(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を送信する送信手段と、
該送信手段が送信した電磁波が対象物に当たって反射してくる反射波を受信する受信手段と、
前記送信手段が電磁波を送信してから前記受信手段が反射波を受信するまでの時間を計測し、該計測結果に基づき前記対象物までの距離を算出する距離算出手段と、
前記送信手段が送信した電磁波が前記対象物に到達する前に、雨，霧等の測距障害物に当たって反射してくる散乱波を検出する散乱波検出手段と、
該散乱波検出手段の検出結果に基づき、前記受信手段からの受信信号に含まれる散乱波を打ち消すためのキャンセル信号を生成するキャンセル信号生成手段と、
該キャンセル信号生成手段にて生成されたキャンセル信号を用いて、前記受信信号の中から前記散乱波の信号成分を除去する散乱波キャンセル手段と、
を備え、該散乱波キャンセル手段による散乱波除去後の受信信号を前記距離算出手段に入力するよう構成された距離測定装置であって、
前記送信手段は、
所定ビット長の擬似ランダム雑音符号を発生する擬似ランダム雑音符号発生手段を備え、該擬似ランダム雑音符号発生手段が発生した擬似ランダム雑音符号により変調した電磁波を送信し、
前記距離算出手段は、
前記受信手段からの受信信号を２値信号に復調する復調手段と、
該復調手段により復調された２値信号と前記送信手段が前記電磁波の変調に用いた擬似ランダム雑音符号との相関値を算出する相関算出手段とを備え、
該相関算出手段にて算出された相関値が最大となる時刻から、前記対象物までの距離を算出し、
前記散乱波検出手段は、
前記送信手段から前記擬似ランダム雑音符号により変調した電磁波を送信させ、その後前記相関算出手段にて算出される相関値が最大となるまでの時間から、散乱波の存在を検出して、該時間を、電磁波を送信してから散乱波が受信されるまでの遅延時間として設定する遅延時間設定手段と、
該遅延時間設定手段にて遅延時間が設定されると、前記送信手段から電磁波を送信させ、その後前記遅延時間設定手段にて設定された遅延時間が経過した後に前記受信手段から出力される受信信号の信号レベルを、前記散乱波の信号レベルとして検出する信号レベル計測手段と、
を備え、
前記キャンセル信号生成手段は、
前記送信手段が距離測定のために前記擬似ランダム雑音符号により変調した電磁波の送信を開始すると、該擬似ランダム雑音符号を前記遅延時間設定手段が設定した遅延時間にて遅延させる遅延手段と、
該遅延手段から出力される擬似ランダム雑音符号の信号レベルを、前記信号レベル計測手段が計測した前記散乱波の信号レベルに制御するレベル調整手段と、
を備え、該レベル調整手段からの出力を前記キャンセル信号として前記散乱波キャンセル手段に出力することを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
前記レベル調整手段は、
前記遅延手段から出力される擬似ランダム雑音符号の信号レベルを、白色雑音の信号レベルと同等な精度にて調整可能な第１レベル調整手段と、
前記遅延手段から出力される疑似ランダム雑音符号の信号レベルを、白色雑音の信号レベルよりも細かい精度にて調整可能な第２レベル調整手段と、
からなり、
前記信号レベル計測手段は、
前記送信手段から電磁波を送信させると共に、前記遅延手段及び散乱波キャンセル手段を動作させ、その後、前記遅延時間が経過した後に前記復調手段にて得られる２値信号の値に基づき前記第１レベル調整手段によるレベル調整量を増減することにより、該第１レベル調整手段によるレベル調整量を、前記復調手段にて得られる２値信号が平均してHigh及びLow レベルとなるように設定する第１レベル設定手段と、
該第１レベル設定手段が第１レベル調整手段のレベル調整量を設定すると、前記送信手段から電磁波を送信させると共に、前記遅延手段及び散乱波キャンセル手段を動作させ、その後、前記遅延時間が経過した後に前記復調手段にて得られる２値信号を計測する、２値信号の計測動作を、複数回行い、該複数回の計測動作によって２値信号がHigh又はLow レベルとなった回数に基づき、前記復調手段に入力される前記散乱波除去後の信号レベルが前記白色雑音の信号レベルよりも小さくなるように、前記第２レベル調整手段によるレベル調整量を設定する第２レベル設定手段と、
からなることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】
前記キャンセル信号生成手段は、予め設定された信号レベルを上限として前記キャンセル信号を生成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象物に向けて電磁波を送信し、この電磁波が対象物に当たって反射してくる反射波を受信することにより、電磁波を送信してから反射波を受信するまでの時間を計測し、その計測時間から対象物までの距離を測定する距離測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の距離測定装置は、例えば、自動車等の移動体に搭載されて、先行車両との相対距離や進行方向にある対象物までの距離を測定するのに使用される。ところが、この種の距離測定装置では、例えば雨天時等、測距対象となる対象物との間に雨，霧，水しぶき等がある場合には、これが測距障害物となって良好な距離測定を行うことができないという問題があった。即ち、雨や霧は電磁波を反射することから（特に、電磁波が光の場合）、距離測定装置を車両に搭載して先行車両との間の距離を測定しようとしても、距離測定装置側では、先行車両からの反射波を受信する前に、雨や霧に当たって反射してくる散乱波を受信してしまい、その受信タイミングから良好な距離測定を行うことができなくなってしまうのである。
【０００３】
そこで、従来では、こうした問題を解決するために、測距用電磁波の送信後、雨や霧からの散乱波が入力される所定期間だけ、電磁波の反射波を受信する受信手段からの受信信号をカットするとか、或いは、電磁波の送信後の経過時間に応じて、受信信号を増幅する増幅回路のゲインを徐々に増加させる、といったことにより、散乱波を対象物からの反射波として誤検出するのを防止するようにしている。
【０００４】
例えば、特開平５−３１２９５０号公報には、スペクトル拡散方式の距離測定装置において、雨や霧等の影響を受けることなく距離測定を行うために、受信信号の信号レベルや、距離の演算時間等に応じて、送信用電磁波を増幅する増幅回路のゲイン（送信ゲイン）や受信信号を増幅する増幅回路のゲイン（受信ゲイン）を調整することが開示されている。
【０００５】
一方、こうしたゲイン調整以外の方法で、雨や霧等の影響を受けることなく距離測定を行うものとして、例えば、特開平９−１５９７６５号公報には、雨や霧からの各種散乱波を受信した際に得られる受信信号の信号パターンを基準データ（受信信号の信号レベルの時系列データ）として予め測定しておき、距離測定時には、受信信号の信号パターンに最も近い基準データから、受信信号に含まれる散乱波に対応した補正データを生成し、この補正データを用いて測定データ（受信信号の信号レベルの時系列データ）を補正することにより、距離算出用の測定データを生成するようにした距離測定装置が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５−３１２９５０号公報に開示された装置では、雨や霧から反射してくる散乱波が対象物からの反射波よりも強い場合に、散乱波を対象物からの反射波として検出してしまい、対象物までの距離を測定することができないという問題がある。
【０００７】
即ち、スペクトル拡散方式の距離測定装置では、Ｍ系列符号（最大周期符号系列）等の擬似ランダム雑音符号（以下、ＰＮ符号ともいう）にて振幅変調した電磁波を送信し、その反射波を受信して、２値信号に復調する。そして、その復調した２値信号の時系列データ（受信符号）と、送信したＰＮ符号（送信符号）との相関値を各ビット毎に求め、この相関値の総和が最大となる時刻を、対象物からの反射波の受信時刻として検出し、この時刻から対象物までの距離を算出する。尚、上記公報では、相関値の総和をとるところで、アナログ的に積分している。このため、スペクトル拡散方式の距離測定装置では、受信信号の信号レベルが小さい場合であっても、ノイズの影響を受けることなく対象物との間の距離を正確に求めることができる。
【０００８】
従って、スペクトル拡散方式の距離測定装置において、雨，霧等からの散乱波の影響を受けることなく対象物までの距離を測定できるようにするには、対象物からの反射波により得られる受信信号に対して、散乱波により得られる受信信号の信号レベルを充分小さくしなければならない。しかし、上記公報に記載のように、送信信号や受信信号の増幅ゲインを調整する方法では、散乱波が対象物からの反射波よりも充分小さい場合には、散乱波を対象物からの反射波として誤検出するのを防止できるが、散乱波が対象物からの反射波よりも強い場合には、散乱波を対象物からの反射波として誤検出してしまうことになり、良好な距離測定を実行することができないのである。
【０００９】
一方、特開平９−１５９７６５号公報に開示された装置では、測定データを雨や霧からの散乱波に対応した補正データにて補正し、その補正後の測定データから反射波の受信タイミングを検出して、距離を求める。
しかし、この装置では、各距離における受信信号の強度（受信信号強度の時系列データ）を算出しているので、高精度で距離を算出するためには、受信信号の強度を超高速でＡ／Ｄ変換するか、多数のＡ／Ｄ変換器を並べて同時処理する必要があり、構成が複雑になる。また、簡易な方法で構成された測定装置では、所定のしきい値を越えた時間を算出するだけであり、この公報の方法で散乱波の影響なく対象物の距離を算出することはできない。
【００１０】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、送信した電磁波が測距対象物に当たって反射してくる反射波を受信することにより対象物までの距離を測定する装置において、対象物までの距離を、雨や霧等で反射した散乱波の影響を受けることなく、常に正確に測定できるようにすること、を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項１記載の距離測定装置においては、送信手段が電磁波を送信し、受信手段が、その送信した電磁波が対象物に当たって反射してくる反射波を受信し、距離算出手段が、送信手段が電磁波を送信してから受信手段が反射波を受信するまでの時間を計測して、その計測結果に基づき対象物までの距離を算出する。
【００１２】
また、送信手段が送信した電磁波が、対象物に到達する前に、雨，霧等の測距障害物に当たって、散乱波が反射してきた際には、散乱波検出手段が、その散乱波を検出する。すると、キャンセル信号生成手段が、その散乱波の検出結果に基づき、受信手段からの受信信号に含まれる散乱波を打ち消すためのキャンセル信号を生成し、散乱波キャンセル手段が、その生成されたキャンセル信号を用いて、受信信号の中から散乱波の信号成分を除去し、散乱波除去後の受信信号を距離算出手段に入力する。
【００１３】
従って、距離算出手段には、受信手段から出力される受信信号のうち、測距対象となる対象物からの反射波に対応した信号成分だけが入力されることになり、距離算出手段では、その入力された受信信号から対象物までの距離を正確に求めることが可能になる。
【００１５】
また、本発明では、キャンセル信号を用いて、受信信号から直接散乱波に対応した信号成分を除去することから、受信信号から散乱波の信号成分を除去するために、超高速Ａ／Ｄ変換器を用いたり、多数のＡ／Ｄ変換器を並べて同時処理したりして、受信信号の強度を時系列データにする必要がないので、前述の特開平９−１５９７６５公報に開示された装置に比べて、装置構成を簡単にできる。
【００１９】
また次に、本発明の距離測定装置においては、送信手段が、所定ビット長の擬似ランダム雑音符号（ＰＮ符号）を発生する擬似ランダム雑音符号発生手段を備え、この擬似ランダム雑音符号発生手段が発生したＰＮ符号により変調した電磁波を送信する。また距離算出手段は、受信手段からの受信信号を復調手段にて２値信号に復調する復調手段と、この復調手段により復調された２値信号と送信手段が電磁波の変調に用いたＰＮ符号との相関値を算出する相関算出手段とを備え、この相関算出手段にて算出された相関値が最大となる時刻から、対象物までの距離を算出する。
【００２１】
また、散乱波検出手段では、まず、遅延時間設定手段にて、送信手段からＰＮ符号により変調した電磁波を送信させ、その後相関算出手段にて算出される相関値が最大となるまでの時間から、散乱波の存在を検出し、その時間を、電磁波を送信してから散乱波が受信されるまでの遅延時間として設定する。
【００２２】
尚、このように、散乱波の存在の判定及び電磁波送信後散乱波が受信されるまでの遅延時間を、送信手段からＰＮ符号を変調した電磁波を送信させるスペクトル拡散方式にて計測するのは、遅延時間を、ノイズ等の影響を受けることなく正確に検出できるようにするためである。
【００２３】
また、散乱波検出手段において、散乱波の有無を検出する際には、例えば、相関値が最大となるまでの時間が予め設定された相関値判定時間よりも短く、しかも、そのときの相関値の最大値が、予め設定されたしきい値以上であるときに、散乱波が存在する旨を検出するようにするとよい。
【００２４】
つまり、雨や霧からの散乱波は、対象物からの反射波に比べて、電磁波の送信後に極めて短い時間で戻ってくることから、散乱波の有無判定は、基本的には、相関値が最大となるまでの時間が短いか否かによって行うことができる。しかし、受信信号における散乱波の信号成分が装置内のノイズに対して充分小さい場合には、受信信号から散乱波の信号成分を除去することは困難であり、この場合には、相関値の最大値も小さくなる。そこで、この領域では、散乱波を検出しなかったと判断するために、単に相関値が最大となるまでの時間だけでなく、相関値の最大値がしきい値よりも小さい場合には、散乱波は存在しないものと判定するのである。
【００２５】
次に、散乱波検出手段では、遅延時間設定手段にて遅延時間が設定されると、信号レベル計測手段により、送信手段から電磁波を送信させ、その後遅延時間設定手段にて設定された遅延時間が経過した後に受信手段から出力される受信信号の信号レベルを、散乱波の信号レベルとして検出する。
【００２６】
一方、キャンセル信号生成手段では、送信手段が距離測定のためにＰＮ符号により変調した電磁波の送信を開始すると、遅延手段にて、このＰＮ符号を、遅延時間設定手段が設定した遅延時間にて遅延させる。そして、レベル調整手段にて、遅延手段から出力されるＰＮ符号の信号レベルを、信号レベル計測手段が計測した前記散乱波の信号レベルに制御し、このレベル調整手段からの出力を、キャンセル信号として散乱波キャンセル手段に出力する。
【００２７】
このように、本発明の距離測定装置においては、送信手段から、散乱波検出用のＰＮ符号により変調した電磁波を送信させることにより、雨や霧等の測距障害物からの散乱波の有無、散乱波が存在する場合の散乱波の遅延時間を求める。そして、散乱波が存在する際には、送信手段から散乱波の受信レベルを検出するために、送信手段から電磁波を再度送信させ、その後、受信手段から遅延時間経過後に出力される受信信号の信号レベルを、散乱波の受信レベルとして検出する。また、距離測定時には、測定した散乱波の遅延時間に応じて、ＰＮ符号を遅延させ、その遅延後のＰＮ符号の信号レベルを、散乱波の受信レベルに対応した信号レベルに制御することにより、キャンセル信号を生成する。
【００２８】
従って、本発明の距離測定装置によれば、スペクトル拡散方式の距離測定装置において、散乱波の有無を正確に検出し、散乱波が存在する場合には、キャンセル信号生成手段にて、受信手段からの受信信号への散乱波の信号成分の重畳タイミング及びその信号レベルに応じたキャンセル信号を極めて正確に生成することができる。よって、雨や霧等の測距障害物からの散乱波が存在する場合に、受信信号の中から、その散乱波の信号成分を正確に除去することができ、距離算出手段による距離測定精度を確保することができる。
【００２９】
ところで、本発明の距離測定装置において、信号レベル計測手段は、受信信号に含まれる散乱波の信号レベルを検出するものであるが、スペクトル拡散方式の距離測定装置では、対象物からの反射波に対応した信号成分の一部が、受信信号の伝送経路に存在するノイズに埋もれているような場合（つまり、受信信号の信号レベルがノイズレベルに近い極低レベルである場合）であっても、送信したＰＮ符号（送信符号）と受信信号を復調した２値信号から得られるＰＮ符号（受信符号）との相関値から、反射波の受信タイミングを検出できることから、散乱波の影響を確実に受けないようにするには、受信信号に含まれる散乱波の信号成分をノイズよりも低レベルに抑える必要があり、このための信号レベルを直接計測するのは困難である。
【００３０】
そこで、受信信号に含まれる散乱波の信号成分を、ノイズよりも低レベルに抑制して、距離の測定精度を向上するには、信号レベル計測手段及びレベル調整手段を、請求項２に記載のように構成するとよい。即ち、請求項２に記載の距離測定装置においては、レベル調整手段が、遅延手段から出力されるＰＮ符号の信号レベルを、白色雑音の信号レベルと同等な精度にて調整可能な第１レベル調整手段と、遅延手段から出力されるＰＮ符号の信号レベルを、白色雑音の信号レベルよりも細かい精度にて調整可能な第２レベル調整手段とから構成される。
【００３１】
そして、信号レベル計測手段においては、まず第１レベル設定手段が、送信手段から電磁波を送信させると共に、遅延手段及び散乱波キャンセル手段を動作させ、その後、遅延時間が経過した後に復調手段にて得られる２値信号の値に基づき第１レベル調整手段によるレベル調整量を増減することにより、第１レベル調整手段によるレベル調整量を、復調手段にて得られる２値信号が平均してHigh及びLow レベルとなるように設定する。
【００３２】
また、信号レベル計測手段において、第１レベル設定手段が第１レベル調整手段によるレベル調整量を設定すると、今度は、第２レベル設定手段が、送信手段から電磁波を送信させると共に、遅延手段及び散乱波キャンセル手段を動作させ、その後、遅延時間が経過した後に復調手段にて得られる２値信号を計測する、といった手順で、２値信号の計測動作を、複数回行い、その複数回の計測動作によって２値信号がHigh又はLow レベルとなった回数に基づき、復調手段に入力される散乱波除去後の信号レベルが白色雑音の信号レベルよりも小さくなるように、第２レベル調整手段によるレベル調整量を設定する。
【００３３】
つまり、請求項２に記載の距離測定装置においては、第１レベル調整手段にて、遅延手段から出力されるＰＮ信号（換言すればキャンセル信号）の信号レベルを、白色雑音と同等な精度で調整し、第２レベル調整手段にて、遅延手段から出力されるＰＮ信号（換言すればキャンセル信号）の信号レベルを、第１レベル調整手段では調整できない白色雑音よりも細かい精度で微調整するようにし、信号レベル計測手段側では、第１レベル調整手段及び第２レベル調整手段によるレベル調整量を、第１レベル設定手段及び第２レベル設定手段にて順に設定することにより、各レベル調整手段によるレベル調整量（延いてはキャンセル信号の信号レベル）を、キャンセル信号にて散乱波を除去した受信信号の信号レベルが、白色雑音の信号レベルよりも小さくなるように設定する。
【００３４】
従って、請求項２に記載の距離測定装置によれば、第１及び第２レベル調整手段にてレベル調整されたキャンセル信号を散乱波キャンセル手段に入力することにより、受信手段から出力される受信信号に含まれる散乱波の信号成分を、受信信号のノイズよりも小さい極低レベルまで低減することが可能になり、距離算出手段側では、対象物からの反射波を正確に検出して、反射波の受信タイミング（具体的には相関算出手段にて得られる相関値が最大となる時刻）から、対象物までの距離を正確に求めることが可能になる。よって、請求項５記載の距離測定装置によれば、スペクトル拡散方式の距離測定装置による利点（つまり耐ノイズ性）を生かしつつ、雨や霧等の測距障害物からの散乱波による誤動作をより確実に防止することができる。
【００３５】
次に、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の距離測定装置において、キャンセル信号生成手段は、予め設定された信号レベルを上限としてキャンセル信号を生成することを特徴とする。即ち、本発明（請求項１、請求項２）の距離測定装置においては、電磁波を送信してからその電磁波に対応した信号を受信するまでの時間等から、散乱波を検出して、散乱波に対応したキャンセル信号を生成することから、測距対象となる対象物が近くにある場合には、この対象物からの反射波を、雨や霧等からの散乱波として検出してしまうことが考えられる。そして、このときの散乱波（実際には反射波）の受信信号レベルは、極めて大きくなるが、この散乱波の信号レベルに対応したキャンセル信号を生成すると、受信信号から、対象物からの反射波による信号成分を除去してしまい、対象物を検出できなくなってしまう。
【００３６】
そこで、請求項３に記載の距離測定装置では、キャンセル信号の信号レベルの上限を、例えば、実際に散乱波を受信した際に得られる受信信号の信号レベルに基づき設定しておき、キャンセル信号がこの設定した上限レベル以下となるように、キャンセル信号の信号レベルを制限する。
【００３７】
このため、請求項３に記載の距離測定装置によれば、対象物からの反射波を散乱波として誤検出したとしても、キャンセル信号にて、受信信号の中から距離測定に必要な反射波の信号成分を除去してしまうのを防止することができる。よって、請求項３に記載の距離測定装置によれば、距離測定装置に対して、対象物が極めて近い位置に存在する場合であっても、対象物までの距離を正確に測定することができるようになる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明が適用された実施例のスペクトル拡散方式の距離測定装置全体の構成を表す構成図である。
【００３９】
図１に示す如く、本実施例の距離測定装置は、例えば、自動車に搭載されて、前方を走行する他の車両までの距離を測定するためのものであり、所定周波数（本実施例では、２０ＭＨｚ）の基準クロックを発生する基準クロック発振器１０と、基準クロックに同期してＰＮ符号（本実施例ではＭ系列符号）或いはパルス信号を発生する、擬似ランダム雑音符号発生手段としてのパルス発生部１２と、パルス発生部１２が発生したＭ系列符号或いはパルス信号により振幅変調（本実施例では強度変調）した電磁波（本実施例ではレーザ光）を車両前方に向けて送信する、送信手段としての発光部１４とを備える。
【００４０】
発光部１４は、レーザ光を車両前方に向けて出射するレーザダイオードＬＤと、レーザダイオードＬＤの通電経路に設けられ、この経路をオン・オフすることにより、レーザダイオードＬＤへの通電・非通電（換言すれば、レーザ光の出射・停止）を切り換える駆動トランジスタ（本実施例ではｎチャネルＭＯＳＦＥＴ）Ｔｒと、パルス発生部１２からの出力がHighレベルであるとき駆動トランジスタＴｒをオンさせ、パルス発生部１２からの出力がLow レベルであるとき駆動トランジスタＴｒをオフさせる駆動回路１４ａとから構成される。
【００４１】
このため、パルス発生部１２からＭ系列符号が出力されると、駆動回路１４ａは、Ｍ系列符号の値「１」（信号レベル；High），「０」（信号レベル；Low ）に従い駆動トランジスタＴｒをオン・オフさせ、レーザダイオードＬＤからは、Ｍ系列符号にて強度変調されたレーザ光が出射されることになる。また、パルス発生部１２からパルス信号（Highレベル）が出力されると、駆動回路１４ａは、その出力期間中、駆動トランジスタＴｒをオンさせて、レーザダイオードＬＤからレーザ光を出射させる。
【００４２】
尚、Ｍ系列符号入力時に発光部１４から出力されるレーザ光は、Ｍ系列符号が値「１」であるとき振幅が最大となり、Ｍ系列符号が値「０」であるとき振幅が最小（零）となることから、Ｍ系列符号により振幅変調された電磁波である。また、パルス発生部１２は、後述するマイクロコンピュータ（以下、単にマイコンという）５０から制御信号を受けて、Ｍ系列符号又はパルス信号を発生する。
【００４３】
次に、距離測定装置には、発光部１４が車両前方に送信（出射）したレーザ光が対象物（車両前方を走行中の先行車両）に当たって反射してくる反射波（反射光）を受信する、受信手段としての受光部１６と、受光部１６からの受信信号を増幅する増幅器（プリアンプ）１８と、プリアンプ１８により増幅された受信信号と、第１可変ゲインアンプ２１及び第２可変ゲインアンプ２２からの出力信号（本実施例では、この信号がキャンセル信号となる）とを混合して、受信信号から各可変ゲインアンプ２１及び２２からのキャンセル信号成分を減じた受信信号を生成する信号加算部２４とが備えられる。
【００４４】
尚、受光部１６は、抵抗Ｒを介して電源ラインに逆バイアス状態で接続されたフォトダイオードＰＤを備え、フォトダイオードＰＤにレーザ光が入射することにより流れた光電流を、抵抗Ｒを介して電圧値として検出するものである。また、信号加算部２４は、散乱波キャンセル手段として機能する。
【００４５】
次に、信号加算部２４からの出力（受信信号）は、増幅器（固定ゲインアンプ）２６にて更に増幅され、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２８にて不要な帯域中のノイズ成分をカットした後、コンパレータ３０に入力される。コンパレータ３０は、ＬＰＦ２８を介して入力される受信信号と基準電圧発生部３２から出力される基準電圧Ｖref とを比較し、受信信号が基準電圧Ｖref よりも大きいときにHighレベルとなり、受信信号が基準電圧Ｖref 以下であるときLow レベルとなる２値信号を出力するものであり、本発明の復調手段として機能する。
【００４６】
そして、コンパレータ３０から出力される２値信号は、基準クロックを５逓倍する逓倍クロック発振器３４から出力される周波数１００ＭＨｚのクロック信号（以下、逓倍クロックという）を受けて動作する、デジタルマッチドフィルタ（以下、単にマッチドフィルタという）３６に入力される。
【００４７】
マッチドフィルタ３６は、パルス発生部１２が発生したＭ系列符号を送信符号としてラッチすると共に、コンパレータ３０から出力される２値信号を、逓倍クロックに同期して順次取り込み、その取り込んだ２値信号を、送信符号のビット長に対応した時間分だけ受信符号としてラッチし、このラッチした送信符号と受信符号との相関値を算出するものであり、本発明の相関算出手段として機能する。
【００４８】
尚、マッチドフィルタ３６による相関値計算は、従来のスペクトル拡散方式の距離測定装置と同様、ラッチした送・受信符号のビット毎に、例えば、ビットの値が一致していないときには相関値「−１」、ビットの値が一致しているときには相関値「１」、というように相関値を計算し、これらビット毎に求めた相関値の総和を算出することにより行われる。
【００４９】
次に、マッチドフィルタ３６により算出された相関値は、逓倍クロックをカウントすることにより得られる計算時刻（換言すれば、送信符号と受信符号との相関値の計算を開始してからの経過時間）と共に、ピーク検出器３８に入力される。ピーク検出器３６は、マッチドフィルタ３６から入力される相関値が最大となる時刻（ピーク時刻；換言すれば、マッチドフィルタ３６が相関値計算を開始してから相関値が最大となるまでの時間）と、そのときの相関値の値（相関ピーク値）とを検出するためのものであり、その検出結果（ピーク時刻及び相関ピーク値）は、マイコン５０に入力される。
【００５０】
尚、マイコン５０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなる周知のものであり、ピーク検出器３８にて得られたピーク時刻から、車両前方の対象物までの距離を算出する。
また、距離測定装置には、マイコン５０にて実行される後述の距離測定処理にて、受光部１６が雨や霧等の測距障害物からの散乱波（散乱光）を受光したと判断された際に、受信信号から散乱光による信号成分を除去するキャンセル信号を生成するために、パルス発生部１２からの出力を、レーザ光の出射後、散乱光が受光されるまでの時間に応じて遅延させる第１遅延部４１及び第２遅延部４２が備えられる。
【００５１】
第１遅延部４１は、レーザ光を出射してから散乱光が受光されるまでの時間を遅延時間として、パルス発生部１２からの出力を遅延させるためのものであり、パルス発生部１２からの出力を逓倍クロックに同期して順次遅延させるシフトレジスタ部４１ａと、シフトレジスタ部４１ａを構成する多数の遅延要素の中から、遅延後の信号を取り出す遅延要素を選択するセレクト部４１ｂとから構成され、セレクト部４１ｂは、外部から入力されるセレクト信号により遅延後の信号を取り出す遅延要素を選択し、遅延時間を設定する。
【００５２】
そして、この第１遅延部４１からの出力は、キャンセル信号として第１可変ゲインアンプ２１及び第２可変ゲインアンプ２２に入力され、これら各可変ゲインアンプ２１，２２にてレベル調整された後、信号加算部２４に入力される。尚、第１遅延部４１は、本発明の遅延手段として機能する。
【００５３】
また、第１可変ゲインアンプ２１及び第２可変ゲインアンプ２２は、共に、ゲイン１以下で使用され、実際には可変ゲインアッテネータとして動作する。そして、これら各可変ゲインアンプ２１，２２は、本発明のレベル調整手段として機能し、このうち、第１可変ゲインアンプ２１は、マイコン５０からの制御信号により、ゲイン（減衰量）を、装置内のノイズ（白色雑音）レベルと同等な精度（換言すれば白色雑音と同等な分解能）にて段階的に調整できるように構成され、第２可変ゲインアンプ２２は、マイコン５０からの制御信号により、ゲイン（換言すれば減衰量）を、装置内のノイズ（白色雑音）レベルよりも細かい精度（換言すれば白色雑音よりも小さい分解能）にて段階的に調整できるように構成されている。従って、第１可変ゲインアンプ２１は、本発明の第１レベル調整手段として機能し、第２可変ゲインアンプ２２は、本発明の第２レベル調整手段として機能することになる。
【００５４】
一方、第２遅延部４２は、レーザ光を出射してから散乱光が受光されるまでの時間に逓倍クロック３周期分の時間（３０ｎsec.）を加えた時間を遅延時間として、パルス発生部１２からの出力を遅延させるためのものであり、第１遅延部４１と同様、パルス発生部１２からの出力を逓倍クロックに同期して順次遅延させるシフトレジスタ部４２ａと、シフトレジスタ部４２ａを構成する多数の遅延要素の中から、遅延後の信号を取り出す遅延要素を選択するセレクト部４２ｂとから構成され、セレクト部４２ｂは、外部から入力されるセレクト信号により遅延後の信号を取り出す遅延要素を選択し、遅延時間を設定する。
【００５５】
そして、この第２遅延部４２からの出力は、コンパレータ３０からの出力（２値信号）をラッチするラッチ回路４４に入力され、ラッチ回路４４は、第２遅延部４２からの出力パルスの立上がりタイミングで、コンパレータ３０からの出力をラッチし、そのラッチした信号レベル（High又はLow ）をマイコン５０に入力する。
【００５６】
次に、マイコン５０にて実行される距離測定処理について、図２〜図６に示すフローチャートに沿って説明する。
まず図２は、距離測定処理全体の流れを表すフローチャートである。
この処理は、マイコン５０において、所定時間毎に周期的に実行される処理であり、処理が開始されると、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す）にて、第１可変ゲインアンプ２１のゲイン（第１ゲイン）Ｇ１及び第２可変ゲインアンプ２２のゲイン（第２ゲイン）Ｇ２を、夫々、値「０」に設定し、プリアンプ１８からの出力（受信信号）がそのまま固定ゲインアンプ２６に伝達されるようにする。
【００５７】
そして、続くＳ１２０では、パルス発生部１２から、通常の距離測定時のビット長（例えば１２７ビット）よりも短いビット長（例えば１５ビット）のＭ系列符号を発生させることにより、発光部１４からこのＭ系列符号（１５ビット）に対応したレーザ光を出射させ、その後、ピーク検出器３８にて検出されるピーク時刻を取り込むことにより、そのピーク時刻から、レーザ光の出射後、このレーザ光が雨や霧等の測距障害物に当たって反射してくる散乱光の遅延時間を計測する、遅延時間計測処理を実行する。
【００５８】
即ち、発光部１４から１５ビットのＭ系列符号（１５チップＭ系列符号）に対応したレーザ光を出射させ、そのレーザ光の反射光が受光部１６にて受光された際には、図７（ａ）に示すように、受光部１６からの受信信号が、Ｍ系列符号からなる送信信号に対して、レーザ光を反射させた障害物までの距離に対応した遅延時間だけ遅れることになる。そして、この遅延時間は、図７（ｂ）に示すように、マッチドフィルタ３６にて算出される相関値が最大（相関ピーク値）となるピーク時刻から得られることから、Ｓ１２０では、このピーク時刻をピーク検出器３８から取り込むことにより、受光部１６が受光した反射光の送信信号に対する遅延時間を計測するのである。
【００５９】
尚、Ｓ１２０において散乱光の遅延時間を計測する際には、ピーク検出器３８は、発光部１４からのレーザ光の出射が完了してから、例えば、０ｎsec.〜１００ｎsec.の検出期間内にだけ、相関値のピーク検出を行うように制御される。これは、本実施例の距離測定装置においては、散乱光が１５ｍ以下の近距離でのみ検出されることを想定しており、１ｎsec.の間に光が往復する距離が３０ｃｍ（片道１５ｃｍ）であることによる。従って、もし散乱光が１５ｍ以遠からのものでも検出される程、距離測定装置の感度がよい場合には、ピーク検出器３８がピーク検出を行う期間を更に長くする必要がある。
【００６０】
そして、Ｓ１２０においては、ピーク検出器３８にて上記検出期間内にピーク時刻が検出された場合には、このピーク時刻から散乱光の遅延時間を設定するが、ピーク検出器３８にてピーク時刻が検出されない場合には、散乱光は存在しないものとして、散乱光の遅延時間は設定しない。
次に、Ｓ１３０では、Ｓ１２０の処理にて散乱光の遅延時間が設定され、しかも、ピーク検出器３８からピーク時刻と共に出力される相関ピーク値が、予め設定されたしきい値以上であるか否かを判定することにより、受光部１６にて雨，霧等からの散乱光が受光されたか否かを判断する。
【００６１】
つまり、ピーク検出器３８にて、上記検出期間内に相関値のピークが検出されて、散乱光の遅延時間が設定されている場合であっても、そのときの受信信号レベルが装置内の白色雑音に比べてかなり小さく、無視できる程度のものである場合には、相関ピーク値も小さくなる。
【００６２】
そこで、本実施例では、相関ピーク値のしきい値として、受信信号がないときに装置内の白色雑音によって得られる相関ピーク値よりも少し大きい値を設定しておき、Ｓ１３０にて、相関ピーク値が、このしきい値よりも小さい場合には、散乱光を検出しなかったと判断するようにしている。
【００６３】
尚、Ｓ１２０及びＳ１３０の処理は、本発明の遅延時間設定手段として機能する。そして、本実施例では、マッチドフィルタ３６が、パルス発生部１２がＭ系列符号を発生するのに使用する基準クロックの５倍の周波数である逓倍クロックに同期して相関値を算出することから、ピーク時刻は、「１／１００ＭＨｚ」秒、即ち、１０ｎsec.を時間分解能として算出されることになり、マッチドフィルタ３６を基準クロックで動作させた場合（時間分解能；５０ｎsec.）に比べて、５倍の精度で遅延時間を計測できることになる。
【００６４】
また、Ｓ１２０では、基準電圧発生部３２が発生するコンパレータ３０の基準電圧Ｖref を、受信信号のＤＣレベルに設定する。また、Ｓ１２０による散乱光の遅延時間の計測は、後述するＳ１７０にて対象物までの距離を測定する場合（本測距）と同じスペクトル拡散方式にて行うが、これは、散乱光の遅延時間を白色雑音等の影響を受けることなく、正確に計測するためである。
【００６５】
次に、Ｓ１３０にて、散乱光は存在しないと判断されると、受信信号から散乱光の信号成分を除去する必要がないので、スペクトル拡散方式にて対象物までの距離を測定する距離測定処理（Ｓ１７０）に移行し、逆に、Ｓ１３０にて、散乱光が存在すると判断されると、Ｓ１４０に移行する。
【００６６】
Ｓ１４０では、Ｓ１２０にて計測した散乱光の遅延時間に基づき、第１遅延部４１及び第２遅延部４２の遅延時間（第１遅延時間及び第２遅延時間）を夫々セットする。即ち、既述したように、第１遅延部４１に対しては、Ｓ１２０にて計測した散乱光の遅延時間をそのままセットし、第２遅延部４２に対しては、Ｓ１２０にて計測した散乱光の遅延時間に、逓倍クロック３周期分の時間を加えた時間をセットする。
【００６７】
そして、続くＳ１５０では、第１遅延部４１からの出力をキャンセル信号として信号加算部２４に入力する２つの可変ゲインアンプ２１，２２の内、第１可変ゲインアンプ２１のゲイン（第１ゲイン）Ｇ１を調整する第１ゲイン調整処理を行い、更に、続くＳ１６０では、第２可変ゲインアンプ２２のゲイン（第２ゲイン）Ｇ２を調整する第２ゲイン調整処理を行う。尚、Ｓ１５０にて実行される第１ゲイン調整処理は、本発明の第１レベル設定手段として機能し、Ｓ１６０にて実行される第２ゲイン調整処理は、本発明の第２レベル設定手段として機能する。
【００６８】
ここで、Ｓ１５０にて実行される第１ゲイン調整処理は、第１ゲインＧ１を調整することにより、第１可変ゲインアンプ２１にて、受信信号の中から白色雑音よりも大きい散乱光成分を除去するためのキャンセル信号を生成できるようにするための処理である。
【００６９】
そして、第１ゲイン調整処理は、図３に示すように、第１可変ゲインアンプ２１を実際に動作させて、受信信号から散乱光の信号成分をキャンセルさせることにより、第１ゲインＧ１を調整する散乱光キャンセル処理（Ｓ１５２）と、この散乱光キャンセル処理による第１ゲインＧ１の調整結果を基に、更に第１ゲインＧ１を複数回調整し、その調整時に得られた第１ゲインＧ１の平均値から、最終的な第１ゲインＧ１を決定する平均化処理（Ｓ１５４）とにより実現される。
【００７０】
図４は、Ｓ１５２で実行される散乱光キャンセル処理の手順を表すフローチャートである。
図４に示す如く、散乱光キャンセル処理では、まずＳ２１０にて、第１ゲインＧ１を、予め設定された上限値にセットする。この上限値は、雨や霧等からの散乱光による受信信号で、最大の強さの信号をキャンセルできる大きさに設定されている。これは、先行車両等の測距対象となる対象物が近距離に存在する場合に、その対象物からの反射光（この反射光は散乱光に対して充分大きい）に対応した信号成分を誤ってキャンセルしてしまうのを防止し、対象物の検出及び距離測定を確実に実行できるようにするためである。
【００７１】
次に、Ｓ２２０では、第１ゲインＧ１の調整回数をカウントするためのカウンタｉに初期値「１」をセットし、続くＳ２３０以降のゲイン調整動作に入る。
このゲイン調整動作では、まずＳ２３０にて、パルス発生部１２から、基準クロック（２０ＭＨｚ）に同期したパルス幅５０ｎsec.の単パルスを発生させることにより、発光部１４からこのパルス信号に応じたレーザ光を出射させる。
【００７２】
尚、このとき発光部１４から出射されるレーザ光の波高値は、Ｓ１２０にてＭ系列符号（１５ビット）に対応して出射させたレーザ光の波高値、及び、Ｓ１７０の距離測定時にＭ系列符号（１２７ビット）に対応して出射させるレーザ光の波高値と、同じである。また、Ｓ２３０では、基準電圧発生部３２が発生するコンパレータ３０の基準電圧Ｖref をＤＣレベルに設定する。これは、後述の処理で、コンパレータ出力から散乱光のキャンセル状態を正確に判定できるようにするためである。
【００７３】
Ｓ２３０にて、パルス発生部１２から単パルスを発生させると、その後、発光部１４から出射したレーザ光が雨，霧等で反射した散乱光が受光部１６に入射し、受光部１６からは、単パルスの発生後、Ｓ１２０にて計測した遅延時間だけ遅れて、散乱光の受信信号が出力されることになる。
【００７４】
一方、パルス発生部１２が発生した単パルスは、第１遅延部４１及び第２遅延部４２にも入力され、第１遅延部４１からはＳ１２０にて計測した遅延時間が経過した後、第１可変ゲインアンプ２１及び第２可変ゲインアンプ２２に入力される。そして、各可変ゲインアンプ２１，２２からは、そのとき設定されているゲインＧ１，Ｇ２に応じて減衰させたパルス信号が出力され、これら各パルス信号が、信号加算部２４にて、プリアンプ１８を通過した散乱光の受信信号と混合される。
【００７５】
また、このとき、第２ゲインＧ２は０であるので、第２可変ゲインアンプ２２からの出力により受信信号が影響を受けることはなく、受信信号は、第１可変ゲインアンプ２１にてレベル調整されたパルス信号（つまりキャンセル信号）の信号レベル分低減される。そして、このとき、第１ゲインＧ１が適正値であれば、受信信号から散乱光の信号成分がほとんど除去され、コンパレータ３０には装置内の雑音成分に対応した信号が入力されることになる。そして、この場合、コンパレータ３０からの出力は、この雑音成分によって不確定となり、コンパレータ３０の出力がHigh又はLow レベルとなる確率は、概ね５０％となる。
【００７６】
一方、第２遅延部４２では、パルス発生部１２が発生した単パルスが、Ｓ１２０にて計測した遅延時間に逓倍クロック３周期分の時間（３０ｎsec.）を加えた時間だけ遅延される。そして、その遅延後のパルス信号は、ラッチ回路４４に入力される。
【００７７】
従って、ラッチ回路４４によるコンパレータ出力のラッチタイミングは、図８に点線で示すように、第１遅延部４１からパルス信号（キャンセル信号）が出力されてから、逓倍クロック３周期分（３０ｎsec.）だけ遅れたタイミングとなり、ラッチ回路４４側では、第１可変ゲインアンプ２１から出力されるキャンセル信号（パルス幅５０ｎsec.）の略中央のタイミングで、コンパレータ出力をラッチすることができる。尚、コンパレータ出力のラッチタイミングとしては、例えば、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２８のために、受信信号に遅延が生じて、パルスの中央部でラッチできないような場合には、それに応じて、３周期分（３０ｎsec.）の遅れから更に遅らせたタイミングでラッチするように設定すればよい。
【００７８】
次に、Ｓ２４０では、ラッチ回路４４がラッチしたコンパレータ出力を読み込み、続くＳ２５０にて、その読み込んだコンパレータ出力がHighレベルであるか否かを判断する。そして、コンパレータ出力がLow レベルであれば、第１ゲインＧ１（換言すればキャンセル信号）が適正値よりも大きすぎ、受信信号から散乱光の信号成分をキャンセルしすぎていると考えられるので、第１ゲインＧ１を１段階ダウンするものと判断して、Ｓ２６０に移行する。
【００７９】
Ｓ２６０では、第１ゲインＧ１が既に下限値に達しているか否かを判断し、第１ゲインＧ１が下限値に達しておれば、第１ゲインＧ１をダウンすることはできないので、そのままＳ３００に移行し、逆に、第１ゲインＧ１が下限値に達していなければ、第１ゲインＧ１を１段階だけレベルダウンし、Ｓ３００に移行する。
【００８０】
一方、Ｓ２５０にて、ラッチ回路４４から読み込んだコンパレータ出力がHighレベルであると判断された場合には、第１ゲインＧ１（換言すればキャンセル信号）が適正値よりも小さすぎ、受信信号から散乱光の信号成分をキャンセルできていないと考えられるので、第１ゲインＧ１を１段階アップするものと判断して、Ｓ２８０に移行する。
【００８１】
そして、Ｓ２８０では、第１ゲインＧ１が上限値に達しているか否かを判断し、第１ゲインＧ１が上限値に達しておれば、第１ゲインＧ１をレベルアップすることはできないので、そのままＳ３００に移行し、逆に、第１ゲインＧ１が上限値に達していなければ、第１ゲインＧ１を１段階だけレベルアップし、Ｓ３００に移行する。
【００８２】
Ｓ３００では、カウンタｉをインクリメント（＋１）することにより、Ｓ２３０〜Ｓ２９０によるゲイン調整動作の実行回数をカウントし、Ｓ３１０では、カウンタｉの値が１０以下であるか否か、換言すれば、第１ゲインＧ１の調整回数が１０回に達していないか否かを判断する。そして、Ｓ３１０にて、カウンタｉの値が１０以下で、第１ゲインＧ１の調整回数が１０回に達していない場合には、再度Ｓ２３０に移行して、Ｓ２３０〜Ｓ２９０の処理を実行し、Ｓ３１０にてカウンタｉの値が１０を越え、第１ゲインＧ１の調整回数が１０回になると、当該散乱光キャンセル処理を終了する。
【００８３】
そして、このように散乱光キャンセル処理を実行することにより、第１可変ゲインアンプ２１を介してレベル調整されるキャンセル信号は、図９に示すように、装置内の白色雑音の大きさ程度の誤差で、略最適値に制御されることになる。
尚、散乱光キャンセル処理において、第１ゲインＧ１を１０回調整するようにしているのは、本実施例では、検出される散乱光の大きさが、白色雑音の大きさの１０倍位までであると想定し、第１可変ゲインアンプ２１のゲイン１段階当たりの精度を、白色雑音の大きさの実効値の約２倍に設定し、更に、第１可変ゲインアンプ２１を、ゲインを１０段階で調整できるようにしているためである。
【００８４】
従って、更に強い散乱光を検出する場合には、第１可変ゲインアンプ２１において第１ゲインＧ１を調整可能な段数を、１１段階，１２段階…というように、更に増やし、上記ゲイン調整動作の実行回数もこれに対応して増加させればよい。但し、第１ゲインＧ１を大きくしすぎると、近距離に存在する対象物からの反射光成分もキャンセルされてしまうので、対象物からの反射光成分をキャンセルしない程度に、第１ゲインＧ１の上限値を設定しておく必要はある。
【００８５】
また、散乱光キャンセル処理では、Ｓ２３０〜Ｓ２９０のゲイン調整動作を繰り返し実行するが、散乱光計測のために発光部１４から出射させたレーザ光は、近距離（１５ｍ以内）の雨や霧に反射して散乱光として戻ってくるだけでなく、遠方（１５ｍ以遠）の対象物に当たって反射光として戻ってくるため、前回出射したレーザ光の反射光が、今回出射したレーザ光により得られる散乱光と略同時刻に受光部１６に到達することも考えられる。そして、このような場合には、散乱光だけに対応してキャンセル信号を設定することができなくなる。
【００８６】
そこで本実施例では、Ｓ２３０にてパルス発生部１２からレーザ光送信用の単パルスを発生させ際には、その発生タイミング（換言すれば単パルスを発生する時間間隔）を、毎回変更するようにしている。この結果、反射光の影響を抑えつつ、キャンセル信号を最適レベルに設定することが可能になる。
【００８７】
次に、図５は、Ｓ１５４にて実行される平均化処理の手順を表すフローチャートである。
この平均化処理は、散乱光キャンセル処理による第１ゲインＧ１の調整後に、更に第１ゲインＧ１を調整し、その調整時に得られた第１ゲインＧ１の平均値から、最終的な第１ゲインＧ１を決定するための処理であるが、この平均化処理を実行する理由は、次の通りである。
【００８８】
即ち、散乱光キャンセル処理（Ｓ１５２）の実行により、第１ゲインＧ１は、通常、第１ゲインＧ１の±１段階を誤差として設定されるが、白色雑音等の影響を受けて、最後に第１ゲインＧ１の１段階アップと１段階ダウンを間違えると、第１ゲインＧ１が適正値から２段階分ずれてしまうことも考えられる。そこで、本実施例では、こうした第１ゲインＧ１の調整誤差を防止するために、平均化処理にて、第１ゲインＧ１の調整動作を更に複数回（本実施例では４回）実行し、その実行により得られた第１ゲインＧ１の平均値から、第１ゲインＧ１の最終値を決定するのである。
【００８９】
この平均化処理では、まずＳ４１０にて、第１ゲインＧ１の平均値を求めるために、第１ゲインＧ１を調整する度にその値Ｇ１を加算してゆくゲイン総和ΣＧ１に初期値「０」を設定し、続くＳ４２０にて、第１ゲインＧ１の調整回数をカウントするカウンタｉに初期値「１」を設定する。
【００９０】
そして、続くＳ４３０〜Ｓ４９０では、散乱光キャンセル処理のＳ２３０〜Ｓ２９０と同じ手順で、第１ゲインＧ１のゲイン調整動作を実行し、このゲイン調整動作が一旦終了すると、Ｓ５００にて、カウンタｉの値をインクリメント（＋１）する。また、続くＳ５１０では、現在設定されている第１ゲインＧ１を、ゲイン総和ΣＧ１に加算し、Ｓ５２０にて、カウンタｉの値が４以下であるか否かを判断する。
【００９１】
そして、カウンタｉの値が４以下であれば、再度Ｓ４３０に移行して、Ｓ４３０〜Ｓ４９０によるゲイン調整動作を実行し、Ｓ５２０にてカウンタｉの値が４を越えていると判断された場合（つまりＳ４３０〜Ｓ４９０によるゲイン調整動作の実行回数が４回になった場合）には、Ｓ５３０にて、ゲイン総和ΣＧ１をゲイン調整動作の実行回数「４」で除算し、その除算結果から、最終的な第１ゲインＧ１を設定し、当該平均化処理を終了する。
【００９２】
このように平均化処理では、第１ゲインＧ１の最終値を、ゲイン調整動作を４回繰り返すことにより得られる第１ゲインＧ１の平均値として設定する。従って、第１ゲインＧ１の誤差（換言すれば第１可変ゲインアンプ２１により調整されるキャンセル信号の誤差）を、より確実に、第１ゲインＧ１の±１段階以内に抑えることができる。
【００９３】
次に図６は、Ｓ１６０にて実行される第２ゲイン調整処理を表すフローチャートである。
この処理は、第２ゲインＧ２を調整することにより、第１可変ゲインアンプ２１及び第２可変ゲインアンプ２２を介して信号加算部２４に入力されるキャンセル信号を、受信信号に含まれる散乱光の信号成分を装置内の白色雑音よりも小さいレベルにまで抑制し得る信号レベルに、微調整するための処理である。
【００９４】
図６に示すように、第２ゲイン調整処理では、まずＳ６１０にて、後述の処理でコンパレータ出力がHighレベルとなった回数をカウントするためのカウンタＣをクリアし、Ｓ６２０にて、散乱光の計測動作の実行回数をカウントするのに使用するカウンタｉに初期値「１」を設定する。
【００９５】
そして、続くＳ６３０では、前述のＳ２３０（或いはＳ４３０）と同様、パルス発生部１２から、基準クロック（２０ＭＨｚ）に同期したパルス幅５０ｎsec.の単パルスを発生させることにより、発光部１４からこのパルス信号に応じたレーザ光を出射させる。
【００９６】
尚、Ｓ６３０においても、後述の処理でコンパレータ出力から散乱光のキャンセル状態を正確に判定できるようにするために、前述のＳ２３０（或いはＳ４３０）と同様、基準電圧発生部３２が発生するコンパレータ３０の基準電圧Ｖref をＤＣレベルに設定する。また、後述の処理で対象物からの反射光の影響を受けることなくキャンセル信号を最適レベルに設定するために、Ｓ６３０においても、前述のＳ２３０（或いはＳ４３０）と同様、単パルスの発生タイミングを毎回変更する。
【００９７】
そして、Ｓ６３０にて発光部１４からレーザ光を出射させると、距離測定装置内の各部は、Ｓ２３０の処理を実行した場合と同様に動作する。
即ち、発光部１４から出射したレーザ光が雨，霧等で反射した散乱光が受光部１６に入射し、受光部１６からは、単パルスの発生後、Ｓ１２０にて計測した遅延時間だけ遅れて、散乱光の受信信号が出力される。また、パルス発生部１２が発生した単パルスは、第１遅延部４１及び第２遅延部４２にも入力され、第１遅延部４１からはＳ１２０にて計測した遅延時間が経過した後、第１可変ゲインアンプ２１及び第２可変ゲインアンプ２２に入力される。そして、各可変ゲインアンプ２１，２２からは、そのとき設定されているゲインＧ１，Ｇ２に応じてレベル調整したキャンセル信号が出力され、このキャンセル信号が、信号加算部２４にて、プリアンプ１８を通過した散乱光の受信信号と混合される。また、このとき、第２ゲインＧ２は０であるので、第２可変ゲインアンプ２２からの出力により受信信号が影響を受けることはなく、受信信号は、第１可変ゲインアンプ２１にてレベル調整されたキャンセル信号の信号レベル分低減される。
【００９８】
一方、第２遅延部４２では、パルス発生部１２が発生した単パルスが、Ｓ１２０にて計測した遅延時間に逓倍クロック３周期分の時間（３０ｎsec.）を加えた時間だけ遅延される。そして、その遅延後のパルス信号は、ラッチ回路４４に入力されることから、ラッチ回路４４は、キャンセル信号（パルス幅５０ｎsec.）の略中央のタイミングで、コンパレータ出力をラッチすることになる。尚、このラッチタイミングは、既述したように、必要に応じて、３周期分（３０ｎsec.）の遅れから更に遅らせるものとする。
【００９９】
そこで、続くＳ６４０では、ラッチ回路４４にてラッチされたコンパレータ出力を読み込み、Ｓ６５０にて、その読み込んだコンパレータ出力がHighレベルか否かを判断する。そして、コンパレータ出力がHighレベルであれば、Ｓ６６０にてカウンタＣをインクリメント（＋１）した後、Ｓ６７０に移行し、逆にコンパレータ出力がLow レベルであれば、そのままＳ６７０に移行する。
【０１００】
Ｓ６７０では、カウンタｉをインクリメント（＋１）する。そして、続くＳ６８０では、このカウンタｉの値が所定値（本実施例では１６）以下であるか否かを判断することにより、Ｓ６３０〜Ｓ６６０による散乱光の計測動作を１６回行ったか否かを判断し、カウンタｉの値が１６以下であれば、再度Ｓ６３０に移行して、Ｓ６３０以降の散乱光計測動作を実行し、逆に、カウンタｉの値が１６を越え、散乱光の計測動作が１６回実行されていれば、Ｓ６９０に移行する。
【０１０１】
そして、Ｓ６９０では、上記計測動作でコンパレータ出力がHighレベルとなった回数（カウンタＣの値）に基づき、予め設定された第２ゲインＧ２設定用のマップを用いて、カウンタＣの値を中心値「８」にするための第２ゲインＧ２を設定し、当該処理を終了する。
【０１０２】
即ち、図９に示すように、第１ゲイン調整処理（Ｓ１５０）にて調整された第１ゲインＧ１だけで、キャンセル信号を適正値に設定できている場合には、カウンタＣの値は「１６」の半分の中心値「８」付近の値となる。しかし、第１ゲインＧ１にて設定されるキャンセル信号の大きさが足りない場合には、カウンタＣの値は、中心値「８」よりも大きい値となり、キャンセル信号の大きさが全く足りない場合には、カウンタＣの値は、最大値「１６」となる。また逆に、キャンセル信号が大きすぎる場合には、カウンタＣの値は中心値「８」よりも小さい値となり、キャンセル信号があまりに大きすぎる場合には、カウンタＣの値は最小値「０」となる。このようにカウンタＣの値から、キャンセル信号の大きさが適正か否かを判定できる。
【０１０３】
そこで、本実施例では、カウンタＣの値に基づき、カウンタＣの値を中心値「８」にするのに必要な第２ゲインＧ２を求めるためのマップを予め設定しておき、Ｓ６９０において、カウンタＣの値とマップを用いて、第２ゲインＧ２を設定するようにしているのである。
【０１０４】
この結果、第１可変ゲインアンプ２１及び第２可変ゲインアンプ２２を介して信号加算部２４に入力されるキャンセル信号は、散乱光の信号成分を白色雑音の信号レベルにまで抑制し得る最適値となり、Ｓ１７０の距離測定処理では、散乱光の影響を受けることなく、対象物までの距離を正確に計測できることになる。
【０１０５】
尚、第２ゲイン調整処理の開始時には、第２ゲインＧ２が「０」に設定されていることから、マップを用いた第２ゲインＧ２の設定により、第２ゲインＧ２を現在の状態から増加させてキャンセル信号を大きくすることはできるものの、第２ゲインＧ２を減少させてキャンセル信号を小さくすることはできない。
【０１０６】
このため、Ｓ６９０において、カウンタＣの値が中心値「８」よりも小さく、キャンセル信号を小さくする必要がある場合には、第１ゲインＧ１を１段階ダウンさせて、第２ゲインＧ２を設定する。但し、この場合、第１ゲインＧ１を１段階ダウンさせた後、Ｓ６１０に戻り、第２ゲイン調整処理を再度実行するようにしてもよい。また、第１ゲインＧ１を調整するＳ１５０からずっと第２ゲインを中心値「８」にセットしておけば、Ｓ６９０にて、キャンセル信号を小さく調整することが可能であるので、このようにしてもよい。
【０１０７】
また、第２ゲイン調整処理では、カウンタＣの値から第２ゲインＧ２を設定することにより、散乱光の信号成分を白色雑音の信号レベルより小さいところまで抑制できるが、第２ゲインＧ２（延いてはキャンセル信号）の設定精度をより高めるには、散乱光の計測動作を１６回から更に多くするようにすればよい。
【０１０８】
また、装置内で発生する白色雑音の大きさは温度等によって変化する。このため、こうした白色雑音の変化に対応して、第２ゲインＧ２を常に適正値に設定できるようにするには、カウンタＣの値から第２ゲインＧ２を設定するのに使用するマップを、そのときの白色雑音の大きさに応じて逐次更新するようにすればよい。
【０１０９】
具体的には、まず、第１可変ゲインアンプ２１のゲイン（第１ゲイン）Ｇ１を「０」に設定し、発光部１４への電源遮断等によって発光部１４の動作を停止させる。そして、この状態で、第２可変ゲインアンプ２２のゲイン（第２ゲイン）Ｇ２を徐々に変更してゆき、各ゲイン毎に、Ｓ６３０〜Ｓ６８０の処理を実行する。つまり、第２可変ゲインアンプ２２の各ゲインで白色雑音の信号レベルを低減させた際にコンパレータ出力がHighレベルとなる回数（カウンタＣ値）を測定する。そして、その測定結果から、カウンタＣ値とカウンタＣを中心値「８」にするのに必要な第２ゲインＧ２との関係が分かることから、この測定結果に基づき第２ゲイン設定用のマップを更新する。この結果、Ｓ６９０において、カウンタＣの値から、第２ゲインＧ１を常に最適値に設定することが可能になる。
【０１１０】
次に、上記のように第２ゲイン調整処理が実行されるか、或いは、Ｓ１３０にて散乱光はないと判断された場合には、Ｓ１７０にて、対象物までの距離を測定する距離測定（本測距）が実行される。
この本測距は、基本的には、Ｓ１２０の遅延時間計測処理と同じであり、大きな違いは、微小な反射光までも検出するために、パルス発生部１２から発生させるＭ系列符号を１２７ビットにする点と、ピーク検出器３８がピーク検出を行う検出期間を、発光部１４からのレーザ光の出射が完了してから、０ｎsec.〜２μsec.の期間として、検出距離を０〜３００ｍとする点である。
【０１１１】
即ち、本測距では、まず、発光部１４から１２７ビットのＭ系列符号に対応したレーザ光を出射させる。そして、その出射方向に先行車両等の対象物が存在すれば、その対象物からの反射光が受光部１６に入射し、受光部１６から反射光に対応した受信信号が出力される。また、出射したレーザ光が雨や霧に当たって反射した場合には、その散乱光が受光部１６に入射し、受光部１６からの受信信号には、この散乱光に対応した信号成分が重畳される。
【０１１２】
このように受光部１６から出力される受信信号は、プリアンプ１８，信号加算部２４，固定ゲインアンプ２６，ＬＰＦ２８を通って、コンパレータ３０に入力される。また、雨，霧等からの散乱光があり、受信信号に散乱光の信号成分が重畳される場合には、第１遅延部４１，第１可変ゲインアンプ２１，及び第２可変ゲインアンプ２２が、既に、送信したＭ系列符号から散乱光を除去するためのキャンセル信号を生成するように設定されているため、受信信号が信号加算部２４を通過することにより、受信信号に含まれる散乱光の信号成分が除去され、コンパレータ３０には、散乱光の信号成分を除去した受信信号（つまり、対象物からの反射光だけに対応した受信信号）が入力されることになる。
【０１１３】
そして、この受信信号は、コンパレータ３０にて二値化され、マッチドフィルタ３６にて、Ｍ系列符号との相関値が算出されるが、受信信号からは散乱光の信号成分が除去されていることから、マッチドフィルタ３６にて求められる相関値は、発光部１４から出射したレーザ光と対象物からの反射光との相関を正確に表す値となる。尚、このとき、基準電圧発生部３２が発生するコンパレータ３０の基準電圧Ｖref は、受信信号のＤＣレベルに設定される。
【０１１４】
また、ピーク検出器３８は、上記検出期間の間、マッチドフィルタ３６が算出した相関値のピーク時刻を検出するが、このピーク時刻は、散乱波の影響を受けないことから、Ｍ系列符号にて変調したレーザ光の出射後、レーザ光が先行車両等に当たって反射してくるまでの時間（受信信号の遅延時間）に正確に対応することになる。
【０１１５】
そして、マイコン５０側では、ピーク検出器３８からピーク時刻及び相関ピーク値を読み込み、相関ピーク値が前述のしきい値以上であるか否かを判断することにより、レーザ光の出射方向に測距対象となる先行車両等の対象物が存在するか否かを判断し、相関ピーク値がしきい値以上であり、対象物が存在すると判断すると、ピーク検出器３８にて検出されたピーク時刻から、対象物（先行車両）までの距離を算出する。
【０１１６】
以上説明したように、本実施例の距離測定装置によれば、本測距に入る前に、実際にレーザ光を出射させて、雨や霧等からの散乱光が受光部１６で受光されるかどうかを判定し、散乱光が受光部１６で受光される場合には、レーザ光出射後の散乱光の遅延時間、及び、散乱光の信号レベルに応じて、第１遅延部４１の遅延時間、及び、第１可変ゲインアンプ２１及び第２可変ゲインアンプ２２のゲインを夫々設定し、本測距の際には、これら各部の動作によって、受信信号から散乱光の信号成分を除去するためのキャンセル信号を生成し、更に、信号加算部２４にて、受信信号とキャンセル信号とを混合することにより、受信信号から散乱光の信号成分を除去するようにしている。
【０１１７】
このため、本実施例によれば、雨や霧等で反射した散乱光の影響を受けることなく、先行車両等の対象物までの距離を正確に測定することが可能になる。
また特に本実施例では、キャンセル信号の信号レベルを調整する可変ゲインアンプを、装置内の白色雑音と同等な精度でゲイン（換言すればキャンセル信号の信号レベル）を調整できる第１可変ゲインアンプ２１と、装置内の白色雑音よりも細かい精度でゲイン（換言すればキャンセル信号の信号レベル）を調整できる第２可変ゲインアンプ２２とで構成し、これら各可変ゲインアンプ２１，２２のゲインを、実際に散乱光をキャンセルさせながら、順に最適値に設定することで、キャンセル信号の信号レベルを、散乱光の信号成分を装置内の白色雑音以下に抑制し得る信号レベルに設定している。
【０１１８】
このため、本実施例によれば、スペクトル拡散方式の距離測定装置の持つ、耐ノイズ性，高検出感度といった優れた測距特性を低下させることなく、雨，霧等による距離の誤測定を防止することができる。よって、本実施例によれば、極めて信頼性の高い距離測定装置を実現できる。
【０１１９】
また、本実施例では、キャンセル信号生成用の可変ゲインアンプのゲインに上限値を設定することで、キャンセル信号が、散乱光の信号成分の最大レベルよりも大きくなるのを防止していることから、近くに存在する対象物からの反射光を散乱光として誤検出しても、生成したキャンセル信号によりこの反射光の信号成分を除去してしまうことはない。従って、近くの対象物間での距離についても、問題なく測定することができる。
【０１２０】
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、上記実施例では、マイコン５０の制御の下に各部が動作し、散乱光の検出，遅延時間のセット、第１・第２可変ゲインアンプ２１，２２のゲイン調整を行うものとして説明したが、例えば、第１可変ゲインアンプ２１のゲイン調整は専用のゲイン制御回路にて行い、第２可変ゲインアンプ２２のゲイン調整に必要なカウント値（Ｃ）は専用のカウンタでカウントする、というように、上記各処理の全て或いはその一部は、専用のロジック回路にて行い、マイコン５０側では、ピーク検出器３８にて検出されたピーク時刻に基づく対象物までの距離演算や、カウント値（Ｃ）に基づく第２可変ゲインアンプ２２のゲイン設定等、一部の演算処理だけを実行するようにしてもよい。そしてこのようにすれば、マイコン５０側の処理の負担を軽減して、測距結果に基づく車両制御を実行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例の距離測定装置全体の構成を表す構成図である。
【図２】  距離測定のためにマイコンにて実行される距離測定処理を表すフローチャートである。
【図３】  図２に示す第１ゲイン調整処理の詳細を表すフローチャートである。
【図４】  図３に示す散乱光キャンセル処理の詳細を表すフローチャートである。
【図５】  図３に示す平均化処理の詳細を表すフローチャートである。
【図６】  図２に示す第２ゲイン調整処理の詳細を表すフローチャートである。
【図７】  送信信号に対する受信信号の遅延時間と相関値との関係を表す説明図である。
【図８】  散乱光キャンセル処理の動作を説明するタイムチャートである。
【図９】  第２ゲイン調整処理の動作を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
１０…基準クロック発振器、１２…パルス発生部、１４…発光部、１６…受光部、１８…プリアンプ、２１…可変ゲインアンプ、２２…第２可変ゲインアンプ、２４…信号加算部、２６…固定ゲインアンプ、３０…コンパレータ、３２…基準電圧発生部、３４…逓倍クロック発振器、３６…ピーク検出器、３６…マッチドフィルタ（デジタルマッチドフィルタ）、３８…ピーク検出器、４１…第１遅延部、４１ｂ…第１遅延部、４２…第２遅延部、４４…ラッチ回路、５０…マイコン（マイクロコンピュータ）。
【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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