JP2913019B2 - 距離測定方法及び装置 - Google Patents
距離測定方法及び装置Info
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- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 101100328887 Caenorhabditis elegans col-34 gene Proteins 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波やレーザー
光等を用いて、距離を非接触的に計測する距離測定方法
及び装置に関するものである。
光等を用いて、距離を非接触的に計測する距離測定方法
及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、距離を簡易に測定できる有効
なレーダーシステムとして、ＦＭ−ＣＷレーダーが用い
られてきた。このＦＭ−ＣＷレーダーは、搬送波自体の
周波数を可変することによって距離情報を得ていた。
なレーダーシステムとして、ＦＭ−ＣＷレーダーが用い
られてきた。このＦＭ−ＣＷレーダーは、搬送波自体の
周波数を可変することによって距離情報を得ていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法は電波を使用する場合には有効であるが、超音波やレ
ーザー光を用いた場合、必要な測定精度を得るのに適し
た周波数で周波数変調することは困難であった。
法は電波を使用する場合には有効であるが、超音波やレ
ーザー光を用いた場合、必要な測定精度を得るのに適し
た周波数で周波数変調することは困難であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記に鑑みて提
案されたもので、搬送波信号を１送信周期内において連
続的に周波数が変化する変調信号でＡＭ変調か若しくは
強度変調をかけて生ずる送信波を送信し、目的物からの
反射波を受信して、上記変調信号との位相差によって生
じる干渉強度の差から、上記目的物の距離を検出する距
離測定方法を提供するものである。
案されたもので、搬送波信号を１送信周期内において連
続的に周波数が変化する変調信号でＡＭ変調か若しくは
強度変調をかけて生ずる送信波を送信し、目的物からの
反射波を受信して、上記変調信号との位相差によって生
じる干渉強度の差から、上記目的物の距離を検出する距
離測定方法を提供するものである。
【０００５】また、本発明は、搬送波信号を出力する第
１の発振手段と、１送信周期内において連続的に発振周
波数を変化可能な第２の発振手段と、上記第１の発振手
段の出力信号を上記第２の発振手段の出力信号でＡＭ変
調か若しくは強度変調して送信する送信手段と、該送信
手段から出力された送信波の目標物からの反射波を受信
する受信手段と、該受信手段の出力信号と上記第２の発
振手段の出力信号との位相差によって生じる干渉強度を
検出する干渉強度検出手段と、該干渉強度検出手段の出
力を上記目標物との距離情報に変換するデータ変換手段
で構成される距離測定装置を提供するものである。
１の発振手段と、１送信周期内において連続的に発振周
波数を変化可能な第２の発振手段と、上記第１の発振手
段の出力信号を上記第２の発振手段の出力信号でＡＭ変
調か若しくは強度変調して送信する送信手段と、該送信
手段から出力された送信波の目標物からの反射波を受信
する受信手段と、該受信手段の出力信号と上記第２の発
振手段の出力信号との位相差によって生じる干渉強度を
検出する干渉強度検出手段と、該干渉強度検出手段の出
力を上記目標物との距離情報に変換するデータ変換手段
で構成される距離測定装置を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下に本発明を図面に基づいて説
明する。図１は本発明の第１の実施形態における超音波
距離測定装置の構成を示すブロック図である。図におい
て１はＣＰＵ(Central Processing Unit)であり、ＲＯ
Ｍ(Read OnlyMemory）２に記憶されたプログラムに基づ
いて種々の処理を実行する。また、３はＲＡＭ(Random
Access Memory)であり、ＣＰＵ１からのデータの書き込
み、読み出しを行う。４は表示装置であり、測定した距
離データ等を表示する。
明する。図１は本発明の第１の実施形態における超音波
距離測定装置の構成を示すブロック図である。図におい
て１はＣＰＵ(Central Processing Unit)であり、ＲＯ
Ｍ(Read OnlyMemory）２に記憶されたプログラムに基づ
いて種々の処理を実行する。また、３はＲＡＭ(Random
Access Memory)であり、ＣＰＵ１からのデータの書き込
み、読み出しを行う。４は表示装置であり、測定した距
離データ等を表示する。
【０００７】５はＤ／Ａコンバータであり、ＣＰＵ１か
らの８ビットのディジタルデータをアナログ電圧信号に
変換し、後述するＶＣＯ（Voltage Controlled Oscilla
tor)８を制御するものである。また、６はＡ／Ｄコンバ
ータであり、アナログ信号を１２ビットのディジタルデ
ータに変換してＣＰＵ１がデータを読み込めるように機
能する。
らの８ビットのディジタルデータをアナログ電圧信号に
変換し、後述するＶＣＯ（Voltage Controlled Oscilla
tor)８を制御するものである。また、６はＡ／Ｄコンバ
ータであり、アナログ信号を１２ビットのディジタルデ
ータに変換してＣＰＵ１がデータを読み込めるように機
能する。
【０００８】７は搬送波発振器であり、ここでは４０ｋ
Ｈｚの正弦波信号を出力する（図２（ａ））。一方、Ｖ
ＣＯ８はＤ／Ａコンバータ５の出力電圧に基づいて、１
送信周期内において３００〜３５４０Ｈｚの正弦波信号
を出力する（図２（ｂ））。そして、変調器９によって
搬送波発振器７の出力信号をＶＣＯ８の出力信号でＡＭ
変調し、変調信号を送信手段１０に出力する（図２
（ｃ））。
Ｈｚの正弦波信号を出力する（図２（ａ））。一方、Ｖ
ＣＯ８はＤ／Ａコンバータ５の出力電圧に基づいて、１
送信周期内において３００〜３５４０Ｈｚの正弦波信号
を出力する（図２（ｂ））。そして、変調器９によって
搬送波発振器７の出力信号をＶＣＯ８の出力信号でＡＭ
変調し、変調信号を送信手段１０に出力する（図２
（ｃ））。
【０００９】送信手段１０は本実施形態においては、共
振型超音波発振器１０′で構成され、上記変調信号を、
上記超音波発振器１０′から超音波信号を目的物Ｏｂに
対して出力し、該目的物Ｏｂで反射した超音波信号は受
信手段１１で受信される。この場合、受信手段１１は例
えば超音波マイクロフォン等の超音波センサ１１′で構
成される。尚、超音波発振器１０′及び超音波センサ１
１′と目的物Ｏｂとの位置関係を図３に示す。この場
合、目的物Ｏｂは、台Ｏｂ２とその上に載置された本Ｏ
ｂ１の両方が相当する。
振型超音波発振器１０′で構成され、上記変調信号を、
上記超音波発振器１０′から超音波信号を目的物Ｏｂに
対して出力し、該目的物Ｏｂで反射した超音波信号は受
信手段１１で受信される。この場合、受信手段１１は例
えば超音波マイクロフォン等の超音波センサ１１′で構
成される。尚、超音波発振器１０′及び超音波センサ１
１′と目的物Ｏｂとの位置関係を図３に示す。この場
合、目的物Ｏｂは、台Ｏｂ２とその上に載置された本Ｏ
ｂ１の両方が相当する。
【００１０】受信手段１１の出力信号はエンべロープ検
波器１２を介して不要な搬送波を除去し、増幅器１３で
増幅され、ミクサ１４に入力される（図２（ｄ））。ま
た、ＶＣＯ８の出力信号もミクサ１４に入力されて、２
つの入力信号がミクサ１４でホモダイン検波されて干渉
波形信号が生じ、ＲＭＳ回路１５を介して出力される
（図４）。更に直流カットフィルタ１６を介して直流成
分を除去した後にＡ／Ｄコンバータ６に入力して、ディ
ジタルデータに変換される。
波器１２を介して不要な搬送波を除去し、増幅器１３で
増幅され、ミクサ１４に入力される（図２（ｄ））。ま
た、ＶＣＯ８の出力信号もミクサ１４に入力されて、２
つの入力信号がミクサ１４でホモダイン検波されて干渉
波形信号が生じ、ＲＭＳ回路１５を介して出力される
（図４）。更に直流カットフィルタ１６を介して直流成
分を除去した後にＡ／Ｄコンバータ６に入力して、ディ
ジタルデータに変換される。
【００１１】ＣＰＵ１は上記ディジタルデータをサンプ
リングしてＲＡＭ３に記憶する。そして、ＲＡＭ３に所
定量のデータが蓄積されると、ＣＰＵ１はディジタルバ
ンドパスフィルタ処理及びウィンドウ処理を行って、不
要な周波数成分を除去した後にＦＦＴ（First Fourier
Transform)処理を行って図５に示す距離情報に変換す
る。図５からも分かるように、台Ｏｂ２の距離である
１．５ｍと本Ｏｂ１の距離である１．９ｍに相当する位
置に大きなピークが認められる。すなわち、複数の目的
物Ｏｂの距離が計測されたことになる。
リングしてＲＡＭ３に記憶する。そして、ＲＡＭ３に所
定量のデータが蓄積されると、ＣＰＵ１はディジタルバ
ンドパスフィルタ処理及びウィンドウ処理を行って、不
要な周波数成分を除去した後にＦＦＴ（First Fourier
Transform)処理を行って図５に示す距離情報に変換す
る。図５からも分かるように、台Ｏｂ２の距離である
１．５ｍと本Ｏｂ１の距離である１．９ｍに相当する位
置に大きなピークが認められる。すなわち、複数の目的
物Ｏｂの距離が計測されたことになる。
【００１２】次に以上の動作を図６のフローチャートに
基づいて説明する。先ず、ステップＳ１でＲＡＭ３内の
所定エリアに設けられたＤ／Ａコンバータデータに初期
値を設定する。この初期値は例えばＶＣＯ８の発振周波
数のスキャン開始周波数である例えば３００Ｈｚに対応
している。
基づいて説明する。先ず、ステップＳ１でＲＡＭ３内の
所定エリアに設けられたＤ／Ａコンバータデータに初期
値を設定する。この初期値は例えばＶＣＯ８の発振周波
数のスキャン開始周波数である例えば３００Ｈｚに対応
している。
【００１３】ステップＳ２でＤ／Ａコンバータデータを
Ｄ／Ａコンバータ５に出力し、ステップＳ３でＶＣＯ８
は印加された電圧信号に対応した周波数の基準発振信号
を出力する。
Ｄ／Ａコンバータ５に出力し、ステップＳ３でＶＣＯ８
は印加された電圧信号に対応した周波数の基準発振信号
を出力する。
【００１４】ステップＳ４でＡＭ変調器９において搬送
波発振器７からの搬送波信号をＶＣＯ８からの基準発振
信号でＡＭ変調し、ステップＳ５で送信手段１０から超
音波信号を目的物Ｏｂに対して出力する。
波発振器７からの搬送波信号をＶＣＯ８からの基準発振
信号でＡＭ変調し、ステップＳ５で送信手段１０から超
音波信号を目的物Ｏｂに対して出力する。
【００１５】ステップＳ６で目的物Ｏｂで反射した反射
波は、受信手段１１で電気信号に変換され、エンベロー
プ検波器１２で搬送波を除去した後に増幅器１３で所定
の電圧値にまで増幅され、ミクサ１４でＶＣＯ８からの
基準発振信号とホモダイン検波されて干渉強度信号にな
る。更に、ＲＭＳ回路１５を介して干渉強度信号のＲＭ
Ｓ信号が出力される。
波は、受信手段１１で電気信号に変換され、エンベロー
プ検波器１２で搬送波を除去した後に増幅器１３で所定
の電圧値にまで増幅され、ミクサ１４でＶＣＯ８からの
基準発振信号とホモダイン検波されて干渉強度信号にな
る。更に、ＲＭＳ回路１５を介して干渉強度信号のＲＭ
Ｓ信号が出力される。
【００１６】ステップＳ７で直流カットフィルタ１６を
介して直流成分を除去し、Ａ／Ｄコンバータ６でディジ
タルデータに変換し、ＲＡＭ３の所定エリアにデータを
記憶する。そして、ステップＳ８でＲＡＭ３内のＤ／Ａ
コンバータデータの値をインクリメントする。
介して直流成分を除去し、Ａ／Ｄコンバータ６でディジ
タルデータに変換し、ＲＡＭ３の所定エリアにデータを
記憶する。そして、ステップＳ８でＲＡＭ３内のＤ／Ａ
コンバータデータの値をインクリメントする。
【００１７】ステップＳ９でＶＣＯ８の発振周波数が所
定のスキャンを終了したかを判断し（Ｄ／Ａコンバータ
データの値を所定回数だけインクリメントして、発振周
波数がスキャン終了周波数である例えば３５４０Ｈｚに
達したかを判断し）、所定のスキャンが終了していなけ
ればステップＳ２に戻る。
定のスキャンを終了したかを判断し（Ｄ／Ａコンバータ
データの値を所定回数だけインクリメントして、発振周
波数がスキャン終了周波数である例えば３５４０Ｈｚに
達したかを判断し）、所定のスキャンが終了していなけ
ればステップＳ２に戻る。
【００１８】ステップＳ１０でＲＡＭ３内に記憶された
干渉強度データをディジタルバンドパスフィルタ処理
し、ステップＳ１１で更にウィンドウ処理して不要な帯
域の周波数を除去し、ステップＳ１２でＦＦＴ処理を行
い干渉強度データを距離情報データに変換し、ステップ
Ｓ１３で表示装置４に表示させる。
干渉強度データをディジタルバンドパスフィルタ処理
し、ステップＳ１１で更にウィンドウ処理して不要な帯
域の周波数を除去し、ステップＳ１２でＦＦＴ処理を行
い干渉強度データを距離情報データに変換し、ステップ
Ｓ１３で表示装置４に表示させる。
【００１９】以上に示した動作を実施することにより、
本実施形態における超音波距離測定装置は正確に複数の
目的物との距離を測定し表示することができる。
本実施形態における超音波距離測定装置は正確に複数の
目的物との距離を測定し表示することができる。
【００２０】図７は本発明の第２の実施形態におけるレ
ーザー光距離測定装置の構成を示すブロック図である。
尚、第１の実施形態と同一構成は同一名称で記載し、説
明は省略する。
ーザー光距離測定装置の構成を示すブロック図である。
尚、第１の実施形態と同一構成は同一名称で記載し、説
明は省略する。
【００２１】本実施形態では第１の実施形態における搬
送波発振器及び送信手段の機能をレーザーダイオード１
８が受け持っている。すなわち、レーザーダイオード１
８に所定の駆動電流を供給すると、レーザーダイオード
１８は一定の光周波数で発振して所定の強度のレーザー
光を放射する（図８（ａ））。この際に駆動電流を変化
させるとレーザー光の強度が変化するので、ＶＣＯ８の
出力（図８（ｂ））を電流駆動回路１７を介してレーザ
ーダイオード１８に入力すると、レーザーダイオード１
８の出力光はＶＣＯ８の発振周波数に比例して強度変化
する（図８（ｃ））。
送波発振器及び送信手段の機能をレーザーダイオード１
８が受け持っている。すなわち、レーザーダイオード１
８に所定の駆動電流を供給すると、レーザーダイオード
１８は一定の光周波数で発振して所定の強度のレーザー
光を放射する（図８（ａ））。この際に駆動電流を変化
させるとレーザー光の強度が変化するので、ＶＣＯ８の
出力（図８（ｂ））を電流駆動回路１７を介してレーザ
ーダイオード１８に入力すると、レーザーダイオード１
８の出力光はＶＣＯ８の発振周波数に比例して強度変化
する（図８（ｃ））。
【００２２】レーザーダイオード１８から出力されたレ
ーザー光は対象物Ｏｂで反射してフォトダイオード１９
の受光面に入射する。このフォトダイオード１９の出力
信号は（図８（ｄ））、電圧出力回路２０を介して電圧
に変換され、第１の実施形態と同様に増幅器１３で所定
の電圧値に増幅されてミクサ１４に入力する。そして、
ミクサ１４で第１の実施形態と同様にＶＣＯ８からの基
準発振信号でホモダイン検波され、干渉強度信号が得ら
れる。後は第１の実施形態と同様の処理を経て、距離情
報データが得られる訳である。
ーザー光は対象物Ｏｂで反射してフォトダイオード１９
の受光面に入射する。このフォトダイオード１９の出力
信号は（図８（ｄ））、電圧出力回路２０を介して電圧
に変換され、第１の実施形態と同様に増幅器１３で所定
の電圧値に増幅されてミクサ１４に入力する。そして、
ミクサ１４で第１の実施形態と同様にＶＣＯ８からの基
準発振信号でホモダイン検波され、干渉強度信号が得ら
れる。後は第１の実施形態と同様の処理を経て、距離情
報データが得られる訳である。
【００２３】以上、本発明を実施形態に基づいて説明し
たが、本発明は上記した実施形態に限定されるものでは
なく、特許請求の範囲に記載した構成を変更しない限り
どのようにでも実施できる。例えば距離情報の表示はデ
ィジタル表示で行っても良い。
たが、本発明は上記した実施形態に限定されるものでは
なく、特許請求の範囲に記載した構成を変更しない限り
どのようにでも実施できる。例えば距離情報の表示はデ
ィジタル表示で行っても良い。
【００２４】
【発明の効果】以上に示したように、本発明における距
離測定方法及び装置は、複数の目的物に対して距離を測
定できると共に、全ての構成を電子回路部品だけで構成
でき、装置小型化及び軽量化が図れると共に製造コスト
を低減でき、産業界において幅広く応用することが可能
である等、多大な効果を奏する。
離測定方法及び装置は、複数の目的物に対して距離を測
定できると共に、全ての構成を電子回路部品だけで構成
でき、装置小型化及び軽量化が図れると共に製造コスト
を低減でき、産業界において幅広く応用することが可能
である等、多大な効果を奏する。
【図１】本発明の第１の実施形態における距離測定装置
の構成を示すブロック図である。
の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）乃至（ｄ）は本発明の第１の実施形態に
おける距離測定装置における信号の波形を示す概念図で
ある。
おける距離測定装置における信号の波形を示す概念図で
ある。
【図３】本発明の第１の実施形態における距離測定装置
と目的物との位置関係を示す構成図である。
と目的物との位置関係を示す構成図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における距離測定装置
の干渉波周波数の周波数対出力の関係を示す特性図であ
る。
の干渉波周波数の周波数対出力の関係を示す特性図であ
る。
【図５】本発明の第１の実施形態における距離測定装置
の距離対相対強度の関係を示す特性図である。
の距離対相対強度の関係を示す特性図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における距離測定装置
の動作を示すフローチャートである。
の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態における距離測定装置
の構成を示すブロック図である。
の構成を示すブロック図である。
【図８】（ａ）乃至（ｄ）は本発明の第２の実施形態に
おける距離測定装置における信号の波形を示す概念図で
ある。
おける距離測定装置における信号の波形を示す概念図で
ある。
１ ＣＰＵ ２ ＲＯＭ ３ ＲＡＭ ４ 表示装置 ５ Ｄ／Ａコンバータ ６ Ａ／Ｄコンバータ ７ 搬送波発振器 ８ ＶＣＯ ９ ＡＭ変調器 １０ 送信手段 １０′ 共振型超音波発振器 １１ 受信手段 １１′ 超音波センサ １２ エンベロープ検波器 １３ 増幅器 １４ ミクサ １５ ＲＭＳ回路 １６ 直流カットフィルタ １７ 電流駆動回路 １８ レーザーダイオード １９ フォトダイオード ２０ 電圧出力回路 Ｏｂ 目的物 Ｏｂ１ 本 Ｏｂ２ 台
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−138231（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−186337（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−187485（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−129181（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−102387（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−102386（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−94783（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−68090（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01S 7/00 - 7/64 G01S 13/00 - 17/88 G01B 11/00
Claims (6)
- 【請求項１】 搬送波信号を１送信周期内において連続
的に周波数が変化する変調信号でＡＭ(Amplitude Modul
ation)変調か若しくは強度変調をかけて生ずる送信波を
送信し、目的物からの反射波を受信して、上記変調信号
との位相差によって生じる干渉強度の差から、上記目的
物の距離を検出することを特徴とする距離測定方法。 - 【請求項２】 上記ＡＭ変調された送信波は超音波であ
ることを特徴とする請求項１に記載の距離測定方法。 - 【請求項３】 上記強度変調された送信波はレーザー光
であることを特徴とする請求項１に記載の距離測定方
法。 - 【請求項４】 搬送波信号を出力する第１の発振手段
と、１送信周期内において連続的に発振周波数を変化可
能な第２の発振手段と、上記第１の発振手段の出力信号
を上記第２の発振手段の出力信号でＡＭ変調か若しくは
強度変調して送信する送信手段と、該送信手段から出力
された送信波の目標物からの反射波を受信する受信手段
と、該受信手段の出力信号と上記第２の発振手段の出力
信号との位相差によって生じる干渉強度を検出する干渉
強度検出手段と、該干渉強度検出手段の出力を上記目標
物との距離情報に変換するデータ変換手段とからなるこ
とを特徴とする距離測定装置。 - 【請求項５】 上記ＡＭ変調された送信波は超音波であ
ることを特徴とする請求項４に記載の距離測定装置。 - 【請求項６】 上記強度変調された送信波はレーザー光
であることを特徴とする請求項４に記載の距離測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8225287A JP2913019B2 (ja) | 1996-08-27 | 1996-08-27 | 距離測定方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8225287A JP2913019B2 (ja) | 1996-08-27 | 1996-08-27 | 距離測定方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1068774A JPH1068774A (ja) | 1998-03-10 |
| JP2913019B2 true JP2913019B2 (ja) | 1999-06-28 |
Family
ID=16826975
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8225287A Expired - Lifetime JP2913019B2 (ja) | 1996-08-27 | 1996-08-27 | 距離測定方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2913019B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3867664B1 (en) * | 2018-10-15 | 2025-04-30 | Bifrost Communications APS | Optical system including high performance optical receiver and method thereof |
-
1996
- 1996-08-27 JP JP8225287A patent/JP2913019B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1068774A (ja) | 1998-03-10 |
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