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JP2967656B2 - Distance measuring device - Google Patents
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JP2967656B2 - Distance measuring device - Google Patents

Distance measuring device

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JP2967656B2
JP2967656B2 JP4265687A JP26568792A JP2967656B2 JP 2967656 B2 JP2967656 B2 JP 2967656B2 JP 4265687 A JP4265687 A JP 4265687A JP 26568792 A JP26568792 A JP 26568792A JP 2967656 B2 JP2967656 B2 JP 2967656B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、距離測定装置に関し、
特にパルスレーザを利用した高精度の距離測定装置に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distance measuring device,
In particular, the present invention relates to a high-precision distance measuring device using a pulse laser.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、パルスレーザを利用した距離測
定装置は、図5に例を示すように、レーザ発振器1,送
信パルスモニタ回路12,送受信光学系3,光検出器
4,増幅器5,弁別回路9,カウンタ回路7および表示
器8等からなっている。基本的な動作は、レーザ発振器
1から出た光の一部を送信パルスモニタ回路12にて検
出してカウンタ回路7のスタート信号とすると共に、大
部分の光を送受信光学系3を経由して目標物11に当
て、反射光の一部を送受信光学系3にて受光し、光検出
器4にて電気信号に変え増幅器5にて増幅した後、弁別
回路9で所定レベルを超える信号を取り出し、カウンタ
回路7のストップ信号としている。カウンタ回路7がス
タートしてからストップまでの時間から光の伝播距離を
算出して、表示器8等で目標までの距離の表示を行う。
図6に示すように、レーザ波形は立ち上がりに或る程度
の時間を要するので、目標までの距離の差異や目標の反
射率の相違により受光レベルの強さが波形AまたはBの
ように異なると、一定入力Vで弁別回路9が動作するよ
うにした場合、カウンタ回路7がストップする時間T1
とT2が異なり、目標までの距離が異なったように算出
される。この問題を解決する為に、以下に述べる各種の
方策が提案され、実用に供されている。それぞれ限定さ
れた条件のもとでは、相応の効果を発揮しているが、そ
れ以外の条件では問題点を有する場合がある。以下、レ
ーザの波形特に立ち上がり部分に起因する距離測定の誤
差を取り除く方法の概要と、利点、問題点について記
す。
2. Description of the Related Art Generally, as shown in FIG. 5, a distance measuring apparatus using a pulse laser includes a laser oscillator 1, a transmission pulse monitor circuit 12, a transmission / reception optical system 3, a photodetector 4, an amplifier 5, a discriminator. It comprises a circuit 9, a counter circuit 7, a display 8, and the like. The basic operation is that a part of the light emitted from the laser oscillator 1 is detected by the transmission pulse monitor circuit 12 and used as a start signal of the counter circuit 7, and most of the light is transmitted via the transmission / reception optical system 3. A part of the reflected light is received by the transmission / reception optical system 3 and is converted into an electric signal by the photodetector 4, amplified by the amplifier 5, and then a signal exceeding a predetermined level is extracted by the discrimination circuit 9. , The stop signal of the counter circuit 7. The light propagation distance is calculated from the time from when the counter circuit 7 starts to when it stops, and the distance to the target is displayed on the display 8 or the like.
As shown in FIG. 6, since the laser waveform takes a certain amount of time to rise, if the intensity of the received light level differs as in the waveform A or B due to the difference in the distance to the target or the difference in the reflectance of the target. When the discrimination circuit 9 is operated at a constant input V, the time T1 at which the counter circuit 7 stops
And T2 are different, and the distance to the target is calculated differently. In order to solve this problem, various measures described below have been proposed and put to practical use. Under the respective limited conditions, the corresponding effect is exhibited, but under other conditions, there may be a problem. Hereinafter, an outline of a method of removing a distance measurement error caused by a laser waveform, particularly a rising portion, and advantages and problems will be described.

【0003】1)パルス幅測定回路を付加した測定方法
特開平3−81687号参照 図7(a)に示すようにパルス幅測定回路10を付加し
て、図7(b)に示すように送信と受信それぞれのパル
ス立ち上がりと立ち下がりの、スレッショルドレベル間
の時間を計測して、その中間点即ちパルスのピークに相
当する所の間隔を計ることに相当する操作を行う方法で
ある。
[0003] 1) Measuring method in which a pulse width measuring circuit is added See JP-A-3-81687. A pulse width measuring circuit 10 is added as shown in FIG. 7 (a) and transmitted as shown in FIG. 7 (b). This is a method of measuring the time between the threshold levels of the rise and fall of each pulse and the time of reception, and performing an operation equivalent to measuring the intermediate point between them, that is, the interval corresponding to the peak of the pulse.

【0004】この方法は、図7(b)に示すように、発
射レーザ光信号の光検出信号のパルス幅T1と、受光系
への入力レーザ光信号の受光系出力信号T2と、これら
の検出信号と出力信号との時間間隔TDとをTD−1/
2*T1+1/2*T2の演算をして、発射レーザ光と
受信レーザ光とのピーク間隔Tを測定する。この方法の
利点は他の方法に比べて比較的簡便なことであるが、送
信パルスの立ち上がりと立ち下がりが非対象であった
り、照射した光が目標物11以外にも当たって、受信す
るパルスの立ち下がりが緩やかになる場合は、スレッシ
ョルドレベルで切った時間の中央とパルスのピークが一
致せず、これが原因で入力レベルの強弱により計測時間
が変化する等の問題点がある。これと類似の方法として
特開昭51−22465に述べられているような、カウ
ンタを2組用意して立ち上がり、立ち下がり同士の間隔
を計測する方法もあるが、同様な利点と問題点を有して
いる。
In this method, as shown in FIG. 7 (b), a pulse width T1 of a light detection signal of an emitted laser light signal, a light receiving system output signal T2 of an input laser light signal to the light receiving system, and detection of these signals. The time interval TD between the signal and the output signal is represented by TD-1 /
By calculating 2 * T1 + 1/2 * T2, the peak interval T between the emitted laser light and the received laser light is measured. The advantage of this method is that it is relatively simple compared to other methods, but the rising and falling of the transmission pulse is asymmetric, When the falling edge of the signal becomes gentle, the center of the time cut at the threshold level does not coincide with the peak of the pulse, which causes a problem that the measurement time changes depending on the input level. As a similar method, there is a method of preparing two sets of counters and measuring the interval between rising and falling edges as described in JP-A-51-22465, but has the same advantages and problems. doing.

【0005】2)遅延回路と減衰回路を併用して、受光
したパルスの強弱に拘わらず、常にパルス波形の一定位
置でカウンタ回路を動作させる方法。
[0005] 2) A method in which a counter circuit is always operated at a fixed position of a pulse waveform by using both a delay circuit and an attenuation circuit, regardless of the intensity of a received pulse.

【0006】コンスタント フラクション ディスクリ
ミネータ(Constant Fraction Di
scriminator)と呼ばれ、一般にCFDと略
して使用されている(以下本発明でもCFDと略す)回
路を利用して、送信パルスの非対称や受信パルスの立ち
下がりが緩やかになっても関係なくパルスのピーク位置
を検出出来る方法がある。例えば「1977年1月、ア
プライド・オプティックス、第16巻、第1号16頁〜
18頁(Applied Optics,Vol.1
6,No.1.January,1977)」参照。図
8(a)に示すように、単なる弁別回路9の代わりにC
FD回路6を使用する。CFD回路とは、図8(b)に
示すように、受信したパルスを二つに分割して、一方は
減衰回路6aにより1/2に減衰し、他方は遅延回路6
bにより、一般にパルス幅の1/2の時間、即ちピーク
の1/2の点からパルスのピークまでの時間だけ遅延さ
せた後に、両者を弁別回路(ディスクリミネータ)6c
に入れて、両者が等しい強度になった瞬時即ち受信パル
スのピークの位置に相当する時間にカウンタ回路7をス
トップさせる信号を送出する。実際には僅かなノイズに
よってもCFDが動作することが考えられるので、図8
(c)に示すように弁別回路を二つ用い、弁別回路6d
により基準電圧を超えるレベルの信号が得られた場合の
みAND回路6eが動作してカウンタ回路7をストップ
させる信号が得られている等の配慮をした方法がとられ
ている。この方法の利点は送信パルスが非対称であって
も、目標物11の後方からの反射により受信パルスの立
ち下がりが緩やかになっても、常にパルスのピーク位置
で弁別回路6cを動作させることが出来ることである。
但し、この条件が成立する為には、遅延回路6bの遅延
時間が、正確にパルスの1/2の点とパルスのピークま
での時間に一致していなければならない。半導体レーザ
等のように、ドライブする波形にほぼ等しいレーザ波形
が得られるものについては、パルス波形の変動は事実上
問題にしなくともよいが、フラッシュランプで励起され
る固体レーザ、特に温度により上の準位の状態が変化
し、発振波形が異なる3準位レーザでは、パルス幅或は
ピークの1/2からパルスのピークまでの時間が温度に
よって変化してしまう。またレーザ物質の温度が外気温
により変化するのみであれば、外気温に応じて遅延時間
が変化する遅延回路等を用いて、遅延時間を調節するこ
とも可能であるかも知れないが、実際はレーザを発射す
るにつれてレーザ物質の上がり、パルス波形が変化する
ので補正は容易ではない。更に、レーザ波形は温度によ
り上の準位の状態が変化する問題だけでなく、熱分布の
不均一による歪みの影響をも受けるので、仮に温度を正
確にモニタしてもパルス波形を推定することは困難であ
る。
[0006] Constant Fraction Discriminator (Constant Fraction Di)
Using a circuit generally called a CFD (hereinafter abbreviated as a CFD in the present invention), a pulse is used regardless of the asymmetry of the transmission pulse or the gradual fall of the reception pulse. There is a method that can detect the peak position. For example, "January 1977, Applied Optics, Vol. 16, No. 1, page 16-
Page 18 (Applied Optics, Vol. 1).
6, No. 1. January, 1977) ". As shown in FIG. 8A, instead of a simple discrimination circuit 9, C
The FD circuit 6 is used. As shown in FIG. 8B, the CFD circuit divides a received pulse into two, one of which is attenuated by half by an attenuation circuit 6a, and the other is a delay circuit 6
b, the delay is delayed by half the pulse width, that is, the time from the half point of the peak to the peak of the pulse, and then the discrimination circuit (discriminator) 6c
And a signal for stopping the counter circuit 7 at the moment when the two have the same intensity, that is, at the time corresponding to the peak position of the received pulse. Actually, it is conceivable that the CFD operates even with a slight noise.
As shown in (c), two discriminating circuits are used, and a discriminating circuit 6d is used.
Therefore, a method is considered in which the AND circuit 6e operates and a signal for stopping the counter circuit 7 is obtained only when a signal having a level exceeding the reference voltage is obtained. The advantage of this method is that the discrimination circuit 6c can always be operated at the peak position of the pulse even if the transmission pulse is asymmetric or the fall of the reception pulse becomes gentle due to reflection from the rear of the target 11. That is.
However, in order for this condition to be satisfied, the delay time of the delay circuit 6b must exactly match the time between the half point of the pulse and the peak of the pulse. For a laser such as a semiconductor laser capable of obtaining a laser waveform substantially equal to the waveform to be driven, the fluctuation of the pulse waveform may not be a problem, but a solid-state laser excited by a flash lamp, In a three-level laser in which the state of the level changes and the oscillation waveform is different, the time from the pulse width or the half of the peak to the peak of the pulse changes depending on the temperature. If the temperature of the laser substance only changes with the outside air temperature, it may be possible to adjust the delay time using a delay circuit or the like that changes the delay time according to the outside air temperature. As the laser material rises and the pulse waveform changes as the light is emitted, the correction is not easy. Furthermore, the laser waveform is affected not only by the problem that the state of the upper level changes depending on the temperature, but also by the distortion due to the unevenness of the heat distribution. Therefore, even if the temperature is accurately monitored, the pulse waveform must be estimated. It is difficult.

【0007】3)その他の方法 既知のパルス波形の場
合に、受信したパルスの強度をピークホルド回路等を用
いて測定し、パルス波形と受信強度からカウンタ回路7
がどの程度早めに動作するかを計算して、その時間相当
分を補正する方法特開平3−38898号参照。サンプ
ルレートの早いディジタルオシロスコープでパルス波形
を伝播距離相当の遅延時間を含めて記憶し、受信波形の
ピークまでの時間から距離を算出する等の方法も考えら
れるが、詳細は略す。
3) Other methods In the case of a known pulse waveform, the intensity of the received pulse is measured using a peak hold circuit or the like, and the counter circuit 7 is determined from the pulse waveform and the received intensity.
A method of calculating how early the device operates and correcting the time equivalent is disclosed in JP-A-3-38898. A method of storing a pulse waveform including a delay time corresponding to a propagation distance with a digital oscilloscope having a high sampling rate and calculating a distance from a time until a peak of a received waveform may be considered, but details are omitted.

【0008】パルス波形が変動すると言う問題について
考えた場合、受信側で時間変動が生ずるだけでなく、以
下に示すように送信側即ちスタートパルス信号の発生に
対しても時間変動が生ずる。一般にフラッシュランプで
励起された固体レーザの場合、同じエネルギで励起され
たとしても、レーザ物質の温度が上がるにつれて、パル
ス幅が広がりピーク出力が減少する。同じピーク出力で
パルス幅が広がれば、トリガ点即ち出力スレッショルド
レベルを超える時は、前方に移動するが、ピーク出力は
減少するので、パルス幅が広がってもトリガ点が常に前
方に移動するとは限らない。例えば図9(a)または
(b)に示すように、パルス波形とスレッショルドレベ
ルの相対関係により、同じようにパルス幅が広がった場
合でも、トリガする時間ΔT2がもとのΔT1に対して
早くなったり遅くなったりする。従って、パルス幅が変
動するレーザでは、送信するパルスのピーク位置とカウ
ンタ回路7へのスタートパルスを発生させるために、送
信パルスモニタ回路12をトリガする時間の関係は、変
動し距離測定の誤差の原因となる。
When considering the problem that the pulse waveform fluctuates, not only the time fluctuation occurs on the receiving side, but also the time fluctuation occurs on the transmitting side, that is, the generation of the start pulse signal as described below. In general, in the case of a solid-state laser excited by a flash lamp, even if excited by the same energy, the pulse width increases and the peak output decreases as the temperature of the laser material increases. If the pulse width increases with the same peak output, the trigger point, that is, if the output threshold level is exceeded, moves forward, but the peak output decreases, so even if the pulse width increases, the trigger point does not always move forward. Absent. For example, as shown in FIG. 9A or 9B, the triggering time ΔT2 is earlier than the original ΔT1 due to the relative relationship between the pulse waveform and the threshold level, even if the pulse width is similarly widened. Or slow down. Therefore, in a laser whose pulse width fluctuates, the relationship between the peak position of the pulse to be transmitted and the time for triggering the transmission pulse monitor circuit 12 to generate a start pulse to the counter circuit 7 fluctuates, and the error of the distance measurement varies. Cause.

【0009】ここでCFD回路6について、より詳細に
述べる。各種文献、市販のCFD回路のデータで示され
ているように、数ns〜十数nsのパルス幅のレーザを
用いた場合、入力信号のレベルが2桁以上異なっても、
パルス幅が一定である限り、トリガ位置の移動(タイム
ウォークと呼んでいる)はns以下(100ps程
度)である。一方、パルス幅が変動するとトリガ位置が
移動する例を図10に示す。(a)のように遅延させる
信号100の遅延時間がピークの1/2の点からピーク
迄の時間と等しい時はCFDが動作する点は、遅延させ
ないパルス101のピークと一致するが、(b)のよう
に遅延時間が不変のままパルス幅が広がるとCFDが動
作する点は、遅延させないパルス101のピークよりも
手前に来る。即ち計測時間が短くなったようになり、距
離は短めに算出される。一方、(c)のように遅延時間
が不変のままパルス幅が狭くなると、CFDが動作する
点は後ろに、即ち計測時間が長くなったようになり、距
離は長めに算出される。具体的計算例として、図11に
パルス幅30nsの場合に最適になるよう、遅延時間を
15nsとした場合、パルス幅が40nsに広がった
り、20nsに狭まった場合のCFD動作点の移動量を
求める表を示す。パルス波形はガウス分布即ち正規分布
と仮定し、 y=exp(−(2.3548×t/W)2 /2)
《t;ピークからの時間(ns) W;パルス半値全幅
(ns) y;ピークからtだけ離れた点でのパルス強
度》として求めたものである。図11の40nsの欄を
見ると、遅れ時間0で1/2に減衰させたものの強度
と、15ns遅らせたものの強度が等しくなるのは、
0.472前後の強度のところ即ち、−5nsと−6n
sの間にある。詳しくはパルス幅30nsの時に比べて
約5.7ns早くカウンタ回路がストップしてしまう。
図11の20nsの欄を見ると、遅れ時間0で1/2に
減衰させたものの強度と、15ns遅らせたものの強度
が等しくなるのは、0.444前後の強度のところ即
ち、4nsと5nsの間にある。詳しくはパルス幅30
nsの時に比べて約4.2ns遅くカウンタ回路がスト
ップするようになる。
Here, the CFD circuit 6 will be described in more detail. As shown in various documents and data of commercially available CFD circuits, when a laser having a pulse width of several ns to several tens of ns is used, even if the level of the input signal differs by two digits or more,
As long as the pulse width is constant, the movement of the trigger position (called time walk) is ns or less (about 100 ps). On the other hand, FIG. 10 shows an example in which the trigger position moves when the pulse width changes. When the delay time of the signal 100 to be delayed is equal to the time from the half point of the peak to the peak as shown in (a), the point where the CFD operates coincides with the peak of the pulse 101 which is not delayed. The point where the CFD operates when the pulse width is widened with the delay time unchanged as in ()) comes before the peak of the pulse 101 which is not delayed. That is, the measurement time becomes shorter, and the distance is calculated to be shorter. On the other hand, if the pulse width is reduced while the delay time remains unchanged as in (c), the point at which the CFD operates is later, that is, the measurement time is longer, and the distance is calculated longer. As a specific calculation example, the movement amount of the CFD operation point when the pulse width is widened to 40 ns or narrowed to 20 ns is determined so that the delay time is set to 15 ns so that the pulse width becomes 30 ns in FIG. A table is shown. Pulse waveform assuming a Gaussian distribution i.e. normal distribution, y = exp (- (2.3548 × t / W) 2/2)
<T: time from peak (ns) W; full width at half maximum of pulse (ns) y: pulse intensity at point distant from peak by t> Looking at the column of 40 ns in FIG. 11, the intensity of the signal attenuated by で with a delay time of 0 is equal to the intensity of the signal delayed by 15 ns.
Where the intensity is around 0.472, ie -5 ns and -6 n
s. Specifically, the counter circuit stops about 5.7 ns earlier than when the pulse width is 30 ns.
Looking at the column of 20 ns in FIG. 11, the intensity of the signal attenuated by に with a delay time of 0 and the intensity of the signal delayed by 15 ns become equal at the intensity around 0.444, that is, between 4 ns and 5 ns. between. Specifically, pulse width 30
The counter circuit stops about 4.2 ns later than at the time of ns.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
CFD回路は目標物11までの距離や目標物11の反射
率に起因する入力レベルの変動に対しては、トリガ位置
が変動しない効果を発揮するが、自己が発振するレーザ
のパルスの幅の変動に適応することが出来ない。実際に
は上記計算例のようにパルス幅が±10nsも変動する
ことは少ないが、カウンタ回路7のストップ時間が1n
ずれても15cmの距離測定誤差を生ずるのであるか
ら、高精度の距離測定に際してパルス幅の変動は無視出
来ない。またパルス幅の変動はカウンタ回路7のスター
トパルスの発生時間にも影響を及ぼし、距離測定誤差は
2つの複合した要因が複雑に組み合わさったものとなる
等の問題点があった。
As described above,
The CFD circuit has an effect that the trigger position does not fluctuate with respect to the fluctuation of the input level due to the distance to the target 11 and the reflectance of the target 11, but the fluctuation of the pulse width of the laser oscillated by itself. Can not adapt to Actually, the pulse width does not vary as much as ± 10 ns as in the above calculation example, but the stop time of the counter circuit 7 is 1 ns.
Even if the distance is shifted by s, a distance measurement error of 15 cm occurs, so that a pulse width fluctuation cannot be ignored in high-accuracy distance measurement. Further, the fluctuation of the pulse width also affects the generation time of the start pulse of the counter circuit 7, and the distance measurement error has a problem that two complex factors are complicatedly combined.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】第1の発明として、レー
ザ発振器と、このレーザ発振器からのレーザ光を目標物
に照射し、その反射光を受光する送受信光学系と、前記
レーザ発振器からのレーザ光の一部を受光し、パルス信
号のピーク位置を検出する第1のCFD回路を内蔵した
送信パルスモニタ回路と、前記送受信光学系からの目標
物反射光を電気信号に変換する光検出器と、この光検出
器からの信号を受け、受信信号のピーク位置を検出する
第2のCFD回路と、前記モニタ回路からの出力を受け
てカウントを開始し、前記第2のCFD回路からの出力
を受けてこのカウントを停止するカウンタ回路と、この
カウンタ回路のカウント値より算出した目標物までの距
離を表示する表示回路とを備えたことを特徴とする距離
測定装置を提供する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a laser oscillator, a transmission / reception optical system for irradiating a target object with laser light from the laser oscillator and receiving the reflected light, and a laser from the laser oscillator. A transmission pulse monitoring circuit incorporating a first CFD circuit for receiving a part of light and detecting a peak position of a pulse signal; and a photodetector for converting target reflected light from the transmission / reception optical system into an electric signal. A second CFD circuit that receives a signal from the photodetector and detects a peak position of a received signal, and starts counting by receiving an output from the monitor circuit, and outputs an output from the second CFD circuit. And a display circuit for displaying the distance to a target calculated from the count value of the counter circuit. .

【0012】第2の発明として、上記第1の発明の距離
測定装置において、前記レーザ発振器からのレーザ光の
一部を前記光検出器に直接入力する導入器を備え、前記
カウンタ回路は前記第2のCFD回路からの第1回目の
入力によってカウントを開始し、次の入力によってカウ
ントを停止することを特徴とする距離測定装置を提供す
る。
As a second invention, in the distance measuring apparatus according to the first invention, there is provided an introducer for directly inputting a part of laser light from the laser oscillator to the photodetector, and the counter circuit is provided with the counter circuit. A distance measuring device is provided, wherein the counting is started by the first input from the CFD circuit 2 and stopped by the next input.

【0013】第3の発明として、レーザ発振器と、この
レーザ発振器からのレーザ光を目標物に照射し、その反
射光を受光する送受信光学系と、前記レーザ発振器から
のレーザ光の一部を受光する送信パルスモニタ回路と、
このモニタ回路からの信号を整合する整合回路と、前記
送受信光学系からの目標物反射光を電気信号に変換する
光検出器と、この光検出器からの信号及び前記整合回路
からの出力を受け、受信信号のピーク位置を検出するC
FD回路と、このCFD回路からの第1回目の入力によ
ってカウントを開始し、次の入力によってカウントを停
止するカウンタ回路と、このカウンタ回路のカウント値
より算出した目標物までの距離を表示する表示回路とを
備えたことを特徴とする距離測定装置を提供する。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a laser oscillator, a transmission / reception optical system for irradiating a target object with laser light from the laser oscillator and receiving the reflected light, and receiving a part of the laser light from the laser oscillator. A transmission pulse monitor circuit that performs
A matching circuit for matching a signal from the monitor circuit, a photodetector for converting target reflected light from the transmission / reception optical system into an electric signal, and a signal from the photodetector and an output from the matching circuit. , Which detects the peak position of the received signal
FD circuit, a counter circuit that starts counting by the first input from the CFD circuit, and stops counting by the next input, and a display that displays the distance to the target calculated from the count value of the counter circuit. A distance measuring device comprising a circuit.

【0014】第4の発明は、上記第1から第3までの発
明の距離測定装置において、前記光検出器を増幅作用の
ある光検出器とし、この光検出器からの検出信号を直接
CFD回路に入力することを特徴とする距離測定装置を
提供する。
According to a fourth aspect, in the distance measuring apparatus of the first to third aspects, the photodetector is a photodetector having an amplifying action, and a detection signal from the photodetector is directly transmitted to a CFD circuit. The distance measuring device is characterized in that the distance is input to the distance measuring device.

【0015】[0015]

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の一実施例のブロック図である。レー
ザ発振器1から出た光の一部を第1のCFD回路内蔵送
信パルスモニタ回路2にて検出してカウンタ回路7のス
タート信号とすると共に、大部分の光を送受信光学系3
を経由して目標物11に当て、反射光の一部を送受信光
学系3にて受光し、光検出器4にて電気信号に変え増幅
器5にて増幅した後、第2のCFD回路6で受信パルス
のピークに等しい位置に出る信号を取り出し、カウンタ
回路7のストップ信号としている。カウンタ回路7がス
タートしてからストップまでの時間から光の伝播距離を
算出して、表示器8等で目標までの距離の表示を行う。
第2のCFD回路6の遅延回路6bの遅延時間がレーザ
パルスのピークの1/2からピークまでの時間に等しい
場合は、図2(a)に示すようにスタート信号もストッ
プ信号もパルスのピークに一致した位置から出るので、
回路固有の遅延時間等を無視して考えれば、距離Rを伝
播した光を検出した信号は2R÷C《C;光速》だけ遅
れて発生することになる。従って、このスタート信号と
ストップ信号の時間差を測定することにより、距離Rを
算出出来る。一方、パルス幅が広がったことにより、第
2のCFD回路6の遅延回路6bの遅延時間がレーザパ
ルスのピークの1/2からピークまでの時間と異なる
と、第2のCFD回路6の動作点はパルスのピークと一
致しなくなって、受信側ではΔTだけ早めにストップ信
号が出来ることになる。しかしながら、送信パルスモニ
タ回路にもCFDを用いているので、遅延回路6bも遅
延時間と送信パルスモニタ回路に内蔵された第1のCF
D回路2cの遅延時間が正確に一致しているならば、ス
タート信号も同じΔTだけ早めに出ることになる。従っ
て、ΔT+(2R÷C−ΔT)=2R÷Cとなり、それ
ぞれパルス幅変動に応じて生ずる動作時間変動を有して
いても、カウンタ回路7が動作している時間は距離Rに
対応した時間となる。このように本発明の特徴は、単独
ではパルス幅の変動には対応出来ないCFD回路を2つ
用いることにより、パルス幅の変動に関係なく、正確に
距離を測定出来ることにある。又送信側にもCFD回路
を用いることにより、レーザ出力変動や偏光成分が変化
することに伴うビームスプリッタ2a(図3に示す)の
反射率の変化に対しても、スタート信号の発生時間が変
化しないという効果も付加される。図3に第1のCFD
回路内蔵送信パルスモニタ回路2の詳細ブロック図を示
す。レーザ発振器1から出た光の一部をビームスプリッ
タ2aにより分割し、光検出器2bにて電気信号に変換
する。分割された光は、目標物11により反射された光
に比べて極めて強いので、光検出器2bは感度の低いも
ので差し支えない。むしろ必要に応じて検出器の前に減
衰器等を入れることも有り得る。光検出器2bからの出
力は、第1のCFD回路2cに入り、スタート信号を発
生する。第1のCFD回路2cは図8に示す第2のCF
D回路6と同様のものであるので動作説明は省略する。
本発明の特徴を生かす為には、第1のCFD回路2cの
遅延時間と第2のCFD回路6の遅延時間が、所要精度
の範囲内で正確に一致している必要があるので、図4に
示す他の実施例のように、送受信のCFD回路を一つの
もので兼ねることも考えられる。図4(a)は光ファイ
バ13等により、レーザ発振器1からの光の一部を直接
光検出器4に入れる方法である。装置構成は簡単になり
価格低減をはかる可能性も有るが、レーザ発振器1から
の光は極めて強いので、光検出器4が飽和したり、焼損
したりすることも考えられるので、光の減衰に十分注意
する必要がある。図4(b)は図3の光検出器2bから
の出力を直接CFD回路16に入れる方法である。第1
のCFD回路2cを省略したものは、図5の送信パルス
モニタ回路12と同じものになるので、表示を統一して
ある。CFD回路を共通にするとカウンタ回路7へ行く
経路が一つになるので、実際には別途リセットパルス等
を与えて、その後最初に入った信号でスタートし、次に
来る信号でストップするなどの配慮も必要となるが、本
発明の説明とは直接関係がないので詳細説明は略す。目
標物11からの受信信号は極めて弱いので、これを増幅
した後であっても分割することは得策ではない。図4
(b)のように送信パルスモニタ回路12からの信号を
直接CFD回路16に接続すると、増幅器5からの信号
の一部が送信パルスモニタ回路12に分割されたり、そ
こからの反射により信号自体が歪んだりすることが考え
られるので、実際には図4(c)のように整合回路14
を経由して接続することになる。この整合回路14はC
FD回路16から見ると高インピーダンスであると共に
送信パルスモニタ回路12から見ると高速パルスの応答
を考え低インピーダンスでなければならない。送信パル
スモニタ回路12の出力は大きなものが得られるので、
整合回路14による減衰は大きな問題ではない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of one embodiment of the present invention. A part of the light emitted from the laser oscillator 1 is detected by the first transmission pulse monitor circuit 2 with a built-in CFD circuit, and is used as a start signal of the counter circuit 7.
And a part of the reflected light is received by the transmission / reception optical system 3, converted into an electric signal by the photodetector 4, amplified by the amplifier 5, and then by the second CFD circuit 6. A signal appearing at a position equal to the peak of the received pulse is extracted and used as a stop signal for the counter circuit 7. The light propagation distance is calculated from the time from when the counter circuit 7 starts to when it stops, and the distance to the target is displayed on the display 8 or the like.
When the delay time of the delay circuit 6b of the second CFD circuit 6 is equal to the time from 1/2 of the peak of the laser pulse to the peak, as shown in FIG. Because it comes out of the position that matches
Considering the circuit-specific delay time, etc., a signal that detects light that has propagated over the distance R is generated with a delay of 2R ÷ C <<C; speed of light >>. Therefore, the distance R can be calculated by measuring the time difference between the start signal and the stop signal. On the other hand, if the delay time of the delay circuit 6b of the second CFD circuit 6 is different from the time from half the peak of the laser pulse to the peak due to the increase in the pulse width, the operating point of the second CFD circuit 6 Does not coincide with the peak of the pulse, and the receiving side can generate a stop signal earlier by ΔT. However, since the CFD is also used for the transmission pulse monitor circuit, the delay circuit 6b also has a delay time and the first CF incorporated in the transmission pulse monitor circuit.
If the delay times of the D circuit 2c are exactly the same, the start signal will also appear earlier by the same ΔT. Therefore, ΔT + (2R ÷ C−ΔT) = 2R ÷ C, and the operation time of the counter circuit 7 is the time corresponding to the distance R, even if the operation time varies depending on the pulse width variation. Becomes As described above, the feature of the present invention is that the distance can be accurately measured irrespective of the pulse width variation by using two CFD circuits that cannot cope with the pulse width variation alone. Also, by using the CFD circuit on the transmitting side, the generation time of the start signal changes with respect to the change in the reflectivity of the beam splitter 2a (shown in FIG. 3) due to the change in the laser output and the change in the polarization component. The effect of not being added is also added. FIG. 3 shows the first CFD
FIG. 2 shows a detailed block diagram of a transmission pulse monitor circuit 2 with a built-in circuit. A part of the light emitted from the laser oscillator 1 is split by a beam splitter 2a and converted into an electric signal by a photodetector 2b. Since the split light is much stronger than the light reflected by the target 11, the photodetector 2b may have low sensitivity. Rather, an attenuator or the like may be inserted before the detector as needed. The output from the photodetector 2b enters the first CFD circuit 2c and generates a start signal. The first CFD circuit 2c is the second CF shown in FIG.
Since the operation is the same as that of the D circuit 6, the description of the operation is omitted.
In order to take advantage of the features of the present invention, it is necessary that the delay time of the first CFD circuit 2c and the delay time of the second CFD circuit 6 exactly match within a required accuracy range. It is also conceivable to use a single CFD circuit for transmission and reception as in the other embodiment shown in FIG. FIG. 4A shows a method in which a part of light from the laser oscillator 1 is directly input to the photodetector 4 by the optical fiber 13 or the like. Although the device configuration may be simplified and the price may be reduced, since the light from the laser oscillator 1 is extremely strong, the photodetector 4 may saturate or burn out. Care must be taken. FIG. 4B shows a method in which the output from the photodetector 2b in FIG. First
Since the circuit in which the CFD circuit 2c is omitted is the same as the transmission pulse monitor circuit 12 in FIG. 5, the display is unified. If a common CFD circuit is used, there is only one path to the counter circuit 7. Therefore, in practice, a reset pulse or the like is provided separately, and then consideration is given, such as starting with the first signal and then stopping with the next signal. Is also required, but has no direct relation to the description of the present invention, so that detailed description is omitted. Since the reception signal from the target 11 is extremely weak, it is not advisable to divide the signal even after amplification. FIG.
When the signal from the transmission pulse monitor circuit 12 is directly connected to the CFD circuit 16 as shown in (b), a part of the signal from the amplifier 5 is divided into the transmission pulse monitor circuit 12 or the signal itself is reflected by the reflection therefrom. In practice, the matching circuit 14 may be distorted, as shown in FIG.
Will be connected via. This matching circuit 14 is C
When viewed from the FD circuit 16, the impedance must be high, and when viewed from the transmission pulse monitor circuit 12, the impedance must be low considering the response of a high-speed pulse. Since a large output is obtained from the transmission pulse monitor circuit 12,
Attenuation by the matching circuit 14 is not a major problem.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、CFD回
路を実質的に2つ用いる構成としたので、受信入力信号
の大小に拘らず距離算出のためのカウンタ回路の動作し
ている時間が変わらない、レーザのパルス幅が変動して
も距離算出のためのカウンタ回路の動作している時間が
変わらないことにより、距離を正確に測定出来る効果を
有する。
As described above, the present invention employs substantially two CFD circuits, so that the time during which the counter circuit for calculating the distance operates while the size of the received input signal is large or small. Even if the pulse width of the laser does not change, the operation time of the counter circuit for calculating the distance does not change, so that the distance can be measured accurately.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例のブロック図。FIG. 1 is a block diagram of one embodiment of the present invention.

【図2】CFD回路を2つ用いたことがパルス幅変動を
打ち消すことの説明図。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing that the use of two CFD circuits cancels out pulse width fluctuation.

【図3】CFD回路内蔵送信パルスモニタ回路の詳細ブ
ロック図。
FIG. 3 is a detailed block diagram of a transmission pulse monitor circuit with a built-in CFD circuit.

【図4】本発明の他の実施例のブロック図。FIG. 4 is a block diagram of another embodiment of the present invention.

【図5】一般の距離測定装置ブロック図。FIG. 5 is a block diagram of a general distance measuring device.

【図6】受信入力の大小によりカウンタ回路ストップ時
間が変動することの説明図。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing that the stop time of the counter circuit varies depending on the magnitude of a reception input.

【図7】パルス幅測定回路を有する方法の説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram of a method having a pulse width measurement circuit.

【図8】CFD回路を用いる方法ならびにCFD回路の
説明図。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a method using a CFD circuit and a CFD circuit.

【図9】パルス幅の広がりによりスタートパルス発生時
間が前または後にずれることに対する説明図。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing that the start pulse generation time is shifted forward or backward due to the spread of the pulse width.

【図10】遅延時間とパルスの1/2からピークまでの
時間が異なる場合のCFD回路の動作位置のずれの説明
図。
FIG. 10 is an explanatory diagram of a shift in the operation position of the CFD circuit when the delay time and the time from 1/2 of the pulse to the peak are different.

【図11】遅延時間とパルスの1/2からピークまでの
時間が異なる場合のCFD回路の動作位置ずれを求める
ために用いた表。
FIG. 11 is a table used for calculating an operation position shift of the CFD circuit when a delay time and a time from a half of a pulse to a peak are different.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ発振器 2 第1のCFD回路内蔵送信パルスモニタ回路 2a ビームスプリッタ 2b 光検出器 2c 第1のCFD回路 3 送受信光学系 4 光検出器 5 増幅器 6 第2のCFD回路 6a 減衰回路 6b 遅延回路 6c 弁別回路 6d 弁別回路 6e AND回路 7 カウンタ回路 8 表示回路 9 弁別回路 10 パルス幅測定回路 11 目標物 12 送信パルスモニタ回路 13 光ファイバ 14 整合回路 Reference Signs List 1 laser oscillator 2 first transmission pulse monitor circuit with built-in CFD circuit 2a beam splitter 2b photodetector 2c first CFD circuit 3 transmission / reception optical system 4 photodetector 5 amplifier 6 second CFD circuit 6a attenuation circuit 6b delay circuit 6c Discrimination circuit 6d Discrimination circuit 6e AND circuit 7 Counter circuit 8 Display circuit 9 Discrimination circuit 10 Pulse width measurement circuit 11 Target 12 Transmission pulse monitor circuit 13 Optical fiber 14 Matching circuit

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 レーザ発振器と、 このレーザ発振器からのレーザ光を目標物に照射し、そ
の反射光を受光する送受信光学系と、 前記レーザ発振器からのレーザ光の一部を受光し、パル
ス信号のピーク位置を検出する第1のCFD回路を内蔵
した送信パルスモニタ回路と、 前記送受信光学系からの目標物反射光を電気信号に変換
する光検出器と、 この光検出器からの信号を受け、受信信号のピーク位置
を検出する第2のCFD回路と、 前記モニタ回路からの出力を受けてカウントを開始し、
前記第2のCFD回路からの出力を受けてこのカウント
を停止するカウンタ回路と、 このカウンタ回路のカウント値より算出した目標物まで
の距離を表示する表示回路とを備えたことを特徴とする
距離測定装置。
1. A laser oscillator, a transmission / reception optical system for irradiating a target object with laser light from the laser oscillator and receiving the reflected light, and receiving a part of the laser light from the laser oscillator to generate a pulse signal A transmission pulse monitoring circuit incorporating a first CFD circuit for detecting a peak position of the light, a photodetector for converting target reflected light from the transmission / reception optical system into an electric signal, and receiving a signal from the photodetector. A second CFD circuit for detecting a peak position of a received signal, and receiving an output from the monitor circuit, starting counting,
A distance circuit comprising: a counter circuit that receives an output from the second CFD circuit to stop the counting; and a display circuit that displays a distance to a target calculated from a count value of the counter circuit. measuring device.
【請求項2】レーザ発振器と、 このレーザ発振器からのレーザ光を目標物に照射し、そ
の反射光を受光する送受信光学系と、 前記レーザ発振器からのレーザ光の一部を直接入力する
導入器と、 前記導入器で導入したレーザ光及び前記送受信光学系か
らの目標物反射光を順次電気信号に変換する光検出器
と、 この光検出器から順次出力される電気信号を受け、これ
らの電気信号のピーク位置を順次検出するCFD回路
と、 前記CFD回路から順次出力される出力のうち最初の出
力を受けてカウントを開始し、次の出力を受けてカウン
トを停止するカウンタ回路と、 このカウンタ回路のカウント値より算出した目標物まで
の距離を表示する表示回路とを備えたことを特徴とする
距離測定装置
2. A laser oscillator, and a target object is irradiated with laser light from the laser oscillator.
A transmission / reception optical system for receiving reflected light of the laser beam, and directly inputting a part of laser light from the laser oscillator
An introducer, the laser light introduced by the introducer and the transmission / reception optical system
Photodetector that sequentially converts the reflected light of these targets into electrical signals
And electrical signals sequentially output from the photodetector,
Circuit for sequentially detecting the peak position of these electric signals
And the first output of the outputs sequentially output from the CFD circuit.
Start counting by receiving force and count by receiving the next output.
And a target circuit calculated from the count value of this counter circuit.
And a display circuit for displaying the distance of the object.
【請求項3】 レーザ発振器と、 このレーザ発振器からのレーザ光を目標物に照射し、そ
の反射光を受光する送受信光学系と、 前記レーザ発振器からのレーザ光の一部を受光する送信
パルスモニタ回路と、 このモニタ回路からの信号を整合する整合回路と、 前記送受信光学系からの目標物反射光を電気信号に変換
する光検出器と、前記整合回路からの出力信号及び前記光検出器からの電
気信号を順次受け、信号のピーク位置を順次検出する
FD回路と、 このCFD回路で順次検出された検出信号を受け第1回
目の検出信号によってカウントを開始し、次の入力によ
ってカウントを停止するカウンタ回路と、 このカウンタ回路のカウント値より算出した目標物まで
の距離を表示する表示回路とを備えたことを特徴とする
距離測定装置。
3. A laser oscillator, a transmitting / receiving optical system for irradiating a target with laser light from the laser oscillator and receiving the reflected light, and a transmission pulse monitor for receiving a part of the laser light from the laser oscillator. A matching circuit that matches a signal from the monitor circuit; a photodetector that converts target reflected light from the transmission / reception optical system into an electric signal; and an output signal from the matching circuit and the photodetector. No electricity
C which sequentially receives the air signal and sequentially detects the peak position of the signal
An FD circuit, a counter circuit that receives detection signals sequentially detected by the CFD circuit, starts counting by a first detection signal, and stops counting by the next input, and a target calculated from the count value of the counter circuit. A distance measuring device comprising: a display circuit for displaying a distance to an object.
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