专利名称：距离测量设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及測量距离的距离测量设备。
背景技术：
已知有距离测量设备，其可以允许脉冲光在距离测量设备和测量目标之间来回反射，并且测量其往返行程所需的时间，以便测量到测量目标的距离(例如，參见专利文献I)。在该设备中，当检测到由测量目标所反射的脉冲光时，信号通过放大器被放大，并且脉冲光的往返行程时间越短，则放大器的増益被设置得越小。因此，可以测量短距离同时避免了放大器的饱和，并且从而可以准确地执行短距离到长距离的測量。作为如上所述能够进 行增益调整的放大器，已知例如有自动增益控制(AGC)放大器、灵敏度时间控制(STC)放大器等类。另外，当来自测量目标的强反射光进入接收器时，放大器的输入电压将突然増加到特定值或更大。在这种情况下，就会出现放大器的电压需要很长时间才能再次稳定在放大器的正常工作区域这种状况，并且在这段时间期间，接收器将无法正常接收反射光。这种状态就是放大器的饱和。专利文献I :日本未审专利申请公开物No. Hei7_71957。

发明内容
本发明要解决的问题不过，与具有固定増益的一般放大器相比，如上所述能够进行增益调整的放大器的成本更高，并且电路规模更大，因此制约了成本減少和距离测量设备的微型化。因此，本发明的目标是提出一种能够实现成本和尺寸的减小并且准确执行从短距离到长距离范围的测距的距离测量设备。问题解决方法本发明的距离测量设备包括输出单元，用于输出第一脉冲光至测量目标；光检测单元，用于检测由测量目标所反射的第一脉冲光，并且输出响应于第一脉冲光的强度变化部分的信号；第一测量单元，用于测量在当信号强度大于预定值期间，第一脉冲光的输出和检测之间的时间差；第二测量单元，用于测量在当信号强度从小于预定值变化到等于或大于预定值时，第一脉冲光的输出和检测之间的时间差；以及计算单元，用于通过使用由第一测量单元和第二测量单元中的至少ー个所测量的时间差来计算到测量目标的距离。进而，优选情况下，计算单元根据从第一脉冲光的输出开始流逝的时间来选择第一测量单元的时间差或第二测量单元的时间差；并且计算到测量目标的距离。进而，优选情况下，计算单元根据测量人员的外部操作来选择第一测量单元的时间差或第二测量单元的时间差，以计算到测量目标的距离。进而，优选情况下，距离测量设备进一歩包括估计单元，用于估计在第一脉冲光的输出之前，第一脉冲光的背景电平，其中计算单元根据背景电平来选择第一测量单元的时间差或第二测量单元的时间差，并且计算到测量目标的距离。进而，优选情况下，计算单元根据第一脉冲光的強度来选择第一测量单元的时间差或第二测量单元的时间差，并且计算到测量目标的距离。进而，优选情况下，输出单元依序输出多个第一脉冲光，并且计算单元生成与第一测量单元的时间差和第二测量单元的时间差中的至少ー个有关的频率分布，根据在该频率分布中时间差小于预定值的部分中的频率来选择第一测量单元的时间差或第二测量单元的时间差，并且计算到测量目标的距离。进而，第一測量单元对信号进行ニ进制化，与预定频率的采样时钟异步地锁存由 ニ进制化所生成的信号的強度，然后在采样时钟的第一上升沿采样该強度和在第二上升沿清除该强度，以测量时间差；并且第二测量单元对该信号进行ニ进制化，并且通过在采样时钟的上升沿锁存由该ニ进制化所生成的信号的強度来測量时间差。本发明的效果本发明的距离测量设备可以实现成本和尺寸的减小，并且准确执行从短距离到长距离范围的距离测量。


图I为框图，示出了该实施例的距离测量设备10的内部结构；图2示出了响应于返回光及其ニ进制信号(b)的强度变化部分的时序信号(a)；图3示出了在电平采样电路20中的ニ进制信号的数字采样(a)和在边沿采样电路21中的ニ进制信号的数字采样(b)；图4示出了使用选择器26的结构例子；图5示出了根据从脉冲光LI的输出的流逝时间来对选择器26进行切换控制；图6示出了作为直方图存储在存储器24中的计数值(时间差)的频率分布；图7示出了当使用了延迟电路时电平采样电路20中的所接收信号，以及直方图的变体部分(和形心计算部分)；图8示出了当使用了延迟电路时边沿采样电路21中的所接收信号，以及直方图的变体部分(和形心计算部分)；图9示出了选择电平采样电路20或边沿采样电路21的计数值的方法例子；以及图10为结构图，示出了距离测量设备10的MPU 25的内部结构等。
具体实施例方式下面參考附图来详细讲述本发明的实施例。如图I所示，该实施例的距离测量设备10包括准直透镜11、半导体激光器12、驱动电路13、监控电路14、会聚透镜15、光检测器16、放大器17、ニ进制电路18、阈值设置电路19、电平采样电路20、边沿采样电路21、振荡器22、计数器电路23、存储器24和MPU 25。当測量人员操作图中未示出的測量开始按钮并且输入测量开始指令吋，MPU 25经由驱动电路13输出发光指令至半导体激光器12，并且控制半导体激光器12的发光时序。MPU 25对发光时序的控制是以预定的时间间隔重复执行的(例如，550次)。半导体激光器12为发光设备，输出脉冲光LI至图中未示出的测量目标，并且根据MPU 25对发光时序的控制依次输出多个脉冲光LI。实际输出每ー个脉冲光LI的时序是由监控电路14来监控并被输出到MPU 25。MPU 25使用实际发光时序作为时间测量的基础，来执行各种时序控制。来自半导体激光器12的脉冲光LI穿过准直透镜11并且然后照射到测量目标。由测量目标反射的脉冲光L2、由其他障碍物(诸如雨)反射的脉冲光和背景光等类(一般被称为“返回光”)穿过会聚透镜15并且然后进入光检测器16。光检测器16为例如诸如光电ニ极管等光接收器件，并且按照时序执行对返回光的光电转换并将其输出到放大器17。放大器17是具有固定増益的一般放大器，并且与能够进行増益调节的上述现有 放大器相比成本较低，电路规模较小。放大器17根据该固定増益按照时序放大来自光检测器16的信号。由于提供了光检测器16和放大器17，因此返回光按照时序被检测到，并且响应于返回光的强度变化部分的时序信号(图2(a))被输出到ニ进制电路18。这里，时序信号表示随时间的流逝而变化的一组数据(返回光的强度数据)，并且“按照时序检测的”表示随时间的流逝所做的有序检测。在图2(a)中，三个脉冲⑴至(3)出现在时序信号上。这些脉冲⑴至(3)是由例如被测量目标反射的脉冲光L2和由其他障碍物(诸如雨)反射的脉冲光等所引起的。不过，在该时间点难以区分真的脉冲光L2和假的脉冲光L2(噪声分量)。进而，当测量目标所反射的脉冲光L2的強度较大时，在该实施例中所使用的典型放大器17是饱和的。如果放大器饱和的话，就会出现时序信号的脉宽伸展超出实际脉宽的情況。如图2(b)所示，来自放大器17的时序信号被输入到ニ进制电路18，其根据预定阈值来ニ进制化该信号易生成ニ进制信号。此时使用的预定阈值是用于减少噪声的阈值，并且事先被阈值设置电路19自动设置。图2(b)中的ニ进制信号在对应于时序信号的脉冲
(I)至(3)的区域中的变为高电平，成为脉冲(I)至(3)。在从半导体激光器12输出脉冲光LI之前(例如，正好在測量人员输入測量开始指令之后)，根据来自MPU 25的设置指令，阈值设置电路19检测背景光的強度。阈值设置电路19然后根据背景光的強度来估计返回光的背景电平，并且根据背景电平自动设置阈值。例如，最好是将背景电平的峰值设置为阈值。背景电平对应于测量环境中的噪声电平。除了该方法以外，该阈值可以根据返回光L2进行自动设置。由ニ进制电路18所生成的ニ进制信号(图2(b))被输出到电平采样电路20和边沿采样电路21。进而，来自振荡器22的特定频率的采样时钟(參见图3)被输入到每ー个采样电路(20、21)，并且由计数器电路23所计数的值也被输入到每ー个采样电路(20、21)。当半导体激光器12实际上输出脉冲光LI吋，计数值被MPU 25所重置。如图3(a)和3(b)所示，电平采样电路20和边沿采样电路21根据采样时钟执行ニ进制信号的数字采样，以生成与采样时钟同步的所接收信号。然后，它们读取计数器电路23的计数值，并且在当所接收信号为高电平期间将其输出到存储器24。不过，实际被输出到存储器24的计数值是电平采样电路20的计数值和边沿采样电路21的计数值中的ー个。在该实施例中，例如如图4中所示，在电平采样电路20和边沿采样电路21的后面提供了选择器26，并且MPU 25执行对选择器26的切换控制，以便允许其输出两个计数值之一至存储器24。进而，根据从半导体激光器12输出脉冲光LI开始流逝的时间，MPU 25自动执行对选择器26的切换控制，例如如图5中所示。换句话说，当输出脉冲光LI之后过去了预定时间tl之前(当放大器17 —般因测量目标所反射的强脉冲光L2而达到饱和时)，选择由边沿采样电路21的计数值并且输出到存储器24。在预定时间tl之后(当放大器17因脉冲光L2比较虚弱而不饱和时)，选择 由电平采样电路20的计数值并且输出到存储器24。如图3(a)所示，电平采样电路20在采样时钟的上升沿锁存ニ进制信号的电平以生成所接收信号。当采样时钟在ニ进制信号为高电平期间上升时(当图2(b)中的时序信号的电平高于阈值时的期间)，电平采样电路20确定已经检测到由测量目标所反射的脉冲光L2，并且使所接收信号的电平为高电平。当采样时钟在ニ进制信号为低电平期间上升吋，电平采样电路20确定没有检测到由测量目标所反射的脉冲光L2，并且使所接收信号的电平为低电平。在所接收信号为高电平期间，电平采样电路20測量脉冲光LI的输出和脉冲光L2的检测之间的时间差，并且输出计数器电路23的计数值给图4中的选择器26。无论采样时钟何时上升，这种电平采样电路20根据ニ进制信号的高或低电平状态来确定脉冲光L2是否已被检测到，以便电平采样电路20基本上能够测量所有脉冲光L2的时间差。不过，当ニ进制信号为高电平的周期小于采样时钟的周期(例如，ニ进制信号的脉冲(I)的周期等类)或者无法满足逻辑的建立/保持时，会出现无法执行测量的情況。图3(a)的例子表示測量不是在脉冲(I)的周期中执行的，而是在脉冲(2)和(3)的周期中执行的。进而，在电平采样电路20中，当由于放大器17的饱和而使图2中时序信号的脉宽为大于实际脉宽的异常值时，图2(b)和图3(a)中的ニ进制信号的脉宽正好延伸当所接收信号为高电平时也会延伸的一个量和周期，结果无法准确测量脉冲光L2的时间差。换句话说，从电平采样电路20输出给图4中的选择器26的计数值不准确。为此，在该实施例中，在图5中经过预定时间tl后，选择电平采样电路20的计数值并且输出到存储器24(当放大器17因脉冲光L2比较虚弱而不饱和吋)。在这期间，放大器17不饱和并且图3(a)中的ニ进制信号的脉宽表示正常值，因此当所接收信号为高电平时的周期也表示正常值，脉冲光L2的时间差可以被准确测量，并且可以将准确的计数值输出到存储器24。进而，即使S/N比较低，也可以将准确的计数值输出到存储器24。这里，推荐根据例如从距离该距离測量设备50m处的目标发出的反射脉冲来设置图5中的预定时间tl。不过，预定时间tl的设置可以以这种方式，即用户能够考虑距离测量设备的使用环境等来合理地改变控制器的设置值。另ー方面，如图3(b)所示，边沿采样电路21在ニ进制信号的上升沿与采样时钟异步执行锁存。在异步锁存之后，在第一采样时钟的上升沿执行采样，并且在第二采样时钟的上升沿解除异步锁存(为了确保建立/保持)。如果两个信号以单时钟间隔来合成，则不执行掩蔽(masking)。在这种情况下，确定在ニ进制信号的上升沿已经检测到脉冲光L2(当图2(b)中的时序信号的电平从小于阈值变为阈值或更高时)，以使边沿采样为高电平。之后，当第一采样时钟上升时，所接收信号的电平为高电平。进而，当第二采样时钟独立于ニ进制信号的下降而升高时，边沿采样为低电平，并且所接收信号的电平为低电平。不过，即使两个边沿采样之ー为低电平而另ー个为高电平时，所接收信号的电平也不为低电平，并且保持其高电平状态。这种边沿采样电路21能够测量与ニ进制信号的上升沿的时序异步的脉冲光L2的时间差，而不受限于采样时钟的周期。不过，当保持时间由于ニ进制信号为高电平的时期较短而太短吋，则会出现无法测量的情況。进而，当S/N比下降吋，边沿采样电路21无法准确测量脉冲光L2的时间差，并且ニ进制信号的上升沿不清晰(在噪声中难以检测到信号的上升沿位置)。换句话说，从边沿采样电路21输出到图4中的选择器26的计数值变得不准确。例如，当在脉冲(3)由假的脉冲光L2(例如，由雨滴等类所反射的噪声分量)所引起之前，图3(b)中的脉冲(3)是由真的脉冲光L2和脉冲(2)所引起时，如果脉冲(3)的上升沿在噪声分量的影响下变得不清晰，则计数值变得不准确。因此，在该实施例中，在输出如图5所示的脉冲光LI之后过去了预定时间tl之前(当放大器17因测量目标所反射的强脉冲光L2而达到饱和)，选择边沿采样电路21的计数值并且将其输出到存储器24。在这段时间，S/N比比较高并且图3(b)中的ニ进制信号的上升沿比较清晰，使得可以准确測量脉冲光L2的时间差并且可以将准确的计数值输出到存储器24。进而，即使放大器17达到饱和，也可以将准确的计数值输出到存储器24。如上所述，在该实施例的距离测量设备10中，在半导体激光器12输出脉冲光LI之后过去了预定时间tl之前(当放大器17因脉冲光L2而达到饱和时)，边沿采样电路21的计数值被输出到存储器24，并且在预定时间tl之后(当放大器17因脉冲光L2比较虚弱而不饱和时)，电平采样电路20的计数值被输出到存储器24。不过，当因一个脉冲光LI而获得多个计数值并且最小计数值小于对应于该预定时间tl的计数值时，期望情况下仅使用最小计数值并且将其输出到存储器24，并且然后排除该计数值。即使放大器17饱和吋，由边沿采样电路21获得的最小计数值也是准确的。进而，之后如果放大器17由于放大器17的饱和而运行异常的话，则计数值变得不准确。这样，在上述情况下，可以通过仅使用最小计数值来排除被错误检测的不准确计数值。另外，该实施例的距离测量设备10中，无论何时当半导体激光器12重复脉冲光LI的输出时，如上所述也重复时间差測量(计数值被输出到存储器24)。作为这种重复的结果，在存储器24中，根据重复的次数(例如，550次)存储了许多计数值，并且生成了计数值的频率分布。该频率分布如例如图6中的直方图所示。当完成对半导体激光器12发光时序的控制吋，MPU 25使用存储在存储器24中的计数值(脉冲光LI的输出和脉冲光L2的检测之间的时间差)来计算到测量目标的距离。换句话说，MPU通过将光速乘以在如例如图6所示的计数值的频率分布中具有最大频率的区域的时间差t2来计算到测量目标的距离。在这种情况下，当采样时钟的频率为80MHz时(周期为12. 5nsec)，距离测量的分辨率为I. 9m。该实施例的距离测量设备10包括电平采样电路20和边沿采样电路21，并且使用由电平采样电路20和边沿采样电路21中的一个所测量的时间差来測量距离，以便在当使用具有固定増益的典型放大器17来放大信号时也能够执行短距离到长距离的測量。另外，由于使用的是典型放大器17，因此可以减小成本和使距离测量设备10微型化。进而，如图5所示，根据从脉冲光LI的输出开始流逝的时间来自动选择电平采样电路20和边沿采样电路21中的任何ー个，以便可以简单而合理地执行选择。另外，在输出脉冲光LI之后过去了预定时间tl之前，选择边沿采样电路21的计数值，以便在即使放大器17饱和的情况下，也可以获得准确的计数值，同时在预定时间tl之后选择电平采样电路20的计数值，以便在即使S/N比较低的情况下也能获得准确的值。换句话说，尽管从输出脉冲光LI开始流逝一段时间，总是能够得到准确的值。因此，必定可以执行准确的短距离到长距离測量。进而，由于在输出脉冲光LI之后过去了预定时间tl之前选择了边沿采样电路21的计数值，因此当使用日本未审专利申请公开物No. 2002-328170中所述的延迟电路来计算重心时，可以执行准确的测量而不受脉宽影响。
下面来概述这种测量方法。当控制半导体激光器12的发光时序时，在使用延迟电路依序平移发光时序ー个预定量(例如，以采样时钟的四分之一为基础)吋，MPU 25生成如上所述的频率分布(图6中的直方图)。然后，它通过计算所得到的频率分布的预定部分(三个时钟的一部分)中的重心,来计算脉冲光LI的输出和脉冲光L2的检测之间的时间差，并且通过使用计算结果来测量距离。这里，尝试考虑即使在输出脉冲光LI之后过去了预定时间tl之前已经延展了脉宽，也要选择电平采样电路20的计数值。在这种情况下，通过在图7(a)和图7(b)的直方图之间进行比较可以看出，直方图的变体部分延伸到脉宽已经被延展的程度，以便即使在预定部分中计算了重心，也无法计算出准确的重心(脉冲光LI的输出和脉冲光L2的检测之间的时间差)。相比之下，当像该实施例那样在输出脉冲光LI之后过去了预定时间tl之前选择了边沿采样电路21的计数值吋，即使脉宽已经被延展，则从对图8(a)和图8(b)的直方图进行的比较可以看出，直方图的变体部分不发生改变。因此，通过计算预定部分中的重心，总是可以计算得到准确的重心(脉冲光LI的输出和脉冲光L2的检测之间的时间差)。因此，可以将距离测量分辨率增加到半导体激光器12的发光时序的平移量的程度。(变体I)在上述实施例中，边沿采样电路21在ニ进制信号的上升沿与采样时钟异步执行锁存(图3(b))。不过，本发明并不限于此。当放大器的饱和度较小或不存在时，可以与ニ进制信号异步来执行锁存。另外，在上述实施例中，根据放大器17是否饱和来设置用于控制选择器26的切換控制的预定时间tl。不过，本发明并不限于此。例如，当预期放大器饱和时，可以根据S/N比的大小来设置预定时间tl。在这种情况下，期望在输出脉冲光LI后过去了预定时间tl之前(当脉冲光L2较强并且S/N比比较高时)选择边沿采样电路21的计数值，并且在经过预定时间tl之后(当脉冲光L2较弱并且S/N比较低时)选择电平采样电路20的计数值。进而，在上述实施例中，来自ニ进制电路18的ニ进制信号被输出到电平采样电路20和边沿采样电路21，它们中的每ー个測量脉冲光LI的输出和脉冲光L2的检测之间的时间差，并且这两个时间差(计数值)中的每ー个通过选择器26的切换控制被输出到存储器24。不过，本发明并不限于此。选择器26可以被忽略，并且电平采样电路20和边沿采样电路21的每ー个可以具有专用存储器，以便MPU 25在计算距离时选择存储在两个存储器的任何一个中的计数值(时间差)。进而，可以将来自ニ进制电路18的ニ进制信号分布到电平采样电路20或边沿采样电路21，以便由电平采样电路20和边沿采样电路21中的ー个所测量的时间差(计数值)被输出到存储器24。另外，在上述实施例中，选择器26的切換控制是根据从输出脉冲光LI开始流逝的时间来执行的，并且选择电平采样电路20的计数值或边沿采样电路21的计数值(图5)。不过，本发明并不限于此。另外，当使用下述方法(A)至(D)中的任何ー个来选择电平采样电路20的计数值或边沿采样电路21的计数值时，可以应用本发明。进而，可以自由结合下述方法(A)至(D)和上述使用流逝时间的方法。方法(A)是根据測量人员的外部操作来选择电平采样电路20的计数值或边沿采样电路21的计数值。考虑了将切换按钮位于距离測量设备10的外売上，并且根据按钮的 操作来选择电平采样电路20或边沿采样电路21。可以提供，例如，短距离优先权按钮和长距离优先权按钮中的至少ー个来作为切换按钮。理想情况下，当測量人员根据按钮的操作具有直接短距离优先权时，強制选择边沿采样电路21 ;并且当测量人员根据按钮的操作具有直接长距离优先权时，选择电平采样电路20。方法⑶是根据在输出脉冲光LI之前由阈值设置电路19所估计的背景电平来选择电平采样电路20或边沿采样电路21。由于背景电平用作S/N比的先导，因此背景电平自身可以用来选择电平采样电路20或边沿采样电路21，或可以如上所述使用根据背景电平在ニ进制电路18中已进行设置的阈值。当背景电平较低吋，阈值设置电路19降低阈值的设置以便提高S/N比。因此，当测量目标的反射率较高吋，即使到测量目标的距离较长，也可以使放大器17因这样反射的脉冲光而饱和，结果有利情况是选择边沿采样电路21。由于边沿采样电路21的准确性比电平采样电路20的准确性高，因此优选情况下最好使用边沿采样电路21，即使距离较长。此外，在脉冲光LI的输出(正式发射)之前发射预备光，并且根据此时反射光的強度来选择电平采样电路20或边沿采样电路21。方法(C)是根据在输出脉冲光LI时所得到的返回光的強度来选择电平采样电路20或边沿采样电路21。返回光包括由测量目标所反射的脉冲光L2，由其他障碍物(例如雨等)所反射的脉冲光，背景光以及类似物，并且成为S/N比的先导。因此，为了选择电平采样电路20或边沿采样电路21，可以使用返回光自身的強度，可以使用返回光的平均強度，或者可以使用响应于返回光強度的噪声减小阈值。期望情况下，当返回光強度高于预定值时应该选择边沿采样电路21，并且当返回光強度低于预定值时应该选择电平采样电路20。此外，在这种情况下，在距离测量之前执行预备距离測量，并且可以根据预备距离测量的返回光数据来执行选择。方法(D)是通过输出多个脉冲光LI，根据在以下部分中的频率来选择电平采样电路20或边沿采样电路21的计数值，在所述部分中，计数值(时间差)小于存储在存储器24中的计数值的频率分布(图6的直方图)中的预定值(其中放大器17能达到饱和的部分)。在这种情况下，期望情况下电平采样电路20和边沿采样电路21的每ー个具有专用存储器，以便MPU 25在计算距离时选择存储在两个存储器的任何ー个中的计数值。例如，如图9(a)所示，在存储器中的频率分布中，当其中频率大于阈值(对应于图中的部分Kl和K2)的部分存在于“可饱和的部分”时，确定放大器17饱和，因为趋势是，包括有脉冲光L2的返回光越強，则频率増加越多。然后，选择了边沿采样电路21的计数值。进而，期望情况下，当在存储器中的频率分布中有两或多个峰值(Kl至K3)时，使用的是最小计数值的峰值(Kl)，并且比它大的计数值的峰值(K2和K3)由于是异常波形而被排除棹。在如图9(b)所示的频率分布中，没有任何部分中的频率大干“可饱和的部分”中的阈值，因此可认为放大器17不饱和，并且可以使用所有峰值(K4和K5)来作为正常波形。进而，在上述实施例中，讲述了通过ニ进制电路18对响应于返回光的强度变化的时序信号(图2(a))进行ニ进制化的例子。不过，本发明并不限于此。另外，当没有进行ニ进制化来測量脉冲光LI的输出和脉冲光L2的检测之间的时间差时，可以应用本发明。另外，在上述实施例中，讲述了在放大器17为饱和的情况下选择边沿采样电路21的例子。不过，本发明并不限于此。在任何其他例子中，存在其中包括在返回光中的脉冲光L2的特性随着测量目标而改变的情况(例如，脉宽延展)。例如，由厚玻璃所反射的脉冲光L2或者来自非平面的漫反射表面的脉冲光L2的脉宽发生延展。另外在这种情况下，通过选 择边沿采样电路21 (期望情况下通过操作例如切换按钮来手动选择)可以准确地执行距离測量。进而，在上述实施例中，讲述了选择电平采样电路20的计数值和边沿采样电路21的计数值中的一个的例子。不过，本发明并不限于此。另外，当使用电平采样电路20的计数值和边沿采样电路21的计数值这两个測量距离时，可以应用本发明。(变体2)在上述实施例中，讲到当S/N比下降并且ニ进制信号的上升沿变得不清晰时，从边沿采样电路21输出到图4中的选择器26的计数值变得不清晰。不过，在这种情况下，事先可以设置一个偏移量，以校正和显示测量的距离值。(变体3)在上述实施例中，在输出脉冲光LI后过去了预定时间tl之前，来自边沿采样电路21的计数值被输出到存储器24中，并且在预定时间tl之后，来自电平采样电路20的计数值被输出到存储器24中。不过，本发明并不限于此。当确认经过预定时间tl之后放大器将饱和时，或者当事先预期经过预定时间tl之后放大器将饱和时，可以在预定时间tl之后或经过全部时间域后将来自边沿采样电路21的计数值输出到存储器24。在这种情况下，可以提供检测放大器饱和度的装置。例如，所检测信号在被认为是正常的范围内的脉宽被事先存储起来，并且当实际脉宽大于该脉宽时，可确定无法进行电平采样，并且电平采样被切换到边沿采样。进而，当強度超出预定值的反射光进入吋，因为预期放大器将饱和，可以使用边沿采样。期望情况下，这些采样电路之间的切换根据检测值被自动控制。不过，还可以通过通知用户来切换采样方法，并且确认该通知的用户手动切换采样方法。在这种情况下，建议与距离测量设备10的MPU 25相连的第一和第二操作按钮(參见例如下面所述的图10中的操作按钮31和32)的切换模式包括在边沿采样模式和电平采样模式之间进行切換的功能。(变体4)
另外，如图10所示，在MPU 25内部可以提供控制器30，并且可以将来自第一和第ニ操作按钮31和32的操作信号输入到控制器30。通过操作操作按钮31和32，可以切换下面所述的两种测量模式。第一测量模式是“长距离模式”，并且第二测量模式是“短距离模式”。“长距离模式”是这样的ー种模式将到离具有两个或更多已计算的測量距离值的距离测量设备最远的目标的距离假设为到目标的测量距离值；或者这样一种模式将来自离具有所接收用于计算测量距离值的两个或更多反射信号的距离测量设备最远的目标的反射信号假设为到目标的信号，并且计算出测量距离值。“短距离模式”是这样ー种模式将到离具有两个或更多已计算的測量距离值的距离测量设备最近的目标的距离假设为到目标的测量距离值；或者这样一种模式将来自离具有所接收用于计算测量距离值的两个或更多反射信号的距离测量设备最近的目标的反射信号假设为到目标的信号，并且计算出测量距离值。控制器30包括距离计算器(33至38)，用于计算到待测量目标的距离。距离计算 器(33至38)包括模式确定单元33、计数单元34、表生成単元35、距离确定单元36、阈值选择单元37和距离选择单元38。当通过操作操作按钮31和32来切换测量模式时，控制器30中的模式确定单元33根据来自操作按钮31和32的操作信号来确定测量模式(长距离模式或短距离模式)。为了确定到待测量目标的距离，通过控制器30中的阈值选择单元37来选择对应于测量模式的频率分布表(直方图)上的确定阈值。当事先将测量模式设置为短距离模式而将该测量模式改为长距离模式时，操作操作按钮32达预定的时间(例如，I. 5秒)并且然后操作操作按钮31达预定的时间(例如，2秒)。在这种情况下，根据来自操作按钮31的操作信号，控制器30中的模式确定单元33确定已经将测量模式设置为长距离模式。阈值选择单元37用于选择用于对应于所选測量模式(这种情况下的长距离模式)的距离确定的确定阈值。当已经选择了长距离模式时，控制器30控制待发送给作为第二测量单元的电平采样电路20的所接收信号。因此，可以理解，事先接收长距离端所接收信号，以便通过电平采样能够执行更为准确的处理，而不需要担心短距离端接收器的饱和度。进而，当已经选择了短距离模式时，控制器30控制待发送给作为第一测量单元的边沿采样电路21的所接收信号。因此，可以理解，事先接收短距离端所接收信号，以便事先可以防止接收器饱和。
权利要求
1.一种距离测量设备，包括 输出单兀，输出第一脉冲光至测量目标； 光检测单元，检测由所述测量目标反射的所述第一脉冲光； 第一测量单元，在当从所述光检测单元输出的信号的强度大于预定值期间，通过以预定频率采样所述信号，生成表示检测到所述反射的第一脉冲光的接收信号，并且基于所述接收信号和所述第一脉冲光的输出时序，测量所述第一脉冲光的输出和检测之间的时间差; 第二测量单元，在当所述信号的所述强度从小于所述预定值变化到等于或大于所述预定值时，通过以所述预定频率采样所述信号，生成所述接收信号，并且基于所述接收信号和所述第一脉冲光的输出时序，测量所述第一脉冲光的输出和检测之间的时间差；以及 计算单元，基于所述反射的第一脉冲光的强度或S/N比，选择通过所述第一测量单元和所述第二测量单元中的至少一个测量的时间差，并且计算到所述测量目标的距离。
2.如权利要求I所述的距离测量设备，其中，所述计算单元通过基于从所述第一脉冲光的输出开始流逝的时间确定所述反射的第一脉冲光的所述强度或所述S/N比，来选择通过所述第一测量单元测量的时间差和通过所述第二测量单元测量的时间差中的一个，并且计算到所述测量目标的距离。
3.如权利要求I所述的距离测量设备，进一步包括 估计单元，估计在所述第一脉冲光的输出之前，所述第一脉冲光的背景电平，其中 所述计算单元通过从所述背景电平确定所述反射的第一脉冲光的所述S/N比，来选择通过所述第一测量单元测量的时间差和通过所述第二测量单元测量的时间差中的一个，并且计算到所述测量目标的距离。
4.如权利要求I所述的距离测量设备，其中 所述输出单元依序输出多个所述第一脉冲光；并且 所述计算单元生成与通过所述第一测量单元测量的时间差和通过所述第二测量单元测量的时间差中的至少一个有关的频率分布，通过基于在该频率分布中时间差小于预定值的部分中的频率确定所述反射的第一脉冲光的所述强度，来选择通过所述第一测量单元测量的时间差和通过所述第二测量单元测量的时间差中的一个，并且计算到所述测量目标的距离。
5.如权利要求I至4中任一项所述的距离测量设备，其中 所述第一测量单元对所述信号进行二进制化，通过在所述预定频率的采样时钟的上升沿锁存由该二进制化所生成的信号的强度来生成所述接收信号，并且测量所述时间差；并且 所述第二测量单元对所述信号进行二进制化，通过与所述采样时钟异步地锁存由该二进制化所生成的信号的强度、在所述采样时钟的第一上升沿采样所述强度、和在第二上升沿清除所述强度来生成所述接收信号，并且测量所述时间差。
6.一种距离测量设备，包括 输出单兀，输出第一脉冲光至测量目标； 光检测单元，检测由所述测量目标反射的所述第一脉冲光； 第一测量单元，在当由所述光检测单元检测到的所述反射的第一脉冲光的强度大于预定值期间，通过以预定频率采样从所述光检测单元输出的信号，生成表示检测到所述反射的第一脉冲光的接收信号，并且基于所述接收信号和所述第一脉冲光的输出时序，测量所述第一脉冲光的输出和检测之间的时间差； 第二测量单元，在当所述反射的第一脉冲光的所述强度从小于所述预定值变化到等于或大于所述预定值时，通过以所述预定频率采样从所述光检测单元输出的所述信号，生成所述接收信号，并且基于所述接收信号和所述第一脉冲光的输出时序，测量所述第一脉冲光的输出和检测之间的时间差；以及 计算单元，通过选择通过所述第二测量单元测量的时间差直到从所述第一脉冲光的输出开始流逝的时间经过预定时间为止，并且当所述流逝的时间经过所述预定时间时选择通过所述第一测量单元测量的时间差，来计算到所述测量目标的距离。
全文摘要
本发明的目的是提出一种距离测量设备，它能够实现成本和尺寸的降低，并且准确地执行从短距离到长距离范围的测量。因此，本发明的距离测量设备包括单元(11至13)，用于输出第一脉冲光L1至测量目标；单元(16、17)，用于检测由测量目标所反射的第一脉冲光L2，以输出响应于第一脉冲光的强度变化的信号；测量单元(18、20)，用于测量在当信号强度大于预定值期间，第一脉冲光的输出和检测之间的时间差；测量单元(18、21)，用于测量在当信号强度从小于预定值变化到等于或大于预定值时的时间差；以及单元(24、25)，用于通过使用两个测量单元中的至少一个所测量的时间差来计算到测量目标的距离。
文档编号G01S7/487GK102662176SQ20121011162
公开日2012年9月12日 申请日期2006年7月3日 优先权日2005年7月4日
发明者酒井宏 申请人:株式会社尼康, 株式会社尼康美景