专利名称：脉冲信号的处理装置，脉冲信号的处理方法和程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及适用于脉冲信号检测的有用技术。特别是，本发明涉及利用脉冲光的反射测定距离的技术，涉及以高灵敏度检测微弱反射脉冲光的技术。
背景技术：
已知有在对象物上照射脉冲光，检测其反射光，测定到对象物距离的技术。该技术称为光波距离测定技术，根据向对象物的脉冲光照射定时与其反射光检测定时的时间差，算出到对象物的距离。该技术记载在专利文献1(特表2000-506971号公报)和专利文献2(特许第3089332号公报)上。
上述光波距离测定技术有利用称为隅角棱镜的专用反射器的反射光的方法；和不用隅角棱镜，利用任意选择的对象物的反射光的方法。不使用隅角棱镜的方法，由于其简便性，使用方便，但因其反射光较弱，则必须在脉冲光检测方面想办法。
对于距离测定技术，要求更高精度的测定和更大范围(大的测定范围)的测定。当要求提高测定数据的精度时，则必须使受光元件的输出的取样间隔更短。然而，将取样间隔缩短，就意味着取样数据变多。这在扩大测定范围时更为显著。
为了最好以极短时间进行距离测定，不希望取样数据增加。并且，取样数据的增加，将加大存储数据的存储器和演算电路的负担，出现成本增高和消耗电力增加的问题。光波距离测定装置大多数用于野外，消耗电力的增加，对于要求用蓄电池驱动的工作方式，特别不利。此外，提高取样频率，将增加电路设计上的限制，也有成本增高的问题。
不采用上述隅角棱镜的测定时，由于反射光的强度较弱，则必须提高反射脉冲光的检测精度。该技术是将多次反射脉冲光的取样数据暂时存储在存储器中，再使该存储的取样数据对照时间轴的位置，进行多个脉冲(例如10脉冲)累计处理。该处理中，累计多个脉冲的相同取样位置的取样数据，进行改善S/N比的演算处理。也就是，进行叠加多个脉冲的演算处理。
然而，这种方法必须有处理多次脉冲的处理时间，存在测定时间较长的问题。在增大测定范围时，处理的数据量加大，这种倾向更为明显。
这样，由于在处理的取样数据量方面有限制，当追求测定精度时，将不得不牺牲测定范围。另外当追求测定范围的大小时，将不得不扩大取样间隔，牺牲测定精度。并且，不使用隅角棱镜的方式，若不进一步牺牲测定范围，就不可能得到规定的测定精度，还存在测定时间较长的问题。因此，光波距离测定技术，存在应该改善的问题。
专利文献1中，记载了进行利用1～3脉冲的粗测定和利用多个脉冲的精密测定的技术。该技术是用于改善上述问题的途径之一，但在不使用隅角棱镜反射光微弱的情况下，粗测定不可能得到足够的检测输出，有失去信号的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种光波距离测定装置，以有限的存储器容量和消耗电力运行，即使是微弱的反射光，也能使测定时间较短，并且用较低的取样频率进行高精度测定，且测定范围广。并且，本发明的目的是提供了可用于这种光波距离测定装置的技术。
本发明的脉冲信号处理装置，其特征是，具有按照规定定时，对1个脉冲信号或对应于该信号的应答信号进行取样的取样部；按照规定关系，将上述取样的多个取样数据进行合成的相加部；将上述合成的数据存储在规定地址的存储部，上述存储部存储的数据是加强上述脉冲信号电平的数据。
首先，说明本发明的基本原理。本发明中，为了提高脉冲信号的检测精度，进行1个脉冲信号或应答于1个脉冲信号的应答信号的取样数据的合成，由此得到提高了检测强度的信号。这里，所谓合成，是对一个脉冲的取样数据进行累计。
以下，详细说明取样数据的合成。首先取样有2种方法。一种方法是原封不动地对脉冲信号进行取样。另一种方法是将脉冲信号变换为更适于处理的适当信号波形，再对该变换的信号进行取样。
首先，说明第1种取样方法。按照规定取样间隔对1个脉冲信号进行取样时，得到多个取样数据。然后，对该多个取样数据进行加合，即可得到更大电平的信号。这样，能够提高S/N比检测更微弱的脉冲信号。以下，举例说明该第1方法的原理。
图1是说明利用本发明进行脉冲信号取样的一例的图表。图1(A)表示按照取样间隔Ts对1个脉冲信号201进行取样的状态。图1(B)表示脉冲波形201、以及根据脉冲波形201经过取样数据合成处理提高S/N比的合成波形202。图1的纵轴是表示信号电平的相对值，横轴是时间轴。
图1(A)表示按照取样间隔Ts(即取样频率(1/Ts))对脉冲波形201进行取样，在1～15所示取样点得到的取样数据的实例。这里，对如取样点1和2、3和4、5和6、…那样相邻接的取样点的取样数据进行加合合成。这样，如图1(B)所示，得到对应于脉冲波形201的合成波形202。
该合成波形202与作为基础的脉冲波形201相比，改善了S/N比。这是因为噪声电平的相位和振幅为非一定的随机变动，合成时存在一部分抵消成分，其值不像和取样数据的合成值同样增加，相对于信号电平来说，等效于噪声电平下降。因此，合成波形202与脉冲波形201比较，S/N比改善了。这样，对按照规定间隔取样1脉冲波形的数据进行合成，即可改善脉冲信号的S/N比。并且，这种方法处理的数据数量可以较少。
该方法中，合成的取样数据，优选从附近的取样位置取得。脉冲波形的电平急剧上升，又急剧下降。因此，对取样位置较近的取样数据进行加合，可以更有效地加强电平。例如，在图1(B)的例子中，与合成取样位置1和取样位置7的取样数据相比，合成相互邻接的取样位置7和取样位置8的取样数据，能够得到电平的更大信号值。
下面，对于将脉冲信号变换成更适于处理的适合的信号波形，再对该变换的信号进行取样的方法予以说明。作为适于处理的适合信号波形的一个例子，可以是衰减振动波形。衰减振动波形是按一定或大致一定的周期振幅逐渐衰减的振动波形。衰减振动波形是在具有调谐电路的放大器(调谐放大器)中，通过脉冲信号而得到的。如以下详细说明所示，利用衰减振动波形206的周期性，进行取样数据的合成时，即使原来的脉冲信号较弱，也能够高灵敏度地检测该信号。
图2是表示脉冲信号波形和应答于该脉冲信号的衰减振动波形的图表。如图2所示，在调谐放大器中通过(A)所示的脉冲波形205时，得到(B)所示的衰减振动波形206。图2的纵轴是表示信号电平的相对值，横轴是时间轴。所谓调谐放大器，是在放大电路的信号路径上具有调谐电路的放大器。
衰减振动波形，如图2的206所示，是周期大致一定、振幅逐渐衰减的波形。如图2所示，衰减振动波形206，虽然振幅随经过时间而衰减波峰部207、波谷部208、波峰部209、波谷部210周期地交替出现。
因而，利用其周期性，进行叠加衰减振动波形的波峰部与波峰部或者波谷部与波谷部的处理。这样，得到加强波峰部和波谷部的振动波形。例如，累计衰减振动波形206的波峰部207的振幅值和下一个波峰部209的振幅值，再累计波谷部208的振幅值和下一个波谷部210的振幅值。这样，得到了加强衰减振动波形206的振幅的合成波形。
另外例如，对波峰部207的面积和波峰部209的面积进行累计处理，对波谷部208的面积和波谷部210的面积进行累计处理，即可得到加强波峰值的合成波形。
进行了这种处理的合成波形振幅值的峰值，大于衰减振动波形206振幅值的峰值，改善了S/N比。这种方法，在衰减振动波形被埋没在噪声中的弱信号情况下也是有效的。
这样，本发明的脉冲信号处理装置，作为应答于脉冲信号的信号，优选采用衰减振动波形，利用衰减振动波形的周期性进行取样数据的合成。
作为叠加衰减振动波形的波峰部和波峰部、或者波谷部和波谷部的处理，采用在取样位置错开1周期(2π)累计波峰部207的取样数据和波峰部209的取样数据的方法。这时，波峰部的顶部(或其附近)相互间和波谷部的底部(或其附近)相互间的振幅值相加，可以进一步提高振幅的加强效果。
作为另一种方法，也可以将衰减振动波形的相当于波峰的部分的振幅值和相当于波谷的部分的振幅值的绝对值相加。这时也应加强振幅电平。例如，将衰减振动波形206的波峰部207的振幅值和波谷部208的振幅值的绝对值进行累计。这时，当以错开相位差为π的取样点的取样值为累计对象时，可以增大加强波峰值的效果。并且，例如也可以叠加衰减振动波形206的波峰部207的面积和波谷部208的面积。这样，能够提高检测信号的S/N比。
衰减振动波形的1周期或半周期，优选与取样间隔存在大致整数倍的关系。这样，在合成邻接的取样数据时，合成+侧波形的取样数据和一侧波形的取样数据，由此可以排除振幅值较弱的演算处理的可能性。能够有效地得到波峰值的加强效果。
本发明的脉冲信号处理装置，特别适用于利用脉冲光的距离测定技术，可以广泛用于微弱脉冲光的检测。也就是，作为脉冲信号发生契机的物理现象，不限于脉冲光的受光，也可以是声波的检测和冲出的检测等。
本发明的脉冲信号处理装置中，脉冲信号是来自接收脉冲光的受光元件的输出信号，脉冲光是对规定对象物照射的照射脉冲光的反射光，优选具有脉冲光发光部；利用合成的数据和照射脉冲光的照射定时，算出从受光元件到对象物的距离的距离计算部。
根据这个方案，可以得到适用于利用激光的距离测定装置的构成。也就是，提供了一种距离测定装置，将来自发光部的脉冲激光照射到对象物，由受光元件接收其反射光，利用从该受光元件输出的脉冲信号，进行使上述检测信号的S/N提高的取样数据的处理，利用该处理结果算出到对象物的距离。该装置，由于能提高脉冲信号的检测S/N比，则可以高灵敏度地进行脉冲光的检测。因此，即使在不用隅角棱镜等专用反射器的情况下，也能够高灵敏度地检测弱的反射光。
由于利用1脉冲包含的信息，则与已有技术利用多个脉冲的方法比较，可以缩短处理时间。并且，在处理电路的存储器中，由于可存储相加的数据，则节约了存储器容量。因此，能够采用低消耗电力、更简单的低成本电路。
作为处理对象的信号，当采用衰减振动波形时，由于在时间轴上扩大信号波形，进行取样，则可降低取样频率。这样也可以抑制电路的负担，有效地实现低消耗电力化、低成本化。
当利用衰减振动波形时，对在时间轴上扩大的信号进行累计，并在时间轴上予以压缩，则可提高信号的波峰值。因此，能够提高信号的S/N比，即使是弱信号也可以提高检测灵敏度。
优选上述距离测定装置具有转换部，对以下两种测定方式进行转换，即利用按照图1或图2所示原理的取样，进行第1距离测定范围的距离测定的粗测定方式；在比第1距离测定范围狭窄的第2距离测定范围，进行取样的精密测定方式。
按照这个方案，在粗测定方式，利用图1和图2所示取样数据的处理方法，在大致范围测定到对象物的距离；在精密测定方式，在更狭窄的距离范围进行追求精度的测定。
并且，在精密测定方式，优选进行对于多个脉冲光的取样，累积其取样数据。在上述方案，与粗测定方式的取样频率相比，优选精密测定方式的取样频率较高。
这里，所谓累积是累计不同脉冲的取样数据。附带说明，本说明书中，累计一个脉冲的取样数据的情况表现为合成。
作为精密测定方式，当采用累积对多脉冲的取样数据的方法时，由于使用对多个脉冲的取样数据，则可更正确地检测脉冲波形。因此，能够进行更高精度的距离测定。
作为精密测定方式，当采用提高取样频率的方法时，由于能以更细小的间隔得到取样数据，则可提高测定精度。在精密测定方式，还可以将取样数据的累积和高取样频率的采用予以组合。
在并用上述粗测定方式和精密测定方式的方案中，转换部优选在通过粗测定方式求出第2距离测定范围时，进行从粗测定方式向精密测定方式的转换。当然，测定方式的转换，手动也可以。
按照这个方案，在利用短时间可测定的粗测定方式测定大致的距离后，即可进行缩小测定范围的精密距离测定。这时，由于测定范围狭窄，则在精密测定方式，即使进行利用多脉冲光的精密测定和/或提高取样频率的测定，数据量也不会庞大，处理时间也不会加长。因此，不会增加处理时间和电路负担，能够提高测定精度。
如利用图1或图2已说明的一样，粗测定方式，即使是微弱的反射脉冲光，由于可以高灵敏度地检测1脉冲的信号，则适用在短测定时间得到大致的距离。
特别是在利用衰减振动波形的情况下，在时间轴上扩大了信号波形，确保较多的取样点，并且通过取样数据的合成处理，进行检测信号的S/N比的改善。因此，即使取样不太精细，也能提高从对象物反射的单脉冲的检测灵敏度。这对于要求较大测定范围的光波距离计是极为有用的。
另一方面，合成本发明的取样数据的方法，由于在1脉冲或应答于1脉冲的波形中合成取样数据，则牺牲了在时间轴上取样点的明确位置的严密性。
这样，图1和图2所示的方法，具有短时间测定、低消耗电力、使用更少的存储器容量、不需要较大取样频率从而减少了对电路的负担等优越性，但牺牲了精密的距离测定。
另一方面，连续多个脉冲，对脉冲波形或者根据该脉冲波形的衰减振动波形进行取样，再将多个脉冲的取样数据相加，提高S/N比的方法，或者提高取样频率进行取样的方法，虽然牺牲了其他事项，与粗测定方式相反，可以追求测定的精密性。
也就是，在精密测定方式，可以精密地求出脉冲信号的峰值和重心位置(时间轴上的重心位置)，具有精密距离测定的优越性，但却牺牲了短时间测定、低消耗电力、使用更少的存储器容量、电路的低负担等方面。
因此，将两方式进行组合，即可得到兼有两方式优点的光波测距装置。也就是，用粗测定短时间进行大致的距离测定，缩小范围后利用精密测定，进行精密的距离测定。这时，由于精密测定在极狭小的距离范围进行，则可抑制因精密测距引起的处理时间增加、电路负担加大、消耗电力增加等问题的发生。
这样，可以得到既有宽广的测定范围又进行精密测定，而且兼备短时间测定、低消耗电力、使用更少的存储器容量、电路负担较小的优越性的光波距离测定装置。
本发明的脉冲光处理装置，也可以作为脉冲信号的处理方法或者用于实行脉冲信号处理的程序，予以掌握。也就是，本发明的脉冲信号处理方法的特征是具有按照规定定时对1个脉冲信号或应答于该脉冲信号的应答信号进行取样的取样步骤；合成多个上述取样的取样数据的相加步骤；将上述合成的数据存储在规定地址的存储步骤。
实行本发明的脉冲信号处理方法的程序是能用计算机实行的程序，其特征是在计算机中实行以下程序按照规定定时对1个脉冲信号或应答于该脉冲信号的应答信号进行取样的取样程序；合成多个上述取样的取样数据的相加程序；将上述合成的数据存储在规定地址的存储程序。
关于上述脉冲信号处理装置的最低限定事项，作为实行各限定内容的步骤，可以作为进一步限定上述脉冲信号处理方法的发明的内容予以掌握。并且，关于上述脉冲信号处理装置的最低限定事项，作为进行各限定内容的程序，可以作为进一步限定用于实行上述脉冲信号处理方法的程序的内容予以掌握。
按照本发明，相加1脉冲的脉冲信号的取样数据，能够增大脉冲信号的波峰值，因此可以提高脉冲信号检测时的S/N。并且，由于利用应答于脉冲信号的衰减振动波形的周期性进行取样，则在时间轴上扩大信号波形，虽然是低取样频率，但还能有效地进行加强波峰值的处理。也就是，按照本发明，由于在时间轴上扩大单脉冲的信号波形，则在低取样频率也能进行脉冲信号的不溢出测定。
将本发明用于距离测定技术时，不使用高取样频率，可以缩短处理时间，则即使增大距离测定的范围，测定时间也不会加长。因此，提供了一种在限定的存储器容量和消耗电力下工作、即使是微弱的反射光测定时间也较短、用比较低的取样频率进行测定、测定范围更宽广的光波距离测定装置。并且，提供了具有这种优越性的光波距离测定技术。
将按照规定定时对1个脉冲信号或应答于1个脉冲信号的应答信号进行取样的方法作为粗测定方式，将采用多脉冲光的取样数据的方法和提高取样频率的方法作为精密测定方式，把两者组合起来，则可使宽广的测定范围和精密的测定并存。
本发明可用于高灵敏度地进行脉冲信号检测的技术。特别是本发明在利用脉冲激光的距离测定技术中，可用于提供具有宽广测定范围、测定处理迅速、能够高精度测定、低消耗电力操作、低成本的光波距离测定装置。
附图的简单说明第1图是说明进行脉冲信号取样的原理的图表。
第2图是说明脉冲信号与衰减振动波形关系的图表。
第3图是表示利用本发明的光波距离测定装置一个例子的方框图。
第4图是表示合成累积·装置一个例子的方框图。
第5图是表示光波距离测定程序一个例子的流程图。
第6图是说明取样数据的合成方法的概念图。
第7图是表示光波距离测定程序一个例子的流程图。
第8图是说明取样数据合成方法的概念图。
第9图是说明取样数据合成方法的概念图。
第10图是说明取样数据合成方法的概念图。
实施例1.第1实施例1-1实施例的构成图3是表示利用本发明的光波距离测定装置一个例子的方框图。图4是表示图3的光波距离测定装置的合成·累积装置一个例子的方框图。图3所示光波距离测定装置具有演算处理装置101，定时电路102，激光振荡装置103，发光元件104，半透明反射镜105，光快门106，发光侧光纤维107，反射镜108，物镜109，受光侧光纤维110，内部参照光程111，半透明反射镜112，受光元件113，调谐放大器114，合成·累积装置115，振荡器116和光快门117。
演算处理装置101具有实行用于进行后述距离测定的程序的功能，存储该程序的存储器，进行距离计算的演算功能，以及转换测定方式的转换功能。
定时电路102根据演算处理装置101的指示，按照根据振荡器116产生的基准信号的定时，将振荡激光的定时信号供给激光振荡电路103。激光振荡装置103根据定时电路102的定时信号，生成驱动发光元件104的信号。发光元件104是脉冲激光二极管，由激光振荡装置103驱动，按照规定定时发出激光脉冲光。
半透明反射镜105，使从发光元件104发出的脉冲光的一部分原封不动透射，将另一部分反射到相对于入射方向90度的不同方向。例如，就光通量比来看，原封不动地透射从发光元件104入射的脉冲光的90％，将剩余的10％反射到内部参照光程111方向。光快门106选择是否将发光元件104来的脉冲光导向发光侧光纤维107。光快门117选择是否将发光元件104来的脉冲光导向内部参照光程111。
发光侧光纤维107将发光元件104来的脉冲光引导到反射镜108。来自发光侧光纤维107的脉冲光，由反射镜108反射，通过物镜109照射到被照射对象物118。
由被照射对象物118反射的反射脉冲光，通过物镜109到达反射镜108，再由其反射引导到受光侧光纤维110，到达半透明反射镜112。半透明反射镜112，透射来自受光侧光纤维110的脉冲光，将来自内部参照光程111的脉冲光反射到受光元件113方向。
受光元件113是光电变换元件。受光元件113采用能够高灵敏度地检测光的雪崩光电二极管。受光元件113将入射的脉冲光变换为电信号。调谐放大器114具有放大电路(放大器)和调谐电路，输出应答于从受光元件113输出的脉冲光的衰减振动波形信号。
受光元件113来的输出信号，由于应答于接收的脉冲光，波形当然为脉冲状波形。将脉冲状波形通过调谐放大器，则得到振幅按规定周期衰减的衰减振动波形。该衰减振动波形是正负交替振动的振幅在时间轴上逐渐减小的波形(例如参照图2)。
合成·累积装置115具有例如图4所示方框图的构成。合成·累积装置115具有对从调谐放大器114输出的衰减振动波形进行取样，合成或累积该取样数据的功能，以及存储合成或累积的数据的功能。
图4所示合成·累积装置115具有A/D变换器121、相加·存储部123、定时调整电路122。A/D变换器121根据定时调整电路122的定时信号，对从调谐放大器114输出的衰减振动波形进行取样。相加·存储部123具有按照后述的程序，根据从定时调整电路122传送的定时信号，相加由A/D变换器121取样的取样数据，再将相加的数据存储在所定地址的功能。相加·存储部123具有用于进行该相加处理和存储的相加电路；存储电路(存储器)；对取样时钟脉冲进行计数的计数器。
1-2实施例的操作这里，以对测定大致距离的粗测定方式，以及根据在粗测定方式测定的大致距离进行狭小距离范围的取样，实行精密距离测定的精密测定方式，进行组合的处理程序为例予以说明。并且，作为粗测定方式，对采用2脉冲的反射脉冲光，能以高灵敏度检测微弱反射脉冲光的例子予以说明。
(粗测定方式的操作)首先，说明粗测定方式的一个例子。图5是表示本实施例的粗测定方式处理程序的流程图。处理从光快门106和117为封闭状态(非通过状态)开始(步骤S131)。处理开始时，首先释放光快门106，为「遮光器外」状态(步骤S132)，接着设定取样地址为0(步骤S133)。然后，根据定时电路102来的定时信号，激光振荡装置103工作，发光元件104脉冲发出激光，同时取样开始(步骤S134)。
也就是，发出的脉冲光通过反射镜108、物镜109，照射到目标对象物118，再由其反射，按照相反的路径到达反射镜108。受光元件113接收该反射脉冲光，利用光电变换作用，输出应答于接收的脉冲光的电信号。受光元件113来的输出信号是对应于脉冲光的脉冲信号。调谐放大器114放大该脉冲信号，输出图2的206所示衰减振动波形。
在步骤S134，对来自该调谐放大器114的衰减振动波形加以取样处理。然后在步骤S135，进行1脉冲的取样数据的累计(合成)，在按照取样时钟脉冲的地址存储合成的数据。这些取样数据的处理，由合成·累积装置115进行。详细的处理内容后面讲述。
在步骤S135，进行取样数据的累计，如后所述，加强调谐放大器输出波形的振幅，改善其S/N比。因此，可以显露出埋没在噪声电平中的波形。步骤S135的处理以后，判断是否显露出可用于演算处理装置101的距离计算处理的电平的波形(步骤S136)，若显露出波形(即得到了规定电平以上的S/N比)，则进入步骤S137，若未显露出来，则返回到步骤S133的前阶段，再次实行步骤S133以下的处理。
在步骤S137，从合成·累积装置115的存储器存储的数据中检索再现波形内有最大值(波峰值)的波形，检测该地址Mi(步骤S137)。该地址Mi是对应于取样开始(即发光定时)的时钟脉冲数的地址号码，可以算出从该地址脉冲光的飞行时间。
然后，利用取样开始的取样时钟脉冲(LxMi-20:L是合成次数)，在精密测定方式取样开始定时决定第L时钟脉冲(步骤S138)。Mi值包含与到反射激光脉冲光的对象物的大概距离有关的信息。为了利用该数值，乘以在后面的计算中易于利用的合成次数L，并且，为了在精密测定范围中具有余量，将减少20时钟脉冲的时刻作为取样开始定时。
也就是，在步骤S137，得到有关到对象物大致距离的信息，在步骤S138，指定可以进行下面精密测定方式取样的范围。然后，粗测定方式的处理结束，转移到精密测定方式(步骤S139)。由粗测定方式进行大致距离范围的测定，指定用于实行下面精密测定方式的更狭小的范围。
(粗测定方式的数据处理)以下，举例详细说明图5的步骤S134和步骤S135的处理内容。本方案中，对2脉冲进行取样处理和取样数据的累计处理。图6是说明本实施例粗测定方式的取样方法的概念图，是L＝2的例子。图6(A)表示第1次发光(第1脉冲)的处理定时，图6(B)表示第2次发光(第2脉冲)的处理定时。
首先，说明取样处理。取样处理根据来自振荡器116(参照图3)的基准信号，以定时调整电路122(参照图4)生成的取样时钟脉冲为基准进行。
在相加·存储部123(参照图4)的存储器内，给与同步于取样时钟脉冲的地址号码。这里，设定测定开始点为0，按顺序给与数值。M是对应于第M时钟脉冲的地址号码。
本实施例中，对图6所示衰减振动波形(调谐放大器114的输出信号)进行取样。首先，如图6(A)所示，进行应答于第1次发光的反射脉冲光的衰减振动波形的取样处理。这时，用取样时钟脉冲上升的定时，在取样点1、取样点3、取样点5…取样点23等奇数号码的取样点，利用A/D变换器121(参照图4)进行取样。
取样了的信号存储在相加·存储部123内的存储器中。这时，进行以下处理，即将取样点1和取样点13的取样数据相加，存储在存储器的存储地址M；将取样点3和取样点15的取样数据相加，存储在存储器的存储地址M+2；将取样点5和取样点17的取样数据相加，存储在存储器的存储地址M+4。也就是，将在衰减振动波形错开1周期点的奇数号码的取样数据相加，每隔一个地将其值存储在存储器地址。
然后，进行第2次发光的脉冲的处理。也就是，如图6(B)所示，进行应答于第2次发光的反射脉冲光的衰减振动波形的取样处理。这时，作为取样时钟脉冲，采用使在图6(A)所示第1次发光的反射脉冲光取样中使用的取样时钟脉冲错开半周期的时钟脉冲。
这时，用取样时钟脉冲上升的定时，在取样点2、取样点4、取样点6、…取样点24等偶数号码取样点，利用A/D变换器121(参照图4)进行取样。
这时，进行如下处理，即将取样点2和取样点14的取样数据相加，存储在存储器的存储地址M+1；将取样点4和取样点16的取样数据相加，存储在存储器的存储地址M+3。也就是，将在衰减振动波形错开1周期点的偶数定时的取样数据相加，将其值存储在剩余的每隔一个的存储器地址。
由于衰减振动波形的周期性，在错开1周期点的振幅，其正负方向是相同的。因此，该处理中，将在错开1周期点的振幅相加，把2周期的振幅数据压缩在1周期，伸长了振幅。这样，观察从图6(B)的存储器地址M～M+12存储的数据得到的波形就可理解，加强大幅放大从调谐放大器114输出的衰减振动波形的振幅(波峰值)。
从利用信号叠加改善S/N比的原理可见，由于相位随机的噪声成分的叠加导致的噪声电平增加，与由于相位一致的信号的叠加导致的信号电平增加，是不一致的，后者信号电平的增加比例较大。因此，通过上述处理，调谐放大器输出信号的S/N比改善了。
图6所示的处理是将衰减振动波形的错开1周期的波峰和波峰以及错开1周期的波谷和波谷进行合成，加强信号振幅的处理。并且，合成边衰减边周期性振动的信号波形+侧的振幅，也合成一侧的振幅，可以说也是加强振幅的处理。
图6所示的处理中，衰减振动波形按照是取样间隔大致整数倍的关系设定。也就是，使取样间隔整数倍，即与衰减振动波形的周期(或者半周期)一致或大概一致那样，决定取样时钟脉冲的频率(取样频率)。由于衰减振动波形的周期由调谐放大器的调谐频率决定，则在实施时，可以设定脉冲光的脉冲宽度与取样频率的关系，使其满足上述关系。
(精密测定方式的动作)以下，说明本实施例精密测定方式的操作。图7是表示精密测定方式处理程序的流程图。在图5的粗测定方式得到大致的距离信息，并据此指定了在精密测定方式进行测定的距离范围时，转移到图7所示精密测定方式。
在精密测定方式的处理开始时(步骤S141)，首先，先快门106释放，光快门117封闭，选择「遮光器外」状态(步骤S142)。然后，设定在图5的步骤S138决定的精密测定方式的取样开始定时的第(L×Mi-20)时钟脉冲(步骤S143)。接着，在规定定时发出激光脉冲光(步骤S144)，从在步骤S143设定的计数器值开始取样(步骤S145)。用后述的方法累计取样数据(步骤S146)，判断根据取样数据生成的波形是否已显露出来(即是否得到了规定的S/N比)(步骤S147)。若波形已显露出来，则进入步骤S148，若未显露出来，则返回到步骤S143以下。在步骤S148，取得得到的波形的数据并作为外部光程波形数据Do。
然后，封闭光快门106，释放光快门117，设定为利用内部参照光程111「遮光器内」的状态(步骤S149)。接着，设定取样开始地址为0(步骤S150)，开始发光元件104的发光，以及应答于受光元件113输出的调谐放大器114输出波形的取样(步骤S151)。这时，简单地得到S/N比高的波形，将其作为内部光程波形数据Di(步骤S152)。
利用外部光程波形数据Do与内部光程波形数据Di的相关关系，采用后述的方法，算出距离(步骤S153)，再将其值显示在适当的显示装置(例如未图示的液晶显示器等)上(步骤S154)，结束处理(步骤S155)。
(精密测定方式的数据处理)以下，详细说明图7的步骤S146的处理内容。该方案中，叠加多个脉冲的取样数据，进行使调谐放大器的输出信号波形显露出来的处理。
图8是说明本实施例精密测定方式的取样方法的概念图。图8(A)表示第1次发光(奇数脉冲)的处理定时，图8(B)表示第2次发光(偶数脉冲)的处理定时。
本实施例中，按照图8(A)所示定时关系，对应答于第1脉冲的反射脉冲光的调谐放大器114的输出信号进行取样，存储在规定存储器地址。也就是，将取样点1的取样数据存储在存储器地址M，将取样点3的取样数据存储在存储器地址M+2，将取样点5的取样数据存储在存储器地址M+4，即将取样数据存储在每隔一个的存储器地址。也就是，第1脉冲取得衰减振动波形奇数位置的取样数据。
这里，在相加·存储部123(参照图4)内的存储器内，附予同步于取样时钟脉冲的地址号码。这里，设定测定开始点为0，顺序附予数值。M是对应于第M时钟脉冲的地址号码。
进行图8(A)所示处理后，按照图8(B)所示定时关系，进行对应于第2脉冲反射光的调谐放大器114来的输出信号的取样。该取样采用与图8(A)的情况错开180度相位的取样时钟脉冲，在偶数位置的取样点，对来自调谐放大器114的衰减振动波形输出进行取样。
也就是，将取样点2的取样数据存储在存储器地址M+1，将取样点4的取样数据存储在存储器地址M+3，将取样点6的取样数据存储在存储器地址M+5，即将偶数位置的取样数据存储在每隔一个的存储器地址。也就是，第2脉冲取得衰减振动波形偶数位置的取样数据。
其结果，如图8(B)所示，将来自调谐放大器114的衰减振动波形进行A/D变换后的数据存储在存储器内。该数据正确反映了衰减振动波形的振幅—相位关系，是适用于精密距离算出的数据。但是，在该状态，未实施用图6详细说明的波峰值的加强处理，在粗测定方式得到的S/N比的改善没有进行。因此，在反射脉冲光弱的情况下，未得到能进行距离算出的S/N比。
因此，按照与图8所示方法同样的方法进行第3脉冲、第4脉冲的处理，将其取样结果与第1脉冲和第2脉冲的数据相加，进行取样数据的累积处理。也就是，将第1次发光的取样数据与第3次发光的取样数据相加，将第2次发光的取样数据与第4次发光的取样数据相位合并相加。对于第3次与第4次发光、第5次与第6次发光，重复该处理，可以加强存储器存储的A/D变换波形数据的波峰值。
该取样数据的累积处理，可以利用2N个脉冲进行。该处理由于使用多个脉冲，则必须有较多的处理时间，然而能够再生正确反映调谐放大器114来的衰减振动波形振幅—相位关系的波形。因此，有利于精密位置的算出。
(距离的算出方法)以下，详细说明图7的步骤S153的处理。外部光程波形数据Do和内部光程波形数据Di，包含关于发光后的经过时间的信息，以及关于从调谐放大器114输出的衰减振动波形振幅—相位关系的信息。距离可根据脉冲光的发光定时和受光定时、以及光的速度算出。
然而，在调谐放大器的输出中包含了偏差成分，即电路的工作延迟产生的误差；构成调谐放大器的电路常数的温度特性的影响等产生的误差。因此，将外部光程波形数据Do与内部光程波形数据Di进行比较，消除该偏差成分。
精密距离的算出，例如通过求出从调谐放大器114输出的衰减振动波形的重心位置，能够更高精度地进行。
(实施例1的作用效果)若使用以上说明的实施例1，则可协同地得到不趋向于正确距离测定但可在短时间实现距离测定的粗测定方式的优点，与需要测定时间但可追求测定精度的精密测定方式的优点，即使测定范围宽广也能用短时间进行高精度的距离测定。
也就是，利用在时间轴累计1个反射脉冲光的取样数据提高S/N比的粗测定方式，求出大致的距离，然后在粗测定方式求出的狭小范围，进行精密测定方式的距离精密测定。这时，在精密测定方式，测定范围狭小，累积多个反射脉冲光的取样数据，即使利用提高了S/N的精密测定方式，精密测定方式的缺点也将被抑制在没有问题的水平。
2实施例1的变形(其1)在实施例1的精密测定方式，取样时钟脉冲的频率与粗测定方式时的频率比较，可以提高。实施例1中，由于精密测定方式的测定范围狭小，则即使提高了取样频率，要求处理时间增加和大存储器容量的问题也不明显存在。这种情况下，可以提高精密测定方式的测定精度。
3实施例1的变形(其2)实施例1中，利用粗测定方式的结果，也可以算出距离数据。这时，也与图7所示程序同样，优选利用内部光程波形数据Di除去偏差成分。这种情况下，牺牲了测定数据的精密性，但可用短时间的处理算出距离。并且，可以手动进行粗测定方式和精密测定方式的转换，在粗测定方式利用高速处理进行距离测定，进一步在希望进行精密距离测定时，进行向精密测定方式的转移。
4实施例1的变形(其3)说明利用从调谐放大器输出的衰减振动波形的S/N比改善方法的另一个例子。图9是表示调谐放大器输出信号的另一个取样方法的概念图。图9(A)表示第1次发光的取样定时，图9(B)表示第2次发光的取样定时。
本实施例在利用衰减振动波形的周期性方面，与实施例1相同，将第1次反射脉冲光的取样数据与第2次反射脉冲光的取样数据相加，再进行加强衰减振动波形波峰值的处理。
也就是，进行以下处理，即如图9(A)所示，在取样点1和取样点13对应答于第1次发光的反射脉冲光的衰减振动波形进行取样，将两数据相加后存储在存储器地址M，然后在取样点3和取样点15进行取样，将两数据相加后存储在存储器地址M+1，……。
并且，进行以下处理，即在取样点2和取样点14对应答于第2次发光的反射脉冲光的衰减振动波形进行取样，将两数据相加并与第1次发光的存储数据相加后存储在存储器地址M，然后将在取样点4和取样点16的取样数据相加并与第1次发光的存储数据相加后存储在存储器地址M+1，……。
本实施例中，协同地得到了应答于1个脉冲的衰减振动波形的波峰部叠加的效果与2个脉冲光的振幅数据的叠加效果。这样，如图9(B)所示存储数据可见，可使加强成为基准的衰减振动波形的波峰值的效果极大。
5实施例的变形(其4)说明利用从调谐放大器输出的衰减振动波形的S/N比改善方法的又一个例子。图10是表示调谐放大器输出信号的另一种取样方法的概念图。图10(A)表示第1次发光的取样定时，图10(B)表示第2次发光的取样定时。
本实施例在利用衰减振动波形的周期性方面，与实施例1相同，以衰减振动波形的半周期(π)为基准进行取样数据的合成。也就是，对于应答于第1次发光的反射脉冲光的衰减振动波形，进行如下的处理，即将在取样点1的取样数据和在取样点7的取样数据的绝对值相加，存储在存储器地址M，将在取样点3的取样数据和在取样点9的取样数据的绝对值相加，存储在存储器地址M+2，将在取样点5的取样数据和在取样点11的取样数据的绝对值相加，存储在存储器地址M+4……。
然后，对于应答于第2次发光的反射脉冲光的衰减振动波形，进行如下处理，即将在取样点2的取样数据和在取样点8的取样数据的绝对值相加，存储在存储器地址M+1，将在取样点4的取样数据和在取样点10的取样数据的绝对值相加，存储在存储器地址M+3，将在取样点6的取样数据和在取样点12的取样数据的绝对值相加，存储在存储器地址M+5，……。
在离开半周期的取样点的取样数据，振幅的正负相反，本实施例中，负侧的取样数据反转使用其符号。按照本实施例，累计时间轴方向的衰减振动波形的振幅绝对值，由于加强了波峰值，则可提高脉冲信号的检测灵敏度。
本实施例，利用衰减振动波形的周期性，关于加强其波峰值的处理，可以认为是将衰减振动波形波峰部的取样值与使波谷部的取样值的符号反转的值相加，加强波形的处理，或者是累计衰减振动波形波峰部的面积与波谷部的面积，加强波形的处理。
6实施例的变形(其5)图10所示实施例中，可以将合成取样值的取样点规定为上述以外的规定顺序和组合。这时，在取样值是负(即衰减振动波形负侧振幅的取样值)时，利用反转其符号的值进行设定。并且，累计取样值的取样点，选择连续的多个点。
这样，进行从调谐放大器输出的衰减振动波形正侧波形(波峰部)相互间的振幅值累计、正侧波形(波峰部)的振幅值与负侧波形(波谷部)的振幅值之绝对值(反转符号的值)的累计、以及负侧波形相互间的振幅值累计，加强衰减振动波形的波峰值。
7其他实施例本实施例是仍利用接收反射脉冲光的受光元件的输出信号进行取样的例子。本实施例，在图3所示的系统中，仅配置放大器代替调谐放大器。取样方法是对图1所示脉冲波形，将邻接取样点的取样数据相加，进行加强振幅值的处理。相加的取样位置，不限定为2个，也可以是3个以上。并且，相加的取样位置，也可以不是邻接的，但希望是位于相互邻近的。
权利要求
1.一种脉冲信号处理装置，其特征是具有按照规定定时，对1个脉冲信号或应答于该信号的应答信号进行取样的取样部；按照规定关系，对上述多个取样的取样数据进行合成的相加部；将上述合成的数据存储在所规定地址的存储部，上述存储部存储的数据是加强上述脉冲信号电平的数据。
2.权利要求1记载的脉冲信号处理装置，其特征是上述合成的取样数据，从邻近的取样位置取得。
3.权利要求1记载的脉冲信号处理装置，其特征是上述应答信号是将上述脉冲信号变换为衰减振动波形的信号。
4.权利要求3记载的脉冲信号处理装置，其特征是上述合成是利用上述衰减振动波形的周期性进行的。
5.权利要求3记载的脉冲信号处理装置，其特征是上述合成中，进行上述衰减振动波形的多个波峰部振幅值的累计和多个波谷部振幅值的累计。
6.权利要求3记载的脉冲信号处理装置，其特征是上述合成中，进行上述衰减振动波形波峰部面积的累计和波谷部面积的累计。
7.权利要求3记载的脉冲信号处理装置，其特征是上述合成中，进行上述衰减振动波形波峰部振幅值与反转波谷部振幅值符号之值的相加。
8.权利要求3记载的脉冲信号处理装置，其特征是上述合成中，进行上述衰减振动波形的波峰部面积与波谷部面积的累计。
9.权利要求3记载的脉冲信号处理装置，其特征是上述合成中，进行上述衰减振动波形的相隔2π相位差的取样点的取样数据的相加。
10.权利要求3记载的脉冲信号处理装置，其特征是上述合成中，进行上述衰减振动波形的相隔π相位差的取样点的取样数据绝对值的相加。
11.权利要求3记载的脉冲信号处理装置，其特征是上述衰减振动波形，与上述取样间隔存在大致整数倍关系。
12.权利要求1记载的脉冲信号处理装置，其特征是还具有上述脉冲信号是接收脉冲光的受光元件的输出信号；上述脉冲光是对规定对象物照射的照射脉冲光的反射光；上述照射脉冲光的发光部；利用上述合成的数据和上述照射脉冲光的照射定时，算出从上述受光元件到上述对象物的距离的距离计算部。
13.权利要求12记载的脉冲信号处理装置，其特征是具有转换部，转换以下测定方式在第1距离测定范围，进行上述取样的粗测定方式；在比上述第1距离测定范围狭小的第2距离测定范围，进行上述受光元件的输出信号取样的精密测定方式。
14.权利要求13记载的脉冲信号处理装置，其特征是在上述精密测定方式，进行多个脉冲光的取样，并累积上述多个脉冲的取样数据。
15.权利要求13记载的脉冲信号处理装置，其特征是与上述粗测定方式的取样频率比较，上述精密测定方式的取样频率高。
16.权利要求13记载的脉冲信号处理装置，其特征是上述转换部通过上述粗测定方式求出上述第2距离测定范围时，进行从上述粗测定方式向上述精密测定方式的转换。
17.一种脉冲信号处理方法，其特征是具有以下步骤按照规定定时，对1个脉冲信号或应答于该信号的应答信号进行取样的取样步骤；对上述多个取样的取样数据进行合成的相加步骤；和将上述合成的数据存储在规定地址的存储步骤；其中在该存储步骤存储的数据是加强上述脉冲信号电平的数据。
18.一种计算机可实行的程序，其特征是具有以下程序按照规定定时，对1个脉冲信号或应答于该信号的应答信号进行取样的取样程序；对上述多个取样的取样数据进行合成的相加程序；和将上述合成的数据存储在所定地址的存储程序；其中利用在该相加程序相加的数据，在计算机实行加强上述脉冲信号电平的处理。
全文摘要
本发明提供了种采用可以测定范围宽广和高速处理的脉冲激光的距离测定装置。将脉冲光照射到对象物，由受光元件接收该反射脉冲光，再由调谐放大器放大其输出。将应答于从调谐放大器输出的反射脉冲光的衰减振动波形的取样数据错开1周期相加。这样，利用应答于脉冲信号的衰减振动波形的周期性，进行波峰值的加强处理，可提高反射脉冲光的检测灵敏度。
文档编号G01S17/10GK1648685SQ20051005183
公开日2005年8月3日 申请日期2005年1月28日 优先权日2004年1月29日
发明者大石政裕, 德田义克 申请人:株式会社拓普康