(57)【要約】【課題】パルス電磁波の検出が高い頻度でできない場合においても高精度かつ短時間で測定対象物までの距離を測定することができる距離測定装置を提供する。【解決手段】空間にパルス電磁波を繰り返し送出し、空間から受信された受信信号から測定対象物によって反射されたパルス電磁波を検出することにより、パルス電磁波の送出時刻と受信時刻との時間差に基づいて測定対象物までの距離を求める距離測定装置であって、パルス電磁波の送出時刻と受信時刻との時間差に相当するパルス幅を有するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部２０ａと、ＰＷＭ信号からパルス幅を検出するためのフィルタであって、応答時間をパルス電磁波の検出が欠落する時間よりも短く設定された低域通過フィルタ２０ｂとを含む距離測定装置によって上記課題を解決できる。【選択図】図１
2005091120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間に観測用信号を繰り返し送出し、空間から受信された受信信号から測定対象物によって反射された観測用信号を検出することにより、観測用信号の送出時刻と観測用信号の受信時刻との時間差に基づいて測定対象物までの距離を求める距離測定装置であって、
観測用信号の送出時刻と観測用信号の受信時刻との時間差に相当するパルス幅を有するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成回路と、
前記ＰＷＭ信号からパルス幅を検出するための変換回路であって、その出力に前記ＰＷＭ信号の周期に起因した変動が残るようにその応答時間が短く設定された変換回路と、
を含むことを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
空間に観測用信号を繰り返し送出し、空間から受信された受信信号から測定対象物によって反射された観測用信号を検出することにより、観測用信号の送出時刻と観測用信号の受信時刻との時間差に基づいて測定対象物までの距離を求める距離測定装置であって、
観測用信号の送出時刻と観測用信号の受信時刻との時間差に相当するパルス幅を有するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成回路と、
前記ＰＷＭ信号からパルス幅を検出するための低域通過フィルタであって、時定数が観測用信号の送出周期の１０倍以下である低域通過フィルタと、
を含むことを特徴とする距離測定装置。
【請求項３】
空間に観測用信号を繰り返し送出し、空間から受信された受信信号から測定対象物によって反射された観測用信号を検出することにより、観測用信号の送出時刻と観測用信号の受信時刻との時間差に基づいて測定対象物までの距離を求める距離測定装置であって、
観測用信号の送出時刻と観測用信号の受信時刻との時間差に相当するパルス幅を有するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成回路と、
前記ＰＷＭ信号からパルス幅を検出するための低域通過フィルタであって、その出力にダイナミックレンジの１％以上の変動が残るように時定数が設定された低域通過フィルタと、
を含むことを特徴とする距離測定装置。
【請求項４】
請求項２又は３のいずれか１つに記載の距離測定装置において、
前記低域通過フィルタからの出力に基づいて、測定対象物までの距離を算出する距離算出手段を含むことを特徴とする距離測定装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１つに記載の距離測定装置において、
前記低域通過フィルタの出力を所定時間観測し、統計的な信号処理を行う統計的信号処理手段と、
前記統計的信号処理手段からの出力に基づいて測定対象物までの距離を算出する距離算出手段と、
を含むことを特徴とする距離測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の距離測定装置において、
前記統計的信号処理手段は、前記低域通過フィルタの出力をサンプリングし、サンプリング値の中から測定対象物までの距離として最も近傍に相当する値を代表値として出力し、
前記距離算出手段は、前記代表値に基づいて測定対象物までの距離を算出することを特徴とする距離測定装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の距離測定装置において、
前記低域通過フィルタの応答時間は、前記統計的信号処理手段におけるサンプリング周期よりも短く設定されることを特徴とする距離測定装置。
【請求項８】
請求項２〜７のいずれか１つに記載の距離測定装置において、
前記低域通過フィルタの応答時間は、観測用信号の送出周期よりも長く設定されることを特徴とする距離測定装置。
【請求項９】
請求項４〜８のいずれか１つに記載の距離測定装置において、
前記距離算出手段から出力される距離を補正する距離測定手段を含むことを特徴とする距離測定装置。
【請求項１０】
請求項２〜９のいずれか１つに記載の距離測定装置において、
前記低域通過フィルタの応答時間を可変とすることを特徴とする距離測定装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の距離測定装置において、
観測用信号の欠落の発生状況を観測し、発生の状況に応じて前記低域通過フィルタの応答時間を変化させることを特徴とする距離測定装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の距離測定装置において、
観測用信号の欠落回数をカウントすること、又は、前記低域通過フィルタの出力の変動を観測することにより、観測用信号の欠落の発生状況を判断することを特徴とする距離測定装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の距離測定装置において、
当該距離測定装置と測定対象物との相対速度に応じて前記低域通過フィルタの応答時間を変化させることを特徴とする距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最も近い位置にある対象物までの距離を測定する距離測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車、電車又は船等の移動体に搭載され、移動体の前方、後方、側方等の周辺にある障害物等までの距離を測定する距離測定装置として、パルスレーダを用いた距離測定装置が用いられている。特に、移動体から近距離にある障害物を発見し、その距離を運転者に知らせたり、移動体を自動回避・自動停止させたりして、移動体を安全に走行させるために用いられている。このような距離測定装置では、少なくとも最も近距離にある障害物を確実に発見できることが最も重要な要件となる。
【０００３】
パルスレーダを用いた距離測定装置では、送出するパルスの幅を少なくともサンプリング周期より大きくし、高速にサンプリングを行うことにより測定精度の低下を抑制する技術が知られている。しかしながら、数１０ｃｍの測定精度を得るには１ｎ秒程度の高速サンプリングが必要となり、実現が困難であった。
【０００４】
また、パルス幅モジュレーション回路（ＰＷＭ回路）を用い、対象物までの距離に比例したパルス幅を有するパルス幅モジュレーション信号（ＰＷＭ信号）を出力し、その出力に基づいて測定対象物までの距離を求める距離測定装置も知られている（例えば、特開２００３−６６１３６号公報等）。パルス状の電磁波が送出された時刻と受信した電磁波から対象物で反射されたパルスが検出された時刻との時間差に相当するパルス幅を有するＰＷＭ信号を発生させ、このＰＷＭ信号のパルス幅を低域通過フィルタに通して直流電圧に変換することで、その電圧値から対象物までの距離を求める。
【０００５】
しかしながら、ＰＷＭ回路を用いた距離測定装置では、受信された電磁波の中からパルスが検出できなかった場合に測定対象物までの距離を正しく反映したパルス幅を有するＰＷＭ信号が正しく発生できず、測定対象物までの距離が測定できなくなる問題がある。すなわち、図１６に示すように、パルス電磁波の送出時刻をトリガとしてＰＷＭ信号を立ち上げ、受信信号からのパルスの検出時刻をトリガにしてＰＷＭ信号を立ち下げるので、受信信号からパルスが検出できなかった場合にはＰＷＭ信号を立ち下げるタイミングが取れなくなり、本来出力されるべきＰＷＭ信号よりも大きなパルス幅を有した信号が出力されてしまう。
【０００６】
受信信号からパルスが検出できない頻度が数％程度であるときには、後段でのＰＷＭ信号の応答時間を長く取り、平均化を行うことによって未検出パルスの影響を少なくすることができる。また、ＰＷＭ信号を低域通過フィルタに通し、その出力値を所定時間観測し、その最小値から対象物までの距離を算出する方法も有効である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−６６１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、測定対象物の反射率が小さい場合や測定対象物と距離測定装置との相対速度が大きい場合等には、受信信号からパルスが検出できなくなる頻度が数１０％程度まで高くなることがある。このとき、ＰＷＭ信号に対する低域通過フィルタの応答時間を長くすると、誤ったパルス幅を有するＰＷＭ信号を含めた平均化が行われてしまい、パルス未検出に伴う誤差が蓄積されてしまう問題がある。その結果、算出される距離の誤差がかえって大きくなってしまう。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の問題を鑑み、パルスの未検出が高い頻度で生ずる場合においても高精度かつ短時間で距離を測定することができる距離測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決できる本発明は、空間に観測用信号を繰り返し送出し、空間から受信された受信信号から測定対象物によって反射された観測用信号を検出することにより、観測用信号の送出時刻と観測用信号の受信時刻との時間差に基づいて測定対象物までの距離を求める距離測定装置であって、観測用信号の送出時刻と観測用信号の受信時刻との時間差に相当するパルス幅を有するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成回路と、前記ＰＷＭ信号からパルス幅を検出するための変換回路であって、その出力に前記ＰＷＭ信号の周期に起因した変動が残るようにその応答時間が短く設定された変換回路とを含むことを特徴とする。
【００１１】
より具体的には、空間に観測用信号を繰り返し送出し、空間から受信された受信信号から測定対象物によって反射された観測用信号を検出することにより、観測用信号の送出時刻と観測用信号の受信時刻との時間差に基づいて測定対象物までの距離を求める距離測定装置であって、観測用信号の送出時刻と観測用信号の受信時刻との時間差に相当するパルス幅を有するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成回路と、前記ＰＷＭ信号からパルス幅を検出するための低域通過フィルタであって、時定数が観測用信号の送出周期の１０倍以下である低域通過フィルタとを含むことを特徴とする。
【００１２】
また、空間に観測用信号を繰り返し送出し、空間から受信された受信信号から測定対象物によって反射された観測用信号を検出することにより、観測用信号の送出時刻と観測用信号の受信時刻との時間差に基づいて測定対象物までの距離を求める距離測定装置であって、観測用信号の送出時刻と観測用信号の受信時刻との時間差に相当するパルス幅を有するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成回路と、前記ＰＷＭ信号からパルス幅を検出するための低域通過フィルタであって、その出力にダイナミックレンジ１％以上の変動が残るように時定数が短く設定された低域通過フィルタとを含むことを特徴とする。
【００１３】
さらに、上記本発明の距離測定装置において、前記低域通過フィルタからの出力に基づいて、測定対象物までの距離を算出する距離算出手段を含むことが好適である。より具体的には、前記低域通過フィルタの出力を所定時間観測し、統計的な信号処理を行う統計的信号処理手段と、前記統計的信号処理手段からの出力に基づいて測定対象物までの距離を算出する距離算出手段とを含む構成とすることができる。
【００１４】
さらに、上記本発明の距離測定装置において、前記統計的信号処理手段は、前記低域通過フィルタの出力をサンプリングし、サンプリング値の中から測定対象物までの距離として最も近傍に相当する値を代表値として出力し、前記距離算出手段は、前記代表値に基づいて測定対象物までの距離を算出することが好適である。
【００１５】
ここで、前記低域通過フィルタの応答時間は、前記統計的信号処理手段におけるサンプリング周期よりも短く設定されることが好適である。また、前記低域通過フィルタの応答時間は、観測用信号の送出周期よりも長く設定されることが好適である。
【００１６】
さらに、上記本発明の距離測定装置において、前記距離算出手段から出力される距離を補正する距離測定手段を含んでも良い。
【００１７】
また、上記本発明の距離測定装置において、前記低域通過フィルタの応答時間を可変とすることが好適である。より具体的には、観測用信号の欠落の発生状況を観測し、発生の状況に応じて前記低域通過フィルタの応答時間を変化させることが好適である。このとき、観測用信号の欠落回数をカウントすること、又は、前記低域通過フィルタの出力の変動を観測することにより、観測用信号の欠落の発生状況を判断することができる。
【００１８】
また、測定対象物との相対速度に応じて前記低域通過フィルタの応答時間を変化させることも好適である。
【発明の効果】
【００１９】
上記本発明のいずれかによって、パルスの未検出が高い頻度で生ずる場合においても高精度かつ短時間で距離を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態における距離測定装置１０ａは、図１に示すように、送信トリガ生成部１２、観測用信号送信部１４、観測用信号受信部１６、受信トリガ生成部１８、距離電圧出力部２０、送出アンテナ２２、受信アンテナ２４、統計的信号処理部２６及び距離算出部２８を含んで構成される。距離測定装置１０ａは、例えば車両等の移動体に搭載される。このとき、送出アンテナ２２及び受信アンテナ２４は測定対象に向けて搭載される。
【００２１】
以下、図２のタイミングチャートを用いて本実施の形態における距離測定装置１０ａの信号処理について説明する。
【００２２】
送信トリガ生成部１２は、図２（ａ）のように、送信トリガを発生させ、観測用信号送信部１４及び距離電圧出力部２０へ出力する。観測用信号送信部１４は、送信トリガ生成部１２からの送信トリガを受けて、図２（ｂ）のように、観測用信号となるパルス電磁波を送出アンテナ２２から送出させる。例えば、距離測定装置１０ａに必要な測定範囲が数ｍから数１０ｍである場合には、送信トリガ生成部１２におけるパルスの周期は１００ｎ秒から１μ秒程度に設定される。
【００２３】
なお、以下では観測用信号としてパルス電磁波を送出する例を説明するが、測定対象物において反射され得る信号であれば音波等の他の信号であっても構わない。
【００２４】
パルス電磁波の送出方向に障害物等の測定対象物が存在すると、パルス電磁波が測定対象物に当たり反射される。
【００２５】
受信アンテナ２４は、空間から距離測定装置１０ａへ到達する電磁波を受信する。受信信号は受信アンテナ２４を通じて観測用信号受信部１６で受信され、受信信号として受信トリガ生成部１８へ送られる。受信アンテナ２４で受信される電磁波には、測定対象物によって反射されたパルス電磁波と距離測定装置の外部空間から到達するノイズ等が重畳する。そこで受信信号は、例えば、図２（ｃ）に示すような信号波形となる。受信トリガ生成部１８は、所定の検出条件に基いて、受信信号の最初の立ち上がり時刻に対応する受信トリガを生成する。図２（ｄ）のように、受信信号に対して包絡線検波し、検波された包絡線を電圧比較器で基準電圧と比較することで実現できる。受信トリガ生成部１８は、図２（ｅ）のように、受信トリガを発生させて距離電圧出力部２０へ送信する。
【００２６】
距離電圧出力部２０は、受信信号からパルスが正常に検出された場合には測定対象物までの距離に一意に対応した電圧を出力し、パルスが正常に検出できなかった場合には測定対象物までの実際の距離よりも遠方に相当する電圧を出力する。距離電圧出力部２０は、図１に示すように、ＰＷＭ信号生成部２０ａと低域通過フィルタ２０ｂを含んで構成することができる。
【００２７】
ＰＷＭ信号生成部２０ａは、一般的なパルス幅モジュレーション回路（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ回路）によって構成することができる。ＰＷＭ信号生成部２０ａは、送信トリガ生成部１２からの送信トリガと受信トリガ生成部１８からの受信トリガとを受け、図２（ｆ）に示すように、送信トリガを受けた時刻と受信トリガ信号を受けた時刻との時間差に対応するパルス幅を有する定電圧値のＰＷＭ信号を発生させる。
【００２８】
このとき、図３（ａ）のように、送信トリガを受けた時刻にパルスを立ち上げ、受信トリガを受けた時刻にパルスを立ち下げることによって、送信トリガを受けた時刻から受信トリガ信号を受けた時刻までパルスが立ち上がっているＰＷＭ信号を発生させることができる。逆に、図３（ｂ）のように、送信トリガを受けた時刻にパルスを立ち下げ、受信トリガを受けた時刻にパルスを立ち上げることによって、送信トリガを受けた時刻から受信トリガ信号を受けた時刻までパルスが立ち下がっているＰＷＭ信号を発生させても良い。
【００２９】
このＰＷＭ信号のパルス幅は、観測用信号であるパルス電磁波が送出アンテナ２２から送出され、測定対象物で反射して再び受信アンテナ２４で受信されるまでの時間を示しており、このパルス幅に基づいて距離測定装置から測定対象物までの距離を算出することができる。
【００３０】
低域通過フィルタ２０ｂは、ＰＷＭ信号のパルス幅に対応した信号強度を有する距離電圧出力を行うために用いられる。低域通過フィルタ２０ｂは、例えば、抵抗とコンデンサとの組み合わせからなるＬ型フィルタによって構成することができる。低域通過フィルタ２０ｂは、ＰＷＭ信号を受けて、フィルタの時定数で定まる応答時間だけ信号を平均化させて出力する。フィルタの応答時間は、抵抗値とコンデンサの容量値の組み合わせで定まる。
【００３１】
統計的信号処理部２６は、低域通過フィルタ２０ｂからの距離電圧出力を受けて、その出力のサンプリングを行う。続いて、それらのサンプリング値に対して統計的な処理を行う。
【００３２】
例えば、図３（ａ）のように、送信トリガを受けた時刻から受信トリガ信号を受けた時刻までパルスが立ち上がっているＰＷＭ信号を発生させた場合には、低域通過フィルタ２０ｂの出力を一定周期でサンプリングし、所定時間内にサンプリングされた複数のサンプリング値から最小値を選択して出力する。こうすることで、最も近傍に位置する測定対象物までの距離に相当する出力値をサンプリング時間内における測定値の中の代表値として選ぶことができる。逆に、図３（ｂ）のように、送信トリガを受けた時刻から受信トリガ信号を受けた時刻までパルスが立ち下がっているＰＷＭ信号を発生させた場合には、サンプリング値から最大値を選択して出力しても良い。
【００３３】
このとき、サンプリングを行う所定時間を測定対象物と距離測定装置との相対速度に基づいて決定しても良い。相対速度が大きい場合には測定対象物と距離測定装置との距離の変化が早いので測定時間を短くし、相対速度が小さい場合には測定対象物と距離測定装置との距離の変化が遅いので測定時間を長くする。また、所定時間内にサンプリングを行う回数を測定対象物と距離測定装置との相対速度に基づいて決定しても良い。相対速度が大きい場合には測定対象物と距離測定装置との距離の変化が早いのでサンプリング回数を多く、相対速度が小さい場合には測定対象物と距離測定装置との距離の変化が遅いのでサンプリング回数を少なくする。
【００３４】
距離算出部２８は、統計的信号処理部２６からの出力を受けて、距離測定装置から測定対象物までの距離を算出して出力する。具体的には、統計的信号処理部２６からの出力をパルス電磁波が空間を伝播する速度で乗ずることによって距離測定装置から測定対象物までの距離を算出することができる。
【００３５】
以上のように距離測定装置と測定対象物との距離を測定することができるが、測定対象物が距離測定装置から遠い位置にあるときや、測定対象物と距離測定装置との相対速度が大きいとき、または、測定対象物の反射率が小さいときなどには、受信アンテナ２４において受信されるパルス電磁波が弱くなり、受信信号からパルスが検出できなくなる状況が発生する。このとき、ＰＷＭ回路ではパルスの検出に伴う受信トリガを受けることができず、図１６に示したように、距離測定装置と測定対象物との距離に対応していないパルス幅を有するＰＷＭ信号が出力される。
【００３６】
このようなパルス検出の欠落が高い頻度で起きる場合、低域通過フィルタ２０ｂの応答時間は観測用信号の検出が高い頻度で欠落する時間よりも短く設定することが好適である。これによって、パルスの検出の欠落が長時間続いた場合の誤差を小さくすることができる。
【００３７】
ここで、低域通過フィルタ２０ｂがＲＣ型の場合、その時定数τはτ＝ＲＣで定義される。これは、フィルタに電圧が印加された場合に出力が１／ｅ倍（ｅは自然対数の底）になるまでの時間をいう。また、低域通過フィルタの応答時間は、時定数τに応じて定まり、フィルタに電圧が印加された場合に入力信号と出力信号との差が十分に小さくなるまでに要する時間をいう。例えば、出力信号が入力信号の９９％に収束するまでの時間や時定数τの１０倍の時間で定義される。
【００３８】
送信する観測用信号の繰り返し周期は、検出の対象とする測定範囲を観測用信号が往復する時間に基づいて決定される。例えば、電磁波を用いて５ｍの位置にある測定対象物までの距離を測定するには、観測用信号となる電磁波の送信周期を５ｍ×２÷３×１０8（ｍ／ｓ：光速）＝３３ｎｓ以上に設定する必要がある。このとき、遠方からの不要な反射波の影響を避けるために１０倍程度の余裕をとって観測用信号の繰り返し周期を設定する。従って、５ｍまでの距離にある物が測定対象物である場合には、５０ｍ程度まで測定できるように観測用信号の送信周期が決定される。
【００３９】
一方、距離の分解能は低域通過フィルタの出力電圧の検出精度によって決まる。不要波の影響を回避するため測定したい距離の１０倍程度まで観測していることを考慮すると、最終的な検出の精度はダイナミックレンジに対して０．１％〜１％程度に設定することが好ましい。１％の精度で検出した場合、前述した例において分解能は５０ｍ÷１００＝５０ｃｍとなる（０．１％とした場合は５ｃｍ）。一般的には、検出の精度を上げていけば、距離の分解能も上がっていくが、信号のノイズレベル等を考慮すると過剰に分解能を高めることは好ましくない。
【００４０】
例として、８ビットのアナログ／デジタルコンバータを用いて、低域通過フィルタ出力を観測した場合を考えてみると、前述した例では５０ｍ÷２５６＝約２０ｃｍの分解能となる。通常、直流化を目的とした低域通過フィルタを設計する場合には、出力に検出の限界を超えるような変動が残らないように時定数を設定する。一般的には、検出の限界を超えるような変動が残っているとすると、距離を一意に定めることができなくなってしまうからである。これに対し、本実施の形態では意図的に変動が残るように時定数を設定することが好適である。
【００４１】
図１７にパルスの繰り返し周期を３３０ｎｓとした場合の、アナログ／デジタルコンバータの分解能と、距離分解能及び低域通過フィルタの許容変動幅（検出限界）の関係を示す。この場合、低域通過フィルタに許容変動幅（検出限界）は０．４％となるが、本実施の形態ではその許容変動幅を超えて１％以上の変動幅となるように時定数を設定する。
【００４２】
一方、低域通過フィルタ２０ｂの応答時間を観測用信号の送出周期よりも短く設定すると、ＰＷＭ信号生成部２０ａから出力されるＰＷＭ信号を十分に平滑化することができず、観測用信号の送出周期内において低域通過フィルタ２０ｂの出力値が不必要に大きく変動することとなる。そこで、低域通過フィルタ２０ｂの応答時間は観測用信号の送出周期よりも長く設定することが好適である。これによって、低域通過フィルタ２０ｂの出力値が不必要に大きく変動することを避けることができる。
【００４３】
また、低域通過フィルタ２０ｂの応答時間を統計的信号処理部２６におけるサンプリング周期よりも短く設定することが好適である。応答時間をサンプリング周期よりも長く設定すると、欠落が発生した場合に欠落状態からの復帰が遅くなり、次のサンプリング時刻においても欠落の影響を受けることとなる。その結果、距離測定の誤差が大きくなるからである。
【００４４】
図４及び図５に、パルスの欠落が１０μ秒続いたとき低域通過フィルタ２０ｂの出力値の時間的変化を示す。図４及び図５では、時刻０までの１０μ秒間、受信トリガ生成部１８において受信信号からパルスが検出できず、時刻０から再びパルスが検出された場合の低域通過フィルタ２０ｂの出力を示している。
【００４５】
図４のラインＡは、低域通過フィルタ２０ｂの時定数τを１０μ秒に設定した場合の出力値の変化を示している。また、図４のラインＢは、パルスの欠落がなかった場合の低域通過フィルタ２０ｂの出力値を示している。このように、時刻０においてパルスが再び検出され始めてから少なくとも１０μ秒以上はパルスの欠落の影響を受け続ける。
【００４６】
図６に、低域通過フィルタ２０ｂの時定数τを１０μ秒に設定した場合に、低域通過フィルタ２０ｂの出力を所定周期でサンプリングした結果を示す。ここでは、パルスの欠落率をパラメータとして、低域通過フィルタ２０ｂの出力値とサンプリング頻度との関係が示されている。破線Ｃは距離測定装置と測定対象物までの正しい距離に対応する低域通過フィルタ２０ｂの出力値であり、破線Ｄは低域通過フィルタ２０ｂの最大出力値である。低域通過フィルタ２０ｂの時定数τを長く設定した場合、パルスの欠落率が高いほどサンプリング値は正しい距離を示す値から離れてしまう。また、パルスの欠落率が高いほど分布が広がり、サンプリング値のばらつきが大きくなることがわかる。
【００４７】
以上のように、低域通過フィルタ２０ｂの時定数τを長く設定した場合、低域通過フィルタ２０ｂの出力から正しい距離を示す出力のみを選び出すことが困難となり、測定対象物までの正確な距離を算出することができなくなる。
【００４８】
一方、図５のラインＥは、低域通過フィルタ２０ｂの時定数τを１μ秒に設定した場合の出力値の変化を示している。また、図５のラインＦは、パルスの欠落がなかったとした場合の低域通過フィルタ２０ｂの出力値を示している。このように、パルスが再び検出され始めてから５μ秒程度で低域通過フィルタ２０ｂの出力は正しい距離を示す値に戻る。すなわち、時定数τを小さくすることによって、パルスが欠落したことによる影響を短時間に抑えることができる。また、時定数τを短く設定したことによって、低域通過フィルタ２０ｂの出力は観測用信号の送出周期で細かく振動する。
【００４９】
図７に、低域通過フィルタ２０ｂの時定数τを１μ秒に設定した場合に、低域通過フィルタ２０ｂの出力をサンプリングした結果を示す。ここでは、パルスの欠落率をパラメータとして、低域通過フィルタ２０ｂの出力値とサンプリング頻度との関係が示されている。破線Ｃは距離測定装置と測定対象物までの正しい距離に対応する低域通過フィルタ２０ｂの出力値であり、破線Ｄは低域通過フィルタ２０ｂの最大出力値である。低域通過フィルタ２０ｂの出力は、正しい距離を示す値（破線Ｃ）を中心とした分布と、低域通過フィルタ２０ｂの最大出力値（破線Ｄ）を中心とした分布とに分離される。この分布の傾向はパルスの欠落率とは無関係である。また、観測用信号の送出周期で低域通過フィルタ２０ｂの出力が振動することに伴って破線Ｃ及び破線Ｄを中心にサンプリング値のばらつきが発生するが、このばらつきは低域通過フィルタ２０ｂの出力値に依存し、パルスの欠落率とは無関係となる。
【００５０】
従って、統計的信号処理部２６におけるサンプリング値の中から、正しい距離を示す値（破線Ｃ）を中心とする分布の中から出力値を選択することで測定対象物までの距離を正確に求めることができる。
【００５１】
例えば、ＰＷＭ信号生成部２０ａにおいて、送信トリガと共にパルスを立ち上げ、受信トリガと共にパルスを立ち下げるようにＰＷＭ信号を生成する場合には、受信信号からパルスが検出できなかったときに最大パルス幅を有するＰＷＭ信号が出力され、ＰＷＭ信号を平均化する低域通過フィルタ２０ｂの最大出力値が出力されることとなる。従って、サンプリング値の中から最小値を選択して出力することが好適である。最小値を選択することで、正しい距離を示す値を中心とする分布から距離の算出に使用する値を選択することができる。また、送信トリガと共にパルスを立ち下げ、受信トリガと共にパルスを立ち上げるようにＰＷＭ信号を生成する場合には、受信信号からパルスが検出できなかったときに最小パルス幅のＰＷＭ信号が出力され、低域通過フィルタ２０ｂから最小出力値が出力される。そこで、所定時間内のサンプリング値のうち最大値を選択して出力することが好適である。最大値を選択することで、正しい距離を示す値を抽出することができる。
【００５２】
以上のように、本実施の形態によれば、距離測定装置から測定対象物までの距離を正確に測定することができる。
【００５３】
＜変形例１＞
図８に、本実施の形態の変形例１における距離測定装置１０ｂの構成を示す。距離測定装置１０ｂは、上記実施の形態における距離測定装置１０ａと同様の構成を含み、さらに距離算出部２８の後段に距離補正部３０を有する。距離補正部３０は、距離算出部２８からの距離出力を受けて、距離出力の補正を行う。この距離補正部３０の補正処理は、低域通過フィルタの応答を速くすることで、図７のように分布を意図的に分断したことで破線Ｃの変動幅（分散値）が検出の分解能を超えてしまうことに対応するものである。以下に、距離補正部３０における補正処理について図９及び図１０を参照して説明する。
【００５４】
図９は、距離測定装置と測定対象物との距離が変化した場合に低域通過フィルタ２０ｂの出力をサンプリングした結果を示している。低域通過フィルタ２０ｂの応答時間が十分に短く設定されているとすると、測定対象物までの距離が変化した場合、それに応じて低域通過フィルタ２０ｂの出力の中心値（図中、距離Ｍ及び距離Ｚと示す）は移動する。低域通過フィルタ２０ｂの出力値は正しい距離を示す値を中心に変動するので、そのサンプリング値は正しい距離を示す値にピークを有し、そのピークを中心に分散する。この変動幅（分散幅）は測定対象物までの距離のみによって定まり、パルス検出の欠落率には依存しない。
【００５５】
低域通過フィルタ２０ｂの出力の変動幅（分散幅）が測定対象物までの距離によって一意に決定されることを利用して、正しい距離を示す値を中心とした分布の中の最小値及び最大値と測定対象物までの正しい距離との関係を決定することができる。図１０に、正しい距離を示す値を中心とした分布の中の最小値と測定対象物までの正しい距離を示す値との関係の例を示す。この関係を利用して距離の補正を行うことができる。
【００５６】
以下、ＰＷＭ信号生成部２０ａにおいて、送信トリガと共にパルスを立ち上げ、受信トリガと共にパルスを立ち下げるようにＰＷＭ信号が生成される場合を例にして説明を行う。
【００５７】
統計的信号処理部２６は、低域通過フィルタ２０ｂの出力を所定時間内のサンプリングし、サンプリングされた出力のうち最小値を選択して出力する。サンプリング値は、図９に示すように、測定対象物までの正しい距離を示す値を中心とした分布と低域通過フィルタ２０ｂの最大出力値を中心とした分布に分かれる。例えば、測定対象物まで距離Ｚであったとすると、統計的信号処理部２６では距離Ｚを示す値を中心とするサンプリング値の分布の中から最小値Ｘが選択される。距離算出部２８は、統計的信号処理部２６から最小値を受けて、測定対象物までの距離に換算して出力する。例えば、図１０に示すように、最小値Ｘは距離Ｙに換算される。距離補正部３０は、距離算出部２８から距離出力を受けて補正を行う。予め低域通過フィルタ２０ｂの正しい距離を示す値を中心とした分布の中の最小値（又は、最小値から算出される距離）と正しい距離を示す値（又は、正しい距離を示す値から算出される距離）への補正値との関係を示す補正テーブルを登録しておき、その補正テーブルに基づいて距離の補正を行う。例えば、統計的信号処理部２６から距離出力Ｙを受けた場合、図１０に示すように、距離Ｙに対応する正しい距離Ｚへ補正を行うことができる。
【００５８】
また、補正テーブルの代わりに、予め低域通過フィルタ２０ｂの変動の最小値から算出される距離と正しい距離との関係を示す関係式を予め経験的に定めておき、その関係式を用いて補正を行っても良い。
【００５９】
同様に、ＰＷＭ信号生成部２０ａにおいて、送信トリガと共にパルスを立ち下げ、受信トリガと共にパルスを立ち上げるようにＰＷＭ信号が生成される場合も補正を行うことができる。この場合、統計的信号処理部２６では、低域通過フィルタ２０ｂのサンプリング値から最大値を選択して出力を行い、距離算出部２８はこの最大値から距離を算出する。距離補正部３０には、予め低域通過フィルタ２０ｂの最大値（又は、最大値から算出される距離、すなわち最小距離に相当する出力）と正しい距離への補正値との関係を示す補正テーブルを登録しておき、その補正テーブルに基づいて距離の補正を行う。
【００６０】
＜変形例２＞
図１１に、本実施の形態の変形例２における距離測定装置１０ｃの構成を示す。距離測定装置１０ｃは、カウンタ３２及びフィルタ制御部３４を含んで構成される。
【００６１】
カウンタ３２は、受信トリガ生成部１８に接続され、単位時間当たりの受信パルスの数をカウントして出力する。フィルタ制御部３４は、カウンタ３２からカウント数を受信し、そのカウント数に応じて低域通過フィルタ２０ｂの応答時間を調整する。すなわち、単位時間当たりのカウント数が少ないほどパルス検出の欠落がより多く生じていると判断できるので、カウント数が少ないほど低域通過フィルタ２０ｂの応答時間をより短く設定する。
【００６２】
なお、低域通過フィルタ２０ｂが抵抗及びコンデンサからなるＬ型フィルタである場合には、低域通過フィルタ２０ｂの抵抗を可変抵抗としておき、抵抗値を変化させることによって応答時間を変更することができる。また、低域通過フィルタ２０ｂのコンデンサを可変容量としておき、容量値を変化させることによって応答時間を変更することもできる。他のフィルタ構成においても同様に応答時間を調整することが好適である。
【００６３】
＜変形例３＞
図１２に、本実施の形態の変形例３における距離測定装置１０ｄの構成を示す。距離測定装置１０ｄは、カウンタ３２に加えて、２つの低域通過フィルタ２０ｂ−１，２０ｂ−２、フィルタ切替部３８及び切替スイッチ４０を含んで構成される。
【００６４】
低域通過フィルタ２０ｂ−１及び２０ｂ−２の抵抗及びコンデンサは、それぞれ異なる応答時間となるように設定される。フィルタ切替部３８は、カウンタ３２の出力端に接続される。フィルタ切替部３８は、カウンタ３２からカウント数を受信し、それに応じて切替スイッチ４０を切り替えて低域通過フィルタ２０ｂ−１及び２０ｂ−２のいずれかを選択する。
【００６５】
例えば、単位時間当たりのカウント数が少ないほどパルス検出の欠落がより多く生じていると判断できるので、カウント数が少ないほどより短い応答時間を有する低域通過フィルタを選択する。
【００６６】
なお、本変形例では低域通過フィルタは２つとしたが、これに限定されるものではなく、３つ以上の低域通過フィルタのいずれかを選択して用いる構成としても良い。
【００６７】
＜変形例４＞
図１３に、本実施の形態の変形例３における距離測定装置１０ｅの構成を示す。距離測定装置１０ｅは、フィルタ制御部３６を含んで構成される。
【００６８】
フィルタ制御部３６は、低域通過フィルタ２０ｂの出力端に接続される。フィルタ制御部３６は、低域通過フィルタ２０ｂからの出力を受けて、その変化が大きい場合に低域通過フィルタ２０ｂの応答時間をより短く設定する。すなわち、低域通過フィルタ２０ｂからの出力の変化が大きい場合にパルス検出の欠落が生じていると判断できるからである。
【００６９】
＜変形例５＞
図１４に、本実施の形態の変形例５における距離測定装置１０ｆの構成を示す。距離測定装置１０ｆは、速度算出部４２及びフィルタ制御部４４を含んで構成される。
【００７０】
速度算出部４２は、距離補正部３０の出力端に接続される。速度算出部４２は、距離補正部３０からの出力を受けて、単位時間当たりの測定対象物の距離の変化から距離測定装置と測定対象物との相対速度を算出する。フィルタ制御部４４は、速度算出部４２から出力される相対速度を受けて、その相対速度に応じて低域通過フィルタ２０ｂの応答時間を調整する。
【００７１】
相対速度が大きい場合、パルス検出の欠落の頻度が高くなる。従って、相対速度が大きいほど低域通過フィルタ２０ｂの応答時間をより短く設定することが好適である。
【００７２】
なお、図１５に示すように、距離測定装置が自動車等の移動体に搭載される場合には、移動体に別途設けられている速度検出装置からの出力を受けて低域通過フィルタ２０ｂの応答時間を調整するものとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施の形態における距離測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】距離測定装置における信号処理を説明するためのタイミングチャートを示す図である。
【図３】ＰＷＭ信号の生成態様を示す図である。
【図４】応答時間を長く設定した場合における低域通過フィルタの出力の時間変化を示す図である。
【図５】応答時間を短く設定した場合における低域通過フィルタの出力の時間変化を示す図である。
【図６】応答時間を長く設定した場合における低域通過フィルタの出力とサンプリング頻度とを示す図である。
【図７】応答時間を短く設定した場合における低域通過フィルタの出力とサンプリング頻度とを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における変形例１の距離測定装置の構成を示すブロック図である。
【図９】応答時間を短く設定した場合における低域通過フィルタの出力とサンプリング頻度とを示す図である。
【図１０】低域通過フィルタの変動と正しい距離との関係を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態における変形例２の距離測定装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態における変形例３の距離測定装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の実施の形態における変形例４の距離測定装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施の形態における変形例５の距離測定装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の実施の形態における変形例５の距離測定装置の別の構成を示すブロック図である。
【図１６】パルス検出の欠落がある場合の距離測定装置におけるタイミングチャートを示す図である。
【図１７】アナログ／デジタル変換器のビット数と距離分解能及び１ビット当たりの変動幅の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０  距離測定装置、１２  送信トリガ生成部、１４  観測用信号送信部、１６  観測用信号受信部、１８  受信トリガ生成部、２０  距離電圧出力部、２０ａ  ＰＷＭ信号生成部、２０ｂ  低域通過フィルタ、２２  送出アンテナ、２４  受信アンテナ、２６  統計的信号処理部、２８  距離算出部、３０  距離補正部、３２  カウンタ、３４，３６，４４  フィルタ制御部、３８  フィルタ切替部、４０  切替スイッチ、４２  速度算出部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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