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JP2007114002A - Laser distance measuring method - Google Patents

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JP2007114002A
JP2007114002A JP2005304364A JP2005304364A JP2007114002A JP 2007114002 A JP2007114002 A JP 2007114002A JP 2005304364 A JP2005304364 A JP 2005304364A JP 2005304364 A JP2005304364 A JP 2005304364A JP 2007114002 A JP2007114002 A JP 2007114002A
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JP
Japan
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signal
laser beam
laser
distance
distance data
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JP2005304364A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiko Iijima
恭彦 飯島
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.)
IHI Aerospace Co Ltd
Original Assignee
IHI Aerospace Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by IHI Aerospace Co Ltd filed Critical IHI Aerospace Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem wherein high precision for measurement is difficult to be compatible with quick measurement in conventional laser distance measurement. <P>SOLUTION: In this laser distance measuring method, a pulse signal of a transmission laser beam LT is varied at a prescribed period to serve as a low-frequency periodic signal, a rough primary distance data is obtained, based on the low-frequency periodic signal of the transmission laser beam LT emitted to a target T and a low-frequency periodic signal of a reception laser beam LR reflected by the target T, a detail secondary distance data is obtained, based on the pulse signal of the transmission laser beam LT and a pulse signal of the reception laser beam LR, the primary distance data is thereafter combined with the secondary distance data to calculate a distance up to the target T, and the high precision for the measurement is thereby made compatible with the quick measurement. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザ光を用いて目標までの距離を測定するのに用いられるレーザ距離測定方法に関するものである。   The present invention relates to a laser distance measuring method used for measuring a distance to a target using a laser beam.

レーザ距離測定は、目標に向けてパルス状の送信レーザ光を照射すると共に、目標で反射した受信レーザ光を受信し、送信レーザ光と受信レーザ光の時間差及び光速に基いて目標までの距離を測定するものである。
『最新防衛技術大成』株式会社R&Dプランニング、昭和60年2月11日、p.287,288
Laser distance measurement irradiates the target with pulsed transmission laser light, receives the reception laser light reflected by the target, and determines the distance to the target based on the time difference between the transmission laser light and the reception laser light and the speed of light. Measure.
“Latest Defense Technology Taisei” R & D Planning, Inc., February 11, 1985, p. 287,288

ところで、上記したようなレーザ距離測定では、測定の高精度化や高速化が常に要求されており、測定の高精度化を図るには、測定を繰り返して平均化する方法があった。   By the way, in the laser distance measurement as described above, high accuracy and high speed of measurement are always required, and in order to achieve high accuracy of measurement, there is a method of repeating measurement and averaging.

また、上記の測定の高精度化に加えて測定の高速化を図るには、送信レーザ光のパルス信号の周波数を高くして、単位時間当たりの測定の繰り返し数を増加させることが考えられる。しかし、測定しようとする最大距離をレーザ光が往復する時間に対して、その時間以上にパルス信号の周波数を高くすると、上記の往復時間内に送信レーザ光と受信レーザ光の各パルス信号が複数混在して絶対値計測ができなくなることがあった。   In addition to increasing the accuracy of the above measurement, it is conceivable to increase the number of repetitions of measurement per unit time by increasing the frequency of the pulse signal of the transmission laser light in order to increase the measurement speed. However, if the frequency of the pulse signal is made higher than the time required for the laser beam to reciprocate at the maximum distance to be measured, a plurality of pulse signals for the transmission laser beam and the reception laser beam are included in the above-described round-trip time. In some cases, absolute values could not be measured.

このため、従来のレーザ距離測定においては、測定の高精度化と高速化の両立を図るうえでの改善が要望されていた。   For this reason, in the conventional laser distance measurement, there has been a demand for improvement in achieving both high accuracy and high speed of measurement.

本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、測定の高精度化及び高速化の両方を実現することができるレーザ距離測定方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described conventional situation, and an object of the present invention is to provide a laser distance measuring method capable of realizing both high accuracy and high speed of measurement.

本発明のレーザ距離測定方法は、パルス状の送信レーザ光と目標で反射した受信レーザ光の時間差に基いて目標までの距離を測定するに際し、送信レーザ光のパルス信号を所定周期で変化させてこれを低周波周期信号とし、送信レーザ光の低周波周期信号と受信レーザ光の低周波周期信号に基いて一次距離データを取得し、送信レーザ光のパルス信号と受信レーザ光のパルス信号に基いて二次距離データを取得した後、一次距離データと二次距離データを合成して目標までの距離を算出することを特徴としている。   The laser distance measurement method of the present invention changes the pulse signal of the transmission laser beam at a predetermined period when measuring the distance to the target based on the time difference between the pulsed transmission laser beam and the reception laser beam reflected by the target. This is used as a low-frequency periodic signal, and primary distance data is acquired based on the low-frequency periodic signal of the transmission laser light and the low-frequency periodic signal of the reception laser light, and based on the pulse signal of the transmission laser light and the pulse signal of the reception laser light. Then, after acquiring the secondary distance data, the distance to the target is calculated by combining the primary distance data and the secondary distance data.

なお、低周波周期信号とは、上述の如くパルス信号を所定周期で変化させたものであることから、パルス信号の周波数よりも低周波数になることを意味しており、特定の周波数域の周期信号を示すものではない。   Note that the low-frequency periodic signal means that the pulse signal is changed at a predetermined cycle as described above, and therefore means that the frequency is lower than the frequency of the pulse signal. It does not indicate a signal.

また、本発明のレーザ距離測定方法は、より好ましい実施形態として、低周波周期信号が、送信レーザ光のパルス信号の波高を所定周期で変調した信号であって、送信レーザ光の低周波周期信号と受信レーザ光の低周波周期信号の時間差に基いて一次距離データを取得し、送信レーザ光のパルス信号と受信レーザ光のパルス信号の位相差に基いて二次距離データを取得することを特徴としている。   In the laser distance measuring method of the present invention, as a more preferred embodiment, the low-frequency periodic signal is a signal obtained by modulating the pulse height of the pulse signal of the transmission laser light at a predetermined period, and the low-frequency periodic signal of the transmission laser light The primary distance data is acquired based on the time difference between the low frequency periodic signal of the received laser beam and the received laser beam, and the secondary distance data is acquired based on the phase difference between the pulse signal of the transmitted laser beam and the pulse signal of the received laser beam. It is said.

さらに、本発明のレーザ距離測定方法は、より好ましい実施形態として、送信レーザ光の送信タイミングを決定するためのパルス状の基準クロック信号を設定すると共に、低周波周期信号が、基準クロック信号に同期した送信レーザ光のパルス信号を所定時間送信して所定時間停止させる動作を一周期とする信号であって、送信レーザ光の低周波周期信号の第1パルス信号を送信してから受信レーザ光の低周波周期信号の第1パルス信号を受信するまでの間のパルス信号数を計測して、その計測値に基いて目標までの一次距離データを取得し、基準クロック信号と受信レーザ光のパルス信号との位相差に基づいて二次距離データを取得することを特徴としている。   Furthermore, in the laser distance measurement method of the present invention, as a more preferred embodiment, a pulsed reference clock signal for determining the transmission timing of the transmission laser beam is set, and the low frequency periodic signal is synchronized with the reference clock signal. The transmission laser light pulse signal is transmitted for a predetermined time and is stopped for a predetermined time, and the signal has one cycle. The first pulse signal of the low frequency periodic signal of the transmission laser light is transmitted and then the received laser light The number of pulse signals until the first pulse signal of the low frequency periodic signal is received is measured, the primary distance data to the target is obtained based on the measured value, the reference clock signal and the pulse signal of the received laser beam The secondary distance data is acquired based on the phase difference between and.

さらに、本発明のレーザ距離測定方法は、より好ましい実施形態として、送信レーザ光の送信開始と同時に低周波周期信号中の停止時間に相当する時間のレンジゲートを設定し、このレンジゲート内で受信レーザ光を受信した場合のみに一次距離データの取得を実行することを特徴としている。   Furthermore, in the laser distance measuring method of the present invention, as a more preferred embodiment, a range gate corresponding to a stop time in the low-frequency periodic signal is set simultaneously with the start of transmission of the transmission laser beam, and reception is performed within this range gate. It is characterized in that acquisition of primary distance data is executed only when a laser beam is received.

本発明のレーザ距離測定方法は、送信レーザ光のパルス信号を所定周期で変化させた低周波周期信号、例えば、パルス信号の波高を所定周期で変調した低周波周期信号や、パルス信号を所定時間送信して所定時間停止させる動作を一周期とする低周波周期信号を用いることで、一次距離データである概略的な距離データを取得すると共に、パルス信号を用いることで、二次距離データである詳細な距離データを取得することとなり、これらの距離データを合成して目標までの距離を算出することにより、測距レートを低下させることなく高精度な測定を行うことができる。   The laser distance measuring method of the present invention is a low-frequency periodic signal obtained by changing the pulse signal of a transmission laser beam at a predetermined period, for example, a low-frequency periodic signal obtained by modulating the pulse height of a pulse signal at a predetermined period, or a pulse signal at a predetermined time. By using a low-frequency periodic signal that is transmitted and stopped for a predetermined period of time, a rough distance data that is primary distance data is acquired, and a secondary signal is obtained by using a pulse signal. Detailed distance data is acquired, and by combining these distance data and calculating the distance to the target, highly accurate measurement can be performed without reducing the distance measurement rate.

また、当該レーザ距離測定方法は、当然のことながらパルス信号の周波数よりも低周波周期信号の周波数が低いものとなるので、送信レーザ光のパルス信号の周波数を高くしても、測定しようとする最大距離をレーザ光が往復する時間内に複数の低周波周期信号が混在することはなく、これにより一次距離データの取得を確実に行ったうえで二次距離データを取得して絶対値計測を行うことができる。   In addition, since the laser distance measurement method naturally has a frequency of the low frequency periodic signal lower than the frequency of the pulse signal, the laser distance measurement method tries to measure even if the frequency of the pulse signal of the transmission laser light is increased. Multiple low-frequency periodic signals do not coexist within the time that the laser beam travels back and forth over the maximum distance, which ensures that the primary distance data is acquired and then the secondary distance data is acquired and absolute value measurement is performed. It can be carried out.

さらに、当該レーザ距離測定方法は、測定を繰り返して平均化することで測定精度をより一層高めることができる一方で、上記した測定の高精度化に伴って単位時間当たりの測定の繰り返し数を減少させることも可能となり、これにより測定の高速化を実現することができる。したがって、本発明のレーザ距離測定方法によれば、測定の高精度化及び高速化を両方を実現することが可能となる。   In addition, the laser distance measurement method can further increase the measurement accuracy by repeating and averaging the measurements, while reducing the number of measurement repetitions per unit time as the above-described measurement becomes more accurate. Therefore, it is possible to realize high-speed measurement. Therefore, according to the laser distance measuring method of the present invention, it is possible to realize both high accuracy and high speed of measurement.

さらに、当該レーザ距離測定方法は、とくに、レーザ光のパルス信号を所定時間送信して所定時間停止させる動作を一周期とする低周波周期信号を用いて一次距離データを取得する場合に、低周波周期信号中の停止時間に相当する時間のレンジゲート内で受信レーザ光を受信した場合のみに一次距離データの取得を実行することにより、測定しようとする最大距離をレーザ光が往復する時間内に複数の低周波周期信号が混在するような事態を確実に阻止することができる。   Further, the laser distance measurement method is particularly useful when acquiring primary distance data using a low-frequency periodic signal whose operation is a period in which a pulse signal of a laser beam is transmitted for a predetermined time and stopped for a predetermined time. By acquiring the primary distance data only when the received laser beam is received within the range gate of the time corresponding to the stop time in the periodic signal, the maximum distance to be measured is within the time that the laser beam reciprocates. A situation in which a plurality of low-frequency periodic signals are mixed can be reliably prevented.

図1は、本発明のレーザ距離測定方法に適用可能なレーザ距離測定装置を説明する図である。   FIG. 1 is a diagram for explaining a laser distance measuring apparatus applicable to the laser distance measuring method of the present invention.

レーザ距離測定装置は、概要を説明すると、レーザ光の送信系として、レーザダイオード1、レーザダイオード駆動回路2、高周波用クロック回路3、及び低周波用クロック回路4を備えており、目標Tに向けてパルス状の送信レーザ光LTを照射する。   The outline of the laser distance measuring apparatus includes a laser diode 1, a laser diode driving circuit 2, a high frequency clock circuit 3, and a low frequency clock circuit 4 as a laser beam transmission system. Then, pulsed transmission laser light LT is irradiated.

また、レーザ距離測定装置は、レーザ光の受信系として、受光素子(APD)5、プリアンプ6、高周波用バンドパスフィルタ7、及び低周波用バンドパスフィルタ8を備えており、目標Tで反射した受信レーザ光LRを受光する。   The laser distance measuring device also includes a light receiving element (APD) 5, a preamplifier 6, a high-frequency bandpass filter 7, and a low-frequency bandpass filter 8 as a laser beam receiving system, and is reflected at the target T. Received laser light LR is received.

さらに、レーザ距離測定装置は、信号処理系として、高周波用直交検波回路9、低周波用直交検波回路10、及び演算処理回路11を備えており、送信レーザ光LTと受信レーザ光LRとの時間差(位相差)及び光速に基いて目標Tまでの距離を算出する。   Further, the laser distance measuring apparatus includes a high-frequency quadrature detection circuit 9, a low-frequency quadrature detection circuit 10, and an arithmetic processing circuit 11 as a signal processing system, and a time difference between the transmission laser light LT and the reception laser light LR. The distance to the target T is calculated based on the (phase difference) and the speed of light.

ここで、レーザ光の送信系において、高周波用クロック回路3は、レーザダイオード駆動回路2に対して、図2の上段に示すパルス状の基準クロック信号を出力するものであって、この実施例では、基準クロック信号の周波数を50MHzとしている。   Here, in the laser light transmission system, the high frequency clock circuit 3 outputs the pulsed reference clock signal shown in the upper part of FIG. 2 to the laser diode drive circuit 2. In this embodiment, The frequency of the reference clock signal is 50 MHz.

低周波用クロック回路4は、レーザダイオード駆動回路2に対して、送信レーザ光LTのパルス信号を所定周期で変化させるものであり、この実施例では、パルス信号の波高を正弦波状の周期に変調してこれを低周波周期信号とすると共に、この低周波周期信号の周波数を750kHzとしている。この周波数は目標までの最大距離が約200mである場合に対応する。   The low-frequency clock circuit 4 changes the pulse signal of the transmission laser light LT at a predetermined cycle with respect to the laser diode driving circuit 2, and in this embodiment, the pulse height of the pulse signal is modulated into a sinusoidal cycle. This is used as a low frequency periodic signal, and the frequency of the low frequency periodic signal is set to 750 kHz. This frequency corresponds to the case where the maximum distance to the target is about 200 m.

これにより、レーザダイオード1から発振される送信レーザ光LTは、図2の中段に示すように、周波数50MHzのパルス信号であると同時に、パルス信号の波高が正弦波状に変調された周波数750kHzの低周波周期信号を含むものとなる。なお、例示した周波数の場合、低周波周期信号の一周期中には66個のパルス信号が含まれる。   As a result, the transmission laser light LT oscillated from the laser diode 1 is a pulse signal having a frequency of 50 MHz, as shown in the middle part of FIG. 2, and at the same time a low frequency of 750 kHz in which the pulse height of the pulse signal is modulated in a sine wave shape. A frequency periodic signal is included. In the case of the exemplified frequency, 66 pulse signals are included in one cycle of the low frequency periodic signal.

また、レーザ光の受信系において、高周波用バンドパスフィルタ7は、プリアンプ6で増幅した受信レーザ光LRの信号中から高周波成分である50MHzの信号(パルス信号)を取り出すものである。   In the laser light receiving system, the high-frequency bandpass filter 7 extracts a 50 MHz signal (pulse signal), which is a high-frequency component, from the received laser light LR signal amplified by the preamplifier 6.

低周波用バンドパスフィルタ8は、プリアンプ6で増幅した受信レーザ光LRの信号中から低周波成分である750kHzの信号(低周波周期信号)を取り出すものである。   The low-frequency band-pass filter 8 extracts a 750 kHz signal (low-frequency periodic signal), which is a low-frequency component, from the received laser light LR signal amplified by the preamplifier 6.

さらに、信号処理系において、高周波用直交検波回路9は、高周波用バンドパスフィルタ7で取り出した高周波成分の信号(パルス信号)と、高周波用クロック3の基準クロック信号とを比較し、その位相差及び光速に基いて後記する二次距離データを算出する。   Further, in the signal processing system, the high-frequency quadrature detection circuit 9 compares the high-frequency component signal (pulse signal) extracted by the high-frequency band-pass filter 7 with the reference clock signal of the high-frequency clock 3, and the phase difference And secondary distance data to be described later based on the speed of light.

低周波用直交検波回路10は、低周波用バンドパスフィルタ8で取り出した低周波成分の信号(低周波周期信号)と、低周波用クロック4の出力信号とを比較し、その時間差及び光速に基いて後記する一次距離データを算出する。   The low-frequency quadrature detection circuit 10 compares the low-frequency component signal (low-frequency periodic signal) extracted by the low-frequency band-pass filter 8 with the output signal of the low-frequency clock 4, and determines the time difference and the speed of light. Based on this, primary distance data to be described later is calculated.

演算処理回路11は、高周波用直交検波回路9からの二次距離データと、低周波用直交検波回路10からの一次距離データとを合成して、目標Tまでの距離を算出する。   The arithmetic processing circuit 11 combines the secondary distance data from the high-frequency quadrature detection circuit 9 and the primary distance data from the low-frequency quadrature detection circuit 10 to calculate the distance to the target T.

次に、上記のレーザ距離測定装置を用いたレーザ距離測定方法を説明する。   Next, a laser distance measuring method using the above laser distance measuring device will be described.

当該レーザ距離測定方法では、レーザ光の送信系により、低周波周期信号を含むパルス状の送信レーザ光LTを目標Tに向けて照射し、目標Tからの反射光(散乱光)すなわち受信レーザ光LRをレーザ光の受信系で受光する。   In the laser distance measuring method, a pulsed transmission laser light LT including a low frequency periodic signal is irradiated toward a target T by a laser light transmission system, and reflected light (scattered light) from the target T, that is, received laser light. LR is received by a laser beam receiving system.

このとき、受信レーザ光LRは、図2の下段に示すように、送信レーザ光LTと同様に低周波周期信号を含むパルス状の信号であると共に、送信レーザ光LTに対して目標Tまでの距離に相当する時間差(位相差)を有するものとなる。なお、図2では、理解し易くする都合上、送信レーザ光LTに対する受信レーザ光LRのずれを大きく示している。   At this time, as shown in the lower part of FIG. 2, the received laser beam LR is a pulse-like signal including a low-frequency periodic signal, similar to the transmitted laser beam LT, and reaches the target T with respect to the transmitted laser beam LT. It has a time difference (phase difference) corresponding to the distance. In FIG. 2, for the sake of easy understanding, the deviation of the reception laser beam LR from the transmission laser beam LT is greatly illustrated.

次に、当該レーザ距離測定方法では、レーザ光の受信系において、受信レーザ光LRを受光して増幅し、受信レーザ光LRの信号中の高周波成分であるパルス信号と低周波成分である低周波周期信号を個別に取り出す。   Next, in the laser distance measurement method, in the laser beam receiving system, the received laser beam LR is received and amplified, and a pulse signal that is a high frequency component in the signal of the received laser beam LR and a low frequency component that is a low frequency component are received. Extract periodic signals individually.

その後、低周波用直交検波回路10において、送信レーザ光LRの低周波周期信号と同等である低周波用クロック4の出力信号と、受信レーザ光LRの低周波周期信号とを比較し、双方の時間差(位相差)及び光速に基いて概略的な距離データである一次距離データを得る。   Thereafter, the low-frequency quadrature detection circuit 10 compares the output signal of the low-frequency clock 4 that is equivalent to the low-frequency periodic signal of the transmission laser beam LR with the low-frequency periodic signal of the reception laser beam LR, Primary distance data, which is rough distance data, is obtained based on the time difference (phase difference) and the speed of light.

一方、高周波用直交検波回路9においては、図3の上段に示す送信レーザ光LTのパルス信号と同等である高周波用クロック3の基準クロック信号P1〜P4と、図3の中段に示す受信レーザ光LRのパルス信号p1〜p4とを比較し、図3の下段に示す双方の位相差及び光速に基いて詳細な距離データである二次距離データを得る。   On the other hand, in the high-frequency quadrature detection circuit 9, the reference clock signals P1 to P4 of the high-frequency clock 3 equivalent to the pulse signal of the transmission laser light LT shown in the upper part of FIG. 3 and the reception laser light shown in the middle part of FIG. The LR pulse signals p1 to p4 are compared, and secondary distance data, which is detailed distance data, is obtained based on both phase differences and light speeds shown in the lower part of FIG.

そして、当該レーザ距離測定方法では、演算処理回路11において、概略的な距離データである一次距離データと、詳細な距離データである二次距離データとを合成し、目標Tまでの距離を算出する。   In the laser distance measurement method, the arithmetic processing circuit 11 combines primary distance data that is rough distance data and secondary distance data that is detailed distance data, and calculates the distance to the target T. .

このように、上述したレーザ距離測定方法によれば、パルス信号の波高を変調して成る低周波周期信号を用いて取得した概略的な距離データである一次距離データと、パルス信号を用いて取得した詳細な距離データである二次距離データとを合成して、目標Tまでの距離を算出することで、測距レートを低下させることなく高精度な測定を行うことができる。   As described above, according to the laser distance measurement method described above, primary distance data, which is rough distance data acquired using a low-frequency periodic signal obtained by modulating the pulse height of a pulse signal, and a pulse signal are used. By combining the secondary distance data, which is the detailed distance data, and calculating the distance to the target T, highly accurate measurement can be performed without reducing the distance measurement rate.

また、当該レーザ距離測定方法は、基準クロック信号の周波数を変更して、送信レーザ光LTのパルス信号の周波数を高く設定し、この際、測定しようとする最大距離をレーザ光が往復する時間内に送信レーザ光LTと受信レーザ光LRの各パルス信号が複数混在することになっても、パルス信号よりも低周波周期信号の周波数の方が明らかに低いので、上記の往復時間内に複数の低周波周期信号が混在することはなく、これにより一次距離データの取得を確実に行ったうえで二次距離データを取得して、目標Tまでの距離の絶対値計測を行うことができる。   In the laser distance measurement method, the frequency of the reference clock signal is changed and the frequency of the pulse signal of the transmission laser beam LT is set high. At this time, the laser beam reciprocates within the maximum distance to be measured. Even if a plurality of pulse signals of the transmission laser beam LT and the reception laser beam LR are mixed, the frequency of the low frequency periodic signal is clearly lower than that of the pulse signal. Low-frequency periodic signals are not mixed, so that the primary distance data can be reliably acquired and then the secondary distance data can be acquired and the absolute value of the distance to the target T can be measured.

さらに、当該レーザ距離測定方法は、上記の測定を繰り返して平均化することで測定精度をより一層高めることができる一方で、上記した測定の高精度化に伴って単位時間当たりの測定の繰り返し数を減少させることも可能となり、これにより測定の高速化を実現することができ、また、送信レーザ光LTを所定範囲内に走査して距離画像を作成する場合には、その画像作成の高速化に貢献することができる。   Furthermore, the laser distance measurement method can further increase the measurement accuracy by repeating and averaging the above measurement, while the number of repetitions of measurement per unit time as the above-described measurement becomes more accurate. In this case, the measurement speed can be increased, and when a distance image is created by scanning the transmission laser beam LT within a predetermined range, the image creation speed is increased. Can contribute.

図4は、本発明のレーザ距離測定方法に適用可能な他のレーザ距離測定装置を説明する図である。   FIG. 4 is a diagram for explaining another laser distance measuring apparatus applicable to the laser distance measuring method of the present invention.

レーザ距離測定装置は、概要を説明すると、レーザ光の送信系として、レーザダイオード21、レーザダイオード駆動回路22、パルス状の基準クロック信号を発生するクロック回路23、及びレンジゲートを設定するゲート回路24を備えており、目標Tに向けてパルス状の送信レーザ光LTを照射する。   An outline of the laser distance measuring apparatus is as follows. As a laser beam transmission system, a laser diode 21, a laser diode driving circuit 22, a clock circuit 23 for generating a pulsed reference clock signal, and a gate circuit 24 for setting a range gate. And irradiating the target T with the pulsed transmission laser light LT.

また、レーザ距離測定装置は、レーザ光の受信系として、受光素子25、受信レーザ光のパルス信号を増幅するプリアンプ26、及びコンパレータ27を備えており、目標Tで反射した受信レーザ光LRを受光する。コンパレータ27は、プリアンプ26の出力と基準電圧を比較し、プリアンプ26の出力が基準電圧を上回った時点でデジタルレベル(例えば5V)を立ち上げるものである。   Further, the laser distance measuring device includes a light receiving element 25, a preamplifier 26 for amplifying a pulse signal of the received laser light, and a comparator 27 as a laser light receiving system, and receives the received laser light LR reflected by the target T. To do. The comparator 27 compares the output of the preamplifier 26 with a reference voltage, and raises the digital level (for example, 5 V) when the output of the preamplifier 26 exceeds the reference voltage.

さらに、レーザ距離測定装置は、信号処理系として、基準クロック信号とレンジゲートを入力する送信系側のマルチバイブレータ28、受信レーザ光LRのパルス信号を入力する受信系側のマルチバイブレータ29、各マルチバイブレータ28,29からの信号を論理要素(EXOR)30を介して入力するカウンタ31、基準クロック信号と受信レーザ光LRのパルス信号の位相差を比較する位相検波回路32、位相検波回路32からのアナログ信号をデジタル化するADコンバータ33を備えている。   Further, the laser distance measuring apparatus includes, as a signal processing system, a multivibrator 28 on the transmission system side for inputting a reference clock signal and a range gate, a multivibrator 29 on the reception system side for inputting a pulse signal of the received laser light LR, A counter 31 that receives signals from the vibrators 28 and 29 via a logic element (EXOR) 30, a phase detection circuit 32 that compares the phase difference between the reference clock signal and the pulse signal of the received laser light LR, and a phase detection circuit 32 An AD converter 33 for digitizing an analog signal is provided.

また、信号処理系において、カウンタ31には、クロック回路23の基準クロック信号を直接入力するようにしてある。そして、カウンタ31及びADコンバータ33は、コネクタ34を介して、後記する一次距離データと二次距離データを合成する演算処理回路35に接続してある。   In the signal processing system, the reference clock signal of the clock circuit 23 is directly input to the counter 31. The counter 31 and the AD converter 33 are connected via a connector 34 to an arithmetic processing circuit 35 that synthesizes primary distance data and secondary distance data described later.

ここで、クロック回路23は、図5(A)に示すパルス状の基準クロック信号を発生すると共に、レーザダイオード駆動回路22に対して、送信レーザ光LTのパルス信号を所定周期で変化させるものであり、さらにゲート回路24を介することにより、基準クロック信号に同期したレーザ光LTのパルス信号を所定時間送信して所定時間停止させる動作を一周期とする低周波周期信号を作り出している。また、この間に送信されるレーザ光LTのパルス数をN3個とする。   Here, the clock circuit 23 generates the pulsed reference clock signal shown in FIG. 5A and changes the pulse signal of the transmission laser light LT at a predetermined cycle with respect to the laser diode driving circuit 22. In addition, a low-frequency periodic signal having an operation of transmitting a pulse signal of the laser light LT synchronized with the reference clock signal for a predetermined time and stopping for a predetermined time is generated through the gate circuit 24. Further, the number of pulses of the laser beam LT transmitted during this period is N3.

なお、この実施例では、基準クロック信号の周波数を50MHzとし、低周波周期信号の周波数を500kHz(2μs)とし、低周波周期信号中の送信時間を666nsとし、停止時間を1.334μsとしている。この設定は、目標までの最大距離が約200mである場合に対応する。   In this embodiment, the frequency of the reference clock signal is 50 MHz, the frequency of the low frequency periodic signal is 500 kHz (2 μs), the transmission time in the low frequency periodic signal is 666 ns, and the stop time is 1.334 μs. This setting corresponds to the case where the maximum distance to the target is about 200 m.

これにより、レーザダイオード1から発振される送信レーザ光LTは、図5(B)に示すように、周波数50MHzのパルス信号であると同時に、パルス信号の送信と停止を一周期とする周波数500kHzの低周波周期信号を含むものとなる。したがって、この間に送信されるパルス数N3は33個となる。   As a result, the transmission laser light LT oscillated from the laser diode 1 is a pulse signal having a frequency of 50 MHz, as shown in FIG. A low frequency periodic signal is included. Therefore, the number of pulses N3 transmitted during this period is 33.

マルチバイブレータ28は、図5(D)に示すように、送信レーザ光LTの送信開始と同時に低周波周期信号中の停止時間(1.334μs)に相当する時間のレンジゲートを設定するものである。   As shown in FIG. 5D, the multivibrator 28 sets a range gate for a time corresponding to the stop time (1.334 μs) in the low-frequency periodic signal simultaneously with the start of transmission of the transmission laser light LT. .

カウンタ31は、図5(E)に示すように、送信レーザ光LTの送信開始と同時にONとなって、図5(F)に示すように、送信レーザ光LTのパルス信号(基準クロック信号のパルス信号)の数を計測し、図5(B)に示す受信レーザ光LTが入力された時点でOFFとなって、パルス信号数の計測を停止する。   The counter 31 is turned on simultaneously with the start of transmission of the transmission laser light LT as shown in FIG. 5E, and the pulse signal (reference clock signal of the reference clock signal) of the transmission laser light LT is turned on as shown in FIG. When the received laser beam LT shown in FIG. 5B is input, the number of pulse signals is turned off, and the measurement of the number of pulse signals is stopped.

次に、上記のレーザ距離測定装置を用いたレーザ距離測定方法を説明する。   Next, a laser distance measuring method using the above laser distance measuring device will be described.

当該レーザ距離測定方法では、レーザ光の送信系により、低周波周期信号を含むパルス状の送信レーザ光LTを目標Tに向けて照射し、目標Tからの反射光(散乱光)すなわち受信レーザ光LRをレーザ光の受信系で受光することとなり、この際、カウンタ31において、送信レーザ光LTの低周波周期信号の第1パルス信号を送信してから、受信レーザ光LRの低周波周期信号の第1パルス信号を受信するまでの間のパルス信号数を計測する。   In the laser distance measuring method, a pulsed transmission laser light LT including a low frequency periodic signal is irradiated toward a target T by a laser light transmission system, and reflected light (scattered light) from the target T, that is, received laser light. LR is received by the laser beam receiving system. At this time, the counter 31 transmits the first pulse signal of the low frequency periodic signal of the transmission laser beam LT, and then the low frequency periodic signal of the reception laser beam LR. The number of pulse signals until the first pulse signal is received is measured.

つまり、パルス信号の周波数(50MHz)は予め判っているので、演算処理回路35においては、パルス信号数の計測値(N1)に基いて目標Tまでの概略的な距離データである一次距離データを取得することができる。   That is, since the frequency (50 MHz) of the pulse signal is known in advance, the arithmetic processing circuit 35 obtains primary distance data, which is rough distance data to the target T, based on the measured value (N1) of the number of pulse signals. Can be acquired.

また、当該レーザ距離測定方法では、位相検波回路32において、図5(G)に示すように、基準クロック信号のパルス信号と受信レーザ光LRのパルス信号との位相差(ΔTi)を比較し、演算処理回路35において、上記の位相差(ΔTi)と光速(c)に基づいて、詳細な距離データである二次距離データを取得する。   In the laser distance measurement method, the phase detection circuit 32 compares the phase difference (ΔTi) between the pulse signal of the reference clock signal and the pulse signal of the received laser beam LR as shown in FIG. The arithmetic processing circuit 35 acquires secondary distance data, which is detailed distance data, based on the phase difference (ΔTi) and the speed of light (c).

そして、演算処理装置35は、上記の一次距離データと二次距離データとに基き、以下の式を用いて目標Tまでの距離Rを算出する。 Then, the arithmetic processing unit 35, based on the above primary distance data and secondary distance data, to calculate the distance R 1 to the target T using the following equation.

Figure 2007114002
Figure 2007114002

このように、上述したレーザ距離測定方法によれば、パルス信号の送信と停止を一周期とする低周波周期信号とパルス信号数の計測値を用いて取得した概略的な距離データである一次距離データと、パルス信号を用いて取得した詳細な距離データである二次距離データとを合成して、目標Tまでの距離を算出することで、先の実施例と同様に、測距レートを低下させることなく目標Tまでの距離の絶対値計測を行うことができると共に、測定の高速化も可能となる。   As described above, according to the laser distance measurement method described above, the primary distance that is the approximate distance data obtained by using the low-frequency periodic signal having one cycle of transmission and stop of the pulse signal and the measured value of the number of pulse signals. By combining the data and secondary distance data, which is detailed distance data acquired using a pulse signal, and calculating the distance to the target T, the distance measurement rate is reduced as in the previous embodiment. It is possible to measure the absolute value of the distance to the target T without making it, and to increase the measurement speed.

また、当該レーザ距離測定方法では、先述したように、送信レーザ光LTの送信開始と同時に低周波周期信号中の停止時間に相当する時間(1.334μs)のレンジゲートを設定し、このレンジゲート内で受信レーザ光LRを受信した場合のみに一次距離データの取得を実行する。   In the laser distance measuring method, as described above, a range gate for a time (1.334 μs) corresponding to the stop time in the low-frequency periodic signal is set simultaneously with the start of transmission of the transmission laser light LT. The primary distance data is acquired only when the received laser beam LR is received.

これにより、測定しようとする最大距離をレーザ光が往復する時間内に複数の低周波周期信号が混在する事態を確実に阻止することができ、一次距離データをより確実に取得することができる。   As a result, it is possible to reliably prevent a plurality of low-frequency periodic signals from being mixed within the time during which the laser beam reciprocates the maximum distance to be measured, and to obtain primary distance data more reliably.

なお、この実施例のように測定しようとする目標までの最大距離を200mとした場合は、上記の如くレンジゲートを設定するほかに、カウンタ31が200mに相当するパルス信号数である66以上を計測した場合に、一次距離データの取得を実行しないようにすることも良く、同様の効果を得ることができる。   When the maximum distance to the target to be measured is 200 m as in this embodiment, in addition to setting the range gate as described above, the counter 31 has 66 or more pulse signals corresponding to 200 m. When measured, it may be possible not to execute acquisition of primary distance data, and the same effect can be obtained.

また、本発明のレーザ距離測定方法は、その詳細な構成や適用可能なレーザ距離測定装置が上記各実施例に限定されるものではない。さらに、低周波周期信号は、パルス信号の周波数と当該低周波周期信号の周波数を設定すると一周期中に含まれるパルス信号の数が決まるので、上記各実施例のほかに、一周期中のパルス信号のうちの少なくとも1つのパルス信号の波高等を変化させたものとしても良い。   In the laser distance measuring method of the present invention, the detailed configuration and applicable laser distance measuring apparatus are not limited to the above embodiments. Further, since the frequency of the low frequency periodic signal and the frequency of the low frequency periodic signal are set, the number of pulse signals included in one cycle is determined. It is good also as what changed the wave height etc. of the at least 1 pulse signal of the signals.

本発明のレーザ距離測定方法に適用可能なレーザ距離測定装置の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the laser distance measuring apparatus applicable to the laser distance measuring method of this invention. 基準クロック信号、送信レーザ光のパルス信号及び受信レーザ光のパルス信号を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a reference clock signal, the pulse signal of a transmission laser beam, and the pulse signal of a reception laser beam. 波高を変調した送信レーザ光のパルス信号と基準クロック信号、受信レーザ光のパルス信号及びパルス信号の時間差を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the time difference of the pulse signal of a transmission laser beam which modulated the wave height, the reference clock signal, the pulse signal of a reception laser beam, and a pulse signal. 本発明のレーザ距離測定方法に適用可能なレーザ距離測定装置の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the laser distance measuring apparatus applicable to the laser distance measuring method of this invention. 基準クロック信号(A)、送信レーザ光信号(B)、受信レーザ光信号(C)、ゲート信号(D)、カウンタON/OFF信号(E)、計測値(F)及び基準クロック信号と受信レーザ信号との比較(G)を示す説明図である。Reference clock signal (A), transmission laser light signal (B), reception laser light signal (C), gate signal (D), counter ON / OFF signal (E), measurement value (F), reference clock signal and reception laser It is explanatory drawing which shows the comparison (G) with a signal.

符号の説明Explanation of symbols

LR 受信レーザ光
LT 送信レーザ光
T 目標
LR reception laser beam LT transmission laser beam T target

Claims (4)

パルス状の送信レーザ光と目標で反射した受信レーザ光の時間差に基いて目標までの距離を測定するに際し、送信レーザ光のパルス信号を所定周期で変化させてこれを低周波周期信号とし、送信レーザ光の低周波周期信号と受信レーザ光の低周波周期信号に基いて一次距離データを取得し、送信レーザ光のパルス信号と受信レーザ光のパルス信号に基いて二次距離データを取得した後、一次距離データと二次距離データを合成して目標までの距離を算出することを特徴とするレーザ距離測定方法。   When measuring the distance to the target based on the time difference between the pulsed transmitted laser beam and the received laser beam reflected by the target, the pulse signal of the transmitted laser beam is changed at a predetermined cycle to make it a low frequency periodic signal, and transmitted After acquiring the primary distance data based on the low frequency periodic signal of the laser light and the low frequency periodic signal of the received laser light, and after acquiring the secondary distance data based on the pulse signal of the transmitted laser light and the pulse signal of the received laser light A method of measuring a laser distance, comprising calculating a distance to a target by combining primary distance data and secondary distance data. 低周波周期信号が、送信レーザ光のパルス信号の波高を所定周期で変調した信号であって、送信レーザ光の低周波周期信号と受信レーザ光の低周波周期信号の時間差に基いて一次距離データを取得し、送信レーザ光のパルス信号と受信レーザ光のパルス信号の位相差に基いて二次距離データを取得することを特徴とする請求項1に記載のレーザ距離測定方法。   The low frequency periodic signal is a signal obtained by modulating the pulse height of the pulse signal of the transmission laser light at a predetermined period, and the primary distance data based on the time difference between the low frequency periodic signal of the transmission laser light and the low frequency periodic signal of the reception laser light. The laser distance measuring method according to claim 1, further comprising: acquiring secondary distance data based on a phase difference between a pulse signal of a transmission laser beam and a pulse signal of a reception laser beam. 送信レーザ光の送信タイミングを決定するためのパルス状の基準クロック信号を設定すると共に、低周波周期信号が、基準クロック信号に同期した送信レーザ光のパルス信号を所定時間送信して所定時間停止させる動作を一周期とする信号であって、送信レーザ光の低周波周期信号の第1パルス信号を送信してから受信レーザ光の低周波周期信号の第1パルス信号を受信するまでの間のパルス信号数を計測して、その計測値に基いて目標までの一次距離データを取得し、基準クロック信号と受信レーザ光のパルス信号との位相差に基づいて二次距離データを取得することを特徴とする請求項1に記載のレーザ距離測定方法。   A pulse-shaped reference clock signal for determining the transmission timing of the transmission laser beam is set, and the low-frequency periodic signal transmits a pulse signal of the transmission laser beam synchronized with the reference clock signal for a predetermined time and stops for a predetermined time. A signal whose operation is one cycle, and is a pulse from when the first pulse signal of the low frequency periodic signal of the transmission laser beam is transmitted until the first pulse signal of the low frequency periodic signal of the reception laser beam is received Measuring the number of signals, obtaining primary distance data to the target based on the measured value, and obtaining secondary distance data based on the phase difference between the reference clock signal and the pulse signal of the received laser beam The laser distance measuring method according to claim 1. 送信レーザ光の送信開始と同時に低周波周期信号中の停止時間に相当する時間のレンジゲートを設定し、このレンジゲート内で受信レーザ光を受信した場合のみに一次距離データの取得を実行することを特徴とする請求項3に記載のレーザ距離測定方法。   Set the range gate for the time corresponding to the stop time in the low-frequency periodic signal at the same time as the start of transmission of the transmission laser beam, and execute the acquisition of primary distance data only when the reception laser beam is received within this range gate. The laser distance measuring method according to claim 3.
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