JPH05100015A

JPH05100015A - 距離測定装置および方法

Info

Publication number: JPH05100015A
Application number: JP3274963A
Authority: JP
Inventors: Masato Yoshida; 眞人吉田; Daisuke Itao; 大助板尾; Yoshiro Tasaka; 吉朗田坂; Hidenori Miyazaki; 秀徳宮崎; Shoji Kamata; 昭司鎌田
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1991-08-13
Filing date: 1991-09-27
Publication date: 1993-04-23
Anticipated expiration: 2014-08-25
Also published as: JP2940260B2

Abstract

(57)【要約】【目的】比較的簡単な構成でかつ高い分解能で対象物
までの距離を測定する。【構成】ｍ系列発生器13から発生するｍ系列により変
調されたレーザ光をレーザ・ダイオード15から対象物に
向けて投射する。ｍ系列の１ビット幅（最小パルス幅）
をレーザ光が最大検出距離を往復するのに要する時間に
等しく設定する。対象物からの反射光をフォトダイオー
ド21によって受光することにより得られる受光信号と送
信信号との相関を相関器23，24，25，26，27，28におい
て演算し，この相関値に基づいて演算装置30において対
象物までの距離を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】この発明は，符号化された電磁波を対象物
に向けて送信し，対象物から反射して戻ってくる反射波
を受信し，電磁波送信時点から反射電磁波受信時点まで
の時間を計測することにより，対象物までの距離を測定
する装置および方法に関する。

【０００２】この明細書において，電磁波とは可視光，
不可視光を問わず光波を含む。

【０００３】

【従来技術とその問題点】この種の距離測定装置（測距
装置）および方法は多くの分野において広く利用されて
いる。測距装置の応用例の一つとして，先行する車両と
後続する車両との間の距離（車間距離）を後続車両にお
いて測定するシステムがある。

【０００４】前方を走行する車両との間の距離を測定す
るシステムには車両用ランダム変調レーダ装置やパルス
・エコー方式の装置が知られている。

【０００５】車両用ランダム変調レーダ装置は，ｍ系列
符号によって送信電磁波を振幅変調して送信し，先行車
両からの反射電磁波を復調して受信信号を得る。そし
て，送信信号と受信信号との相関をとることにより先行
車両までの距離データを得る。

【０００６】送信信号と受信信号との相関演算はｍ系列
符号のビット単位で行われる。したがって，ｍ系列符号
の１ビット幅（ｍ系列符号化パルス信号の最小パルス
幅）が測距分解能となるので，分解能が低いという問題
がある。

【０００７】分解能を高めるためにはｍ系列の長さを長
くしなければならない。そうすると非常に高速のクロッ
ク信号が必要である。また，相関をとるために多段にシ
フトされた多くのシフト信号が必要となるので相関処理
のための構成が複雑になるとともに処理に長い時間を要
する。

【０００８】一方，パルス・エコー方式では高出力の発
振ディバイスが要求されるので高価になる，電磁波の干
渉および雑音（たとえば雨や霧の存在）に弱いという問
題がある。

【０００９】

【発明の概要】この発明は，比較的簡素な構成で高い分
解能が期待でき，しかも干渉や雑音に強く，比較的安価
に製作しうる距離測定装置および方法を提供することを
目的とする。

【００１０】第１の発明による距離測定装置は，符号系
列の１ビット時間幅が最大検出距離を電磁波が往復する
のに要する時間に等しいかまたはそれよりも長い時間に
設定された符号系列を表わす信号を発生する符号系列発
生手段，上記符号系列発生手段の出力信号が送信信号と
して与えられ，上記符号系列によって振幅変調された電
磁波を送信する送信手段，上記送信電磁波の対象物から
の反射波を受信し，受信した反射電磁波の振幅復調信号
を受信信号として出力する受信手段，１または複数符号
系列長にわたって上記送信信号と受信信号との相関をと
る相関手段，および相関値と対象物までの距離との間の
あらかじめ定められた関係を用いて，上記相関手段によ
って得られた相関値を対象物までの距離に変換する演算
手段を備えている。

【００１１】第１の発明による距離測定方法は，符号系
列信号の最小パルス幅が最大検出距離を電磁波が往復す
るのに要する時間に等しいかまたはそれよりも長い時間
に設定された符号系列信号を生成し，上記符号系列信号
によって符号化された電磁波を対象物に向けて送波し，
対象物からの反射電磁波を受信し，受信した反射電磁波
を表わす受信信号を作成し，１または複数符号系列長に
わたって上記符号系列信号と受信信号との相関をとり，
相関値と対象物までの距離との間のあらかじめ定められ
た関係を用いて，上記相関処理によって得られた相関値
を対象物までの距離に変換するものである。

【００１２】上記において，符号系列の１ビット時間幅
（符号系列信号の最小パルス幅）は，好ましくは，最大
検出距離を電磁波が往復するのに要する時間に等しく設
定される。

【００１３】符号系列としては，最長系列（最大周期系
列またはｍ系列）のみならず非最長系列の使用が可能で
ある。

【００１４】第１の発明においては，送信信号と受信信
号との位相差（電磁波が対象物までの距離を往復するの
に要する時間に相当する）を符号系列の１ビット時間幅
の範囲内で検出している。したがって測距分解能は１ビ
ット時間幅を処理回路においてどれだけ高精度に測定で
きるかに依存するので（アナログ的に処理するとすれば
分解能は原理的には無限大である），高い分解能が期待
できる。しかも符号系列の長さはあまり長くしなくても
よいので相関処理が比較的容易であり，構成を簡素化で
きる。高出力の発振ディバイスも要求されないので低廉
化が可能である。

【００１５】第２の発明による距離測定装置は，符号系
列の１ビット時間幅が最大検出距離を電磁波が往復する
のに要する時間に等しいかまたはそれよりも長い時間に
設定された符号系列を表わす信号を発生する符号系列発
生手段，上記符号系列発生手段の出力信号が送信信号と
して与えられ，上記符号系列によって振幅変調された電
磁波を送信する送信手段，上記送信電磁波の対象物から
の反射波を受信し，受信した反射電磁波の振幅復調信号
を受信信号として出力する受信手段，上記送信信号の位
相を，上記符号系列の１ビット時間幅をシフト量１とし
て１シフト量の範囲内で少なくとも３種類のシフト量シ
フトさせて少なくとも３種類のシフト信号を作成する位
相シフト手段，１または複数符号系列長にわたって，上
記受信信号と上記位相シフト手段から得られる各シフト
信号との相関をそれぞれとる相関手段，ならびに上記相
関手段から得られる少なくとも３つの相関値を用いて描
かれる勾配の絶対値が等しくかつ正および負の勾配をも
つ２つの直線の交点の座標から対象物までの距離を演算
する演算手段を備えている。

【００１６】第２の発明による距離測定方法は，符号系
列信号の最小パルス幅が最大検出距離を電磁波が往復す
るのに要する時間に等しいかまたはそれよりも長い時間
に設定された符号系列信号を生成し，上記符号系列信号
によって符号化された電磁波を対象物に向けて送波し，
対象物からの反射電磁波を受信し，受信した反射電磁波
を表わす受信信号を作成し，上記符号系列信号の位相
を，上記最小パルス幅をシフト量１として１シフト量の
範囲内で少なくとも３種類のシフト量シフトさせること
により少なくとも３種類のシフト信号を作成し，１また
は複数符号系列長にわたって，上記受信信号と上記の各
シフト信号との相関をそれぞれとり，上記相関処理によ
り得られた少なくとも３つの相関値を用いて描かれる勾
配の絶対値が等しくかつ正および負の勾配をもつ２つの
直線の交点の座標から対象物までの距離を演算するもの
である。

【００１７】第２の発明においても，符号系列の１ビッ
ト時間幅（符号系列信号の最小パルス）は，好ましく
は，最大検出距離を電磁波が往復するのに要する時間に
等しく設定される。また，符号系列としては，最長系列
（最大周期系列またはｍ系列）のみならず非最長系列の
使用が可能である。

【００１８】上記の少なくとも３種類のシフト信号は，
上記送信信号（符号系列信号）の位相を，シフト量０お
よび１シフトさせて得られるシフト信号を含むことが好
ましい。

【００１９】受信信号と複数種類のシフト信号との相関
演算処理は，並列的に行うこともできるし，受信信号を
メモリに記憶しておいて時間軸上で直列的に実行しても
よい。

【００２０】第２の発明においても，送信信号と受信信
号との位相差を符号系列の１ビット時間幅の範囲内で検
出しているので，高い測距分解能が期待できるし，相関
処理も比較的容易であり，構成を簡素化できる。高出力
の発振ディバイスも要求されないので低廉化が可能であ
る。

【００２１】第２の発明においては少なくとも３つの相
関値が得られる。この３つの相関値を距離（シフト信号
のシフト量によって表わされる）と相関値を２軸とする
直交座標上にプロットすることにより，勾配の絶対値が
等しくかつ正および負の符号をもつ２つの直線を描くこ
とができる。この２つの直線の交点，すなわち相関値の
ピーク点の距離座標が対象物までの距離を表わす。

【００２２】電磁波の伝搬空間に雨や霧が存在すると電
磁波が減衰し，受信信号のレベルが低下する。受信信号
のレベルの低下は相関値の低下となって現われるが，相
関値のピークの位置は変化しないので，対象物までの距
離を常に正確に検出できる。すなわち，第２の発明は干
渉や雑音に強いという特徴をもつ。

【００２３】第１および第２の発明による距離測定方法
は，符号系列によって振幅変調された電磁波を対象物に
向けて送信し，その電磁波の対象物からの反射波を受信
し，送信信号と受信信号の相関をとり，得られた相関値
に基づいて対象物までの距離を測定する方法において，
上記符号系列の１ビット時間幅を，好ましくは最大検出
距離を電磁波が往復するのに要する時間に等しく設定
し，かつ上記符号系列の１または複数符号系列長にわた
って相関をとることを特徴とするものであると総括でき
る。

【００２４】第３の発明による距離測定装置は，上述し
た第１および第２の発明の装置において，送信信号を１
または複数符号系列長で区切りながら間欠的に上記送信
手段を駆動する間欠駆動手段をさらに設けたものであ
る。

【００２５】第３の発明による距離測定方法は，第１お
よび第２の発明の方法において，送信信号を１または複
数符号系列長で区切りながら間欠的に電磁波を送波する
ものである。

【００２６】第３の発明によると，送信手段の発振ディ
バイスを間欠的に駆動しているので連続駆動する場合に
比べて寿命が延びるとともに消費電力が少なくなるとい
う利点がある。また，発振ディバイスとしてレーザを用
いた場合には，単位時間当りに放射されるエネルギが連
続発振に比べて小さくなるので安全性が高くなる。

【００２７】本願はさらに第１の符号系列と，この第１
の符号系列がその１ビット幅の範囲内でシフトされるこ
とにより得られる第２の符号系列との自己相関をとる装
置および方法を提供している。

【００２８】この相関装置は，上記第１の符号系列の位
相を，上記１ビット幅をシフト量１として１シフト量の
範囲内で，シフト量０および１を含む少なくとも３つの
異なる量シフトさせて少なくとも３種類の第３の符号系
列を作成する位相シフト手段，および１または複数符号
系列長にわたって，上記第２の符号系列と上記位相シフ
ト手段から得られる第３の各符号系列との相関をそれぞ
れ演算する相関手段を備えている。

【００２９】この発明の一実施態様では相関装置は，上
記相関手段から得られる少なくとも３つの相関値を用い
て描かれる勾配の絶対値が等しくかつ正および負の勾配
をもつ２つの直線の交点の座標から上記第１の符号系列
に対する第２の符号系列のシフト量を演算する演算手段
をさらに備えている。

【００３０】この発明による第１の符号系列と，この第
１の符号系列がその１ビット幅の範囲内でシフトされる
ことにより得られる第２の符号系列との自己相関をとる
方法は，上記第１の符号系列の位相を，上記１ビット幅
をシフト量１として１シフト量の範囲内で，シフト量０
および１を含む少なくとも３つの異なる量シフトさせて
少なくとも３種類の第３の符号系列を作成し，１または
複数符号系列長にわたって，上記第２の符号系列と上記
位相シフト処理により得られる第３の各符号系列との相
関をそれぞれ演算するものである。

【００３１】上記相関処理により得られる少なくとも３
つの相関値を用いて描かれる勾配の絶対値が等しくかつ
正および負の勾配をもつ２つの直線の交点の座標から上
記第１の符号系列に対する第２の符号系列のシフト量を
演算することができる。

【００３２】この相関装置および方法も最長系列のみな
らず非最長系列の符号系列に適用可能である。

【００３３】この発明による相関装置および方法はとく
に上述した第２の発明による距離測定装置および方法に
好適に用いられる。

【００３４】

【実施例の説明】

(1) 符号系列および相関この発明においては符号系列によって変調された電磁波
が対象物に向けて送信され，その対象物からの反射電磁
波が受信される。

【００３５】符号系列の中に最長系列（最大周期系列）
（以下，ｍ系列という）と呼ばれるものがある。符号系
列は，ｍ系列に限らず一般に，複数台のシフトレジスタ
または遅延素子を用いて生成される。ｎ段のシフトレジ
スタを用いて生成されるｍ系列の長さ（１符号系列長ま
たは１周期）は２ⁿ−１（ビット）で表わされる。この
実施例の距離測定装置および方法では，ｍ系列の符号系
列を生成するためにたとえば10段のシフトレジスタが用
いられる。その場合のｍ系列の長さは1023ビットであ
る。

【００３６】しかしながらシフトレジスタの段数は測距
分解能には影響を与えるが，この発明による距離測定の
原理には関係しないので，以下の説明においては一貫し
て４段のシフトレジスタを用いて生成される15ビットｍ
系列を符号系列の例として用いることとする。

【００３７】シフトレジスタ符号系列発生器は，一般
に，ｎ段のシフトレジスタと，そのうちの複数個の段の
状態の論理的結合をシフトレジスタの入力へ帰還する論
理回路とによって構成される。

【００３８】図１および図２は符号系列発生器のシフト
レジスタの入，出力信号を表わしている。図２は図１に
示すタイム・チャートの一部を拡大して示すものであ
る。第１クロック信号ＣＫ１はシステム・クロック信号
であって，距離測定装置の動作のための最も基本的なタ
イミング信号である。この第１クロック信号ＣＫ１を分
周することにより第２クロック信号ＣＫ２が生成され
る。この第２クロック信号ＣＫ２が符号系列発生器のシ
フトレジスタに入力される。シフトレジスタは４段のも
のであり，15ビットのｍ系列信号がシフトレジスタから
出力される。

【００３９】シフトレジスタの入力である第２クロック
信号ＣＫ２の一周期が生成されるｍ系列信号の１ビット
（時間）幅となる。１ビット幅はこの明細書では符号系
列信号の最小パルス幅とも呼ばれる。

【００４０】この発明では，符号系列信号の１ビット
（時間）幅（最小パルス幅）が，最大検出距離を電磁波
が往復するのに要する時間に等しいかまたはそれよりも
長い時間に設定される。好ましくは，符号系列信号の１
ビット幅が最大検出距離を電磁波が往復するのに要する
時間に等しく設定される。

【００４１】具体的な一例を挙げる。第１クロック信号
ＣＫ１の周波数は16ＭＨｚ，その周期は62.5ｎｓであ
る。この第１クロック信号ＣＫ１が16分周されることに
より，周波数１ＭＨｚ，周期１μｓの第２のクロック信
号ＣＫ２が生成される。そしてｍ系列発生器から１ビッ
ト幅（ｍ系列最小パルス幅）が１μｓの15ビットｍ系列
信号が出力されることになる。電磁波の伝搬速度を30万
ｋｍ／ｓとすれば，１μｓの間に電磁波は300 ｍ進むこ
とになる。したがって，測距の最大検出距離は150 ｍと
なる。

【００４２】図１および図２においては，デューティ比
が１／２の第１および第２クロック信号ＣＫ１，ＣＫ２
が描かれているが，これらのクロック信号ＣＫ１，ＣＫ
２のデューティ比は任意に設定することができるのはい
うまでもない。

【００４３】対象物に向けて送信される電磁波はｍ系列
により振幅変調される。送信電磁波を変調するために用
いるｍ系列信号を送信信号という。対象物からの反射電
磁波は振幅復調される。この復調により得られる信号を
受信信号という。受信信号は送信信号よりも電磁波の伝
搬距離（対象物までの距離の２倍）に対応する時間だけ
遅れる（位相シフト）。

【００４４】距離測定装置から対象物までの距離を表わ
す信号（またはデータ）を得るために送信信号と受信信
号との相関がとられる。送信信号と受信信号とは原則的
に同じ波形をもつからこの相関は自己相関である。

【００４５】一般に自己相関は次式で表わされる。

【００４６】

【数１】

【００４７】この発明では，送信信号と受信信号との間
である種の演算（この演算については後述する）を行
い，この演算結果を１符号系列長（１周期）（または１
符号系列長の正の整数倍の長さ；複数周期）にわたって
積分することにより，相関が求められる。

【００４８】図３(A) は基準系列とこれを適当量シフト
して得られるシフト系列とを示している。たとえば基準
系列が送信信号に対応し，シフト系列が受信信号に対応
する。シフト系列のシフト範囲は１ビット幅に限られて
いる。シフト系列が１ビット幅以上にわたってシフトす
ることはない。上述のように最大検出距離の２倍に相当
する時間が１ビット時間幅に設定されているからであ
る。受信信号が送信信号に対して１ビット時間幅以上位
相シフトしている場合には，対象物が最大検出距離より
も遠い位置にあり，距離検出は不可能である。

【００４９】図３(A) においては基準系列およびシフト
系列のいずれもが正規化されている。すなわち，これら
の符号系列（信号）のＨレベルが１に，Ｌレベルが０に
それぞれ対応している。

【００５０】これに対して，図３(B) においては，シフ
ト系列のＨレベルはある値ａ（ａは１を含む，一般には
１より小さいと考えてよい）になっている。電磁波は伝
搬の過程で雨や霧等の存在により大きく減衰することが
ある。したがって，受信信号を正規化しないとすれば，
環境に応じてそのＨレベルは変動することがある。この
ようなより一般的な場合を想定したのが図３(B) であ
る。

【００５１】図３(C) では基準信号のＨレベルがａとな
っている。後に示す実施例におけるように，送信信号に
基づいて位相シフト信号を作成する場合がある。この場
合には基準信号が受信信号に対応することになる。

【００５２】上述のように，基準系列とシフト系列との
間で定義された演算が行われ，この演算結果が１符号系
列長にわたって積分されることにより相関（値）が求め
られる。この定義された演算の一例が図４に示されてい
る。

【００５３】図４(A) は図３(A) に示す基準系列とシフ
ト系列との間で行われる演算の定義の一例をテーブルの
形で示すものである。この演算は基準系列のレベル（１
または０）とシフト系列のレベル（１または０）との組
合せに応じてあらかじめ定められた演算値を選択するも
のである。すなわち，基準系列が１でかつシフト系列が
１の場合には演算値を１とし，基準系列が１でかつシフ
ト系列が０の場合には演算値を０とし，基準系列が０で
かつシフト系列が１の場合には演算値を−１とし，基準
系列が０でかつシフト系列が０の場合には演算値を０と
する。

【００５４】図４(B) は図３(B) に示す基準系列とシフ
ト系列との間で行われる演算の定義の一例を示すもので
ある。図４(A) と比較すると，シフト系列の１がａで置
換えられている。

【００５５】同じように図３(C) に示す基準系列とシフ
ト系列との間で行われる演算を定義することができる。
たとえば，図４(B) において，基準系列の１をａに，シ
フト系列のａを１にそれぞれ置換えればよい。

【００５６】図５は図４(A) および(B) に示すテーブル
によって定義された演算を波形を用いて表わしたもので
ある。図５の上半部分が図４(A) の定義による演算を，
下半部分が図４(B) の定義による演算をそれぞれ表わし
ている。これらの図における演算値が１符号系列長にわ
たって積分されることにより基準系列とシフト系列との
相関（値）が求められることになる。

【００５７】図６(A) および(B) は基準系列とシフト系
列との間の演算の他の定義の例を示している。図７は図
６(A) によって定義された演算を波形によって表わすも
のである。

【００５８】図８(A) および(B) は，図９(A) および
(B) ，ならびに図10(A) および(B) は，基準系列とシフ
ト系列との間の演算のさらに他の定義の例を示してい
る。このように，基準系列とシフト系列との間の相関の
ための演算には種々の定義を与えることができ，これら
以外にも他の定義がある。

【００５９】ｍ系列の上述のように定義された自己相関
の性質について次に検討する。

【００６０】図11は，図４(B) に示された定義にしたが
う演算を表わす波形の一部を示すものである。図11(A)
ではシフト信号は左にシフトされ，図11(B) ではシフト
信号は右にシフトされている。シフト量の絶対値はｘで
ある（さしあたってシフト量ｘの正負は考慮せずにその
絶対値のみを用いこれをｘで表わす）。

【００６１】これらの図において，符号系列のレベルが
１（またはａ）である連なりの長さをＴとする。「連な
り」とは，符号系列中で１（もしくはａ）または０が何
ビット（１ビットも含む）か連続したものをいう。

【００６２】たとえば図１に示す15ビットｍ系列には，
レベル（符号）が０である長さ４ビットの連なりが１
個，レベルが１である長さ３ビットの連なりが１個，レ
ベルが０である長さ２ビットの連なりが１個，レベルが
１である長さ２ビットの連なりが１個，レベルが０であ
る長さ１ビットの連なりが２個，レベルが１である長さ
１ビットの連なりが２個含まれている。

【００６３】図11(A) および(B) のいずれにおいても，
レベルが１（またはａ）である長さＴの連なりに関係す
る部分にのみ着目すると，その部分相関値Ｓ_Tは演算値
の波形においてハッチングで示された部分の積分値であ
り，次式で表わされる。

【００６４】

【数２】Ｓ_T＝（Ｔ−ｘ）ａ−ａｘ＝−２ａｘ＋ａＴ ‥式２

【００６５】次に１周期（１符号系列長）にわたる積分
により得られる相関値Ｓを求める。

【００６６】ｎ段のシフトレジスタから得られるｍ系列
１周期に含まれる長さＴの連なりの個数は２^n-(T+2)で
ある。ただし，長さｎのレベル１の連なりが１個，長さ
ｎ−１のレベル０の連なりが１個あったとすれば，長さ
ｎのレベル０の連なりおよび長さｎ−１のレベル１の連
なりは存在しない。逆もまた真である。たとえば，R.C.
Dixon 著，立野敏，片岡志津雄，飯田清訳「最新スペク
トラム拡散通信方式」ジャテック出版，初版，第59頁か
ら第60頁を参照。

【００６７】したがって，相関値Ｓは次式で与えられ
る。ただし−１≦ｘ≦１。

【００６８】

【数３】

【００６９】式３の第１項は長さが１ビットからｎ−２
ビットまでのレベル１の連なりに関する式２の総和であ
る。第２項は長さがｎ−１ビットであるレベル１の連な
りに関する式２の値である。

【００７０】式３の第２項のａ（ｎ−１）をａｎとして
もよい。この場合には，第２項は長さがｎビットである
レベル１の連なりに関する式２の値を表わすことにな
る。

【００７１】式３は次のように書きなおすことができ
る。

【００７２】

【数４】

【００７３】式４は，相関値Ｓがシフト量ｘの一時関数
であることを表わしている。すなわち，シフト量ｘを横
軸，相関値Ｓを縦軸にとると，相関値Ｓとシフト量の関
係は直線で表わされる。

【００７４】シフト量ｘについて正と負を考える。ｘが
正のとき式４は左上りの直線となり，ｘが負のとき右上
りの直線となる。そして，これらの２つの直線はｘ＝０
において，

【数５】の点で交わる。

【００７５】具体例を示す。符号系列を図１に示す15ビ
ット長ｍ系列符号とする。ｎ＝４である。またａ＝１と
する。

【００７６】式４は次のようになる。

【００７７】

【数６】Ｓ＝−８ｘ＋７（０≦ｘ≦１） ‥式６

【００７８】

【数７】Ｓ＝８ｘ＋７（−１≦ｘ≦０） ‥式７

【００７９】式６および式７で表わされるグラフが図12
に示されている。この図においてｘ軸は拡大されてい
る。

【００８０】図４のテーブルによって定義された演算を
用いた相関について説明したが，図６および図８〜図10
に示すテーブルによって定義された演算を用いた相関に
関しても上述の理論があてはまる。また，シフト量ｘの
絶対値が１ビットの範囲内であれば非最長系列について
も同じようにあてはまる。

【００８１】さらに式４において，係数ａはすべての項
に含まれている。したがって，ａが変化することによっ
て２つの直線はその勾配と交点のＳ座標位置が変化する
（ｘ座標位置は変化しない）。

【００８２】(2) 第１実施例第１発明の第１実施例について，図13から図15を参照し
て説明する。図14においては分りやすくするために送信
信号，受信信号，その他の信号はＨレベルが１，Ｌレベ
ルが０にそれぞれ正規化されているものとする。もっと
も，Ｈレベルの値は任意であり，正規化する必要は必ず
しもない。

【００８３】とくに図13と図14を参照して，クロック信
号発生器11から出力される第１クロック信号ＣＫ１は分
周器12に与えられ，分周されて第２クロック信号ＣＫ２
となる。この第２クロック信号ＣＫ２はｍ系列発生器13
に与えられる。上述したようにｍ系列発生器13はシフト
レジスタと帰還用論理回路とから構成されている。ｍ系
列発生器13の出力ｍ系列信号は送信信号ＴＳとして駆動
回路14に与えられる。レーザ・ダイオード15は駆動回路
14によって駆動され，ｍ系列信号を出力光強度によって
表わすレーザ光を発生する。このレーザ光は対象物に向
けて投射される。

【００８４】この投射レーザ光の対象物からの反射光は
フォトダイオード21によって受光される。フォトダイオ
ード21の出力信号は反射光の強度を表わしており，前置
増幅器22によって増幅され，受信信号ＲＳとして正転増
幅器23および反転増幅器24に与えられる。受信信号ＲＳ
は必要に応じて２値化されることにより波形整形され
る。

【００８５】正転増幅器23，反転増幅器24，アナログ・
スイッチ25，26，インバータ27および積分器28は相関器
を構成しており，送信信号ＴＳと受信信号ＲＳとの相関
をとる。

【００８６】正転増幅器23は入力する受信信号ＲＳをそ
のまま，または必要に応じて増幅して出力するものであ
る。反転増幅器24は，入力する受信信号ＲＳの０レベル
をそのまま保持し，１のレベルを−１のレベルに変換し
て出力するものである。反転増幅器24の出力信号がＩＳ
で示されている。

【００８７】アナログ・スイッチ25は送信信号ＴＳによ
って，アナログ・スイッチ26は送信信号ＴＳがインバー
タ27によって反転（１のレベルと０のレベルが交換され
る）されることにより得られる信号によってそれぞれ制
御される。アナログ・スイッチ25は送信信号が１のレベ
ルのときに入力する受信信号ＲＳを通過させる。アナロ
グ・スイッチ25の出力信号ＲＳＳは積分器28に与えられ
る。アナログ・スイッチ26は送信信号が０のレベルのと
きに入力する信号ＩＳを通過させる。アナログ・スイッ
チ26の出力信号ＩＳＳは積分器28に与えられる。積分器
28の入力信号ＡＳは両信号ＲＳＳとＩＳＳを合成した信
号となる。

【００８８】カウンタ16は第２のクロック信号ＣＫ２を
計数し，ｍ系列の１周期（15ビット長）が経過する毎に
リセット信号ＲＲを積分器28に与える。リセット信号Ｒ
Ｒは１ビット分の幅をもつ。あるリセット信号ＲＲの立
下り（トレーリング・エッジ）から次のリセット信号Ｒ
Ｒの立上り（リーディング・エッジ）までがｍ系列の１
符号系列長（１周期）であり，この期間が積分器28の積
分期間となる。したがって積分期間は１ビット幅分ずつ
ずれていくことになるが，どの期間をとっても，その期
間がｍ系列の１周期であれば上述した式４が成立つので
何ら問題はない。

【００８９】積分器28はリセット信号ＲＲが１のレベル
にある間リセット動作を行い（たとえばコンデンサの電
荷の放電），０レベルである積分期間において入力する
信号ＡＳを積分（たとえばコンデンサへの充電）し，積
分結果を表わす信号ＳＳを出力する。積分器28がリセッ
トされる直前の積分信号ＳＳの値が相関値を表わす。

【００９０】演算装置30はたとえばＣＰＵ，メモリおよ
びその周辺回路から構成され，積分器28がリセットされ
る直前の積分信号ＳＳを取込み（リセット信号ＲＲに基
づいて積分信号ＳＳの取込みと，その直後における積分
器28のリセットとを行うことは容易である），この積分
信号ＳＳによって表わされる相関値を用いて対象物まで
の距離を算出して出力する。

【００９１】上述したように最大検出距離を光が往復す
るのに要する時間とｍ系列の１ビット時間幅とは等しく
設定されている。そして，受光信号の送信信号に対する
シフト量（遅れ）ｘは，図15に示すように，対象物まで
の距離に比例している。また，シフト量ｘと相関値Ｓと
は式４で示すようにまたは図12に示すように線形関係に
ある。したがって，相関値Ｓと対象物までの距離も線形
関係にあり，この線形関係をあらかじめ設定しておくこ
とは可能である。演算装置30はこのようなあらかじめ設
定された相関値Ｓと対象物までの距離との関係を用いて
対象物までの距離を算出する。

【００９２】図13に示す実施例では相関器はアナログ回
路で構成されているが，ディジタル回路で構成すること
もできる。この場合には送信信号と受信信号とをそれぞ
れきわめて多数段のセルをもつシフトレジスタに格納
し，各段ごとに両信号を比較して上述した相関のための
演算（たとえば図４(A) のテーブルによって表わされる
演算）を行い，その結果を加算（積分）すればよい。こ
のシフトレジスタは第１のクロック信号ＣＫ１またはそ
れよりも高速のクロック信号によって駆動されるであろ
う。

【００９３】しかしながらディジタル処理の場合には上
記シフトレジスタの段数によって測距分解能が定められ
てしまう。これに対して図13に示すようなアナログ回路
の場合には原理的には測距分解能は無限大である。実際
には回路素子における誤差等に起因して測距分解能は有
限の値になるが，それでもきわめて高い分解能を得るこ
とができる。とくにｍ系列発生器13におけるシフトレジ
スタの段数を増加させて１符号系列長（ｍ系列の１周
期）を長くすれば相関値は増大するので分解能を高める
ことができる。

【００９４】第１実施例の距離測定装置においては，雨
や霧等によって光が減衰した場合には受信信号ＲＳのレ
ベルが低下し，これによって相関値が低下する。すなわ
ち，受信信号のレベル変動によって誤差が生じる可能性
がある。

【００９５】次に述べる第２実施例は受信信号のレベル
変動にかかわらず常に正確に距離を測定することができ
る。

【００９６】(3) 第２実施例図16から図18は第２の発明の第２の実施例を示してい
る。これらの図において，図13および図14に示すものと
同一回路，同一信号等には同一符号を付し重複説明を避
ける。

【００９７】とくに図16および図17を参照して，ｍ系列
によって変調されたレーザ光を投射する電気回路は図13
に示すものと同じである。対象物からの反射光を受信
し，相関値を求める回路が第１の実施例と異なってい
る。

【００９８】第２実施例では受信側に５つの相関器が設
けられている。第１の相関器は正転増幅器23Ａと，反転
増幅器24Ａと，アナログ・スイッチ25Ａ，26Ａと，イン
バータ27Ａと，積分器28Ａとから構成されている。第
２，第３，第４および第５の相関器も同じように，正転
増幅器23Ｂ，23Ｃ，23Ｄおよび23Ｅと，反転増幅器24
Ｂ，24Ｃ，24Ｄおよび24Ｅと，アナログ・スイッチ25
Ｂ，25Ｃ，25Ｄおよび25Ｅと，アナログ・スイッチ26
Ｂ，26Ｃ，26Ｄおよび26Ｅと，インバータ27Ｂ，27Ｃ，
27Ｄおよび27Ｅと，積分器28Ｂ，28Ｃ，28Ｄおよび28Ｅ
とからそれぞれ構成されている。

【００９９】これらの相関器にシフト信号を与えるため
に位相器31が設けられている。この位相器31はたとえば
シフトレジスタによって構成される。位相器31にはｍ系
列発生器13から送信信号ＴＳが与えられているととも
に，位相シフトのための（シフトレジスタの駆動のため
の）第３のクロック信号ＣＫ３が与えられている。この
実施例ではｍ系列発生器13から発生するｍ系列の１ビッ
ト（時間）幅を４つに分割するために，第３のクロック
信号ＣＫ３は１ビット幅の１／４の周期をもつ（すなわ
ち４ＭＨｚの周波数をもつ）。第１のクロック信号ＣＫ
１を分周器32によって４分周することにより第３のクロ
ック信号が得られる。分周器32を省略し，第１のクロッ
ク信号ＣＫ１を直接に位相器31に与えてもよい。

【０１００】位相器31からは５種類のシフト信号ＦＳ
Ａ，ＦＳＢ，ＦＳＣ，ＦＳＤおよびＦＳＥが出力され
る。第１のシフト信号ＦＳＡは送信信号ＴＳと同位相の
信号であり，第１の相関器に与えられる。第２のシフト
信号ＦＳＢは送信信号ＴＳよりもシフト量１／４（ｍ系
列の１ビット幅をシフト量１とする）すなわち第３クロ
ック信号ＣＫ３の１周期分遅れた信号であり，第２の相
関器に与えられる。同じように，第３，第４および第５
のシフト信号は送信信号ＴＳに対してそれぞれシフト量
２／４，３／４および４／４（第３クロック信号ＣＫ３
の２周期，３周期および４周期）遅れた信号であり，第
３，第４および第５の相関器にそれぞれ与えられる。

【０１０１】第１〜第５の各相関器の動作は第１実施例
における相関器の動作と全く同じである。第１の相関器
において第１のシフト信号ＦＳＡはアナログ・スイッチ
25Ａと26Ａをそれぞれ制御するために用いられる。同じ
ように，第２，第３，第４および第５の相関器におい
て，第２，第３，第４および第５のシフト信号ＦＳＢ，
ＦＳＣ，ＦＳＤおよびＦＳＥはそれぞれアナログ・スイ
ッチ25Ｂと26Ｂ，25Ｃと26Ｃ，25Ｄと26Ｄおよび25Ｅと
26Ｅを制御するために用いられる。

【０１０２】これらの相関器の積分器28Ａ，28Ｂ，28
Ｃ，28Ｄおよび28Ｅからはそれぞれ積分信号ＳＳＡ，Ｓ
ＳＢ，ＳＳＣ，ＳＳＤおよびＳＳＥが出力される。演算
装置30はこれらの積分器28Ａ〜28Ｅがカウンタ16によっ
てリセットされる直前に積分信号ＳＳＡ〜ＳＳＥによっ
てそれぞれ表わされる相関値（これらの相関値をそれぞ
れＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤおよびＳＥで表わす）を取込
む。

【０１０３】上述したように，また図12に表わされてい
るように，基準系列とシフト系列との間のシフト量ｘを
横軸，相関値Ｓを縦軸にとった場合に，これらの関係は
シフト量ｘの正，負の領域でそれぞれ勾配の絶対値が等
しくかつその符号（正，負）が反対の直線によって表わ
され，これらの２つの直線はシフト量ｘが０の点で交わ
る。またシフト量は距離と比例関係にあり，シフト量１
は最大検出距離150 ｍに対応する。

【０１０４】図16に示す５つの相関器から得られる相関
値ＳＡ〜ＳＥは受信信号を基準として，この受信信号に
対してシフト信号ＦＳＡ〜ＦＳＥがどちらの方向（正ま
たは負）にどれだけシフトしているかを表わしている。
したがって，これらの相関値ＳＡ〜ＳＥを，図18に示す
ように，横軸を距離（シフト信号のシフト量），縦軸を
相関値とする直交座標においてプロットし，それらの点
を結ぶと，勾配の絶対値が等しくかつ符号が反対（正と
負）の２つの直線が得られる。これらの２つの直線の交
点は受信信号との位相差（シフト量）が０のシフト信号
のシフト量（対応する距離），すなわち受信信号のシフ
ト量（対象物までの距離）を表わしている。

【０１０５】演算装置30は取込んだ相関値ＳＡ〜ＳＥを
用いて２つの直線を求め，これらの直線の交点を求める
ことにより，対象物までの距離を算出する。

【０１０６】２つの直線を得るためには，少なくともシ
フト量が０のシフト信号ＦＳＡと，シフト量が１のシフ
ト信号ＦＳＥと，シフト量が０〜１の範囲にあるシフト
信号との３種類を用いればよい。これらの少なくとも３
種類のシフト信号と受信信号との間の少なくとも３つの
相関値が得られる。このうちで少なくとも２つの相関値
を用いて一方の直線が求められる。他方の直線は上記一
方の直線と勾配の絶対値が等しくかつ符号が反対であ
る。したがって残りの１つの相関値と一方の直線の勾配
とを用いて他方の直線を求めることができる。２つの直
線が得られればその交点から距離が算出される。

【０１０７】もちろん多種類のシフト信号を用いれば２
つの直線をより正確に求めることができるようになる。

【０１０８】受信信号ＲＳのレベルが変動した場合には
得られる相関値ＳＡ〜ＳＥも変動する。しかし，上述し
たように相関値ＳＡ〜ＳＥは線形関係を保持したまま変
化する。したがって，図18に破線で示すように，受信信
号のレベルが低下した場合に得られる相関値を用いて算
出される直線の交点の距離座標は変動せず，同じ検出距
離を表わす。

【０１０９】このようにして，たとえ雨や霧が存在する
ことによってレーザ光が減衰し，受信信号のレベルが低
下したとしても正確に対象物までの距離を測定すること
ができる。受信信号にノイズが混入した場合も同じ理由
によって対象物までの距離を正確に測定できる。

【０１１０】図16に示す５つの相関器もまたディジタル
回路によって構成することが可能である。この場合に，
５つのディジタル相関器を並列に並べて並行処理を行っ
てもよいし，１つの相関器のみを設け５つの相関演算を
直列的に行うこともできる。すなわち，受信信号を一方
のシフトレジスタに格納し，第１のシフト信号を他方の
シフトレジスタに格納する。２つのシフトレジスタを用
いて第１の相関値を得る。次に他方のシフトレジスタの
第１のシフト信号をシフト量１／４だけシフトして第２
のシフト信号を生成する。そして，この第２のシフト信
号と受信信号との相関演算を行う。このようにして，他
方のシフトレジスタのシフト信号を順次シフトしながら
相関をとっていく。

【０１１１】(4) 第３実施例図19から図21は第３の発明の第３の実施例を示してい
る。図19は図13に示す第１実施例に対応するものであ
り，図13に示すものと同一物には同一符号を付し重複説
明を省く。また，図21は図16に示す第２実施例に対応す
るものであり，ここにおいても図16に示すものと同一物
には同一符号を付す。

【０１１２】図19および図20を参照して，第３実施例は
レーザ・ダイオード15を間欠的に駆動するようにしたも
のである。

【０１１３】タイマ17が設けられており，このタイマ17
には第２のクロック信号ＣＫ２が入力している。タイマ
17はｍ系列発生器13から発生するｍ系列信号ＭＳの１周
期（１符号系列長）に相当する時間を計時し，この時間
の周期で交互にＨレベルとＬレベルを繰返すタイマ出力
信号ＴＯを出力する。

【０１１４】このタイマ出力信号ＴＯはＡＮＤゲート18
に与えられる。ｍ系列信号ＭＳはタイマ出力信号ＴＯが
ＨレベルのときにＡＮＤゲート18を経て送信信号ＴＳと
して駆動回路14に与えられる。したがって，レーザ・ダ
イオード15はタイマ出力信号ＴＯがＨレベルのときのみ
間欠的に駆動されることになる。

【０１１５】タイマ出力信号ＴＯはまた積分器28および
演算装置30に与えられる。積分器28はタイマ出力信号Ｔ
Ｏの立下りによってリセットされる。演算装置30は積分
器28がリセットされる直前の積分信号を取込む。

【０１１６】説明を分りやすくするために上記の回路で
はｍ系列信号ＭＳの１周期ごとにタイマ出力信号ＴＯが
ＨレベルとＬレベルの間を反転することになっている
が，タイマ出力信号ＴＯがＨレベルの期間はｍ系列信号
ＭＳの１または複数周期に設定することができる。タイ
マ出力信号ＴＯがＬレベルの期間も同様である。タイマ
出力信号ＴＯがＨレベルである期間とＬレベルである期
間は同じでなくてもよいのはいうまでもない。

【０１１７】図21においても全く同じようにしてレーザ
・ダイオード15は間欠的に駆動される。

【０１１８】このように，第３実施例においてはレーザ
・ダイオードを間欠的に駆動しているので，連続的に駆
動する場合に比べてレーザ・ダイオードの寿命が長くな
るとともに消費電力が少なくてすむという利点がある。
また，連続発振する場合に比べて単位時間当りのレーザ
放射エネルギが小さくなるので，安全性が高まるという
特徴もある。

【０１１９】図19，図21においてもディジタル回路構成
とすることができるのはいうまでもない。

【０１２０】(5) 最小２乗法を用いた距離測定上述した第２実施例において，受信信号と３種類以上の
シフト信号のそれぞれとの相関値が得られたのち，これ
らの相関値を用いて２つの直線を求め，さらにこれらの
２つの直線の交点を求めることにより対象物までの距離
を求めている。ノイズ，回路誤差等により得られる相関
値がばらついた場合にできるだけ正確に２つの直線を求
めることができるように最小２乗法を利用した距離測定
処理について説明する。

【０１２１】この距離測定処理のために図16に示す回路
構成がそのまま利用できる。位相器31から発生するシフ
ト信号の種類数を増加させ，かつ相関器の数を増加させ
ることにより，得られる相関値の数を増加させることが
好ましい。相関値の数が多い方が精度が向上する。

【０１２２】位相器から発生するシフト信号には，シフ
ト量０およびシフト量１のシフト信号を含ませておくこ
とが必要である。シフト量０のシフト信号と受信信号と
の相関値をＳ０，シフト量１のシフト信号と受信信号と
の相関値をＳ１とする。

【０１２３】演算装置30のメモリには図22に示すよう
に，シフト信号のシフト量にそれぞれ対応して，そのシ
フト量のシフト信号と受信信号との間の相関器から得ら
れた相関値が記憶される。これらの相関値のうちの最大
値をＳＭとする。

【０１２４】最大値ＳＭの相関値を境として，得られた
相関値は２つの直線に対応した２つのグループに分ける
ことができる筈である。最大値ＳＭを２つのグループの
うちのどちらに入れるべきかの問題があるので，ここで
は最大値ＳＭを一方のグループに入れた場合と，他方の
グループに入れた場合との両方について２つの直線を求
め，より適切な方を最終的に選択するようにしている。

【０１２５】図23は演算装置30に含まれるＣＰＵによっ
て実行される距離測定（算出）処理の手順を示してい
る。

【０１２６】複数の相関器から得られる相関値が取込ま
れ，メモリに記憶される（ステップ101 ）。これらの相
関値のうちの最大値ＳＭが捜し出される（ステップ102
）。

【０１２７】この最大値ＳＭが端にあるかどうか，すな
わちシフト量０のシフト信号と受信信号との相関値が最
大値ＳＭを示しているか，またはシフト量１のシフト信
号と受信信号との相関値が最大値ＳＭを示しているかが
チェックされる（ステップ103 ）。

【０１２８】シフト量０のシフト信号と受信信号との相
関値が最大値ＳＭを示している場合には，図25(A) に示
すように，負の勾配をもつ１つの直線が得られる筈であ
る。この場合にはシフト量０に相当する距離，すなわち
０ｍが検出距離となる（ステップ112 ）。

【０１２９】シフト量１のシフト信号と受信信号との相
関値が最大値ＳＭを示している場合には，図25(B) に示
すように，正の勾配をもつ１つの直線が得られる筈であ
る。この場合にはシフト量１に相当する距離，すなわち
最大検出距離（150 ｍ）が検出距離となる（ステップ11
2 ）。

【０１３０】上記以外の場合には相関値から２つの直線
が得られる筈である。

【０１３１】まず，図24(A) に示すように，最大値ＳＭ
を右のグループＧＲ（負の勾配をもつ直線を形成する相
関値のグループ，すなわち最大値ＳＭを相関値として生
成したシフト信号のシフト量よりもシフト量の大きいシ
フト信号により得られる相関値の属するグループ）に入
れる（ステップ104 ）。この右のグループＧＲに属する
相関値を用いて最小２乗法により直線ＬＲＲが求められ
る。直線ＬＲＲの勾配の絶対値をａＲＲとする。同じよ
うに左のグループＧＬ（正の勾配をもつ直線を形成する
相関値のグループ，すなわち最大値ＳＭを相関値として
生成したシフト信号のシフト量よりもシフト量の小さい
シフト信号により得られる相関値の属するグループ）に
属する相関値を用いて最小２乗法により直線ＬＬＲが求
められる。直線ＬＬＲの勾配の絶対値をａＬＲとする
（ステップ105 ）。

【０１３２】このようにして得られた直線ＬＲＲの勾配
の絶対値ａＲＲと直線ＬＬＲの勾配の絶対値ａＬＲとの
差が求められる。この差をｄＲとする（ステップ106
）。

【０１３３】次に，図24(B) に示すように，最大値ＳＭ
を左のグループＧＬに入れる（ステップ107 ）。最大値
ＳＭを含まない右のグループＧＲに属する相関値を用い
て最小２乗法により直線ＬＲＬが求められる。直線ＬＲ
Ｌの勾配の絶対値をａＲＬとする。最大値ＳＭを含む左
のグループＧＬに属する相関値を用いて最小２乗法によ
り直線ＬＬＬが求められる。直線ＬＬＬの勾配の絶対値
をａＬＬとする（ステップ108 ）。

【０１３４】このようにして得られた直線ＬＲＬの勾配
の絶対値ａＲＬと直線ＬＬＬの勾配の絶対値ａＬＬとの
差が求められる。この差をｄＬとする（ステップ109
）。

【０１３５】このようにして得られた差ｄＲとｄＬが比
較され，小さい方が選択され（ステップ110 ），選択さ
れた差を生成した勾配をもつ２つの直線の交点が求めら
れ，この交点から対象物までの距離が算出される（ステ
ップ111 ，112 ）。

【０１３６】たとえば，差ｄＲの方が差ｄＬよりも小さ
い場合には，２つの直線ＬＲＲとＬＬＲとの交点から距
離ＤＲが得られる（図24(A) ）。逆の場合には２つの直
線ＬＲＬとＬＬＬとの交点から距離ＤＬが得られる（図
24(B) ）。

【図面の簡単な説明】

【図１】クロック信号とそれを用いて生成されるｍ系列
信号とを示す波形図である。

【図２】図１に示す波形図の一部を拡大して示す波形図
である。

【図３】(A) ，(B) および(C) はそれぞれ，基準系列と
シフト系列の例を示す波形図である。

【図４】(A) および(B) は相関をとるための基準系列と
シフト系列との間の演算の定義の例をそれぞれ示すテー
ブルである。

【図５】図４のテーブルによって定義された演算を波形
によって表わす波形図である。

【図６】(A) および(B) は相関のための演算の定義の他
の例をそれぞれ示すテーブルである。

【図７】図６(A) のテーブルによって定義された演算を
波形によって表わす波形図である。

【図８】(A) および(B) は相関のための演算の定義の他
の例をそれぞれ示すテーブルである。

【図９】(A) および(B) は相関のための演算の定義の他
の例をそれぞれ示すテーブルである。

【図１０】(A) および(B) は相関のための演算の定義の
さらに他の例をそれぞれ示すテーブルである。

【図１１】(A) および(B) は相関の性質を説明するため
に相関値を求める様子を示す波形図である。

【図１２】相関値とシフト信号のシフト量との関係を示
すグラフである。

【図１３】第１の実施例による距離測定装置を示すブロ
ック図である。

【図１４】図13に示す装置における各ブロックの入出力
信号を示す波形図である。

【図１５】シフト信号のシフト量と距離との関係を示す
グラフである。

【図１６】第２の実施例による距離測定装置を示すブロ
ック図である。

【図１７】図16に示す装置における各ブロックの入出力
信号を示す波形図である。

【図１８】第２の実施例における距離算出処理の原理を
示すグラフである。

【図１９】第３の実施例における距離測定装置の一例を
示すブロック図である。

【図２０】図19に示す各ブロックの入出力信号を示す波
形図である。

【図２１】第３の実施例における距離測定装置の他の例
を示すブロック図である。

【図２２】演算装置に含まれるメモリの内容を示すもの
である。

【図２３】最小２乗法を用いて距離を演算する処理手順
を示すフロー・チャートである。

【図２４】(A) および(B) は距離演算の様子を示すグラ
フである。

【図２５】(A) および(B) は距離演算の様子を示すグラ
フである。

【符号の説明】

11 クロック信号発生器 12，32 分周器 13 ｍ系列発生器 14 駆動回路 15 レーザ・ダイオード 16 カウンタ 17 タイマ 18 ＡＮＤゲート 21 フォトダイオード 23，23Ａ〜23Ｅ正転増幅器 24，24Ａ〜24Ｅ反転増幅器 25，26，25Ａ〜25Ｅ，26Ａ〜26Ｅアナログ・スイッチ 28，28Ａ〜28Ｅ積分器 30 演算装置 31 位相器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮崎秀徳京都市右京区花園土堂町10番地オムロン株式会社内 (72)発明者鎌田昭司京都市右京区花園土堂町10番地オムロン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】符号系列の１ビット時間幅が最大検出距
離を電磁波が往復するのに要する時間に等しいかまたは
それよりも長い時間に設定された符号系列を表わす信号
を発生する符号系列発生手段，上記符号系列発生手段の出力信号が送信信号として与え
られ，上記符号系列によって振幅変調された電磁波を送
信する送信手段，上記送信電磁波の対象物からの反射波を受信し，受信し
た反射電磁波の振幅復調信号を受信信号として出力する
受信手段，１または複数符号系列長にわたって上記送信信号と受信
信号との相関をとる相関手段，および相関値と対象物ま
での距離との間のあらかじめ定められた関係を用いて，
上記相関手段によって得られた相関値を対象物までの距
離に変換する演算手段，を備えた距離測定装置。
【請求項２】送信信号を１または複数符号系列長で区
切りながら間欠的に上記送信手段を駆動する間欠駆動手
段をさらに備えた請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】上記送信信号と受信信号との相関をとる
演算が，送信信号のレベルと受信信号のレベルとの組合
せに応じて定められた値を採用する演算を含む請求項１
に記載の距離測定装置。
【請求項４】上記相関手段が，上記送信信号と受信信
号との間で所定の演算を行う演算手段と，この演算手段
による演算結果を１または複数符号系列長にわたって積
分する積分手段とを含む請求項１に記載の距離測定装
置。
【請求項５】上記相関手段が，１または複数符号系列
長ごとに上記積分手段をリセットする手段をさらに含む
請求項４に記載の距離測定装置。
【請求項６】上記符号系列がｍ系列である請求項１に
記載の距離測定装置。
【請求項７】符号系列の１ビット時間幅が最大検出距
離を電磁波が往復するのに要する時間に等しいかまたは
それよりも長い時間に設定された符号系列を表わす信号
を発生する符号系列発生手段，上記符号系列発生手段の出力信号が送信信号として与え
られ，上記符号系列によって振幅変調された電磁波を送
信する送信手段，上記送信電磁波の対象物からの反射波を受信し，受信し
た反射電磁波の振幅復調信号を受信信号として出力する
受信手段，上記送信信号の位相を，上記符号系列の１ビット時間幅
をシフト量１として１シフト量の範囲内で少なくとも３
種類のシフト量シフトさせて少なくとも３種類のシフト
信号を作成する位相シフト手段，１または複数符号系列長にわたって，上記受信信号と上
記位相シフト手段から得られる各シフト信号との相関を
それぞれとる相関手段，ならびに上記相関手段から得ら
れる少なくとも３つの相関値を用いて描かれる勾配の絶
対値が等しくかつ正および負の勾配をもつ２つの直線の
交点の座標から対象物までの距離を演算する演算手段，を備えた距離測定装置。
【請求項８】上記の少なくとも３種類のシフト信号
が，上記送信信号の位相を，シフト量０および１シフト
させて得られるシフト信号を含む請求項７に記載の距離
測定装置。
【請求項９】送信信号を１または複数符号系列長で区
切りながら間欠的に上記送信手段を駆動する間欠駆動手
段をさらに備えた請求項７に記載の距離測定装置。
【請求項１０】上記シフト信号と受信信号との相関を
とる演算が，各シフト信号のレベルと受信信号のレベル
との組合せに応じて定められた値を採用する演算を含む
請求項７に記載の距離測定装置。
【請求項１１】上記相関手段が，上記各シフト信号と
受信信号との間で所定の演算をそれぞれ行う演算手段
と，この演算手段による演算結果を１または複数符号系
列長にわたってそれぞれ積分する積分手段とを含む請求
項７に記載の距離測定装置。
【請求項１２】上記相関手段が，１または複数符号系
列長ごとに上記積分手段をリセットする手段をさらに含
む請求項11に記載の距離測定装置。
【請求項１３】上記符号系列がｍ系列である請求項７
に記載の距離測定装置。
【請求項１４】符号系列によって振幅変調された電磁
波を対象物に向けて送信し，その電磁波の対象物からの
反射波を受信し，送信信号と受信信号との相関をとり，
得られた相関値に基づいて対象物までの距離を測定する
方法において，上記符号系列の１ビット時間幅を最大検出距離を電磁波
が往復するのに要する時間に等しく設定し，かつ上記符
号系列の１または複数符号系列長にわたって相関をとる
ことを特徴とする距離測定方法。
【請求項１５】相関値と対象物までの距離との間のあ
らかじめ定められた関係を用いて，得られた相関値を対
象物までの距離に変換する請求項14に記載の距離測定方
法。
【請求項１６】上記送信信号の位相を，上記符号系列
の１ビット時間幅をシフト量１として１シフト量の範囲
内で少なくとも３種類のシフト量シフトさせて少なくと
も３種類のシフト信号を作成し，１または複数符号系列長にわたって，上記受信信号と上
記の位相シフト処理により得られる各シフト信号との相
関をそれぞれとり，上記相関処理により得られる少なくとも３つの相関値を
用いて描かれる勾配の絶対値が等しくかつ正および負の
勾配をもつ２つの直線の交点の座標から対象物までの距
離を演算する請求項14に記載の距離測定方法。
【請求項１７】符号系列信号の最小パルス幅が最大検
出距離を電磁波が往復するのに要する時間に等しいかま
たはそれよりも長い時間に設定された符号系列信号を生
成し，上記符号系列信号によって符号化された電磁波を対象物
に向けて送波し，対象物からの反射電磁波を受信し，受信した反射電磁波
を表わす受信信号を作成し，１または複数符号系列長にわたって上記符号系列信号と
受信信号との相関をとり，相関値と対象物までの距離との間のあらかじめ定められ
た関係を用いて，上記相関処理によって得られた相関値
を対象物までの距離に変換する，距離測定方法。
【請求項１８】符号系列信号の最小パルス幅が最大検
出距離を電磁波が往復するのに要する時間に等しいかま
たはそれよりも長い時間に設定された符号系列信号を生
成し，上記符号系列信号によって符号化された電磁波を対象物
に向けて送波し，対象物からの反射電磁波を受信し，受信した反射電磁波
を表わす受信信号を作成し，上記符号系列信号の位相を，上記最小パルス幅をシフト
量１として１シフト量の範囲内で少なくとも３種類のシ
フト量シフトさせることにより少なくとも３種類のシフ
ト信号を作成し，１または複数符号系列長にわたって，上記受信信号と上
記の各シフト信号との相関をそれぞれとり，上記相関処理により得られた少なくとも３つの相関値を
用いて描かれる勾配の絶対値が等しくかつ正および負の
勾配をもつ２つの直線の交点の座標から対象物までの距
離を演算する，距離測定方法。
【請求項１９】送信信号を１または複数符号系列長で
区切りながら間欠的に電磁波を送波する請求項17または
18に記載の距離測定方法。
【請求項２０】上記符号系列信号またはこれをシフト
することにより得られる各シフト信号と受信信号との相
関をとる演算が，上記符号系列信号または各シフト信号
のレベルと受信信号のレベルとの組合せに応じて定めら
れた値を採用する演算を含む請求項17または18に記載の
距離測定方法。
【請求項２１】上記符号系列がｍ系列である請求項17
または18に記載の距離測定方法。
【請求項２２】上記の少なくとも３種類のシフト信号
が，上記符号系列信号の位相を，シフト量０および１シ
フトさせて得られるシフト信号を含む請求項18に記載の
距離測定方法。
【請求項２３】第１の符号系列と，この第１の符号系
列がその１ビット幅の範囲内でシフトされることにより
得られる第２の符号系列との自己相関をとる装置におい
て，上記第１の符号系列の位相を，上記１ビット幅をシフト
量１として１シフト量の範囲内で，シフト量０および１
を含む少なくとも３つの異なる量シフトさせて少なくと
も３種類の第３の符号系列を作成する位相シフト手段，
および１または複数符号系列長にわたって，上記第２の
符号系列と上記位相シフト手段から得られる第３の各符
号系列との相関をそれぞれ演算する相関手段，を備えた相関装置。
【請求項２４】上記相関手段から得られた少なくとも
３つの相関値を用いて描かれる勾配の絶対値が等しくか
つ正および負の勾配をもつ２つの直線の交点の座標から
上記第１の符号系列に対する第２の符号系列のシフト量
を演算する演算手段をさらに備えた請求項23に記載の相
関装置。
【請求項２５】上記第２の符号系列と第３の各符号系
列との相関をとる演算が，これら２つの符号系列の値の
組合せに応じて定められた値を採用する演算を含む請求
項23に記載の相関装置。
【請求項２６】第１の符号系列と，この第１の符号系
列がその１ビット幅の範囲内でシフトされることにより
得られる第２の符号系列との自己相関をとる方法におい
て，上記第１の符号系列の位相を，上記１ビット幅をシフト
量１として１シフト量の範囲内で，シフト量０および１
を含む少なくとも３つの異なる量シフトさせて少なくと
も３種類の第３の符号系列を作成し，１または複数符号系列長にわたって，上記第２の符号系
列と上記位相シフト処理により得られる第３の各符号系
列との相関をそれぞれ演算する，相関方法。
【請求項２７】上記相関処理により得られた少なくと
も３つの相関値を用いて描かれる勾配の絶対値が等しく
かつ正および負の勾配をもつ２つの直線の交点の座標か
ら上記第１の符号系列に対する第２の符号系列のシフト
量を演算する請求項26に記載の相関方法。
【請求項２８】上記第２の符号系列と第３の各符号系
列との相関をとる演算が，これら２つの符号系列の値の
組合せに応じて定められた値を採用する演算を含む請求
項26に記載の相関方法。