JPH08220231A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】Ａ／Ｄ変換器を用いることなく、サンプリング
形式の精度の高い、Ｓ／Ｎの悪い信号につよい、距離測
定装置を得る。 【構成】測定パルス信号105 を所定回数送信して、得ら
れる所定回の受信パルス信号を、コンパレータ16で２値
化信号109 にし、これらの所定回の２値化信号をＤ−Ｆ
Ｆ２０とカウンタ２１とを用いたデータ積算部１７で、
送信開始からの走行時間毎に積算して、受信パルス信号
とノイズとを弁別して、受信パルス信号から距離を求め
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、パルス信号の走行時
間から物体までの距離を求める距離測定装置に関するも
のである。尚、走行時間は、パルス信号が送信される時
から、物体に反射された信号が検出される時までの時間
を意味している。したがって、走行時間順は、走行時間
の間の時系列的順序を意味する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の距離測定装置は、図３に
示す装置が知られている。図３を用いてこの装置の動作
を説明する。コンピュータ２は、パルス信号を送信する
送信部３へ送信開始信号を出力する。これと同時に、コ
ンピュータ２は、Ａ／Ｄ変換器６へサンプリング開始信
号を、受信波形メモリ部７へアドレス開始信号を出力す
る。尚、コンピュータ２からの送信開始信号，サンプリ
ング開始信号及びアドレス設定開始信号は、基準クロッ
ク発生器１からの基準クロックに同期している。また、
この基準クロックは、時間計測のためにも用いられる。

【０００３】送信部３は、送信開始信号を受けると、直
ぐに送信パルスを出力する。受信部４は、この送信パル
スのうち、装置外部の物体によって反射されたパルス信
号を受信する。アンプ５は、この受信パルス信号を増幅
し、Ａ／Ｄ変換器６はこの増幅した受信パルス信号をデ
ジタル信号に変換し、受信波形メモリ部７はこのデジタ
ル信号を記憶する。

【０００４】受信波形メモリ部７は、送信開始信号毎に
新たに入力されたデジタル信号と、既に記憶されている
デジタル信号とを平均化して、平均化した信号を記憶す
る。但し、１回目のデジタル信号の場合、そのまま記憶
する。コンピュータ２は、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する。この目標信号は、装
置から物体までの間を往復したパルス信号の走行時間を
示す信号であり、コンピュータ２は、この目標信号を距
離に換算することによって物体までの距離を求める。コ
ンピュータ２で求められた距離データは、表示部８に出
力され、表示部８は、物体までの距離を表示する。

【０００５】尚、目標信号から距離を求める方法は、以
下の通りである。まず、受信波形メモリ部７のアドレス
は基準クロックに対応して１アドレス当たり「１／基準
クロック周波数」の時間に相当する。これを用いて、受
信波形メモリ部７のデータが設定閾値を越えたデータを
目標信号とし、この目標信号を検出したアドレス（ｎ）
から目標信号までのパルス信号走行時間（Ｔ）を、 Ｔ＝ｎ／基準クロック周波数 とコンピュータ２で演算しパルス信号走行時間とパルス
信号の速度から装置外部の物体までの距離を演算する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の距離測
定装置は、Ａ／Ｄ変換器を使用している。即ち、この従
来の装置は、受信パルス信号の振幅を、パルス信号の走
行時間順に、多値（例えば０〜２５５〔８ビット〕）の
デジタル値に変換していた。このサンプリング方式の距
離測定装置は、反射パルス信号のＳ／Ｎが良くない状態
でも目標物からの反射パルス信号を分別することができ
るものの、距離測定精度がサンプリング周波数（基準ク
ロック周波数）で決まる。つまり、この種の装置は、距
離測定精度を確保するために、Ａ／Ｄ変換器の変換時間
を早くして、サンプリング回数を多くする必要がある。
但し、高速のＡ／Ｄ変換器は高価なため、従来の装置
は、距離測定精度が確保できない、あるいは、距離測定
装置が高価なものになるという欠点があった。

【０００７】本発明の目的は、受信パルス信号のＳ／Ｎ
が良くない状態でも目標物からの反射パルス信号を弁別
可能なサンプリング方式の距離測定方法を生かしなが
ら、距離測定精度を確保しつつ、安価な距離測定装置を
提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的のため、本発明
は、パルス信号を送信し物体からの反射パルス信号を受
信し、その受信パルス信号をデジタル信号に変換して記
憶し、そのデジタル信号の中で所定の値を越えるデジタ
ル信号に基づいて目標物を認識し、その目標物までの前
記パルス信号の走行時間から前記目標物までの距離を演
算し距離データを出力する距離測定装置において、前記
パルス信号の送信開始と、サンプリングの開始とを制御
するタイミング制御手段（１２）と、前記タイミング制
御手段に基づき、前記パルス信号を送信する送信手段
（１３）と、前記送信されたパルス信号が物体に当たり
反射したパルス信号を受信する受信手段（１４）と、前
記受信パルス信号をハイレベルとローレベルの二値に変
換するレベル変換手段（１６）と、前記タイミング制御
手段のサンプリングの開始に基づき、パルス信号の走行
時間順に、前記レベル変換手段で二値化した受信パルス
信号を一時記憶する記憶手段（１７）と、前記パルス信
号の送信毎に、前記記憶手段に一時記憶された二値化受
信パルス信号を、前記パルス走行時間が同じものどうし
を積算するデータ積算手段（１７）と、前記積算された
二値化受信パルス信号の結果から演算処理して距離を演
算する処理手段（１０）とを設けたものである。

【０００９】尚、レベル変換手段（１６）は、基準とな
る所定値と前記受信手段からの受信パルス信号とを比較
して前記ハイレベルとローレベルの二値に変換するコン
パレータであることが好ましい。尚、データ積算手段
（１７）は、少なくとも３回以上前記二値化受信パルス
信号を積算することが好ましく、より好ましくは、大体
１５回の二値化受信パルス信号の積算することがよい。

【００１０】尚、記憶手段（１７）は、測定範囲に相当
する複数の記憶素子（２０）を有し、積算手段（１７）
は、前記複数の記憶素子と同数のカウンタ回路（２１）
を有し、各々の記憶素子に対応する各々のカウンタ回路
（２１）は、前記パルス信号の送信毎に、対応する記憶
素子が一時記憶する二値化受信パルス信号に基づいてカ
ウントすることが好ましい。

【００１１】また、タイミング制御手段（１２）は、さ
らに、パルス信号の送信毎に、カウンタクロック（１１
０）を出力し、記憶手段（１７）は、入力された信号を
一時記憶すると共に、前回入力され記憶した受信パルス
信号を出力するｎ個の記憶素子（２０）を直列接続して
構成され、積算手段（１７）の各々のカウンタ回路（２
１）は、前記カウンタクロック（１１０）が出力された
時に、前記ｎ個の記憶素子の各々の二値化受信パルス信
号に基づいてカウントすることが好ましい。

【００１２】さらに、タイミング制御手段（１２）は、
サンプリングクロック（１０４）を出力するとともに、
サンプリングクロックのパルス数をカウントし、所定数
のサンプリングクロックをカウントした時、前記サンプ
リングクロックの出力を停止し、前記カウンタクロック
（１１０）を出力することが好ましい。

【００１３】

【作用】本発明によれば、レベル変換手段（１６）によ
り、受信パルス信号を二値化する。したがって、多値の
Ａ／Ｄ変換器に比べて、短い時間で二値化受信パルス信
号を得られる。また、記憶手段（１７）は、サンプリン
グクロック毎に、この二値化受信パルス信号が時系列的
に一時記憶し、さらに、データ積算手段（１７）は、こ
の時系列的に一時記憶している二値化パルス信号を、前
記パルス信号の送信毎に、前記パルス走行時間が同じパ
ルス信号を積算する。即ち、記憶手段（１７）は、サン
プリングクロック（１０４）の周期毎に前記レベル変換
手段（１６）からの二値化受信パルス信号を記憶し、デ
ータ積算手段（１７）は、パルス信号の走行時間順に記
憶された二値化受信パルス信号を、パルス信号の送信毎
に、送信毎の同じ走行時間の二値化受信パルス信号どう
しを積算している。

【００１４】このようにして積算される積算信号は、パ
ルス信号が受信される時とそれ以外の時とで異なる値と
なる。即ち、反射されたパルス信号が検出される時は、
毎回積算されるので、この場合の積算信号のレベルは高
く、パルス信号が検出されない時例えば、物体がない
時、ランダムに発生するノイズの部分が積算されるの
で、前記パルス信号部分に比べて積算される回数が極端
に減り、この場合の積算信号のレベルは低い。このよう
に積算信号は、物体までの位置を検出するのに十分使用
できる信号である。

【００１５】尚、レベル変換手段をコンパレータで構成
すると、コンパレータは、他のレベル変換手段、例え
ば、従来から使用されるＡ／Ｄ変換器と比べても、入力
信号を二値の信号に変換するには十分な素子であり、Ａ
／Ｄ変換器等の他のレベル変換手段と比べても比較的安
価で入手でき、しかも比較的高い周波数で駆動させるこ
とができる。

【００１６】尚、データ積算手段（１７）で行う積算回
数は、二値化受信パルス信号とノイズの発生確率の違い
を考慮して、ノイズと信号とを区別するために少なくと
も３回以上行うことが好ましく、さらに、ランダムに発
生するノイズを完全に除くとともに、距離を求めるまで
の総時間を適当な時間内にするため１５回程度であるこ
とがより好ましい。

【００１７】また、複数の記憶素子（２０）と、この複
数の記憶素子と同数のカウンタ回路（２１）とを用い、
各々の記憶素子に対応する各々のカウンタ回路（２１）
は、前記パルス信号の送信毎に、対応する記憶素子（２
０）が一時記憶する二値化受信パルス信号に基づいてカ
ウントすることにより、二値化受信パルス信号、即ち距
離情報を含む測定データを容易に一時記憶でき、しか
も、二値のデータであることから、この二値化受信パル
ス信号をカウンタ回路の制御信号として使用すること
で、二値化受信パルス信号を容易に積算する。

【００１８】また、タイミング制御手段（１２）が前記
パルス信号の送信毎にカウンタクロック（１１０）を出
力し、積算手段（１７）の各々のカウンタ回路（２１）
が、カウンタクロック（１１０）に基づいて、積算手段
（１７）の対応する各々の記憶素子（２０）からの二値
化受信パルス信号をカウントすることによって、記憶手
段（１７）やデータ積算手段（１７）は、パルス信号の
送信毎に測距範囲に相当する時間を認識する必要がな
く、単純にカウンタクロック（１１０）に基づくタイミ
ングで、二値化受信パルス信号を一時記憶、積算する。

【００１９】また、タイミング制御手段（１２）は、所
定数のサンプリングクロック（１０４）をカウントした
時、前記サンプリングクロックの出力を停止し、前記カ
ウンタクロック（１１０）を出力することによって、記
憶手段（１７）は、サンプリングの開始と終了とを単純
にサンプリングクロックによって制御され、データ積算
手段（１７）は、カウンタクロック（１１０）のタイミ
ングで、対応する記憶素子（２０）からの二値化受信パ
ルス信号に基づいてカウントする。即ち、タイミング制
御手段（１２）は、二値化受信パルス信号の一時記憶の
タイミングをサンプリングクロック（１０４）に基づい
て制御するとともに、パルス信号の送信毎の積算のタイ
ミングをカンウタクロック（１１０）に基づいて制御す
る。したがって、記憶手段（１７）及びデータ積算手段
（１７）は距離測定範囲に相当する時間を認識する必要
がなく、また、記憶手段（１７）は、パルス信号の送信
毎に、パルス走行時間が同じ、二値化受信パルス信号を
一時記憶し、また、データ蓄積手段（１７）も、パルス
信号の送信毎に、パルス走行時間が同じ、二値化受信パ
ルス信号を積算する。

【００２０】

【実施例】本発明の実施例の距離測定装置の構成を図１
を用いて説明する。図１において、コンピュータ１０
は、この距離測定装置の制御部でＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡ
Ｍ及び入出力ポートで構成されている。基準クロック発
生器１１は、パルス走行時間を計測する時間基準となる
クロックパルス１００を発生する。即ち本発明のクロッ
クパルス発生手段であり、周波数安定度の高い水晶発振
器で構成されている。

【００２１】タイミング制御部１２は、ゲート回路とカ
ウンタ回路とを有し、ゲート回路はコンピュータ１０か
らの開始信号１０２を受け、送信開始信号１０３、サン
プリングクロック１０４及びカウンタクロック１１０
を、クロックパルス１００に同期して出力する。また、
カウンタ回路は、距離測定範囲に必要なサンプリングク
ロックをカウントする。

【００２２】送信部１３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で構成され、送信開
始信号１０３に基づいて、光パルス信号を送信する。受
信部１４は、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）
からなる光電変換素子、及びトランスインピーダンスア
ンプで構成され、送信された光パルス信号の反射物体か
らのエコー（受信パルス信号１０６）を受信して電気信
号に変換する。

【００２３】アンプ１５は、ビデオアンプからなる広帯
域アンプで構成され、受信部１４からの電気信号をコン
パレータ１６で必要な電圧レベルに増幅する。コンパレ
ータ１６は、アンプ１５で増幅された受信信号１０８を
ハイレベルとローレベルの二値に変換する。このコンパ
レータ１６は、クロックパルス１００とは非同期で変換
するが、後述するＤ型フリップフロップ回路２０でのデ
ータ取得タイミングと同等またはそれ以上の速度で変換
する高速駆動タイプである。

【００２４】図２は、データ積算部１７の詳細を示して
いる。データ積算部１７は、Ｄ型フリップフロップ回路
（以下Ｄ−ＦＦと表記す）２０と、カウンタ回路２１
と、アドレスデコーダ２２と、３ステートバッファ２３
とで構成されている。Ｄ−ＦＦ２０は、この距離測定装
置の測定範囲に相当する時間の間、コンパレータ１６か
らの二値化された受信信号１０９をサンプリングクロッ
ク１０４に同期してパルス信号の走行時間順に一時記憶
する。即ち、前記距離測定装置の測定範囲に相当する時
間の間の二値化された受信信号１０９を一時記憶できる
数だけ設けられている。尚、距離測定装置の測定範囲に
相当する時間とは、距離測定装置で検出しようとする最
大距離を送信パルスが往復するのに必要な時間を意味す
る。カウンタ回路２１は、Ｄ−ＦＦ２０と同じ数だけ、
一対一対応するように設けられ、カウンタクロック１１
０のタイミングで、パルス走行時間が同じ、即ち同じＤ
−ＦＦ２０からの二値化受信パルス信号を積算する。ア
ドレスデコーダ２２と３ステートバッファ２３は、カウ
ンタ回路２１の出力データをコンピュータ１０で読みに
いくために設けられている。即ち、３ステートバッファ
２３の出力制御をアドレスデコーダ２２で制御すること
から、コンピュータ１０側から見た場合、カウンタ回路
出力を読みだし専用メモリと見ることができる。このよ
うなデータ積算部１７は、本発明の記憶手段と、データ
積算手段とに相当する。

【００２５】表示部１８は、７セグメントＬＥＤとゲー
ト回路とを備えた表示ドライバで構成され、図１に示す
ように、コンピュータ１０に接続されており、コンピュ
ータ１０からの演算結果を測定値として、表示する。こ
の測定値の求め方は、後述する動作の説明で開示する。
次に、実施例の距離測定装置の動作について説明する。

【００２６】一回の距離測定動作は、複数回のパルス信
号を送信して、複数の距離測定データを取得し、得た複
数のデータを演算処理して、測定値を得て、この測定値
を表示部１８に出力するまでの動作である。本装置は、
この距離測定動作を繰り返し行って、連続して測定値を
表示する。以下、距離測定動作について、詳述する。
尚、１回の測定値を得るまでに送信するパルス信号の数
は、１５とする。

【００２７】始めに送信部１３からコンパレータ１６ま
での信号の流れを説明した上で、全体的に説明する。図
１に示すように、まず、送信部１３は、タイミング制御
手段１２からの送信開始信号１０３に応じて、パルス光
１０５を発生させ、発生したパルス光１０５を装置本体
から射出する。射出されたパルス光１０５の内、物体に
よって反射されたパルス光１０６は、受信部１４によっ
て検出される。この受信部１４は、受信したパルス光１
０６を、光電変換し、電気信号１０７に変換する。尚、
本実施例では、後段で処理し易い信号に変換するため、
高周波領域に対応できるＡＰＤで受信パルス光１０６を
光電変換した。

【００２８】この電気信号１０７は、アンプ１５で増幅
され、増幅した電気信号１０８をコンパレータ１６に出
力する。尚、本実施例では、アンプ１５の周波数特性
を、ノイズレベルの中心に対して対象に信号がでるよう
に、ハイパスフィルタにしている。適正レベルに増幅さ
れた受信パルス信号１０８は、コンパレータ１６に入力
される。コンパレータ１６は、適正レベルに増幅された
受信パルス信号１０８をノイズレベルの中心値（受信パ
ルス信号が入力されていない状態のレベル）をリファレ
ンスレベルとして、適正レベルに増幅された受信パルス
信号１０８が大きい場合にハイレベルとし，小さい場合
にローレベルとして、二値信号（デジタル信号）１０９
にする。尚、本実施例では、アンプ部１７にハイパスフ
ィルタが設けられているため、ランダムに発生するノイ
ズは±ぼぼ等しい発生率だと仮定すると、リファレンス
レベルは０〔Ｖ〕になる。また、測距精度を上げるため
に、本実施例では、高速動作可能なコンパレータ、サン
プリングクロック１０４の周期より短い周期で動作する
タイプのものを使用している。変換した二値化パルス信
号１０９は、データ積算部１７に出力される。

【００２９】次に、全体の手順について説明する。図１
に示すように、コンピュータ１０は、距離測定を開始す
る時、まず、データ積算部１７に、リセット信号１０１
を出力する。データ積算部１７は、図２に示すように、
このリセット信号１０１を各カウンタ２１のＳＥＴ端子
に入力させ、各カウンタ２１のデータをリセットする。

【００３０】次に、コンピュータ１０は、図１に示すよ
うに、タイミング制御部１２に開始信号１０２を出力す
る。タイミング制御部１２は、開始信号１０２を受けて
基準クロック発生部１１からのクロックパルス１００に
同期して、送信部１３へ送信開始信号１０３を出力する
とともに、データ積算部１７に、サンプリングクロック
１０４を出力する。

【００３１】送信部１３は、この送信開始信号１０３に
基づいて、所定の送信パルス光１０５を発生させ、出力
する。また、データ積算部１７は、図２に示すように、
サンプリングクロック１０４に基づいて、各Ｄ−ＦＦ２
０のＤ端子に入力する信号を一時記憶するとともに、今
まで記憶していたデータをＱ端子から出力する。したが
って、一番始目のＤ−ＦＦ２０は、コンパレータ１６か
ら出力データを記憶しつつ、前回記憶したデータを出力
する。２番目のＤ−ＦＦ２０は、この一番始目のＤ−Ｆ
Ｆ２０が、前回記憶したデータを記憶するとともに、自
身が前回記憶したデータを出力する。しかして、ｎ番目
のＤ−ＦＦ２０は、ｎ−１番目のＤ−ＦＦ２０の出力デ
ータを一時記憶する。これを時系列的に見ると、データ
積算部１７は、Ｄ−ＦＦ２０のＤ端子にレベル変換され
た受信パルス信号１０９とクロック端子にタイミング制
御部１２からのサンプリング信号とを受け、レベル変換
された受信パルス信号１０９を送信開始からの走行時間
順に一時記憶していることになる。この時のコンパレー
タ１６からの受信パルス信号１０９は、前述したよう
に、物体までの距離に相当する距離測定データを含んで
いる。このようにして、コンパレータ１６の出力データ
を、サンプリングクロック１０４の周波数に同期して、
サンプリングする。尚、データ積算部１７は、サンプリ
ングクロック１０４の入力とともにサンプリングを開始
する。即ち、サンプリングクロック１０４は本発明のサ
ンプリング開始信号である。

【００３２】タイミング制御部１２は、カウンタ回路
（図示せず）を内蔵しており、前述の信号１０３，１０
４を出力すると、このカウンタ回路は、サンプリングク
ロック１０４をカウントすることによって、距離測定範
囲に相当する時間を計時する。即ち、距離測定範囲に相
当するパルス走行時間Ｔと距離測定分解能に相当するサ
ンプリング時間δｔに関して〔Ｔ／δｔ〕カウントす
る。タイミング制御部１２は、このカウンタ回路の計時
が終了すると、サンプリングクロック１０４の出力を停
止すると共に、データ積算部１７にカウンタクロック１
１０を出力する。したがって、データ積算部１７は、サ
ンプリングクロック１０４の停止により、Ｄ−ＦＦ２０
によるサンプリングを終了し、距離測定範囲に相当する
受信パルス波形データ１０９を取り込み終えたことにな
る。また、データ積算部１７は、カウンタクロック１１
０が各カウンタ２１のクロックに入力されると、各カウ
ンタ２１に対応するＤ−ＦＦ２０のＱ端子のデータを入
力し、このＱ端子のデータが、ハイレベルの時、カウン
トアップし、ローレベルの時、カウントダウンする。こ
れによって、１回の距離測定データを積算する。

【００３３】一回の距離測定動作では、この距離測定テ
ータの積算までの手順を１５回繰り返し行う。即ち、一
回の距離測定動作は、開始信号１０２毎に、距離測定デ
ータの積算を１５回繰り返し行うことによりなされる。
この結果、各カウンタ２１に積算されたデータは、受信
パルス信号が大きい位置ではカウンタ値が大きくなり
（最大値は測距開始信号の繰り返し回数）、受信パルス
信号小さい位置ではカウント値が小さく（最小値は、−
測距開始信号の繰り返し回数）なる。また、受信パルス
信号が無い位置では、ランダムに発生するノイズによ
り，パルス走行時間が同じ位置でもＤ−ＦＦの出力がハ
イレベルとローレベルに略同じ回数変化するため、カウ
ント値に変化が生じない（カウント値は０付近）。この
結果、二値化された受信パルス信号１０９は積算され、
平均化処理をした結果と同じことになる。

【００３４】積算された受信パルス信号は、各カウンタ
回路２１に記憶されている。コンピュータ１０は、規定
回数（１５回）測距開始信号を出力して、受信信号波形
データの積算が終了した時点で、アドレス信号１１１を
設定し、順に各カウンタ回路２１のカウントデータをデ
ータ信号１１２として読む。コンピュータ１０は、アド
レス信号１１１により、データ積算部１７のアドレスデ
コーダ２２を動作させ、カウンタ回路２１を選択する。
アドレスデコーダ２３の出力は、Ｑ１からＱｎまでのｎ
個の出力があり、各々の出力でカウンタ回路２１の出力
に接続された３ステートバーファ２３の出力を選択す
る。

【００３５】アドレスデコーダ出力のＱｍ（１≦ｍ≦
ｎ）は、送信開始信号１０３の出力からのｍ番目のパル
ス走行時間となり、パルス走行時間＝（ｍ−１）×（ク
ロックパルス１００の周期）となる。コンピュータ１０
は、アドレス信号１１１でアドレスデコーダ出力を認識
できるため、データ信号１１２とパルス走行時間（アド
レス信号１１１）を対応することができ、データ信号１
１１が規定値を超えるデータのパルス走行時間から目標
物までの距離を演算し、距離データ１１３を表示部１８
へ出力する。表示部１８は距離データ１１３を測定値と
して表示する。以上の動作により、１回の測距動作を終
了する。

【００３６】尚、本実施例では、サンプリングクロック
１０４を出力するタイミング制御部１２のカウンタ回路
を含むゲート回路と、データ積算部１７のＤ−ＦＦ２０
とを高速コンパレータの動作速度に対応可能なＥＣＬで
構成した。が、変形例として、サンプリングクロック１
０４の位相をずらせた複数のサンプリングクロックを用
いて、複数のデータ積算部１７（図２のブロックに相当
する構成をさらに増やす）を並列して接続して、各デー
タ積算部に位相の異なるサンプリングクロックを入力す
ることで、Ｃ−ＭＯＳ等の汎用ＩＣで構成することがで
きる。

【００３７】また、実施例では、送信開始信号１０３と
サンプリングクロック（サンプリング開始信号）１０４
とを同時に出力するとしたが、本発明は、始めにサンプ
リングクロックの出力を開始し、その後に、送信開始信
号１０３を出力するようになしてもよい。尚、この場
合、測定範囲を確保するため、サンプリングクロックか
ら送信開始信号までの時間差分のＤ−ＦＦ２０とカウン
タ回路２１とを追加する必要がある。

【００３８】また、アンプ１５は、その周波数特性をハ
イパスフィルタとしたが、この周波数特性は、フラット
アンプにすることも可能である。この場合、ハイパスフ
ィルタの場合と比べて、背景光（太陽光などの外部から
の光）の影響による受信パルス信号のレベルシフト分を
オフセットする回路を設けるか、そのレベルシフト分
を、コンパレータ１６のしきい値を補正する必要があ
る。

【００３９】また、実施例のカウンタ回路２１は、アッ
プダウンカウンタで構成したが、通常のカウンタ回路で
もよい。この場合、Ｄ−ＦＦ２０のＱ出力がハイレベル
の場合、カウンタクロック１１０でカウントし、Ｄ−Ｆ
Ｆ２０のＱ出力がローレベルの場合、カウンタクロック
１１０にゲートをかけてカウントしないようにする。こ
れによって、この場合のカウンタの積算結果は、測距開
始信号１０２毎に繰り返すことによって、受信パルス信
号が大きい位置ではカウンタ値が大きくなり（最大値
は、測距開始信号の繰り返し回数）、受信パルス信号が
小さい位置ではカウントしないためにカウント値は変化
しない（最小値は０）。また、受信パルス信号が無い位
置では、ノイズにより、パルス走行時間が同じ位置でも
Ｄ−ＦＦの出力がハイレベルとローレベルに変化するた
め、ノイズの分布により約半分がカウントされる（中心
値は測距開始信号の繰り返し回数の１／２）。よって、
ノイズと受信パルス信号とを十分に識別することができ
る。

【００４０】本実施例で、コンパレータ１６は非同期タ
イプを用いたが、コンパレータの前段にサンプルホール
ド回路を挿入し、クロックに同期させることもできる。
この場合、信号変化が速い場合や、コンパレータの動作
が遅い（例えば、データ取得タイミングに対して十分に
速いと言えない）場合に特に有効である。また、本実施
例は、積算回数を１５回としたが、ノイズと識別できれ
ばよく、回路構成なとのハードや、測距動作に必要な時
間、測距精度、誤動作確率（発生率）などの要求に応じ
て、３回以上の適当な回数を選択すればよい。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、レベ
ル変換手段で二値の信号（二値化受信パルス信号）に変
換するとともに、記憶手段及びデータ積算手段でその変
換信号を積算して、距離測定データを得ているので、レ
ベル変換手段による負担が減り、より高速に処理するこ
とができ、従来の装置と同程度の速度は勿論、それ以上
の速度でも受信信号（二値化受信パルス信号）をサンプ
リング（デジタルデータに変換）し、一時記憶し、積算
することができる。したがって、高精度な距離測定が行
えるサンプリングの特徴を持ったまま、距離測定装置を
安価で作成できる。

【００４２】しかも、レベル変換手段により、単純な二
値のデジタル信号に変換するので、ノイズの二値化確率
は５０パーセントとなり、又、信号の二値化確率はレベ
ルにより変化する。又、本発明は、記憶手段及びデータ
積算手段により、二値化受信パルス信号を一時記憶、積
算するので、積算された積算信号は、ノイズと受信パル
ス信号とで値が異なり、このため、信号とノイズとを容
易に弁別できる。

【００４３】したがって、レベル変換手段の所定値を適
切に設定することによって、Ｓ／Ｎの低い受信パルス信
号でも、受信パルス信号とノイズとの弁別が容易に行え
る。これにより、長距離（遠距離）からの低レベル反射
信号や反射率の少ない物体からの低レベル反射信号も検
出することができる。さらに、従来ではサンプリング速
度やＳ／Ｎ比の限界から困難であった、測定範囲の延長
も可能である。

【００４４】また、レベル変換手段として、コンパレー
タを用いることにより、同じ駆動周波数であれば安価な
素子を使用でき、装置を安価に構成できる。これは、従
来使用されていたＡ／Ｄ変換器と比較した場合、数分の
一から数十分の一の価格的違いがあり、価格の違いは、
駆動周波数を高いものにするほど顕著である。したがっ
て、同じ価格の装置を構成する場合、駆動周波数を高い
ものにでき、高精度化が可能となる。

【００４５】また、データ積算手段（１７）で行う積算
回数を少なくとも３回以上にすることによって、受信パ
ルス信号（これは物体の有無にしか左右されないので積
算値は高い）とノイズ（ランダムであり、受信パルス信
号に比べて積算値は低い）とを区別することができる。
尚、信号とノイズとを区別可能といっても、低回数の積
算回数では、ノイズと弁別が難しい場合も考えられるの
で、好ましくは、積算回数は多いほどよい。但し、当然
のことながら、積算回数を増やすということは、パルス
信号の送信回数が増えることであり、処理終了に時間を
要する。処理手段の処理能力や測定範囲等の別の要因に
よって最適な積算回数は前後するが、１５回（１０〜３
０回）程度であることが好ましい。

【００４６】また、複数の記憶素子（２０）と、この複
数の記憶素子と同数のカウンタ回路（２１）とを用い、
各々のカウンタ回路（２１）が、前記パルス信号の送信
毎に、対応する記憶素子（２０）が一時記憶する二値化
受信パルス信号に基づいてカウントして、受信パルス信
号を積算すれば、記憶素子は、レベル変換手段で二値化
されたハイレベルかローレベルか示す信号を一時記憶す
ればよく、また、カンウタ回路も、ハイレベルかローレ
ベルか示す信号によって、カウントすればよいので、極
めて簡単な構成の素子を用いて、記憶手段及びデータ積
算手段を構成することができる。したがって、距離測定
装置を安価に作成できる。

【００４７】また、タイミング制御手段（１２）が前記
パルス信号の送信毎にカウンタクロック（１１０）を出
力し、積算手段（１７）の各々のカウンタ回路（２１）
が、カウンタクロック（１１０）に基づいて対応する各
々の記憶素子（２０）からの二値化受信パルス信号をカ
ウントすれば、カウンタ回路（２１）以後は、カウンタ
クロック（１１０）に基づくゆっくりとしたタイミング
で、二値化受信パルス信号を積算する。したがって、カ
ウンタ回路以後は汎用素子で実現することができる。し
たがって、距離測定装置を安価に作成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明による実施例の距離測定装置の構成
を示すブロック図である。

【図２】は、図１のデータ積算部１７の詳細ブロック図
である。

【図３】は、従来例の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０…コンピュータ １１…基準クロック発生部 １２…タイミング制御部 １６…コンパレータ １７…データ積算部 ２０…Ｄ−ＦＦ ２１…カウンタ ２２…アドレスデコーダ ２３…３ステートバッファ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パルス信号を送信し物体からの反射パルス
   信号を受信し、その受信パルス信号をデジタル信号に変
   換して記憶し、そのデジタル信号の中で所定の値を越え
   るデジタル信号に基づいて目標物を認識し、その目標物
   までの前記パルス信号の走行時間から前記目標物までの
   距離を演算し距離データを出力する距離測定装置におい
   て、 前記パルス信号の送信開始と、サンプリングの開始とを
   制御するタイミング制御手段と、 前記タイミング制御手段に基づき、前記パルス信号を送
   信する送信手段と、 前記送信されたパルス信号が物体に当たり反射したパル
   ス信号を受信する受信手段と、 前記受信パルス信号をハイレベルとローレベルの二値に
   変換するレベル変換手段と、 前記タイミング制御手段のサンプリングの開始に基づ
   き、前記パルス信号の走行時間順に、前記レベル変換手
   段で二値化した受信パルス信号を一時記憶する記憶手段
   と、 前記パルス信号の送信毎に、前記記憶手段に一時記憶さ
   れた二値化受信パルス信号を、前記パルス走行時間が同
   じものどうしを積算するデータ積算手段と、 前記積算された二値化受信パルス信号の結果から演算処
   理して距離を演算する処理手段とを設けたことを特徴と
   する距離測定装置。
2. 【請求項２】前記レベル変換手段は、基準となる所定値
   と、前記受信手段からの受信パルス信号とを比較して、
   前記ハイレベルとローレベルの二値化受信パルス信号に
   変換するコンパレータであることを特徴とする請求項１
   記載の距離測定装置。
3. 【請求項３】前記データ積算手段は、少なくとも３回以
   上前記二値化受信パルス信号を積算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。
4. 【請求項４】前記データ積算手段は、大体１５回の二値
   化受信パルス信号の積算を行うことを特徴とする請求項
   ３記載の距離測定装置。
5. 【請求項５】前記記憶手段は、測定範囲に相当する複数
   の記憶素子を有し、 前記積算手段は、前記複数の記憶素子と同数のカウンタ
   回路を有し、各々の記憶素子に対応する各々のカウンタ
   回路は、前記パルス信号の送信毎に、各々のカウンタ回
   路に対応する記憶素子が一時記憶する二値化受信パルス
   信号に基づいてカウントすることを特徴とする請求項１
   記載の距離測定装置。
6. 【請求項６】前記タイミング制御手段は、さらに、前記
   パルス信号の送信毎に、カウンタクロックを出力し、 前記記憶手段は、入力された信号を一時記憶するととも
   に、前回入力され記憶した受信パルス信号を出力するｎ
   個の記憶素子を直列接続して構成され、 前記積算手段各々のカウンタ回路は、前記カウンタクロ
   ックが出力された時に、前記ｎ個の記憶素子の各々の二
   値化受信パルス信号に基づいてカウントすることを特徴
   とする請求項１記載の距離測定装置。
7. 【請求項７】前記タイミング制御手段は、サンプリング
   クロックを出力するとともに、サンプリングクロックの
   パルス数をカウントし、所定数のサンプリングクロック
   をカウントした時、前記サンプリングクロックの出力を
   停止し、前記カウンタクロックを出力することを特徴と
   する請求項６記載の距離測定装置。