第１か
ら第Ｎのストップ信号を発生する第１から第Ｎのしきい
値処置器と、上記スタート信号の発生時刻と上記第１か
ら第Ｎのストップ信号の発生時刻との時間差をそれぞれ
Ｔ１からＴＮとして求める時間計測手段と、横軸および
縦軸をそれぞれ時間軸および電圧軸としたＮ個の座標
（Ｔ１，Ｓ１）から（ＴＮ，ＳＮ）を直線近似し、上記
直線が上記時間軸と交わる時間Ｔ０を求める手段とを備
え、上記レーザパルスの立下がり時間をΔＴとすると、
目標までの距離をＴ＝Ｔ０＋ΔＴにより得られる時間Ｔ
を用いて求めるようにしたことを特徴とするレーザ測距
装置。
【請求項５】目標に向けてレーザパルスを送信すると
同時にスタート信号を発生するレーザ送信器と、上記目
標で反射されたレーザパルスを受信し電圧信号に変換す
るレーザ受信器と、上記電圧信号を第１から第Ｎの複数
の信号に分岐する分岐回路と、上記第１の信号の立上が
りがしきい値Ｓ１を越えたときストップ信号を発生する
しきい値処理器と、上記スタート信号の発生時刻とスト
ップ信号の発生時刻との時間差Ｔ１を求める時間計測器
と、上記Ｔ１から遅延した時刻Ｔ２からＴＮにおいて上
記第２から第Ｎの信号の立上がりをそれぞれサンプリン
グしサンプリング値Ｓ２からＳＮを求める手段と、横軸
および縦軸をそれぞれ時間軸および電圧軸としたＮ個の
座標（Ｔ１，Ｓ１）から（ＴＮ，ＳＮ）を直線近似し、
上記直線が上記時間軸と交わる時間Ｔ０を求める手段と
を備え、上記レーザパルスの立上がり時間をΔＴとする
と、目標までの距離をＴ＝Ｔ０＋ΔＴにより得られる時
間Ｔを用いて求めるようにしたことを特徴とするレーザ
測距装置。
【請求項６】目標に向けてレーザパルスを送信すると
同時にスタート信号を発生するレーザ送信器と、上記目
標で反射されたレーザパルスを受信し電圧信号に変換す
るレーザ受信器と、上記電圧信号を第１から第Ｎの複数
の信号に分岐する分岐回路と、上記第１の信号の立下が
りがしきい値Ｓ１を越えたときストップ信号を発生する
しきい値処理器と、上記スタート信号の発生時刻とスト
ップ信号の発生時刻との時間差Ｔ１を求める時間計測器
と、上記Ｔ１から遅延した時刻Ｔ２からＴＮにおいて上
記第２から第Ｎの信号の立下がりをそれぞれサンプリン
グしサンプリング値Ｓ２からＳＮを求める手段と、横軸
および縦軸をそれぞれ時間軸および電圧軸としたＮ個の
座標（Ｔ１，Ｓ１）から（ＴＮ，ＳＮ）を直線近似し、
上記直線が上記時間軸と交わる時間Ｔ０を求める手段と
を備え、上記レーザパルスの立下がり時間をΔＴとす
る。目標までの距離をＴ＝Ｔ０＋ΔＴにより得られる時
間Ｔを用いて求めるようにしたことを特徴とするレーザ
測距装置。
【請求項７】目標に向けてレーザパルスを送信すると
同時にスタート信号を発生するレーザ送信器と、上記目
標で反射されたレーザパルスを受信し電圧信号に変換す
るレーザ受信器と、上記電圧信号の立上がりがしきい値
を越えたとき第１のストップ信号を発生し上記電圧信号
の立下がりが上記しきい値と交差したとき第２のストッ
プ信号を発生するしきい値処理器と、上記スタート信号
の発生時刻と上記第１のストップ信号および第２のスト
ップ信号の発生時刻との時間差Ｔ１およびＴ２を求める
時間計測器とを備え、上記レーザパルスの立上がり時間
および立下がり時間ΔＴ１およびΔＴ２とすると、目標
までの距離を【数１】により得られる時間Ｔあるいは時間Ｔ’を用いて求める
ようにしたことを特徴とするレーザ測距装置。
【請求項８】目標に向けてレーザパルスを送信すると
同時にスタート信号を発生するレーザ送信器と、上記目
標で反射されたレーザパルスを受信し電圧信号に変換す
るレーザ受信器と、上記電圧信号を第１から第Ｎの複数
の信号に分岐する分岐回路と、上記第１から第Ｎの信号
の第ｉ番目の信号に対応した第ｉのしきい値を持ち上記
第ｉ番目の信号の立上がりが上記第ｉのしきい値を越え
たとき第１のストップ信号を発生し上記第ｉ番目の信号
の立下がりが上記第ｉのしきい値と交差したとき第２の
ストップ信号を発生するしきい値処理器と、上記スター
ト信号の発生時刻と第ｉ番目の信号に対応した上記第１
のストップ信号および第２のストップ信号の発生時刻と
の時間差Ｔ１ｉおよびＴ２ｉを求める時間計測器とを備
え、上記レーザパルスの立上がり時間および立下がり時
間をΔＴおよびΔＴ２とすると、目標までの距離を【数２】により得られる時間Ｔあるいは時間Ｔ’を用いて求める
ようにしたことを特徴とするレーザ測距装置。