JPH07325152A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置間の干渉確率を大幅に低減して信頼性が
高く、目に対する安全性が高くて安価な距離測定装置を
提供すること。 【構成】 本発明の距離測定装置は、目標物にパルス信
号を送信する送信手段と、前記目標物からの反射パルス
信号を受信する受信手段と、前記送信手段のパルス信号
が送信されてから前記受信手段で反射パルス信号が受信
されるまでの伝播時間を測定し、前記伝播時間に基づい
て前記目標物までの距離を算出する距離検出手段とを備
えた距離測定装置において、所定周期の送信タイミング
信号を発生する送信タイミング信号発生手段と、ランダ
ムな長さの遅延時間を生成し、前記送信タイミング信号
の発生毎に前記遅延時間分遅れて送信開始信号を発生す
る送信開始信号発生手段とを備え、前記送信手段は、前
記送信開始信号に基づいて前記目標物に向かってパルス
信号を送信する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は距離測定装置に関し、特
に、パルス信号の走行時間から距離を測定する装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、この種の従来の距離測定装置の
構成を概略的に示すブロック図である。図４の装置で
は、マイクロコンピュータ２から距離測定を開始するた
めに送信部３に送信開始信号が出力されると同時に、Ａ
／Ｄ変換器６にはサンプリングを開始するためのサンプ
リング信号を、受信波形メモリ部７にはアドレス設定を
開始するためのアドレス設定信号が出力される。なお、
送信開始信号、サンプリング信号およびアドレス設定信
号は、基準クロック発生器１の時間計測をするための基
準クロックに同期してマイクロコンピュータ２から出力
される。

【０００３】送信開始信号を受けた送信部３は直ちに装
置外部の物体に向かって送信パルスを出力し、物体から
の反射信号を受信部４で受信する。受信した信号はアン
プ５で増幅され、次いでＡ／Ｄ変換器６でデジタル信号
に変換され、受信波形メモリ部７の所定のアドレスに記
憶される。受信波形メモリ部７の内容は送信開始信号毎
に平均化され、一定回数の受信波形データを収集した後
に目標信号を検出して物体までの距離を求める。

【０００４】次いで、目標信号から距離を求める方法に
ついて説明する。上述したように、受信波形メモリ部７
のアドレス設定は、基準クロックに対応している。すな
わち、１アドレス当り「１／基準クロック周波数」の時
間に相当する。このため、受信波形メモリ部７のデータ
のうち設定閾値を越えたデータを目標信号とすれば、目
標信号を検出したアドレス（ｎ）と目標信号までのパル
ス信号走行時間（Ｔ）との間に次の式（ａ）で表す関係
が成立する。 Ｔ＝ｎ／基準クロック周波数 （ａ） マイクロコンピュータ２では、式（ａ）に基づいて求め
られたパルス信号走行時間（Ｔ）およびパルス信号速度
に基づいて、物体までの距離を演算することができる。
マイクロコンピュータ２で演算された距離データは、表
示部８に出力され表示される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来の距離測定
装置を車の車間距離センサに適用するような使用環境を
考えた場合に、同種の装置の数が増加することが予想さ
れる。その結果、従来の装置構成では、パルス信号が干
渉して目標物を誤認し、誤った測定値を表示する可能性
がある。例えば、対向車が同一の車間距離センサを搭載
していて且つ双方の車間距離センサが同じタイミングで
送信パルスを出力したような場合において先行車と対向
車とがすれ違った状態では、自車の送信パルスに対する
先行車からのエコーを受信する前に対向車の送信パルス
を受信してしまう。このように、従来の距離測定装置で
は、先行車との実際の車間距離より短い車間距離を検出
してしまうことがあるという不都合があった。

【０００６】また、パルス信号としてレーザ等の光信号
を出力する場合、出力パワーが同一であれば送信信号パ
ルス幅が短い方が目に対してより安全である。しかしな
がら、送信信号パルス幅を短くすると、パルス信号のサ
ンプリング時間を高速にする必要がある。例えば、１０
ｎｓｅｃパルス幅の信号をサンプリングする場合、目標
信号を確実に検出するには５ｎｓｅｃ（２００ＭＨｚ）
のサンプリングクロックが必要になる。このように高速
なクロックを使用する場合、高速応答性を有する素子が
必要になる。すなわち、汎用のデジタルＩＣを使用する
ことができず特殊で高価な部品を使用することになり、
測定装置の価格は非常に高価なものとなるという不都合
があった。

【０００７】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、装置間の干渉確率を大幅に低減して信頼性が
高く、目に対する安全性が高くて安価な距離測定装置を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、目標物にパルス信号を送信する
送信手段と、前記目標物からの反射パルス信号を受信す
る受信手段と、前記送信手段のパルス信号が送信されて
から前記受信手段で反射パルス信号が受信されるまでの
伝播時間を測定し、前記伝播時間に基づいて前記目標物
までの距離を算出する距離検出手段とを備えた距離測定
装置において、所定周期の送信タイミング信号を発生す
る送信タイミング信号発生手段と、ランダムな長さの遅
延時間を生成し、前記送信タイミング信号の発生毎に前
記遅延時間分遅れて送信開始信号を発生する送信開始信
号発生手段とを備え、前記送信手段は、前記送信開始信
号に基づいて前記目標物に向かってパルス信号を送信す
ることを特徴とする距離測定装置を提供する。

【０００９】本発明の好ましい態様によれば、所定周波
数のクロックパルスを発生するクロックパルス発生手段
と、前記送信タイミング信号の発生毎に前記遅延時間分
遅れて更にサンプリング開始信号を発生するサンプリン
グ開始信号発生手段とを更に備え、前記送信開始信号発
生手段および前記サンプリング開始信号発生手段は、前
記クロックパルスに同期して前記遅延時間を生成し、前
記クロックパルスに同期し、前記サンプリング開始信号
を受けてから前記受信手段からの反射パルス信号を所定
期間に亘りサンプリングするサンプリング手段と、前記
サンプリングされた反射パルス信号からの受信データを
前記サンプリング開始信号毎に記憶する記憶手段とを更
に備え、前記距離検出手段は、前記記憶手段に記憶され
た受信データの信号レベルに基づいて前記目標物のデー
タを検出し、前記記憶手段の目標物のデータに基づき前
記送信から受信までの伝播時間を測定する。

【００１０】

【作用】本発明の距離測定装置では、パルス信号の送信
開始信号を所定周期とランダムな周期とを合わせ持った
周期で生成する。すなわち、所定周期の送信タイミング
信号からランダムな長さの遅延時間だけ遅らせて送信開
始信号を生成するので、パルス信号の送信を一定周期で
はなくランダムにすることができる。したがって、送信
開始がランダムなパルス信号送信毎の複数回の受信波形
を平均化することによって、外部から規則的に入るパル
ス信号をランダムな雑音と同様に低減することができる
ため、上述した干渉による誤測距を確実に防止すること
ができる。

【００１１】また、同じ距離測定装置からの送信パルス
信号に対しても、パルス信号の送信がランダムなので２
つの同じ距離測定装置間においてパルス信号の送信タイ
ミングが同一になることが実質的にないため、干渉確率
が低く抑えられ装置の信頼性は著しく向上する。さら
に、上述の複数回の受信波形の平均化により、雑音レベ
ルを低下することが可能であり、その結果Ｓ／Ｎ比が向
上し測距可能範囲を拡大することができる。

【００１２】また、送信タイミングとサンプリングタイ
ミングとの位相差を順次変化させながら、換言すればパ
ルス信号の送信タイミングをサンプリングタイミングに
対して順次変化させながら測距することにより、狭いパ
ルス幅の送信パルス信号を比較的遅いサンプリングタイ
ミングで検出することができる。すなわち、送信パルス
幅を狭くすることにより目に対して安全な距離測定装置
が提供可能になるとともに、汎用の素子でも高速のサン
プリングタイミングが可能になる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を、添付図面に基づい
て説明する。図１は、本発明の第１実施例にかかる距離
測定装置の構成を示すブロック図である。図１におい
て、マイクロコンピュータ部１０は、本実施例の距離測
定装置の制御部を構成しており、たとえばＣＰＵ、ＲＯ
Ｍ、ＲＡＭおよび入出力ポートから構成されている。な
お、装置全体を小型化する場合には、マイクロコンピュ
ータ部１０を１チップマイクロコンピュータで構成する
ことも可能である。基準発振器１１は、パルス走行時間
を計測する時間基準となる第１のクロックパルス１０２
を発生する第１のクロックパルス発生手段であり、たと
えば周波数安定度の高い水晶発振器で構成されている。

【００１４】ＰＬＬ発振器１２は、基準発振器１１から
の第１のクロックパルス１０２に基づいて同じ周波数を
有するが位相の異なる第２のクロックパルス１０３を発
生する第２のクロックパルス発生手段である。ＰＬＬ発
振器１２は、制御電圧により出力周波数を制御すること
のできるＶＣＯ（ボルテージコントロールオシレータ）
と、第１のクロックパルス１０２と第２のクロックパル
ス１０３との位相差を検出する位相差検出器と、位相差
検出器の出力を制御電圧に変換するアクティブＬＰＦ
（ローパスフィルタ）とから構成されている。第１のク
ロックパルス１０２と第２のクロックパルス１０３との
位相差を変化させるためのオフセット電圧（位相差設定
信号１００）が、マイクロコンピュータ部１０からＰＬ
Ｌ発振器１２のアクティブＬＰＦに入力することができ
るようになっている。

【００１５】疑似ランダム信号発生部１３はたとえばＭ
系列信号発生器からなり、パルス信号の送信毎に送信タ
イミングを変化させるための疑似ランダムデータ１０４
を更新して出力する。カウンタ部１４はたとえばカウン
タ回路からなり、パルス信号の送信毎に疑似ランダム信
号発生部１３からロードされた疑似ランダムデータ１０
４を、ＰＬＬ発振器１２からの第２のクロックパルス１
０３でカウントして、サンプリング開始信号および送信
開始信号１０６を出力する。

【００１６】送信部１５はパルス発光レーザダイオード
とレーザダイオードドライブ回路とから構成され、カウ
ンタ部１４からの送信開始信号１０６に基づいて所定の
目標物に向かってパルス信号１０７を送信する。受信部
１６は、光電変換素子（本実施例ではアバランシェフォ
トダイオード）とトランスインピーダンスアンプとから
構成され、送信部１５から送信された光パルス信号１０
７に対する目標物からのエコー、すなわち受信パルス１
０８を受信して電気信号１０９に変換して出力する。

【００１７】アンプ部１７は、電気信号に変換された受
信信号１０９を後述するＡ／Ｄ変換部１９に必要な電圧
レベルに増幅する高帯域アンプ（本実施例ではビデオア
ンプ）で構成されている。サンプリング制御部１８は、
カウンタ部１４からのサンプリング開始信号１０５を受
け基準発振器１１からの第１のクロックパルス１０２に
同期させて、サンプリング信号１１１をＡ／Ｄ変換部１
９に、アドレス信号１１２をメモリ制御部２０に出力す
るゲート回路と、サンプリング信号１１１のクロック毎
に受信信号レベルをメモリに記憶させるためのメモリア
ドレスを設定するカウンタ回路で構成されている。Ａ／
Ｄ変換部１９は、増幅された受信信号１１０をサンプリ
ング信号１１１のクロック毎にデジタル値に変換する高
速サンプリングタイプのＡ／Ｄ変換器で構成されてい
る。

【００１８】メモリ制御部２０は、サンプリング制御部
１８からのアドレス信号１１２に基づいて後述するメモ
リ部２１のアクセスを制御する回路であり、たとえば３
ステートバッファとゲート回路とから構成されている。
メモリ部２１は、距離測定範囲に相当するパルス走行時
間Ｔおよび距離測定分解能に相当するサンプリング時間
δｔに基づいて、「Ｔ／δｔ」以上のメモリ容量で受信
信号のレベルデータを記憶することのできる、高速動作
可能なスタティックＲＡＭで構成されている。表示部２
２は、たとえば７セグメントＬＥＤとゲート回路とから
なる表示ドライバで構成され、マイクロコンピュータ部
１０で演算された結果である測定値を表示する。

【００１９】以上のように構成される第１実施例の距離
測定装置の動作について説明する。１回の測距動作は、
複数回（本実施例では１６０回）のパルス信号を送信
し、対応する複数個の測距データを取り込んで演算処理
し、演算処理結果である測定値（測距値）を表示部２２
に出力する。この測距動作を繰り返することにより、表
示部２２に連続的に測距値を表示することも可能であ
る。以下、１回の測距動作に着目して動作説明を行う。

【００２０】１回の測距動作で例えば１６０回のパルス
信号１０７を送信する場合、１６０回の送信タイミング
信号１０１を出力する間に、第１のクロックパルス１０
２と第２のクロックパルス１０３との位相差を例えば８
種類変更する。換言すれば、第１の位相差で２０回のパ
ルス信号送信を行い、第８の位相差まで同じ動作を繰り
返す。このように第１のクロックパルス１０２に対して
位相差が変化する第２のクロックパルス１０３に応じて
生成された送信開始信号１０６に基づいて送信パルス信
号１０７を出力し、対応する受信パルス信号１０８をサ
ンプリング開始信号１０５から第１のクロックパルス１
０２に同期してメモリ部２１に記憶する。

【００２１】送信パルス信号１０７の出力タイミング
は、後述するように疑似ランダムデータ１０４により１
回の送信毎に変化する。ただし、サンプリング開始信号
１０５と送信開始信号１０６とが同期（第２のクロック
パルス１０３に基づいて）しているため、装置内部では
受信パルス信号１０８を他のノイズ（たとえば、他の装
置からの送信パルス信号）と見誤ることはない。上述し
たように、１６０回の送信中に第１のクロックパルス１
０２と第２のクロックパルス１０３との位相差を８種類
変更していることから、時間順にサンプリングされた１
６０個の受信データのうち、２０（１６０／８）個が送
信とサンプリングとのタイミングが同一の受信データ
（第１のクロックパルス１０２と第２のクロックパルス
１０３との位相差が同じであり、その結果記憶されるア
ドレスが同じ）として取り込まれる。

【００２２】マイクロコンピュータ部１０は、送信とサ
ンプリングとのタイミングが同一な受信データを受信信
号レベルとして平均処理し、第１のクロックパルス１０
２と第２のクロックパルス１０３との位相差に応じてサ
ンプリング開始信号１０５からパルス走行時間順に平均
した受信データを並べる。マイクロコンピュータ部１０
は、受信信号データとして時間順に記憶された平均メモ
リ内容から目標物を認識し、認識したメモリアドレスか
らパルス走行時間を演算で求める。次いで、パルス走行
時間に基づいて目標物までの距離を求め、求めた距離デ
ータ１１８を表示部２２に出力する。表示部２２は、測
距値として距離データ１１８を表示することにより１回
の測距動作を終了する。

【００２３】図３は、各信号のタイミングを示すタイミ
ングチャートである。図３のタイミングチャートを参照
しながら、各部の詳細な動作に着目して動作説明を行
う。マイクロコンピュータ部１０は、内部クロックの時
間制御を使用して１回の測距データ取り込みに必要な時
間（疑似ランダムデータの最大値と第２のクロックパル
スの１周期時間との積＋距離測定範囲に相当するパルス
信号の往復時間＋平均処理する時間）以上の一定周期で
送信タイミング信号１０１を連続して出力する。送信タ
イミング信号１０１は、疑似ランダムデータの最大値と
第２のクロックパルスの１周期時間との積と距離測定範
囲に相当するパルス信号往復時間との和で決まる時間を
Ｈｉｇｈレベルとし、平均処理する時間をＬｏｗレベル
としている。

【００２４】マイクロコンピュータ部１０は、送信タイ
ミング信号１０１を出力する前に、第１のクロックパル
ス１０２と第２のクロックパルス１０３との位相差を設
定するための位相差設定信号１００をＰＬＬ発振器１２
に出力する。位相差設定信号１００は、所定回数（本実
施例では２０回）送信タイミング信号１０１を送信する
毎に位相差の設定値を変更する。位相差設定信号１００
は、予め決められた数種類（本実施例では８種類）の電
圧レベルであり、Ｄ／Ａ変換器の出力信号である。この
８種類の電圧レベルはδＶボルトずつの差があり、δＶ
ボルトは第１のクロックパルス１０２と第２のクロック
パルス１０３との位相差が２π／８あった場合に、ＰＬ
Ｌ発振器１２の位相検出器出力がＬＰＦを通り出力され
た電圧レベル差に等しい。換言すれば、第１のクロック
パルス１０２に対して位相差設定信号１００をδＶボル
ト変化させた場合に、第２のクロックパルスの位相が１
／８周期変化することになる。

【００２５】なお、後述するように、マイクロコンピュ
ータ１０は、送信タイミング信号１０１を出力（Ｈｉｇ
ｈレベルにする）すると同時に、Ａ／Ｄ変換部１９から
のデータをサンプリング制御部１８からのアドレス信号
１１２に基づくアドレスでメモリ部２１のＲＡＭに記憶
できるように、メモリ制御部２０にメモリ制御信号１１
７を出力する。さらに、後述するように、マイクロコン
ピュータ部１０は、送信とサンプリングとのタイミング
が同一の受信データを平均する機能、平均したメモリの
内容をサンプリング開始信号１０５のスタート時刻から
時間順に並べる機能、および時間順に並べられたメモリ
結果から目標物を認識して目標物までの距離を演算する
機能がある。

【００２６】一方、基準発振器１１では、電源投入後か
ら水晶発振器が動作し、パルス走行時間を計測するため
の時間基準として第１のクロックパルス１０２をＰＬＬ
発振器１２およびサンプリング制御部１８に出力する。
第１のクロックパルス１０２は、安価な汎用の素子を使
用できる周波数を有する。本実施例では、第１のクロッ
クパルス１０２の周波数を２５ＭＨｚとしている。

【００２７】ＰＬＬ発振器１２は、マイクロコンピュー
タ部１０からの位相差設定信号１００および基準発振器
１１からの第１のクロックパルス１０２を受けて、第１
のクロックパルス１０２と同じ周波数を有し且つ位相差
設定信号１００に応じて位相の異なる第２のクロックパ
ルス１０３をＶＣＯから出力する。ＶＣＯは、制御電圧
により出力周波数を制御することができる。ＶＣＯから
出力された第２のクロックパルス１０３は、第１のクロ
ックパルス１０２との位相差を位相比較器で検出され、
その位相差はＬＰＦで制御電圧に変換され、ＶＣＯの制
御電圧として帰還する。こうして、第１のクロックパル
ス１０２と同じ周波数を有し且つ位相差の安定した信号
となる。

【００２８】第１のクロックパルス１０２と第２のクロ
ックパルス１０３との位相差設定は、８種類の電圧レベ
ルを有する位相差設定信号１００によって行う。８種類
の位相差設定信号１００は、ＶからＶ＋７×δＶまでの
δＶステップの電圧レベルとしてアクティブＬＰＦのオ
フセットに与えられる。ＬＰＦにオフセットとして位相
差設定信号１００が与えられた場合、その電圧レベルに
対応してＶＣＯの制御電圧が変化するが、帰還動作によ
りＶＣＯからの出力である第２クロックパルス１０３は
第１のクロックパルス１０２と周波数が同じで位相差設
定信号１００の電圧レベルに対応した位相差を有する信
号となる。第１のクロックパルス１０２および第２クロ
ックパルス１０３は、位相差設定信号１００の電圧レベ
ルＶからＶ＋７×δＶに対応して以下の関係を満足す
る。

【００２９】 第１のクロックパルス１０２＝ｇ（２πｆｔ） 第２のクロックパルス１０３＝ｇ（２πｆｔ−ａ−２ｂ
π／８） 位相差設定信号１００ ＝Ｖ＋ｂ×δＶ ここで、 ｇ（ｘ）：矩形波を表す周期関数 ｆ ：周波数（２５ＭＨｚ） ｔ ：時間 ａ ：０≦ａ≦２π／８の定数 ｂ ：０≦ｂ≦７の整数 なお、上述したように、本実施例では、２π／８＝５ｎ
ｓｅｃとしている。

【００３０】疑似ランダム信号発生部１３は、例えば８
個のシフトレジスタを直列に接続して最終段の出力とそ
の１つ前の出力をエクスクルーシブオア回路でその排他
的理論和をシフトレジスタの初段に帰還する構成のＭ系
列信号発生器からなる。そして、マイクロコンピュータ
１０からの送信タイミング信号１０１がＨｉｇｈレベル
からＬｏｗレベルに変化する立ち下がりエッジで８個の
シフトレジスタを同時に動作させることにより、疑似ラ
ンダムデータ１０４を更新する。疑似ランダムデータ１
０４は、８個のシフトレジスタの各々の出力からなり、
１から２５５（２⁸ −１）の間でランダムに変化する８
ビットの信号である。

【００３１】このように、疑似ランダム信号発生部１３
ではマイクロコンピュータ１０からの送信タイミング信
号１０１の立ち上がりエッジに基づいて前回の疑似ラン
ダムデータをカウンタ部１４に出力した後、送信タイミ
ング信号１０１の立ち下がりエッジで次回の送信タイミ
ングを遅らせるための疑似ランダムデータ１０４の生成
を行う。

【００３２】一方、カウンタ部１４では、マイクロコン
ピュータ１０から一定周期で入力される送信タイミング
信号１０１のＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化す
る立ち上がりエッジで疑似ランダム信号発生部１３から
ロードされた疑似ランダムデータ１０４を、第２のクロ
ックパルス１０３でダウンカウントしてカウント値が０
になった時点で、サンプリング開始信号１０５をサンプ
リング制御部１８に、送信開始信号１０６を送信部１５
に出力する。

【００３３】なお、送信部１５からのパルス信号１０７
の送信と同時に受信信号１０８のサンプリングを開始す
る場合、カウンタ部１４のカウント値が０でサンプリン
グ開始信号１０５を出力し、カウンタ部１４のカウント
値が−１で送信開始信号１０６を出力するようにして、
パルス信号１０７の送信時間をサンプリング開始時間よ
り遅らせるようにしてもよい。上述の一連の動作により
マイクロコンピュータ１０から一定周期で出力される送
信タイミング信号１０１を疑似ランダムデータ１０４と
第２クロックパルス周期との積の時間分だけ遅らせるこ
とができ、送信開始信号１０６の出力周期を疑似ランダ
ムに変更することができる。

【００３４】送信部１５では、カウンタ部１４から送信
開始信号１０６を受けると同時にレーザダイオードドラ
イブ回路を駆動して、送信パルス信号１０７を目標物に
向かって出力する。本実施例では、目に対する安全性及
びパルス発光レーザダイオードの寿命等を考慮して、送
信パルス信号１０７の点灯パルス幅を１０ｎｓｅｃとし
ている。

【００３５】受信部１６では、送信部１５からの送信パ
ルス信号１０７に対する目標物からのエコーを受信し、
受信パルス信号１０８を後段で処理し易い電気信号に変
換する。送信パルス信号１０７および受信パルス信号１
０８のパルス幅が１０ｎｓｅｃと狭いため、高周波領域
に対応することができるＡＰＤ（アバランシェフォトダ
イオード）で受信パルス信号１０８を光電変換してい
る。

【００３６】アンプ部１７では、受信部１６で光電変換
された受信パルス信号１０９をＡ／Ｄ変換器１９に適正
なレベルに増幅し、増幅された受信パルス信号１１０を
Ａ／Ｄ変換器１９に出力する。近距離からの受信パルス
信号１０８の信号レベルが大きい場合、サンプリング開
始信号１０５からの時間経過に伴い増幅度を変化するこ
ともある。

【００３７】サンプリング制御部１８では、カウンタ部
１４からのサンプリング開始信号１０５および基準発振
器１１からの第１のクロックパルス１０２をＡＮＤゲー
ト回路を通すことでサンプリング信号１１１を生成し、
Ａ／Ｄ変換器１９に出力する。また、サンプリング開始
信号１０５から第１のクロックパルス１０２でカウンタ
回路を動作させることにより、メモリに書き込むための
アドレス信号１１２を作る。メモリ書き込み信号はサン
プリング信号１１１を使用し、メモリ書き込み信号を含
むアドレス信号１１２をメモリ制御部２０へ出力する。
なお、サンプリング制御部１８は、距離測定範囲に相当
する時間経過を検出して、サンプリング信号１１１の出
力およびアドレスのカウントを停止する。距離測定範囲
に相当する時間経過は、アドレスのカウント値×第１の
クロックパルス周期（４０ｎｓｅｃ）によって求めるこ
とができる。

【００３８】Ａ／Ｄ変換部１９では、サンプリング制御
部１８からのサンプリング信号１１１に同期して増幅さ
れた受信信号１１０をデジタル値に変換する。こうし
て、受信信号１１０は、サンプリング開始信号１０５か
ら第１のクロックパルス１０２に同期して４０ｎｓｅｃ
毎にデジタル値に変換され、変換された受信信号である
レベルデータ信号１１３がメモリ制御部２０に出力され
る。

【００３９】メモリ制御部２０では、マイクロコンピュ
ータ部１０からのメモリ制御信号１１７の内容に基づい
てメモリ部２１の入出力を制御する。すなわち、メモリ
制御部２０は、マイクロコンピュータ部１０から送信タ
イミング信号１０１と同時に出力されるメモリ制御信号
１１７を受け、サンプリング制御部１８からのメモリ書
き込み信号を含むアドレス信号１１２に基づいてＡ／Ｄ
変換部１９からのレベルデータ信号１１３をメモリ部２
１に記憶する。なお、信号線１１４および１１５を介し
てメモリ制御部２０からメモリ部２１にアドレスおよび
コントロール信号が書き込まれる。また、メモリ制御部
２０とメモリ部２１との間では、信号線１１６を介して
データの書き込みおよび読み出しが行われる。

【００４０】なお、メモリ制御部２０では、距離測定範
囲に相当する時間だけメモリ部２１に記憶したことをア
ドレス信号１１２から認識して、メモリ部２１へのレベ
ルデータ信号１１３の書き込みを中止し、１つのパルス
信号送信に対する受信データの取り込みが終了したこと
を知らせるメモリ制御信号１１７をマイクロコンピュー
タ部１０に送信する。メモリ部２１では、１つのパルス
信号送信に対する受信信号（時間経過を含めた受信信号
レベル）を一旦記憶する。

【００４１】１つのパルス信号送信に対する受信データ
の取り込みが終了したことを知らせるメモリ制御信号１
１７をメモリ制御部２０から受信したマイクロコンピュ
ータ部１０は、平均処理を行うためメモリ制御部２０を
通してメモリ部２１の内容を読み込む。そして、送信と
サンプリングとのタイミングが同一の受信信号レベルを
マイクロコンピュータ部１０の内部メモリ（距離データ
を取り込むためのメモリ）に加算（すなわち平均化処
理）して記憶する。加算するデータは、送信とサンプリ
ングとのタイミングが同一の（位相差が同一の）受信信
号レベルデータである。加算回数は本実施例では２０回
であり、１回の測距動作（測距データ取り込みから表示
までの動作）をする前に、マイクロコンピュータ部１０
の内部メモリは予めクリアされる。

【００４２】１つのパルス信号送信に対する受信信号デ
ータを２０回平均してマイクロコンピュータ部１０に記
憶した後、位相差設定信号１００を変更して次の２０個
の送信パルス信号に対し同様の動作を繰り返す。位相差
設定信号１００の変更により第２のクロックパルス１０
３に同期して出力される送信パルス信号１０７と、第１
のクロックパルス１０２に同期するサンプリング信号１
１１との時間が位相差分だけずれる。こうして、サンプ
リング周波数が低くても送信タイミングをサンプリング
タイミングからわずかにずらしデータの取り込み回数を
増やすことにより、８倍の周波数でサンプリングした場
合と同じ効果を得ることができる。

【００４３】この場合、位相差設定信号１００の設定レ
ベルに応じて送信タイミングとサンプリングタイミング
とがずれ、これに伴って同一の目標物からのエコーでも
基準とすべきパルス走行時間がずれる。このため、マイ
クロコンピュータ部１０の距離データを取り込むための
内部メモリのアドレスを、位相差設定信号１００の設定
レベルに応じて変更する必要がある。すなわち、位相差
設定信号１００に対応するマイクロコンピュータ部１０
の内部メモリのアドレスは、位相差設定信号１００の電
圧レベルＶからＶ＋７×δＶに対応してアドレスの下位
３ビットを２進数で１１１から０００にし、４ビットか
らの上位アドレスをサンプリング制御部でカウントした
アドレスと同じにする。この動作により、１回の測距動
作で収集した受信信号データを送信タイミングとサンプ
リングタイミングとのずれに応じてパルス走行時間順に
並べ換えたことになる。

【００４４】以上の動作により、マイクロコンピュータ
部１０の内部メモリにおいて、送信パルス信号１０７を
１６０回送信した結果である測距データを取り込むこと
ができる。この内部メモリに記憶した測距データから目
標物までのパルス走行時間を検出し、検出したパルス走
行時間に基づいて目標物までの距離を演算する。演算さ
れた目標物までの距離は、距離データとして表示部２２
に出力され表示される。なお、すでに述べたように、上
述の測距動作を繰り返すことにより、表示部２２に連続
的に測距値を表示することも可能である。

【００４５】図２は、本発明の第２実施例にかかる距離
測定装置の構成を示すブロック図である。第２実施例の
装置は第１実施例の装置と同様の構成を有するが、第１
実施例では送信開始信号がＰＬＬ発振器からの第２のク
ロックパルスに同期し、サンプリング信号が基準発振器
からの第１のクロックパルスに同期していたのに対し、
第２実施例では、送信開始信号が基準発振器からの第１
のクロックパルスに同期し、サンプリング信号がＰＬＬ
発振器からの第２のクロックパルスに同期している点が
基本的に相違する。

【００４６】第１実施例の構成と第２実施例の構成との
相違により、送信タイミングとサンプリングタイミング
とのずれの順序が変化するだけであることは明らかであ
る。したがって、第２実施例について第１実施例と重複
する構成説明および動作説明を省略する。

【００４７】

【効果】以上説明したように、本発明の距離測定装置で
は、パルス信号の送信開始信号を所定周期以上のランダ
ムな周期で生成するので、干渉による誤測距を確実に防
止することができる。また、送信タイミングとサンプリ
ングタイミングとの位相差を順次変化させながら測距す
ることにより、送信パルス幅を狭くして目に対して安全
な距離測定装置を提供することが可能になるとともに、
汎用の素子でも高速のサンプリングタイミングが可能に
なる。その結果、安価で高精度な距離測定装置を実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかる距離測定装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】本発明の第２実施例にかかる距離測定装置の構
成を示すブロック図である。

【図３】各信号のタイミングを示すタイミングチャート
である。

【図４】従来の距離測定装置の構成を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１０ マイクロコンピュータ部 １１ 基準発振器 １２ ＰＬＬ発振器 １３ 疑似ランダム信号発生部 １４ カウンタ部 １８ サンプリング制御部 １９ Ａ／Ｄ変換器 ２０ メモリ制御部 ２１ メモリ部 ２２ 表示部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 目標物にパルス信号を送信する送信手段
   と、 前記目標物からの反射パルス信号を受信する受信手段
   と、 前記送信手段のパルス信号が送信されてから前記受信手
   段で反射パルス信号が受信されるまでの伝播時間を測定
   し、前記伝播時間に基づいて前記目標物までの距離を算
   出する距離検出手段とを備えた距離測定装置において、 所定周期の送信タイミング信号を発生する送信タイミン
   グ信号発生手段と、 ランダムな長さの遅延時間を生成し、前記送信タイミン
   グ信号の発生毎に前記遅延時間分遅れて送信開始信号を
   発生する送信開始信号発生手段とを備え、 前記送信手段は、前記送信開始信号に基づいて前記目標
   物に向かってパルス信号を送信することを特徴とする距
   離測定装置。
2. 【請求項２】 所定周波数のクロックパルスを発生する
   クロックパルス発生手段と、 前記送信タイミング信号の発生毎に前記遅延時間分遅れ
   て更にサンプリング開始信号を発生するサンプリング開
   始信号発生手段とを更に備え、 前記送信開始信号発生手段および前記サンプリング開始
   信号発生手段は、前記クロックパルスに同期して前記遅
   延時間を生成し、 前記クロックパルスに同期し、前記サンプリング開始信
   号を受けてから前記受信手段からの反射パルス信号を所
   定期間に亘りサンプリングするサンプリング手段と、 前記サンプリングされた反射パルス信号からの受信デー
   タを前記サンプリング開始信号毎に記憶する記憶手段と
   を更に備え、 前記距離検出手段は、前記記憶手段に記憶された受信デ
   ータの信号レベルに基づいて前記目標物のデータを検出
   し、前記記憶手段の目標物のデータに基づき前記送信か
   ら受信までの伝播時間を測定することを特徴とする請求
   項１に記載の距離測定装置。
3. 【請求項３】 前記クロックパルス発生手段は、所定周
   波数の第１のクロックパルスを発生する第１のクロック
   パルス発生手段と、前記第１のクロックパルスと同じ周
   波数を有し且つ前記第１のクロックパルスに対して位相
   差設定信号に応じた位相差を有する第２のクロックパル
   スを発生する第２のクロックパルス発生手段と、前記第
   １のクロックパルスと前記第２のクロックパルスとの位
   相差を決定する前記位相差設定信号を生成するための位
   相差設定手段とを更に有し、 前記送信開始信号発生手段は、前記第１のクロックパル
   スおよび前記第２のクロックパルスのいずれか一方に同
   期して前記遅延時間を生成し、 前記サンプリング手段は、前記第１のクロックパルスお
   よび前記第２のクロックパルスの他方に同期して前記反
   射パルス信号をサンプリングし、 前記記憶手段は、前記反射パルス信号からの受信データ
   を前記サンプリング開始信号毎に前記第１のクロックパ
   ルスと前記第２のクロックパルスとの位相差に応じたア
   ドレスに記憶し、 前記距離検出手段は、前記記憶手段に記憶された受信デ
   ータを前記位相差に基づいて合成し、前記合成された受
   信データの信号レベルに基づいて前記目標物のデータを
   検出し、前記記憶手段の目標物のデータに基づき前記送
   信から受信までの伝播時間を測定することを特徴とする
   請求項２に記載の距離測定装置。
4. 【請求項４】 前記送信開始信号発生手段は、 前記所定周期で発生する送信タイミング信号をランダム
   に遅延させるための疑似ランタムデータを発生するため
   の疑似ランダム信号発生手段と、 前記疑似ランダムデータを前記一方のクロックパルスで
   カウントし、疑似ランダムデータと前記一方のクロック
   パルスとに関連する遅延時間を生成するカウンタ手段と
   を備えていることを特徴とする請求項３に記載の距離測
   定装置。
5. 【請求項５】 前記カウンタ手段は、前記疑似ランダム
   データを前記一方のクロックパルスでカウントし、前記
   疑似ランダムデータと前記一方のクロックパルスの周期
   との積に相当する遅延時間を生成することを特徴とする
   請求項４に記載の距離測定装置。
6. 【請求項６】 前記サンプリング手段は、 前記受信手段で受信した反射パルス信号を所定のレベル
   に増幅するための増幅手段と、 前記増幅手段で増幅された反射パルス信号をデジタル値
   に変換するためのＡ／Ｄ変換手段と、 前記サンプリング開始信号を受け、前記他方のクロック
   パルスに同期して前記Ａ／Ｄ変換のタイミングを決定す
   るとともに、前記Ａ／Ｄ変換手段においてデジタル値に
   変換された受信データを記憶する前記記憶手段のアドレ
   スを決定するためのサンプリング制御手段とを備えてい
   ることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記
   載の距離測定装置。
7. 【請求項７】 前記距離検出手段は、 前記送信パルス信号の送信毎に、前記第１のクロックパ
   ルスと第２のクロックパルスとの位相差に応じて同じメ
   モリアドレスを有する受信データを平均処理するための
   平均手段と、 前記平均処理した受信データを、前記第１のクロックパ
   ルスと第２のクロックパルスとの位相差に応じて送信開
   始時刻から時系列的に合成するためのデータ合成手段
   と、 前記合成された受信データのレベルに基づいて目標物を
   検出し、検出した目標物に対応するデータのアドレスと
   前記送信パルス信号の速度とに基づいて前記目標物まで
   の距離を算出するための演算手段とを備えていることを
   特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の距離
   測定装置。