JPH09318734A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射波の強度の影響を受けることなく、高精
度に反射物体までの距離を求めることができる距離測定
装置を提供する。 【解決手段】 発光から受光までの時間差ΔＴ1 を計測
（Ｓ１１５）するとともに、ピークホール回路３６にて
受信波の最大値（波高値）を検出する（Ｓ１２０）。次
に計測された時間差ΔＴ1 から反射物体までの距離を算
出し（Ｓ１３５）、この算出された距離を波高値−測距
誤差補正曲線に基づいて補正する（Ｓ１４０）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、送信波を放射して
反射物体による反射波を検出し、反射波を放射した時間
と反射波を検出した時間との差に基づいて、反射物体ま
での距離を算出する距離測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば光波やミリ波などのパ
ルス状の送信波を断続的に放射して反射物体により反射
された反射波を検出し、その反射波を放射した時間と、
反射波を検出した時間との差に基づいて反射物体までの
距離を算出する距離測定装置が知られており、次のよう
にして反射物体までの距離を算出している。

【０００３】図７は受波手段にて検出される反射波の電
圧波形を示す線図であり、曲線Ｌ1は比較的強い反射波
に対応するものであり、曲線Ｌ2 は比較的弱い反射波に
対応するものである。この図７に例示するように、受波
手段が受波した反射波をその強度に応じた電圧に変換
し、送信波を放射した送信時刻から前記電圧が所定電圧
Ｖ0 に達するまでの時間を検知し、更にその時間に光速
／２を乗ずることによって反射物体までの距離を算出し
ている。なお、所定電圧Ｖ0 はノイズ成分による影響を
避けるために設定されている。

【０００４】ところが、受波手段が反射波を受波した時
刻ｔ0 から所定電圧Ｖ0 に達する（時刻ｔ1 ，ｔ2 ）ま
でには所定の遅れ時間が生じる。また、この遅れ時間
は、反射波の強度の影響を受け、例え受波手段が反射波
を受波する時刻ｔ0 が同じ時刻（すなわち反射物体まで
の距離が同一）であっても、比較的強い反射波に対応す
る曲線Ｌ1 では、電圧が時刻ｔ1 にてＶ0 に達するのに
対して、比較的弱い反射波に対応する曲線Ｌ2 では、電
圧はそれより遅い時刻ｔ2 にてＶ0 に達することにな
り、時刻ｔ1 ，ｔ2 の間の時間差ｄ1 の測定誤差を生じ
ることになる。

【０００５】そこで、前記測定誤差を補正するために、
特開平３−６５６７８号公報では、図８に示すように、
受波した信号波形に対して２つの閾値（Ｖ0 ，Ｖ1 ）を
設定し、この２つの閾値（Ｖ0 ，Ｖ1 ）と受波した信号
波形との交点から受波した信号波形の立ち上がり過程の
微分値（ΔＶ／Δｔ）を算出し、この微分値より受波立
ち上がり時点ｔ0 を算出することにより、上述した測定
誤差を抑えるものが提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には、以下のような問題点がある。すなわち、上
記従来技術では、受波した信号波形の立ち上がり過程の
微分値（ΔＶ／Δｔ）を算出するものであり、この微分
値（ΔＶ／Δｔ）を量子化誤差（連続的な量を離散的な
数値で表す場合に生じる誤差）を避けて高精度に算出す
るためには、サンプリング定理に基づいてサンプリング
タイムに対して相当大きく時間差Δｔを設定する必要が
あり、２つの閾値（Ｖ0 ，Ｖ1 ）のレベル差ΔＶをある
程度大きく設定する必要がある。

【０００７】また、受波信号にはノイズが重畳している
ため、ノイズの影響を受けずに高精度に微分値を得るた
めには、２つの閾値（Ｖ0 ，Ｖ1 ）のレベル差ΔＶをあ
る程度大きく設定する必要がある。このように、２つの
閾値（Ｖ0 ，Ｖ1 ）のレベル差ΔＶを大きく設定した場
合、図８に示すように、比較的強い反射波に対応する曲
線Ｌ1 では、微分値を算出することが可能であるが、比
較的弱い反射波に対応する曲線Ｌ2 では、微分値を算出
することができないという問題点が生じる。

【０００８】そこで、本発明は、反射波の強度の影響を
受けることなく、高精度に反射物体までの距離を求める
ことができる距離測定装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の技術手段を採用する。この技術手段に
よれば、送波手段が距離測定対象領域に対して送信波を
放射し、この送信波が反射物体にて反射された反射波を
受信波として受波手段で受波する。そして時間差計測手
段では、送信波を放射してから受信波を受波するまでの
時間差を計測するとともに、この時間差に基づいて距離
算出手段にて反射物体までの距離を算出する。さらに、
波高値検出手段にて受信波の波高値を検出し、この波高
値に基づいて、距離算出手段で算出された距離データを
補正手段にて補正処理する。すなわち、波高値は、反射
波の受信強度を特徴付ける指標となることから、この波
高値に基づいて距離の補正量を予め実験等により求めて
おくことにより、反射波の強度の違いによる測距誤差を
なくすことができる。

【００１０】また、請求項２記載の技術手段では、補正
手段が波高値に基づいて、時間差を補正するとともに、
この補正された時間差に基づいて反射物体までの距離を
算出する。すなわち、波高値は、反射波の強度を特徴付
ける指標となることから、この波高値に基づいて時間差
の補正量を予め実験等により求めておくことにより、請
求項１と同様の効果を得ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の距離測定装置を、
図に示す一実施形態に基づき説明する。図１は本発明の
一実施形態の距離測定装置１を表す概略構成図である。
なお、本実施形態の距離測定装置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。

【００１２】本距離測定装置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
て放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、図示しない障害物に反射され
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。

【００１３】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を放射（発光）する。また、スキャン
ミラー３５にはミラー４７が鉛直軸を中心に揺動可能に
設けられ、演算部３３からの駆動信号がモータ駆動部４
９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揺動する。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掃引照
射される。

【００１４】一方、受光素子４３の出力電圧は、ＳＴＣ
(Senssitivity 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。

【００１５】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は可変
利得アンプ５３の出力電圧Ｖを所定電圧Ｖ0 と比較し、
Ｖ＞Ｖ0 となったとき所定の受信信号を時間計測回路６
１へ入力する。なお、本発明の信号レベル判定手段がコ
ンパレータ５７に該当する。

【００１６】時間計測回路６１には、演算部３３から駆
動回路４５へ出力される駆動信号も入力され、上記駆動
信号をスタートパルスＰＡ、上記受光信号をストップパ
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。この時間計測回路６１
は、微小時間を数値化することができ、放射されたレー
ザ光Ｈ１発に対して複数の受信信号があってもそれぞれ
の信号についての時間差を検出することができるもので
ある。この時間計測回路６１が本発明の時間差計測手段
に該当する。

【００１７】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。

【００１８】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。従来、デジタル回路を時間測定に用
いる場合は、クロック周期を分解能としていたが、上記
のように構成される時間計測回路６１は、クロック回路
よりもはるかに微小な分解能で時間（上記２つのパルス
ＰＡ，ＰＢ間の位相差）を数値化することができる。そ
のため、放射されたレーザ光Ｈ１発に対して複数の受信
信号があっても（つまり１つのスタートパルスＰＡに対
して２つ以上のストップパルスＰＢがあっても）それぞ
れの信号についての時間差を検出することができるので
ある。

【００１９】図１の構成の説明に戻り、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の揺動角に基づき、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の最大値を演算部３３へ入力して
いる。なお、このピークホールド回路６３が本発明の波
高値検出手段に該当する。

【００２０】次に、このように構成された距離測定装置
１の作動について図２〜図３に基づき説明する。図２は
時間計測回路６１、演算部３３及びピークホールド回路
６３が実行する距離測定処理を示すフローチャート、図
３は距離測定時の各種信号を示すタイムチャートであ
る。まず、図２に示すように、ステップ１００（以下ス
テップを単にＳと称す）において、駆動回路４５に駆動
信号を出力し、レーザダイオード３９を発光させる。す
なわち、図３のに示すように演算部３３からレーザダ
イオード３９を駆動させるための計測開始信号（スター
トパルスＰＡ）が出力され、この計測開始信号に基づい
て駆動回路４５では１次電流を発生し（図３の参
照）、この１次電流をレーザダイオード３９に印加する
ことにより発光する（図３の参照）。

【００２１】続くＳ１１０では、その発光に対応し、図
示しない反射物体に反射されたレーザ光Ｈを受光レンズ
４１を介して受光する。そしてこの受光したレーザ光Ｈ
は、受光素子４３でその強度に対応する電圧に変換さ
れ、ＳＴＣ回路５１、可変利得アンプ５３を介して所定
レベルに増幅する（図３の参照）。増幅された信号は
出力電圧Ｖとしてコンパレータ５７へ入力する。コンパ
レータ５７では、出力電圧Ｖと所定電圧Ｖ0 と比較して
Ｖ＞Ｖ0 が成立している間、出力電圧Ｖを時間計測回路
６１へ入力する。

【００２２】次にＳ１１５では、図３に示すようにスタ
ートパルスＰＡの立ち上がりエッジＰＡ1 とストップパ
ルスＰＢの立ち上がりエッジＰＢ1 との時間差ΔＴ1 を
時間計測回路６１にて算出する（図３の参照）。この
時間計測回路６１にて計測された時間差データΔＴ1
は、演算部３３の図示しないＲＡＭに記憶される。続い
て、Ｓ１２０では、上記時間差データΔＴ1 を生じる反
射波Ｌ1 の出力電圧Ｖの最大値すなわち受信波の波高値
Ｗをピークホールド回路６３から取得して、演算部３３
の図示しないＲＡＭに上記時間差データΔＴ1 と対応付
けて記憶する。なお、この波高値Ｗは、反射波の受信強
度が強くなると大きくなり、受信強度が弱くなると小さ
くなるものであり、反射波の強度を特徴付ける指標とし
て用いることができる。

【００２３】そして、Ｓ１３０では、上記Ｓ１００の処
理（発光）がｎ回実行されたか否かを判断し、ｎ回実行
されていない場合はＳ１００へ戻りＳ１００〜Ｓ１２０
の処理を繰り返す。このようにＳ１００〜Ｓ１３０の処
理を繰り返すことにより、演算部３３のＲＡＭにはｎ個
の時間差データΔＴ1 及び波高値Ｗが記憶される。一
方、Ｓ１００の処理（発光）がｎ回実行された場合は、
Ｓ１３５へ移行する。

【００２４】続いて、Ｓ１３５では、計測されたｎ個の
時間差データΔＴ1 にそれぞれ光速／２を乗ずることに
より反射物体までの距離データをｎ個算出する。なお、
このＳ１３５が本発明の距離算出手段に該当する。次
に、Ｓ１４０では、Ｓ１３５で算出されたｎ個の距離デ
ータをＳ１２０で得られたｎ個の波高値Ｗに応じて各々
補正する。以下、この波高値Ｗに応じて実行される補正
処理について図４，５を用いて説明する。なお、このＳ
１４０が、本発明の補正手段に該当する。

【００２５】図４は波高値と測距誤差との関係を示す線
図、図５は本補正処理の概念を説明する受信波形図であ
る。図５に示すように、比較的強い反射波に対応する曲
線Ｌ1 と比較的弱い反射波に対応する曲線Ｌ2 とを対比
すると、反射物体までの距離が同一であっても、電圧が
Ｖ0 に達する時刻ｔ1 ，ｔ2 の間には時間差ｄ1 の測定
誤差が生じ、この測定誤差ｄ1 は反射物体までの距離の
測距誤差となる。この測距誤差は図４の破線で示すよう
に、基準となる波高値より高い比較的強い反射波の場合
は、負の測距誤差すなわち基準となる波高値から求めら
れる反射物体までの距離よりも近く算出される。逆に基
準となる波高値より低い比較的弱い反射波の場合は、正
の測距誤差すなわち基準となる波高値から求められる反
射物体までの距離よりも遠く算出される。

【００２６】そこで、本実施形態では、この反射波の強
度の影響による測距誤差をなくすために、図４の実線に
示すような波高値−測距誤差補正曲線を予め実験等によ
り求めマップとして演算部３３のＲＯＭに記憶してお
き、算出されたｎ個の距離データを波高値Ｗによって補
正している。この補正処理は、換言すれば、図５に示す
ように、基準となる反射波に対応する曲線Ｌ3 を設定
し、この曲線Ｌ3 に波高値を揃える処理（矢印３００参
照）、すなわち時刻ｔ1 ，時刻ｔ2 を時刻ｔp に揃える
処理（矢印３１０参照）と等価であり、これらのことか
らＳ１４０を振幅補正処理と称している。従って、上述
した時間差データΔＴ1 から求めた距離データを図４に
示す波高値−測距誤差補正曲線に基づき補正するものに
代えて、求められた時間差データΔＴ1 を波高値Ｗに基
づいて補正した後に、距離データを求めてもよい。な
お、この場合、波高値と測距誤差との関係を示す線図に
代えて、波高値と時間差誤差との関係を示す線図を演算
部３３のＲＯＭに記憶しておけばよい。

【００２７】続いて、Ｓ１５０では、補正されたｎ個の
補正距離データを平均化処理することにより平均値を求
める。さらに、補正されたｎ個の補正距離データが、こ
の平均値に対して予め定められた所定範囲内に存在する
か否かを判断し、所定範囲外の補正距離データを削除す
るとともに、残された補正距離データに基づいて再度平
均値を求め、この平均値を距離データとする。

【００２８】ところで本実施形態では、演算部３３から
の駆動信号がモータ駆動部４９を介してスキャンミラー
３５に入力されると、ミラー４７が揺動して所定のエリ
アをスキャンする。これによって、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掃引照射され
る。この掃引は、図６に示すように、Ａ方向にｎ回発
光、Ｂ方向にｎ回発光、Ｃ方向にｎ回発光するといった
ように、特定の方向に対して複数回発光させるようにス
キャンミラー３５を揺動させている。したがって、Ｓ１
８０では、この所定のエリアを全てスキャンしたか否か
を判断しており、全エリアのスキャンが終了するまで、
Ｓ１００〜Ｓ１５０までの処理を繰り返す。

【００２９】そして、全エリアのスキャンが終了する
と、Ｓ１９０において、距離データが存在するか否か判
断する。距離データが一つもない場合にはＳ２００へ移
行し、対象となる目標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。一方、Ｓ１９０において
距離データが存在する場合には、Ｓ２１０へ移行し、そ
の距離データを距離に応じてグループ化する。この距離
に応じたグループ化とは、上述したように、本実施形態
では、スキャン方式を採用しており、レーザ光Ｈの放射
方向を所定角度（例えば０．５度）毎に不連続に設定さ
れるため、そのままでは、本来は同一の対象物からの反
射波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
同士をグループ化している。

【００３０】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の放射方向も加味
し、隣り合う放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、所定角度毎に放射されるレーザ光Ｈの内の
複数が同じ車両に反射すると考えられるからである。

【００３１】続くＳ２２０では、Ｓ２１０においてグル
ープ化された距離データを目標物までの距離として出力
する。上述したように、本実施形態では、反射波の受信
強度を特徴付ける指標となる波高値を検出するととも
に、波高値と測距誤差との間の対応関係（図４参照）を
予め実験等により求めておき、検出された波高値に基づ
いて、距離データを補正するため、反射波の強度の違い
による測定誤差をなくすことができる。

【００３２】以上詳述した上記実施形態において、反射
物体までの距離を測定すれば、その測定距離に基づいて
追突防止の制御を実行したり、前方の車両に所定の車間
距離を保って追従走行をする追従走行制御など、種々の
制御に利用することができる。さらに、本実施形態の距
離測定装置１は、自動車に搭載する以外にも種々の用途
に適用することができる。

【００３３】また、上記実施形態では、半導体レーザダ
イオード１９によってパルス状のレーザ光Ｈを放射して
障害物を検出しているが、それ以外にも電波や超音波等
を使用するような構成でもよい。この場合も上記実施形
態と同様の作用・効果が得られる。すなわち、距離測定
装置１の使用目的に応じた適切な送信波を選択すればよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である距離測定装置を示す
概略構成図である。

【図２】本発明の一実施形態である距離測定処理を示す
フローチャートである。

【図３】本発明の一実施形態である距離測定時の各種信
号を示すタイムチャートである。

【図４】本発明の一実施形態である波高値と測距誤差補
正値との関係を示す線図である。

【図５】本発明の一実施形態である補正処理の概念を説
明する受信波形図である。

【図６】本発明の一実施形態である発光系の部分拡大図
である。

【図７】従来の距離測定装置の距離測定原理を示す受信
波形図である。

【図８】従来の距離測定装置の距離測定原理を示す受信
波形図である。

【符号の説明】

１ 距離測定装置 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 ６５ コンパレータ Ｈ レーザ光

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルス状の送信波を放射する送波手段
   と、 前記送信波が反射物体にて反射された反射波を受信波と
   して受波する受波手段と、 前記送波手段が前記送信波を放射してから前記受波手段
   が前記受信波を受波するまでの時間差を計測する時間差
   計測手段と、 該時間差計測手段にて計測された時間差に基づいて前記
   反射物体までの距離を算出する距離算出手段と前記受信
   波の波高値を検出する波高値検出手段と、 該波高値検出手段にて検出された波高値に基づいて、前
   記距離算出手段にて算出された距離を補正する補正手段
   とを備えたことを特徴とする距離測定装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の距離測定装置において、 前記補正手段が、前記波高値検出手段にて検出された波
   高値に基づいて、前記時間差計測手段にて計測された時
   間差を補正するとともに、 距離算出手段が、上記補正された時間差に基づいて前記
   反射物体までの距離を算出することを特徴とする距離測
   定装置。