專利名稱：脈沖信號的處理裝置，脈沖信號的處理方法和程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于脈沖信號檢測的有用技術(shù)。特別是，本發(fā)明涉及利用脈沖光的反射測定距離的技術(shù)，涉及以高靈敏度檢測微弱反射脈沖光的技術(shù)。
背景技術(shù)：
已知有在對象物上照射脈沖光，檢測其反射光，測定到對象物距離的技術(shù)。該技術(shù)稱為光波距離測定技術(shù)，根據(jù)向?qū)ο笪锏拿}沖光照射定時(shí)與其反射光檢測定時(shí)的時(shí)間差，算出到對象物的距離。該技術(shù)記載在專利文獻(xiàn)1(特表2000-506971號公報(bào))和專利文獻(xiàn)2(特許第3089332號公報(bào))上。
上述光波距離測定技術(shù)有利用稱為隅角棱鏡的專用反射器的反射光的方法；和不用隅角棱鏡，利用任意選擇的對象物的反射光的方法。不使用隅角棱鏡的方法，由于其簡便性，使用方便，但因其反射光較弱，則必須在脈沖光檢測方面想辦法。
對于距離測定技術(shù)，要求更高精度的測定和更大范圍(大的測定范圍)的測定。當(dāng)要求提高測定數(shù)據(jù)的精度時(shí)，則必須使受光元件的輸出的取樣間隔更短。然而，將取樣間隔縮短，就意味著取樣數(shù)據(jù)變多。這在擴(kuò)大測定范圍時(shí)更為顯著。
為了最好以極短時(shí)間進(jìn)行距離測定，不希望取樣數(shù)據(jù)增加。并且，取樣數(shù)據(jù)的增加，將加大存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器和演算電路的負(fù)擔(dān)，出現(xiàn)成本增高和消耗電力增加的問題。光波距離測定裝置大多數(shù)用于野外，消耗電力的增加，對于要求用蓄電池驅(qū)動(dòng)的工作方式，特別不利。此外，提高取樣頻率，將增加電路設(shè)計(jì)上的限制，也有成本增高的問題。
不采用上述隅角棱鏡的測定時(shí)，由于反射光的強(qiáng)度較弱，則必須提高反射脈沖光的檢測精度。該技術(shù)是將多次反射脈沖光的取樣數(shù)據(jù)暫時(shí)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，再使該存儲(chǔ)的取樣數(shù)據(jù)對照時(shí)間軸的位置，進(jìn)行多個(gè)脈沖(例如10脈沖)累計(jì)處理。該處理中，累計(jì)多個(gè)脈沖的相同取樣位置的取樣數(shù)據(jù)，進(jìn)行改善S/N比的演算處理。也就是，進(jìn)行疊加多個(gè)脈沖的演算處理。
然而，這種方法必須有處理多次脈沖的處理時(shí)間，存在測定時(shí)間較長的問題。在增大測定范圍時(shí)，處理的數(shù)據(jù)量加大，這種傾向更為明顯。
這樣，由于在處理的取樣數(shù)據(jù)量方面有限制，當(dāng)追求測定精度時(shí)，將不得不犧牲測定范圍。另外當(dāng)追求測定范圍的大小時(shí)，將不得不擴(kuò)大取樣間隔，犧牲測定精度。并且，不使用隅角棱鏡的方式，若不進(jìn)一步犧牲測定范圍，就不可能得到規(guī)定的測定精度，還存在測定時(shí)間較長的問題。因此，光波距離測定技術(shù)，存在應(yīng)該改善的問題。
專利文獻(xiàn)1中，記載了進(jìn)行利用1～3脈沖的粗測定和利用多個(gè)脈沖的精密測定的技術(shù)。該技術(shù)是用于改善上述問題的途徑之一，但在不使用隅角棱鏡反射光微弱的情況下，粗測定不可能得到足夠的檢測輸出，有失去信號的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種光波距離測定裝置，以有限的存儲(chǔ)器容量和消耗電力運(yùn)行，即使是微弱的反射光，也能使測定時(shí)間較短，并且用較低的取樣頻率進(jìn)行高精度測定，且測定范圍廣。并且，本發(fā)明的目的是提供了可用于這種光波距離測定裝置的技術(shù)。
本發(fā)明的脈沖信號處理裝置，其特征是，具有按照規(guī)定定時(shí)，對1個(gè)脈沖信號或?qū)?yīng)于該信號的應(yīng)答信號進(jìn)行取樣的取樣部；按照規(guī)定關(guān)系，將上述取樣的多個(gè)取樣數(shù)據(jù)進(jìn)行合成的相加部；將上述合成的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在規(guī)定地址的存儲(chǔ)部，上述存儲(chǔ)部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是加強(qiáng)上述脈沖信號電平的數(shù)據(jù)。
首先，說明本發(fā)明的基本原理。本發(fā)明中，為了提高脈沖信號的檢測精度，進(jìn)行1個(gè)脈沖信號或應(yīng)答于1個(gè)脈沖信號的應(yīng)答信號的取樣數(shù)據(jù)的合成，由此得到提高了檢測強(qiáng)度的信號。這里，所謂合成，是對一個(gè)脈沖的取樣數(shù)據(jù)進(jìn)行累計(jì)。
以下，詳細(xì)說明取樣數(shù)據(jù)的合成。首先取樣有2種方法。一種方法是原封不動(dòng)地對脈沖信號進(jìn)行取樣。另一種方法是將脈沖信號變換為更適于處理的適當(dāng)信號波形，再對該變換的信號進(jìn)行取樣。
首先，說明第1種取樣方法。按照規(guī)定取樣間隔對1個(gè)脈沖信號進(jìn)行取樣時(shí)，得到多個(gè)取樣數(shù)據(jù)。然后，對該多個(gè)取樣數(shù)據(jù)進(jìn)行加合，即可得到更大電平的信號。這樣，能夠提高S/N比檢測更微弱的脈沖信號。以下，舉例說明該第1方法的原理。


圖1是說明利用本發(fā)明進(jìn)行脈沖信號取樣的一例的圖表。圖1(A)表示按照取樣間隔Ts對1個(gè)脈沖信號201進(jìn)行取樣的狀態(tài)。圖1(B)表示脈沖波形201、以及根據(jù)脈沖波形201經(jīng)過取樣數(shù)據(jù)合成處理提高S/N比的合成波形202。圖1的縱軸是表示信號電平的相對值，橫軸是時(shí)間軸。
圖1(A)表示按照取樣間隔Ts(即取樣頻率(1/Ts))對脈沖波形201進(jìn)行取樣，在1～15所示取樣點(diǎn)得到的取樣數(shù)據(jù)的實(shí)例。這里，對如取樣點(diǎn)1和2、3和4、5和6、…那樣相鄰接的取樣點(diǎn)的取樣數(shù)據(jù)進(jìn)行加合合成。這樣，如圖1(B)所示，得到對應(yīng)于脈沖波形201的合成波形202。
該合成波形202與作為基礎(chǔ)的脈沖波形201相比，改善了S/N比。這是因?yàn)樵肼曤娖降南辔缓驼穹鶠榉且欢ǖ碾S機(jī)變動(dòng)，合成時(shí)存在一部分抵消成分，其值不像和取樣數(shù)據(jù)的合成值同樣增加，相對于信號電平來說，等效于噪聲電平下降。因此，合成波形202與脈沖波形201比較，S/N比改善了。這樣，對按照規(guī)定間隔取樣1脈沖波形的數(shù)據(jù)進(jìn)行合成，即可改善脈沖信號的S/N比。并且，這種方法處理的數(shù)據(jù)數(shù)量可以較少。
該方法中，合成的取樣數(shù)據(jù)，優(yōu)選從附近的取樣位置取得。脈沖波形的電平急劇上升，又急劇下降。因此，對取樣位置較近的取樣數(shù)據(jù)進(jìn)行加合，可以更有效地加強(qiáng)電平。例如，在圖1(B)的例子中，與合成取樣位置1和取樣位置7的取樣數(shù)據(jù)相比，合成相互鄰接的取樣位置7和取樣位置8的取樣數(shù)據(jù)，能夠得到電平的更大信號值。
下面，對于將脈沖信號變換成更適于處理的適合的信號波形，再對該變換的信號進(jìn)行取樣的方法予以說明。作為適于處理的適合信號波形的一個(gè)例子，可以是衰減振動(dòng)波形。衰減振動(dòng)波形是按一定或大致一定的周期振幅逐漸衰減的振動(dòng)波形。衰減振動(dòng)波形是在具有調(diào)諧電路的放大器(調(diào)諧放大器)中，通過脈沖信號而得到的。如以下詳細(xì)說明所示，利用衰減振動(dòng)波形206的周期性，進(jìn)行取樣數(shù)據(jù)的合成時(shí)，即使原來的脈沖信號較弱，也能夠高靈敏度地檢測該信號。
圖2是表示脈沖信號波形和應(yīng)答于該脈沖信號的衰減振動(dòng)波形的圖表。如圖2所示，在調(diào)諧放大器中通過(A)所示的脈沖波形205時(shí)，得到(B)所示的衰減振動(dòng)波形206。圖2的縱軸是表示信號電平的相對值，橫軸是時(shí)間軸。所謂調(diào)諧放大器，是在放大電路的信號路徑上具有調(diào)諧電路的放大器。
衰減振動(dòng)波形，如圖2的206所示，是周期大致一定、振幅逐漸衰減的波形。如圖2所示，衰減振動(dòng)波形206，雖然振幅隨經(jīng)過時(shí)間而衰減波峰部207、波谷部208、波峰部209、波谷部210周期地交替出現(xiàn)。
因而，利用其周期性，進(jìn)行疊加衰減振動(dòng)波形的波峰部與波峰部或者波谷部與波谷部的處理。這樣，得到加強(qiáng)波峰部和波谷部的振動(dòng)波形。例如，累計(jì)衰減振動(dòng)波形206的波峰部207的振幅值和下一個(gè)波峰部209的振幅值，再累計(jì)波谷部208的振幅值和下一個(gè)波谷部210的振幅值。這樣，得到了加強(qiáng)衰減振動(dòng)波形206的振幅的合成波形。
另外例如，對波峰部207的面積和波峰部209的面積進(jìn)行累計(jì)處理，對波谷部208的面積和波谷部210的面積進(jìn)行累計(jì)處理，即可得到加強(qiáng)波峰值的合成波形。
進(jìn)行了這種處理的合成波形振幅值的峰值，大于衰減振動(dòng)波形206振幅值的峰值，改善了S/N比。這種方法，在衰減振動(dòng)波形被埋沒在噪聲中的弱信號情況下也是有效的。
這樣，本發(fā)明的脈沖信號處理裝置，作為應(yīng)答于脈沖信號的信號，優(yōu)選采用衰減振動(dòng)波形，利用衰減振動(dòng)波形的周期性進(jìn)行取樣數(shù)據(jù)的合成。
作為疊加衰減振動(dòng)波形的波峰部和波峰部、或者波谷部和波谷部的處理，采用在取樣位置錯(cuò)開1周期(2π)累計(jì)波峰部207的取樣數(shù)據(jù)和波峰部209的取樣數(shù)據(jù)的方法。這時(shí)，波峰部的頂部(或其附近)相互間和波谷部的底部(或其附近)相互間的振幅值相加，可以進(jìn)一步提高振幅的加強(qiáng)效果。
作為另一種方法，也可以將衰減振動(dòng)波形的相當(dāng)于波峰的部分的振幅值和相當(dāng)于波谷的部分的振幅值的絕對值相加。這時(shí)也應(yīng)加強(qiáng)振幅電平。例如，將衰減振動(dòng)波形206的波峰部207的振幅值和波谷部208的振幅值的絕對值進(jìn)行累計(jì)。這時(shí)，當(dāng)以錯(cuò)開相位差為π的取樣點(diǎn)的取樣值為累計(jì)對象時(shí)，可以增大加強(qiáng)波峰值的效果。并且，例如也可以疊加衰減振動(dòng)波形206的波峰部207的面積和波谷部208的面積。這樣，能夠提高檢測信號的S/N比。
衰減振動(dòng)波形的1周期或半周期，優(yōu)選與取樣間隔存在大致整數(shù)倍的關(guān)系。這樣，在合成鄰接的取樣數(shù)據(jù)時(shí)，合成+側(cè)波形的取樣數(shù)據(jù)和一側(cè)波形的取樣數(shù)據(jù)，由此可以排除振幅值較弱的演算處理的可能性。能夠有效地得到波峰值的加強(qiáng)效果。
本發(fā)明的脈沖信號處理裝置，特別適用于利用脈沖光的距離測定技術(shù)，可以廣泛用于微弱脈沖光的檢測。也就是，作為脈沖信號發(fā)生契機(jī)的物理現(xiàn)象，不限于脈沖光的受光，也可以是聲波的檢測和沖出的檢測等。
本發(fā)明的脈沖信號處理裝置中，脈沖信號是來自接收脈沖光的受光元件的輸出信號，脈沖光是對規(guī)定對象物照射的照射脈沖光的反射光，優(yōu)選具有脈沖光發(fā)光部；利用合成的數(shù)據(jù)和照射脈沖光的照射定時(shí)，算出從受光元件到對象物的距離的距離計(jì)算部。
根據(jù)這個(gè)方案，可以得到適用于利用激光的距離測定裝置的構(gòu)成。也就是，提供了一種距離測定裝置，將來自發(fā)光部的脈沖激光照射到對象物，由受光元件接收其反射光，利用從該受光元件輸出的脈沖信號，進(jìn)行使上述檢測信號的S/N提高的取樣數(shù)據(jù)的處理，利用該處理結(jié)果算出到對象物的距離。該裝置，由于能提高脈沖信號的檢測S/N比，則可以高靈敏度地進(jìn)行脈沖光的檢測。因此，即使在不用隅角棱鏡等專用反射器的情況下，也能夠高靈敏度地檢測弱的反射光。
由于利用1脈沖包含的信息，則與已有技術(shù)利用多個(gè)脈沖的方法比較，可以縮短處理時(shí)間。并且，在處理電路的存儲(chǔ)器中，由于可存儲(chǔ)相加的數(shù)據(jù)，則節(jié)約了存儲(chǔ)器容量。因此，能夠采用低消耗電力、更簡單的低成本電路。
作為處理對象的信號，當(dāng)采用衰減振動(dòng)波形時(shí)，由于在時(shí)間軸上擴(kuò)大信號波形，進(jìn)行取樣，則可降低取樣頻率。這樣也可以抑制電路的負(fù)擔(dān)，有效地實(shí)現(xiàn)低消耗電力化、低成本化。
當(dāng)利用衰減振動(dòng)波形時(shí)，對在時(shí)間軸上擴(kuò)大的信號進(jìn)行累計(jì)，并在時(shí)間軸上予以壓縮，則可提高信號的波峰值。因此，能夠提高信號的S/N比，即使是弱信號也可以提高檢測靈敏度。
優(yōu)選上述距離測定裝置具有轉(zhuǎn)換部，對以下兩種測定方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即利用按照圖1或圖2所示原理的取樣，進(jìn)行第1距離測定范圍的距離測定的粗測定方式；在比第1距離測定范圍狹窄的第2距離測定范圍，進(jìn)行取樣的精密測定方式。
按照這個(gè)方案，在粗測定方式，利用圖1和圖2所示取樣數(shù)據(jù)的處理方法，在大致范圍測定到對象物的距離；在精密測定方式，在更狹窄的距離范圍進(jìn)行追求精度的測定。
并且，在精密測定方式，優(yōu)選進(jìn)行對于多個(gè)脈沖光的取樣，累積其取樣數(shù)據(jù)。在上述方案，與粗測定方式的取樣頻率相比，優(yōu)選精密測定方式的取樣頻率較高。
這里，所謂累積是累計(jì)不同脈沖的取樣數(shù)據(jù)。附帶說明，本說明書中，累計(jì)一個(gè)脈沖的取樣數(shù)據(jù)的情況表現(xiàn)為合成。
作為精密測定方式，當(dāng)采用累積對多脈沖的取樣數(shù)據(jù)的方法時(shí)，由于使用對多個(gè)脈沖的取樣數(shù)據(jù)，則可更正確地檢測脈沖波形。因此，能夠進(jìn)行更高精度的距離測定。
作為精密測定方式，當(dāng)采用提高取樣頻率的方法時(shí)，由于能以更細(xì)小的間隔得到取樣數(shù)據(jù)，則可提高測定精度。在精密測定方式，還可以將取樣數(shù)據(jù)的累積和高取樣頻率的采用予以組合。
在并用上述粗測定方式和精密測定方式的方案中，轉(zhuǎn)換部優(yōu)選在通過粗測定方式求出第2距離測定范圍時(shí)，進(jìn)行從粗測定方式向精密測定方式的轉(zhuǎn)換。當(dāng)然，測定方式的轉(zhuǎn)換，手動(dòng)也可以。
按照這個(gè)方案，在利用短時(shí)間可測定的粗測定方式測定大致的距離后，即可進(jìn)行縮小測定范圍的精密距離測定。這時(shí)，由于測定范圍狹窄，則在精密測定方式，即使進(jìn)行利用多脈沖光的精密測定和/或提高取樣頻率的測定，數(shù)據(jù)量也不會(huì)龐大，處理時(shí)間也不會(huì)加長。因此，不會(huì)增加處理時(shí)間和電路負(fù)擔(dān)，能夠提高測定精度。
如利用圖1或圖2已說明的一樣，粗測定方式，即使是微弱的反射脈沖光，由于可以高靈敏度地檢測1脈沖的信號，則適用在短測定時(shí)間得到大致的距離。
特別是在利用衰減振動(dòng)波形的情況下，在時(shí)間軸上擴(kuò)大了信號波形，確保較多的取樣點(diǎn)，并且通過取樣數(shù)據(jù)的合成處理，進(jìn)行檢測信號的S/N比的改善。因此，即使取樣不太精細(xì)，也能提高從對象物反射的單脈沖的檢測靈敏度。這對于要求較大測定范圍的光波距離計(jì)是極為有用的。
另一方面，合成本發(fā)明的取樣數(shù)據(jù)的方法，由于在1脈沖或應(yīng)答于1脈沖的波形中合成取樣數(shù)據(jù)，則犧牲了在時(shí)間軸上取樣點(diǎn)的明確位置的嚴(yán)密性。
這樣，圖1和圖2所示的方法，具有短時(shí)間測定、低消耗電力、使用更少的存儲(chǔ)器容量、不需要較大取樣頻率從而減少了對電路的負(fù)擔(dān)等優(yōu)越性，但犧牲了精密的距離測定。
另一方面，連續(xù)多個(gè)脈沖，對脈沖波形或者根據(jù)該脈沖波形的衰減振動(dòng)波形進(jìn)行取樣，再將多個(gè)脈沖的取樣數(shù)據(jù)相加，提高S/N比的方法，或者提高取樣頻率進(jìn)行取樣的方法，雖然犧牲了其他事項(xiàng)，與粗測定方式相反，可以追求測定的精密性。
也就是，在精密測定方式，可以精密地求出脈沖信號的峰值和重心位置(時(shí)間軸上的重心位置)，具有精密距離測定的優(yōu)越性，但卻犧牲了短時(shí)間測定、低消耗電力、使用更少的存儲(chǔ)器容量、電路的低負(fù)擔(dān)等方面。
因此，將兩方式進(jìn)行組合，即可得到兼有兩方式優(yōu)點(diǎn)的光波測距裝置。也就是，用粗測定短時(shí)間進(jìn)行大致的距離測定，縮小范圍后利用精密測定，進(jìn)行精密的距離測定。這時(shí)，由于精密測定在極狹小的距離范圍進(jìn)行，則可抑制因精密測距引起的處理時(shí)間增加、電路負(fù)擔(dān)加大、消耗電力增加等問題的發(fā)生。
這樣，可以得到既有寬廣的測定范圍又進(jìn)行精密測定，而且兼?zhèn)涠虝r(shí)間測定、低消耗電力、使用更少的存儲(chǔ)器容量、電路負(fù)擔(dān)較小的優(yōu)越性的光波距離測定裝置。
本發(fā)明的脈沖光處理裝置，也可以作為脈沖信號的處理方法或者用于實(shí)行脈沖信號處理的程序，予以掌握。也就是，本發(fā)明的脈沖信號處理方法的特征是具有按照規(guī)定定時(shí)對1個(gè)脈沖信號或應(yīng)答于該脈沖信號的應(yīng)答信號進(jìn)行取樣的取樣步驟；合成多個(gè)上述取樣的取樣數(shù)據(jù)的相加步驟；將上述合成的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在規(guī)定地址的存儲(chǔ)步驟。
實(shí)行本發(fā)明的脈沖信號處理方法的程序是能用計(jì)算機(jī)實(shí)行的程序，其特征是在計(jì)算機(jī)中實(shí)行以下程序按照規(guī)定定時(shí)對1個(gè)脈沖信號或應(yīng)答于該脈沖信號的應(yīng)答信號進(jìn)行取樣的取樣程序；合成多個(gè)上述取樣的取樣數(shù)據(jù)的相加程序；將上述合成的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在規(guī)定地址的存儲(chǔ)程序。
關(guān)于上述脈沖信號處理裝置的最低限定事項(xiàng)，作為實(shí)行各限定內(nèi)容的步驟，可以作為進(jìn)一步限定上述脈沖信號處理方法的發(fā)明的內(nèi)容予以掌握。并且，關(guān)于上述脈沖信號處理裝置的最低限定事項(xiàng)，作為進(jìn)行各限定內(nèi)容的程序，可以作為進(jìn)一步限定用于實(shí)行上述脈沖信號處理方法的程序的內(nèi)容予以掌握。
按照本發(fā)明，相加1脈沖的脈沖信號的取樣數(shù)據(jù)，能夠增大脈沖信號的波峰值，因此可以提高脈沖信號檢測時(shí)的S/N。并且，由于利用應(yīng)答于脈沖信號的衰減振動(dòng)波形的周期性進(jìn)行取樣，則在時(shí)間軸上擴(kuò)大信號波形，雖然是低取樣頻率，但還能有效地進(jìn)行加強(qiáng)波峰值的處理。也就是，按照本發(fā)明，由于在時(shí)間軸上擴(kuò)大單脈沖的信號波形，則在低取樣頻率也能進(jìn)行脈沖信號的不溢出測定。
將本發(fā)明用于距離測定技術(shù)時(shí)，不使用高取樣頻率，可以縮短處理時(shí)間，則即使增大距離測定的范圍，測定時(shí)間也不會(huì)加長。因此，提供了一種在限定的存儲(chǔ)器容量和消耗電力下工作、即使是微弱的反射光測定時(shí)間也較短、用比較低的取樣頻率進(jìn)行測定、測定范圍更寬廣的光波距離測定裝置。并且，提供了具有這種優(yōu)越性的光波距離測定技術(shù)。
將按照規(guī)定定時(shí)對1個(gè)脈沖信號或應(yīng)答于1個(gè)脈沖信號的應(yīng)答信號進(jìn)行取樣的方法作為粗測定方式，將采用多脈沖光的取樣數(shù)據(jù)的方法和提高取樣頻率的方法作為精密測定方式，把兩者組合起來，則可使寬廣的測定范圍和精密的測定并存。
本發(fā)明可用于高靈敏度地進(jìn)行脈沖信號檢測的技術(shù)。特別是本發(fā)明在利用脈沖激光的距離測定技術(shù)中，可用于提供具有寬廣測定范圍、測定處理迅速、能夠高精度測定、低消耗電力操作、低成本的光波距離測定裝置。
附圖的簡單說明第1圖是說明進(jìn)行脈沖信號取樣的原理的圖表。
第2圖是說明脈沖信號與衰減振動(dòng)波形關(guān)系的圖表。
第3圖是表示利用本發(fā)明的光波距離測定裝置一個(gè)例子的方框圖。
第4圖是表示合成累積·裝置一個(gè)例子的方框圖。
第5圖是表示光波距離測定程序一個(gè)例子的流程圖。
第6圖是說明取樣數(shù)據(jù)的合成方法的概念圖。
第7圖是表示光波距離測定程序一個(gè)例子的流程圖。
第8圖是說明取樣數(shù)據(jù)合成方法的概念圖。
第9圖是說明取樣數(shù)據(jù)合成方法的概念圖。
第10圖是說明取樣數(shù)據(jù)合成方法的概念圖。
實(shí)施例1.第1實(shí)施例1-1實(shí)施例的構(gòu)成圖3是表示利用本發(fā)明的光波距離測定裝置一個(gè)例子的方框圖。圖4是表示圖3的光波距離測定裝置的合成·累積裝置一個(gè)例子的方框圖。圖3所示光波距離測定裝置具有演算處理裝置101，定時(shí)電路102，激光振蕩裝置103，發(fā)光元件104，半透明反射鏡105，光快門106，發(fā)光側(cè)光纖維107，反射鏡108，物鏡109，受光側(cè)光纖維110，內(nèi)部參照光程111，半透明反射鏡112，受光元件113，調(diào)諧放大器114，合成·累積裝置115，振蕩器116和光快門117。
演算處理裝置101具有實(shí)行用于進(jìn)行后述距離測定的程序的功能，存儲(chǔ)該程序的存儲(chǔ)器，進(jìn)行距離計(jì)算的演算功能，以及轉(zhuǎn)換測定方式的轉(zhuǎn)換功能。
定時(shí)電路102根據(jù)演算處理裝置101的指示，按照根據(jù)振蕩器116產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號的定時(shí)，將振蕩激光的定時(shí)信號供給激光振蕩電路103。激光振蕩裝置103根據(jù)定時(shí)電路102的定時(shí)信號，生成驅(qū)動(dòng)發(fā)光元件104的信號。發(fā)光元件104是脈沖激光二極管，由激光振蕩裝置103驅(qū)動(dòng)，按照規(guī)定定時(shí)發(fā)出激光脈沖光。
半透明反射鏡105，使從發(fā)光元件104發(fā)出的脈沖光的一部分原封不動(dòng)透射，將另一部分反射到相對于入射方向90度的不同方向。例如，就光通量比來看，原封不動(dòng)地透射從發(fā)光元件104入射的脈沖光的90％，將剩余的10％反射到內(nèi)部參照光程111方向。光快門106選擇是否將發(fā)光元件104來的脈沖光導(dǎo)向發(fā)光側(cè)光纖維107。光快門117選擇是否將發(fā)光元件104來的脈沖光導(dǎo)向內(nèi)部參照光程111。
發(fā)光側(cè)光纖維107將發(fā)光元件104來的脈沖光引導(dǎo)到反射鏡108。來自發(fā)光側(cè)光纖維107的脈沖光，由反射鏡108反射，通過物鏡109照射到被照射對象物118。
由被照射對象物118反射的反射脈沖光，通過物鏡109到達(dá)反射鏡108，再由其反射引導(dǎo)到受光側(cè)光纖維110，到達(dá)半透明反射鏡112。半透明反射鏡112，透射來自受光側(cè)光纖維110的脈沖光，將來自內(nèi)部參照光程111的脈沖光反射到受光元件113方向。
受光元件113是光電變換元件。受光元件113采用能夠高靈敏度地檢測光的雪崩光電二極管。受光元件113將入射的脈沖光變換為電信號。調(diào)諧放大器114具有放大電路(放大器)和調(diào)諧電路，輸出應(yīng)答于從受光元件113輸出的脈沖光的衰減振動(dòng)波形信號。
受光元件113來的輸出信號，由于應(yīng)答于接收的脈沖光，波形當(dāng)然為脈沖狀波形。將脈沖狀波形通過調(diào)諧放大器，則得到振幅按規(guī)定周期衰減的衰減振動(dòng)波形。該衰減振動(dòng)波形是正負(fù)交替振動(dòng)的振幅在時(shí)間軸上逐漸減小的波形(例如參照圖2)。
合成·累積裝置115具有例如圖4所示方框圖的構(gòu)成。合成·累積裝置115具有對從調(diào)諧放大器114輸出的衰減振動(dòng)波形進(jìn)行取樣，合成或累積該取樣數(shù)據(jù)的功能，以及存儲(chǔ)合成或累積的數(shù)據(jù)的功能。
圖4所示合成·累積裝置115具有A/D變換器121、相加·存儲(chǔ)部123、定時(shí)調(diào)整電路122。A/D變換器121根據(jù)定時(shí)調(diào)整電路122的定時(shí)信號，對從調(diào)諧放大器114輸出的衰減振動(dòng)波形進(jìn)行取樣。相加·存儲(chǔ)部123具有按照后述的程序，根據(jù)從定時(shí)調(diào)整電路122傳送的定時(shí)信號，相加由A/D變換器121取樣的取樣數(shù)據(jù)，再將相加的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在所定地址的功能。相加·存儲(chǔ)部123具有用于進(jìn)行該相加處理和存儲(chǔ)的相加電路；存儲(chǔ)電路(存儲(chǔ)器)；對取樣時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器。
1-2實(shí)施例的操作這里，以對測定大致距離的粗測定方式，以及根據(jù)在粗測定方式測定的大致距離進(jìn)行狹小距離范圍的取樣，實(shí)行精密距離測定的精密測定方式，進(jìn)行組合的處理程序?yàn)槔枰哉f明。并且，作為粗測定方式，對采用2脈沖的反射脈沖光，能以高靈敏度檢測微弱反射脈沖光的例子予以說明。
(粗測定方式的操作)首先，說明粗測定方式的一個(gè)例子。圖5是表示本實(shí)施例的粗測定方式處理程序的流程圖。處理從光快門106和117為封閉狀態(tài)(非通過狀態(tài))開始(步驟S131)。處理開始時(shí)，首先釋放光快門106，為「遮光器外」?fàn)顟B(tài)(步驟S132)，接著設(shè)定取樣地址為0(步驟S133)。然后，根據(jù)定時(shí)電路102來的定時(shí)信號，激光振蕩裝置103工作，發(fā)光元件104脈沖發(fā)出激光，同時(shí)取樣開始(步驟S134)。
也就是，發(fā)出的脈沖光通過反射鏡108、物鏡109，照射到目標(biāo)對象物118，再由其反射，按照相反的路徑到達(dá)反射鏡108。受光元件113接收該反射脈沖光，利用光電變換作用，輸出應(yīng)答于接收的脈沖光的電信號。受光元件113來的輸出信號是對應(yīng)于脈沖光的脈沖信號。調(diào)諧放大器114放大該脈沖信號，輸出圖2的206所示衰減振動(dòng)波形。
在步驟S134，對來自該調(diào)諧放大器114的衰減振動(dòng)波形加以取樣處理。然后在步驟S135，進(jìn)行1脈沖的取樣數(shù)據(jù)的累計(jì)(合成)，在按照取樣時(shí)鐘脈沖的地址存儲(chǔ)合成的數(shù)據(jù)。這些取樣數(shù)據(jù)的處理，由合成·累積裝置115進(jìn)行。詳細(xì)的處理內(nèi)容后面講述。
在步驟S135，進(jìn)行取樣數(shù)據(jù)的累計(jì)，如后所述，加強(qiáng)調(diào)諧放大器輸出波形的振幅，改善其S/N比。因此，可以顯露出埋沒在噪聲電平中的波形。步驟S135的處理以后，判斷是否顯露出可用于演算處理裝置101的距離計(jì)算處理的電平的波形(步驟S136)，若顯露出波形(即得到了規(guī)定電平以上的S/N比)，則進(jìn)入步驟S137，若未顯露出來，則返回到步驟S133的前階段，再次實(shí)行步驟S133以下的處理。
在步驟S137，從合成·累積裝置115的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)中檢索再現(xiàn)波形內(nèi)有最大值(波峰值)的波形，檢測該地址Mi(步驟S137)。該地址Mi是對應(yīng)于取樣開始(即發(fā)光定時(shí))的時(shí)鐘脈沖數(shù)的地址號碼，可以算出從該地址脈沖光的飛行時(shí)間。
然后，利用取樣開始的取樣時(shí)鐘脈沖(LxMi-20:L是合成次數(shù))，在精密測定方式取樣開始定時(shí)決定第L時(shí)鐘脈沖(步驟S138)。Mi值包含與到反射激光脈沖光的對象物的大概距離有關(guān)的信息。為了利用該數(shù)值，乘以在后面的計(jì)算中易于利用的合成次數(shù)L，并且，為了在精密測定范圍中具有余量，將減少20時(shí)鐘脈沖的時(shí)刻作為取樣開始定時(shí)。
也就是，在步驟S137，得到有關(guān)到對象物大致距離的信息，在步驟S138，指定可以進(jìn)行下面精密測定方式取樣的范圍。然后，粗測定方式的處理結(jié)束，轉(zhuǎn)移到精密測定方式(步驟S139)。由粗測定方式進(jìn)行大致距離范圍的測定，指定用于實(shí)行下面精密測定方式的更狹小的范圍。
(粗測定方式的數(shù)據(jù)處理)以下，舉例詳細(xì)說明圖5的步驟S134和步驟S135的處理內(nèi)容。本方案中，對2脈沖進(jìn)行取樣處理和取樣數(shù)據(jù)的累計(jì)處理。圖6是說明本實(shí)施例粗測定方式的取樣方法的概念圖，是L＝2的例子。圖6(A)表示第1次發(fā)光(第1脈沖)的處理定時(shí)，圖6(B)表示第2次發(fā)光(第2脈沖)的處理定時(shí)。
首先，說明取樣處理。取樣處理根據(jù)來自振蕩器116(參照圖3)的基準(zhǔn)信號，以定時(shí)調(diào)整電路122(參照圖4)生成的取樣時(shí)鐘脈沖為基準(zhǔn)進(jìn)行。
在相加·存儲(chǔ)部123(參照圖4)的存儲(chǔ)器內(nèi)，給與同步于取樣時(shí)鐘脈沖的地址號碼。這里，設(shè)定測定開始點(diǎn)為0，按順序給與數(shù)值。M是對應(yīng)于第M時(shí)鐘脈沖的地址號碼。
本實(shí)施例中，對圖6所示衰減振動(dòng)波形(調(diào)諧放大器114的輸出信號)進(jìn)行取樣。首先，如圖6(A)所示，進(jìn)行應(yīng)答于第1次發(fā)光的反射脈沖光的衰減振動(dòng)波形的取樣處理。這時(shí)，用取樣時(shí)鐘脈沖上升的定時(shí)，在取樣點(diǎn)1、取樣點(diǎn)3、取樣點(diǎn)5…取樣點(diǎn)23等奇數(shù)號碼的取樣點(diǎn)，利用A/D變換器121(參照圖4)進(jìn)行取樣。
取樣了的信號存儲(chǔ)在相加·存儲(chǔ)部123內(nèi)的存儲(chǔ)器中。這時(shí)，進(jìn)行以下處理，即將取樣點(diǎn)1和取樣點(diǎn)13的取樣數(shù)據(jù)相加，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)地址M；將取樣點(diǎn)3和取樣點(diǎn)15的取樣數(shù)據(jù)相加，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)地址M+2；將取樣點(diǎn)5和取樣點(diǎn)17的取樣數(shù)據(jù)相加，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)地址M+4。也就是，將在衰減振動(dòng)波形錯(cuò)開1周期點(diǎn)的奇數(shù)號碼的取樣數(shù)據(jù)相加，每隔一個(gè)地將其值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器地址。
然后，進(jìn)行第2次發(fā)光的脈沖的處理。也就是，如圖6(B)所示，進(jìn)行應(yīng)答于第2次發(fā)光的反射脈沖光的衰減振動(dòng)波形的取樣處理。這時(shí)，作為取樣時(shí)鐘脈沖，采用使在圖6(A)所示第1次發(fā)光的反射脈沖光取樣中使用的取樣時(shí)鐘脈沖錯(cuò)開半周期的時(shí)鐘脈沖。
這時(shí)，用取樣時(shí)鐘脈沖上升的定時(shí)，在取樣點(diǎn)2、取樣點(diǎn)4、取樣點(diǎn)6、…取樣點(diǎn)24等偶數(shù)號碼取樣點(diǎn)，利用A/D變換器121(參照圖4)進(jìn)行取樣。
這時(shí)，進(jìn)行如下處理，即將取樣點(diǎn)2和取樣點(diǎn)14的取樣數(shù)據(jù)相加，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)地址M+1；將取樣點(diǎn)4和取樣點(diǎn)16的取樣數(shù)據(jù)相加，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)地址M+3。也就是，將在衰減振動(dòng)波形錯(cuò)開1周期點(diǎn)的偶數(shù)定時(shí)的取樣數(shù)據(jù)相加，將其值存儲(chǔ)在剩余的每隔一個(gè)的存儲(chǔ)器地址。
由于衰減振動(dòng)波形的周期性，在錯(cuò)開1周期點(diǎn)的振幅，其正負(fù)方向是相同的。因此，該處理中，將在錯(cuò)開1周期點(diǎn)的振幅相加，把2周期的振幅數(shù)據(jù)壓縮在1周期，伸長了振幅。這樣，觀察從圖6(B)的存儲(chǔ)器地址M～M+12存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)得到的波形就可理解，加強(qiáng)大幅放大從調(diào)諧放大器114輸出的衰減振動(dòng)波形的振幅(波峰值)。
從利用信號疊加改善S/N比的原理可見，由于相位隨機(jī)的噪聲成分的疊加導(dǎo)致的噪聲電平增加，與由于相位一致的信號的疊加導(dǎo)致的信號電平增加，是不一致的，后者信號電平的增加比例較大。因此，通過上述處理，調(diào)諧放大器輸出信號的S/N比改善了。
圖6所示的處理是將衰減振動(dòng)波形的錯(cuò)開1周期的波峰和波峰以及錯(cuò)開1周期的波谷和波谷進(jìn)行合成，加強(qiáng)信號振幅的處理。并且，合成邊衰減邊周期性振動(dòng)的信號波形+側(cè)的振幅，也合成一側(cè)的振幅，可以說也是加強(qiáng)振幅的處理。
圖6所示的處理中，衰減振動(dòng)波形按照是取樣間隔大致整數(shù)倍的關(guān)系設(shè)定。也就是，使取樣間隔整數(shù)倍，即與衰減振動(dòng)波形的周期(或者半周期)一致或大概一致那樣，決定取樣時(shí)鐘脈沖的頻率(取樣頻率)。由于衰減振動(dòng)波形的周期由調(diào)諧放大器的調(diào)諧頻率決定，則在實(shí)施時(shí)，可以設(shè)定脈沖光的脈沖寬度與取樣頻率的關(guān)系，使其滿足上述關(guān)系。
(精密測定方式的動(dòng)作)以下，說明本實(shí)施例精密測定方式的操作。圖7是表示精密測定方式處理程序的流程圖。在圖5的粗測定方式得到大致的距離信息，并據(jù)此指定了在精密測定方式進(jìn)行測定的距離范圍時(shí)，轉(zhuǎn)移到圖7所示精密測定方式。
在精密測定方式的處理開始時(shí)(步驟S141)，首先，先快門106釋放，光快門117封閉，選擇「遮光器外」?fàn)顟B(tài)(步驟S142)。然后，設(shè)定在圖5的步驟S138決定的精密測定方式的取樣開始定時(shí)的第(L×Mi-20)時(shí)鐘脈沖(步驟S143)。接著，在規(guī)定定時(shí)發(fā)出激光脈沖光(步驟S144)，從在步驟S143設(shè)定的計(jì)數(shù)器值開始取樣(步驟S145)。用后述的方法累計(jì)取樣數(shù)據(jù)(步驟S146)，判斷根據(jù)取樣數(shù)據(jù)生成的波形是否已顯露出來(即是否得到了規(guī)定的S/N比)(步驟S147)。若波形已顯露出來，則進(jìn)入步驟S148，若未顯露出來，則返回到步驟S143以下。在步驟S148，取得得到的波形的數(shù)據(jù)并作為外部光程波形數(shù)據(jù)Do。
然后，封閉光快門106，釋放光快門117，設(shè)定為利用內(nèi)部參照光程111「遮光器內(nèi)」的狀態(tài)(步驟S149)。接著，設(shè)定取樣開始地址為0(步驟S150)，開始發(fā)光元件104的發(fā)光，以及應(yīng)答于受光元件113輸出的調(diào)諧放大器114輸出波形的取樣(步驟S151)。這時(shí)，簡單地得到S/N比高的波形，將其作為內(nèi)部光程波形數(shù)據(jù)Di(步驟S152)。
利用外部光程波形數(shù)據(jù)Do與內(nèi)部光程波形數(shù)據(jù)Di的相關(guān)關(guān)系，采用后述的方法，算出距離(步驟S153)，再將其值顯示在適當(dāng)?shù)娘@示裝置(例如未圖示的液晶顯示器等)上(步驟S154)，結(jié)束處理(步驟S155)。
(精密測定方式的數(shù)據(jù)處理)以下，詳細(xì)說明圖7的步驟S146的處理內(nèi)容。該方案中，疊加多個(gè)脈沖的取樣數(shù)據(jù)，進(jìn)行使調(diào)諧放大器的輸出信號波形顯露出來的處理。
圖8是說明本實(shí)施例精密測定方式的取樣方法的概念圖。圖8(A)表示第1次發(fā)光(奇數(shù)脈沖)的處理定時(shí)，圖8(B)表示第2次發(fā)光(偶數(shù)脈沖)的處理定時(shí)。
本實(shí)施例中，按照圖8(A)所示定時(shí)關(guān)系，對應(yīng)答于第1脈沖的反射脈沖光的調(diào)諧放大器114的輸出信號進(jìn)行取樣，存儲(chǔ)在規(guī)定存儲(chǔ)器地址。也就是，將取樣點(diǎn)1的取樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器地址M，將取樣點(diǎn)3的取樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器地址M+2，將取樣點(diǎn)5的取樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器地址M+4，即將取樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在每隔一個(gè)的存儲(chǔ)器地址。也就是，第1脈沖取得衰減振動(dòng)波形奇數(shù)位置的取樣數(shù)據(jù)。
這里，在相加·存儲(chǔ)部123(參照圖4)內(nèi)的存儲(chǔ)器內(nèi)，附予同步于取樣時(shí)鐘脈沖的地址號碼。這里，設(shè)定測定開始點(diǎn)為0，順序附予數(shù)值。M是對應(yīng)于第M時(shí)鐘脈沖的地址號碼。
進(jìn)行圖8(A)所示處理后，按照圖8(B)所示定時(shí)關(guān)系，進(jìn)行對應(yīng)于第2脈沖反射光的調(diào)諧放大器114來的輸出信號的取樣。該取樣采用與圖8(A)的情況錯(cuò)開180度相位的取樣時(shí)鐘脈沖，在偶數(shù)位置的取樣點(diǎn)，對來自調(diào)諧放大器114的衰減振動(dòng)波形輸出進(jìn)行取樣。
也就是，將取樣點(diǎn)2的取樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器地址M+1，將取樣點(diǎn)4的取樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器地址M+3，將取樣點(diǎn)6的取樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器地址M+5，即將偶數(shù)位置的取樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在每隔一個(gè)的存儲(chǔ)器地址。也就是，第2脈沖取得衰減振動(dòng)波形偶數(shù)位置的取樣數(shù)據(jù)。
其結(jié)果，如圖8(B)所示，將來自調(diào)諧放大器114的衰減振動(dòng)波形進(jìn)行A/D變換后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)。該數(shù)據(jù)正確反映了衰減振動(dòng)波形的振幅—相位關(guān)系，是適用于精密距離算出的數(shù)據(jù)。但是，在該狀態(tài)，未實(shí)施用圖6詳細(xì)說明的波峰值的加強(qiáng)處理，在粗測定方式得到的S/N比的改善沒有進(jìn)行。因此，在反射脈沖光弱的情況下，未得到能進(jìn)行距離算出的S/N比。
因此，按照與圖8所示方法同樣的方法進(jìn)行第3脈沖、第4脈沖的處理，將其取樣結(jié)果與第1脈沖和第2脈沖的數(shù)據(jù)相加，進(jìn)行取樣數(shù)據(jù)的累積處理。也就是，將第1次發(fā)光的取樣數(shù)據(jù)與第3次發(fā)光的取樣數(shù)據(jù)相加，將第2次發(fā)光的取樣數(shù)據(jù)與第4次發(fā)光的取樣數(shù)據(jù)相位合并相加。對于第3次與第4次發(fā)光、第5次與第6次發(fā)光，重復(fù)該處理，可以加強(qiáng)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的A/D變換波形數(shù)據(jù)的波峰值。
該取樣數(shù)據(jù)的累積處理，可以利用2N個(gè)脈沖進(jìn)行。該處理由于使用多個(gè)脈沖，則必須有較多的處理時(shí)間，然而能夠再生正確反映調(diào)諧放大器114來的衰減振動(dòng)波形振幅—相位關(guān)系的波形。因此，有利于精密位置的算出。
(距離的算出方法)以下，詳細(xì)說明圖7的步驟S153的處理。外部光程波形數(shù)據(jù)Do和內(nèi)部光程波形數(shù)據(jù)Di，包含關(guān)于發(fā)光后的經(jīng)過時(shí)間的信息，以及關(guān)于從調(diào)諧放大器114輸出的衰減振動(dòng)波形振幅—相位關(guān)系的信息。距離可根據(jù)脈沖光的發(fā)光定時(shí)和受光定時(shí)、以及光的速度算出。
然而，在調(diào)諧放大器的輸出中包含了偏差成分，即電路的工作延遲產(chǎn)生的誤差；構(gòu)成調(diào)諧放大器的電路常數(shù)的溫度特性的影響等產(chǎn)生的誤差。因此，將外部光程波形數(shù)據(jù)Do與內(nèi)部光程波形數(shù)據(jù)Di進(jìn)行比較，消除該偏差成分。
精密距離的算出，例如通過求出從調(diào)諧放大器114輸出的衰減振動(dòng)波形的重心位置，能夠更高精度地進(jìn)行。
(實(shí)施例1的作用效果)若使用以上說明的實(shí)施例1，則可協(xié)同地得到不趨向于正確距離測定但可在短時(shí)間實(shí)現(xiàn)距離測定的粗測定方式的優(yōu)點(diǎn)，與需要測定時(shí)間但可追求測定精度的精密測定方式的優(yōu)點(diǎn)，即使測定范圍寬廣也能用短時(shí)間進(jìn)行高精度的距離測定。
也就是，利用在時(shí)間軸累計(jì)1個(gè)反射脈沖光的取樣數(shù)據(jù)提高S/N比的粗測定方式，求出大致的距離，然后在粗測定方式求出的狹小范圍，進(jìn)行精密測定方式的距離精密測定。這時(shí)，在精密測定方式，測定范圍狹小，累積多個(gè)反射脈沖光的取樣數(shù)據(jù)，即使利用提高了S/N的精密測定方式，精密測定方式的缺點(diǎn)也將被抑制在沒有問題的水平。
2實(shí)施例1的變形(其1)在實(shí)施例1的精密測定方式，取樣時(shí)鐘脈沖的頻率與粗測定方式時(shí)的頻率比較，可以提高。實(shí)施例1中，由于精密測定方式的測定范圍狹小，則即使提高了取樣頻率，要求處理時(shí)間增加和大存儲(chǔ)器容量的問題也不明顯存在。這種情況下，可以提高精密測定方式的測定精度。
3實(shí)施例1的變形(其2)實(shí)施例1中，利用粗測定方式的結(jié)果，也可以算出距離數(shù)據(jù)。這時(shí)，也與圖7所示程序同樣，優(yōu)選利用內(nèi)部光程波形數(shù)據(jù)Di除去偏差成分。這種情況下，犧牲了測定數(shù)據(jù)的精密性，但可用短時(shí)間的處理算出距離。并且，可以手動(dòng)進(jìn)行粗測定方式和精密測定方式的轉(zhuǎn)換，在粗測定方式利用高速處理進(jìn)行距離測定，進(jìn)一步在希望進(jìn)行精密距離測定時(shí)，進(jìn)行向精密測定方式的轉(zhuǎn)移。
4實(shí)施例1的變形(其3)說明利用從調(diào)諧放大器輸出的衰減振動(dòng)波形的S/N比改善方法的另一個(gè)例子。圖9是表示調(diào)諧放大器輸出信號的另一個(gè)取樣方法的概念圖。圖9(A)表示第1次發(fā)光的取樣定時(shí)，圖9(B)表示第2次發(fā)光的取樣定時(shí)。
本實(shí)施例在利用衰減振動(dòng)波形的周期性方面，與實(shí)施例1相同，將第1次反射脈沖光的取樣數(shù)據(jù)與第2次反射脈沖光的取樣數(shù)據(jù)相加，再進(jìn)行加強(qiáng)衰減振動(dòng)波形波峰值的處理。
也就是，進(jìn)行以下處理，即如圖9(A)所示，在取樣點(diǎn)1和取樣點(diǎn)13對應(yīng)答于第1次發(fā)光的反射脈沖光的衰減振動(dòng)波形進(jìn)行取樣，將兩數(shù)據(jù)相加后存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器地址M，然后在取樣點(diǎn)3和取樣點(diǎn)15進(jìn)行取樣，將兩數(shù)據(jù)相加后存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器地址M+1，……。
并且，進(jìn)行以下處理，即在取樣點(diǎn)2和取樣點(diǎn)14對應(yīng)答于第2次發(fā)光的反射脈沖光的衰減振動(dòng)波形進(jìn)行取樣，將兩數(shù)據(jù)相加并與第1次發(fā)光的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)相加后存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器地址M，然后將在取樣點(diǎn)4和取樣點(diǎn)16的取樣數(shù)據(jù)相加并與第1次發(fā)光的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)相加后存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器地址M+1，……。
本實(shí)施例中，協(xié)同地得到了應(yīng)答于1個(gè)脈沖的衰減振動(dòng)波形的波峰部疊加的效果與2個(gè)脈沖光的振幅數(shù)據(jù)的疊加效果。這樣，如圖9(B)所示存儲(chǔ)數(shù)據(jù)可見，可使加強(qiáng)成為基準(zhǔn)的衰減振動(dòng)波形的波峰值的效果極大。
5實(shí)施例的變形(其4)說明利用從調(diào)諧放大器輸出的衰減振動(dòng)波形的S/N比改善方法的又一個(gè)例子。圖10是表示調(diào)諧放大器輸出信號的另一種取樣方法的概念圖。圖10(A)表示第1次發(fā)光的取樣定時(shí)，圖10(B)表示第2次發(fā)光的取樣定時(shí)。
本實(shí)施例在利用衰減振動(dòng)波形的周期性方面，與實(shí)施例1相同，以衰減振動(dòng)波形的半周期(π)為基準(zhǔn)進(jìn)行取樣數(shù)據(jù)的合成。也就是，對于應(yīng)答于第1次發(fā)光的反射脈沖光的衰減振動(dòng)波形，進(jìn)行如下的處理，即將在取樣點(diǎn)1的取樣數(shù)據(jù)和在取樣點(diǎn)7的取樣數(shù)據(jù)的絕對值相加，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器地址M，將在取樣點(diǎn)3的取樣數(shù)據(jù)和在取樣點(diǎn)9的取樣數(shù)據(jù)的絕對值相加，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器地址M+2，將在取樣點(diǎn)5的取樣數(shù)據(jù)和在取樣點(diǎn)11的取樣數(shù)據(jù)的絕對值相加，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器地址M+4……。
然后，對于應(yīng)答于第2次發(fā)光的反射脈沖光的衰減振動(dòng)波形，進(jìn)行如下處理，即將在取樣點(diǎn)2的取樣數(shù)據(jù)和在取樣點(diǎn)8的取樣數(shù)據(jù)的絕對值相加，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器地址M+1，將在取樣點(diǎn)4的取樣數(shù)據(jù)和在取樣點(diǎn)10的取樣數(shù)據(jù)的絕對值相加，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器地址M+3，將在取樣點(diǎn)6的取樣數(shù)據(jù)和在取樣點(diǎn)12的取樣數(shù)據(jù)的絕對值相加，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器地址M+5，……。
在離開半周期的取樣點(diǎn)的取樣數(shù)據(jù)，振幅的正負(fù)相反，本實(shí)施例中，負(fù)側(cè)的取樣數(shù)據(jù)反轉(zhuǎn)使用其符號。按照本實(shí)施例，累計(jì)時(shí)間軸方向的衰減振動(dòng)波形的振幅絕對值，由于加強(qiáng)了波峰值，則可提高脈沖信號的檢測靈敏度。
本實(shí)施例，利用衰減振動(dòng)波形的周期性，關(guān)于加強(qiáng)其波峰值的處理，可以認(rèn)為是將衰減振動(dòng)波形波峰部的取樣值與使波谷部的取樣值的符號反轉(zhuǎn)的值相加，加強(qiáng)波形的處理，或者是累計(jì)衰減振動(dòng)波形波峰部的面積與波谷部的面積，加強(qiáng)波形的處理。
6實(shí)施例的變形(其5)圖10所示實(shí)施例中，可以將合成取樣值的取樣點(diǎn)規(guī)定為上述以外的規(guī)定順序和組合。這時(shí)，在取樣值是負(fù)(即衰減振動(dòng)波形負(fù)側(cè)振幅的取樣值)時(shí)，利用反轉(zhuǎn)其符號的值進(jìn)行設(shè)定。并且，累計(jì)取樣值的取樣點(diǎn)，選擇連續(xù)的多個(gè)點(diǎn)。
這樣，進(jìn)行從調(diào)諧放大器輸出的衰減振動(dòng)波形正側(cè)波形(波峰部)相互間的振幅值累計(jì)、正側(cè)波形(波峰部)的振幅值與負(fù)側(cè)波形(波谷部)的振幅值之絕對值(反轉(zhuǎn)符號的值)的累計(jì)、以及負(fù)側(cè)波形相互間的振幅值累計(jì)，加強(qiáng)衰減振動(dòng)波形的波峰值。
7其他實(shí)施例本實(shí)施例是仍利用接收反射脈沖光的受光元件的輸出信號進(jìn)行取樣的例子。本實(shí)施例，在圖3所示的系統(tǒng)中，僅配置放大器代替調(diào)諧放大器。取樣方法是對圖1所示脈沖波形，將鄰接取樣點(diǎn)的取樣數(shù)據(jù)相加，進(jìn)行加強(qiáng)振幅值的處理。相加的取樣位置，不限定為2個(gè)，也可以是3個(gè)以上。并且，相加的取樣位置，也可以不是鄰接的，但希望是位于相互鄰近的。
權(quán)利要求
1.一種脈沖信號處理裝置，其特征是具有按照規(guī)定定時(shí)，對1個(gè)脈沖信號或應(yīng)答于該信號的應(yīng)答信號進(jìn)行取樣的取樣部；按照規(guī)定關(guān)系，對上述多個(gè)取樣的取樣數(shù)據(jù)進(jìn)行合成的相加部；將上述合成的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在所規(guī)定地址的存儲(chǔ)部，上述存儲(chǔ)部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是加強(qiáng)上述脈沖信號電平的數(shù)據(jù)。
2.權(quán)利要求1記載的脈沖信號處理裝置，其特征是上述合成的取樣數(shù)據(jù)，從鄰近的取樣位置取得。
3.權(quán)利要求1記載的脈沖信號處理裝置，其特征是上述應(yīng)答信號是將上述脈沖信號變換為衰減振動(dòng)波形的信號。
4.權(quán)利要求3記載的脈沖信號處理裝置，其特征是上述合成是利用上述衰減振動(dòng)波形的周期性進(jìn)行的。
5.權(quán)利要求3記載的脈沖信號處理裝置，其特征是上述合成中，進(jìn)行上述衰減振動(dòng)波形的多個(gè)波峰部振幅值的累計(jì)和多個(gè)波谷部振幅值的累計(jì)。
6.權(quán)利要求3記載的脈沖信號處理裝置，其特征是上述合成中，進(jìn)行上述衰減振動(dòng)波形波峰部面積的累計(jì)和波谷部面積的累計(jì)。
7.權(quán)利要求3記載的脈沖信號處理裝置，其特征是上述合成中，進(jìn)行上述衰減振動(dòng)波形波峰部振幅值與反轉(zhuǎn)波谷部振幅值符號之值的相加。
8.權(quán)利要求3記載的脈沖信號處理裝置，其特征是上述合成中，進(jìn)行上述衰減振動(dòng)波形的波峰部面積與波谷部面積的累計(jì)。
9.權(quán)利要求3記載的脈沖信號處理裝置，其特征是上述合成中，進(jìn)行上述衰減振動(dòng)波形的相隔2π相位差的取樣點(diǎn)的取樣數(shù)據(jù)的相加。
10.權(quán)利要求3記載的脈沖信號處理裝置，其特征是上述合成中，進(jìn)行上述衰減振動(dòng)波形的相隔π相位差的取樣點(diǎn)的取樣數(shù)據(jù)絕對值的相加。
11.權(quán)利要求3記載的脈沖信號處理裝置，其特征是上述衰減振動(dòng)波形，與上述取樣間隔存在大致整數(shù)倍關(guān)系。
12.權(quán)利要求1記載的脈沖信號處理裝置，其特征是還具有上述脈沖信號是接收脈沖光的受光元件的輸出信號；上述脈沖光是對規(guī)定對象物照射的照射脈沖光的反射光；上述照射脈沖光的發(fā)光部；利用上述合成的數(shù)據(jù)和上述照射脈沖光的照射定時(shí)，算出從上述受光元件到上述對象物的距離的距離計(jì)算部。
13.權(quán)利要求12記載的脈沖信號處理裝置，其特征是具有轉(zhuǎn)換部，轉(zhuǎn)換以下測定方式在第1距離測定范圍，進(jìn)行上述取樣的粗測定方式；在比上述第1距離測定范圍狹小的第2距離測定范圍，進(jìn)行上述受光元件的輸出信號取樣的精密測定方式。
14.權(quán)利要求13記載的脈沖信號處理裝置，其特征是在上述精密測定方式，進(jìn)行多個(gè)脈沖光的取樣，并累積上述多個(gè)脈沖的取樣數(shù)據(jù)。
15.權(quán)利要求13記載的脈沖信號處理裝置，其特征是與上述粗測定方式的取樣頻率比較，上述精密測定方式的取樣頻率高。
16.權(quán)利要求13記載的脈沖信號處理裝置，其特征是上述轉(zhuǎn)換部通過上述粗測定方式求出上述第2距離測定范圍時(shí)，進(jìn)行從上述粗測定方式向上述精密測定方式的轉(zhuǎn)換。
17.一種脈沖信號處理方法，其特征是具有以下步驟按照規(guī)定定時(shí)，對1個(gè)脈沖信號或應(yīng)答于該信號的應(yīng)答信號進(jìn)行取樣的取樣步驟；對上述多個(gè)取樣的取樣數(shù)據(jù)進(jìn)行合成的相加步驟；和將上述合成的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在規(guī)定地址的存儲(chǔ)步驟；其中在該存儲(chǔ)步驟存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是加強(qiáng)上述脈沖信號電平的數(shù)據(jù)。
18.一種計(jì)算機(jī)可實(shí)行的程序，其特征是具有以下程序按照規(guī)定定時(shí)，對1個(gè)脈沖信號或應(yīng)答于該信號的應(yīng)答信號進(jìn)行取樣的取樣程序；對上述多個(gè)取樣的取樣數(shù)據(jù)進(jìn)行合成的相加程序；和將上述合成的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在所定地址的存儲(chǔ)程序；其中利用在該相加程序相加的數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)實(shí)行加強(qiáng)上述脈沖信號電平的處理。
全文摘要
本發(fā)明提供了種采用可以測定范圍寬廣和高速處理的脈沖激光的距離測定裝置。將脈沖光照射到對象物，由受光元件接收該反射脈沖光，再由調(diào)諧放大器放大其輸出。將應(yīng)答于從調(diào)諧放大器輸出的反射脈沖光的衰減振動(dòng)波形的取樣數(shù)據(jù)錯(cuò)開1周期相加。這樣，利用應(yīng)答于脈沖信號的衰減振動(dòng)波形的周期性，進(jìn)行波峰值的加強(qiáng)處理，可提高反射脈沖光的檢測靈敏度。
文檔編號G01S17/10GK1648685SQ20051005183
公開日2005年8月3日 申請日期2005年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月29日
發(fā)明者大石政裕, 德田義克 申請人:株式會(huì)社拓普康