测量装置的制作方法

专利名称：测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量装置，具体而言，涉及接收从目标等测定对象物反 射的脉冲光来测定时间差和距离的测量装置。
背景技术：
10 在现有技术中，有接收从目标等测定对象物反射的脉冲光来测定时间差和距离的装置。 一般而言，接收光量根据至测定对象物的距离而大 幅变化。在测定对象物位于远距离等情况下，需要增加接收光量，但在 测定对象物位于非常近距离等情况下，测定光路中的反射脉冲光的强度 非常高，在该状况下，由于接收光信号饱和等原因，存在会产生对测量15 误差的影响的问题。此外，当接收光信号的强度变化时，在接收光信号处理等过程中产 生测量误差，所以通过设置参照光路，消除了发光部的发光时间延迟、 接收光信号处理电路的延迟等影响。尤其是，为了高精度地进行测量， 最好测定光路和参照光路中的接收光量(接收电平)大致相同，因此，20 已知有在参照光路中使用ND滤光器(Neutral Density Filter:减光滤光器) 等光亮调整装置的方法，以及射出不同强度的多个脉冲、并分为近距离 测量用(使用低反射反射镜)和远距离测量用的方法等(例如，参照专 利文献l)。专利文献1:日本特开平2000—206246号公报(段落0016 0024， 25 图1 图7)但是，在高速地测量时间差和距离时，需要在不进行光量调整的情 况下进行测量。但是，若省略光量调整，则接收光量根据至测定对象物的距离而发生较大变化，因此，存在接收所有光量时需要非常大的动态 范围的问题。此外，即使采用分为近距离测量用(采用低反射反射镜)和远距离 测量用来利用的方法，能够覆盖的动态范围也有限。 5 此外，在一般的接收光信号处理中，电路的动态范围并非大到能够覆盖光的动态范围。即，存在不进行光量调整时的测量范围取决于电路 的动态范围的问题。发明内容10 本发明的目的在于提供一种测量装置，该测量装置消除了上述问题，在不进行光量调整的情况下，进行能够覆盖大范围的动态范围的时间差 或距离的测量。为了解决上述问题，本发明的测量装置例如图3所示，包括发光 部l，射出脉冲光；光分离器3，将从上述发光部l射出的脉冲光分支为15基准光和测定光；参照光路F1，使上述基准光通过；具有多脉冲生成部 Mpl (参照图l)的部分，是为照射测定对象物而使上述测定光通过、而 且使从上述测定对象物反射的测定光通过的测定光路F2的一部分，该多 脉冲生成部Mpl基于上述测定光而生成生成时间及强度不同的多脉冲 光；光接收部9，接收来自上述参照光路F1的基准光和来自上述测定光20路F2的上述多脉冲光；光耦合器7，将来自上述参照光路F1的光和来自 上述测定光路F2的光为导向上述光接收部而进行耦合；脉冲选择部38， 根据上述光接收部9接收的上述多脉冲光选择用于测量的脉冲光；以及 测定量计算部39，根据上述脉冲选择部38选择的脉冲光与上述基准光的 接收时间差、以及上述被选择的脉冲光的光接收顺序，计算上述测定光25 通过正规的测定光路的时间和上述基准光通过上述参照光路F1的时间的 所需时间差，或者计算至上述测定对象物的距离。在此，测量装置除了测量距离和方向的装置之外，还包括测定光的 .所需时间差和光接收时间差的装置。此外，由于测定光路F2从本装置的接口部IN延伸到测定对象物，所以测定光路F2的一部分指的是将该装置以外的部分除去。此外，多脉冲光指的是利用单一的脉冲生成的一组 脉冲串。此外，脉冲光的光接收顺序是指光接收脉冲的接收顺序，但是即使按照由多脉冲生成部Mpl生成的多脉冲光的生成顺序来取得序号，5 在多脉冲生成部为1个的情况下，光接收顺序二生成顺序+1，在可这样换算的情况下，实质上包含在光接收顺序中。此外，所谓正规的测定光 路是指不产生光纤端面上的反射和迂回所造成的时间延迟的测定光路、即光学距离最短的测定光路。此外，脉冲选择部38、测定量计算部39等 各部分不一定构成为一体，例如，用于运算的计算机也可以和电路分开 io 构成。若这样构成，则可提供在不进行光量调整的情况下就能够覆盖较 宽的动态范围、测量时间差或距离的测量装置。此外，在本发明的上述的测量装置中，优选生成时间和强度不同的 多脉冲光是光量以相等的时间间隔按照一定比例依次衰减的脉冲串。在此，相等的时间间隔和一定的比例，是考虑装置的制造、组装误15 差和测量误差等的实质相等的时间间隔和一定的比例。若这样构成，则 能够将脉冲光的发生顺序和强度顺序对应，便于选择测量所用的脉冲光， 使光接收处理和计算自动化。此外，在本发明的上述的测量装置中，如图3所示，脉冲选择部38 也可以根据所接收的上述多脉冲光的接收电平，选择用于测量的脉冲光。 20 在此，根据接收电平来选择是指，典型的是选择与参照光的接收光量(接收电平)大致相同的测定光。若这样构成，则能够选择与参照光 的接收光量大致相同的测定光，能够将测量误差变微小，或者能够进行 高精度的校正。此外，在本发明的上述的测量装置中，例如图1所示，多脉冲生成 25 部也可以具有多重反射光纤Mpl，该多重反射光纤Mpl在两端面具有使 入射光束的一部分通过、 一部分反射的反射部。若这样构成，则能够生成光量按一定比例依次衰减的脉冲串，能够 根据该脉冲串选择大致与参照光的接收电平相同的测定光。此外，在本发明的上述测量装置中，上述多重反射光纤中，在上述 反射部形成有规定反射率的滤光器。在此，典型的规定反射率的滤光器，通过端面涂敷来形成。例如，通过调整涂敷膜厚来将反射率设计成50%等所希望值。若这样构成，则 5能够通过调整多重反射光纤Mpl端面的反射率rO和投射率tO，来自由设定接收光量的衰减比例。因此，能够将多重反射光纤Mpl设计成在该脉冲串中存在有接近于成为基准的参照光的光量的脉冲。此外，在本发明的上述测量装置中，根据与装置的动态范围的关系设定上述规定的反射率。 io 若这样构成，则能够将多重反射光纤Mpl的端面的反射率设计成对应于本测量装置的受光处理系统的动态范围，确实地存在成为基准的参照光的光量的脉冲。此外，在本发明的上述测量装置中，上述多脉冲生成部具有使入射 光束的一部分迂回的迂回通路。15 若这样构成，则能够生成光量按一定比例依次衰减的脉冲串，可根据该脉冲串选择大致与参照光的接收电平大致相同的测定光。此外，在本发明的上述测量装置中，如图9所示，多脉冲生成部Mp2 通过部分反射反射镜43从上述正规的测定光路中分支出光束的一部分， 使被分支的光束在上述迂回通路47中巡回之后，通过上述部分反射反射 20镜43返回到上述正规的测定光路。若这样构成，则能够将光能的使用效率大致为100%。 此外，在本发明的上述测量装置中，如图10所示，多脉冲生成部 Mp3通过光耦合器53使光束的一部分从上述正规测定光路分支到由光纤 回路构成的上述迂回通路54，使被分支的光束在上述光纤回路54中巡回 25之后，通过上述光耦合器53返回到上述正规的测定光路。若这样构成，贝U，能够使光能的使用效率大致为100%。 此外，在本发明的上述测量装置中，上述测定量计算部39具有校正 表，使用上述校正表校正上述所需时间差或到上述测定对象为止的距离，上述校正表中存储了与接收光信号的接收电平对应的校正数据。在此，与接收电平对应的校正数据是指，例如表示光量差或振幅比 (峰值的比)和校正量的对应关系的数据。根据这样的构成，计算基准 光和测定光的严密的光量差或振幅比，能够高精度地校正因该差而产生 5 地时间差或距离地误差。此外，在本发明的上述任一测量装置中，上述测定对象是目标。 若这样构成，则能够使用目标执行高效率高精度的测量。此外，目 标是为了在测量中高精度地确定测定对象的位置、形状而贴附在测定对 象物上的标识。10 根据本发明，能够提供一种在不进行光量调整的情况下可覆盖较宽动态范围、且测量时间差或距离的测量装置。本申请基于在日本于2005年8月15日申请的特愿2005-235287号申 请，其内容作为本申请的内容形成本申请的一部分。本发明将通过下面的详细说明能够更加完全理解。本发明的其他应15用范围将会在以下的详细说明中更加明了。但是，详细说明和特定的实 例是本发明琐细王的实施方式，仅仅是用于说明的记载。本领域的技术 人员能够根据该详细说明，可在本发明的精神和范围内，进行各种变更 的改变。申请人无意将所记载的任何一个实施方式都献给公众，所公开的实 20 施方式的变更、替代方案中文字描述上不包含在权利要求范围内的内容， 也是均等论意义上的本发明的一部分。在本说明书或权利要求的记载中，名词和同样的指示语的使用，只 要没有特别限定，或者没有由上下文明确否定，则应解释为包含单数和 复数的两种情形。在本说明书中提供的任何例子或例示的用语(如"等") 25的使用，只是意在容易说明本发明，特别是只要权利要求中没有记载， 就不是用于限定本发明的范围。


图1是表示本发明的第1实施方式的光回路的结构例的图。 图2是表示第1实施方式的光回路内的脉冲光的状况的图。 图3是表示本发明的第1实施方式的装置结构例的框图。图4是表示光接收后的装置各部位的信号的状态的图。 5 图5是表示第1实施方式的测定量计算的处理流程例的图。图6是表示本发明的第2实施方式的光回路的结构例的图。 图7是表示第2实施方式中的光回路内的脉冲光的状况的图。 图8是表示第4实施方式中的校正表的例子的图。 图9是表示第5实施方式中的多脉冲生成部的结构例的图。 io 图10是表示第6实施方式中的多脉冲生成部的结构例的图。
具体实施方式
图1表示本发明的第1实施方式的光路的结构例。利用图1说明本实施方式的基本概念。来自作为发光部的PLD (发15光二极管)1的光束在准值透镜2变成平行光束之后，入射到作为光分离 器的分光器3，被分为外部测定光束(测定光)和内部测定光束(基准光)。 被分光器3反射的基准光由聚光透镜4聚光并通过基准光纤5之后，再 次由透镜6变换为平行光束，入射到作为光耦合器的分光器7，其反射光 通过透镜8聚光于作为光接收部的APD (雪崩光电二极管)9上。在此，20 将从PLD1通过分光器3、基准光纤5、透镜8而到达APD9的光路称作 参照光路F1，将接收该基准光的时间作为基准时间使用。另一方面，通过了分光器3的测定光由聚光透镜IO聚光于发光光纤 11上。将多重反射光纤Mpl用作该发光光纤ll。多重反射光纤Mpl是 通过涂层等加工光纤端面来有意地设定了透射率to和反射率rQ的光纤。25例如通过调整涂层膜厚来将透射率t。和反射率ro设定为规定值。例如， 在光纤两端的透射率^=50%和反射率1>()=50%的情况下，当入射光量为 100的单一脉冲光时，除了直接通过的脉冲之外，还生成在端面之间往复 后通过的脉冲，输出中出现25、 6.25、 1.56、 0.39...这样的、光量以一定比例依次衰减的脉冲串。在作为发光光纤11采用了该多重反射光纤Mpl 的情况下，从发光部1射出的单一脉冲通过多重反射光纤Mpl,由此成 为以一定比例依次衰减的脉冲串而输出，多重反射光纤Mpl起到多脉冲 生成部的功能。此外，用于在本装置和测定对象物之间收发测定光的接口部IN (包含在本装置)中，13 '是反射镜，14'是透镜。通过将该发光光纤11设置为相对于基准光纤5足够长，将该发光光 纤11用作使测定光相对于基准光在时间上延迟的延迟光纤，能够使脉冲 串的脉冲间隔充分长。此外，也能够使其具有用于除去光源的发光不均 和光斑的混合功能。来自发光光纤11的射出光被引导到装置外部，照射到未图示的目标等测定对象物。从测定对象物反射回来的反射光成为脉冲串，该脉冲串 的光量以一定比例依次衰减。从测定对象物反射的测定光聚光到接收光 纤15上。透过接收光纤15的测定光，通过透镜16变换为平行光束，透 过分光器7后由透镜8聚光到光接收部APD9上。在此，将从PLD1开始，通过分光器3、发光光纤11，再被测定对象物反射后，通过接收光 纤15、透镜8后到达APD9的光路，称作测定光路F2。图2示出光回路内的各部位的脉冲光的状况。如图2 (a)所示，从 发光部l射出的发光脉冲Pa为单一的脉冲。此外，如图2 (b)所示，从 发光光纤11射出而到达测定对象物的对物输出脉冲Pb，成为光量按一定比例依次衰减的脉冲串。此外，如图2 (c)所示，由光接收部9接收的 光接收脉冲Pc，首先出现通过了参照光路F1的单一脉冲，接着出现被测 定对象物反射的、光量以一定比例依次衰减的脉冲串。因此，能够将脉 冲串的多个脉冲(测定光)中最接近成为基准的参照光量的脉冲作为测 定光来选择，由此，不进行光量调整就能进行时间差测量和距离测量。此外，通过调整多重反射光纤Mpl端面的反射率ro和透射率to，能够自由调整接收光量的衰减比例。因此，能够将多重反射光纤Mpl设计 成在其脉冲串中存在与作为基准的参照光的光量接近的测定光。这样， 能够检测出对于光接收处理系统所具有的有限的动态范围最合适的光量的脉冲，能够构成在不对从目标反射的光的最大动态范围进行调整就可 覆盖所有动态范围的、测量时间差或距离的测量装置。此外，通过求出测定光通过测定光路F2的时间和基准光通过参照光路F1的时间的所需时间差，能够求出至测定对象物的距离(测定对象距 5 离)L。当参照光路Fl中的基准光纤5的长度等于正规测定光路中的发 光光纤11的长度与接收光纤15的长度之和时，上述所需时间差等于接 收测定光的接收时间和接收基准光的基准时间的接收时间差，因此，通 过求出该接收时间差，就可求出测定对象距离L。此外，在后面详细说明 测定对象距离L的计算。 io 图3示出本发明的第1实施方式的测量装置100的结构例的框图。发光部l、光接收部9、参照光路F1、发光光纤ll、接收光纤15等 的光回路结构和图1相同。在接口部IN中，从发光光纤11射出的射出 光被透镜12校正之后，被反射镜13反射，导入到测量装置外部，照射 到未图示的测定对象物。从测定对象物反射的测定光，被透镜14聚光到 15 接收光纤15上。图4示出接收光后的测量装置100的各部位的信号的状态。在图4 中，在最左侧示出装置各部位(a) (i)。横轴是时间轴，从时间关系 上，在左侧示出有关基准光的信号，在右侧示出有关测定光的信号。图5的流程图示出本实施方式的测定量计算的处理流程例。用图3 20图5说明接收光以后的处理的流程。首先，说明光接收和定时信号发生。驱动部35包括驱动发光部PLD1的PLD驱动器36、调整光接收部 APD9的偏压的偏压调整器37等。通过PLD驱动器36的驱动，从PLD1 产生单一脉冲(参照图4 (a))。此外，偏压调整器37生成与APD9的放 25 大率对应的逆偏压。接收光处理部20是在计算电路部21的处理之前处 理由APD9接收的接收光信号的部件，包括负载17、前置放大器18、比 较器19、峰值保持电路32等。接收光信号入射到APD9中，以由偏压调 整器37决定的放大率放大后，变换为电信号。APD的输出通过负载17进行电流电压变换，并被前置放大器18进一步放大。接收光信号是如前 置放大器18的输出所示地依次产生基准光信号、测定光信号，由于测定光信号通过配置在发光测的多重反射光纤Mpl，从而成为光量以一定比例依次衰减的多个(图中为O!、 02、 03的三个)信号(参照图4 (b))。5 基准光信号r和测定光信号0l、 o2、 o3通过比较器19分别变换为数字的定时信号r'、 o 、、 o 、(参照图4 (c))。能够将回路设计成，为 了缓和在后级连接的计算电路部21的制约，使该比较器19的输出信号r，、 o 、、 o 、生成希望的脉冲宽度。此外，能够通过多重反射光纤Mpl的 设计，生成希望的脉冲间隔。在该阶段，可将输入到比较器19的前置放io 大器18的输出中的、不超过设定在比较器19中的阈值水平的03那样的 信号，作为不适合测量的信号而除去。计算电路部21包括基准时钟发生电路22、基准SIN/COS信号发 生电路23、双路(基准SIN/COS信号用)输入A/D变换器24、第l存 储器25、波数计数器/中断发生电路26、地址计数器27、第l延迟电路15 28、光量检测用A/D变换器29、第2存储器30等，与计算部33协作来 计算所希望的时间差和至测定对象物的距离。即，计算所需要时间差和 至测定对象物的距离的测定量计算部39，由运算部33和计算电路部21 构成。比较器19的输出即定时信号r'、 o 、、 o 、一方面输入到波数计 数器/中断发生电路26中，用于时间差和距离的粗测量，另一方面用作精20密测量用的双路输入A/D变换器24的采样时钟。 接着，说明粗测量和定时信号取入结束通知。在波数计数器/中断发生电路26中，在取入所有的测定光定时信号o 、、o 、的时刻，向CPU (中央处理装置)34通知定时信号取入结束， CPU34接收该通知(步骤SOl)。与通知同时或通知后，开始粗测量。其 25中，测定光定时信号数根据来自目标的光量水平而增减，所以不固定。 在此，预先决定测定光定时信号的有效最大数，从测定光定时信号的第l 信号oS起经过了能够接收到有效最大数量的信号的时间之后，向CPU34 通知定时信号取入结束。此外，此处的说明是以作为测定对象的目标必然存在为其前提，但是若考虑更接近现实的情况，则存在因某种理由而 得不到来自目标的反射所产生的接收光信号，其结果不产生测定光定时 信号的情况。在该情况下，能够以如下的方案来应对不以测定光定时信号O 、、 5 O V..的数量来判断定时信号取入结束，而是设置在接收基准光定时信号 r'之后只等待相当于装置的最大测距范围的时间的时间，与测定光定时信 号的有无无关地向CPU通知定时信号取入结束。在波数计数器/中断发生电路26中，对所发生的定时信号的总数T 进行计数(步骤S02)。第l个计数由基准光定时信号r'生成，第2个以 io后由测定光定时信号o 、、 o 、生成。在本实施方式中，T=3。接着，测量从基准光定时信号r'到多个测定光定时信号o 、、 o 、 为止的大致时间。由基准时钟发生电路22发生作为基准的时钟，利用由 基准SIN/COS信号发生电路23制作的基准SIN/COS信号(参照图4(d)、 (e))的时钟数，由波数计数器/中断发生电路26计算从基准光定时信号 15r'到测定光定时信号o 、、 o 、为止的时间中的时钟数，保存这些已计数 的时钟数Mn (n是测定光定时信号的顺序)。在本实施方式中，将r，和 o 、之间的时钟数设为Mi，将r'和o 、之间的时钟数设为M2。将在此 计测的各个时钟数Mn与后面说明的精密测量的计算值组合，用于计算 所需时间差和至测定对象物的距离。 20 当将基准SIN/COS信号发生电路23制作的基准信号的频率设为fr[Hz]、光速设为3X 1()S[m/sec]时，由式1决定该粗测量的分辨率d。d= (3X108/fr) /2[m]................................(式1)在此，例如作为基准信号的频率fr可使用90MHz。 接着，对用于精密测量的数据收集进行说明。 25 为了进行精密测量，基准SIN信号和基准COS信号作为被采样波形而输入到双路输入A/D变换器24，并被变换为数字数据。该两个波形在 比较器19的输出r <、 o 、、 o 、的上升定时同时被采样，被采样的基 准SIN波形的数据(值)Dsx、基准COS波形的数据(值)Dcx被存储到第1存储器25。由地址计数器27生成第1存储器25的地址all al3。该地址计数 器27的采样时钟，也可以使用作为比较器19的输出的定时信号r \ o 、、 o 、。根据定时信号r'被采样的数据Dsr和Dcr存储到地址all。 5 同样，根据定时信号o 、被采样的数据Dsl和Del存储到地址a12，根 据定时信号o 、被采样的定时信号Ds2和Dc2存储到地址a13。通过以 上的处理，有关基准光的1组数据[Dsr， Dcr]和有关测定光的2组数据 [Dsl， Dcl]、 [Ds2， Dc2]存储到第1存储器25。接着，对接收光信号是否处于适当范围的判断进行说明。io 当基准光和测定光的光量处于光接收回路的最佳动态范围内的情况 下，以上步骤中存储的数据在高精度的测量中有用。因此，为了判断基 准光和测定光的光量是否适当，将前置放大器18的输出保持峰值，并在 该水平下判断适当与否。前置放大器18的输出r、 01、 Q2输入到峰值保持电路32，保持与某15 —定时间峰值相应的DC电平(参照图4 (f))。与前置放大器18的输出 r、 0l、 02对应的峰值保持电路32的输出是Pr、 Pl、 P2。该DC电平信号 被输入到光量检测用A/D变换器29。为了采样峰值保持值处于适当范围 的信号，通过了第l延迟电路28的接收定时信号r 4、 o 、、 o' 21 (参 照图4 (g))作为A/D变换器29的采样时钟而输入，光量(峰值保持值)20 Pr、 Pl、 P2变换为数字数据，被保存到第2存储器30。第2存储器30 的地址与保存测定光定时信号数据的第1存储器25同样，可以利用地址 计数器27的输出。因此，在本实施方式的情况下，将根据延迟输出r '1 采样的峰值保持值Pr保存到地址a21，将根据延迟输出o 、采样的峰值 保持值P1保存到地址a22，将根据延迟输出o' u采样的峰值保持值P225 保存到地址a23。此外，为了接收下一个信号，需要在一定时间后重置被保持在峰值 保持电路32中的峰值保持值Pr、 Pl、 P2。在本实施方式中，作为该重置 信号使用通过第2延迟电路31之后的比较器19的输出(r '2、 o '12、 o'22)。运算部33由CPU34等构成，进行有关时间差和距离的计算。此外， 与峰值保持电路32等联动，起到选择部38的作用，该选择部38从光接 收部9接收的多脉冲光中选择用于时间差和距离的测量的脉冲光。艮P，5脉冲选择部38包括运算部33、峰值保持电路32、光量检测用A/D变换 器29、第2存储器30、第2延迟电路31等。由位于运算部33的CPU34读入与存储在第2存储器30中的接收电 平有关的峰值保持值Pr、 Pl、 P2 (步骤S03)，判断测定光的峰值保持值 Pl、 P2是否在预定的光量水平的适当范围内、即是否与基准光的峰值保io持值Pr大致相同，并存储被判断为适当范围的数据的测定光定时信号的 顺序n (步骤S04)。假设测定光信号01超过接收电路的动态范围而饱和， 则CPU34根据保存在地址a21中的峰值保持值Pl判断为处于适当光量 的范围外。此外，在测定光信号02处于适当光量的范围内的情况下， CPU34根据保存在地址a22中的峰值保持值P2判断为是适当光量。这样，15CPU34判断为多个测定光信号0l、 o2、 o3中的第2个信号02为适合测量 的信号。如上所述，从光接收部9接收的多脉冲光中选择用于所需时间差和 测定对象物的距离的计算的脉冲光，运算部33与峰值保持电路32、光量 检测用A/D变换器29、第2存储器30、第2延迟电路31等联动，起到 20脉冲选择部38的作用。将判断为适合于测量的测定光信号02的号码，按 照以测定光信号的第1信号01为第1个来数的顺序、即测定光定时信号 的顺序n来存储。在本实施方式中，n=2。在此，代替脉冲光的接收顺序， 按照多脉冲生成部Mpl生成的多脉冲光的生成顺序来取顺序，但是也可 以使用接收脉冲的接收顺序。 25 接着，说明精密测量。接着，CPU34使用以上收集的数据计算至测定对象物的距离。 由于判断为测定光信号02为适合于测量的信号，所以用于计算的数 据成为用于粗测量的时钟数M2、用于精密测量的基准SIN/COS信号数据[Dsl， Dcl]、 [Ds2， Dc2]。 CPU34从波数计数器/中断发生电路26及第 l存储器25读取这些数据(步骤S05)。真正想取得的测定对象距离是图4中的L (与测定光信号01通过测 定光路F2的时间和基准光信号r通过参照光路Fl的时间的时间差对应 5 的距离)，但是由于测定光信号o,不是适当光量，所以计算L，(与测定 光信号02通过测定光路F2的时间和基准光信号r通过参照光路Fl的时 间的时间差对应的距离)，并计算之后多重反射光纤Mpl的光学的光纤 长度Lf引起的延迟量LfX (n—l)。此外，假定参照光路F1中的基准光 纤5的长度同正规测定光路中的发光光纤11的长度与接收光纤15的长 io 度之和相等的情况。首先，根据之前为了粗测量而测量的时钟数M2，按 照(式2)计算粗距离Lm (步骤S06)。Lm=[ (3X10Vfr) XM2]/2...........................(式2)此外，用2相除是因为测定光在本装置和测定对象物之间往复。 接着，用式3和式4计算基准光信号、观U定光信号中的不足1周期 15的距离Lr、 Ln (在此为L2)(步骤S07)。Lr=[ (3X108/fr) X (1—tan-1 (Dsr/Dcr) /2兀)]/2…(式3) Ln=L2二[ (3X108/fr) X (tan一1 (Ds2/Dc2) /2 n ) ]/2......(式4)利用式2 式4，通过式5计算L，(步骤S08)。20 L， = Lm + Lr + Ln.......................(式5)此外，由于光学的光纤长度Lf是预先确定的，所以用(式6)表示 最终要求出的测定对象距离L (步骤S09)。L=L，—LfX (n—l).......................(式6)可根据以上的计算求出测定对象距离L。 25 在一系列处理结束之后，CPU34为了下一次接收光，对波数计数器/中断发生电路26、地址计数器27、第1存储器25及第2存储器30进行 清零。此外，在不是求测定对象距离L、而是求所需时间差的情况下，在式2 式4中，只要不乘以光速(3X108/fr)来计算就可以。结果，要求 出的所需时间差和将用式6求出的测定对象距离L除以光速的值一致。接着，说明本发明的第2实施方式。在第l实施方式中，说明了使 用多重反射光纤作为发光光纤的例子，但是在本实施方式中，示出了将 5多重反射光纤用作接收光纤的例子。图6示出将多重反射光纤设在光接收侧时的光回路的结构例。在图6 中，同图l的不同点是，将接收光纤15作为多重反射光纤Mpl，来代替 发光光纤的这一点，其他结构与第l实施方式相同。图7示出光路内的各部位的脉冲光的状况。如图7 (a)所示，从发 io 光部1射出的发光脉冲Pa是单一的脉冲。此外，如图7 (b)所示，从发 光光纤11射出而到达测定对象物的对物输出脉冲Pb也是单一脉冲。此 夕卜，如图7 (c)所示，在光接收部9接收的光接收脉冲Pc中，首先出现 通过了参照光路F1的单一脉冲，接着出现从测定对象物反射后通过多重 反射光纤Mpl从而光量按照一定比例依次衰减的脉冲串。因此，能够将15 脉冲串的多个脉冲中最接近成为基准的参照光量的脉冲作为测定光来选 择，从而，不进行光量调整就可以测量所需时间差和至测定对象物的距 离。接着，说明本发明的第3实施方式。本实施方式在第1实施方式或 第2实施方式的基础上，具有用于高精度化的校正功能的结构。20 首先，进行基于光量误差的时间差和距离的变动的校正。g卩，计算基准光和测定光之间的严密的光量差，通过校正因该差而发生的时间差 和距离的误差，能够得到精度更高的测量结果。在该情况下，测定量计算部39具有存储了光量差和校正量的关系来作为与接收光信号的接收电 平对应的校正数据的校正表，只要在每次测量时根据该校正数据执行校25 正就可以。再者，通过求出多个最佳脉冲的测量值的平均值，能够提高测量精 度。S卩，在第l、第2实施方式中，只说明了测定光中最合适的信号只有1个的情况，但是通过适当设定多重反射光纤Mpl的衰减率，也能够生成多个接收光量处于适当范围的测定光信号。在该情况下，对于进入适 当范围的各测定光信号，进行第1、第2实施方式中进行的时间差计算和 距离计算，在进行了上述校正的基础上，通过将求出的全部时间差值或 距离值的平均值作为最终结果采用，赋予了平均效果，能够得到更加稳 5定的测量结果。此外，也可以将上述校正和平均化顺序反过来进行，或者只进行上 述校正和平均化的一种。接着，说明本发明的第4实施方式。本实施方式与第3实施方式同 样，在第1实施方式或第2实施方式的基础上，具有用于高精度化的校 io 正功能。在第3实施方式中，对光量差校正了误差，但是在本实施方式 中，对振幅比校正误差。测定量计算部39具有校正表，在每次测量时根 据该校正表执行校正，该校正表中，作为与接收光信号的接收电平对应 的校正数据而存储了振幅比和校正量的关系。图8示出本实施方式的校正表的例子。在该校正表中，示出了对于 15 振幅比的误差的校正量(mm单位)。对预先求出距离的目标，实际测量 时间差和距离，制作对于振幅比的误差校正量表。振幅比是(由测定光得到的电信号的振幅)+ (由基准光得到的电 信号的振幅)。若将时间差计算和距离计算中采用的脉冲设为第2脉冲，则振幅比 20 G用式7表示。G=P2/Pr.........(式7)运算部33从校正表选择2点或数点的接近该G值的值，通过线性(选 择2点)或非线性(选择数点)近似的计算，根据该所选择的值求出对 于振幅比G的校正量dg。此外，在用式6求出的测定对象距离L上加校 25 正量dg来作为校正后的最终的测量值。此外，在求时间差的情况下，只 要校正量dg及测定对象距离L除以光速就可以。如上所述，通过对振幅比校正误差，能够和第3实施方式同样得到 更高精度的测量结果。在该校正中，也可以并用平均化。接着，说明本发明的第5实施方式。在第1 第4实施方式中，说明 了作为多脉冲生成部使用多重反射光纤Mpl的例子，但是在本实施方式 中，说明作为多脉冲生成部具有使入射光束的一部分迂回的迂回通路的 例子。图9示出第5实施方式的多脉冲生成部Mp2的结构例。图9所示的例子中，为了将光信号从正规的测定光路向迂回通路分支，而且使分支 的光束在迂回通路中巡回之后，使光信号从迂回通路返回到正规的测定 光路，使用了一部反射镜(半反射镜)43。该方法中，在输入光纤41和 输出光纤45的途中配置半反射镜43，使输入的光束的一部分分支而导入到返回用光纤(迂回通路47)。被导入到返回用光纤47的光在其中巡回， 在巡回之后在次通过半反射镜43被输出光纤45反射。最初透过半反射 镜43而不通过返回用光纤47的测定光、即通过正规的测定光路的测定 光，作为光量最大的脉冲光最先从输出光纤45射出，之后以在返回用光 纤47中1巡、2巡、...的测定光的顺序，成为光量按一定比例依次衰减的脉冲串，从输出光纤45射出。42、 48是形成平行光的准值透镜，44、 46是聚光到光纤45、 47上的聚光透镜。通过将多脉冲生成部做成这样的结构，能够生成没有能量损失的多 脉冲。即，在第1 第4实施方式中的多重反射光纤Mpl的情况下，在 光纤端面仅相当于该透射率的光外泄，造成了光能量的使用效率降低，但是通过该半反射镜的结构，能够防止光向系统外的泄漏，能够形成大 致100%的使用效率。接着，说明本发明的第6实施方式。在本实施方式中，和第5实施 方式同样，说明作为多脉冲生成部而具有使入射光束的一部分迂回的迂 回通路的例子。图10示出第6实施方式的多脉冲生成部Mp3的结构例。图10所示的例子中，将光信号从正规的测定光路向迂回通路分支，而且在使分支 的光束在迂回通路中巡回之后，为了使光信号从迂回通路向正规的测定 光路返回，而使用了光耦合器53。作为光耦合器53，也可以使用中途被分为2支的光纤。在该例中，设置了输入光纤51和输出光纤52的中途 光耦合器53，将光束的一部分分支到由光纤回路54构成的迂回通路中， 使分支的光束在光纤回路54中巡回之后，通过光耦合器53返回到正规 的测量回路。不通过光纤回路54的测定光、即通过正规的测定光路的测5 定光作为光量最大的脉冲光，最先从输出光纤52射出，以在光纤回路54 中1巡、2巡、…的测定光的顺序，成为光量按一定比例依次衰减的脉冲 串，从输出光纤52射出。在这样的多脉冲生成部Mp3中，也能够生成 使用效率为100%的多脉冲。以上，说明了本发明的实施方式。本发明不限定于以上的实施方式，io在不脱离本发明的主旨的范围内，显然可以对实施方式施加适当的变更。 例如，虽然在第1 第4实施方式中，说明了作为发光光纤或接收光 纤而使用多重反射光纤的例子，但是也可以在发光光纤或接收光纤的一 部分使用多重反射光纤。此外，在第1 第6实施方式中说明了多脉冲生 成部为1个的例子，但是也可以使用多个，构成嵌套结构。在这些情况15 下，由于脉冲串为多个，所以生成的多脉冲并不成为光量按一定比例依 次衰减的脉冲串。此外，在上述实施方式中说明了如下例子，即，参照光路F1中的基 准光纤5的长度等于正规测定光路中的发光光纤11的长度与接收光纤15 的长度之和，测定光通过测定光路F2的时间和基准光通过参照光路Fl20的时间的所需时间差，等于接收测定光的接收时间和接收基准光的基准 时间的接收时间差，根据接收时间差求出测定对象距离L。但是，在光纤 长度不是上述关系的情况下，只要校正相当于光学长度之差的时间差和 距离就可以。此外，即使在接口部IN中，根据上述关系生成差异的情况 下，也只要校正相当于光学长度之差的量的时间差或距离就可以。25 此外，在上述实施方式中，说明了作为脉冲光的接收顺序，按多脉冲光生成部所生成的多脉冲光的生成顺序取序号的例子，但是显然也可 以按照光接收脉冲的接收顺序来取序号。此外，在接口部IN中，在透镜 14和测定对象物之间插入反射镜，并将该反射镜设为可绕透镜14的光轴旋转的结构，则可测量至位于本装置的外周360度整个范围内的测定对 象物的距离。此外，作为发光部，除了PLD以外还可以使用其他的激光 器等其他发光元件和光源，作为光接收部，除了APD之外，可以使用其 他接收元件和接收设备。本发明在接收来自目标的反射的脉冲光束来测量时间差和距离的装 置中利用。
权利要求
1、一种测量装置，其特征在于，包括发光部，射出脉冲光；光分离器，将从上述发光部射出的脉冲光分支为基准光和测定光；参照光路，通过上述基准光；具有多脉冲生成部的部分，是为照射测定对象物而使上述测定光通过、而且使从上述测定对象物反射的测定光通过的测定光路的一部分，该多脉冲生成部基于上述测定光而生成生成时间及强度不同的多脉冲光；光接收部，接收来自上述参照光路的基准光和来自上述测定光路的上述多脉冲光；光耦合器，为了将来自上述参照光路的光和来自上述测定光路的光导向上述光接收部而进行耦合；脉冲选择部，从上述光接收部接收的上述多脉冲光中选择用于测量的脉冲光；以及测定量计算部，根据上述脉冲选择部选择的脉冲光与上述基准光的接收时间差、以及上述被选择的脉冲光的接收顺序，计算上述测定光通过正规的测定光路的时间与上述基准光通过上述参照光路的时间的所需时间差，或者计算至上述测定对象物的距离。
2、 如权利要求1所述的测量装置，其特征在于， 上述生成时间及强度不同的多脉冲光，是光量以相等的时间间隔按照 一定比例依次衰减的脉冲串。
3、 如权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于，25 上述脉冲串选择部根据接收的上述多脉冲的接收电平，选择上述测量中使用的脉冲光。
4、 如权利要求1至3中任一项所述的测量装置，其特征在于，上述多脉冲生成部具有多重反射光纤，该多重反射光纤在两端面具 有使入射光束的一部分通过、 一部分反射的反射部。
5、如权利要求4所述的测量装置，其特征在于， 在上述多重反射光纤中，在上述反射部形成有规定反射率的滤光器。
6、如权利要求4或5所述的测量装置，其特征在于，根据与装置的动态范围的关系，设定上述规定的反射率。
7、 如权利要求1至3中任一项所述的测量装置，其特征在于， 上述多脉冲生成部具有使入射光束的一部分迂回的迂回通路。
8、 如权利要求7所述的测量装置，其特征在于，io 上述多脉冲生成部通过部分反射镜，从上述正规的测定光路中分支光束的一部分，使被分支的光束在上述迂回通路中巡回之后，通过上述 部分反射镜返回到上述正规的测定光路。
9、 如权利要求7所述的测量装置，其特征在于， 上述多脉冲生成部通过光耦合器使光束的一部分从上述正规的测定光路分支到由光纤回路构成的上述迂回通路，使被分支的光束在上述光纤回路中巡回之后，通过上述光耦合器返回到上述正规的测定光路。
10、 如权利要求1至9中任一项所述的测量装置，其特征在于， 上述测定量计算部具有存储了与接收光信号的接收电平相对应的校正数据的校正表，使用上述校正表校正上述所需时间差或至上述测定对 象物的距离。
11、 如权利要求1至10中任一项所述的测量装置，其特征在于， 上述测定对象物是目标。
全文摘要
提供一种测量装置，在不进行光量调整的情况下，测定可覆盖较宽动态范围的光的所需时间差或至测定对象物的距离。将从发光部(1)射出的脉冲光分支为射向参照光路(F1)的基准光和照射到测定对象物并被反射回来的射向测定光路(F2)的测定光，由光接收部(9)接收这些光。在测定光路(F2)的途中，通过插入多重反射光纤(Mp1)，测定光成为光量按一定比例依次衰减的多脉冲串。从该脉冲串中选择与参照光的接收电平大致相同的测定光。基于该选择的测定光和基准光，测量出测定光通过测定光路(F2)的时间和基准光通过参照光路(F1)的时间的所需时间差、或者至测定对象物的距离。
文档编号G01S7/489GK101248368SQ200680029774
公开日2008年8月20日 申请日期2006年7月27日 优先权日2005年8月15日
发明者大石政裕, 德田义克 申请人:株式会社拓普康