(57)【要約】【課題】  物体との間の物理量を細かく且つ高精度に取得できる測定装置を提供する。【解決手段】  １パルスの出力波形が立ち下り切る前に次のパルスによって出力波形が立ち上がる連続パルスレーザ光を目標領域に照射する。この連続パルスレーザ光が出力されたときの照射光パルス信号と受光パルス信号は図３（ａ）（ｂ）に示すものとなる。この照射光パルス信号と受光パルス信号に対し適用期間をずらしながら最小二乗法による平均化処理（ノイズ低減）を施す。さらに微分化処理を施して同図（ｅ）に示す微分信号を取得する。そして、微分信号を閾値と比較し、閾値を立ち上がり方向に越えるタイミングを立ち上がりエッジとして検出する。検出した立ち上がりエッジを各パルスレーザ光の照射タイミングおよび受光タイミングとして設定する。両タイミング間において、内部クロック数をカウントし、時間差ΔＴｉとして取得する。ΔＴｉを用いて物体との距離を算出する。【選択図】    図３
2006258690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を照射して物体との間の物理量を測定する測定装置において、
１パルスの出力波形が立ち下り切る前に次のパルスによって出力波形が立ち上がるようにして生成された連続パルスレーザ光を目標領域に向けて照射するレーザ照射手段と、
前記連続パルスレーザ光が前記物体によって反射された反射光を受光する受光手段と、
前記レーザ照射手段によって照射される連続パルスレーザ光の出力波形信号と前記受光手段から出力される前記反射光の検出波形信号から各パルスレーザ光の照射タイミングと受光タイミングを検出するタイミング検出手段と、
前記タイミング検出手段によって検出された各パルスレーザ光の照射タイミングと受光タイミングをもとに前記物体との間の物理量を算出する算出手段とを有する、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記タイミング検出手段は、前記出力波形信号と前記受光波形信号に対し微分処理を行い、得られた微分値が所定の閾値を越えるタイミングを前記照射タイミングと受光タイミングとして検出する、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記タイミング検出手段は、前記出力波形信号と前記受光波形信号に対しノイズ低減処理および前記微分処理を行って照射タイミングと受光タイミングとして検出する、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記タイミング検出手段は、所定時間幅毎に前記出力波形信号と前記受光波形信号に平均化処理を施すことによって、前記出力波形信号と前記受光波形信号に含まれるノイズを除去する、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記タイミング検出手段は、最小二乗法またはランレングス法を用いて前記出力波形信号と前記受光波形信号に含まれるノイズを除去する、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記タイミング検出手段は、他の出力波形と重なることのないパルスレーザ光を照射したときの照射タイミングと受光タイミングの時間差ΔＴrefを取得し、前記連続パルスレーザ光のうち先頭からｉ番目のパルスレーザ光の照射タイミングとそれに対応するとされる受光タイミングの時間差ΔＴｉと前記時間差ΔＴrefを比較して、該ｉ番目のパルスレーザ光が前記受光手段によって受光されたかを検出する、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記タイミング検出手段は、前記ｉ番目のパルスレーザ光が前記受光手段によって受光されていないとき、前記ｉ番目のパルスレーザ光の照射タイミングから前記時間差ΔＴrefが経過したタイミングを該ｉ番目のパルスレーザ光の受光タイミングとする、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記タイミング検出手段は、前記連続パルスレーザ光のうち先頭からｉ番目のパルスレーザ光の照射タイミングとそれに対応するとされる受光タイミングの時間差ΔＴｉと、ｉ−１番目のパルスレーザ光の照射タイミングとその受光タイミングの時間差ΔＴｉ−１の時間差と、これら２つのパルスレーザ光の照射パルス間隔δΔとを比較して、該ｉ番目のパルスレーザ光が前記受光手段によって受光されたかを検出する、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記タイミング検出手段は、前記ｉ番目のパルスレーザ光が前記受光手段によって受光されていないとき、前記ｉ−１番目のパルスレーザ光の受光タイミングから前記照射パルス間隔δΔが経過したタイミングを該ｉ番目のパルスレーザ光の受光タイミングとする、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項１０】
請求項１において、
前記算出手段は、前記連続パルスレーザ光の群ｊにおける先頭からｉ番目のパルスレーザ光の照射タイミングｔｉ（ｊ）と受光タイミングｔｉ’（ｊ）をもとに、以下の数式に従って物体との距離Ｌave（ｊ）を算出することを特徴とする測定装置（ただし、ΔＴｉ（ｊ）＝ｔｉ’（ｊ）−ｔｉ（ｊ）、ｃは光速である）。
【数１】
2006258690.tif 000015
【数２】
2006258690.tif 000016
【請求項１１】
請求項１において、
前記算出手段は、前記連続パルスレーザ光の群ｊにおける先頭からｉ番目のパルスレーザ光の照射タイミングｔｉ（ｊ）と受光タイミングｔｉ’（ｊ）をもとに、以下の数式に従って物体との相対速度Ｖを算出することを特徴とする測定装置（ただし、ΔＴｉ（ｊ）＝ｔｉ’（ｊ）−ｔｉ（ｊ）、ｃは光速である）。
【数３】
2006258690.tif 000017
【数４】
2006258690.tif 000018
【請求項１２】
請求項１において、
前記算出手段は、前記連続パルスレーザ光の群ｊにおける先頭からｉ番目のパルスレーザ光の照射タイミングｔｉ（ｊ）と受光タイミングｔｉ’（ｊ）をもとに、以下の数式に従って物体との相対加速度Ａを算出することを特徴とする測定装置（ただし、ΔＴｉ（ｊ）＝ｔｉ’（ｊ）−ｔｉ（ｊ）、ｃは光速である）。
【数５】
2006258690.tif 000019
【請求項１３】
請求項１ないし１２の何れか一項に記載の測定装置を搭載するとともに、該測定装置によって測定された物理量を用いて進行状態に関する回路手段を制御する移動体。
【請求項１４】
１パルスの出力波形が立ち下り切る前に次のパルスによって出力波形が立ち上がるようにして生成された連続パルスレーザ光を照射したときの出力波形信号と、前記連続パルスレーザ光が前記物体によって反射された反射光を受光手段で受光したときの検出波形信号から各パルスレーザ光の照射タイミングと受光タイミングを検出するタイミング検出部を有する、
ことを特徴とする信号処理回路。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記タイミング検出部は、前記出力波形信号と前記受光波形信号に対し微分処理を行い、得られた微分値が所定の閾値を越えるタイミングを前記照射タイミングと受光タイミングとして検出する、
ことを特徴とする信号処理回路。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記タイミング検出回路は、前記出力波形信号と前記受光波形信号に対しノイズ低減処理および前記微分処理を行って照射タイミングと受光タイミングとして検出する、
ことを特徴とする信号処理回路。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記タイミング検出回路は、所定時間幅毎に前記出力波形信号と前記受光波形信号に平均化処理を施すことによって、前記出力波形信号と前記受光波形信号に含まれるノイズを除去する、
ことを特徴とする信号処理回路。
【請求項１８】
請求項１７において、
前記タイミング検出回路は、最小二乗法またはランレングス法を用いて前記出力波形信号と前記受光波形信号に含まれるノイズを除去する、
ことを特徴とする信号処理回路。
【請求項１９】
請求項１４において、
前記タイミング検出回路は、他の出力波形と重なることのないパルスレーザ光を照射したときの照射タイミングと受光タイミングの時間差ΔＴrefを取得し、前記連続パルスレーザ光のうち先頭からｉ番目のパルスレーザ光の照射タイミングとそれに対応するとされる受光タイミングの時間差ΔＴｉと前記時間差ΔＴrefを比較して、該ｉ番目のパルスレーザ光が前記受光回路によって受光されたかを検出する、
ことを特徴とする信号処理回路。
【請求項２０】
請求項１９において、
前記タイミング検出回路は、前記ｉ番目のパルスレーザ光が前記受光回路によって受光されていないとき、前記ｉ番目のパルスレーザ光の照射タイミングから前記時間差ΔＴrefが経過したタイミングを該ｉ番目のパルスレーザ光の受光タイミングとする、
ことを特徴とする信号処理回路。
【請求項２１】
請求項１４において、
前記タイミング検出回路は、前記連続パルスレーザ光のうち先頭からｉ番目のパルスレーザ光の照射タイミングとそれに対応するとされる受光タイミングの時間差ΔＴｉと、ｉ−１番目のパルスレーザ光の照射タイミングとその受光タイミングの時間差ΔＴｉ−１の時間差と、これら２つのパルスレーザ光の照射パルス間隔δΔとを比較して、該ｉ番目のパルスレーザ光が前記受光回路によって受光されたかを検出する、
ことを特徴とする信号処理回路。
【請求項２２】
請求項２１において、
前記タイミング検出回路は、前記ｉ番目のパルスレーザ光が前記受光回路によって受光されていないとき、前記ｉ−１番目のパルスレーザ光の受光タイミングから前記照射パルス間隔δΔが経過したタイミングを該ｉ番目のパルスレーザ光の受光タイミングとする、
ことを特徴とする信号処理回路。
【請求項２３】
請求項１４において、
前記タイミング検出手段によって検出された各パルスレーザ光の照射タイミングと受光タイミングをもとに前記物体との間の物理量を算出する算出部とを有し、
該算出回路は、前記連続パルスレーザ光の群ｊにおける先頭からｉ番目のパルスレーザ光の照射タイミングｔｉ（ｊ）と受光タイミングｔｉ’（ｊ）をもとに、以下の数式に従って物体との距離Ｌave（ｊ）を算出することを特徴とする信号処理回路（ただし、ΔＴｉ（ｊ）＝ｔｉ’（ｊ）−ｔｉ（ｊ）、ｃは光速である）。
【数６】
2006258690.tif 000020
【数７】
2006258690.tif 000021
【請求項２４】
請求項１４において、
前記タイミング検出手段によって検出された各パルスレーザ光の照射タイミングと受光タイミングをもとに前記物体との間の物理量を算出する算出部とを有し、
該算出回路は、前記連続パルスレーザ光の群ｊにおける先頭からｉ番目のパルスレーザ光の照射タイミングｔｉ（ｊ）と受光タイミングｔｉ’（ｊ）をもとに、以下の数式に従って物体との相対速度Ｖを算出することを特徴とする信号処理回路（ただし、ΔＴｉ（ｊ）＝ｔｉ’（ｊ）−ｔｉ（ｊ）、ｃは光速である）。
【数８】
2006258690.tif 000022
【数９】
2006258690.tif 000023
【請求項２５】
請求項１４において、
前記タイミング検出手段によって検出された各パルスレーザ光の照射タイミングと受光タイミングをもとに前記物体との間の物理量を算出する算出部とを有し、
該算出回路は、前記連続パルスレーザ光の群ｊにおける先頭からｉ番目のパルスレーザ光の照射タイミングｔｉ（ｊ）と受光タイミングｔｉ’（ｊ）をもとに、以下の数式に従って物体との相対加速度Ａを算出することを特徴とする信号処理回路（ただし、ΔＴｉ（ｊ）＝ｔｉ’（ｊ）−ｔｉ（ｊ）、ｃは光速である）。
【数１０】
2006258690.tif 000024
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を目標領域に照射して物体との間の物理量を測定する測定装置、それを搭載した移動体および前記測定装置に内蔵される信号処理回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、走行時の安全性を高めるために、走行方向前方にある物体と間の距離や相対速度、相対加速度等を測定し、その測定結果に基づいて走行状態を監視あるいは制御する装置が家庭用乗用車等に搭載されている。ここで、物体との距離や相対速度、相対加速度等の物理量は、走行方向前方にレーザ光を照射し、その反射光を光検出器にて受光することにより測定される。
【０００３】
すなわち、かかる測定装置においては、レーザ光を照射したタイミングからその反射光を受光するまでの時間差に光速を乗じることにより、そのタイミングにおける物体までの距離Ｌが求められる。また、あるタイミングｔｎ−１、ｔｎにおいて検出された距離Ｌn-1、Ｌnから、Ｖn＝（Ｌn−Ｌn-1）／（ｔn−ｔn-1）を演算してタイミングｔnにおける物体との間の相対速度Ｖnが求められる。さらに、あるタイミングｔm-1、ｔmにおいて検出された相対速度Ｖm-1、Ｖmから、Ａm＝（Ｖm−Ｖm-1）／（ｔm−ｔm-1）を演算してタイミングｔmにおける物体との間の相対速度Ａmが求められる。
【０００４】
かかる測定は、通常、単一のパルスレーザ光を目標領域に照射して行われる。この場合、一つのパルスレーザ光を照射してから次のパルスレーザ光を照射するまでの間は、距離や相対速度、相対加速度等の測定を行うことができない。ところが、車両走行時には前方にある物体の状態が時々刻々と変化するため、なるべく頻繁に物体との間の物理量を測定し走行制御に細かく反映させるのが好ましい。これに対し、上記のように一つのパルス照射から次のパルス照射までに時間間隔があると、物体との間の物理量を細かく取得することができず、このため、特に高速走行時において、走行制御を効果的に行い難いとの問題が生じる。
【０００５】
なお、以下の特許文献１には、レーザ光を用いて物体を追跡する際のアルゴリズムが示されている。
【特許文献１】特開２００２−１８９５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、物体との間の物理量を細かく取得することができる測定装置、それを搭載した移動体および当該測定装置に内蔵される信号処理回路を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に鑑み本発明は、以下の特徴を有する。
【０００８】
請求項１の発明は、レーザ光を照射して物体との間の物理量を測定する測定装置において、１パルスの出力波形が立ち下り切る前に次のパルスによって出力波形が立ち上がるようにして生成された連続パルスレーザ光を目標領域に向けて照射するレーザ照射手段と、前記連続パルスレーザ光が前記物体によって反射された反射光を受光する受光手段と、前記レーザ照射手段によって照射される連続パルスレーザ光の出力波形信号と前記受光手段から出力される前記反射光の検出波形信号から各パルスレーザ光の照射タイミングと受光タイミングを検出するタイミング検出手段と、前記タイミング検出手段によって検出された各パルスレーザ光の照射タイミングと受光タイミングをもとに前記物体との間の物理量を算出する算出手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、測定用のレーザ光として、１パルスの出力波形が立ち下り切る前に次のパルスによって出力波形が立ち上がるようにして生成された連続パルスレーザ光を用い、各パルスレーザ光をもって物理量の測定が行われるため、短時間の間に多数回の物理量を測定でき、物体との間の物理量を細かく取得することができる。
【００１０】
このとき、たとえば各パルスレーザ光について取得した物理量を平均化することにより、高精度の物理量を取得することができる。また、このように高頻度測定による物理量の精度向上効果を図れるため、さほど高パワーのレーザ光を照射せずとも、精度の高い物理量を取得することができる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の測定装置において、前記タイミング検出手段は、前記出力波形信号と前記受光波形信号に対し微分処理を行い、得られた微分値が所定の閾値を越えるタイミングを前記照射タイミングと受光タイミングとして検出することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、前述のような連続パルスレーザ光を測定用レーザ光として用いても、各パルスレーザ光の照射タイミングと受光タイミングを円滑に検出することができる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２に記載の測定装置において、前記タイミング検出手段は、前記出力波形信号と前記受光波形信号に対しノイズ低減処理および前記微分処理を行って照射タイミングと受光タイミングとして検出することを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項３に記載の測定装置において、前記タイミング検出手段は、所定時間幅毎に前記出力波形信号と前記受光波形信号に平均化処理を施すことによって、前記出力波形信号と前記受光波形信号に含まれるノイズを除去することを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項４に記載の測定装置において、前記タイミング検出手段は、最小二乗法またはランレングス法を用いて前記出力波形信号と前記受光波形信号に含まれるノイズを除去することを特徴とする。
【００１６】
請求項３ないし５の発明によれば、前述の出力波形信号と受光波形信号に含まれるノイズが除去された後、この信号に対して請求項２に示す閾値付きの微分処理が施されて各パルスレーザ光の照射タイミングと受光タイミングが検出されるため、各パルスレーザ光の照射タイミングと受光タイミングの検出精度を高めることができる。
【００１７】
なお、請求項２に示す微分信号と閾値の比較処理は、微分信号に含まれるノイズを除去するものとして作用する。すなわち、微分信号がノイズによって揺らいでいると、その大きさをもとに前述の出力波形信号と受光波形信号の立ち上がりまたは立下りタイミングを検出してこれをパルスレーザ光の照射タイミングと受光タイミングとする場合に、ノイズによる揺らぎを立ち上がりまたは立下りタイミングとして検出し、適正タイミングからずれたタイミングを照射タイミングと受光タイミングとして誤検出する惧れがある。これに対し、請求項２に示すように微分信号が所定の閾値を越えるタイミングを照射タイミングと受光タイミングとして検出するようにすれば、閾値をノイズによる揺らぎよりも大きく設定することにより、立ち上がりまたは立下りタイミングの誤検出を抑制でき、照射タイミングおよび受光タイミングの検出の適正化を図ることができる。
【００１８】
したがって、請求項３ないし５の発明によれば、出力波形信号と受光波形信号に対するノイズ低減処理に重ねて、さらに微分信号に含まれるノイズが除去されてタイミング検出が行われるため、パルスレーザ光の照射タイミングおよび受光タイミングの検出精度を顕著に高めることができる。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項１に記載の測定装置において、前記タイミング検出手段は、他の出力波形と重なることのないパルスレーザ光を照射したときの照射タイミングと受光タイミングの時間差ΔＴrefを取得し、前記連続パルスレーザ光のうち先頭からｉ番目のパルスレーザ光の照射タイミングとそれに対応するとされる受光タイミングの時間差ΔＴｉと前記時間差ΔＴrefを比較して、該ｉ番目のパルスレーザ光が前記受光手段によって受光されたかを検出することを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、ｉ番目のパルスレーザ光の受光エラーを円滑に検出することができる。よって、ｉ＋１番目あるいはそれ以降のパルスレーザ光の受光タイミングをｉ番目の受光タイミングとして誤検出するのを抑制することができる。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項６に記載の測定装置において、前記タイミング検出手段は、前記ｉ番目のパルスレーザ光が前記受光手段によって受光されていないとき、前記ｉ番目のパルスレーザ光の照射タイミングから前記時間差ΔＴrefが経過したタイミングを該ｉ番目のパルスレーザ光の受光タイミングとすることを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、ｉ番目のパルスレーザ光の受光エラーがあっても、このパルスレーザ光に対する受光タイミングを円滑に補償することができる。
【００２３】
請求項８の発明は、請求項１に記載の測定装置において、前記タイミング検出手段は、前記連続パルスレーザ光のうち先頭からｉ番目のパルスレーザ光の照射タイミングとそれに対応するとされる受光タイミングの時間差ΔＴｉと、ｉ−１番目のパルスレーザ光の照射タイミングとその受光タイミングの時間差ΔＴｉ−１の時間差と、これら２つのパルスレーザ光の照射パルス間隔δΔとを比較して、該ｉ番目のパルスレーザ光が前記受光手段によって受光されたかを検出することを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、ｉ番目のパルスレーザ光の受光エラーを円滑に検出することができる。よって、ｉ＋１番目あるいはそれ以降のパルスレーザ光の受光タイミングをｉ番目の受光タイミングとして誤検出するのを抑制することができる。
【００２５】
請求項９の発明は、請求項８に記載の測定装置において、前記タイミング検出手段は、前記ｉ番目のパルスレーザ光が前記受光手段によって受光されていないとき、前記ｉ−１番目のパルスレーザ光の受光タイミングから前記照射パルス間隔δΔが経過したタイミングを該ｉ番目のパルスレーザ光の受光タイミングとすることを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、ｉ番目のパルスレーザ光の受光エラーがあっても、このパルスレーザ光に対する受光タイミングを円滑に補償することができる。
【００２７】
請求項１０の発明は、請求項１に記載の測定装置において、前記算出手段は、前記連続パルスレーザ光の群ｊにおける先頭からｉ番目のパルスレーザ光の照射タイミングｔｉ（ｊ）と受光タイミングｔｉ’（ｊ）をもとに、以下の数式に従って物体との距離Ｌave（ｊ）を算出することを特徴とする。ただし、ΔＴｉ（ｊ）＝ｔｉ’（ｊ）−ｔｉ（ｊ）、ｃは光速である。
【００２８】
【数１１】
2006258690.tif 000003
【００２９】
【数１２】
2006258690.tif 000004
本発明によれば、各パルスレーザ光について取得した照射タイミングと受光タイミングの時間差を平均化して物体との距離Ｌaveが取得されるため、物体との距離を高精度に検出することができる。
【００３０】
請求項１１の発明は、請求項１に記載の測定装置において、前記算出手段は、前記連続パルスレーザ光の群ｊにおける先頭からｉ番目のパルスレーザ光の照射タイミングｔｉ（ｊ）と受光タイミングｔｉ’（ｊ）をもとに、以下の数式に従って物体との相対速度Ｖを算出することを特徴とする。ただし、ΔＴｉ（ｊ）＝ｔｉ’（ｊ）−ｔｉ（ｊ）、ｃは光速である。
【００３１】
【数１３】
2006258690.tif 000005
【００３２】
【数１４】
2006258690.tif 000006
本発明によれば、照射タイミングと受光タイミングの時間差の平均値を用いて物体との間の相対速度を検出するため、相対速度の検出精度を高めることができる。
【００３３】
請求項１２の発明は、請求項１に記載の測定装置において、前記算出手段は、前記連続パルスレーザ光の群ｊにおける先頭からｉ番目のパルスレーザ光の照射タイミングｔｉ（ｊ）と受光タイミングｔｉ’（ｊ）をもとに、以下の数式に従って物体との相対加速度Ａを算出することを特徴とする。ただし、ΔＴｉ（ｊ）＝ｔｉ’（ｊ）−ｔｉ（ｊ）、ｃは光速である。
【００３４】
【数１５】
2006258690.tif 000007
本発明によれば、一つの連続パルスレーザ群を用いてそのときの相対速度を求め、求めた相対速度を異なる連続パルスレーザ群について比較して物体との間の相対加速度を求めるものであるため、相対加速度の検出頻度を高めることができ、物体との間の相対加速度を細かく取得することができる。なお、本発明は、一つの連続パルスレーザ群を用いて物体との間の相対速度を検出するため、特に、物体との相対速度が急激に変化する場合に、有効な情報を後段のドライブ制御回路等に提供することができる。
【００３５】
請求項１３の発明は、上記請求項１ないし１２の何れか一項に記載の測定装置を搭載するとともに、該測定装置によって測定された物理量を用いて進行状態に関する回路手段を制御する移動体である。本発明によれば、上記請求項１ないし１２によって高頻度および高精度にて取得された物理量を用いて進行状態に関する回路手段が制御されるため、進行状態を円滑且つ適正に監視でき、それに応じて適正に走行制御を行える等の効果を奏することができる。
【００３６】
請求項１４ないし１５の発明は、上記請求項１ないし１２の何れか一項に記載の測定装置に内蔵される信号処理回路である。これら各請求項に記載の発明によれば、上記請求項１ないし１２の発明と同様の効果ないし上記請求項１ないし１２の発明の効果を発揮させる作用が奏される。
【発明の効果】
【００３７】
上記の如く本発明によれば、物体との間の物理量を細かく且つ高精度に取得できる測定装置、それを搭載した移動体および当該測定装置に内蔵される信号処理回路を提供することができる。
【００３８】
本発明の特徴は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも実施形態の例示であって、これにより本発明ないし各構成要件の用語の意義が制限されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。なお、本実施の形態は、自動車に搭載される測定装置に本発明を適用したものである。本実施の形態では、自動車前方からビームが照射されることにより、走行方向前方にある物体までの距離と、物体との間の相対速度および相対加速度が測定される。
【００４０】
図１に実施の形態に係る測定装置の構成を示す。
【００４１】
本実施の形態に係る測定装置は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１０と、内部クロック発生回路２０と、ＡＤＣ（Analog-Digital Converter）３０と、演算回路４０と、ビーム照射装置５０から構成されている。なお、図中の走行制御回路６０は、自動車側に配されており、演算回路４０から入力される距離、相対速度、相対加速度に関する情報をもとに走行方向前方にある物体の状態を監視し、これをもとに自動車の走行状態を制御する。
【００４２】
ＤＳＰ１０は、ビーム照射装置５０内のレーザ出射部５０１とレーザ受光部５０２に制御信号を出力するとともに、ＡＤＣ３０を介して入力されるレーザ出射部５０１およびレーザ受光部５０２からの照射光パルス信号および受光パルス信号を処理して、後述する連続パルスレーザ光の照射タイミングと受光タイミングを検出する。さらに、この検出結果をもとに各パルスレーザ光の照射タイミングと受光タイミングの時間差を検出し、この検出結果と、前記タイミングの検出結果を演算回路４０に出力する。なお、ＤＳＰ１０における信号処理の具体的内容については追って詳述する。
【００４３】
内部クロック発生回路２０は、高周波クロックを生成してＤＳＰ１０、ＡＤＣ３０および演算回路４０に出力する。ＡＤＣ３０は、レーザ出射部５０１およびレーザ受光部５０２から入力される照射光パルス信号および受光パルス信号をデジタル信号に変換してＤＳＰ１０に出力する。
【００４４】
演算回路４０は、ＤＳＰ１０から入力されるパルスレーザ光の照射タイミングおよび受光タイミング並びにこれらタイミングの時間差をもとに、物体との距離、相対速度および相対加速度を算出し、算出結果を走行制御回路６０に出力する。なお、演算回路４０における演算処理の具体的内容については追って詳述する。
【００４５】
ビーム照射装置５０は、レーザ出射部５０１とレーザ受光部５０１を備え、ＤＳＰ１０からの制御信号に応じてレーザ出射部から単発のパルスレーザ光および後述する連続パルスレーザ光を出力する。ここで、レーザ受光部５０１は、出力したパルスレーザ光の波形信号を照射光パルス信号としてＡＤＣ３０に出力する。レーザ受光部５０２は、レーザ出射部５０１から照射され対象物体によって反射されたレーザ光を受光し、受光強度に応じた波形信号を受光パルス信号としてＡＤＣ３０に出力する。
【００４６】
図２は、レーザ出射部５０１から単発のレーザ光が出射されたときの照射光パルス信号と受光パルス信号の信号波形（ＡＤ変換後）と、ＤＳＰ１０における時間差ΔＴrefの検出処理を示すタイミングチャートである。
【００４７】
図示の如く、単発のレーザ光が出射されたときは、照射光パルス信号の立ち上がりタイミングから受光パルス信号の立ち上がりタイミングまでの間、内部クロックのクロック数がカウントされ、カウントされたクロック数Ｎcountが両タイミングの時間差ΔＴrefとして取得される。なお、取得された時間差ΔＴrefは、後述の如く、連続パルスレーザ光照射時の各パルスレーザの受光タイミングを検証するために用いられる。さらに、この検証の結果、受光タイミングが不適とされた際にこの受光タイミングを補償するためにも用いられる。
【００４８】
図３は、レーザ出射部５０１から連続パルスレーザ光が出射されたときの照射光パルス信号と受光パルス信号の信号波形（ＡＤ変換後）と、ＤＳＰ１０における処理内容を示すタイミングチャートである。
【００４９】
図示の如く、連続パルスレーザ光は、１パルスの出力波形が立ち下り切る前に次のパルスによって出力波形が立ち上がるようにして生成されている。かかる連続パルスレーザ光が出力されたときの照射光パルス信号と受光パルス信号は同図（ａ）（ｂ）に示すものとなる。同図には、一つの連続パルスレーザ光の群に３つのパルスレーザ光が含まれている場合が示されている。なお、隣り合うパルス間の時間差δΔは２番目以降のパルスの立ち上がりエッジ（同図（ｆ）参照）を検出できる程度に設定される。
【００５０】
図示の如く、連続パルスレーザ光が出射されたときは、まず、照射光パルス信号と受光パルス信号に対し適用期間をずらしながら最小二乗法による平均化処理（ノイズ低減）が施される。そして、これにより取得された信号にさらに微分化処理が施され、これにより、同図（ｅ）に示す微分信号が得られる。なお、このときのノイズ低減は、最小二乗法に限らず、ランニングサム法、スプライン法、ウェーブレット法、フルーエンシ法等の他の平均化処理や、その他のノイズリダクション処理によって行っても良い。
【００５１】
しかる後、微分信号が閾値と比較され、この閾値を立ち上がり方向に越えるタイミングが立ち上がりエッジとして検出される。なお、閾値は、正規の立ち上がりエッジよりも前に微分信号にノイズによる揺らぎが生じても、これを立ち上がりエッジとして誤検出しないような大きさに設定されている。これにより、正規の立ち上がりエッジを円滑に検出することができる。
【００５２】
検出された立ち上がりエッジは各パルスレーザ光の照射タイミングおよび受光タイミングとされる。そして、ｉ番目の照射タイミングｔｉからこれに対応するｉ番目の受光タイミングｔｉ’までの間、内部クロックのクロック数がカウントされ、カウントされたクロック数が両タイミングの時間差ΔＴｉとして取得される。
【００５３】
なお、同図には、連続パルスレーザ光の群が照射と受光においてそれぞれ１つずつ示されているが、測定時には、連続パルスレーザ光の群が所定間隔にて複数回出射され、対応する群の連続パルスレーザ光が物体との距離に応じた時間だけ遅延して受光される。
【００５４】
図４に、連続パルスレーザ光の群を３回照射するまでの間のタイミングチャートを示す。なお、図中に付記されているｔｉ（ｊ）とｔｉ’（ｊ）は、それぞれ、ｊ番目の群におけるｉ番目のパルスレーザ光の照射タイミングと受光タイミングを示している。また、図中のΔＴｉ（ｊ）は、ｊ番目の群におけるｉ番目のパルスレーザ光の照射タイミングと受光タイミングの時間差を示している。
【００５５】
図５および図６は、物体との距離、相対速度および相対加速度を測定する際のフローチャートである。なお、本フローチャートにおいて用いられる付記符号ｉ、ｊは、上記図４で説明したものと同じく、それぞれ、一群の連続パルスレーザ光中における各パルスレーザ光の順位と、一連の連続パルスレーザ光の群におけるその連続パルスレーザ光の群の順位を示している。
【００５６】
図５を参照して、測定処理が開始されると、まず、上記図２に示す単発パルスがレーザ出射部５０１から出力され、時間差ΔＴrefが検出される（Ｓ１０１）。次いで、連続パルスレーザ光の各パルス間隔δΔｉ（ｊ）が初期設定され（Ｓ１０２）、設定されたパルス間隔の連続パルスレーザ光の群が順次出力される（Ｓ１０３）。そして、照射光パルス信号と受光パルス信号に対して、上記図３にて示した最小二乗法による平均化処理と閾値付きの微分処理が施され(Ｓ１０４)、立ち上がりエッジが検出される（Ｓ１０５）。
【００５７】
次に、かかる立ち上がりエッジ検出において２番目のパルスレーザ光に対する立ち上がりエッジを検出できたかが判別され（Ｓ１０６）、検出できなければ、パルス間隔δΔｉ（ｊ）が小さすぎるとして、これを所定の割合だけ大きく設定する処理が行われる（Ｓ１０７）。そして、再設定後のパルス間隔δΔｉ（ｊ）にて連続パルスレーザ光の群が順次出力され（Ｓ１０３）、以下、上記と同様の処理が行われる。
【００５８】
Ｓ１０６において２番目のパルスレーザ光に対する立ち上がりエッジを検出できたと判別された場合には、検出した立ち上がりエッジを照射タイミングｔｉ（ｊ）および受光タイミングｔｉ’（ｊ）として設定し、物体との距離、相対速度および相対加速度を算出する処理を実行する（Ｓ１０８）。
【００５９】
図６を参照して、かかる算出処理においては、まず、連続パルスレーザ光の群ｊがｊ＝１に設定され（Ｓ２０１）、先頭の群の連続パルスレーザ光に対する時間差ΔＴｉ（１）の算出処理が行われる。
【００６０】
すなわち、先頭のパルスレーザ光に対して照射タイミングと受光タイミングの時間差ΔＴ１（１）がｔ１’（１）−ｔ１（１）から算出され（Ｓ２０２）、算出されたΔＴ１（１）が、図５のＳ１０１にて設定されたΔＴrefと比較される（Ｓ２０３）。ここで、ΔＴ１（１）−ΔＴrefの絶対値が１番目のパルスレーザ光と２番目のパルスレーザ光の間のパルス間隔δΔ１（１）以下でなければ（Ｓ２０３:ＮＯ）、Ｓ２０２にて算出されたΔＴ１（１）は１番目のパルスレーザ光の照射とその受光によるものではないとされ、代わりにΔＴrefがΔＴ１（１）に設定される（Ｓ２０４）。このとき同時に、図５の処理フローにて検出された受光タイミングｔ１’（１）、ｔ２’（１）、…の順位が一つずつ繰り下げられるとともに、１番目の受光タイミングｔ１’（ｔ）にｔ１（１）＋ΔＴrefが設定される。
【００６１】
なお、Ｓ２０３がＹＥＳならば、Ｓ２０２にて算出された時間差ΔＴ１（１）は適正であるとしてそのまま採用される。
【００６２】
しかして、１番目のパルスレーザ光に対する処理が終了すると、次に、パルスレーザ光の順位ｉがｉ＝２に設定され（Ｓ２０５）、２番目のパルスレーザ光に対する処理が実行される。すなわち、２番目のパルスレーザ光に対して照射タイミングと受光タイミングの時間差ΔＴ２（１）がｔ２’（１）−ｔ２（１）から算出される（Ｓ２０６）。そして、算出されたΔＴ２（１）と先に求めた１番目のパルスレーザ光に対する時間差ΔＴ１（１）が比較され、両者の差が、１番目のパルスレーザ光と２番目のパルスレーザ光の間のパルス間隔δΔ１（１）に整合するか（パルス間隔δΔ１（１）±αの範囲内にあるか：αは許容値）が判別される（Ｓ２０７）。
【００６３】
ここで、整合しないと判別されると、Ｓ２０６にて算出されたΔＴ２（１）は２番目のパルスレーザ光の照射とその受光によるものではないとされ、代わりにΔＴ１（１）＋δΔ１（１）がΔＴ２（１）に設定される（Ｓ２０８）。このとき同時に、図５の処理フローにて検出された受光タイミングｔ２’（１）、ｔ３’（１）、…の順位が一つずつ繰り下げられるとともに、２番目の受光タイミングｔ２’（ｔ）にｔ１’（１）＋δΔ１（１）が設定される。なお、２番目の受光タイミングｔ２’としてｔ２（１）＋ΔＴrefを設定するようにしてもよい。
【００６４】
なお、Ｓ２０７がＹＥＳならば、Ｓ２０６にて算出された時間差ΔＴ２（１）は適正であるとしてそのまま採用される。
【００６５】
しかして、２番目のパルスレーザ光に対する処理が終了すると、パルスレーザ光の順位ｉがｉ＝３に設定された後（Ｓ２１０）、Ｓ２０６に戻り、上記と同様にして３番目のパルスレーザ光に対する処理が実行される。かかる処理は、先頭の群の最後のパルスレーザ光（ｉ＝ｎ）まで繰り返される（Ｓ２０９）。そして、最後のパルスレーザ光まで終了すると（Ｓ２０９：ＹＥＳ）、連続パルスレーザ光の群ｊがｊ＝２に設定された後（Ｓ２１２）、Ｓ２０２に戻り、上記と同様にして２番目の群の連続パルスレーザ光に対する時間差ΔＴｉ（２）の算出処理が行われる。かかる処理は最後の群の連続パルスレーザ光（ｊ＝ｍ）まで繰り返される（Ｓ２１１）。そして、最後の群の連続パルスレーザ光まで終了すると（Ｓ２１１：ＹＥＳ）、各群について取得した時間差ΔＴｉ（ｊ）と照射パルスタイミングｔｉ（ｊ）を用いて、物体との距離、相対速度および相対加速度の算出が行われる（Ｓ２１３）。
【００６６】
すなわち、各群の照射タイミングにおける物体との距離ΔＬaveが以下の式によって算出される。なお、ｃは光速である。
【００６７】
【数１６】
2006258690.tif 000008
【００６８】
【数１７】
2006258690.tif 000009
かかる算出処理によれば、各パルスレーザ光について取得した照射タイミングと受光タイミングの時間差ΔＴｉ（ｊ）を平均化して物体との距離Ｌaveが取得されるため、物体との距離を高精度に検出することができる。
【００６９】
また、本測定時における物体との相対速度Ｖが以下の式によって算出される。なお、ｃは光速である。
【００７０】
【数１８】
2006258690.tif 000010
【００７１】
【数１９】
2006258690.tif 000011
かかる算出処理によれば、照射タイミングと受光タイミングの時間差ΔＴｉ（ｊ）の平均値を用いて物体との間の相対速度Ｖが取得されるため、相対速度の検出精度を高めることができる。
【００７２】
なお、１番目と２番目の連続パルスレーザ群に対する時間差ΔＴｉ（１）、ΔＴｉ（２）を用いる場合、相対速度Ｖは以下の式によって算出される。
【００７３】
【数２０】
2006258690.tif 000012
この他の連続パルスレーザ群の組み合わせから、上記数１８、数１９をもとに相対速度Ｖを求めることも勿論可能である。
【００７４】
また、本測定時における物体との相対加速度Ａが以下の式によって算出される。なお、ｃは光速である。
【００７５】
【数２１】
2006258690.tif 000013
かかる算出処理によれば、一つの連続パルスレーザ群を用いてそのときの相対速度を求め、求めた相対速度を異なる連続パルスレーザ群の間で比較して物体との間の相対加速度を求めるものであるため、相対加速度の検出頻度を高めることができ、物体との間の相対加速度を細かく取得することができる。
【００７６】
なお、この算出処理は、一つの連続パルスレーザ群を用いて物体との間の相対速度を検出するため、一つの連続パルスレーザ群の照射期間において物体との距離が大きく変化する場合に有効な相対速度を取得することができる。すなわち、かかる算出処理は、特に、物体との相対速度が急激に変化する場合に、有効な情報を後段の走行制御回路６０に提供できるものである。
【００７７】
なお、１番目と２番目の連続パルスレーザ群の１番目とｎ番目のパルスレーザ光に対する時間差ΔＴ１（１）、ΔＴｎ（２）、ΔＴ１（２）、ΔＴｎ（２）を用いる場合、相対加速度Ａは以下の式によって算出される。
【００７８】
【数２２】
2006258690.tif 000014
この他の連続パルスレーザ群とパルスレーザ光の組み合わせから、上記数２１をもとに相対加速度Ａを求めることも勿論可能である。また、数１８、数１９から相対速度を異なるタイミングにて取得し、その差をタイミング差にて除算することにより相対加速度を求めるようにすることもできる。この場合、数１８、数１９から求めた相対速度は上記の如く高精度であるため、これをもとに求めた相対加速度も同様に高精度なものとなる。
【００７９】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
【００８０】
たとえば、上記実施の形態では、図６のＳ２０７、Ｓ２０８に示す如くして不適正な時間差ΔＴｉ（ｊ）（ｉ≧２）を適正なものに置き換えるようにしたが、これに代えて、図７のＳ２２０、Ｓ２２１に示す如く、時間差ΔＴｉ（ｊ）と時間差ΔＴrefを比較し、その差がパルス間隔δΔｉ（ｊ）の範囲内であるかで時間差ΔＴｉ（ｊ）が適正化を判別し、不適正な場合に、ΔＴｉ（ｊ）＝ΔＴrefとしてΔＴｉ（ｊ）を再設定するようにしても良い。なお、この場合も、上記実施の形態と同様、時間差ΔＴｉ（ｊ）が不適正なときは、図５の処理フローにて取得された受光タイミングｔｉ’（ｊ）を一順位ずつ繰り下げる処理が行われる。
【００８１】
また、上記実施の形態では、図６のＳ２０３にてＮＯとされた場合に、Ｓ２０４にてΔＴ１（ｊ）＝ΔＴrefとする処理を行ったが、図８のＳ２３０に示す如く、Ｓ２０３にてＮＯとされた場合には、当該ｊ番目の群の測定結果を無効化し、距離、相対速度、相対加速度の算出には用いないようにしても良い。同様に、Ｓ２０７にてＮＯとされた場合にも、当該ｊ番目の群の測定結果を無効化し、距離、相対速度、相対加速度の算出には用いないようにしても良い。
【００８２】
この他、上記実施の形態は、自動車用の測定装置に本発明を適用したものであったが、船舶や飛行機等、他の移動体用の測定装置、あるいは、物体との相対的な距離、速度、加速度を測定するその他の装置に本発明を適用することも可能である。
【００８３】
本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】実施の形態に係る測定装置の構成を示す図
【図２】実施の形態に係る単発パルスレーザ光照射時のタイミングチャート
【図３】実施の形態に係る連続パルスレーザ光照射時のタイミングチャート
【図４】実施の形態に係る照射光パルス群と受光パルス群の関係を示す図
【図５】実施の形態に係る物理量測定時のフローチャート
【図６】実施の形態に係る物理量測定時のフローチャート
【図７】実施の形態に係る物理量測定時のフローチャートの変更例
【図８】実施の形態に係る物理量測定時のフローチャートの変更例
【符号の説明】
【００８５】
１０  ＤＳＰ（Digital Signal Processor）
２０  内部クロック発生回路
３０  ＡＤＣ（Analog-Digital Converter）
４０  演算回路
５０  ビーム照射装置
５０１  レーザ出射部
５０２  レーザ受光部
６０  走行制御回路
【図１】
2006258690.tif 000025
【図２】
2006258690.tif 000026
【図３】
2006258690.tif 000027
【図４】
2006258690.tif 000028
【図５】
2006258690.tif 000029
【図６】
2006258690.tif 000030
【図７】
2006258690.tif 000031
【図８】
2006258690.tif 000032