JP3635166B2 - 距離測定方法及び距離測定装置 - Google Patents

Description

【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方法及び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１６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１６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１７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（サンプリング定理に基づく）、この結果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も、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１７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方法及び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以下に示す技術手段を採用する。請求項１に記載の技術手段によれば、誤差補正手段にて受信波の信号レベルが所定の閾値を越えているあいだの時間幅を求め、この時間幅に基づいて反射波の強度差により生じる反射物体までの距離測定誤差を補正する。ここで、受信波の信号レベルが所定の閾値を越えているあいだの時間幅は、受信波の強度差と対応し、受信波の強度が小さい時には時間幅も小さくなり、受信波の強度が大きい時には時間幅も大きくなるといった対応関係を有しており、この時間幅は受信波の受信強度を特徴付ける指標となる。従って、時間幅に基づいて、距離測定誤差を補正することにより、受信波の強度差により生じる反射物体までの距離測定誤差を補償することができる。
時間幅演算手段にて受信波の信号が所定の閾値を越えているあいだの時間幅を演算し、この時間幅に基づいて時間差補正手段が時間差計測手段にて計測された時間差を補正する。この時間幅は受信波の受信強度を特徴付けるものであり、この時間幅と補正時間との関係（図３，８参照）を予め実験等により求めておき、この関係を利用して時間差計測手段にて計測された時間差を補正する。この結果、受信波の受波時刻を同一時刻とすることができ、受信波の受信強度差による距離測定誤差を補償することができる。
基準時間差演算手段が送信波を放射してから時間幅の中間時刻までの時間差を求めるため、送信波を放射してから受信波の信号が閾値に上昇するまでの時間差に含まれる測定誤差と、送信波を放射してから受信波の信号が閾値に下降するまでの時間差に含まれる測定誤差とが平均化されるため、より高精度に反射物体までの距離を測定することができる。
【００１２】
時間幅演算手段は、請求項２に記載のように、受信波の信号レベルが所定の閾値を越えているあいだ受信波の信号を時間計測手段へ入力する信号レベル判定手段を備えるよう構成してもよい。
【００１８】
【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。
〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１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。
【００１９】
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。
【００２０】
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４９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。
【００２１】
一方、受光素子４３の出力電圧は、ＳＴＣ(Sensitivity 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。
【００２２】
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６１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。
【００２３】
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が本発明の時間計測手段に該当する。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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の極大値を演算部３３へ入力している。
【００２７】
次に、このように構成された距離測定装置１の距離測定原理について図２および図３に基づき説明する。図２は距離測定原理を説明する受信波形図であり、Ｌ1 は比較的強い反射波を受信した場合の受信波形を示すものであり、Ｌ2 は比較的弱い反射波を受信した場合の受信波形を示すものである。また、図３は受信強度に対応する時間幅と補正時間との対応関係を示す線図である。
【００２８】
そこで、曲線Ｌ1 の立ち上がり過程にコンパレータ５７によって設定された所定電圧Ｖ0 （以降閾値と称す）と交差する時刻をｔ11、曲線Ｌ1 の立ち下がり過程に閾値Ｖ0 と交差する時刻をｔ12、時刻ｔ11と時刻ｔ12との時間差をΔｔ1 とする。また、曲線Ｌ2 の立ち上がり過程に閾値Ｖ0 と交差する時刻をｔ21、曲線Ｌ2 の立ち下がり過程に閾値Ｖ0 と交差する時刻をｔ22、時刻ｔ21と時刻ｔ22との時間差をΔｔ2 とする。
【００２９】
図２から明らかなように、強い反射波に対応する時間差Δｔ1 と弱い反射波に対応する時間差Δｔ2 とを対比するとΔｔ1 ＞Δｔ2 の関係が成立する。すなわち、受信波形が閾値Ｖ0 と交差する時刻（ｔ11，ｔ12、ｔ21, ｔ22）によって決定される時間差（Δｔ1 、Δｔ2 ）の大きさは受信強度と対応し、受信強度が小さい時には上記時間差が小さくなり（Δｔ2 ）、受信強度が大きい時には上記時間差が大きくなる（Δｔ1 ）。したがって、この時間差（Δｔ1 、Δｔ2 ）は受信波形の強度を特徴付ける指標となる。以下この時間差を受信強度に対応する時間幅（Δｔ1 、Δｔ2 ）と称す。
【００３０】
さらに、時刻ｔ11と時刻ｔ12との中間時刻をｔc2、時刻ｔ21とｔ22との中間時刻をｔc1、曲線Ｌ1 ，Ｌ2 が最大電圧に到達する時刻をｔP 、中間時刻ｔc2と最大電圧に達する時刻ｔp との時間差をΔα1 、中間時刻ｔc1と最大電圧に達する時刻ｔp との時間差をΔα2 とする。なお、中間時刻（ｔc2、ｔc1）と最大電圧に達する時刻ｔp との時間差を以下補正時間（Δα1 、Δα2 ）と称す。
【００３１】
すると、上述した受信強度に対応する時間幅（Δｔ1 、Δｔ2 ）と補正時間（Δα1 、Δα2 ）との間には所定の対応関係を有する。すなわち、図３に示すように、受信強度に対応する時間幅が大きくなるにしたがって補正時間も単調増加する傾向を有している。したがって、この図３に示す対応関係を予め実験等により求めておき、受信強度に対応する時間幅から補正時間を求めて、この補正時間に基づいて中間時刻（ｔc2、ｔc1）を最大電圧に達する時刻ｔｐに補正し（図２の矢印参照）、レーザーダイオード３９が発光してから最大電圧に達する時刻ｔｐまでの時間差に基づいて反射物体までの距離を測定する。
【００３２】
このようにすることにより、反射波の強度の違いによる測定誤差は補正時間によって補正され、同一の時刻ｔp までの時間差として反射物体までの距離が測定される。なお、受信強度に対応する時間幅と補正時間との関係はマップとして演算部３３のＲＯＭに記憶しておけばよい。
次に、この距離測定原理を具現化した距離測定装置１の作動について図４〜図６に基づき説明する。図４および図５は時間計測回路６１および演算部３３が実行する距離測定処理を示すフローチャート、図６は距離測定時の各種信号を示すタイムチャートである。なお、以下の説明では、比較的強い反射波を受光した場合について説明するが、比較的弱い反射波を受光した場合においても同様の処理を実行すればよい。
【００３３】
まず、図４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６の▲１▼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６の▲２▼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６の▲３▼参照）。
【００３４】
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６の▲４▼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。
【００３５】
次にＳ１２０では、図６に示すようにスタートパルスＰＡの立ち上がりエッジＰＡ2 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。同様にＳ１３０において、スタートパルスＰＡの立ち上がりエッジＰＡ2 とストップパルスＰＢの立ち下がりエッジＰＢ2 との時間差ΔＴ1 ，ΔＴ2 を時間計測回路６１にて計測する（図６の▲５▼参照）。
【００３６】
そして、この時間計測回路６１にて計測された時間差データΔＴ1 ，ΔＴ2 は、演算部３３の図示しないＲＡＭに記憶される。
続いて、Ｓ１４０では、図２を用いて説明したように、受信波形Ｌ1 が閾値Ｖ0 と交差する時刻（ｔ11，ｔ12）から求められる受信強度に対応する時間幅Δｔ1 を数式１に基づいて求める。
【００３７】
【数１】
Δｔ1 ＝ΔＴ2 −ΔＴ1
次に、Ｓ１５０において、スタートパルスＰＡの立ち上がりエッジＰＡ2 から時刻ｔ11と時刻ｔ12との中間時刻ｔc2までの時間差Δｔc2を数式２に基づいて求める。
【００３８】
【数２】
Δｔc2＝（ΔＴ1 ＋ΔＴ2 ）／２
続くＳ１６０では、Ｓ１４０にて求められた受信強度に対応する時間幅Δｔ1 から図３に示すマップに基づいて補正時間Δα1 を求める。そして、Ｓ１７０では、Ｓ１５０で求められた中間時刻ｔc2までの時間差Δｔc2をＳ１６０にて求められた補正時間Δα1 により補正することにより、スタートパルスＰＡの立ち上がりエッジＰＡ2 から受信波形Ｌ1 が最大電圧に達する時刻ｔp までの時間差Δｔp を数式３に基づき求める。
【００３９】
【数３】
Δｔp ＝Δｔc2−Δα1
続くＳ１７５では、Ｓ１７０で求められた時間差Δｔp に光速／２を乗じることにより反射物体までの距離を求める。
なお、上記Ｓ１４０〜Ｓ１７０の処理が本発明の誤差補正手段に該当し、この中でＳ１４０の処理が時間幅演算手段に該当し、Ｓ１５０の処理が基準時間差演算手段に該当し、Ｓ１６０〜Ｓ１７０の処理が時間差補正手段に該当する。また、上記Ｓ１７５の処理が本発明の距離算出手段に該当する。
【００４０】
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。したがって、Ｓ１８０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〜Ｓ１７５までの処理を繰り返す。
【００４１】
そして、全エリアのスキャンが終了すると、Ｓ１９０では、Ｓ１７５において距離データが存在するか否かを判断する。ここで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と判断された場合には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について説明する。上述したように、本実施形態では、スキャン方式のレーザ光放射であり、レーザダイオード３９は、ミラー４７が所定角度揺動する毎に発光するので、レーザ光Ｈの放射方向も所定角（例えば０．５度）毎に不連続に設定される。そのため、放射方向の異なるレーザ光Ｈに対応する距離データとして区別され、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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、受信強度に対応する時間幅（Δｔ1 ，Δｔ2 ）と補正時間（Δα1 ，Δα2 ）との間の対応関係（図３参照）に基づいて、測定終了時刻が常に時刻ｔp となるように補正するため、反射波の受信強度の違いによる測定誤差をなくすことができる。
【００４４】
また、上記補正時間は、時刻ｔ11と時刻ｔ12との中間時刻ｔc2までの時間差Δｔc2を基準として補正処理される。この時間差Δｔc2は、時刻ｔ11までの時間差ΔＴ1 と時刻ｔ12までの時間差ΔＴ2 を平均化（数式２参照）することにより求めているため、時間差ΔＴ1 およびΔＴ2 に含まれる測定誤差も平均化されるため、より高精度に反射物体までの距離を測定することができる。
【００４５】
なお、上記実施形態においては、時間幅Δｔ1 から補正時間Δα1 を演算し（Ｓ１６０）、この補正時間Δα1 に基づき時間差Δｔc2を補正し（Ｓ１７０）、補正後の時間差Δｔp に基づき距離データを求める（Ｓ１７５）ようにしているが、このステップ１６０〜１７５の処理に代えて、図１３に示す処理を実行するようにしてもよい。
【００４６】
すなわち、Ｓ１５０に続くＳ３３０では、中間時刻ｔc2までの時間差Δｔc2に光速／２を乗じることにより反射物体までの距離データを求める。
ここで、受信強度に対応する時間幅（Δｔ1 、Δｔ2 ）と補正距離（Δβ1 、Δβ2 ）との間にも上述した図３と同様の対応関係（時間幅が大きくなるにしたがって補正距離も単調増加する傾向（図１４参照））を有している。従って、続くＳ３４０では、Ｓ１４０にて求められた受信強度に対応する時間幅Δｔ1 から図１６に示すマップに基づいて補正距離Δβ1 を求める。
【００４７】
そして、Ｓ３５０では補正距離β1 に基づいてＳ３３０で算出された距離データを補正する。
このように、時間差Δｔc2に基づいてまず距離データを算出し、この求められた距離データを補正するようにしても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態の距離測定装置１について以下説明する。
なお、本実施形態の構成は、上記第１実施形態と同様であるためここでの説明は省略する。
次に、本実施形態の距離測定装置１の距離測定原理について図７および図８に基づき説明する。図７は距離測定原理を説明する受信波形図であり、Ｌ1 は比較的強い反射波を受信した場合の受信波形を示すものであり、Ｌ2 は比較的弱い反射波を受信した場合の受信波形を示すものである。また、図８は受信強度に対応する時間差と補正時間との対応関係を示す線図である。
【００４９】
そこで、上記第１実施形態と同様に、曲線Ｌ1 の立ち上がり過程に閾値Ｖ0 と交差する時刻をｔ11、曲線Ｌ1 の立ち下がり過程に閾値Ｖ0 と交差する時刻をｔ12、時刻ｔ11と時刻ｔ12との時間差をΔｔ1 とする。また、曲線Ｌ2 の立ち上がり過程に閾値Ｖ0 を通過する時刻をｔ21、曲線Ｌ2 の立ち下がり過程に閾値Ｖ0 と交差する時刻をｔ22、時刻ｔ21と時刻ｔ22との時間差をΔｔ2 とする。
【００５０】
図７から明らかなように、強い反射波に対応する時間差Δｔ1 と弱い反射波に対応する時間差Δｔ2 とを対比するとΔｔ1 ＞Δｔ2 の関係が成立する。すなわち、受信波形が閾値Ｖ0 と交差する時刻（ｔ11，ｔ12、ｔ21, ｔ22）によって決定される時間差（Δｔ1 、Δｔ2 ）の大きさは受信強度と対応し、受信強度が小さい時には上記時間差が小さくなり( Δｔ2 ）、受信強度が大きい時には上記時間差が大きくなる（Δｔ1 ）。したがって、この時間差は受信波形の強度を特徴付ける指標となる。以下この時間差を第１実施形態と同じく受信強度に対応する時間幅（Δｔ1 、Δｔ2 ）と称す。
【００５１】
さらに、曲線Ｌ1 ，Ｌ2 の立ち上がり時刻をｔ0 、立ち上がり時刻ｔ0 と時刻ｔ11との時間差をΔα1 、立ち上がり時刻ｔ0 と時刻ｔ21との時間差をΔα2 とする。なお、立ち上がり時刻ｔ0 と時刻ｔ11，時刻ｔ21との時間差（Δｔ1 、Δｔ2 ）を上記第１実施形態と同じく補正時間（Δα1 、Δα2 ）と称す。
すると、受信強度に対応する時間差（Δｔ1 、Δｔ2 ）と補正時間（Δα1 、Δα2 ）との間には所定の対応関係を有する。すなわち、図８に示すように、受信強度に対応する時間幅が大きくなるにしたがって補正時間が単調減少する傾向を有している。したがって、この図８に示す対応関係を予め実験等により求めておき、受信強度に対応する時間幅から補正時間を求めて、この補正時間に基づいて時刻ｔ11，ｔ21を曲線Ｌ1 、Ｌ2 の立ち上がり時刻ｔ0 に補正し（図８の矢印参照）、レーザーダイオード３９が発光してから時刻ｔ0 までの時間差に基づいて反射物体までの距離を測定する。
【００５２】
このようにすることにより、反射波の強度の違いによる測定誤差は補正時間によって補正され、同一の時刻ｔ0 までの時間差として反射物体までの距離が測定される。なお、受信強度に対応する時間幅と補正時間との関係はマップとして演算部３３のＲＯＭに記憶しておけばよい。
次に、この距離測定原理を具現化した距離測定装置１の作動について図９に基づき説明する。図９は時間演算回路６１および演算部３３が実行する距離測定処理を示すフローチャートでる。なお、以下の説明では、比較的強い反射波を受光した場合について説明するが、比較的弱い反射波を受光した場合においても同様の処理を実行すればよい。
【００５３】
図９に示すフローチャートは、上記第１実施形態のフローチャート（図４，５）のＳ１４０〜Ｓ１７５に代えて実行されるものであり、Ｓ１００〜Ｓ１３０およびＳ１８０〜Ｓ２２０の処理は上記第１実施形態と同じであるため説明は省略する。
Ｓ１３０に続くＳ２３０では、図７を用いて説明したように、受信波形Ｌ1 が閾値Ｖ0 と交差する時刻（ｔ11，ｔ12）から求められる受信強度に対応する時間幅Δｔ1 を上記第１実施形態と同様に数式１に基づいて求める。
【００５４】
続くＳ２４０では、Ｓ２３０にて求められた受信強度に対応する時間幅Δｔ1 から図８に示すマップに基づいて補正時間Δα1 を求める。そして、Ｓ２５０では、Ｓ１２０で求められた時刻ｔ11までの時間差ΔＴ1 をＳ２５０で求められた補正時間Δα1 により補正することにより、スタートパルスＰＡの立ち上がりエッジＰＡ2 から受信波形Ｌ1 の立ち上がり時刻ｔ0 までの時間差Δｔ0 を数式４に基づき求める。
【００５５】
【数４】
Δｔ0 ＝ΔＴ1 −Δα1
続くＳ２６０では、Ｓ２５０で求められた時間差Δｔ0 に光速／２を乗じることにより反射物体までの距離を演算する。
このように、本実施形態では、受光強度に対応する時間幅（Δｔ1 ，Δｔ2 ）と補正時間（Δα1 ，Δα2 ）との間の対応関係（図８参照）に基づいて、測定終了時刻が常に時刻ｔ0 となるように補正するため、反射波の受信強度の違いによる測定誤差をなくすことができる。
【００５６】
なお、本実施形態では、時刻ｔ11までの時間差ΔＴ1 を、受信波形Ｌ1 の立ち上がり時刻ｔ0 となるように補正したが、これに限定されることなく時刻ｔ12までの時間差ΔＴ2 を補正してもよい。
また、第１の実施形態において詳述したように、時間差ΔＴ1 に基づいてまず距離データを算出し、この求められた距離データを補正するようにしてもよい。
【００５７】
なお、上記Ｓ２３０〜Ｓ２５０の処理が本発明の誤差補正手段に該当し、この中でＳ２３０の処理が時間幅演算手段に該当し、Ｓ２４０〜Ｓ２５０の処理が時間差補正手段に該当する。また、上記Ｓ２６０の処理が距離算出手段に該当する。
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態の距離測定装置１について以下説明する。
【００５８】
上記第１および第２実施形態では、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に出力し、このコンパレータ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６１へ入力する構成について説明した。これに対して、本実施形態では、コンパレータ５７に対して並列的にコンパレータ６５を追加した構成としている。そして、このコンパレータ６５の設定電圧Ｖ1 はＶ1 ＞Ｖ0 と設定され、可変利得アンプ５３の出力電圧Ｖをコンパレータ５７では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６１へ入力するとともにコンパレータ６５ではＶ1 と比較してＶ＞Ｖ1 となったとき所定の受信信号を時間計測回路６１へ入力するよう構成されている。なお、その他の構成については上記第１および第２実施形態と同様であり説明を省略する。また、このコンパレータ６５が、本発明の他の信号レベル判定手段に該当する。
【００５９】
次に、このように構成された距離測定装置１の距離測定原理について図１１、図１２及び図１５に基づき説明する。
図１１は本実施形態の距離測定原理を説明する受信波形拡大図であり、図１２は距離測定時の各種信号を示すタイミングチャートであり、図１５は本実施形態の距離測定処理を示すフローチャートである。
【００６０】
上記第１および第２実施形態の説明では、理想的な受信波形曲線Ｌ1 ，Ｌ2 に基づいて説明したが、実際の距離測定装置１の受信波形は、熱雑音，雑音限界等の影響により図１１に示すようにノイズ成分６７が重畳する。このノイズ成分６７変動幅は包絡線６９で規定されたようになり、この変動幅は受信強度に対応する時間幅（Δｔ1 、Δｔ2 ）および時間差ΔＴ1 ，ΔＴ2 を計測するにあたり測定誤差となる。
ここで、受信波形Ｌ1 の立ち上がり過程に閾値Ｖ0 と交差する時刻ｔ11に生じる変動幅ｄ2 と、受信波形Ｌ1 の立ち上がり過程に閾値Ｖ1 と交差する時刻ｔ’11に生じる変動幅ｄ3 とを対比すると、閾値Ｖ0 より所定値高い電圧に設定された閾値Ｖ1 に基づいて、時刻ｔ’11までの時間差ΔＴ’1 を求めた方が受信強度に対応する時間幅（時刻ｔ’11と時刻ｔ’12との時間幅）および時間差ΔＴ’1 に含まれる測定誤差の影響を小さく抑えることができる。これは、受信波形Ｌ1 の立ち上がり過程の中で波形の中間電圧付近で曲線の勾配が最も急となることに起因するものである。
【００６１】
そこで、本実施形態では、２つの閾値Ｖ0 、Ｖ1 を設定し、受信波形Ｌ1 が閾値Ｖ1 を越えるような強い受信波の場合には、測定誤差の影響が小さくなる閾値Ｖ1 を用いて時刻ｔ’11までの時間差ΔＴ’1 を求め、受信波形Ｌ1 が閾値Ｖ1 を越えない弱い受信波の場合には閾値Ｖ0 を用いて時刻ｔ11までの時間差ΔＴ1 を求める。
【００６２】
この処理について、さらに図１２および図１５に基づいて詳細に説明すると、受信波形Ｌ1 が閾値Ｖ1 を越えるような強い受信波形の場合には、上記第１および第２実施形態と同様に、スタートパルスＰＡの立ち上がりエッジＰＡ2 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 およびスタートパルスＰＡの立ち上がりエッジＰＡ2 とストップパルスＰＢの立ち下がりエッジＰＢ2 との時間差ΔＴ2 を時間計測回路６１にて計測する（Ｓ１２０，Ｓ１３０）。さらに、閾値Ｖ1 に対してはスタートパルスＰＡの立ち上がりエッジＰＡ2 とストップパルスＰＢの立ち上がりエッジＰＢ1'との時間差ΔＴ’1 およびスタートパルスＰＡの立ち上がりエッジＰＡ2 とストップパルスＰＢの立ち下がりエッジＰＢ’2 との時間差ΔＴ’2 を時間計測回路６１にて計測する（Ｓ１２５，１３５）。そして、この時間計測回路６１にて計測された時間差データΔＴ1 ，ΔＴ2 ，ΔＴ’1 ，ΔＴ’2 は演算部３３の図示しないＲＡＭに記憶される。
【００６３】
続いてＳ１３７では、ΔＴ’1 ，ΔＴ’2 が存在するか否かの判定がなされ、この判定においてΔＴ’1 ，ΔＴ’2 が存在しない場合にはＳ１４０へ移行し、時間差ΔＴ1 ，ΔＴ2 を用いて以降第１及び第２実施形態において詳述したＳ１４０〜Ｓ１７５の処理を実行する。一方、Ｓ１３７においてΔＴ’1 ，ΔＴ’2 が存在すると判定された場合は、Ｓ１４０’へ移行し、このΔＴ’1 ，ΔＴ’2 に基づいてＳ１４０’〜Ｓ１７５’の処理を実行する。なお、このＳ１４０’〜Ｓ１７５’の処理は、閾値Ｖ1 に基づくΔＴ’1 およびΔＴ’2 を用いる点が異なるのみであり、処理内容としてはＳ１４０〜Ｓ１７５と同様である。なお、Ｓ１００〜Ｓ１１０及びＳ１８０〜Ｓ２２０の処理は上記第１及び第２実施形態と同じであるため説明は省略する。
【００６４】
なお、Ｓ１４０〜１７０及びＳ１４０’〜１７０’が本発明の誤差補正手段に該当し、この中でＳ１４０及びＳ１４０’の処理が時間幅演算手段に該当し、Ｓ１５０及び１５０’の処理が基準時間差演算手段に該当し、Ｓ１６０〜Ｓ１７０及びＳ１６０’〜Ｓ１７０’の処理が時間差補正手段に該当する。また、上記Ｓ１７５及びＳ１７５’の処理が本発明の距離算出手段に該当する。
【００６５】
このように、本実施形態においては、閾値Ｖ0 より高い値の閾値Ｖ1 を設定し、受信波形が閾値Ｖ1 を越えるような強い受信波の場合は、高い値に設定された閾値Ｖ1 に基づいて距離測定処理が実行されるため、上記第１および第２実施形態の効果に加えて、ノイズ成分に起因する計測誤差をより小さくすることができる。
【００６６】
なお、Ｓ１６０’において用いられる受光強度に対応する時間幅と補正時間との対応関係を示すマップは、受信波形の大きさに対して閾値Ｖ0 と閾値Ｖ1 との電圧差が小さいときは、１つのマップで兼用することができるが、受信波形の大きさに対して電圧差が大きい時は、閾値Ｖ1 に応じたマップを準備する必要がある。
【００６７】
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。
【００６８】
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】本発明の第１、第２実施形態の距離測定装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態の距離測定装置の距離測定原理を説明する受信波形図である。
【図３】本発明の第１実施形態における受信強度に対応する時間幅と補正時間との対応関係を示す線図である。
【図４】本発明の第１、第２実施形態の距離測定処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１、第２、第３実施形態の距離測定処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１、第２実施形態の距離測定時の各種信号を示すタイムチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態の距離測定装置の距離測定原理を説明する受信波形図である。
【図８】本発明の第２実施形態における受信強度に対応する時間幅と補正時間との対応関係を示す線図である。
【図９】本発明の第２実施形態の距離測定処理を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第３実施形態の距離測定装置を示す概略構成図である。
【図１１】本発明の第３実施形態の距離測定原理を説明する受信波形拡大図である。
【図１２】本発明の第３実施形態の距離測定時の各種信号を示すタイムチャートである
【図１３】本発明の他の実施形態の距離測定処理を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の他の実施形態における受信強度に対応する時間幅と補正距離との対応関係を示す線図である。
【図１５】本発明の第３実施形態の距離測定処理を示すフローチャートである。
【図１６】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１７】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 (3)

1. 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を備えた距離測定装置において、
   前記受信波の信号レベルが所定の閾値を越えているあいだの時間幅に基づいて、前記受信波の強度差により生じる前記反射物体までの距離測定誤差を補正する誤差補正手段とを備え、
   前記誤差補正手段は、
   前記受信波の信号が前記所定の閾値を越えているあいだの時間幅を演算する時間幅演算手段と、
   前記時間幅に基づいて、前記時間差計測手段にて計測された時間差を補正する時間差補正手段とを備え、
   前記距離算出手段は、前記時間差補正手段にて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と共に、
   前記時間差補正手段は、
   前記送信波を放射してから前記所定の閾値を越えているあいだの時間幅の中間時刻までの時間差を演算する基準時間差演算手段を備え、
   該基準時間差演算手段にて演算された時間差を前記時間幅に基づいて補正する
   ことを特徴とする距離測定装置。
2. 請求項１記載の距離測定装置において、
   前記時間幅演算手段は、前記受信波の信号レベルが前記所定の閾値を越えているあいだ前記受信波の信号を前記時間計測手段へ入力する信号レベル判定手段を備えたことを特徴とする距離測定装置。
3. 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を備えた距離測定装置において、
   前記受信波の信号レベルが所定の閾値を越えているあいだの時間幅に基づいて、前記受信波の強度差により生じる前記反射物体までの距離測定誤差を補正する誤差補正手段とを備え、
   前記誤差補正手段は、
   前記受信波の信号が前記所定の閾値を越えているあいだの時間幅を演算する時間幅演算手段と、
   前記送信波を放射してから前記所定の閾値を越えているあいだの時間幅の中間時刻までの時間差を演算する基準時間差演算手段と、を備え、
   前記距離算出手段は前記基準時間差演算手段により演算された時間差に基づいて前記距離を算出するとともに、この算出された距離を前記時間幅に基づいて補正する
   ことを特徴とする距離測定装置。

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