JP2790590B2 - 距離測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はパルス光を物体に向け
て照射し、その物体による反射パルス光を受光し、パル
ス光の往復時間より物体までの距離を求める距離測定装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の距離測定装置としては、例えば
特開平２−２２８５７９号公報等で開示されているよう
な、光レーダ装置が知られている。図４は従来の距離測
定装置の構成を示す図であり、１はレーザダイオード等
の発光素子を駆動してパルス光を発生させる送光装置、
２は送光装置１に接続され、パルス光の発生タイミング
となるクロックパルスを発生するクロック回路、３はパ
ルス光が照射された物体７からの反射パルス光を電気信
号に変換する受光装置、４はクロック回路２及び受光装
置３に接続された処理装置であって、この処理装置４は
クロック回路２に接続されたサンプルパルス発生回路４
１と、このサンプルパルス発生回路４１に接続されると
ともに、受光装置３に接続されたサンプルホールド回路
４２と、これらサンプルパルス発生回路４１及びサンプ
ルホールド回路４２に接続され、物体７までの距離を検
出する距離検出手段４３とを備えている。

【０００３】次に、このように構成された従来装置の動
作を図５、図６について説明する。図５はクロック回路
２のクロックパルス周期内での動作波形を示す図、図６
はこの距離測定装置が１回の距離測定を行う時間間隔で
の動作波形を示す図である。尚、図５、６において１１
ｃ、１１ｄはクロックパルス、１２ｃ、１２ｄはパルス
光波形、１３ｃ、１３ｄはサンプルパルス、１４ｃ、１
４ｄは受光装置３の出力信号、１５ｃ、１５ｄはサンプ
ルホールド回路４２の出力信号である。クロック回路２
は最大測定距離に相当する時間以上の時間間隔Ｔのクロ
ックパルスを発生し（図５−１１ｃ）、送光装置１に入
力する。送光装置１はこのクロックパルスに同期してパ
ルス光を発生させる（図５−１２ｃ）。このパルス光は
物体７により反射され受光装置３により受光される。受
光装置３は光電変換により反射パルス光を電気信号に変
換して高周波増幅し、その出力信号はサンプルホールド
回路４２に入力される（図５−１４ｃ）。一方サンプル
パルス発生回路４１はクロック回路２からのクロックパ
ルスを計数して、最大測定距離を距離分解能で除した値
Ｍ以上のクロックパルス計数値を１周期（図６−１１
ｄ）として計数を繰り返し、距離分解能に相当する微小
時間ΔＴにクロックパルス計数値ｎを乗じた時間分だけ
上記クロックパルスを遅延させた遅延時間を有するサン
プルパルスを発生する（図５−１３ｃ）。サンプルホー
ルド回路４２は反射光のパルス信号を上記サンプルパル
スでサンプルし、次のサンプルパルスまでその信号レベ
ルをホールドする（図５−１５ｃ）。このホールドされ
た信号は高周波の反射パルス光の波形を低周波信号に周
波数変換した信号となっている（図６−１５ｄ）。距離
検出手段４３はこのサンプルホールド回路４２の低周波
出力信号を反射パルス光検出のしきい値と比較してしき
い値以上の信号を検出し（図６−ＡおよびＢ）、サンプ
ルパルス発生回路４１のクロックパルス計数値Ｎmesか
ら距離測定装置と物体の間の距離を下式（１）により求
める。

【０００４】距離＝Ｎmes×ΔＴ×Ｃ／２・・・（１）

【０００５】ここでＣは光の速度である。すなわち距離
は、クロックパルス計数値から求めた送光装置１による
発光パルスの送光から受光までの時間に光の速度を乗じ
て求められるパルス光の行程の１／２となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この種の距離測定装置
は、距離の測定を上記演算式（１）で算出しているの
で、その測距精度は計数値の信頼度、微小時間ΔＴの精
度で決定される。微小時間ΔＴは例えば０．６ｍの距離
分解能を得ようとすれば４ns程の極めて短い時間に設定
しなければならない。この微小時間を積算して遅延時間
を作成する処理は一般のＣＭＯＳロジックＩＣ等のデジ
タル回路では速度的に不可能であるため、アナログ回路
で遅延時間を作り出さなければならない。例えばアナロ
グ・デバイセズ社のディジタルプログラマブル遅延発生
器ＡＤ９５０１などはその代表的なものである。その動
作回路は図７に示すように、外付け抵抗Ｒ及び外付けコ
ンデンサＣを備え、トリガ入力により駆動されてコンデ
ンサＣを定電流で充電するランプ回路１２と、比較電圧
を設定するＤ／Ａコンバータ１４と、これらランプ回路
１２及びＤ／Ａコンバータ１４が接続された電圧コンパ
レータ１３とを備えて構成され、電圧コンパレータ１３
はランプ電圧を監視しており、ランプ電圧が８ビットＤ
／Ａコンバータ１４によって設定される比較電圧を横切
ったときに遅延出力を出す。遅延時間はＤ／Ａコンバー
タ１４に設定するディジタル値でプログラムすることが
できるようになっており、遅延時間の分解能すなわちΔ
Ｔはランプ回路１２の外付けコンデンサＣの容量あるい
は充電電流値を決める外付け抵抗Ｒの抵抗値で設定され
るようになっている。従来例の距離測定装置ではＤ／Ａ
コンバータ１４に上記クロックパルスの計数値を設定す
れば所望の遅延時間（計数値×ΔＴ）が得られる。

【０００７】図８はその動作タイミングを示す図であ
り、ＡＤ９５０１により発生される遅延時間は、トリガ
入力からランプ回路１２が動き出すまでのトリガ回路遅
延時間ｔLとランプ回路１２のランプ電圧がＤ／Ａコン
バータ１４の０遅延基準電圧に到達するまでのランプ回
路１２の遅延時間ｔzの各遅延時間の和によって決まる
定常的遅延時間ｔPDと、プログラムすることによって得
られるプログラム遅延時間ｔDの総和となる。ＡＤ９５
０１の場合、定常的に発生する遅延時間の総和はプログ
ラムで発生させる最大遅延時間を１０２０ｎｓとすると
１８０ｎｓほど発生する。従ってサンプルパルスは定常
的に１８０ｎｓクロックパルスに対して遅れの成分を持
つことになる。この時間遅れ１８０ｎｓを距離に換算す
ると２７ｍに相当し、上記式（１）で物体７の距離を演
算すると、実際の距離よりも２７ｍ近いという距離測定
結果が得られる。従って、距離を正確に求めるために
は、式（１）で計算した距離測定結果に上記誤差２７ｍ
を加算した値を距離測定結果とする必要がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の距離測定装置では、たとえ上記の操作で距離の誤
差を補正できたとしても、このようにアナログ回路によ
る遅延時間発生回路では定常的に発生する遅延時間ｔPD
は使用する素子個々によりばらつきが大きいので、実際
には距離測定結果に一定の補正量を加算するだけでは装
置によって距離測定値にばらつきがでる。またプログラ
ム遅延時間ｔDもコンデンサの容量や抵抗値で設定され
るので個々の部品のばらつきが直接距離測定の精度に影
響を与えるという問題点がある。

【０００９】一方、距離測定装置の精度を確保するため
には、計数値を上記定常偏差を補償するような回路を付
加して調整したり、正確な遅延時間が得られるよう上記
アナログ回路のコンデンサ容量や抵抗値を調整する作業
が個々の装置に対して必要となり、従ってこの場合は必
然的に距離測定装置の製造コストが上がることになる。

【００１０】この発明はこのような問題点を解消するた
めになされたものであり、上記の様な距離測定装置の調
整工程を不要として、しかも精度の高い距離測定装置を
安価に提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る距離測定装置は、発光クロックパルスに同期してパル
ス光を発生する送光装置と、上記パルス光が照射された
物体からの反射パルス光を受光し光電変換して受光信号
を発生する受光装置と、上記受光信号が入力され、上記
パルス光の発生から反射パルス光の受光までのパルス光
の往復時間を測定して物体までの距離を測定する処理装
置と、上記発光クロックパルスに対して所定のタイミン
グで上記処理装置に校正パルスを入力して測定値を校正
させる校正パルス発生回路とを備えたものである。

【００１２】また、この発明の請求項２に係る距離測定
装置は、発光クロックパルスに同期してパルス光を発生
する送光装置と、上記パルス光が照射された物体からの
反射パルス光を受光し光電変換して受光信号を発生する
受光装置と、上記受光信号が入力され、上記パルス光の
発生から反射パルス光の受光までのパルス光の往復時間
を測定して物体までの距離を測定する処理装置と、上記
発光クロックパルスから光が所定の距離を往復するのに
相当する時間後に上記処理装置に校正パルスを入力して
測定値を校正させる校正パルス発生回路とを備えたもの
である。

【００１３】また、この発明の請求項３に係る距離測定
装置は、発光クロックパルスに同期してパルス光を発生
する送光装置と、上記パルス光が照射された物体からの
反射パルス光を受光し光電変換して受光信号を発生する
受光装置と、上記受光信号が入力され、パルス光の発生
から反射パルス光の受光までのパルス光の往復時間を測
定して物体までの距離を測定する処理装置と、上記発光
クロックパルスと同時に上記処理装置に校正パルスを入
力し、時間計測の定常偏差を求めて測定値を校正させる
校正パルス発生回路とを備えたものである。

【００１４】また、この発明の請求項４に係る距離測定
装置は、発光クロックパルスに同期してパルス光を発生
する送光装置と、上記パルス光が照射された物体からの
反射パルス光を受光し光電変換して受光信号を発生する
受光装置と、上記受光信号が入力され、パルス光の発生
から反射パルス光の受光までのパルス光の往復時間を測
定して物体までの距離を測定する処理装置と、上記発光
クロックパルスに対して所定のタイミングで第１の校正
パルスを発生し、この第１の校正パルスから光が所定の
距離を往復するのに相当する時間後に第２の校正パルス
を発生して上記処理装置に入力し、これら校正パルスに
よって、時間計測の定常偏差および傾斜を求めて測定値
を校正させる校正パルス発生回路とを備えたものであ
る。

【００１５】また、この発明の請求項５に係る距離測定
装置は、請求項４において、上記第１の校正パルスと上
記第２の校正パルスは、上記発光クロックパルスに対し
て選択的に上記処理装置に入力されるものである。

【００１６】また、この発明の請求項６に係る距離測定
装置は、発光クロックパルスに同期してパルス光を発生
する送光装置と、上記パルス光が照射された物体からの
反射パルス光を受光し光電変換して受光信号を発生する
受光装置と、上記受光信号が入力され、パルス光の発生
から反射パルス光の受光までのパルス光の往復時間を測
定して物体までの距離を測定する処理装置と、上記発光
クロックパルスに対して所定のタイミングで第１の校正
パルスから第Ｎの校正パルスまでの複数の校正パルスを
発生し上記処理装置に入力して測定値を校正させる校正
パルス発生回路とを備えたものである。

【００１７】また、この発明の請求項７に係る距離測定
装置は、請求項４乃至請求項６のいずれかの距離測定装
置において、第１の校正パルスは上記発光クロックパル
スの発生前に出力されるものである。

【００１８】また、この発明の請求項８に係る距離測定
装置は、請求項１乃至請求項７のいずれかの距離測定装
置において、校正パルスは光パルスまたは電気パルスと
して受光装置に入力され、この受光装置の受光信号とし
て上記処理装置に入力されるものである。

【００１９】また、この発明の請求項９に係る距離測定
装置は、請求項１乃至請求項８のいずれかの距離測定装
置において、校正パルスの発生は距離測定を行わないと
きに発生されるものである。

【００２０】また、この発明の請求項１０に係る距離測
定装置は、請求項１乃至請求項９のいずれかの距離測定
装置において、処理装置は上記校正パルスに基づいて上
記各装置の異常を検出する異常検出手段を備えたもので
ある。

【００２１】さらに、この発明の請求項１１に係る距離
測定装置は、請求項１乃至請求項１０のいずれかの距離
測定装置において、処理装置には所定箇所の温度を検出
する温度検出手段が接続され、この温度検出手段の出力
に基づく温度条件に応じて、上記校正パルス発生回路に
校正パルスを出力させ、測定値の校正を行うものであ
る。

【００２２】

【作用】この発明の請求項１に係る距離測定装置によれ
ば、予め設定された距離に相当する精度の高い遅延時間
を有する校正パルスを作成し、この校正パルスを受光信
号の代わりに処理装置に入力して、距離測定動作をさ
せ、得られた距離相当の測定結果から実際の距離測定結
果の補正量を演算により求め、実際の物体からの測定結
果を演算で校正する。

【００２３】この発明の請求項２に係る距離測定装置に
よれば、測定値の定常偏差の校正を行うことができる。

【００２４】この発明の請求項３に係る距離測定装置に
よれば、測定値の定常偏差の校正が容易にできる。

【００２５】この発明の請求項４に係る距離測定装置に
よれば、時間計測の定常偏差及び傾斜を求めて、物体か
らの反射パルス光受光により計測した時間及びその時間
より求めた距離を校正できる。

【００２６】この発明の請求項５に係る距離測定装置に
よれば、一つの発光クロックパルスに対して校正パルス
は一つとされるので、距離測定とほぼ同じ処理によって
測定値の校正ができる。

【００２７】この発明の請求項６に係る距離測定装置に
よれば、Ｎ（多数）個の校正パルスを用いることにより
高次式による測定値の校正ができる。

【００２８】この発明の請求項７に係る距離測定装置に
よれば、第１の校正パルスは発光クロックパルス以前に
出力されるため、第２の校正パルスとの時間間隔を大き
く取ることができ、校正精度を高めることができる。

【００２９】この発明の請求項８に係る距離測定装置に
よれば、校正パルスは受光装置に光パルスまたは電気パ
ルスとして入力されるため、受光装置の特性に基づく測
定誤差をも含めた校正を行うことができる。

【００３０】この発明の請求項９に係る距離測定装置に
よれば、校正パルスは距離測定を行わないときに出力さ
れるため、周囲の物体などからの反射パルス光信号が入
力されて校正パルスと誤って計数されるのを防止するこ
とができる。

【００３１】この発明の請求項１０に係る距離測定装置
によれば、校正パルスを出力したにもかかわらず処理装
置がその校正パルスに基づく信号を受けないときは、受
光装置や処理装置等に異常があることとなる。

【００３２】この発明の請求項１１に係る距離測定装置
によれば、温度条件による距離測定装置の特性変化に応
じて、校正を行うことができる。

【００３３】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例１を図について説明
する。図１は実施例１を示すブロック図である。図１に
おいて１はレーザダイオード等の発光素子を駆動してパ
ルス光を発生させる送光装置、２Ａは送光装置１に接続
されたクロック回路であり、このクロック回路２Ａは、
高精度で安定な水晶振動子、またはセラミック振動子を
有し例えば１０（ＭＨｚ）の基準周波数信号を出力する
発振器２１と、この発振器２１に接続され、発振器２１
の出力する基準周波数信号を例えば１０００回計数して
１０（ｋＨｚ）のクロックパルスを発生するカウンタ２
２と、発振器２１及びカウンタ２２に接続されるととも
に、送光装置１に接続され、カウンタ２２がクロックパ
ルスを発生した後、上記基準周波数信号を２回計数した
ときに、送光装置１にパルス発光のタイミングとなる発
光クロックパルスを出力する発光クロック回路２３とを
備えて構成される。

【００３４】また、３は距離測定対象物体である物体７
からの反射パルス光を受光する受光装置、５はクロック
回路２Ａに接続されるとともに、後述する処理装置に接
続された校正パルス発生回路であり、この校正パルス発
生回路５は、処理装置からの校正パルス発生指令入力時
に、上記発光クロックパルスと発振器２１の基準周波数
信号を入力して発光クロックパルスから発振器２１の基
準周波数信号を計数して所定数計数後に校正パルスを出
力する。尚、この校正パルス発生回路５は、この実施例
では計数値が０の時点、すなわちクロックパルスから２
００ｎｓ後に校正パルスを出力する。

【００３５】４Ａは処理装置であり、この処理装置４Ａ
は、カウンタ２２に接続され、上記クロックパルスを計
数し、その計数値に対応して例えば４ｎｓの分解能で上
記クロックパルスを遅延させサンプルパルスを発生する
サンプルパルス発生回路４１と、このサンプルパルス発
生回路４１に接続されるとともに、受光装置３及び校正
パルス発生回路５に接続され、サンプルパルス発生回路
４１から発生されたサンプルパルスで入力信号をサンプ
リングするサンプルホールド回路４２Ａと、送光装置
１、校正パルス発生回路５、サンプルホールド回路４２
Ａ等に接続され、送光装置１に対する送光の禁止／許可
指令を出力すると共に、校正パルス発生回路５に校正パ
ルス発生指令を出力し、また、受光装置３の出力信号お
よび上記校正パルスをサンプルホールド回路４２に入力
してサンプルホールド回路４２Ａの出力信号を所定のレ
ベルと比較し物体７までの距離を測定する距離検出手段
４３Ａとから構成される。

【００３６】次にこのように構成された実施例１の動作
を説明する。まず処理装置４Ａは距離測定に先立ち校正
データの収集を行う。距離検出手段４３Ａは送光装置１
の送光を禁止し、校正パルス発生回路５に校正パルス発
生指令を出力し、校正パルスをサンプルホールド回路４
２Ａに入力させる。この時の動作を図２及び図３を用い
て説明する。図２はクロック回路２の１０ｋＨｚのクロ
ックパルス周期内での動作波形を示す図、図３は１回の
校正動作を行う時間間隔での動作波形を示す図である。
図２及び図３において、１１ａ、１１ｂはクロックパル
ス、１２ａ、１２ｂは発光クロックパルス、１３ａ、１
３ｂはサンプルパルス、１４ａ、１４ｂは校正パルス、
１５ａ、１５ｂはサンプルホールド回路４２Ａの出力信
号である。校正パルスは発光クロックパルスと同時、す
なわちクロックパルスから２００ｎｓ後にサンプルホー
ルド回路４２Ａに入力される（図２−１４ａ）。サンプ
ルパルス発生回路４１は、クロックパルスから回路自体
の有する定常的遅延時間ｔPDに設定されたプログラム遅
延時間ｔDを加えた時間分だけ遅れてサンプルパルスを
発生する（図３−１３ａ）。サンプルホールド回路４２
Ａは校正パルスを上記サンプルパルスでサンプルし次の
サンプルパルスまでその信号レベルをホールドする（図
３−１５ａ）。このホールドされた信号は校正パルス波
形を低周波信号に周波数変換した信号となっている（図
３−１５ｂ）。距離検出手段４３Ａはこのサンプルホー
ルド回路４２Ａの低周波出力信号をしきい値と比較して
しきい値以上の信号を検出し（図３−ＡおよびＢ）、サ
ンプルパルス発生回路４１のクロックパルス計数値を校
正計数値Ｎcal1として記憶する。クロックパルスからサ
ンプルパルス発生回路４１の遅れを１８０ｎｓとし、サ
ンプルパルスのプログラム遅延時間ｔDの分解能を４ｎ
ｓとすると、上記クロックパルスから２００ｎｓ経過後
の校正パルスはプログラム遅延時間ｔD設定０の時のサ
ンプルパルスから２０ｎｓ後に発生するので校正計数値
Ｎcal1は５となる。

【００３７】次に処理装置４Ａは距離検出手段４３Ａに
より校正パルス発生回路５の校正パルス発生を停止さ
せ、送光装置１の送光を許可し、受光装置３の出力を選
択して、サンプルホールド回路４２Ａに入力させる。そ
してパルス光を物体７に照射して生じた反射パルス光信
号はサンプルホールド回路４２Ａでサンプルされ高周波
の反射パルス光の波形が低周波信号に周波数変換され
て、しきい値と比較され、処理装置４Ａはしきい値以上
の信号を検出たときにサンプルパルス発生回路４１のク
ロックパルス計数値Ｎmesを従来例と同様にして求め
る。続いて処理装置４Ａは先の校正計数値Ｎcal1を以て
物体７からの反射パルス光に対するクロックパルス計数
値Ｎmesを補正するよう下記式（２）で演算して距離を
求める。

【００３８】 距離＝（Ｎmes−Ｎcal1）×ΔＴ×Ｃ／２ ・・・（２）

【００３９】尚、上記で校正パルスによる校正動作を行
うときに送光装置１のパルス発光を停止させるのは、周
囲の物体などからの反射パルス光信号が入力されて校正
パルスと誤って計数されるのを防止するためである。

【００４０】今、物体７が６０ｍ離れた位置に存在する
とすれば物体７からの反射パルス光は発光クロックパル
スから４００ｎｓ後に受光される。すなわちクロックパ
ルスからは６００ｎｓ後であり、プログラム遅延時間ｔ
D設定０の時のサンプルパルスからは４２０ｎｓ後とな
る。したがって、反射パルス光のクロックパルス計数値
Ｎmesは１０５となる。Ｎcal1＝５、Ｎmes＝１０５を上
記式（２）に代入して距離を求めると正しく６０ｍとい
う結果が得られる。

【００４１】次にサンプルパルス発生回路４１の定常的
遅延時間ｔPDが素子のばらつきにより２０ｎｓ短い１６
０ｎｓのものがあった場合を考える。このときの校正パ
ルスはプログラム遅延時間ｔD設定０の時のサンプルパ
ルスから４０ｎｓ後に発生するので校正計数値Ｎcal1は
１０となる。同様に６０ｍ離れた物体７からの反射パル
ス光はプログラム遅延時間ｔD設定０の時のサンプルパ
ルスからは４４０ｎｓ後となる。よって、反射パルス光
のクロックパルス計数値Ｎmesは１１０となる。Ｎcal1
＝１０、Ｎmes＝１１０を上記式（２）に代入して距離
を求めると、やはり正しく６０ｍという結果が得られ、
サンプルパルス発生回路４１の定常的遅延時間ｔPDによ
る誤差の発生を抑制することができる。上記例では、校
正が容易に行えるよう校正パルスを発光クロックパルス
と同一タイミングで発生させたが、異なるタイミングで
発生させても、校正計数値Ｎcal1からその時間差分の計
数値に相当する一定値を減じた値を新たな校正計数値Ｎ
cal2とすれば、式（２）で距離は精確に求めることがで
きる。以上のようにして、実施例１では一つの校正パル
スにより時間計測の開始点のずれに基づく誤差である定
常偏差、即ち、クロックパルス発生回路４１の定常的遅
延時間ｔPD（ここでは１８０ｎｓ）に対する誤差が校正
でき、もって測定距離を校正することができる。

【００４２】実施例２．ところで上記実施例１では、校
正パルスによりサンプルパルス発生回路４１の定常的遅
延時間ｔPDによる誤差の校正を行っているが、他の校正
パルス、即ち、上記定常的遅延時間ｔPDを校正する校正
パルスを第１の校正パルスとすると、この第１の校正パ
ルスとは異なる第２の校正パルスにより、コンデンサ容
量や抵抗値のばらつきに依存するプログラム遅延時間ｔ
Dのばらつきに対する校正も可能となる。例えばプログ
ラム遅延時間ｔDのばらつきとして抵抗値あるいはコン
デンサ容量値に誤差があり遅延時間の分解能が設定値Δ
Ｔより５％大きな値となっている場合を考える。このと
き１回当たりの遅延時間は設定値の４ｎｓに対し４．２
ｎｓとなるので、６０ｍ前方に置かれた物体７の検出を
するとすれば、プログラム遅延時間ｔD設定０の時のサ
ンプルパルスから４２０ｎｓ後に検出される反射パルス
光のクロックパルス計数値Ｎmesは１００となる。サン
プルパルス発生回路４１の定常的遅延時間ｔPDが１８０
ｎｓで誤差がないとすれば距離は５７ｍと算出され、上
記プログラム遅延時間ｔDのばらつきによる誤差により
距離は短く測定されることになる。したがって、このよ
うな誤差を校正するには、前述の定常的遅延時間ｔPDを
校正する校正パルスとは別の第２の校正パルスを用いれ
ば良いことが分かる。

【００４３】すなわち、第２の校正パルスを発生させる
ために校正パルス発生回路５の基準周波数信号の計数値
を決定する。決定した第２の校正パルスに関して、装置
の誤差が０の場合の第２の校正パルスのクロックパルス
計数値を計算で求め、その値を基準値Ｎsetとする。次
に、実際の装置で校正パルス発生回路５から第２の校正
パルスを発生させ、第２の校正パルスのクロックパルス
計数値を測定し校正計数値Ｎcal2とする。上記基準値Ｎ
set、及び校正計数値Ｎcal2を用いて実際の物体７を測
定したときのクロックパルス計数値Ｎmesを補正して下
記式（３）で距離を演算する。

【００４４】 距離＝（Ｎmes×Ｎset/Ｎcal2 −α）×ΔＴ×Ｃ／２ ・・・（３）

【００４５】式（３）においてＮset／Ｎcal2はプログ
ラム遅延時間ｔDの設定値に対する実際の特性の傾斜の
逆数であり、補正式の傾斜を示している。その値が１の
とき誤差は０となる。αはプログラム遅延時間ｔD設定
０の時のサンプルパルスから発光クロックパルスまでの
時間カウントに相当する値である。上記実施例１のサン
プルパルス発生回路４１の定常的遅延時間ｔPD１８０ｎ
ｓに対しては発光クロックパルスまで２０ｎｓであるの
でαは５とすれば良い。

【００４６】例えば校正パルス発生回路５で、発振器２
１からの基準周波数信号の計数値を８として、距離１２
０ｍに相当する８００ｎｓ後に第２の校正パルスを発生
させるものとすれば、装置の誤差が０のとき第２の校正
パルスはプログラム遅延時間ｔD設定０の時のサンプル
パルスから８２０ｎｓ後に発生するので、第２の校正パ
ルスの基準値Ｎsetは８２０を４で除して２０５と求め
られる。次に、この校正パルス２について校正計数値Ｎ
cal2を測定する。サンプルパルス発生回路４１の１回当
たりのプログラム遅延時間ｔDが５％の誤差で４．２ｎ
ｓになっているとすると、上記８２０ｎｓの第２の校正
パルスの計数値Ｎcal2の測定値は１９５となる。これら
Ｎset、Ｎcal2を用いて、上記の６０ｍ前方に置かれた
物体７の距離を式（３）で求めると、クロックパルス計
数値Ｎmes＝１００を式（３）に代入して、６０ｍとい
う結果が得られ、プログラム遅延時間ｔDによる誤差は
補償され精確な測定値が得られる。

【００４７】実施例３．さらに、上述した第１の校正パ
ルスと第２の校正パルスの両方を用い、２つの校正方法
を共に行えば、サンプルパルス発生回路４１の定常的遅
延時間ｔPD、プログラム遅延時間ｔDそれぞれのばらつ
きによる誤差を全て補償することができる。つまり第１
の校正パルスで定常的遅延時間ｔPDの校正計数値Ｎcal1
を測定し、第２の校正パルスでプログラム遅延時間ｔD
の校正計数値Ｎcal2を測定して補正の傾斜、即ち言い換
えれば、プログラム遅延時間における分解能（時間）の
設定値ΔＴに対する実際の分解能（時間）の割合、つま
り（３）式におけるＮset／Ｎcal2を求め距離を算出す
れば良い。式（４）に距離の演算式を示す。式（４）は
式（３）におけるプログラム遅延時間ｔD設定０の時の
サンプルパルスから発光クロックパルスまでの時間カウ
ントに相当する値αを第１の校正パルスによる校正計数
値Ｎcal1で置き換えたものである。

【００４８】 距離＝（Ｎmes× Ｎset/Ｎcal2 −Ｎcal1）×ΔＴ×Ｃ／２ ・・・（４）

【００４９】校正計数値Ｎcal1、Ｎcal2の測定に際して
は、物体７からの反射パルス光（発光クロックパルス）
による一回の測定時に２つの校正パルスを入力して２つ
の校正パルスによる校正計数値を同時に測定すれば短時
間で校正計数値が測定できる。

【００５０】実施例４．実施例３では第１の校正パルス
と第２の校正パルスを一つの発光クロックパルスに対し
て同時に処理装置４Ａに入力させるように説明したが、
逆に発光クロックパルスに対して２つの校正パルスを校
正パルス発生回路５によって選択的に、即ち１つの発光
クロックパルスに対していずれか１つの校正パルスのみ
を上記校正計数値が測定出来るように出力した後、他の
校正パルスを同様に上記校正計数値が測定出来るように
出力させて、サンプルホールド回路４２Ａに入力するこ
とにより、それぞれ個別に校正計数値を測定するように
構成すれば、校正パルスの計数処理は物体７からの反射
パルス光信号のクロックパルス計数値Ｎmesを測定する
ときと全く同様の処理で行え、処理が簡単となる。尚、
これら実施例３、４において、第１の校正パルスは発光
クロックパルスの発生前に出力してサンプルパルス発生
回路４１による時間計測を行えば、第１の校正パルスと
第２の校正パルスとの時間間隔を大きく取ることがで
き、校正精度を高めることができる。

【００５１】実施例５．実施例３及び実施例４では、第
１の校正パルスと第２の校正パルスの二つの校正パルス
を用いて校正動作をする場合について説明したが、実施
例５としてもっと多数のＮ個の校正パルスを用いて校正
動作を行えば、例えば実施例３で説明した時間計測の傾
斜を多区間でより細かく求めて測定精度を高めることが
出来、あるいは、ｍ次（ｍ≦Ｎ）の高次式でクロックパ
ルス係数値に対する測定距離を近似させることもでき、
測定精度を更に高めることができる。

【００５２】実施例６．尚、上述した校正値は各校正動
作ごとに得られるが、安定した校正値を得て測定値の信
頼性をより高めるために、各校正値、例えば定常偏差と
傾きそれぞれを次式により平均化しその平均値を校正値
として使用することもできる。

【００５３】Ｋｎ＝Ｄ×α＋Ｋn_-1×（１−α）

【００５４】ここにＫｎは今回求められた校正値、Ｋｎ
_-1は前回求められた校正値、αは重み係数である。

【００５５】実施例７．また、上述してきた実施例で
は、校正パルスは校正パルス発生回路５から直接処理装
置に入力されるように構成したが、例えば、かかる校正
パルスを送光装置１に入力すると共に、送光装置１から
の光パルスを直接受光装置２に入力させるように構成す
れば、送光装置１、受光装置３をも含めた装置全体の特
性誤差に対する校正、即ち発光素子や受光素子及び増幅
回路で発生する微小な時間遅れも補償できる。尚、送光
装置１から受光装置３への光パルスの入射は例えば校正
時に反射鏡等を送光装置１と受光装置３との間に配置す
ることによって行うことができる。また、電気パルスを
用いる場合でも、電気パルスが受光装置３による受光信
号として処理装置４Ａに入力されるように、受光素子回
路に入力するようにすればほぼ同じ効果を奏する。

【００５６】実施例８．以上に説明した実施例では、校
正パルスによる測定値の校正を行い測定精度を高めるこ
とについてのみ説明したが、この校正パルスを出力して
も処理装置４Ａによるその校正結果が得られないような
場合、又は測距データが校正範囲を越えた値となる場合
は、例えば上述した実施例７においては、送光装置、受
光装置、サンプルパルス発生回路４１、サンプルホール
ド回路４２Ａ、及び処理装置４Ａ等に異常があると判断
することができ、従って、このような異常検出手段を処
理装置４Ａに備えることにより、校正パルスを用いた上
記各装置の異常検出を行うこともできる。

【００５７】実施例９．また、以上に説明してきた実施
例では、距離測定が行われていないときに校正動作を行
うように説明したが、この他にも例えば装置の適所の温
度を検出する温度センサなどの温度検出手段を設け、こ
の温度検出手段の出力信号に基づき上記適所の温度条件
に応じて校正動作を行うようにしても良い。このように
温度条件に応じて校正動作を行うようにするのは、半導
体素子を用いた装置は温度の影響により特性が変化し易
く、このような温度特性に基づく誤差を有効に校正して
精度を維持するためである。尚、温度検出手段には上述
した温度センサの他、例えば、運転開始時よりまだ時間
が経たず、温度がまだ変化状態にある低速走行時、また
は一定車速以下のとき、あるいは、キースイッチのオン
時、またはオン後所定時間内である時などを判断するこ
とで温度を推定して検出する手段も考えられる。また、
以上は温度が不安定な場合に行うこととしたが、逆に装
置の温度が安定化した場合にも行うことが考えられる。
尚、温度が変化する条件としては、装置を構成する回路
の自己発熱等が考えられる。

【００５８】以上のようにして、上述した実施例では時
間的に正確な校正パルスを入力して、通常の物体測定と
同様の方法で校正パルスの距離相当の測定値を得て、そ
れを校正値として実際の物体の測定結果を補正している
ので、回路の調整などの作業をしなくても精確な距離測
定を可能となる。尚、距離測定のためのパルス光往復の
時間測定方法は上記実施例１等の方法に限らず、他の方
式を用いたものであっても、校正パルスを入力してその
検出時間により、実施例と同様の処理により測定値を補
正すれば精確な距離測定が可能となる。また、実施例で
は水晶振動子やセラミクス振動子を用いたディジタル信
号処理について説明したが、この発明はアナログ信号処
理についても適用できることは言うまでもない。送光装
置が複数有る場合は上記各実施例と同様にして各送光装
置毎に校正を行えば良い。

【００５９】

【発明の効果】以上に詳述したように、この発明の請求
項１に係る距離測定装置によれば、発光クロックパルス
に同期してパルス光を発生する送光装置と、上記パルス
光が照射された物体からの反射パルス光を受光し光電変
換して受光信号を発生する受光装置と、上記受光信号が
入力され、上記パルス光の発生から反射パルス光の受光
までのパルス光の往復時間を測定して物体までの距離を
測定する処理装置と、上記発光クロックパルスに対して
所定のタイミングで上記処理装置に校正パルスを入力し
て測定値を校正させる校正パルス発生回路とを備えたた
め、測定装置に使用する回路の特性ばらつきや、使用素
子のばらつきによる距離測定の誤差の発生を防止できる
という効果を奏する。また演算により自動的に誤差を補
正するので装置の調整といった作業が不要となり、高精
度な距離測定装置が安価に得られるという効果を奏す
る。

【００６０】また、この発明の請求項２に係る距離測定
装置によれば、発光クロックパルスに同期してパルス光
を発生する送光装置と、上記パルス光が照射された物体
からの反射パルス光を受光し光電変換して受光信号を発
生する受光装置と、上記受光信号が入力され、上記パル
ス光の発生から反射パルス光の受光までのパルス光の往
復時間を測定して物体までの距離を測定する処理装置
と、上記発光クロックパルスから光が所定の距離を往復
するのに相当する時間後に上記処理装置に校正パルスを
入力して測定値を校正させる校正パルス発生回路とを備
えたため、上記効果に加え、特に測定値の定常偏差の校
正を行うことができるという効果を奏する。

【００６１】また、この発明の請求項３に係る距離測定
装置によれば、発光クロックパルスに同期してパルス光
を発生する送光装置と、上記パルス光が照射された物体
からの反射パルス光を受光し光電変換して受光信号を発
生する受光装置と、上記受光信号が入力され、パルス光
の発生から反射パルス光の受光までのパルス光の往復時
間を測定して物体までの距離を測定する処理装置と、上
記発光クロックパルスと同時に上記処理装置に校正パル
スを入力し、時間計測の定常偏差を求めて測定値を校正
させる校正パルス発生回路とを備えたため、定常偏差の
校正が容易にできるという効果を奏する。

【００６２】また、この発明の請求項４に係る距離測定
装置によれば、発光クロックパルスに同期してパルス光
を発生する送光装置と、上記パルス光が照射された物体
からの反射パルス光を受光し光電変換して受光信号を発
生する受光装置と、上記受光信号が入力され、パルス光
の発生から反射パルス光の受光までのパルス光の往復時
間を測定して物体までの距離を測定する処理装置と、上
記発光クロックパルスに対して所定のタイミングで第１
の校正パルスを発生し、この第１の校正パルスから光が
所定の距離を往復するのに相当する時間後に第２の校正
パルスを発生して上記処理装置に入力し、これら校正パ
ルスによって、時間計測の定常偏差および傾斜を求めて
測定値を校正させる校正パルス発生回路とを備えたた
め、定常偏差とともに傾きを校正することができ、請求
項２または請求項３の測定精度をより高めることができ
るという効果を奏する。

【００６３】また、この発明の請求項５に係る距離測定
装置によれば、請求項４において、上記第１の校正パル
スと上記第２の校正パルスは、上記発光クロックパルス
に対して選択的に上記処理装置に入力されるものである
ため、校正動作は距離測定の処理と同様に行うことがで
き、したがって、上記請求項４の効果に加え、処理が簡
単になるという効果を奏する。

【００６４】また、この発明の請求項６に係る距離測定
装置によれば、発光クロックパルスに同期してパルス光
を発生する送光装置と、上記パルス光が照射された物体
からの反射パルス光を受光し光電変換して受光信号を発
生する受光装置と、上記受光信号が入力され、パルス光
の発生から反射パルス光の受光までのパルス光の往復時
間を測定して物体までの距離を測定する処理装置と、上
記発光クロックパルスに対して所定のタイミングで第１
の校正パルスから第Ｎの校正パルスまでの複数の校正パ
ルスを発生し上記処理装置に入力して測定値を校正させ
る校正パルス発生回路とを備えたため、時間計測の傾斜
を多区間でより細かく求めて測定精度を高めることが出
来、あるいは、ｍ次（ｍ≦Ｎ）の高次式でクロックパル
ス係数値に対する測定距離を近似させることもでき、測
定精度を更に高めることができるという効果を奏する。

【００６５】また、この発明の請求項７に係る距離測定
装置によれば、請求項４乃至請求項６のいずれかの距離
測定装置において、第１の校正パルスは上記発光クロッ
クパルスの発生前に出力されるものであるため、第２の
校正パルスとの時間間隔を大きく取ることができ、もっ
て校正精度を高めて測定精度を高めることができるとい
う効果を奏する。

【００６６】また、この発明の請求項８に係る距離測定
装置によれば、請求項１乃至請求項７のいずれかの距離
測定装置において、校正パルスは光パルスまたは電気パ
ルスとして受光装置に入力され、この受光装置の受光信
号として上記処理装置に入力されるものであるため、受
光装置の受光素子や増幅回路で発生する微小な時間遅れ
も補償でき、より精確な距離測定を行うことができると
いう効果を奏する。

【００６７】また、この発明の請求項９に係る距離測定
装置によれば、請求項１乃至請求項８のいずれかの距離
測定装置において、校正パルスの発生は距離測定を行わ
ないときに発生されるものであるため、距離測定中の誤
動作が防止できるという効果を奏する。

【００６８】また、この発明の請求項１０に係る距離測
定装置によれば、請求項１乃至請求項９のいずれかの距
離測定装置において、処理装置は上記校正パルスに基づ
いて上記各装置の異常を検出する異常検出手段を備えた
ため、装置の異常検出を行うこともでき、もって距離測
定の信頼性を高めることができるという効果を奏する。

【００６９】さらに、この発明の請求項１１に係る距離
測定装置によれば、請求項１乃至請求項１０のいずれか
の距離測定装置において、処理装置には所定箇所の温度
を検出する温度検出手段が接続され、この温度検出手段
の出力に基づく温度条件に応じて、上記校正パルス発生
回路に校正パルスを出力させ、測定値の校正を行うもの
であるため、温度特性に基づく測定誤差を適宜に補償す
ることができ、もって距離測定の信頼性を高めることが
できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示すブロック図である。

【図２】この発明の実施例１の動作を示す波形図であ
る。

【図３】この発明の実施例１の動作を示す波形図であ
る。

【図４】従来の距離測定装置を示すブロック図である。

【図５】従来の距離測定装置の動作を示す波形図であ
る。

【図６】従来の距離測定装置の動作を示す波形図であ
る。

【図７】プログラマブル遅延発生器の構成を示す回路図
である。

【図８】プログラマブル遅延発生器の動作を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 送光装置 ２Ａ クロック回路 ３ 受光装置 ４Ａ 処理装置 ５ 校正パルス発生回路 ７ 物体

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−147800（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−270683（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−166787（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−40174（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−4080（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−309282（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−66129（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−154814（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−177195（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−258434（ＪＰ，Ａ) 特許2573682（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01S 17/00 - 17/95

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光クロックパルスに同期してパルス光
   を発生する送光装置と、 上記パルス光が照射された物体からの反射パルス光を受
   光し光電変換して受光信号を発生する受光装置と、 上記受光信号が入力され、上記パルス光の発生から反射
   パルス光の受光までのパルス光の往復時間を測定して物
   体までの距離を測定する処理装置と、 上記発光クロックパルスに対して所定のタイミングで上
   記処理装置に校正パルスを入力して測定値を校正させる
   校正パルス発生回路と、 を備えた距離測定装置。
2. 【請求項２】 発光クロックパルスに同期してパルス光
   を発生する送光装置と、 上記パルス光が照射された物体からの反射パルス光を受
   光し光電変換して受光信号を発生する受光装置と、 上記受光信号が入力され、上記パルス光の発生から反射
   パルス光の受光までのパルス光の往復時間を測定して物
   体までの距離を測定する処理装置と、 上記発光クロックパルスから光が所定の距離を往復する
   のに相当する時間後に上記処理装置に校正パルスを入力
   して測定値を校正させる校正パルス発生回路と、 を備えた距離測定装置。
3. 【請求項３】 発光クロックパルスに同期してパルス光
   を発生する送光装置と、 上記パルス光が照射された物体からの反射パルス光を受
   光し光電変換して受光信号を発生する受光装置と、 上記受光信号が入力され、パルス光の発生から反射パル
   ス光の受光までのパルス光の往復時間を測定して物体ま
   での距離を測定する処理装置と、 上記発光クロックパルスと同時に上記処理装置に校正パ
   ルスを入力し、時間計測の定常偏差を求めて測定値を校
   正させる校正パルス発生回路と、 を備えた距離測定装置。
4. 【請求項４】 発光クロックパルスに同期してパルス光
   を発生する送光装置と、 上記パルス光が照射された物体からの反射パルス光を受
   光し光電変換して受光信号を発生する受光装置と、 上記受光信号が入力され、パルス光の発生から反射パル
   ス光の受光までのパルス光の往復時間を測定して物体ま
   での距離を測定する処理装置と、 上記発光クロックパルスに対して所定のタイミングで第
   １の校正パルスを発生し、この第１の校正パルスから光
   が所定の距離を往復するのに相当する時間後に第２の校
   正パルスを発生して上記処理装置に入力し、これら校正
   パルスによって、時間計測の定常偏差および傾斜を求め
   て測定値を校正させる校正パルス発生回路と、 を備えた距離測定装置。
5. 【請求項５】 上記第１の校正パルスと上記第２の校正
   パルスは、上記発光クロックパルスに対して選択的に上
   記処理装置に入力される請求項４の距離測定装置。
6. 【請求項６】 発光クロックパルスに同期してパルス光
   を発生する送光装置と、 上記パルス光が照射された物体からの反射パルス光を受
   光し光電変換して受光信号を発生する受光装置と、 上記受光信号が入力され、パルス光の発生から反射パル
   ス光の受光までのパルス光の往復時間を測定して物体ま
   での距離を測定する処理装置と、 上記発光クロックパルスに対して所定のタイミングで第
   １の校正パルスから第Ｎの校正パルスまでの複数の校正
   パルスを発生し上記処理装置に入力して測定値を校正さ
   せる校正パルス発生回路と、 を備えた距離測定装置。
7. 【請求項７】 上記第１の校正パルスは上記発光クロッ
   クパルスの発生前に出力される請求項４乃至請求項６の
   いずれかの距離測定装置。
8. 【請求項８】 上記校正パルスは光パルスまたは電気パ
   ルスとして上記受光装置に入力され、この受光装置の受
   光信号として上記処理装置に入力される請求項１乃至請
   求項７のいずれかの距離測定装置。
9. 【請求項９】 上記校正パルスの発生は距離測定を行わ
   ないときに発生される請求項１乃至請求項８のいずれか
   の距離測定装置。
10. 【請求項１０】 上記処理装置は上記校正パルスに基づ
    いて上記各装置の異常を検出する異常検出手段を備えた
    請求項１乃至請求項９のいずれかの距離測定装置。
11. 【請求項１１】 上記処理装置には所定箇所の温度を検
    出する温度検出手段が接続され、この温度検出手段の出
    力に基づく温度条件に応じて、上記校正パルス発生回路
    に校正パルスを出力させ、測定値の校正を行う請求項１
    乃至請求項１０のいずれかの距離測定装置。