(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定強度の電磁波を測定対象方向に発射する電磁波発射手段と、
該発射された電磁波が前記測定対象方向にある障害物によって反射されて来るのを検出する反射波検出手段と、
前記電磁波発射手段が電磁波を発射してから前記反射波検出手段で反射波が検出されるまでの時間差に基づいて障害物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、
前記電磁波反射手段の近傍に、該電磁波発射手段が電磁波を発射したか否かを検出するための発射検出手段を配置し、該電磁波発射手段に対する駆動信号を増減しながら、電磁波の発射が開始される発射限界の制御条件を検出する発射限界検出手段と、
基準温度で、当該装置において選定可能な最大強度の電磁波を発射するための制御条件と、各温度に対する温度補正係数とを記憶した温度特性記憶手段と、
前記電磁波発射手段近傍の温度を測定する温度測定記憶手段と、
該測定された温度に基づいて前記温度特性記憶手段を参照し、前記最大強度の電磁波を発射するための制御条件を各温度に対する温度補正係数に従って補正し、この結果と、前記検出した発射限界の制御条件とに基づいて、前記所定強度の電磁波を発射するための前記電磁波発射手段の制御条件を求める制御条件演算手段と、
該求められた制御条件に基づいて前記電磁波発射手段を駆動制御する制御手段と
を備えた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障害物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、前方の障害物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障害物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８参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、レーザダイオードの発光強度は温度によって変化する。例えば、車載用のレーザレーダを考えるとき、冬期北海道の気温（約−３５℃）から１００℃以上の温度まで、レーザダイオードの置かれている環境温度が変化する。このため、温度の影響によって必要な強度のレーザ光を発射できなくなり、反射光が弱すぎて測定可能な距離の範囲が狭まるおそれがある。
【０００５】
また、反射光が強すぎない様にレーザダイオードの発光強度を最大強度よりも下げている場合に、温度の影響で予定より強い発光強度のレーザ光が出力されてしまうと、反射光が強すぎて受光信号が受光部のダイナミックレンジを越えてしまい、距離計測が不可能になってしまうことも考えられる。
【０００６】
こうした温度による発光強度の変化の影響は、特に、近距離の障害物までの距離を計測するためにごく弱い強度のレーザ光を発射するように制御するときに大きく現れる。この場合、温度の影響に加えて、レーザレーダの個体差によるばらつきも発射光の強度のばらつきにつながり、計測能力に影響を与えている。
【０００７】
そこで、本発明は、温度や個体差が計測能力に悪影響を及ぼさない様にすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、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所定強度の電磁波を発射し、この電磁波が障害物で反射されて返って来るまでの時間差に基づいて障害物までの距離を求めるようにした距離測定装置において、前記電磁波反射手段の近傍に、該電磁波発射手段が電磁波を発射したか否かを検出するための発射検出手段を配置し、該電磁波発射手段に対する駆動信号を増減しながら、電磁波の発射が開始される発射限界の制御条件を検出する発射限界検出手段と、前記電磁波発射手段から発射される電磁波の強度と温度との関係を記憶した温度特性記憶手段と、前記電磁波発射手段近傍の温度を測定する温度測定手段と、該測定された温度に基づいて前記温度特性記憶手段を参照し、前記所定強度の電磁波を発射するための前記電磁波発射手段の制御条件を求める制御条件演算手段と、該求められた制御条件に基づいて前記電磁波発射手段を駆動制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
この距離測定装置では、温度特性記憶手段が、前記電磁波の強度と温度との関係として、基準温度で、当該装置において選定可能な最大強度の電磁波を発射するための制御条件と、各温度に対する温度補正係数とを記憶し、制御条件演算手段が、前記測定された温度に基づいて前記温度特性記憶手段を参照し、最大強度の電磁波を発射するための制御条件を各温度に対する温度補正係数に従って補正し、この結果と、前記検出した発射限界の制御条件とに基づいて、前記所定強度の電磁波を発射するための前記電磁波発射手段の制御条件を求める。
【０００９】
この距離測定装置によれば、電磁波発射手段近傍の温度測定結果に基づいて電磁波発射手段の制御条件に温度特性が加味されるので、温度の影響による距離計測能力の低下を防止することができる。
また、最大強度の電磁波を発射するための制御条件を温度補正係数に従って補正し、この結果と、発射限界の制御条件とに基づいて、所定強度の電磁波を発射するための制御条件を求めるので、種々の強度の電磁波を、温度影響をなくして正しく発射することができ、遠距離の障害物に対する計測から近距離の障害物に対する計測まで広い範囲の計測能力を補償することができる。
【００１１】
また、この距離測定装置では、発射限界の制御条件を直接求めている。こうして直接求められた発射限界の制御条件は、その時の温度の影響が自然に加味されており、しかも、個体差の影響も自然に加味されたものであるから、きわめて正確なものである。
【００１２】
ここで、最大強度近傍の強度については個体差が解消されていないが、この辺りは多少の強度の差があっても計測能力に対して大きな影響は生じない。しかし、発射限界近くに強度を制御しようとすると、わずかな強度の誤差も計測能力に大きな影響を与える。
【００１３】
この点、本発明の距離測定装置では、所望の強度の電磁波を発射するための制御条件を求めるに辺り、発射限界の制御条件として上述の様に温度及び個体差が共に加味された直接の条件を用いているので、弱い強度の電磁波を精度よく発射することができ、近距離計測の場合の計測能力を十分に発揮させることができる。
【００１６】
【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、参考例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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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Ｖ0 と比較し、Ｖ＞Ｖ0 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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
また、この参考例においては、レーザダイオード３９及びその駆動回路４５の近傍に、サーミスタ７１が設けられている。このサーミスタ７１の検出信号は演算部３３に入力されている。なお、演算部３３には車速センサからの車速信号も入力されている。
【００２５】
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ＱＬ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に渡って所定強度のパルス光を断続的に発光させる様に駆動信号ＱＬが出力される。この駆動信号ＱＬは、図３に示す様に、発光限界で発光を行うための制御値Ｖthから最大発光強度で発光を行うための制御値Ｖfullまでの範囲内で選定される。
【００２６】
また、この期間Ｔ１に渡って、モータ駆動回路４９に駆動信号ＱＭ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。
【００２７】
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Ｖ0 が比較され、Ｖ＞Ｖ0 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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、温度補正処理（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。
【００３１】
温度補正処理は図４に示す様に構成されている。
この処理では、まず、サーミスタ７１の検出信号から温度Ｔn を算出する（Ｓ２１０）。ここで、温度Ｔn は、前回算出値Ｔn-1 を用いてフィルター処理が行われ、計測誤差の影響を除去する。
【００３２】
【数１】
Ｔn ＝０．１Ｔn ＋０．９Ｔn-1
こうして温度Ｔn が算出できたら、図５に示す様な温度特性マップから補正係数Ｋを求める（Ｓ２２０）。この温度特性マップは、標準温度Ｔ0 をＫ＝１．００とし、これ以下の温度に対してはＫ＜１．００の係数が、また、標準温度以上に対してはＫ＞１．００の係数がマップ化されている。この温度特性マップは、予め、標準的なレーザダイオードを最大発光強度（例えば、３０Ｗ）で発光させるための駆動電流を温度毎に求めてマップ化したものである。この温度特性マップは、演算部３３の不揮発性メモリに書き込まれている。
【００３３】
なお、演算部３３の不揮発性メモリには、さらに、個々のレーザダイオードの基準温度での発光特性として、ＶthとＶfullの値が出荷前に測定され、書き込まれている。
こうして温度補正係数Ｋが求められたら、上述のＶfullを読み出して（Ｓ２３０）、これに補正係数Ｋを乗算して補正値を求める（Ｓ２４０）。同じく、Ｖthを読み出し（Ｓ２５０）、これに補正係数Ｋを乗算して補正値を求める（Ｓ２６０）。そして、補正後のＶfullと補正後のＶthの差△Ｖを求め（Ｓ２７０）、この差△Ｖと補正後のＶthから、１／２強度，１／４強度等での発光条件としての駆動信号ＱＬを算出する（Ｓ２８０）。
【００３４】
以上の様に、この参考例によれば、温度補正によってレーザダイオード３９の発光強度を正確に再現できるので、レーザレーダ１の計測能力を損なうことがなく、常に目的に合致した距離測定を行うことができる。次に、本発明の実施の形態について説明する。
【００３５】
この本発明の実施の形態のレーザレーダ２は、図６に示す様に、レーザダイオード３９の近傍に、さらに、フォトセンサ７２を配置してある。このフォトセンサ７２の出力は、発光モニタ回路７３を介して演算部３３に入力されるようになっている。
【００３６】
この実施の形態では、図７に示す様に、温度補正ルーチンを次のように構成した点が特徴である。温度Ｔｎの算出からＴｆｕｌｌの補正値算出までは上述の参考例と同じである（Ｓ２１０〜Ｓ２４０）。この次の処理が特徴であり、まず、レーザダイオード３９の駆動回路４５に対してＱＬ＝０の駆動信号を入力し（Ｓ３１０）、発光モニタ回路７３から発光信号が入力されるまで駆動信号ＱＬを漸増していく。（Ｓ３２０、Ｓ３３０）。そして、発光モニタ回路７３から発光信号が入力されるまで駆動信号ＱＬをＶｔｈとしてＲＡＭに記憶する（Ｓ３４０）。以下、上述の参考例と同様に、今回計測したＶｔｈと補正後のＶｆｕｌｌの差ΔＶを求め（Ｓ２７０）、この差ΔＶと補正後のＶｔｈから、１／２強度，１／４強度等での発行条件としての駆動信号を算出する（Ｓ２８０）。
【００３７】
この実施の形態によれば、発光限界側についてはＶthを実測している。従って、温度補正はもちろん、個体差も加味されたＶthに基づいてレーザダイオード３９への駆動信号が決定されることになる。この結果、特に、個体差の影響が心配される微弱なレーザ光による距離計測を正確に実施することができるという効果がある。
【００３９】
また、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、ミリ波発生回路の温度特性の問題や、個体差の問題などレーザダイオードと同様の問題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】  参考例としてのレーザレーダを表す概略構成図である。
【図２】  参考例についての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】  参考例についてのレーザダイオードの発光強度と制御値との関係を例示するグラフである。
【図４】  参考例についての温度補正ルーチンを表すフローチャートである。
【図５】  参考例に用いる温度特性マップの説明図である。
【図６】  本発明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７】  本発明の実施の形態における温度補正ルーチンを表すフローチャートである。
【図８】  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、７１・・・サーミスタ、７２・・・フォトセンサ、７３・・・発光モニタ回路、Ｈ・・・レーザ光。
【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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