JP3757557B2 - 距離測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス状の測定光を出射し、その反射光が戻ってくるまでの時間を計測することにより、外部の物標までの距離を測定する距離測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、距離測定装置として、例えば特開平７−７１９５７号公報に開示されているように、レーザダイオードをパルス状の駆動信号で駆動して、発光部からレーザ光（測定光）を出射させ、その測定光が外部の物標に当たって反射してくる反射光を、フォトダイオード等からなる受光部で受光することにより、発光部の発光時刻から受光部による反射光の受光時刻までの時間△Ｔ（図７（ａ）参照）を測定し、その時間△Ｔに基づき、物標までの距離を算出するように構成された装置が知られている。
【０００３】
そしてこの種の装置では、受光部における反射光の受光時刻（受光タイミング）を正確に検出する必要があることから、受光部からの受光信号を処理する信号処理系には、通常、図７（ｂ）に示すように、受光部からの受光信号を増幅する増幅器５２、増幅器５２からの出力を更に増幅するＳＴＣ（Sensitivity Time Control )回路５４、及び、ＳＴＣ回路５４からの出力が予め設定された受光判定レベルＶth以上か否かによって、受光部による反射光の受光を判定するコンパレータ５６が設けられ、このコンパレータ５６による判定結果に基づき、受光部における反射光の受光タイミングを検出するようにされている。
【０００４】
尚、増幅器５２及びＳＴＣ回路５４は、夫々、受光部から出力される受光信号の内、物標から反射してくる反射光の信号成分（つまり発光部から測定光を出射させるのに用いたパルス状の駆動信号の周波数に対応した交流信号成分）のみを増幅して、後段のＳＴＣ回路５４及びコンパレータ５６に出力するためのものであり、上記各回路は、通常、直流信号成分カット用のカップリングコンデンサにて接続される。
【０００５】
また、ＳＴＣ回路５４は、図示しない制御回路から出力されるＳＴＣ信号（図７（ａ）参照）により、発光部を発光させて測定光を出射してからの時間の経過に伴い信号の出力レベルが大きくなるように、増幅率が制御されるものである。
つまり、受光部からの受光信号は、図７（ａ）に示すように、測定光を反射する物標との距離が短い程（換言すれば、測定光の出射後、反射光が受光部に入射するまでの時間が短い程）、信号レベルが高くなる。このため、受光部からの受光信号を常に一定の増幅率で増幅するようにしていると、例えば、発光部から出射した測定光が物標を測定すべき方向とは異なる方向に漏れ出し、その方向に位置する測定装置付近の物体で反射された微弱な光が受光部に入射した場合であっても、或いは、測定光が雨等で反射した微弱な光が受光部に入射した場合であっても、コンパレータ５６には受光判定レベルＶth以上の高レベルの信号が入力されることになり、本来検出すべき物標からの反射光を検出できず、物標までの距離を正確に測定することができなくなってしまう。
【０００６】
そこで、距離測定装置では、通常、受光信号の信号処理系にＳＴＣ回路５４を設けることにより、測定光出射後の経過時間が短い領域での受光信号の増幅率を抑え、近距離領域での微弱な反射光を、距離測定すべき物標からの反射光として検出してしまうのを防止しているのである。
【０００７】
また、ＳＴＣ回路５４の前段に設けられる増幅器５２は、コンパレータ５６による反射光の検出感度を調整して、受光信号の信号処理系を流れるノイズ信号成分が反射光として誤検出されない範囲内で、測定可能距離を最大にするためのものである。
【０００８】
つまり、受光部からの受光信号は、物標との距離が長い程信号レベルが低くなることから、測定可能距離を長くするには、受光信号の増幅率を大きくして、コンパレータ５６による反射光の検出感度を高くすればよいが、受光信号の信号処理系では、ノイズ信号成分も増幅されるので、受光信号の増幅率を大きくしすぎると、そのノイズ信号成分が受光判定レベルＶthを越えて、コンパレータ５６により反射光の受光が誤検出されることになる。
【０００９】
そこで、距離測定装置では、通常、上記ＳＴＣ回路５４とは別に、増幅率を調整可能な増幅器（所謂可変利得増幅器）５２を設け、この増幅器５２の増幅率を、図示しない制御回路からのゲインコントロール信号にて調整することにより、コンパレータ５６による反射光の検出感度を、ノイズ信号成分を反射光として誤検出しない範囲内で、最大感度に設定できるようにしているのである。
【００１０】
また次に、コンパレータ５６は、上記のようにＳＴＣ回路５４からの出力と受光判定レベルＶthとを比較し、ＳＴＣ回路５４からの出力が受光判定レベルＶth以上であるときに、受光部による反射光の受光を判定するものであるが、距離の算出に必要な反射光の受光タイミングは、その判定結果から、例えば、次のように検出される。
【００１１】
即ち、受光信号は、物標との距離によって信号レベルが異なることから、ＳＴＣ回路５４からの出力が受光判定レベルＶth以上となって、コンパレータ５６からの出力が変化した時刻を、受光タイミングとして検出すると、受光信号のレベルの違いによって、検出した受光タイミングがずれてしまう。そこで、図７（ａ）に示す如く、ＳＴＣ回路５４からの出力が受光判定レベルＶthを越えた時刻Ｔ１から、その後、ＳＴＣ回路５４からの出力が受光判定れべるＶthを下回る時刻Ｔ２までの時間を受光信号のパルス幅Ｗとして検出し、そのパルス幅Ｗから、受光信号の中心時刻Ｔ3 を算出し、これを反射光の受光タイミングとする。
【００１２】
そして、物標までの距離を算出する際には、発光部から出射させた測定光の中心時刻Ｔ0 から、上記のように求めた反射光の受光タイミングＴ3 までの時間を求め、この時間を距離に換算する。
【００１７】
尚、図７（ａ）において、受光信号波形の上部を破線で記載しているのは、近距離領域での受光信号はレベルが高く、増幅器５２による信号増幅によって飽和してしまうためである。
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の距離測定装置においては、上記のように、ＳＴＣ回路５４の前段に増幅器５２を設け、この増幅器５２の増幅率を調整することにより、コンパレータ５６による反射光の検出感度を最適感度に設定できるように構成されるが、受光信号の信号処理系を流れるノイズ信号レベルは、使用環境（特に温度）によって変化することから、受光部による反射光の受光を誤検出しない範囲内で受光感度を最大するには、増幅器５２の増幅率を頻繁に更新する必要がある。
【００１８】
そして、その増幅率を最適値に更新するには、例えば、増幅器５２への信号入力を遮断して、増幅器５２にてノイズ信号成分のみを増幅させ、そのときコンパレータ５６で反射光の受光が検出されない範囲内で、増幅器５２の増幅率が最大となる最大増幅率を複数回探索し、その探索により得られた最大増幅率の内の最も小さい値を、増幅器５２の増幅率として設定するようにすればよい。また、こうした増幅率の学習動作で、より誤検出の少ない最適な増幅率を設定するには、最大増幅率を探索（学習）する回数をできるだけ多くすればよい。
【００１９】
つまり、受光信号の信号処理系を流れるノイズ信号は、距離測定装置の内部回路が動作することにより発生する熱雑音等、距離測定装置自体が発生するノイズの他、距離測定装置を使用する装置（例えば自動車等の移動体）が発生するノイズや、周囲の施設から一時的或いは周期に入力される外乱ノイズ等、各種ノイズから構成されるため、最大増幅率の探索を１回或いは数回行っただけでは、これらのノイズの影響を受けることなく反射光の受光を検出できる最大増幅率を見つけることは困難である。従って、最大増幅率の学習回数はできるだけ多くすることが望ましい。
【００２０】
しかし、学習回数を増加させればさせる程、増幅率の更新に要する時間がかかることから、距離測定装置本来の機能である距離測定を充分実行できなくなってしまう。そして、距離測定を頻繁に行う必要がある場合には、増幅率更新のための学習回数を減らさずを得ず、この場合には、増幅器５２の増幅率を最適値に設定することができず、距離測定精度が低下してしまう。
【００２１】
本発明は、こうした問題を解決するためのものであり、距離測定装置において、距離の測定精度を高め、近距離領域に存在する物標から遠距離領域に存在する物標まで、広範囲に距離を測定できるようにすることを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の距離測定装置においては、距離算出手段が動作しているときには、まず、発光手段が、距離算出手段からのパルス状の駆動信号を受けて、測定光を出射する。そして、その出射した測定光が外部の物標に当たって反射してくると、その反射光を受光手段が受光し、反射光の強度に対応した受光信号を出力する。すると第１増幅手段が、その受光信号を増幅し、判定手段が、その増幅された受光信号の内の交流信号成分を取り込み、その信号レベルが予め設定された受光判定レベル以上になったか否かを判定する。
【００２３】
そして、判定手段にて第１増幅手段からの信号レベルが受光判定レベル以上であると判定されると、時間幅検出手段が、そのときの時刻から、次に判定手段にて信号レベルが受光判定レベルを下回ったと判定されるまでの時間幅を検出し、受光時刻算出手段が、時間幅検出手段にて検出された時刻及び時間幅から、反射光が最大となる時刻を求め、その時刻を反射光の受光時刻として設定する。すると、距離算出手段が、発光手段にパルス状の駆動信号を出力して発光手段から測定光を出射させたときの中心時刻から、受光時刻算出手段が設定した受光時刻までの時間を求め、その時間に基づき物標までの距離を算出する。
【００２４】
一方、距離算出手段が動作を停止しているときには、増幅率探索手段が、判定手段による判定結果を監視しながら第１増幅手段の増幅率を変化させて、判定手段にて信号レベルが受光レベル以上であると判定されない条件下での最大増幅率を、ｎ回探索する。そして、増幅率探索手段が探索動作をｎ回実行すると、増幅率選択手段が、その探索動作によって得られたｎ個の最大増幅率の中から最小値を選択し、最小値換算手段が、その選択された最大増幅率の最小値を、予め設定された換算データに基づき、最大増幅率の探索をｍ回（ｍ＞ｎ）行った際に得られるｍ個の最大増幅率の最小値に換算し、増幅率設定手段が、最小値換算手段の換算動作により得られた最小値を、第１増幅手段の増幅率として設定する。
【００２５】
つまり、既述したように、増幅率探索手段にて探索されたｎ個の最大増幅率の中から最小値を選択して、それを第１増幅手段の増幅率として設定するようにした場合、判定手段がノイズ信号により受光を誤判定しない条件下で最大感度が得られるように増幅率を設定するには、増幅率探索手段による増幅率の学習回数ｎを例えば数十〜数百回に設定する必要があり、第１増幅手段の増幅率の更新に時間がかかる。
【００２６】
そこで、本発明では、増幅率探索手段で探索されたｎ個の最大増幅率の中から得られる最小の増幅率を、最大増幅率の探索をｍ回（ｍ＞ｎ）行った際に得られるｍ個の最大増幅率の最小値に換算し、その換算により得られた最小値を、第１増幅手段の増幅率として設定することにより、増幅率探索手段における増幅率の学習回数ｎを多くすることなく、第１増幅手段の増幅率を、判定手段がノイズ信号により受光を誤判定しない条件下で最大感度を実現し得る最適増幅率に設定できるようにしているのである。
【００２７】
このため、本発明によれば、ノイズ信号による判定手段の誤動作を防止しつつ、受光信号を最大感度で判定し得る最適な増幅率を、短時間で更新することができ、距離測定の頻度を減少させることなく、距離測定精度を向上することができる。
【００２８】
尚、増幅率探索手段で探索されたｎ個の最大増幅率の最小値を、最大増幅率の探索をｍ回行った際に得られる最大増幅率の最小値に換算できるのは、最大増幅率の探索回数と、探索により得られた最大増幅率の最小値とに相関関係があるためである。そして、例えば、この相関関係を実際の距離測定装置を用いて実験的に求め、その結果を換算データとしてマップ或いは計算式等で設定しておけば、その換算データを用いて、極めて簡単に、第１増幅手段の増幅率を設定することができる。
【００２９】
次に、請求項２に記載の距離測定装置においては、第１増幅手段からの出力信号が、第２増幅手段にて更に増幅されて、判定手段に入力される。そして、第２増幅手段の増幅率は、発光手段が測定光を出射するのと同時に距離算出手段により起動される増幅率制御手段によって、発光手段が測定光を出射してからの時間の経過に伴い大きくなるように制御される。つまり、第２増幅手段は、前述のＳＴＣ回路として働き、判定手段にて、近距離からの不要な反射光の受光が検出されるのを防止する。そして、増幅率探索手段は、その第２増幅手段の増幅率を、増幅率制御手段が距離測定時に制御する最大の増幅率に設定して、最大増幅率の探索を行う。
【００３０】
即ち、受信信号の信号処理系にＳＴＣ回路として機能する第２増幅手段が設けられている場合、判定手段には、第１及び第２増幅手段にて増幅された受光信号が入力されることから、最大増幅率の探索を行う際に、第２増幅手段の増幅率が低く設定されていると、反射光の受光判定の妨げとなるノイズ信号レベルも低く抑えられることになる。
【００３１】
そして、この状態で第１増幅手段に対する最大増幅率の探索を行い、前述の手順で第１増幅手段の増幅率を設定するように構成すると、その後、第２増幅手段の増幅率が増大した際に、ノイズ信号が増幅されてしまうことから、判定手段が、そのノイズ信号から受光手段による反射光の受光を誤判定してしまうことが考えられる。
【００３２】
そこで、本発明では、受信信号の信号処理系にＳＴＣ回路として機能する第２増幅手段が設けられている場合には、第２増幅手段の増幅率を最大の増幅率に設定して、最大増幅率の探索を行うことにより、こうした問題が発生するのを防止しているのである。
【００３８】
ところで、距離測定装置を、例えば車両に搭載して、車両前方の先行車両や障害物までの距離を測定するような場合、装置が故障して距離測定が不可能になると、その旨を速やかに検出して、車両運転者等に報知することが望ましく、修理の手間を考慮すると、単に装置の異常を検出できるだけでなく、異常発生箇所を特定できることが望ましい。
【００３９】
そこで、本発明（請求項１、２）の距離測定装置としては、請求項３に記載のように、受光手段から後段の増幅手段に至る信号経路を遮断して、増幅手段にパルス状の疑似受光信号を入力する疑似受光信号入力手段と、受光手段に対して疑似反射光を出射する第２発光手段とを設け、異常検出手段により、距離算出手段が距離測定動作を停止しているときに、疑似受光信号入力手段及び第２発光手段を個々に動作させ、疑似受信信号入力手段の動作時には、判定手段による判定結果に基づき受光手段よりも後段の受光信号系の異常の有無を判定し、第２発光手段の動作時には、判定手段による判定結果に基づき受光手段を含む受光信号系の異常の有無を判定し、それら各異常判定結果を記憶するように構成するとよい。
【００４０】
そしてこのようにすれば、異常検出手段が、受光手段よりも後段の受光信号系の異常の有・無及び受光手段を含む受光信号系の異常の有・無を夫々判定し、その判定結果を記憶するので、その記憶した異常有・無の判定結果を使用者に報知したり、或いは、必要に応じて判定結果を読み込むことができ、車両等の移動体に搭載した場合には、移動体の走行安全性を向上できる。また特に、本発明では、異常検出手段にて異常が判定された場合には、その判定結果から、異常発生箇所が受光手段側であるか、受光手段よりも後段の増幅手段側であるかを特定できることから、修理の際に異常箇所を探索する手間を省き、作業性を向上できる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施例を図面と共に説明する。
まず図１は、本発明が適用された自動車用距離測定装置の構成を表すブロック図である。
【００４２】
図１に示す如く、本実施例の自動車用距離測定装置は、駆動回路２により通電されてレーザ光（測定光）を車両前方に出射するレーザダイオードからなる発光部（発光手段）４、及び、発光部４が出射したレーザ光が先行車両６等の車両前方の物標に当たって反射してくる反射光を受光するフォトダイオードからなる受光部（受光手段）８を備える。
【００４３】
そして、受光部８からの受光信号は、増幅器１０で増幅され、信号切換回路１２を介して、第１増幅手段としての可変利得増幅器（以下、単に増幅器という）１４に入力される。尚、この増幅器１４は、図７（ｂ）に示した増幅器５２と同様のものであり、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を中心に構成された周知のマイクロコンピュータ（以下、単にＣＰＵという）３０から出力されるゲインコントロール信号ＶGCにより増幅率が制御される。
【００４４】
また、信号切換回路１２は、増幅器１４の入力を受光部８側の受光信号入力経路に接続するか、或いはフィルタ１６に接続するかを切り換えるためのものであり、ＣＰＵ３０からの切換信号により、その内のいずれかに切り換えられる。尚、信号切換回路１２は、通常は、受光部８側に切り換えられており、後述の異常検出処理実行時等に一時的にフィルタ１６側に切り換えられる。また、フィルタ１６は、抵抗・コンデンサ等からなる微分回路にて構成されており、ＣＰＵ３０から制御信号（Highレベル）が入力されると、これを微分して、パルス状の疑似受光信号を発生する。そして、本実施例では、このフィルタ１６と信号切換回路１２とが、本発明の疑似受光信号入力手段として機能する。
【００４５】
次に、増幅器１４からの出力信号はＳＴＣ回路（第２増幅手段）１８に入力される。ＳＴＣ回路１８は、ＣＰＵ３０からＳＴＣ電圧発生回路２２を介して入力されるＳＴＣ電圧Ｖstc により、増幅率が時間の経過と共に増大するように制御されるものであり、ＳＴＣ回路１８からの出力信号は、判定手段としてのコンパレータ２４に入力される。そして、コンパレータ２４は、ＳＴＣ回路１８からの出力信号と受光判定レベルＶthとを大小比較し、ＳＴＣ回路１８からの出力が受光判定レベルＶthよりも大きいときに出力端子からHighレベルの信号を出力し、反転出力端子からLow レベルの信号を出力する。
【００４６】
またコンパレータ２４の各出力端子は、時間計測ＩＣ２６に接続されている。そして、時間計測ＩＣ２６では、各出力端子からの出力信号の立上がりを監視し、図７（ａ）に示した時刻Ｔ1 ，Ｔ2 を測定する。つまり、コンパレータ２４への入力信号が受光判定レベルＶth以上となって出力端子からの出力が立上がる時刻Ｔ1 、及び、コンパレータ２４への入力信号が受光判定レベルＶthよりも小さくなって反転出力端子からの出力が立ち上がる時刻Ｔ2 を、夫々検出する。
【００４７】
尚、ＣＰＵ３０は、駆動回路２にパルス状の駆動信号を出力して、発光部４から車両前方にレーザ光を出射させると同時に、時間計測ＩＣ２６を起動することから、時間計測ＩＣ２６では、実際には、レーザ光を出射した時刻（図７（ａ）に示した時刻Ｔ0 ）からの経過時間が測定される。
【００４８】
また、受光部８の近傍には、第２発光部２８が設けられ、ＣＰＵ３０がこの第２発光部２８を駆動することにより、受光部８に光を照射し、受光部８の動作状態を確認できるようにされている。尚、第２発光部２８は、請求項４に記載の第２発光手段に相当するものであり、発光ダイオード（ＬＥＤ）２８ａと、ＬＥＤ２８ａへの通電・非通電を切り換えるためのトランジスタ２８ｂと、電流制限用の抵抗２８ｃとから構成されている。
【００４９】
このように構成された本実施例の自動車用距離制御装置は、ＣＰＵ３０による制御の下に動作する。そこで次に、ＣＰＵ３０の制御動作をフローチャートに沿って説明する。
図２は、ＣＰＵ３０において繰り返し実行されるメインルーチンを表す。図２に示す如く、電源投入等によりＣＰＵ３０が起動されると、Ｓ１００（Ｓはステップを表す）にて初期化の処理を行った後、Ｓ１１０以降の処理を実行する。
【００５０】
Ｓ１１０では、後述の異常検出処理で当該装置の異常（本実施例では、受光信号の信号処理系の異常）が検出され、その異常内容が不揮発性メモリ等に記憶されているか否かを判断する。そして、装置の異常が検出されていれば、Ｓ１２０に移行して、その異常内容をメモリから読み込み、車両に搭載された表示装置等に出力することによって、車両乗員に異常を報知する。
【００５１】
また、Ｓ１１０にて、装置の異常が検出されていないと判断されると、Ｓ１３０に移行して、現在、距離測定を行う計測タイミングであるか否かを判断する。そして、現在、計測タイミングであれば、Ｓ１４０に移行して、後述の距離の計測処理を所定回（本実施例では１００回）行った後、Ｓ１５０に移行し、現在、計測タイミングでなければ、Ｓ１５０に移行する。尚、Ｓ１２０で異常内容を表示装置等に出力した際には、装置に何らかの異常があり、距離計測は不可能であるので、Ｓ１３０，Ｓ１４０の処理は実行されず、そのままＳ１５０に移行する。
【００５２】
Ｓ１５０では、現在、増幅器１４の増幅率（換言すればゲインコントロール信号ＶGC）を制御する学習タイミングであるか否かを判断する。そして、現在、学習タイミングでなければ、再度Ｓ１１０に移行し、学習タイミングであれば、Ｓ１６０に移行して、ゲインコントロール信号ＶGCの学習処理を実行し、続くＳ１７０にて、信号処理系の異常を検出する異常検出処理を実行し、更に続くＳ１８０にて、信号処理系で生じる受光信号の遅延時間を測定する遅延時間計測処理を実行した後、Ｓ１１０に移行する。
【００５３】
尚、計測タイミング及び学習タイミングの判定は、前回距離計測処理或いは学習処理を実行してから所定時間が経過したか否かを判断することにより行われ、本実施例では、距離計測処理は１．６７ｍsec.毎に行い、学習処理は１００ｍsec.毎に行うように、各タイミングが設定されている。
【００５４】
次に、Ｓ１４０にて実行される距離計測処理について説明する。
図３に示す如く、この処理が開始されると、まず、Ｓ２１０にて、駆動回路２にパルス状の駆動信号を出力することにより、発光部４からレーザ光を出射させると共に、ＳＴＣ電圧発生回路２２に駆動信号を出力することにより、ＳＴＣ電圧発生回路２２から、時間の経過に伴い増大するＳＴＣ電圧Ｖstc を出力させる。この結果、発光部４からレーザ光が出射されると同時に、ＳＴＣ回路１８の増幅率が最小の増幅率に設定され、この増幅率は、その後、時間の経過と共に除々に増大することになる。尚、本実施例では、ＳＴＣ回路１８の増幅率が、ＳＴＣ電圧発生回路２２の起動後、約２００ｎsec.程度で最大の増幅率になるよう、ＳＴＣ電圧発生回路２２の時定数が設定されている。
【００５５】
そして、このようにＳ２１０にて発光部４からレーザ光を出射させると、車両前方に先行車両や障害物が存在すれば、発光部４から出射したレーザ光がそれらの物標に当たって反射し、その反射光が受光部８で受光されて、コンパレータ２４からの出力が変化することになるので、続くＳ２２０では、時間計測ＩＣ２６を起動して、レーザ光の出射後、コンパレータ２４にて受光信号が検出されるまでの時間（前述の時刻Ｔ1 ，Ｔ2 ）を計測させ、各時刻Ｔ1 ，Ｔ2 を読み込む。尚、車両前方に距離測定可能な物標がいなければ、コンパレータ２４にて受光信号が検出されず、時間計測ＩＣ２６から時刻Ｔ1 ，Ｔ2 を読み込むことはできないので、Ｓ２２０では、時間計測ＩＣ２６にて所定時間以上時刻Ｔ1 ，Ｔ2 が計測されなければ、当該距離計測処理を終了する。
【００５６】
次に、Ｓ２２０にて、各時刻Ｔ1 ，Ｔ2 が読み込まれると、Ｓ２３０に移行して、各時刻Ｔ1 ，Ｔ2 の時間差から、受光信号のパルス幅Ｗを算出する、時間幅検出手段としての処理を実行する。そして、続くＳ２４０では、その算出したパルス幅Ｗから、パルス幅Ｗの中心時刻（受光中心）を求めると共に、図６（ａ）に示したマップを用いて、パルス幅Ｗに対応した受光中心の補正値を求め、その補正値でパルス幅Ｗから求めた受光中心を補正する、といった手順で、受光信号が最大となる真の受光中心Ｔ3 を算出する、受光時刻算出手段としての処理を実行する。
【００５７】
また続くＳ２５０では、この算出した受光中心（時刻）Ｔ3 とレーザ光の出射時刻（中心時刻）Ｔ0 とから、レーザ光を出射してからその反射光が受光部８で受光されるまでの計測時間を算出する。尚、この計測時間の算出は、レーザ光の出射時刻（出射時の中心の時刻）Ｔ0 とＳ２４０で求めた受光中心（時刻）Ｔ3 との時間差を求め、この時間差から、Ｓ１８０にて測定された信号処理系での受光信号の遅延時間を減じる、といった手順で行われる。
【００５８】
つまり、本実施例では、Ｓ１８０において、第２発光部２８を発光させて、その後、コンパレータ２４からの出力が変化（受光検出）するまでの時間を測定することにより、信号処理系での受光信号の遅延時間を測定し、Ｓ２５０において、計測時間を算出する際には、出射時刻Ｔ0 と受光中心（時刻）Ｔ3 との時間差からこの遅延時間を減じることにより、レーザ光を出射してからその反射光が受光部８で受光されるまでの時間を正確に算出できるようにしている。
【００５９】
またこのようにＳ２５０にて真の計測時間が算出されると、今度はＳ２６０にて、その計測時間から距離Ｌｍを算出し、続くＳ２７０にて、その算出した距離Ｌｍに対する補正値αstc を算出する。この補正値αstc は、ＳＴＣ回路１８の増幅率が変化しているときに反射光が受光された際に生じる受光波形歪みに起因した測定誤差を補正するためのものであり、実距離と測定結果との関係に基づき予め設定された、距離Ｌｍをパラメータとするマップ（図６（ｂ）参照）を用いて算出される。
つまり、ＳＴＣ回路を備えた距離測定装置では、ＳＴＣ回路の増幅率が変化しているときに、反射光が受光されると、コンパレータへの入力信号が、ＳＴＣ回路における増幅率の変化に対応して歪んでしまう。そして、このようにコンパレータに入力される信号波形が歪むと、受光信号パルス幅Ｗの中心が真の受光中心から大きくずれてしまい、距離Ｌｍに誤差が生じることになり、特に、近距離領域での距離測定精度が低下する。そこで、本実施例では、その測定誤差を補正するための補正値α stc を、図６（ｂ）に示したマップから求め、測定した距離Ｌｍを補正するようにしている。この結果、本実施例によれば、ＳＴＣ回路１８の増幅率変化によって生じる距離測定誤差をなくし、物標までの距離を高精度に測定できることになる。
【００６０】
そして、このように距離Ｌｍ及びその補正値αstc が算出されると、続くＳ２８０にて、補正値αstc を用いて距離Ｌｍを補正して、補正後の距離を物標までの計測距離（Ｌ＝Ｌｍ−αstc ）として設定する。また、続くＳ２９０では、上記Ｓ２１０〜Ｓ２８０による一連の計測処理回数Ｎをカウントし、その計測処理回数Ｎが１００回に達したか否かを判断する。そして、計測処理回数Ｎが１００回に満たない場合には、Ｓ２１０に戻って、上記一連の計測処理を再度実行し、計測回数Ｎが１００回に達した場合には、本距離計測処理を終了する。
【００６１】
尚、本実施例では、Ｓ２５０及びＳ２６０の処理が本発明の距離算出手段に相当する。
次に、Ｓ１６０にて実行される、ゲインコントロール信号ＶGC（換言すれば増幅器１４の増幅率）の学習処理について説明する。
【００６２】
図４に示す如く、この処理が開始されると、まずＳ３１０にて、時間計測ＩＣ２６に入力されるコンパレータ２４からの出力変化を監視しながら、増幅器１４の増幅率を変化させることにより、コンパレータ２４にて入力信号が受光判定レベルＶth以上であると判定されない条件下（つまりコンパレータ２４にて受光信号が検出されない条件下）で、増幅率が最大となって最大感度が得られるゲインコントロール信号ＶGCを探索する。
【００６３】
尚、この探索には、ゲインコントロール信号ＶGCを制御するデータ（例えば８ビット）の上位ビットから順に変化させて、コンパレータ２４にて受光信号が検出されない条件下で増幅率が最大となる点を探索する、所謂二分探索の手法が用いられる。また、この探索は、ＳＴＣ回路１８の増幅率を最大増幅率に保持した状態で行う。
【００６４】
そして、この探索動作によって、上記条件下で増幅器１４が最大増幅率となるゲインコントロール信号ＶGCが探索されると、続くＳ３２０にて、その探索は、ｎ回（例えば１０回）実行されたか否かを判断し、ｎ回実行されていなければ、再度Ｓ３１０に移行する、といった手順で、Ｓ３１０の探索動作をｎ回実行させる。
こうして、上記条件下で増幅器１４が最大増幅率となるゲインコントロール信号ＶGCがｎ回探索されると、Ｓ３２０にて肯定判断されて、続くＳ３３０に移行し、ｎ回の探索動作で得られたｎ個のゲインコントロール信号ＶGCの中から、増幅率が最も小さくなる最小のゲインコントロール信号ＶGCmin を選択する。
【００６５】
そして、続くＳ３４０では、上記条件下での学習回数とゲインコントロール信号ＶGCとの関係を測定した図６（ｃ）に示す特性データ、或いは、この特性データから作成したマップ又は演算式を用いて、Ｓ３３０で選択した最小のゲインコントロール信号ＶGCmin から、前記探索動作の実行回数（学習回数）をｍ回（例えば１００回）に増やしたときに得られるゲインコントロール信号ＶGCの最小値（ｍ回学習相当値）を求め、続くＳ３５０にて、ゲインコントロール信号ＶGCをｍ回学習相当値に設定して、当該処理を終了する。
【００６６】
尚、上記学習処理において、Ｓ３１０及びＳ３２０の処理は本発明の増幅率探索手段に相当し、Ｓ３３０の処理は本発明の増幅率選択手段に相当し、Ｓ３４０の処理は本発明の最小値換算手段に相当し、Ｓ３５０の処理は増幅率設定手段に相当する。
【００６７】
次に、Ｓ１７０にて実行される異常検出処理について説明する。尚、この処理は、受光部８からコンパレータ２４に至る受光信号の信号処理系の異常を検出するための処理であり、本発明の異常検出手段に相当する。
そして、図５に示すように、この処理が開始されると、まずＳ４１０にて、第２発光部２８にパルス状の駆動信号を出力することにより、トランジスタ２８ｂをオンさせ、ＬＥＤ２８ａを発光させ、続くＳ４２０にて、時間計測ＩＣ２６に入力されるコンパレータ２４からの出力変化から、ＬＥＤ２８ａの発光により、受光部８から受光信号が出力されて、コンパレータ２４にてその旨が検出されたか否かを判定する。
【００６８】
そして、コンパレータ２４にて受光信号が検出されなければ、Ｓ４３０にてその旨を表す受光異常Ａを記憶し、逆に受光信号が検出されていれば、Ｓ４４０にて正常Ａを記憶する。尚、「Ａ」は、受光部８からコンパレータ２４に至る信号処理系の全経路に対する符号であり、受光異常Ａは全経路のどこかに異常があることを表し、正常Ａは全経路が正常であることを表す。
【００６９】
こうして、Ｓ４３０又はＳ４４０にて信号処理系全経路での異常又は正常が記憶されると、Ｓ４５０に移行して、信号切換回路１２を、通常時の受光部８側から、フィルタ１６側に切り換え、フィルタ１６に制御信号を出力して、フィルタ１６から疑似受光信号を発生させる。この結果、増幅器１４にはフィルタ１６から疑似受光信号が入力され、増幅器１４からコンパレータ２４に至る信号処理系の一部の経路が正常であれば、コンパレータ２４にて受光信号が検出されることになる。
【００７０】
そこで、続くＳ４６０では、時間計測ＩＣ２６に入力されるコンパレータ２４からの出力変化から、増幅器１４への疑似受光信号の入力により、コンパレータ２４にて受光信号が検出されたか否かを判定する。そして、コンパレータ２４にて受光信号が検出されなければ、Ｓ４７０にてその旨を表す受光異常Ｂを記憶し、逆に受光信号が検出されていれば、Ｓ４８０にて正常Ｂを記憶し、当該異常検出処理を終了する。尚、「Ｂ」は、受光部８からコンパレータ２４に至る信号処理系の増幅器１４以降の経路に対する符号であり、受光異常Ｂはその経路のどこかに異常があることを表し、正常Ｂはその経路が正常であることを表す。
【００７１】
以上説明したように、本実施例では、距離測定時には、Ｓ２１０〜Ｓ２６０の一連の処理で車両前方の先行車両や障害物までの距離Ｌｍを測定した後、その距離Ｌｍを用いて補正値αstc を求め、距離Ｌｍを補正値αstc で補正することにより、最終的な計測距離Ｌを求めるようにしている。このため、本実施例によれば、ＳＴＣ回路１８の増幅率が変化しているときに、反射光が受光部８に入射した場合（つまり近距離領域に車両や障害物がある場合）であっても、ＳＴＣ回路１８の動作の影響を受けることなく距離測定を行うことができ、距離を極めて高精度に測定できることになる。
【００７２】
また、本実施例では、コンパレータ２４による受光信号の受光感度が最適になるように、増幅器１４の増幅率を調整する際には、コンパレータ２４がノイズを誤検出しない範囲内での増幅器１４の最大増幅率（具体的にはゲインコントロール信号ＶGC）をｎ回探索して、その最小値を選択した後、その値を、最大増幅率をより多く（ｍ回）探索した際に得られる最小値に換算し、その換算後の値で増幅器１４の増幅率を設定するようにしている。このため、増幅率の学習回数を少なくしても、増幅器１４の増幅率を最適値に設定することが可能になり、距離測定の頻度を低下させることなく、距離の測定精度を向上できる。
【００７３】
また更に、本実施例では、異常検出処理によって、受光信号の信号処理系での動作を、受光部８を含む全経路と、増幅器１４よりも後段の経路との２系統でチェックし、各経路での異常の有無を記憶するようにしている。このため、各経路で異常が発生した場合には、その旨を異常発生箇所を含めて、車両乗員等に報知できる。従って、距離測定装置故障時の安全性を向上できると共に、故障個所を特定し易いので、修理の際の作業性も向上できる。
【００７４】
以上本発明の一実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、上記実施例では、本発明を自動車用距離測定装置に適用した場合について説明したが、本発明は、航空機等、他の移動体用の距離測定装置であっても、或いは、固定局から測定光を出射して周囲の移動体等を監視する固定局用の距離測定装置であっても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例の距離測定装置全体の構成を表すブロック図である。
【図２】 実施例のＣＰＵにて実行されるメインルーチンの処理を表すフローチャートである。
【図３】 図２のステップ１４０にて実行される距離計測処理を表すフローチャートである。
【図４】 図２のステップ１６０で実行されるゲインコントロール電圧の学習処理を表すフローチャートである。
【図５】 図２のステップ１７０で実行される異常検出処理を表すフローチャートである。
【図６】 ＣＰＵが距離計測処理及び学習処理の実行時に使用するマップを説明する説明図である。
【図７】 従来の距離測定装置の構成及び動作を説明する説明図である。
【符号の説明】
４…発光部 ８…受光部 １２…信号切換回路 １４…増幅器
１６…フィルタ １８…ＳＴＣ回路 ２２…ＳＴＣ電圧発生回路
２４…コンパレータ ２６…時間計測ＩＣ ２８…第２発光部
３０…ＣＰＵ（マイクロコンピュータ）

Claims (3)

1. 測定光を出射する発光手段と、
   該発光手段が出射した測定光が外部の物標に当たって反射してくる反射光を受光し、受光信号を出力する受光手段と、
   該受光手段からの受光信号を増幅する第１増幅手段と、
   該第１増幅手段から出力される交流信号成分を取り込み、該信号レベルが予め設定された受光判定レベル以上になったか否かを判定する判定手段と、
   該判定手段にて前記信号レベルが該受光判定レベル以上であると判定されると、その時刻から、次に前記判定手段にて前記信号レベルが前記受光判定レベルを下回ったと判定されるまでの時間幅を検出する時間幅検出手段と、
   該時間幅検出手段にて検出された時刻及び時間幅から、前記反射光が最大となる時刻を求め、該時刻を前記反射光の受光時刻として設定する受光時刻算出手段と、
   前記発光手段にパルス状の駆動信号を出力して前記発光手段から測定光を出射させると共に、その後、前記受光時刻算出手段にて受光時刻が算出されると、前記駆動信号を出力した中心時刻から該受光時刻までの時間を求め、該時間に基づき前記物標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、
   前記距離算出手段が動作を停止しているときに、前記判定手段による判定結果を監視しながら前記第１増幅手段の増幅率を変化させて、前記判定手段にて前記信号レベルが受光レベル以上であると判定されない条件下での最大増幅率をｎ回探索する増幅率探索手段と、
   該増幅率探索手段によるｎ回の探索動作によって得られたｎ個の最大増幅率の中から最小値を選択する増幅率選択手段と、
   該増幅率選択手段にて選択された最大増幅率の最小値を、予め設定された換算データに基づき、前記最大増幅率の探索を前記ｎ回よりも多いｍ回行った際に得られるｍ個の最大増幅率の最小値に換算する最小値換算手段と、
   該最小値換算手段の換算動作で得られた最小値を、前記第１増幅手段の増幅率として設定する増幅率設定手段と、
   を設けたことを特徴とする距離測定装置。
2. 前記第１増幅手段からの信号を増幅して前記判定手段に出力する第２増幅手段と、
   該第２増幅手段の増幅率を、該増幅率が時間の経過に伴い大きくなるように制御する増幅率制御手段と、
   を備え、
   前記距離算出手段は、前記発光手段にパルス状の駆動信号を出力すると同時に前記増幅率制御手段を起動して、前記第２増幅手段の増幅率を時間の経過に伴い増大させ、
   前記増幅率探索手段は、前記第２増幅手段の増幅率を、前記増幅率制御手段が距離測定時に制御する最大の増幅率に設定して、前記最大増幅率の探索を行うことを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
3. 前記受光手段から後段の増幅手段に至る信号経路を遮断して、該増幅手段にパルス状の疑似受光信号を入力する疑似受光信号入力手段と、
   前記受光手段に対して疑似反射光を出射する第２発光手段と、
   前記距離算出手段が距離測定動作を停止しているときに、前記疑似受光信号入力手段及び第２発光手段を個々に動作させ、前記疑似受信信号入力手段の動作時には、前記判定手段による判定結果に基づき前記受光手段よりも後段の受光信号系の異常の有無を判定し、前記第２発光手段の動作時には、前記判定手段による判定結果に基づき前記受光手段を含む受光信号系の異常の有無を判定し、各異常判定結果を記憶する異常検出手段と、
   を備えた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。

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