(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を測定対象方向に発射する電磁波発射手段と、
前記測定対象方向から入射する電磁波の強さに応じた検出信号を出力するように配置される電磁波検出手段と、
該検出信号を所定のゲインに従って増幅した判定用信号を生成する信号増幅手段と、
該判定用信号が所定のしきい値を越えたときに反射波の到達を知らせる到達信号を出力する判定手段と、
前記電磁波発射手段が電磁波を発射してから前記到達信号が得られるまでの時間的な遅れに基づいて前記測定対象方向に存在する物体までの距離を算出する距離算出手段と
を備えた距離測定装置において、
前記電磁波発射手段を所定期間に渡って休止させると共に、前記しきい値が、該休止期間中に生成される判定用信号の最大値とほぼ等しくなる様に、該判定用信号としきい値との関係を調整する調整手段を備え、
前記調整手段を、前記休止期間中に前記距離算出手段に対して擬似的なスタートパルスを与えたときに距離が算出された場合に前記信号増幅手段のゲインを低下させ、逆に、前記休止期間中に前記距離算出手段に対して擬似的なスタートパルスを与えたときに距離が算出されない場合には前記信号増幅手段のゲインを上昇させる手段として構成したことを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の距離測定装置において、前記調整手段を、ゲインの調整過程において最適なゲインが存在しないということが判明した範囲を除いた残りの範囲の中央値となるようにゲインの低下及び上昇を行う手段として構成したことを特徴とする距離測定装置。
【請求項３】
請求項１記載の距離測定装置において、
前記調整手段は、
前記休止期間中に生成される判定用信号の最大値を検出し、該検出された最大値と前記しきい値とを比較して前記信号増幅手段のゲインを大ざっぱに調整し、
その後この大ざっぱな調整結果を出発条件とする
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか記載の距離測定装置において、
前記判定手段としてロジックＩＣを備えていることを特徴とする距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光波やミリ波等の電磁波を測定対象方向に発射したときに反射されて来る電磁波を検出して物体までの距離を測定するようにした距離測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザダイオードを断続的に発光させ、前方の物体からの反射光をフォトセンサで検出し、発光時刻と受光時刻との時間差に基づいて前方の物体までの距離を測定する装置（レーザレーダ）が知られている。
【０００３】
こうしたレーザレーダは、太陽光の影響等によるバックグラウンドとして存在するノイズを除去するために、受光信号としきい値ＶTHとを比較して、このしきい値ＶTHを越える受光信号が得られた時刻を反射光の受光時刻とするように構成されている（図５（ａ）参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、太陽光は昼夜によってその強さが変化し、ノイズの大きさは一定していない。また、その他のノイズ要因であるレーザレーダ内の回路の熱雑音も時々刻々と変化している。
【０００５】
このため、しきい値が低めであると、図５（ｂ）に示すように、本来の受光信号Ａが検出される前に、ノイズＢがしきい値を越えてしまい、距離の測定を誤るおそれがある。
一方、測定対象となる物体からの反射光の強さは、距離が長くなるほど弱くなるので、しきい値を高めにしておくと測定可能距離が短くなってしまい、十分な性能が発揮されなくなる。
【０００６】
そこで、本発明は、測定可能距離を犠牲にすることなく、こうしたノイズレベルの変化の影響を受けない距離測定装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の距離測定装置は、請求項１に記載した様に、レーザダイオード等の電磁波発射手段から電磁波を発射した時刻と、フォトセンサ等の電磁波検出手段を介して得られる判定用信号が所定のしきい値を越えた時刻との時間差に基づいて、測定対象方向に存在する物体までの距離を算出するようにしたものにおいて、前記電磁波発射手段を所定期間に渡って休止させると共に、前記しきい値が、該休止期間中に生成される判定用信号の最大値とほぼ等しくなる様に、該判定用信号としきい値との関係を調整する調整手段を備えている。
【０００８】
ここで、電磁波発射手段の休止期間において生成される判定用信号は、ノイズ自体に相当する。従って、（しきい値）＝（ノイズ増幅信号の最大値）であれば、ノイズ増幅信号がしきい値を越えることがなく、ノイズの影響による誤った到達信号が生成されることがないから、距離を実際よりも短く測定してしまうという不具合が解消される。また、ノイズの最大値よりわずかに大きい検出信号が得られれば距離を測定することができ、測定可能距離を最大限に引き出すことができる。なお、しきい値が最大値より若干小さいとしても、最大値が発生する確率を考えると誤計測の問題はほとんどないので、（しきい値）≒（最大値）であれば十分に本発明の目的を達成し得る。
【０００９】
ところで、かかる調整を行うに当たっては、具体的な手法として判定用信号としきい値とを比較する比較回路のしきい値自体を増減する手法が考えられるが、この様な手法を採用すると、比較回路の構成が複雑になり、しきい値を越えたか否かの判定に時間がかかるという問題がある。
【００１０】
そこで、請求項１に記載の距離測定装置では、前記調整手段を、前記信号増幅手段のゲインを調整する手段として構成している。この構成によると、しきい値を固定しておけるので、判定時間の短い比較回路を採用することが可能になるからである。なお、ゲインの調整は、信号増幅手段として可変利得アンプ等を用いる様にすれば簡単に実施できる。
【００１１】
ここで、より具体的には、請求項１に記載した様に、前記調整手段を、前記休止期間中に前記距離算出手段に対して擬似的なスタートパルスを与えたときに距離が算出された場合に前記信号増幅手段のゲインを低下させ、逆に、前記休止期間中に前記距離算出手段に対して擬似的なスタートパルスを与えたときに距離が算出されない場合には前記信号増幅手段のゲインを上昇させる手段として構成する。これは、休止期間中に擬似的なスタートパルスを距離算出手段に与えてやることによって、この休止期間中の判定用信号がしきい値を超えている場合には到達信号が生成されて距離が算出され、逆にしきい値を超えていない場合には距離が算出されないという現象を利用するものである。
【００１２】
この距離測定装置によれば、休止期間中の判定用信号の最大値がしきい値を越えるときにはゲインが低下され、逆にしきい値を越えないときはゲインが上昇されるので、挟み打ちにより、ゲインが最適な値に収束していくことになる。よって、しきい値がノイズの最大値とほぼ等しくなる状態を実現することができる。
【００１８】
ノイズ信号は、その立ち上がり角度が急であったり緩やかであったりするので、ピークホールド回路等で常に制度よくこれを検出するというのは実際上困難である。この点に関しては請求項１に記載した距離測定装置は、誤った到達信号が生成されるか否かを基準にしているので、最適なゲインを精度よく実現することができるという利点がある。
【００１９】
ここで、請求項２に記載した様に、請求項１の距離測定装置において、前記調整手段を、ゲインの調整過程において最適なゲインが存在しないということが判明した範囲を除いた残りの範囲の中央値となるようにゲインの低下及び上昇を行う手段として構成すると、ゲインの調整速度を最大限に高速化することができる。この装置は、高速化と高精度化とを両立させることができる点で優れている。
【００２０】
また、請求項３に記載した様に、前記調整手段は、前記休止期間中に生成される判定用信号の最大値を検出し、該検出された最大値と前記しきい値とを比較して前記信号増幅手段のゲインを大ざっぱに調整し、その後この大ざっぱな調整結果を出発条件とすることで、やはり、高速化と高精度化とを両立させることができる。
【００２１】
より具体的には、最初に大ざっぱにゲインを調整した後、より精度よくゲインを調整するといったゲインの調整方法が実施可能となるからである。
なお、距離測定装置として高速化を図るには、請求項４に示した様に、前記判定手段としてロジックＩＣを備えるようにするとよい。こうしたロジックＩＣを備えることができるのは、ゲイン調整によってしきい値を見かけ上で増減するという手段を採用したことによる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。図１は、実施の形態としてのレーザレーダ１を表す概略構成図である。なお、レーザレーダ１は、自動車に搭載されて前方の障害物（反射物体）等を検出するためのものである。
【００２３】
レーザレーダ１は、送受信部３１と演算部３３とを主要部として次のように構成されている。図１に示すように、送受信部３１は、パルス状のレーザ光Ｈを、スキャンミラー３５および発光レンズ３７を介して前方に発射する半導体レーザダイオード（以下、単にレーザダイオードと記載）３９と、前方の障害物に反射されたレーザ光Ｈを受光レンズ４１を介して受光し、その強度に対応する電圧を出力する受光素子４３とを備えている。
【００２４】
レーザダイオード３９は駆動回路４５を介して演算部３３に接続され、演算部３３からの駆動信号によりレーザ光Ｈを発光する。また、スキャンミラー３５にはミラー４７が鉛直軸を中心に回動可能に設けられ、演算部３３からの駆動信号がモータ駆動部４９を介して入力されると、このミラー４７は図示しないモータの駆動力により回動する。すると、レーザ光Ｈは車両の前方において、水平面内の所定角度に渡りスキャンニングされながら照射される。
【００２５】
一方、受光素子４３の出力電圧は、ＳＴＣ（Sensitivity  Time  Control）回路５１を介して所定レベルに増幅された後、可変利得アンプ５３に入力される。ＳＴＣ回路５１について補足説明しておく。受信信号強度は目標物までの距離の４乗に反比例するため、近距離にリフレクタ等の反射率の高いものがあり受光強度がきわめて強くなった場合を補償するためにこのＳＴＣ回路５１は設けられている。
【００２６】
また、可変利得アンプ５３はＤ／Ａ変換器５５を介して演算部３３に接続され、演算部３３により指示されたゲイン（利得）に応じて入力電圧を増幅してコンパレータ５７に出力する。コンパレータ５７には、インバータとトランジスタで高速処理可能に構成したロジックＩＣが採用されており、可変利得アンプ５３の出力電圧Ｖをしきい値電圧ＶTHと比較し、Ｖ＞ＶTHとなったとき所定の反射光到達信号を時間計測回路６１へ入力する。
【００２７】
時間計測回路６１には、演算部３３から駆動回路４５へ駆動信号を出力したことを意味するスタートパルスＰＡも入力されている。そして、時間計測回路６１は、上記反射光到達信号をストップパルスＰＢとし、２つのパルスＰＡ，ＰＢ間の位相差（すなわち入力時間差）を２進デジタル信号に符号化して、その値を演算部３３へ入力するように構成されている。
【００２８】
この時間計測回路６１としては、例えば入力信号を反転して出力するインバータゲートディレイ回路を奇数個リング状に連結し、そのリング上でパルスエッジを周回させる奇数段リングオシレータを利用したものが考えられる。上記２つのパルスＰＡ，ＰＢ間の位相差（すなわち入力時間差）は以下のようにして計測される。すなわち、スタートパルスＰＡが入力されたときに上記リングオシレータ上にパルスエッジを周回させ、ストップパルスＰＢが入力されたときに、スタートパルスＰＡによって起動されたパルスエッジがリングオシレータ上の何れのインバータゲートディレイ回路まで到達したかを検出することにより、２つのパルスＰＡ，ＰＢ間の位相差が計測される。
【００２９】
また、本時間計測回路６１は、正確な時間測定を行うために時間分解能の補正機能も備えている。ここでは、基準信号（例えば水晶発振クロック）を用いることによって、完全デジタル回路によるデジタル演算補正を行っている。
演算部３３は、時間計測回路６１からの入力時間差と、そのときのミラー４７の回動角に基づき、障害物までの距離および方向を算出する。また、可変利得アンプ５３の出力電圧Ｖはピークホールド回路６３へも入力され、ピークホールド回路６３は出力電圧Ｖの最大ピーク値を演算部３３へ入力している。
【００３０】
また、演算部３３には車速センサからの車速信号も入力している。
次に、このように構成されたレーザレーダ１の作動について説明する。
演算部３３は、図２のフローチャートに示す様に、駆動回路４５に駆動信号を出力してレーザダイオード３９を発光させる（Ｓ１００）。ここでは、一定期間Ｔ１に渡って断続的なパルス光を発光させる様に駆動信号が出力される。また、この期間Ｔ１に渡って、モータ駆動回路４９に駆動信号を出力してミラー４７を所定速度で回動させる（Ｓ１１０）。この結果、レーザレーダ１から、前方所定角度範囲の領域に向かってレーザパルス光が発射されることになり、この範囲内に障害物が存在すれば、このパルス光が反射されて返って来る。
【００３１】
この反射光は受光レンズ４１を介して受光素子４３に入力され、反射光の強度に対応する電圧信号に変換された後、ＳＴＣ回路５１及び可変利得アンプ５３を通過して判定用信号Ｖとなってコンパレータ５７に入力される。コンパレータ５７では判定用信号Ｖとしきい値ＶTHが比較され、Ｖ＞ＶTHのとき反射光到達信号を時間計測回路６１へ入力する。時間計測回路６１は、発光時刻と受光時刻の時間差（距離データ）を計測して演算部３３に入力する。時間差測回路６１から入力された距離データは、演算部３３の図示しないＲＡＭに記憶される。
【００３２】
測定範囲のスキャンニングが終了したら（Ｓ１２０）、距離データが存在するか否か判断する（Ｓ１３０）。距離データが一つもない場合には問題となる障害物がないという情報だけを記憶して、距離データは出力しない（Ｓ１４０）。
一方、距離データが存在する場合には、その距離データを距離に応じてグループ化する（Ｓ１５０）。この「距離に応じてグループ化する」について説明する。レーザレーダ１では、レーザダイオード３９はミラー４７が所定角度回動する毎に発光するので、レーザ光Ｈの発射方向も所定角（例えば０．５度）毎に不連続に設定される。そのため、発射方向の異なるレーザ光Ｈに対応する距離データとして区別され、そのままでは本来は同一の対象物からの反射光に基づく距離データであっても別のデータとして処理されることとなる。したがって、近接する距離データ同士をグループ化することで、以降の処理を簡便化する。
【００３３】
なお、「近接」とは、種々の条件によって定義することが考えられるが、レーザ光Ｈの発射方向も加味し、隣合う発射方向に対応して非常に近い距離データがある場合には、グループ化することが好ましい。なぜなら、レーザ光Ｈが先行車両の後部に反射して戻ってきた場合には、所定角度毎に発射されるレーザ光Ｈの内の複数が同じ車両に反射することは大いに考えられることだからである。
【００３４】
こうして距離データがグループ化できたら結果を出力する（Ｓ１６０）。そして、ゲイン調整処理（Ｓ１７０）、ミラー戻し処理（Ｓ１８０）を実施してからこのルーチンを抜ける。このゲイン調整処理は、レーザ発光がなされていない期間Ｔ２内において実行される。
【００３５】
ゲイン調整処理は図３に示す様に構成されている。
この処理では、まず、発光を停止し（Ｓ２１０）、可変利得アンプ５３のゲインを最大に設定する（Ｓ２２０）。ここで、Ｄ／Ａ変換器５５は、可変利得アンプ５３のゲインを０〜２５５の２５６段階に設定する機能を有している。従って、Ｓ２２０では、Ｄ／Ａ変換器５５に対して「２５５」が出力されることになる。
【００３６】
続いて、時間計測回路６１に対して擬似的なスタートパルスを出力して時間計測の契機を与える（Ｓ２３０）。そして、時間計測回路６１において距離データが算出されたか否かを判断し（Ｓ２４０）、距離データが算出されている場合にはアンプゲインを低下させ（Ｓ２５０）、逆に、距離データが算出されていない場合にはアンプゲインを上昇させる（Ｓ２６０）。
【００３７】
ここで、アンプゲインは、最適なゲインが存在する可能性がある範囲の中央値へ低下及び上昇される。具体例を示すと、当初、「２５５」レベルのゲインを設定したときに距離データが存在した場合には、最適なゲインは「２５５」未満であることが判明するので、「０」〜「２５４」の中央値である「１２７」にゲインが低下される。この状態でもなお距離データが算出された場合には、「０」〜「１２６」の中央値である「６３」に低下される。このときに今度は距離データが算出されなかったとすると、これまでの調整過程から、最適値は「６４」〜「１２７」の範囲内にあると判明するので、次に「９６」にゲインを設定する。これでもまだ距離データが算出されない場合は、「９７」〜「１２７」の範囲の中央値「１１２」にゲインが上昇される。こうして次第に範囲をしぼり込みながらゲインを調整していくのである。この例では、ゲインを８回変更すれば最適なゲインを求めることができることになる。
【００３８】
こうしてアンプゲインを下降又は上昇させた後、終了条件になったら本ルーチンを抜ける（Ｓ２７０）。終了条件はアンプゲインの調整が８回実施されたときに成立する。
こうして終了条件が成立したら、前回のアンプゲイン調整結果Ｇn-1 と今回の調整結果Ｇn とから、下記式に従ってなまし処理した値を今回の調整結果Ｇn として記憶し、次の距離測定タイミングのためのアンプゲインの設定を行う（Ｓ２８０，Ｓ２９０）。
【００３９】
【数１】
Ｇn ＝０．１Ｇn ＋０．９Ｇn-1
以上の様にしてアンプゲインを絞り込む結果、距離測定タイミングにおいて設定されるアンプゲインは、ノイズとして現れる太陽光の影響や熱雑音の影響による信号のピーク値がしきい値ＶTHを越えず、距離の計測を誤ることがない。しかも、ノイズをわずかに越える反射光が得られれば、これはしきい値ＶTHを越えることとなり、距離データを算出することが可能になる。従って、距離を誤って計測することをなくすと共に、計測可能距離を最大限にすることができる。
【００４０】
次に、第２の実施の形態について説明する。
この第２の実施の形態におけるレーザレーダのハード構成は上述の実施の形態と同様である。また、距離計測のメインルーチンの構成も同じである。上述の実施の形態と異なるのは、ゲイン調整処理の内容である。
【００４１】
ゲイン調整処理は、図４に示す様に、発光回路を停止した後（Ｓ３１０）、アンプゲインを最大値Ｇmax に設定し（Ｓ３２０）、ピークホールド回路６３をリセットする（Ｓ３３０）。最大値Ｇmax に設定するのは、以後の処理の感度をよくするためである。
【００４２】
そして、所定のゲート時間経過後にピークホールド回路にホールドされた最大ノイズレベルＶNmaxを入力し（Ｓ３４０）、しきい値ＶTHとの比Ｐ＝ＶTH／ＶNmaxを演算する（Ｓ３５０）。
そして、この比Ｐを現在の設定値Ｇmax に乗算した値Ｇn ＝ＰＧmax を算出し（Ｓ３６０）、数１に従って前回の設定値Ｇn-1 でなまし処理した値Ｇn ＝０．１Ｇn ＋０．９Ｇn-1 を今回の調整結果Ｇn として記憶し、次の距離測定タイミングのためのアンプゲインの設定を行う（Ｓ３７０，Ｓ３８０）。
【００４３】
この実施の形態においても、距離計測を誤ることなく最大限の計測可能距離をとることが可能になっている。
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限らず、さらに種々の形態にて実施することが可能である。
【００４４】
例えば、ゲイン調整処理において、まず第２の実施の形態の手法でピーク値からゲインを大ざっぱに調整し、その後、この大ざっぱな調整結果を出発条件として第１の実施の形態の手法によってゲイン調整を行うようにして、第２の実施の形態の特徴である高速化と第１の実施の形態の特徴である高精度化とを両立させるようにしても構わないのである。
【００４５】
また、第１の実施の形態では、最適値の存在し得る範囲の中央値へとゲインを増減することによって迅速なしぼり込みを狙ったが、上述の様に第２の実施の形態と組み合わせる場合には、ゲイン指令を１ずつインクリメントしたりデクリメントしたりする構成を採用してもそこそこの速度でゲインを調整できることから、第１の実施の形態において採用したしぼり込み方法に限るものでもない。
【００４６】
さらに、実施の形態はレーザダイオードを用いたレーダについてであったが、ミリ波等を用いたレーダであっても、熱雑音の問題や、環境中の電磁波の影響などを受ける場合が考えられることから、本発明をそのまま適用することができることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施の形態としてのレーザレーダを表す概略構成図である。
【図２】  第１の実施の形態における距離測定のメインルーチンを表すフローチャートである。
【図３】  第１の実施の形態におけるゲイン調整ルーチンを表すフローチャートである。
【図４】  第２の実施の形態におけるゲイン調整ルーチンを表すフローチャートである。
【図５】  従来の問題を示す説明図である。
【符号の説明】
１・・・レーザレーダ、３１・・・送受信部、３３・・・演算部、３５・・・スキャンミラー、３７・・・発光レンズ、３９・・・レーザダイオード、４１・・・受光レンズ、４３・・・受光素子、４５・・・駆動回路、４７・・・ミラー、４９・・・モータ駆動部、５１・・・ＳＴＣ回路、５３・・・可変利得アンプ、５５・・・Ｄ／Ａ変換器、５７・・・コンパレータ、６１・・・時間計測回路、６３・・・ピークホールド回路、Ｈ・・・レーザ光。
【図１】
0003635154.tif 000002
【図２】
0003635154.tif 000003
【図３】
0003635154.tif 000004
【図４】
0003635154.tif 000005
【図５】
0003635154.tif 000006