JP5811853B2 - Sensor signal processing circuit and vehicle safe driving apparatus using the same - Google Patents
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Description
本発明は、センサ用信号処理回路、およびこれを用いた車両用安全運転装置に関するものである。 The present invention relates to a sensor signal processing circuit and a vehicle safe driving apparatus using the same.
従来、複数の遅延素子をリング状に連結してなるリング遅延パルス発生回路を備え、このリング遅延パルス発生回路にパルスPAの周回を開始させた後に、パルスPBをリング遅延パルス発生回路に入力して、パルスPBの入力タイミングにおけるパルスPAとパルスPBとの間の位相差を符号化するパルス位相差符号化回路がある(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a ring delay pulse generation circuit comprising a plurality of delay elements connected in a ring shape is provided, and after the ring delay pulse generation circuit starts to circulate the pulse PA, the pulse PB is input to the ring delay pulse generation circuit. Thus, there is a pulse phase difference encoding circuit that encodes the phase difference between the pulse PA and the pulse PB at the input timing of the pulse PB (see, for example, Patent Document 1).
このものによれば、リング遅延パルス発生回路において、パルスPAが周回を開始してからその後パルスPBが入力されるまでの時間を上記位相差として測定することができる。 According to this, in the ring delay pulse generation circuit, the time from when the pulse PA starts to circulate until the pulse PB is input thereafter can be measured as the phase difference.
本発明者は、上記位相差に含まれる測定誤差を小さくすることに着目し、上記特許文献1のパルス位相差符号化回路を用いて、レーザダイオードからレーザ光を発射させてからフォトダイオードで反射レーザ光が受光される迄の時間を測定し、この測定された時間(以下、測定時間という)を基準値で正規化した正規化データを求めることを検討した。
The present inventor pays attention to reducing the measurement error included in the phase difference, and uses the pulse phase difference encoding circuit of
例えば、制御回路がレーザダイオードからレーザ光を発射させるとともに、リング遅延パルス発生回路においてパルスPAの周回を開始させて、その後、反射レーザ光がフォトダイオードで受光されてフォトダイオードから出力される受光パルスをパルスPBとしてパルス位相差符号化回路に出力させれば、パルスPAとパルスPBとの間の位相差を測定時間として求めることができる。 For example, the control circuit emits laser light from the laser diode, and the ring delay pulse generation circuit starts the circulation of the pulse PA. Thereafter, the reflected laser light is received by the photodiode and output from the photodiode. Is output to the pulse phase difference encoding circuit as a pulse PB, the phase difference between the pulse PA and the pulse PB can be obtained as the measurement time.
ここで、フォトダイオードから出力される受光パルスには、外来ノイズが重畳される場合がある。このため、受光パルスの波形を整形するための波形整形回路をパルス位相差符号化回路とフォトダイオードとの間に設ける必要がある。しかし、受光パルスが波形整形回路を受信されてから波形整形回路から受光パルスが出力されるまでに遅延時間が生じる。このため、測定時間は、遅延時間に起因する測定誤差を含むことになる。したがって、単純に測定時間を基準値で正規化しただけでは、正規化データが測定誤差を含むことになる。これに加えて、波形整形回路で生じる遅延時間は、波形整形回路の温度変化により変化する。このため、正規化データに含まれる測定誤差は、波形整形回路の温度変化により変化することになる。 Here, external noise may be superimposed on the light reception pulse output from the photodiode. For this reason, it is necessary to provide a waveform shaping circuit for shaping the waveform of the received light pulse between the pulse phase difference encoding circuit and the photodiode. However, there is a delay time from when the received light pulse is received by the waveform shaping circuit to when the received light pulse is output from the waveform shaping circuit. For this reason, the measurement time includes a measurement error due to the delay time. Therefore, simply by normalizing the measurement time with the reference value, the normalized data includes a measurement error. In addition to this, the delay time generated in the waveform shaping circuit changes due to a temperature change of the waveform shaping circuit. For this reason, the measurement error included in the normalized data changes due to the temperature change of the waveform shaping circuit.
本発明は上記点に鑑みて、光を出射してから反射光を受光するまでに要する時間を正規化した正規化データを求めるセンサ用信号処理回路において、正規化データに含まれる測定誤差を減らすことを第1の目的とし、正規化データを用いて、車両の安全な走行を図るようにする車両用安全運転装置を提供することを第2の目的とする。 In view of the above, the present invention reduces a measurement error included in normalized data in a sensor signal processing circuit that obtains normalized data obtained by normalizing the time required to receive reflected light after emitting light. The first object is to provide a vehicle safe driving device that uses the normalized data to allow the vehicle to travel safely.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、制御回路(36)は、発光素子にトリガ信号を出力するとともに、第1タイミングに制御パルスを第1の選択ゲート(42)を通して位相差検出回路に出力し、第2の選択ゲート(41)により受光パルスに基づく第2パルスを位相差検出回路に出力させて受光パルスに対応する位相差を検出させ、
制御回路が前記第1のタイミングと異なる第2タイミングに制御パルスを第1の選択ゲート(42)を通して位相差検出回路に出力するとともに、第1の代用パルスを出力切替手段(35)および第1の波形整形器を通して第2の選択ゲートに与えて第2の選択ゲート(41)から第2パルスを位相差検出回路に出力させて第1の代用パルスに対応する位相差を検出させて、かつ制御パルスの出力後一定期間(Ts)経過後にて第2の代用パルスを第2の選択ゲート(41)に与えて第2の選択ゲート(41)から第2パルスを位相差検出回路に出力させて第2の代用パルスに対応する位相差を検出させるものであり、
受光パルスに対応する位相差をDaとし、第1の代用パルスに対応する位相差をDbとし、第2の代用パルスに対応する位相差をDeとし、正規化データとして(Da−Db)/Deを求めるデータ演算回路(34)を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the control circuit (36) outputs a trigger signal to the light emitting element and transmits a control pulse through the first selection gate (42) at the first timing. Output to the phase difference detection circuit, the second selection gate (41) causes the second pulse based on the received light pulse to be output to the phase difference detection circuit to detect the phase difference corresponding to the received light pulse,
The control circuit outputs a control pulse to the phase difference detection circuit through the first selection gate (42) at a second timing different from the first timing, and outputs the first substitute pulse to the output switching means (35) and the first switching pulse. The second selection gate (41) outputs the second pulse to the phase difference detection circuit to detect the phase difference corresponding to the first substitute pulse; and After a certain period (Ts) after the output of the control pulse, a second substitute pulse is applied to the second selection gate (41), and the second pulse is output from the second selection gate (41) to the phase difference detection circuit. The phase difference corresponding to the second substitute pulse is detected,
The phase difference corresponding to the received light pulse is Da, the phase difference corresponding to the first substitute pulse is Db, the phase difference corresponding to the second substitute pulse is De, and normalized data (Da−Db) / De The data operation circuit (34) which calculates | requires is provided.
請求項1に記載の発明によれば、位相差Deは、上記一定期間の間にて第1パルスと第2パルスとの間に生じる位相差を示している。そして、制御回路は、第2の代用パルスを第1の波形整形器を迂回して第1の選択ゲート(42)に与えている。このため、位相差Deは、第1の波形整形器の測定誤差を含んでいない。 According to the first aspect of the present invention, the phase difference De indicates a phase difference generated between the first pulse and the second pulse during the certain period. Then, the control circuit gives the second substitute pulse to the first selection gate (42) bypassing the first waveform shaper. For this reason, the phase difference De does not include the measurement error of the first waveform shaper.
位相差Dbは、受光パルスが第1の波形整形器に受信されてから第1の波形整形器から受光パルスが出力されるまでの遅延時間(すなわち、測定誤差)を示している。このため、位相差Daから位相差Dbを引くことにより、位相差Daから第1の波形整形器の遅延時間に起因する測定誤差を除去することができる。 The phase difference Db indicates a delay time (that is, measurement error) from when the received light pulse is received by the first waveform shaper to when the received light pulse is output from the first waveform shaper. Therefore, by subtracting the phase difference Db from the phase difference Da, the measurement error due to the delay time of the first waveform shaper can be removed from the phase difference Da.
ここで、位相差検出回路により求められる位相差Da、Db、Deは、温度変化等の外乱に起因した測定誤差を含む。 Here, the phase differences Da, Db, and De obtained by the phase difference detection circuit include measurement errors caused by disturbances such as temperature changes.
そこで、(Da−Db)をDeで除算することにより、正規化データにおいて、位相差検出回路の測定誤差を相殺することができる。したがって、正規化データから、第1の波形整形器の測定誤差および位相差検出回路の測定誤差を除くことができる。このため、正規化データに含まれる測定誤差を減らすことができる。 Therefore, by dividing (Da−Db) by De, the measurement error of the phase difference detection circuit can be canceled in the normalized data. Therefore, the measurement error of the first waveform shaper and the measurement error of the phase difference detection circuit can be removed from the normalized data. For this reason, the measurement error contained in the normalized data can be reduced.
さらに、請求項1に記載の発明では、制御回路は、第2の代用パルスを第1の波形整形器を迂回して位相差検出回路に出力するために、第2の選択ゲート(41)を用いている。このため、第2の選択ゲート(41)が受光パルスおよび第1の代用パルスのうち一方のパルスを受信した後に第2パルスが第2の選択ゲート(41)から出力されるまでに遅延時間が生じるものの、制御回路と位相差検出回路との間にも第1の選択ゲート(42)が配置されている。このため、第1の選択ゲートが制御パルスを受信してから制御パルスが第1の選択ゲート(42)から出力されるまでに遅延時間が生じる。ここで、第1、第2の選択ゲートは、互いに同一の回路構成を有している。このため、第1の選択ゲートで生じる遅延時間と第2の選択ゲートで生じる遅延時間とは同一時間になる。したがって、位相差検出回路に求められる位相差において、第2の選択ゲートで生じる遅延時間が、第1の選択ゲートで生じる遅延時間によって相殺される。よって、第2の選択ゲートで生じる遅延時間が原因で、位相差検出回路により求められる位相差に誤差が生じない。これにより、第1、第2の選択ゲートで生じる遅延時間に起因した測定誤差が正規化データに含まれることを避けることができる。
Furthermore, in the invention according to
請求項4に記載の発明では、受光パルスのピーク電圧をサンプリングして、出力電圧をサンプリングした電圧にホールドするピークホールド回路(50)と、
受光パルスのボトム電圧をサンプリングして、出力電圧をサンプリングした電圧にホールドするボトムホールド回路(51)と、
制御回路(36)から出力される第1の代用パルスを受けると、ピーク電圧がピークホールド回路の出力電圧と同一で、かつボトム電圧がボトムホールド回路の出力電圧と同一である第1の代用パルスを出力切替手段(35)に出力する第2の波形整形回路(52〜55)と、を備えることを特徴とする。
In the invention according to
A bottom hold circuit (51) for sampling the bottom voltage of the received light pulse and holding the output voltage at the sampled voltage;
When the first substitute pulse output from the control circuit (36) is received, the first substitute pulse whose peak voltage is the same as the output voltage of the peak hold circuit and whose bottom voltage is the same as the output voltage of the bottom hold circuit. And a second waveform shaping circuit (52 to 55) for outputting to the output switching means (35).
請求項4に記載の発明によれば、出力切替手段から第1の波形整形器に出力される第1の代用パルスのピーク電圧が受光パルスのピーク電圧と同一なり、第1の代用パルスのボトム電圧が受光パルスのボトム電圧と同一になる。このため、
第1の波形整形器に第1の代用パルスが入力されてから第1の波形整形器から第1の代用パルスが出力されるのに生じる遅延時間を、第1の波形整形器に受光パルスが入力されてから第1の波形整形器から受光パルスが出力されるのに生じる遅延時間に近づけることができる。このため、第1の代用パルスに対応する位相差(Db)の精度を高めることができる。
According to the fourth aspect of the present invention, the peak voltage of the first substitute pulse output from the output switching means to the first waveform shaper is the same as the peak voltage of the received light pulse, and the bottom of the first substitute pulse. The voltage is the same as the bottom voltage of the received light pulse. For this reason,
The delay time that occurs after the first substitute pulse is output from the first waveform shaper after the first substitute pulse is input to the first waveform shaper, and the received light pulse is supplied to the first waveform shaper. It is possible to approach the delay time that occurs when the received light pulse is output from the first waveform shaper after being input. For this reason, the accuracy of the phase difference (Db) corresponding to the first substitute pulse can be increased.
請求項5に記載の発明では、ピークホールド回路からサンプリング毎に出力される出力電圧の平均値を示す平均電圧値を出力する第1の平均化処理回路(56)と、
ボトムホールド回路からサンプリング毎に出力される出力電圧の平均値を示す平均電圧値を出力する第2の平均化処理回路(57)と、
制御回路(36)から出力される第1の代用パルスを受けると、ピーク電圧が第1の平均化処理回路(56)の出力電圧と同一で、かつボトム電圧が第2の平均化処理回路(57)の出力電圧と同一である第1の代用パルスを出力切替手段(35)に出力する第3の波形整形回路(52〜55)と、を備えることを特徴とする。
In the invention according to
A second averaging processing circuit (57) for outputting an average voltage value indicating an average value of output voltages output for each sampling from the bottom hold circuit;
Upon receiving the first substitute pulse output from the control circuit (36), the peak voltage is the same as the output voltage of the first averaging processing circuit (56), and the bottom voltage is the second averaging processing circuit ( And a third waveform shaping circuit (52 to 55) for outputting a first substitute pulse having the same output voltage as the output voltage to the output switching means (35).
請求項5に記載の発明によれば、第1の代用パルスのピーク電圧が第1の平均化処理回路(56)の出力電圧と同一になり、第1の代用パルスのボトム電圧が第2の平均化処理回路(57)の出力電圧と同一になる。このため、第1の波形整形器で生じる第1の代用パルスの遅延時間を、第1の波形整形器で生じる受光パルス遅延時間に対してより一層に近づけることができる。これにより、第1の代用パルスに対応する位相差(Db)の精度を、より一層高めることができる。 According to the fifth aspect of the invention, the peak voltage of the first substitute pulse is the same as the output voltage of the first averaging processing circuit (56), and the bottom voltage of the first substitute pulse is the second voltage. It becomes the same as the output voltage of the averaging processing circuit (57). For this reason, the delay time of the first substitute pulse generated in the first waveform shaper can be made closer to the light reception pulse delay time generated in the first waveform shaper. Thereby, the accuracy of the phase difference (Db) corresponding to the first substitute pulse can be further increased.
請求項6に記載の発明では、一定期間の間にて光が伝搬する距離(理論値)をLとしたとき、L×{(Da−Db)/De}/2をセンサと障害物との間の距離として算出する距離算出手段(34)を備えることを特徴とする。
In the invention according to
請求項6に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明で求められる{(Da−Db)/De}を用いてセンサと障害物との間の距離を求めているので、精度良く距離を求めることができる。
According to the invention described in
請求項7に記載の発明では、第1のタイミングに制御パルスを位相差検出回路に出力し、リング回路にて第1パルスの周回を開始させるとともに、発光素子にトリガ信号を出力して、第1の波形整形器により受光パルスに基づく第2パルスを位相差検出回路に出力させて位相差検出回路により受光パルスに対応する位相差を検出させて、また制御回路が第1のタイミングと異なる第2タイミングで制御パルスを位相差検出回路に出力するとともに、受光パルスに代わる第1の代用パルス(PC1)を出力切替手段(35)および第1の波形整形器(31)を通して位相差検出回路に出力して第1の代用パルスに対応する位相差を検出させて、かつ第1パルスの周回開始後一定期間(Ts)経過後にて第2の代用パルス(PC2)を出力切替手段および第1の波形整形器を通して位相差検出回路に出力して第2の代用パルスに対応する位相差を検出させて、
波形整形後の受光パルスに対応する位相差をDaとし、第1の代用パルスに対応する位相差をDbとし、第2の代用パルスに対応する位相差をDcとし、正規化データとして、(Da−Db)/(Dc−Db)を求めるデータ演算回路(34)を備えることを特徴とする。
In the seventh aspect of the invention, the control pulse is output to the phase difference detection circuit at the first timing , the first circuit is started to circulate in the ring circuit, and the trigger signal is output to the light emitting element. The first pulse shaper outputs a second pulse based on the received light pulse to the phase difference detection circuit, the phase difference detection circuit detects the phase difference corresponding to the received light pulse, and the control circuit is different from the first timing. The control pulse is output to the phase difference detection circuit at two timings, and the first substitute pulse (PC1) replacing the received light pulse is output to the phase difference detection circuit through the output switching means (35) and the first waveform shaper (31). The output is detected by detecting the phase difference corresponding to the first substitute pulse, and the second substitute pulse (PC2) is output after a certain period (Ts) has elapsed after the start of the circulation of the first pulse. And by detecting the phase difference corresponding to the second substitute pulse is output to the phase difference detection circuit through a first waveform shaper,
The phase difference corresponding to the received light pulse after waveform shaping is Da, the phase difference corresponding to the first substitute pulse is Db, the phase difference corresponding to the second substitute pulse is Dc, and normalized data is (Da A data operation circuit (34) for obtaining -Db) / (Dc-Db) is provided.
請求項7に記載の発明によれば、位相差Dbは、受光パルスが第1の波形整形器に受信されてから第1の波形整形器から受光パルスが出力されるまでの遅延時間を示している。このため、位相差Daから位相差Dbを引くことにより、位相差Daから遅延時間に起因する測定誤差を除去することができる。位相差Dcから位相差Dbを引くことにより、位相差Dcから遅延時間に起因する測定誤差を除去することができる。 According to the seventh aspect of the invention, the phase difference Db indicates a delay time from when the received light pulse is received by the first waveform shaper to when the received light pulse is output from the first waveform shaper. Yes. Therefore, by subtracting the phase difference Db from the phase difference Da, the measurement error due to the delay time can be removed from the phase difference Da. By subtracting the phase difference Db from the phase difference Dc, the measurement error due to the delay time can be removed from the phase difference Dc.
ここで、位相差Daは、発光素子が光を出射してから受光素子が受光するのに要する光伝搬時間を示している。位相差Dcは、上記一定期間の間にて第1パルスと第2パルスとの間に生じる位相差を示している。 Here, the phase difference Da indicates a light propagation time required for the light receiving element to receive light after the light emitting element emits light. The phase difference Dc indicates a phase difference generated between the first pulse and the second pulse during the certain period.
そして、位相差検出回路により求められる位相差は、温度変化等の外乱に起因した測定誤差を含むことがある。 The phase difference obtained by the phase difference detection circuit may include a measurement error due to a disturbance such as a temperature change.
そこで、(Da−Db)を(Dc-Db)で除算することにより、正規化データにおいて、位相差検出回路の測定誤差を相殺することができる。したがって、光伝搬時間を正規化した正規化データから、第1の波形整形器の測定誤差および位相差検出回路の測定誤差を除くことができる。このため、正規化データに含まれる測定誤差を減らすことができる。 Therefore, by dividing (Da−Db) by (Dc−Db), the measurement error of the phase difference detection circuit can be canceled in the normalized data. Therefore, the measurement error of the first waveform shaper and the measurement error of the phase difference detection circuit can be removed from the normalized data obtained by normalizing the light propagation time. For this reason, the measurement error contained in the normalized data can be reduced.
請求項8に記載の発明では、一定期間の間にて光が伝搬する距離をLとしたとき、L×{(Da−Db)/(Dc−Db)}/2をセンサと障害物との間の距離として算出する距離算出手段(34)を備えることを特徴とする。
In the invention according to
請求項8に記載の発明によれば、請求項7に記載の発明で求められる{(Da−Db)/(Dc-Db)}を用いてセンサと障害物との間の距離を求めているので、精度良く距離を求めることができる。
According to the invention described in
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings in order to simplify the description.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係るセンサ用信号処理回路が適用される自動車用の測距システム_ECU100の回路構成を示す図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of an automotive ranging
測距システム_ECU100は、自車両の前方の障害物(例えば、前方車両)と距離センサ(自車両)との間の距離を測定するためのものである。自車両とは、測距システム_ECU100が搭載される自動車である。前方車両とは、自車両に対してその進行方向前側に位置する自動車である。
The
具体的には、測距システム_ECU100は、ダイオード10、フォトダイオード11、オペアンプ13、nMOSトランジスタ14、抵抗素子R1、およびセンサ用信号処理回路20を備える。
Specifically, the ranging
ダイオード10は、発光素子を構成するもので、電源Vddとグランドとの間において接続されて、例えば光出射部を車両前方に向けて配置されている。ダイオード10は、レーザ光を出射するレーザダイオードである。nMOSトランジスタ14は、ダイオード10とグランドとの間に配置されて、ダイオード10とグランドとの間を接続、或いは開放する。
The
フォトダイオード11は、受光素子を構成するもので、ダイオード10から出射されて障害物により反射される反射レーザ光を検出するためのもので、電源Vddとグランドとの間に配置されている。抵抗素子R1は、受光ダイオード11とグランドとの間に配置されている。
The
本実施形態のダイオード10およびフォトダイオード11は、距離センサを構成している。
The
オペアンプ13は、その反転入力端子(−)が出力端子に接続されてインピーダンス変換する回路を構成するもので、抵抗素子R1の両端子間の電圧をセンサ用信号処理回路20の受光端子60に出力する。オペアンプ13の非反転入力端子(+)には、フォトダイオード11および抵抗素子R1の間の共通接続端子15が接続されている。
The
センサ用信号処理回路20は、D/Aコンバータ30、コンパレータ31、パルス位相差符号化回路32、演算処理回路34、スイッチ35、制御回路36、ORゲート41、42から構成されている。
The sensor
D/Aコンバータ30は、予め定められたデジタルデータをアナログ信号に変換してコンパレータ31の反転入力端子(−)に与える。D/Aコンバータ30の出力電圧は、後述するように、コンパレータ31においてその非反転入力端子(+)に与える入力電圧の大小を比較するための閾値として用いられる。コンパレータ31は、後述するように、スイッチ35から出力される信号を波形整形する波形整形器を構成する。
The D /
パルス位相差符号化回路32は、その入力端子PAに対してORゲート42から与えられる制御信号の立ち上がりタイミングから、入力端子PBに対してORゲート41から与えられる信号の立ち上がりタイミングまでの位相差(時間)を2進数のデジタル信号に符号化する位相差検出回路である。すなわち、パルス位相差符号化回路32は、その入力端子PAに対してORゲート42から制御パルスが与えられてから、入力端子PBに対してORゲート41からパルスPBが与えられるまでの位相差を検出することになる。
The pulse phase
具体的には、パルス位相差符号化回路32は、上述の特許文献1を構成するリング遅延パルス発生回路1、カウンタ2、データラッチ回路3、4、遅延回路5、パルスセレクタ6、エンコーダ7、およびマルチプレクサ8を有するパルス位相差符号化回路(図2参照)に対して、リセット信号RSTによりカウンタ2およびデータラッチ回路3、4を初期化する回路構成を追加したものである。
Specifically, the pulse phase
ここで、カウンタ2およびデータラッチ回路3、4にリセット信号RSTを与えてカウンタ2およびデータラッチ回路3、4をリセットすることは周知の技術である。このため、本実施形態のパルス位相差符号化回路32と上述の特許文献1のパルス位相差符号化回路とは実質的に同様であると考えられる。そこで、本実施形態のパルス位相差符号化回路32の具体的な説明を省略する。
Here, it is a well-known technique to reset the
ここで、リング遅延パルス発生回路1は、リング状に連結してなる複数の信号遅延素子を有して、後述するように入力されるパルスPAを周回させるリング回路を構成する。カウンタ2は、パルスPAをリング遅延パルス発生回路1に入力後にリング遅延パルス発生回路1にてパルスPAが周回した回数をカウントする。データラッチ回路3、4は、リング遅延パルス発生回路1においてパルスPAの入力後に入力されるパルスPBの入力タイミングにおけるパルスPAの周回回数を特定する。マルチプレクサ8は、データラッチ回路3、4の出力信号D1、D2のうち一方の出力信号をHBとして出力する。パルスセレクタ6は、リング遅延パルス発生回路1においてパルスPBの入力タイミングにおけるパルスPAの周回位置を特定してこの特定される周回位置を示す信号をエンコーダ7に出力する。エンコーダ7は、パルスセレクタ6の出力信号を2進数のデジタル信号に符号化してLBとして出力するものである。LBは、パルス位相差符号化回路32から出力される位相差データD1のうち下位ビットを構成するものであり、HBは位相差データD1のうち上位ビットを構成するものである。
Here, the ring delay
また、図1の演算処理回路34は、パルス位相差符号化回路32によって求められる位相差を用いて、ダイオード10がレーザ光を出射してからフォトダイオード11が反射レーザを受光するのに要する光伝搬時間の正規化データを演算するとともに、この正規化データに基づいて距離センサと障害物との間の距離を算出する。
Further, the
スイッチ35は、出力切替手段を構成するもので、オペアンプ13および制御回路36のうち一方とコンパレータ31の非反転入力端子(+)との間を開放し、オペアンプ13および制御回路36のうち一方以外の他方とコンパレータ31の非反転入力端子(+)との間を接続する。
The
制御回路34は、パルス位相差符号化回路32、演算処理回路34、およびスイッチ35を制御する。
The
ORゲート41は、第1、第2の入力端子を備える。ORゲート41の第1の入力端子には、コンパレータ31の出力端子が接続されている。ORゲート41の第2の入力端子には、制御回路36の出力端子PC2が接続されている。ORゲート42は、第1、第2の入力端子を備えている。ORゲート42の第1の入力端子には、制御回路36の出力端子が接続されている。ORゲート42の第2の入力端子にはグランドが接続されることにより、ORゲート42の第2の入力端子に入力される信号レベルがローレベルに設定される。
The
次に、本実施形態の測距システム_ECU100の作動について図3を参照して説明する。図3(a)〜(L)はタイミングチャートを示し、(a)は発光トリガ、(b)はパルス位相差符号化回路の入力端子PAの電圧変化、(c)は受光信号、(d)はスイッチ35の入力端子PCの電圧変化、(e)は制御回路36の出力端子PC2の電圧変化、(f)はパルス位相差符号化回路の入力端子PBの電圧変化、(g)は選択信号SEL、(h)はパルス位相差符号化回路から出力される位相差データ(図中Dと記す)、(i)はリセット信号(RST)、(j)はリセット信号(RST1)、(k)はデータロード信号(LOAD)、(L)は演算許可信号(ENA)を示している。
Next, the operation of the
まず、制御回路36は、パルス位相差符号化回路32にリセット信号RSTとしてパルス信号(図3(i)参照)を出力する。このため、パルス位相差符号化回路32が初期化される。これに加えて、制御回路36は、演算処理回路34にリセット信号RST1としてパルス信号(図3(j)参照)を出力する。これにより、演算処理回路34が初期化される。
First, the
次に、制御回路36は、ローレベルの選択信号SEL(図3(g)参照)をスイッチ35に出力する。したがって、スイッチ35は、オペアンプ13の出力端子とコンパレータ31の非反転入力端子(+)との間を接続し、かつ制御回路36の出力端子とコンパレータ31の非反転入力端子(+)との間を開放する。
Next, the
次に、制御回路36は、タイミングt1において、発光トリガとしてのパルス(図3(a)参照)を発光トリガ端子61を介してnMOSトランジスタ14のゲート端子に出力する。このため、nMOSトランジスタ14は、発光トリガに基づいて所定期間の間オンする。このため、電源Vddからダイオード10およびnMOSトランジスタ14を通してグランドに電流が流れる。よって、ダイオード10がレーザ光を出射する。
Next, the
これに加えて、制御回路36は、タイミングt1において、ORゲート42の第1の入力端子に出力する制御信号レベルをローレベル(Lo)からハイレベル(Hi)に変化させる。すなわち、制御回路36は、タイミングt1において、ORゲート42の第1の入力端子に制御パルスを出力することになる。このとき、ORゲート42の第2の入力端子がグランドに接続されて、第2の入力端子に入力される信号レベルがローレベルに設定されている。このため、ORゲート42は、制御回路36から制御パルスを受けると、パルス位相差符号化回路32の入力端子PAに出力する制御信号レベルをローレベルからハイレベルに変化させる(図3(b)参照)。すなわち、ORゲート42がパルス位相差符号化回路32の入力端子PAに制御パルスを出力することになる。このため、パルス位相差符号化回路32のリング遅延パルス発生回路1において、パルスPAが周回を開始することになる。
In addition, the
一方、ダイオード10から出射されるレーザ光が障害物に反射されて、この反射されたレーザ光がフォトダイオード11において受光されると、電源Vddからフォトダイオード11および抵抗素子R1を通してグランドにパルス電流が流れる。このため、フォトダイオード11と抵抗素子R1との間の共通接続端子15とグランドとの間の電圧が上昇する。すなわち、フォトダイオード11から受光パルスが抵抗素子R1に出力されることになる。
On the other hand, when the laser beam emitted from the
これに伴い、オペアンプ13から受光端子60およびスイッチ35を通してコンパレータ31の非反転入力端子(+)に与えられる受光信号の信号レベルがハイレベルになる(図3(c)参照)。すなわち、オペアンプ13が、受光パルスを受光端子60およびスイッチ35を通してコンパレータ31の非反転入力端子(+)に出力することになる。
Along with this, the signal level of the light receiving signal applied from the
このように出力される受光パルスによって、コンパレータ31の非反転入力端子(+)の入力電圧が反転入力端子(−)の入力電圧より所定期間の間だけ、高くなる。
Due to the light receiving pulse output in this way, the input voltage of the non-inverting input terminal (+) of the
このため、コンパレータ31からORゲート41の第1の入力端子に与えられる信号レベルが所定期間の間だけ、ハイレベルになる。すなわち、コンパレータ31は、オペアンプ13から出力される受光パルスを波形整形してこの波形整形したパルスをORゲート41の第1の入力端子に出力することになる。このとき、制御回路36の出力端子PC2からORゲート41の第2の入力端子に与えられる信号レベルはローレベルになっている。
For this reason, the signal level given from the
これにより、ORゲート41は、コンパレータ31から出力されるハイレベルの信号に応じて、パルス位相差符号化回路32の入力端子PBに対する出力信号のレベルをローレベルからハイレベルに変化させる(図3(f)参照)。すなわち、ORゲート41がパルス位相差符号化回路32の入力端子PBに対してパルスPBを出力することになる。これに伴い、パルス位相差符号化回路32は、リング遅延パルス発生回路1へのパルスPBの入力タイミングにおけるパルスPAの周回位置とパルスPAの周回回数とをそれぞれ特定し、この特定される周回位置と周回回数とに基づいてパルスPAとパルスPBとの間の位相差Daを検出し、この検出される位相差Daを演算処理回路34に出力する。
Accordingly, the
次に、制御回路36は、データロード信号LOADを演算処理回路34に出力する。このため、演算処理回路34は、パルス位相差符号化回路32から出力される位相差Daを読み込む。
Next, the
ここで、位相差Daには、ダイオード10がレーザ光を出射してから、障害物により反射されたレーザ光をフォトダイオード11で受光するまでに要する光伝搬時間を示すものである。しかし、位相差Daには、コンパレータ31により受光パルスを波形整形する際に生じる遅延時間(すなわち、コンパレータ31に受光パルスが入力されてからコンパレータ31から受光パルスが出力されるまでの遅延時間)が含まれる。そこで、次のように、位相差Daを含まれる遅延時間を求める。
Here, the phase difference Da indicates the light propagation time required from when the
まず、制御回路36は、パルス位相差符号化回路32にリセット信号RSTとしてハイレベル信号(図3(i)参照)を出力する。このため、パルス位相差符号化回路32が再び初期化される。これに加えて、制御回路36は、選択信号SELの信号レベルをローレベルからハイレベルに変化させる(図3(g)参照)。したがって、スイッチ35は、選択信号SELの信号レベルの変化に応じて、オペアンプ13の出力端子とコンパレータ31の非反転入力端子(+)との間を開放し、かつ制御回路36の出力端子とコンパレータ31の非反転入力端子(+)との間を接続する。
First, the
次に、制御回路36は、タイミングt2において、再び、ORゲート42の第1の入力端子に出力する制御信号レベルをローレベル(Lo)からハイレベル(Hi)に変化させる。すなわち、制御回路36は、タイミングt2において、ORゲート42の第1の入力端子に制御パルスを出力することになる。このため、ORゲート42は、制御回路36から制御パルスを受けると、パルス位相差符号化回路32の入力端子PAに出力する制御信号レベルをローレベルからハイレベルに変化させる(図3(b)参照)。すなわち、ORゲート42がパルス位相差符号化回路32の入力端子PAに制御パルスを出力することになる。このため、パルス位相差符号化回路32のリング遅延パルス発生回路1において、パルスPAが周回を開始することになる。
Next, the
これに加えて、制御回路36は、タイミングt2において、受光パルスに代わる代用パルスPC1(図3(d)参照)をスイッチ35を介してコンパレータ31の非反転入力端子(+)に出力する。
In addition, the
このように出力される代用パルスPC1によって、コンパレータ31の非反転入力端子(+)の入力電圧が反転入力端子(−)の入力電圧より所定期間の間だけ、高くなる。このことにより、代用パルスPC1がコンパレータ31によって波形整形されてこの波形整形された代用パルスPC1がORゲート41の第1の入力端子に出力されることになる。このとき、制御回路36の出力端子PC2からORゲート41の第2の入力端子に与えられる信号レベルはローレベルになっている。
By the substitute pulse PC1 output in this way, the input voltage of the non-inverting input terminal (+) of the
これにより、ORゲート41は、コンパレータ31から出力される代用パルスPC1に応じて、パルス位相差符号化回路32の入力端子PBに対する出力信号のレベルをローレベルからハイレベルに変化させる(図3(f)参照)。すなわち、ORゲート41がパルス位相差符号化回路32の入力端子PBに対してパルスPBを出力することになる。
Thereby, the
これに伴い、パルス位相差符号化回路32は、リング遅延パルス発生回路1へのパルスPBの入力タイミングにおけるパルスPAの周回位置とパルスPAの周回回数とをそれぞれ特定し、この特定される周回位置と周回回数とに基づいてパルスPAとパルスPBとの間の位相差Dbを検出し、この検出される位相差Dbを演算処理回路34に出力する。
Along with this, the pulse phase
次に、制御回路36は、データロード信号LOADを演算処理回路34に出力する。このため、演算処理回路34は、パルス位相差符号化回路32から出力される位相差Dbを読み込む。位相差Dbは、上述したように、コンパレータ31により受光パルスを波形整形する際に生じる遅延時間(すなわち、オフセット時間)を示している。
Next, the
その後、制御回路36は、上述のタイミングt2から一定期間Ts(例えば、2μsec)経過したタイミングt3において、受光パルスに代わる代用パルスPC2(図3(e)参照)をORゲート41の第2の入力端子に出力する。このとき、コンパレータ31からORゲート41の第1の入力端子に出力される信号レベルはローレベルになっている。このため、ORゲート41は、制御回路36から代用パルスPC2を受けると、パルス位相差符号化回路32の入力端子PBに出力する信号レベルをローレベルからハイレベルに変化させる。すなわち、ORゲート41は、制御回路36から代用パルスPC2を受けると、パルスPBをパルス位相差符号化回路32の入力端子PBに出力することになる。
Thereafter, the
これに伴い、パルス位相差符号化回路32は、リング遅延パルス発生回路1へのパルスPBの入力タイミングにおけるパルスPAの周回位置とパルスPAの周回回数とをそれぞれ特定し、この特定される周回位置と周回回数とに基づいてパルスPAとパルスPBとの間の位相差Deを検出し、この検出される位相差Deを演算処理回路34に出力する。
Along with this, the pulse phase
その後、制御回路36は、演算処理回路34にハイレベルの演算許可信号ENAを出力する。これに伴い、演算処理回路34は、パルス位相差符号化回路32から出力される位相差Deを読み込む。これに伴い、演算処理回路34は、位相差Da、Db、Deを次の数式1に代入して正規化データDsを算出する。
Thereafter, the
Ds=(Da−Db)/De・・・・(数式1)
次に、演算処理回路34は、距離算出手段として、一定期間Ts(=タイミングt2からタイミングt3までの間の期間)の間に光が伝搬する距離をLとしたとき、LおよびDsを次の数式2に代入して距離センサと障害物との間の距離Zを算出する。
Ds = (Da−Db) / De (Equation 1)
Next, the
Z=L×Ds÷2・・・・(数式2)
本実施形態では、例えば、一定期間Tsを2μsecとすると、距離Lは600メートルとなる。
Z = L × Ds ÷ 2 (Equation 2)
In the present embodiment, for example, if the fixed period Ts is 2 μsec, the distance L is 600 meters.
以上説明した本実施形態では、パルス位相差符号化回路32は、受光パルスに対応する位相差Da、代用パルスPC1に対応する位相差Db、および代用パルスPC2に対応する位相差Deをそれぞれ求める。
In the present embodiment described above, the pulse phase
位相差Daは、ダイオード10からレーザ光が出射されてから反射レーザ光がフォトダイオード11で受光される迄に要する時間を示している。位相差Dbは、受光パルスがコンパレータ31に入力されてからコンパレータ31から受光パルスが出力されるまでに要する遅延時間を示している。位相差Deは、一定期間Ts(例えば、2μsec)においてパルスPAとパルスPBとの間で生じた位相差を示すものである。
The phase difference Da indicates the time required from when the laser beam is emitted from the
位相差Daには、受光パルスがコンパレータ31を通過する際に生じる遅延時間が含まれている。このため、位相差Daから位相差Dbを引くことにより、コンパレータ31による遅延時間を位相差Daから除くことができる。
The phase difference Da includes a delay time that occurs when the received light pulse passes through the
ここで、パルス位相差符号化回路32の温度変化等の外乱により、パルス位相差符号化回路32において測定誤差が生じる場合がある。このため、パルス位相差符号化回路32の温度変化等により、パルス位相差符号化回路32により求められる位相差Da、Db、Deが変化する場合がある、
そこで、(Da−Db)をDeで除算することにより、正規化データDsにおいてパルス位相差符号化回路32の測定誤差を相殺することができる。これにより、正規化データにおいて、コンパレータ31の測定誤差およびパルス位相差符号化回路32の測定誤差を除去したものを求めることができる。したがって、正規化データに含まれる測定誤差を減らすことができる。
Here, a measurement error may occur in the pulse phase
Therefore, by dividing (Da−Db) by De, the measurement error of the pulse phase
本実施形態では、センサと障害物との間の距離Lを算出する際に、正規化データ{(Da−Db)/De}を用いているので、距離Lを精度よく求めることができる。 In the present embodiment, since the normalized data {(Da−Db) / De} is used when calculating the distance L between the sensor and the obstacle, the distance L can be obtained with high accuracy.
本実施形態では、制御回路36からの代用パルスPC2をコンパレータ31を迂回してパルス位相差符号化回路32の入力端子PBに出力するために、制御回路36の出力端子PC2とパルス位相差符号化回路32の入力端子PBとの間にORゲート41を配置している。このため、制御回路36の出力端子PC2、およびコンパレータ31の出力端子のうちいずれか一方から出力されるパルスがORゲート41に入力されてORゲート41からパルスPBが出力させるのに遅延時間が生じるものの、制御回路36とパルス位相差符号化回路32の入力端子PAとの間にORゲート42を設けている。このため、制御回路36からの制御パルスがORゲート42に入力されてからORゲート42から制御パルスが出力されるまでに遅延時間が生じる。
In this embodiment, in order to output the substitute pulse PC2 from the
ここで、ORゲート41、42は、互いに同一の回路構成を有している。このため、ORゲート41で生じる遅延時間とORゲート42で生じる遅延時間とを同一時間にすることができる。よって、位相差Da、Db、Deにおいて、ORゲート42に生じる遅延時間をキャンセルすることができる。したがって、ORゲート41、42の遅延時間によって、正規化データにおいて測定誤差を増加させることはない。
Here, the OR
(第2実施形態)
本第2実施形態では、上述の第1実施形態において、オペアンプ13から出力される受光パルスのボトム電圧およびピーク電圧を用いて代用パルスPC1のボトム電圧およびピーク電圧を設定する例について説明する。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, an example in which the bottom voltage and the peak voltage of the substitute pulse PC1 are set using the bottom voltage and the peak voltage of the received light pulse output from the
図4は、本発明の本実施形態に係る自動車用の測距システム_ECU100の回路構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration of the automotive ranging
本実施形態の測距システム_ECU100は、図1の測距システム_ECU100に対してオペアンプ13の出力信号に基づいて代用パルスPC1のボトム電圧、およびピーク電圧を設定する構成を追加したものである。
The
そこで、以下、本実施形態と上述の第1実施形態との共通の構成の説明を省略し、互いに相違する構成について説明する。 Therefore, hereinafter, the description of the common configuration between the present embodiment and the above-described first embodiment will be omitted, and different configurations will be described.
本実施形態の測距システム_ECU100は、図1の測距システム_ECU100に対して、ピークホールド回路50、ボトムホールド回路51、スイッチ52、53、NOTゲート54、55が追加されている。
In the
ピークホールド回路50は、オペアンプ13から出力される受光パルスのピーク電圧をサンプリングするための回路である。ボトムホールド回路51は、オペアンプ13から出力される受光パルスのボトム電圧をサンプリングするための回路である。なお、ピークホールド回路50およびボトムホールド回路51の回路構成の詳細は後述する。以下、ピークホールド回路50およびボトムホールド回路51を便宜上、簡素化して、ホールド回路50、51と記す。
The
スイッチ52、53は、ピークホールド回路50の出力端子POUTとボトムホールド回路51の出力端子BOUTとの間で直列接続されている。スイッチ52、53の間の共通接続端子58がスイッチ35の入力端子PC_Aに接続されている。
The
NOTゲート54、55は、受光端子60とスイッチ52の制御入力端子との間で直列接続されている。NOTゲート54の出力端子がスイッチ53の制御入力端子に接続されている。
The
NOTゲート54は、制御回路36の出力端子PCから出力される代用パルスPC1に応じた出力信号をスイッチ53の制御入力端子に出力する。NOTゲート55は、NOTゲート54の出力信号に応じた出力信号をスイッチ52の制御入力端子に出力する。
The
なお、本実施形態のスイッチ52、53、NOTゲート54、55が特許請求の範囲に記載の第2波形整形器を構成している。
Note that the
次に、ピークホールド回路50の回路構成について説明する。図5は、ピークホールド回路50の回路構成の詳細を示す図である。
Next, the circuit configuration of the
ピークホールド回路50は、アナログスイッチ70、基準電圧発生回路72、nMOSトランジスタ73、コンデンサ74、定電流発生回路75、差動増幅器回路76、および出力回路77から構成されている。
The
アナログスイッチ70は、nMOSトランジスタ70a、pMOSトランジスタ70b、およびNOTゲート71から構成されるもので、入力端子INとコンデンサ74の正極端子との間を開閉するスイッチ回路である。nMOSトランジスタ70aは、制御回路36の出力端子HOLD_Hから出力されるホールド信号に応じてオン、オフする。NOTゲート71は、制御回路36の出力端子HOLD_Hから出力されるホールド信号に応じてpMOSトランジスタ70bをオン、オフする。
The
基準電圧発生回路72は、一定の基準電圧Ref1を出力する。nMOSトランジスタ73は、制御回路36から入力端子INITを通して与えられる初期化信号に応じて、基準電圧発生回路72の出力端子とコンデンサ74の正極電極との間を接続或いは開放する。コンデンサ74は、アナログスイッチ70とグランドとの間に配置されている。
The reference
定電流発生回路75は、電源Vddとグランドとの間で直列接続されている抵抗素子75aおよびnMOSトランジスタ75bから構成されている。nMOSトランジスタ75bのゲート端子とドレイン端子とが接続されている。nMOSトランジスタ75bのゲート端子とドレイン端子との間の共通接続端子78が一定電圧をnMOSトランジスタ76e、77eのそれぞれのゲート端子に出力する。
The constant
差動増幅器回路76は、pMOSトランジスタ76a、76bおよびnMOSトランジスタ76c、76d、76eから構成されている。pMOSトランジスタ76a、76bは、互いのゲート端子がpMOSトランジスタ76aのドレイン端子に接続されてカレントミラー回路を構成している。nMOSトランジスタ76cは、pMOSトランジスタ76aとグランドとの間に配置されている。nMOSトランジスタ76dは、pMOSトランジスタ76bとグランドとの間に配置されている。nMOSトランジスタ76eは、nMOSトランジスタ76c、76dのそれぞれのソース端子とグランドとの間に配置されている。
The
出力回路77は、コンデンサ77a、およびnMOSトランジスタ77b、77c、77d、77eから構成されている。コンデンサ77aは、pMOSトランジスタ76bおよびnMOSトランジスタ76dの間の共通接続端子76gとグランドとの間に配置されている。nMOSトランジスタ77b、77cは、コンデンサ77aの正極端子と共通接続端子76gとの間に並列に配置されている。nMOSトランジスタ77bは、そのゲート端子およびドレイン端子が共通接続端子76g側に接続されて、コンデンサ77aの正極電極側から共通接続端子76g側に電流が流れることを防止する。nMOSトランジスタ77cは、制御回路36から与えられる初期化信号に応じて、コンデンサ77aと共通接続端子76gとの間を接続、或いは開放する。nMOSトランジスタ77d、77eは、電源Vddとグランドとの間に直列に接続されている。nMOSトランジスタ77eは、共通接続端子78から出力される一定電圧に応じて、電源VddからnMOSトランジスタ77eを通してグランドに電流を流す。
The
図6は、ボトムホールド回路51の回路構成の詳細を示す図である。ボトムホールド回路51は、アナログスイッチ70、基準電圧発生回路72a、pMOSトランジスタ73a、NOTゲート73b、コンデンサ74、定電流発生回路75、差動増幅器回路76、および出力回路77Aから構成されている。図6のボトムホールド回路51において、図5のピークホールド回路50と同一符号は、同一のものを示す。以下、ボトムホールド回路51においてピークホールド回路50と共通の構成については説明を簡素化し、主に相違する構成について説明する。
FIG. 6 is a diagram showing details of the circuit configuration of the
アナログスイッチ70のnMOSトランジスタ70aのゲート端子は、制御回路36の出力端子HOLD_Hではなく、出力端子HOLD_Lから出力されるホールド信号に応じてオン、オフする。NOTゲート71は、出力端子HOLD_Lから出力されるホールド信号に応じてpMOSトランジスタ70bをオン、オフする。基準電圧発生回路72aは、基準電圧発生回路72に対応するもので、一定の基準電圧Ref2を出力する。基準電圧Ref2は、基準電圧Ref1に比べて高くなっている。pMOSトランジスタ73aは、コンデンサ74の正極電極と基準電圧発生回路72aとの間に配置されている。NOTゲート73bは、制御回路36から与えられる初期化信号に応じて、pMOSトランジスタ73aをオン、オフする。出力回路77Aのコンデンサ77aは、共通接続端子76gとグランドとの間ではなく、電源Vddと共通接続端子76gとの間に配置されている。nMOSトランジスタ77b、77cは、コンデンサ77aの負極電極と共通接続端子76gとの間に並列に配置されている。
The gate terminal of the
次に、ボトムホールド回路51の作動について説明する。
Next, the operation of the
図7は図3に対応する各出力信号のタイミングチャートである。 FIG. 7 is a timing chart of each output signal corresponding to FIG.
図8(a)は制御回路36からボトムホールド回路51の入力端子INITに与えられる初期化信号のタイミングチャート、図8(b)は制御回路36の出力端子HOLD_Lからボトムホールド回路51に与えられるホールド信号のタイミングチャート、図8(c)はボトムホールド回路51の入力端子INの電圧変化を示すタイミングチャート、図8(d)はボトムホールド回路51の出力端子BOUTの電圧変化を示すタイミングチャートである。
8A is a timing chart of an initialization signal given from the
まず、nMOSトランジスタ77cのゲート端子、およびNOTゲート73bに対して、制御回路36から入力端子INITを通して与える初期化信号レベルを一定期間(図7、図8(a)中タイミングt0−t1)の間、ハイレベルにすると、NOTゲート73bの出力信号が一定期間の間ローレベルになる。これに伴い、pMOSトランジスタ73aが一定期間の間、オンする。よって、基準電圧発生回路72aからpMOSトランジスタ73aを通してコンデンサ74に電流が流れる。これにより、コンデンサ74の正極電極と負極電極との間の電圧(以下、両極間電圧という)が時間の経過に伴って徐々に上昇して電圧Ref2に近づくことになる。このように上昇する両極間電圧によってnMOSトランジスタ76cのオン抵抗値が小さくなる。これに伴って、共通接続端子76fの電位Vaが低下することになる。これに伴い、pMOSトランジスタ76bが電源VddからnMOSトランジスタ76d、76eを通してグランドに流す電流を増大させる。これに伴って、共通接続端子76gの電位Vbが上昇する。
First, the initialization signal level applied from the
ここで、nMOSトランジスタ77cは、上記一定期間の間、制御回路36から与えられるハイレベルの初期化信号によってオンする。このため、共通接続端子76gからnMOSトランジスタ77cを通してコンデンサ77aの負極電極側に電流が流れる。このため、コンデンサ77aの負極電極からnMOSトランジスタ77dのゲート端子に対して出力される電圧が上昇する。よって、nMOSトランジスタ77dは、電源VddからnMOSトランジスタ77eを通してグランドに流れる電流を増大させる。このため、nMOSトランジスタ77d、77eの間の出力端子POUTから出力される出力電圧が上昇して電圧Ref2に近づくことになる。そして、このように上昇する出力電圧によってnMOSトランジスタ76dのオン抵抗が減少する。これに伴って、電源VddからpMOSトランジスタ76b、nMOSトランジスタ76d、76eを通してグランドに流れる電流の増加を抑制する。そして、共通接続端子76gの電位Vbの上昇が抑制される。このような作動により出力端子BOUTの出力電圧がコンデンサ74の両電極間電圧である電圧Ref2を維持することになる。
Here, the
次に、制御回路36がNOTゲート73bの入力端子およびnMOSトランジスタ77cのゲート端子に与える初期化信号のレベルをハイレベルからローレベルに変化させる。よって、nMOSトランジスタ77cがオフし、かつNOTゲート73bがpMOSトランジスタ73aをオフする。
Next, the
次に、制御回路36がその出力端子HOLD_Bからアナログスイッチ70に対して与えるホールド信号のレベルを一定期間(図7、図8(b)中タイミングt2−t3)の間、ハイレベルにする。このため、アナログスイッチ70が入力端子INとコンデンサ74の正極電極との間を一定期間の間、接続する。一定期間は、オペアンプ13からの受光パルスが受信される前の期間である。このため、コンデンサ74の正極電極からアナログスイッチ70を通してオペアンプ13の出力端子側に電流が流れる。これにより、入力端子INとグランドとの間の電圧が低下する(図8(c)参照)。すなわち、コンデンサ74からnMOSトランジスタ76cのゲート端子に与えられる電圧が低下する。すると、共通接続端子77fの電位Vaが上昇して、pMOSトランジスタ76bが電源VddからnMOSトランジスタ76d、76eを通してグランドに流す電流を減少させる。これに伴って、共通接続端子76gの電位Vbが低下する。
Next, the level of the hold signal that the
このため、コンデンサ77aの負極電極から共通接続端子76g側にnMOSトランジスタ77bを通して電流が流れる。よって、コンデンサ77aからnMOSトランジスタ77dのゲート端子に出力される電圧が低下する。このため、電源VddからnMOSトランジスタ77d、77eを通してグランドに流れる電流が減少する。よって、nMOSトランジスタ77d、77eの間の出力端子POUTから出力される出力電圧が低下する。そして、このように低下する出力電圧によってnMOSトランジスタ76dのオン抵抗が増大する。これに伴って、共通接続端子76gの電位Vbの低下が抑制される。
Therefore, a current flows from the negative electrode of the
このような作動により出力端子BOUTの出力電圧が低下してコンデンサ74の両電極間電圧に近づくことになる。その後、コンデンサ77aの負極電極の電位が共通接続端子76gの電位Vbよりも低くなっても、nMOSトランジスタ77bが共通接続端子76g側からコンデンサ77aの負極電極側に電流を流すことを妨げる。これにより、出力端子BOUTの出力電圧がボトム電圧(すなわち、オペアンプ13の出力電圧の最低電圧)に到達すると、ボトム電圧を維持する(図8(d)参照)。このことにより、受光パルスのボトム電圧をサンプリングして、このサンプリングした電圧に出力端子BOUTの出力電圧をホールドすることになる。
By such an operation, the output voltage of the output terminal BOUT decreases and approaches the voltage between both electrodes of the
次に、ピークホールド回路50について説明する。図9(a)は初期化信号のタイミングチャート、図9(b)は制御回路36の出力端子HOLD_Hから出力されるホールド信号のタイミングチャート、図9(c)はピークホールド回路50の入力端子INの電圧変化を示すタイミングチャート、図9(d)はピークホールド回路50出力端子POUTの電圧変化を示すタイミングチャートである。
Next, the
まず、ピークホールド回路50のnMOSトランジスタ73、77cのゲート端子に対して、制御回路36から入力端子INITを通して与える初期化信号レベルを一定期間(図7、図9(a)中タイミングt0−t1間)ハイレベルにすると、nMOSトランジスタ73、77cが一定期間、オンなる。このため、コンデンサ74の両極間電圧が時間の経過に伴って徐々に低下して電圧Ref1に近づくことになる。
First, the initialization signal level given from the
このように低下する両極間電圧がnMOSトランジスタ76cのゲート端子に与えられと、nMOSトランジスタ76cのオン抵抗値が大きくなる。このため、電源VddからpMOSトランジスタ76a、nMOSトランジスタ76c、76eを通してグランドに流れる電流が減少する。これに伴って、共通接続端子76fの電位Vaが上昇する。そして、pMOSトランジスタ76bが電源VddからnMOSトランジスタ76d、76eを通してグランドに流す電流が少なくなる。これに伴って、共通接続端子76gの電位Vbが低下する。
When the voltage between both electrodes that decreases in this way is applied to the gate terminal of the
ここで、nMOSトランジスタ77cのオンに伴ってコンデンサ77aから共通接続端子76g側にnMOSトランジスタ77cを通して電流が流れる。よって、コンデンサ77aからnMOSトランジスタ77dのゲート端子に出力される電圧が低下する。このため、電源VddからnMOSトランジスタ77d、77eを通してグランドに流れる電流が減少する。このため、nMOSトランジスタ77d、77eの間の出力端子POUTから出力される出力電圧が低下して電圧Ref1に近づくことになる。そして、このように低下する出力電圧によってnMOSトランジスタ76dのオン抵抗が増大する。これに伴って、共通接続端子76gの電位Vbの低下が抑制される。このような作動により出力端子POUTの出力電圧がコンデンサ74の両電極間電圧である電圧Ref1を維持することになる。
Here, when the
次に、制御回路36が入力端子INITを通してnMOSトランジスタ73、77cのゲート端子に与える出力信号レベルをローレベルにする。よって、nMOSトランジスタ73、77cがオフする。
Next, the
次に、制御回路36がその出力端子HOLD_Hからアナログスイッチ70に対して与えるホールド信号レベルを一定期間(図7、図9(b)中タイミングt4−t5)の間、ハイレベルにする。このため、アナログスイッチ70が入力端子INとコンデンサ74の正極電極との間を一定期間の間、接続する。一定期間は、オペアンプ13からの受光パルスが受信される期間である。このため、受光パルスに応じた電流がオペアンプ13の出力端子からコンデンサ74の正極電極側にアナログスイッチ70を通して流れる。これにより、入力端子INとグランドとの間の電圧が上昇する(図9(c)参照)。すなわち、コンデンサ74からnMOSトランジスタ76cのゲート端子に与えられる電圧が上昇する。すると、nMOSトランジスタ76cのオン抵抗が低下する。これにより、電源VddからpMOSトランジスタ76a、nMOSトランジスタ76c、76eを通してグランドに流れる電流が増大する。このため、共通接続端子76fの電位Vaが低下する。これに伴い、pMOSトランジスタ76bが電源VddからnMOSトランジスタ76d、76eを通してグランドに流す電流を増大させる。これに伴って、共通接続端子76gの電位Vbが上昇する。
Next, the hold signal level that is supplied from the output terminal HOLD_H to the
このため、共通接続端子76g側からnMOSトランジスタ77bを通してコンデンサ77aに電流が流れる。よって、コンデンサ77aからnMOSトランジスタ77dのゲート端子に出力される電圧が上昇する。このため、電源VddからnMOSトランジスタ77d、77eを通してグランドに流れる電流が増大する。このため、nMOSトランジスタ77d、77eの間の出力端子POUTから出力される出力電圧が上昇する。そして、このように上昇する出力電圧によってnMOSトランジスタ76dのオン抵抗が低下する。これに伴って、共通接続端子76gの電位Vbの上昇が抑制される。このような作動によって出力端子POUTの出力電圧が上昇してコンデンサ74の両電極間電圧に近づくことになる。
Therefore, a current flows from the
その後、コンデンサ77aの正極電極の電位が共通接続端子76gの電位Vbよりも高くなっても、nMOSトランジスタ77bがコンデンサ77aの正極電極側から共通接続端子76g側に電流を流すことを妨げる。これにより、出力端子POUTの出力電圧が上昇してピーク電圧(すなわち、オペアンプ13の出力電圧の最大電圧)に到達すると、ピーク電圧を保持することになる(図9(d)参照)。このことにより、受光パルスのピーク電圧をサンプリングしてこのサンプリングした電圧に出力端子POUTの出力電圧をホールドすることになる。
Thereafter, even if the potential of the positive electrode of the
次に、本実施形態に係る測距システム_ECU100の全体の作動について説明する。
Next, the overall operation of the
まず、制御回路36は、上記第1実施形態と同様に、リセット信号(RST、RST1:図7参照)によってパルス位相差符号化回路32および演算処理回路34を初期化するとともに、ローレベルの選択信号SELによってスイッチ35を制御して、オペアンプ13の出力端子とコンパレータ31の非反転入力端子(+)との間を接続し、かつスイッチ52、53の間の共通接続端子58とコンパレータ31の非反転入力端子(+)との間を開放する。
First, as in the first embodiment, the
その後、制御回路36は、ホールド回路50、51の入力端子INITに付与する出力信号レベルを一定期間(図7中タイミングt0−t1)の間ハイレベルにする。このことにより、ホールド回路50、51がそれぞれ初期化することになる。
Thereafter, the
これに加えて、制御回路36は、その出力端子PCからローレベル信号をNOTゲート54に出力する。このため、NOTゲート54はハイレベル信号をスイッチ53に出力する。これに伴い、スイッチ53がボトムホールド回路51の出力端子BOUTとスイッチ35の入力端子PC_Aとの間を接続する。そして、NOTゲート54から出力されるハイレベル信号は、NOTゲート55にも与えられる。このため、NOTゲート55はローレベル信号をスイッチ52に出力する。これに伴い、スイッチ52がピークホールド回路50の出力端子POUTとスイッチ35の入力端子PC_Aとの間を開放する。
In addition, the
次に、制御回路36は、その出力端子HOLD_Bからボトムホールド回路51に付与するホールド信号を一定期間(図7中タイミングt2−t3)の間、ハイレベルにする。この一定期間の間において、ボトムホールド回路51は、その入力端子INに対してオペアンプ13から与えられる受光信号の信号レベルのうちボトム電圧VOL(最低電圧)をサンプリングして、このサンプリングした電圧に出力電圧をホールドする。その後、ボトムホールド回路51の出力端子BOUTから出力電圧としてボトム電圧VOLが継続して出力されることになる(図7(i)参照)。
Next, the
次に、制御回路36が、その出力端子HOLD_Hからピークホールド回路50に出力されるホールド信号を一定期間(図7(h)中タイミングt4−t5)の間、ハイレベルにする。これに加えて、制御回路36が、上記第1実施形態と同様に、ORゲート42の第1の入力端子に出力する制御信号レベルをローレベル(Lo)からハイレベル(Hi)に変化させる。これに伴い、ORゲート42からパルス位相差符号化回路32の入力端子PAに出力される信号レベルがローレベル(Lo)からハイレベル(Hi)に変化する(図7(b)参照)。すなわち、制御回路36が制御パルスをORゲート42を通してパルス位相差符号化回路32の入力端子PAに対して出力することになる。さらに、制御回路36が、発光トリガによってnMOSトランジスタ14をオンさせることにより、ダイオード10からレーザ光を出射させる。その後、障害物に反射された反射レーザ光がフォトダイオード11で受光されると、オペアンプ13から受光パルスがスイッチ35およびコンパレータ31を通してORゲート41に付与される。これに伴い、ORゲート41がパルスPBをパルス位相差符号化回路32の入力端子PBに付与する。すると、パルス位相差符号化回路32は、パルスPAとパルスPBとの間の位相差Daを演算処理回路34に出力する。
Next, the
また、上述の如く、障害物に反射された反射レーザ光がフォトダイオード11で受光されると、オペアンプ13からの受光パルスがピークホールド50の入力端子INにも付与される。すなわち、反射レーザ光がフォトダイオード11で受光されると、オペアンプ13からピークホールド50の入力端子INに付与される受光信号のレベルが一定期間(図7中タイミングt6−t7)の間、ハイレベルになる。このとき、ピークホールド50は、受光信号のレベルのうちピーク電圧VOH(最大電圧)をサンプリングして、このサンプリングしたピーク電圧VOHに出力電圧をホールドする。その後、ピークホールド50の出力端子POUTから出力電圧としてピーク電圧VOHが継続して出力されることになる(図7(j)参照)。
Further, as described above, when the reflected laser beam reflected by the obstacle is received by the
次に、制御回路36が、パルス位相差符号化回路32の入力端子PAに付与する信号レベルをハイレベルからローレベルに変化させる(図7中タイミングt8参照)。
Next, the
次に、制御回路36が、スイッチ35に与える選択信号SELのレベルをローレベルからハイレベルに変化させる。これにより、スイッチ35がオペアンプ13の出力端子とコンパレータ31の非反転入力端子(+)との間を開放し、スイッチ52、53の間の共通接続端子58とコンパレータ31の非反転入力端子(+)との間を接続する。
Next, the
ここで、スイッチ53は、上述の如く、ボトムホールド回路51の出力端子BOUTとスイッチ35の入力端子PC_Aとの間を接続している。そして、ボトムホールド回路51はその出力電圧がボトム電圧VOLになっている状態である。このため、ボトムホールド回路51は、ボトム電圧VOLをスイッチ53、35を通してコンパレータ31の非反転入力端子(+)に出力することになる。
Here, as described above, the
ここで、ボトム電圧VOLは、D/Aコンバータ30の出力電圧に比べて低くなっている。このため、コンパレータ31からORゲート41の第1の入力端子に与えられる出力信号レベルはローレベルになる。このとき、制御回路36の出力端子PCからORゲート41の第2の入力端子に与えられる出力信号レベルはローレベルになっている。よって、ORゲート41からパルス位相差符号化回路32の入力端子PBに与えられる信号レベルがローレベルになる。
Here, the bottom voltage VOL is lower than the output voltage of the D /
次に、制御回路36は、タイミングt9にて、ORゲート42の第1の入力端子に対する制御出力信号レベルをローレベルからハイレベルに変化させる。これに伴い、ORゲート42からパルス位相差符号化回路32の入力端子PAに付与される制御信号レベルがローレベルからハイレベルに変化する。すなわち、制御回路36が制御パルスをORゲート42を通してパルス位相差符号化回路32の入力端子PAに対して出力することになる。これにより、パルス位相差符号化回路32のリング遅延パルス発生回路1において、パルスPAが周回を開始することになる。
Next, the
さらに、タイミングt9に、制御回路36は、その出力端子PCから代用パルスPC1をNOTゲート54に出力する。このため、NOTゲート54は、その出力信号のレベルを一定期間の間、ローレベルにする。これに伴い、スイッチ53がボトムホールド回路51の出力端子BOUTとスイッチ35の入力端子PC_Aとの間を一定期間の間、開放する。そして、NOTゲート54から出力されるローレベルの出力信号は、NOTゲート55にも与えられる。このため、NOTゲート55は、スイッチ52に与える出力信号レベルを一定期間の間、ハイレベルにする。
Further, at timing t9, the
これに伴い、スイッチ52がピークホールド回路50の出力端子POUTとスイッチ35の入力端子PC_Aとの間を一定期間の間、接続する。このとき、ピークホールド50は、上述の如く、その出力電圧がピーク電圧VOHと同一になっている。このため、ピークホールド50から出力されるピーク電圧VOHは、スイッチ52、35を通してコンパレータ31の非反転入力端子(+)に与えられる。このことにより、ボトム電圧がボトム電圧VOLと同一で、かつピーク電圧がピーク電圧VOHと同一である代用パルスPC1がスイッチ35を通してコンパレータ31の非反転入力端子(+)に与えられることになる。
Accordingly, the
ここで、ピーク電圧VOHは、D/Aコンバータ30の出力電圧に比べて高くなっている。このため、コンパレータ31からORゲート41の第1の入力端子に与えられる出力信号レベルはハイレベルになる。よって、ORゲート41からパルス位相差符号化回路32の入力端子PBに与えられる信号レベルがハイレベルになる。すなわち、ORゲート41からパルスPBがパルス位相差符号化回路32の入力端子PBに与えられることになる。
Here, the peak voltage VOH is higher than the output voltage of the D /
これに伴い、パルス位相差符号化回路32は、リング遅延パルス発生回路1へのパルスPBの入力タイミングにおけるパルスPAの周回位置とパルスPAの周回回数とに基づいてパルスPAとパルスPBとの間の位相差Dbを検出し、この位相差Dbを演算処理回路34に出力する。その後、制御回路36は、データロード信号LOADを演算処理回路34に出力する。このため、演算処理回路34がパルス位相差符号化回路32から出力される位相差Dbを読み込む。
Accordingly, the pulse phase
以降、制御回路36、ORゲート41、パルス位相差符号化回路32、および演算処理回路34は、上記第2実施形態と同様に作動して、演算処理回路34は、パルス位相差符号化回路32から出力される位相差Da、Db、Deに基づいて正規化データDs(=(Da−Db)/De)を算出する。
Thereafter, the
以上説明した本実施形態では、演算処理回路34は、上記第2実施形態と同様に、位相差Da、Db、Deを用いて、正規化データ{(Da−Db)/De}を演算する。これにより、上述の第1、第2実施形態と同様、正規化データにおいて、コンパレータ31の測定誤差およびパルス位相差符号化回路32の測定誤差を除去したものを求めることができる。
In the present embodiment described above, the
本実施形態の位相差Dbは、コンパレータ31に受光パルスが入力されてから受光パルスがコンパレータ31から出力されるまでに生じる遅延時間(つまり、測定誤差)を示すものである。
The phase difference Db in the present embodiment indicates a delay time (that is, measurement error) that occurs between the time when the light reception pulse is input to the
そこで、制御回路36は、ボトム電圧が受光パルスのボトム電圧VOLと同一で、かつピーク電圧が受光パルスのピーク電圧VOHと同一である代用パルスPC1をスイッチ35を通してコンパレータ31の非反転入力端子(+)に出力させる。これにより、コンパレータ31の非反転入力端子(+)に与えられる代用パルスPC1のピーク電圧(或いはボトム電圧)を受光パルスのピーク電圧(或いはボトム電圧)に近づけることができる。よって、コンパレータ31において代用パルスPC1で生じる遅延時間が受光パルスで生じる遅延時間に近づけることができる。このため、パルス位相差符号化回路32が代用パルスPC1に対応して高精度な位相差Dbを求めることができる。これに伴い、正規化データDsを精度良く算出することができる。
Therefore, the
(第3実施形態)
本第3実施形態では、複数の受光パルスのピ−ク電圧の平均値を代用パルスPC1のピーク電圧とし、複数の受光パルスのボトム電圧の平均値を代用パルスPC1のボトム電圧とする例について説明する。
(Third embodiment)
In the third embodiment, an example in which the average value of the peak voltages of a plurality of received light pulses is used as the peak voltage of the substitute pulse PC1, and the average value of the bottom voltages of the received light pulses is used as the bottom voltage of the substitute pulse PC1. To do.
図10に本実施形態の測距システム_ECU100の回路構成を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating a circuit configuration of the ranging
図10の測距システム_ECU100は、図4の測距システム_ECU100に対して平均化処理回路56、57が追加されたものである。平均化処理回路56は、ピークホールド回路50の出力電圧に基づいて、複数の受光パルス(例えば、4つの受光パルス)のピ−ク電圧を平均した平均電圧を出力する。平均化処理回路57は、ボトムホールド回路51の出力電圧に基づいて、複数の受光パルス(例えば、4つの受光パルス)のボトム電圧を平均した平均電圧を出力する。なお、平均化処理回路56、57の出力電圧は、後述するように、スイッチ35を通してコンパレータ31に与える代用パルスPC1のボトム電圧、ピーク電圧を設定するのに用いられる。
The ranging
平均化処理回路56、57は、平均電圧を求める対象回路の出力電圧が互いに異なるだけで、回路構成は同一である。そこで、平均化処理回路56、57のうちの代表例として平均化処理回路56の回路構成について図11を用いて説明する。図11は、平均化処理回路56の回路構成を示す図である。
The averaging
平均化処理回路56は、サンプルホールド回路80a、80b、80c、80d、加算回路80e、および反転回路80fを備える。
The averaging
サンプルホールド回路80aは、コンデンサC1、スイッチSW1、およびオペアンプ80を備える。コンデンサC1は、ピークホールド回路50の出力端子POUTとグランドとの間に配置されて、出力端子POUTの出力電圧を安定化させる。スイッチSW1は、ピークホールド回路50の出力端子POUTとオペアンプ80の非反転入力端子(+)との間を接続、或いは開放する。オペアンプ80は、コンデンサC1の正極電極が非反転入力端子(+)に接続され、かつ反転入力端子(−)が出力端子に接続されてボルテージフォロワ回路を構成している。このことにより、ピークホールド回路50の出力端子POUTの出力電圧をサンプリングしてこのサンプリングした電圧をオペアンプ80出力電圧V1として出力することになる。
The
サンプルホールド回路80bは、サンプルホールド回路80aと同様に、コンデンサC2、スイッチSW2、およびオペアンプ81を備える。コンデンサC2はコンデンサC1に対応し、スイッチSW2はスイッチSW1に対応し、オペアンプ81はオペアンプ80に対応している。このことにより、サンプルホールド回路80bは、ピークホールド回路50の出力端子POUTの出力電圧をサンプリングしてこのサンプリングした電圧をオペアンプ81出力電圧V2として出力することになる。
Similar to the
サンプルホールド回路80cは、サンプルホールド回路80aと同様に、コンデンサC3、スイッチSW3、およびオペアンプ82を備え、ピークホールド回路50の出力端子POUTの出力電圧をサンプリングして、このサンプリングした電圧をオペアンプ82の出力電圧V3として出力する。
Similar to the sample and hold
サンプルホールド回路80dは、サンプルホールド回路80aと同様に、コンデンサC4、スイッチSW4、およびオペアンプ83を備え、ピークホールド回路50の出力端子POUTの出力電圧をサンプリングして、このサンプリングした電圧をオペアンプ83の出力電圧V4として出力する。
Similar to the
加算回路80eは、サンプルホールド回路80a、80b、80c、80dの出力電圧V1、V2、V3、V4を加算するもので、抵抗素子90、91、92、93、100、オペアンプ101、および基準電圧発生回路102から構成される。
The
抵抗素子90は、オペアンプ80の出力端子とオペアンプ101の反転入力端子(−)との間に配置されている。抵抗素子91は、オペアンプ81の出力端子とオペアンプ101の反転入力端子(−)との間に配置されている。抵抗素子92は、オペアンプ82の出力端子とオペアンプ101の反転入力端子(−)との間に配置されている。抵抗素子93は、オペアンプ83の出力端子とオペアンプ101の反転入力端子(−)との間に配置されている。抵抗素子100は、オペアンプ101の出力端子と反転入力端子(−)との間に配置されている。基準電圧発生回路102は、一定の基準電圧をオペアンプ101の非反転入力端子(+)に出力する。
The
反転回路80fは、オペアンプ113、および抵抗素子111、112を備える。抵抗素子111は、オペアンプ113の出力端子と反転入力端子(−)との間に配置されている。抵抗素子112は、オペアンプ101の出力端子とオペアンプ113の反転入力端子(−)との間に配置されている。オペアンプ113の非反転入力端子(+)には、基準電圧発生回路102の出力電圧が与えられる。
The inverting
次に、本実施形態の測距システム_ECU100の作動として、(1)平均化処理回路56の作動、(2)平均化処理回路57の作動、(3)スイッチ52、53の間の共通接続端子58から代用パルスPC1をスイッチ35に出力させるための作動についてそれぞれ別々に説明する。
Next, as the operation of the
(1)平均化処理回路56の作動について説明する。図12(a)は制御回路36が出力する発光トリガのタイミングチャート、図12(b)は制御回路36がピークホールド回路50の入力端子INITに与える初期化信号のタイミングチャート、図12(c)、(d)、(e)、(f)はスイッチSW1、SW2、SW3、SW4のオン(ON)のタイミングを示すタイミングチャートである。
(1) The operation of the averaging
まず、制御回路36がピークホールド回路50に与える初期化信号の信号レベルを一定期間の間ハイレベルにする。このため、ピークホールド回路50が初期化する。次に、制御回路36がスイッチSW1を一定期間の間オンするとともに、1回目の発光トリガをnMOSトランジスタ14のゲート端子に出力する。このため、ダイオード10がレーザ光を出射する。その後、反射レーザ光がフォトダイオード11で受光され、オペアンプ13から出力される1回目の受光パルスのピーク電圧をピークホールド回路50がサンプリングしてこのサンプリングした電圧をスイッチSW1を通してオペアンプ80の非反転入力端子(+)に出力する。このため、オペアンプ80が1回目の受光パルスのピ−ク電圧を出力電圧V1として出力する。
First, the signal level of the initialization signal given to the
次に、制御回路36がピークホールド回路50に与える初期化信号の信号レベルを一定期間の間ハイレベルにする。このため、ピークホールド回路50が初期化する。その後、制御回路36がスイッチSW2を一定期間の間オンするとともに、2回目の発光トリガをnMOSトランジスタ14に出力してダイオード10からレーザ光を出射させる。次に、反射レーザ光がフォトダイオード11で受光されて、オペアンプ13から出力される2回目の受光パルスのピーク電圧をピークホールド回路50がサンプリングしてこのサンプリングした電圧をスイッチSW2を通してオペアンプ81の非反転入力端子(+)に出力する。これに伴い、オペアンプ81が2回目の受光パルスのピ−ク電圧を出力電圧V2として出力する。
Next, the signal level of the initialization signal given to the
次に、制御回路36がピークホールド回路50に与える初期化信号の信号レベルを一定期間の間ハイレベルにする。このため、ピークホールド回路50が初期化する。その後、制御回路36がスイッチSW3を一定期間の間オンするとともに、3回目の発光トリガをnMOSトランジスタ14に出力してダイオード10からレーザ光を出射させる。次に、反射レーザ光がフォトダイオード11で受光されて、オペアンプ13から出力される3回目の受光パルスのピ−ク電圧をピークホールド回路50がサンプリングしてこのサンプリングした電圧をスイッチSW3を通してオペアンプ82の非反転入力端子(+)に出力する。これに伴い、オペアンプ82が3回目の受光パルスのピ−ク電圧を出力電圧V3として出力する。
Next, the signal level of the initialization signal given to the
次に、制御回路36がピークホールド回路50に与える初期化信号の信号レベルを一定期間の間ハイレベルにする。このため、ピークホールド回路50が初期化する。その後、制御回路36がスイッチSW4を一定期間の間オンするとともに、4回目の発光トリガをnMOSトランジスタ14に出力してダイオード10からレーザ光を出射させる。その後、反射レーザ光がフォトダイオード11で受光されて、オペアンプ13から出力される4回目の受光パルスのピ−ク電圧をピークホールド回路50がサンプリングして、このサンプリングした電圧をスイッチSW4を通してオペアンプ82の非反転入力端子(+)に出力する。これに伴い、オペアンプ83が4回目の受光パルスのピ−ク電圧を出力電圧V4として出力する。
Next, the signal level of the initialization signal given to the
ここで、オペアンプ80の出力端子から抵抗素子90を通してオペアンプ101の反転入力端子(−)側に流れる電流をI1とし、オペアンプ81の出力端子から抵抗素子91を通してオペアンプ101の反転入力端子(−)側に流れる電流をI2とし、オペアンプ82の出力端子から抵抗素子92を通してオペアンプ101の反転入力端子(−)側に流れる電流をI3とし、オペアンプ83の出力端子から抵抗素子93を通してオペアンプ101の反転入力端子(−)側に流れる電流をI4とし、基準電圧発生回路102の出力電圧をVrefとし、抵抗素子90、91、93、94のそれぞれの抵抗値をRとすると、次の数式3、4、5、6が成立する。
Here, the current flowing from the output terminal of the
I1=(V1−Vref)/R・・・・・・・(数式3)
I2=(V2−Vref)/R・・・・・・・(数式4)
I3=(V3−Vref)/R・・・・・・・(数式5)
I4=(V4−Vref)/R・・・・・・・(数式6)
次に、抵抗素子90、91、92、93とオペアンプ101の反転入力端子(−)との間の共通接続端子94側から抵抗素子100を通してオペアンプ101の出力端子側に流れる電流をIrefとし、抵抗素子100の抵抗値をRfとすると、次の数式7、8が成立する。
I1 = (V1−Vref) / R (Equation 3)
I2 = (V2−Vref) / R (Equation 4)
I3 = (V3-Vref) / R (5)
I4 = (V4−Vref) / R (Equation 6)
Next, the current flowing from the
Iref=(Verf−Vo1)/Rf・・・(数式7)
Iref=I1+I2+I3+I4・・・・・(数式8)
次に、数式3のI1、数式4のI2、数式5のI3、数式6のI4、および数式7のIrefを数式8に代入すると、次の数式9が得られる。
Iref = (Verf−Vo1) / Rf (Formula 7)
Iref = I1 + I2 + I3 + I4 (Equation 8)
Next, substituting I1 of
(Verf−Vo1)/Rf=
1/R(V1+V2+V3+V4−4×Vref)・・・・・(数式9)
数式9を変形すると、次の数式10が得られる。
(Verf1−Vo1)=
(Rf/R)×(V1+V2+V3+V4−4×Vref)・・(数式10)
次に、R=4×Rfとすると、次の数式11が得られる。
(Verf−Vo1) / Rf =
1 / R (V1 + V2 + V3 + V4-4 × Vref) (Equation 9)
When Expression 9 is transformed, the following
(Verf1-Vo1) =
(Rf / R) × (V1 + V2 + V3 + V4-4 × Vref) (Equation 10)
Next, when R = 4 × Rf, the following
Vo1=2×Verf−(V1+V2+V3+V4)/4・・・・(数式11)
ここで、オペアンプ113の出力端子側から抵抗素子111を通して共通接続端子114側に流れる電流と、共通接続端子114側から抵抗素子112を通してオペアンプ101の出力端子側に流れる電流とが等しくなる。共通接続端子114は、抵抗素子111、112の間の共通接続端子である。そして、抵抗素子111、112の抵抗値を同一値とし、オペアンプ101の出力電圧をVo2とすると、次の数式12が成立する。
Vo1 = 2 × Verf− (V1 + V2 + V3 + V4) / 4 (Expression 11)
Here, the current flowing from the output terminal side of the
Vo2−Verf=Verf−Vo1・・・・(数式12)
数式12を変形すると、次の数式13が得られる。
Vo2-Verf = Verf-Vo1 (Equation 12)
When Expression 12 is transformed, the following
Vo2=2×Vref−Vo1・・・・(数式13)
次に、数式13に数式11のVo1を代入すると、次の数式14が成立する。
Vo2 = 2 × Vref−Vo1 (Expression 13)
Next, when Vo1 of
Vo2=(V1+V2+V3+V4)/4・・・・(数式14)
以上により、平均化処理回路56の出力電圧Vo2は、4つの受光パルスのそれぞれのピ−ク電圧を平均した電圧に等しくなることが分かる。
Vo2 = (V1 + V2 + V3 + V4) / 4 (Equation 14)
From the above, it can be seen that the output voltage Vo2 of the averaging
(2)次に、平均化処理回路57の作動について説明する。
(2) Next, the operation of the averaging
図13(a)は制御回路36が出力する発光トリガのタイミングチャート、図13(b)は制御回路36がボトムホールド回路51の入力端子INITに与える初期化信号のタイミングチャート、図13(c)、(d)、(e)、(f)はスイッチSW1、SW2、SW3、SW4のオン(ON)のタイミングを示すタイミングチャートである。
13A is a timing chart of a light emission trigger output from the
まず、制御回路36は、ボトムホールド回路51に与える初期化信号の信号レベルを一定期間の間ハイレベルした後、スイッチSW1を一定期間の間オンさせる。その後、1回目の発光トリガをnMOSトランジスタ14に出力する。これにより、サンプルホールド回路80aが1回目の受光パルスを受信する前の受光信号のボトム電圧V1を出力することになる。
First, the
次に、制御回路36は、一定期間の間、初期化信号の信号レベルをハイレベルした後、スイッチSW2を一定期間の間オンさせる。その後、2回目の発光トリガをnMOSトランジスタ14に出力する。これにより、サンプルホールド回路80bが2回目の受光パルスを受信する前の受光信号のボトム電圧V2を出力することになる。
Next, the
次に、制御回路36は、一定期間の間、初期化信号の信号レベルをハイレベルした後、スイッチSW3を一定期間の間オンさせる。その後、3回目の発光トリガをnMOSトランジスタ14に出力する。これにより、サンプルホールド回路80cが3回目の受光パルスを受信する前の受光信号のボトム電圧V3を出力することになる。
Next, the
その後、制御回路36は、一定期間の間、初期化信号の信号レベルをハイレベルした後、スイッチSW4を一定期間の間オンさせる。その後、4回目の発光トリガをnMOSトランジスタ14に出力する。これにより、サンプルホールド回路80dが4回目の受光パルスを受信する前の受光信号のボトム電圧V4を出力することになる。
Thereafter, the
以上により、サンプルホールド回路80a〜80dが受信パルス毎に受信パルスのボトム電圧V1、V2、V3、V4を出力する。このため、平均化処理回路57は、受信パルス毎のボトム電圧V1、V2、V3、V4の平均値(=(V1+V2+V3+V4)/4)を出力電圧Vo2として出力する。
(3)次に、共通接続端子58から代用パルスPC1をスイッチ35に出力させるための作動について説明する。
As described above, the
(3) Next, an operation for outputting the substitute pulse PC1 from the
まず、制御回路36は、ハイレベルの選択信号SELによってスイッチ35を制御して、オペアンプ13の出力端子とコンパレータ31の非反転入力端子(+)との間を開放させて、かつ制御回路36の出力端子とコンパレータ31の非反転入力端子(+)との間を接続させる。
First, the
次に、制御回路36は、その出力端子PCからローレベル信号をNOTゲート54に出力する。このため、NOTゲート54はハイレベル信号をスイッチ53に出力する。これに伴い、スイッチ53が平均化処理回路57の出力端子とスイッチ35の入力端子PC_Aとの間を接続する。そして、NOTゲート54から出力されるハイレベル信号は、NOTゲート55にも与えられる。このため、NOTゲート55はローレベル信号をスイッチ52に出力する。これに伴い、スイッチ52が平均化処理回路56の出力端子とスイッチ35の入力端子PC_Aとの間を開放する。これにより、平均化処理回路57の出力電圧が共通接続端子58からスイッチ35を通してコンパレータ31の非反転入力端子(+)に出力されることになる。
Next, the
その後、制御回路36は、その出力端子PCからNOTゲート54に対して出力する信号レベルをローレベルからハイレベルに変化させる。すなわち、制御回路36がNOTゲート54に代用パルスPC1を出力すると、NOTゲート54の出力信号のレベルがハイレベルからローレベルに変化する。これに伴い、スイッチ53が平均化処理回路57の出力端子とスイッチ35の入力端子PC_Aとの間を開放する。そして、NOTゲート55がスイッチ52に出力する信号レベルをローレベルからハイレベルに変化させる。これに伴い、スイッチ52が平均化処理回路56の出力端子とスイッチ35の入力端子PC_Aとの間を接続する。これにより、平均化処理回路56の出力電圧が共通接続端子58からスイッチ35を通してコンパレータ31の非反転入力端子(+)に出力される。
Thereafter, the
以上により、制御回路36がその出力端子PCから代用パルスをNOTゲート54に出力すると、ピーク電圧が平均化処理回路56の出力電圧と同一で、かつボトム電圧が平均化処理回路57の出力電圧と同一である代用パルスPC1が共通接続端子58からスイッチ35を通してコンパレータ31の非反転入力端子(+)に出力されることになる。すなわち、スイッチ52、53、NOTゲート54、55が制御回路36から出力される代用パルスのピーク電圧・ボトム電圧を調整して波形を整形する波形整形器の役割を果たすことになる。
As described above, when the
以上説明した本実施形態によれば、上記第2実施形態の測距システム_ECU100に対して、平均化処理回路56、57を追加して、制御回路36から代用パルスがNOTゲート54に出力されると、ピーク電圧が平均化処理回路56の出力電圧と同一で、かつボトム電圧が平均化処理回路57の出力電圧と同一である代用パルスPC1が共通接続端子58からスイッチ35を通してコンパレータ31の非反転入力端子(+)に出力される。このため、代用パルスPC1のボトム電圧を受光パルスのボトム電圧に近づけて、代用パルスPC1のピーク電圧を受光パルスのピーク電圧に近づけることができる。このため、コンパレータ31で生じる受光パルスの遅延時間を、コンパレータ31で生じる代用パルスPC1の遅延時間により一層近づけることができる。このため、パルス位相差符号化回路32が代用パルスPC1に対応して求める位相差Dbの精度をより一層向上させることができる。
According to the present embodiment described above, averaging
(第4実施形態)
上記第1実施形態では、制御回路36からの代用パルスPC2をコンパレータ31を迂回してパルス位相差符号化回路32に出力した例について説明したが、これに代えて、本第4実施形態では、制御回路36からの代用パルスPC2をコンパレータ31を通してパルス位相差符号化回路32に出力する例について説明する。
(Fourth embodiment)
In the first embodiment, the example in which the substitute pulse PC2 from the
図15は、本実施形態の測距システム_ECU100における回路構成を示す図である。
FIG. 15 is a diagram illustrating a circuit configuration in the ranging
本実施形態の測距システム_ECU100では、図1のセンサ用信号処理回路20からORゲート41、42を除いて、制御回路36から出力される代用パルスPC2をスイッチ35を通してコンパレータ31の非反転入力端子(+)に与えられる構成になっている。
In the ranging
これに加えて、本実施形態のセンサ用信号処理回路20では、制御回路36からの制御パルスが直接、パルス位相差符号化回路32の入力端子PAに与えられ、コンパレータ31の出力信号が直接、パルス位相差符号化回路32の入力端子PBに与えられる。
In addition, in the sensor
次に、本実施形態の測距システム_ECU100の作動について説明する。
Next, the operation of the
図15は、図3に対する各出力信号、端子電圧のタイミングチャートである。 FIG. 15 is a timing chart of each output signal and terminal voltage with respect to FIG.
まず、制御回路36は、リセット信号(RST、RST1:図15(h)、(i)参照)によってパルス位相差符号化回路32および演算処理回路34を初期化するとともに、選択信号SEL(図15(f)参照)によってスイッチ35を制御して、オペアンプ13の出力端子とコンパレータ31の非反転入力端子(+)との間を接続し、かつ制御回路36の出力端子とコンパレータ31の非反転入力端子(+)との間を開放する。
First, the
次に、制御回路36は、上記第1実施形態と同様に、タイミングt1において、発光トリガ(図15(a)参照)によってnMOSトランジスタ14をオンさせることにより、ダイオード10からレーザ光を出射させる。これに加えて、制御回路36は、タイミングt1において、パルス位相差符号化回路32の入力端子PAに出力する制御信号レベルをローレベルからハイレベルに変化させる。すなわち、制御回路36は、タイミングt1において、パルス位相差符号化回路32の入力端子PAに制御パルスを出力する。これにより、パルス位相差符号化回路32において、パルスPAの周回が開始される。
Next, the
一方、障害物に反射されたレーザ光がフォトダイオード11で受光されると、電源Vddからフォトダイオード11にパルス電流が流れて、上記第1実施形態と同様に、オペアンプ13が、受光パルスをコンパレータ31の非反転入力端子(+)に出力する(図15(c)参照)。これに伴い、コンパレータ31は、受光パルスを波形整形して、この波形整形したパルスをパルスPBとしてパルス位相差符号化回路32の入力端子PBに出力される(図15(e)参照)。すると、パルス位相差符号化回路32は、パルスPAとパルスPBとの間の位相差Daを検出し、この検出される位相差Daを演算処理回路34に出力する。その後、制御回路36は、データロード信号LOADを演算処理回路34に出力して、演算処理回路34によって位相差Daを読み込ませる。
On the other hand, when the laser beam reflected by the obstacle is received by the
次に、制御回路36は、ハイレベルのリセット信号RST(図15(h)参照)によってパルス位相差符号化回路32を初期化させる。これに加えて、制御回路36は、選択信号SEL(図15(f)参照)によってスイッチ35を制御して、オペアンプ13の出力端子とコンパレータ31の非反転入力端子(+)との間を開放し、かつ制御回路36の出力端子とコンパレータ31の非反転入力端子(+)との間を接続させる。
Next, the
次に、制御回路36は、タイミングt2において、再び、パルス位相差符号化回路32の入力端子PAに出力する制御信号レベルをローレベル(Lo)からハイレベル(Hi)に変化させる(図15(b)参照)。すなわち、制御回路36は、タイミングt2において、再び、パルス位相差符号化回路32の入力端子PAに制御パルスを出力する。このため、パルス位相差符号化回路32のリング遅延パルス発生回路1において、パルスPAが周回を開始することになる。
Next, at the timing t2, the
これに加えて、制御回路36は、タイミングt2において、受光パルスに代わる代用パルスPC1(図15(d)参照)をスイッチ35を介してコンパレータ31の非反転入力端子(+)に出力する。
In addition to this, the
このように出力される代用パルスPC1によって、コンパレータ31の非反転入力端子(+)の入力電圧が反転入力端子(−)の入力電圧より所定期間の間だけ、高くなる。
By the substitute pulse PC1 output in this way, the input voltage of the non-inverting input terminal (+) of the
このため、コンパレータ31は、パルスPBをパルス位相差符号化回路32に出力する。このとき、コンパレータ31は、代用パルスPC1を波形整形してこの波形整形したパルスをパルスPBとしてパルス位相差符号化回路32の入力端子PBに出力することになる。これに伴い、パルス位相差符号化回路32は、リング遅延パルス発生回路1へのパルスPBの入力タイミングにおけるパルスPAの周回位置とパルスPAの周回回数とをそれぞれ特定し、この特定される周回位置と周回回数とに基づいてパルスPAとパルスPBとの間の位相差Dbを検出し、この検出される位相差Dbを演算処理回路34に出力する。
Therefore, the
次に、制御回路36は、データロード信号LOADを演算処理回路34に出力する。このため、演算処理回路34は、パルス位相差符号化回路32から出力される位相差Dbを読み込む。
Next, the
その後、制御回路36は、上述のタイミングt2から一定期間Ts経過したタイミングt3において、受光パルスに代わる代用パルスPC2をスイッチ35を介してコンパレータ31の非反転入力端子(+)に出力する。このように出力される代用パルスPC2によって、コンパレータ31の非反転入力端子(+)の入力電圧が反転入力端子(−)の入力電圧より所定期間の間だけ、高くなる。このため、コンパレータ31は、代用パルスPC2を波形整形してこの波形整形したパルスをパルスPBとしてパルス位相差符号化回路32の入力端子PBに出力する。これに伴い、パルス位相差符号化回路32は、リング遅延パルス発生回路1へのパルスPBの入力タイミングにおけるパルスPAの周回位置とパルスPAの周回回数とをそれぞれ特定し、この特定される周回位置と周回回数とに基づいてパルスPAとパルスPBとの間の位相差Dcを検出し、この検出される位相差Dcを演算処理回路34に出力する。
Thereafter, the
その後、制御回路36は、演算処理回路34に演算許可信号ENAをハイレベル信号として出力する。これに伴い、演算処理回路34は、パルス位相差符号化回路32から出力される位相差Dcを読み込む。これに伴い、演算処理回路34は、位相差Da、Db、Dcを次の数式15に代入して正規化データDyを算出する。
Thereafter, the
Dy=(Da−Db)/(Dc−Db)・・・・(数式15)
次に、演算処理回路34は、距離算出手段として、一定期間Ts(=タイミングt2からタイミングt3までの間の期間)の間に光が伝搬する距離をLとしたとき、LおよびDyを次の数式16に代入して距離センサと障害物との間の距離Zを求める。
Dy = (Da−Db) / (Dc−Db) (Equation 15)
Next, the
Z=(L×Ds)/2・・・・(数式16)
以上説明した本実施形態では、パルス位相差符号化回路32は、受光パルスに対応する位相差Da、代用パルスPC1に対応する位相差Db、および代用パルスPC2に対応する位相差Dcをそれぞれ求める。
Z = (L × Ds) / 2 (Equation 16)
In the present embodiment described above, the pulse phase
位相差Daは、ダイオード10からレーザ光が出射されてから反射レーザ光がフォトダイオード11で受光される迄に要する時間を示している。位相差Dbは、受光パルスがコンパレータ31に入力されてからコンパレータ31から受光パルスが出力されるまでに要する遅延時間を示している。位相差Dcは、一定期間Ts(例えば、2μsec)においてパルスPAとパルスPBとの間で生じた位相差を示すものである。
The phase difference Da indicates the time required from when the laser beam is emitted from the
位相差Da、Dcには、受光パルスがコンパレータ31を通過する際に生じる遅延時間が含まれている。このため、位相差Daから位相差Dbを引くことにより、コンパレータ31による遅延時間を位相差Daから除くことができる。位相差Dcから位相差Dbを引くことにより、コンパレータ31による遅延時間を位相差Dcから除くことができる。
The phase differences Da and Dc include a delay time that occurs when the light reception pulse passes through the
ここで、パルス位相差符号化回路32の温度変化等の外乱により、パルス位相差符号化回路32において測定誤差が生じる場合がある。このため、パルス位相差符号化回路32の温度変化等により、パルス位相差符号化回路32により求められる位相差Da、Db、Dcが変化する場合がある、
そこで、(Da−Db)を(Dc−Db)で除算することにより、正規化データDyにおいてパルス位相差符号化回路32の測定誤差を相殺することができる。これにより、正規化データにおいて、上記第1、第2、第3実施形態と同様に、コンパレータ31の測定誤差およびパルス位相差符号化回路32の測定誤差を除去したものを求めることができる。したがって、上記第1、第2、第3実施形態と同様に、正規化データに含まれる測定誤差を減らすことができる。
Here, a measurement error may occur in the pulse phase
Therefore, by dividing (Da−Db) by (Dc−Db), the measurement error of the pulse phase
本実施形態では、センサと障害物との間の距離Lを算出する際に、正規化データ{(Da−Db)/(Dc−Db)}を用いているので、センサと障害物との間の距離Lを精度よく求めることができる。 In this embodiment, since the normalized data {(Da−Db) / (Dc−Db)} is used when calculating the distance L between the sensor and the obstacle, the distance between the sensor and the obstacle is determined. Can be obtained with high accuracy.
(第5実施形態)
本実施形態では、上述の第1実施形態の測距システム_ECU100で求められる距離Zを用いて、車両の安全走行を図る車載システムについて説明する。
(Fifth embodiment)
In the present embodiment, an in-vehicle system that achieves safe traveling of the vehicle using the distance Z obtained by the ranging
図16は本実施形態に係る車載システム200の全体構成を示す図である。車載システム200は、測距システム_ECU100、メータ_ECU101、およびVSC_ECU102を備える。
FIG. 16 is a diagram illustrating an overall configuration of the in-
測距システム_ECU100は、上述の第1実施形態と同様に距離センサと周囲の障害物との間の距離を測定するための構成(10、11、13、14、R1、20)以外に、上記測定される距離を示す距離信号を出力する構成を備える。
The ranging
メータ_ECU101は、自車両の速度を検出して車速を示す車速信号を出力する速度センサを備える。VSC_ECU102は、車両用安全運転装置を構成するもので、マイクロコンピュータ、メモリなどから構成される周知の電子制御装置であって、自車両と周囲の障害物との間の距離に応じて警報装置の制御や自車両の制動装置を制御する制御処理を実行する。
The
本実施形態の測距システム_ECU100、メータ_ECU101、およびVSC_ECU102の間は、車内LAN103により接続されている。車内LAN103とは、例えばCAN(Controller Area Network)が用いられている。
The
次に、本実施形態のVSC_ECU102の制御処理について図17を用いて説明する。図17はVSC_ECU102の制御処理を示すフローチャートである。
Next, the control processing of the
まず、ステップS100において、メータ_ECU101の速度センサから車速信号を車内LAN103を介して受信して、この受信される車速信号を基づいて車速が閾値A(km/h)以下であるか否かを判定する(速度判定手段)。
First, in step S100, a vehicle speed signal is received from the speed sensor of the
このとき、車速が閾値Aよりも大きいときにはNOと判定して、ステップS100の判定を再び実施する。このため、その後、車速が閾値Aよりも大きい状態を維持する限り、ステップS100のNO判定を繰り返すことになる。 At this time, when the vehicle speed is greater than the threshold value A, it is determined as NO, and the determination in step S100 is performed again. For this reason, as long as the vehicle speed is maintained higher than the threshold value A, the NO determination in step S100 is repeated.
その後、車速が閾値A以下になるとステップS100でYESと判定して、ステップS110に移行する。このとき、測距システム_ECU100から車内LAN103を介して距離信号を受信して、この受信される距離信号に基づいて前方車両と距離センサとの間の距離が閾値B(km)以下である否かを判定する(第1の判定手段)。このため、距離が閾値Bよりも大きいときにはステップS110でNOと判定して、ステップS110の判定を再び実施する。このため、その後、距離が閾値Bよりも大きい状態を維持する限り、ステップS110のNO判定を繰り返すことになる。
Thereafter, when the vehicle speed becomes equal to or less than the threshold value A, YES is determined in step S100, and the process proceeds to step S110. At this time, a distance signal is received from the ranging
その後、距離が閾値B以下になるとステップS110でYESと判定して、ステップS120において、前方車両と距離センサとの間の距離が短すぎる旨を運転者に対して警告するために警告装置を制御して警報を発令する(警告制御手段)。 Thereafter, when the distance becomes equal to or less than the threshold value B, YES is determined in step S110, and in step S120, the warning device is controlled to warn the driver that the distance between the preceding vehicle and the distance sensor is too short. Then, an alarm is issued (warning control means).
なお、警告装置としては、音声により運転者に対して警告するものや、表示パネルの表示により運転者に対して警告するものが用いられる。 As the warning device, a device that warns the driver by voice or a device that warns the driver by display on the display panel is used.
次のステップS130において、測距システム_ECU100から車内LAN103を介して距離信号を受信して、この受信される距離信号に基づいて前方車両と距離センサとの間の距離が閾値C(km)以下である否かを判定する(第2の判定手段)。閾値Cは、閾値Bよりも短い距離が設定されている。
In the next step S130, a distance signal is received from the ranging
ここで、距離が閾値Cよりも大きいときにはステップS130でNOと判定してステップS130の判定を再び実施する。このため、その後、距離が閾値Cよりも大きい状態を維持する限りステップS130のNO判定を繰り返す。その後、距離が閾値C以下になるとステップS130でYESと判定して、ステップS140に進む。このとき、制動制御手段として、自車両を止めるために自車両のブレーキ装置(制動装置)を制御する。これにより、自車両を止めることができる。 Here, when the distance is larger than the threshold value C, NO is determined in step S130, and the determination in step S130 is performed again. For this reason, thereafter, as long as the distance remains larger than the threshold value C, the NO determination in step S130 is repeated. Thereafter, when the distance becomes equal to or smaller than the threshold value C, YES is determined in step S130, and the process proceeds to step S140. At this time, as a braking control means, a brake device (braking device) of the host vehicle is controlled to stop the host vehicle. Thereby, the own vehicle can be stopped.
以上説明した本実施形態によれば、車速が閾値A以下であると判定し(ステップS100:YES)、かつ前方車両と距離センサとの間の距離が閾値B以下であると判定したとき(ステップS110:NO)、前方車両と距離センサとの間の距離が短すぎる旨を運転者に対して警告するために警告装置を制御して警報を発令する(ステップS120)。これにより、運転者に対して車両を安全に運転させるように促すことができる。 According to the present embodiment described above, when it is determined that the vehicle speed is equal to or less than the threshold A (step S100: YES), and the distance between the preceding vehicle and the distance sensor is determined to be equal to or less than the threshold B (step S110: NO), in order to warn the driver that the distance between the vehicle ahead and the distance sensor is too short, the warning device is controlled to issue an alarm (step S120). Thereby, it is possible to prompt the driver to drive the vehicle safely.
本実施形態では、車速が閾値A以下であると判定し(ステップS100:YES)、かつ前方車両と距離センサとの間の距離が閾値C以下であるときには、ブレーキ装置を制御して自車両を止める。このため、自車両における前方車両に対する衝突を未然に避けることができる。 In this embodiment, when it is determined that the vehicle speed is equal to or less than the threshold A (step S100: YES), and the distance between the preceding vehicle and the distance sensor is equal to or less than the threshold C, the brake device is controlled to control the own vehicle. stop. For this reason, the collision with respect to the front vehicle in the own vehicle can be avoided beforehand.
ここで、ステップS110、S130では、上記第1実施形態で求められる距離Zを用いて距離の比較判定を行っている。このため、距離の比較判定を精度良く行うことができる。したがって、上記第1実施形態で求められる距離Zを用いて車両の安全な走行を図ることができる。
(他の実施形態)
上述の第1〜4実施形態では、距離センサと障害物との間の距離を前記一定期間(Ts)の間にて光が伝搬する距離をLとしたとき、L×{(Da−Db)/(Dc−Db)}/2を前記センサと前記障害物との間の距離として算出する演算処理回路(距離算出手段)34によって算出した例について説明したが、これに代えて、演算処理回路34以外の他の回路装置で距離センサと障害物との間の距離を算出してもよい。
Here, in steps S110 and S130, the distance comparison determination is performed using the distance Z obtained in the first embodiment. For this reason, distance comparison determination can be performed with high accuracy. Therefore, safe traveling of the vehicle can be achieved by using the distance Z obtained in the first embodiment.
(Other embodiments)
In the first to fourth embodiments described above, L × {(Da−Db) where L is the distance between the distance sensor and the obstacle and the light propagation distance during the predetermined period (Ts). Although an example has been described in which the calculation processing circuit (distance calculation means) 34 calculates / (Dc−Db)} / 2 as the distance between the sensor and the obstacle, the calculation processing circuit is used instead. The distance between the distance sensor and the obstacle may be calculated by a circuit device other than 34.
上述の第3実施形態では、平均化処理回路56、57がピーク電圧、ボトム電圧の平均電圧を求めるに際して、4つの受光パルスを用いた例について説明したが、これに限らず、複数の受光パルスを用いるならば、4つ以外の個数の受光パルスを用いて、平均化処理回路56、57がピーク電圧、ボトム電圧の平均電圧を求めてもよい。
In the above-described third embodiment, the example in which the four light receiving pulses are used when the averaging
上述の第1、第2、第3実施形態では、互いに同一の回路構成を有する第1、第2の選択ゲートとして、ORゲート41、42(図1、図4、図10参照)を用いた例について説明したが、第1、第2の入力端子を備え、第1、第2の入力端子のうちいずれか一方の入力端子を出力端子に接続し、他方の入力端子と出力端子との間を開放するスイッチ回路を用いてもよい。スイッチ回路において第1、第2の入力端子のうちいずれかの入力端子を出力端子に接続するかは制御回路36から出力される切替信号に応じて切替設定される。
In the first, second, and third embodiments described above, OR
例えば、ORゲート41に代えてスイッチ回路を用いる場合には、スイッチ回路において第1の入力端子にコンパレータ31の出力端子を接続し、かつ第2の入力端子に制御回路36の出力端子を接続する。ORゲート42に代えてスイッチ回路を用いる場合には、スイッチ回路において第1の入力端子に制御回路36の出力端子を接続し、かつ第2の入力端子をグランドに接続する。
For example, when a switch circuit is used instead of the
上述の第5実施形態では、上述の第1実施形態の測距システム_ECU100で求められる距離を用いて図17の制御処理を実施した例について説明したが、これに代えて、上述の第2、第3、第4実施形態のうちいずれか1つの測距システム_ECU100で求められる距離を用いて図17の制御処理を実施してもよい。
In the above-described fifth embodiment, the example in which the control process of FIG. 17 is performed using the distance obtained by the
上述の第5実施形態では、測距システム_ECU100で求められる距離を用いて警報の発令や車両の制動を実施する例について説明したが、これに限らず、前方車両と距離センサとの間の距離を維持して走行するオートクルージングの制御に測距システム_ECU100で求められる距離を用いてもよい。また、これに代えて、自車両と自車両の周囲の障害物との間の距離を測定してこの測定した距離を自車両の駐車支援のための制御に用いてもよい。
In the above-described fifth embodiment, the example in which the warning is issued and the vehicle is braked using the distance obtained by the
上述の第1〜5実施形態では、本発明のセンサ用信号処理回路20を自動車に適用した例について説明したが、これに代えて、本発明のセンサ用信号処理回路20を自動車以外の列車等の各種車両に適用してもよい。センサ用信号処理回路20を列車に適用した場合には、センサ用信号処理回路20を搭載した列車とその前方に位置する前方列車との間の距離を測定することができる。
In the first to fifth embodiments described above, the example in which the sensor
10 ダイオード
11 フォトダイオード
13 オペアンプ
14 nMOSトランジスタ
20 センサ用信号処理回路
31 コンパレータ(第1の波形整形器)
32 パルス位相差符号化回路(位相差検出回路)
34 演算処理回路(データ演算回路、距離算出手段)
35 スイッチ(出力切替手段)
36 制御回路
41 ORゲート(第2の選択ゲート)
42 ORゲート(第1の選択ゲート)
50 ピークホールド回路
51 ボトムホールド回路
52 スイッチ
53 スイッチ
54 NOTゲート
55 NOTゲート
56 平均化処理回路
57 平均化処理回路
80a サンプルホールド回路
80b サンプルホールド回路
80c サンプルホールド回路
80d サンプルホールド回路
80e 加算回路
80f 反転回路
100 測距システム_ECU
101 メータ_ECU
102 VSC_ECU
200 車載システム
DESCRIPTION OF
32 Pulse phase difference encoding circuit (phase difference detection circuit)
34 Arithmetic processing circuit (data arithmetic circuit, distance calculation means)
35 switch (output switching means)
36
42 OR gate (first selection gate)
50
101 Meter_ECU
102 VSC_ECU
200 In-vehicle system
Claims (9)
リング状に連結してなる複数の遅延素子を有するリング回路において、第1パルス(PA)の周回を開始させた後に入力される第2パルス(PB)の入力タイミングにおける前記第1パルスの周回位置と前記第1パルスの周回回数とを特定し、この特定される周回位置と周回回数とに基づいて前記第1パルスと前記第2パルスとの間の位相差を検出する位相差検出回路(32)と、
前記発光素子に対して光を出射させるためのトリガ信号、前記リング回路で前記第1パルスの周回を開始させるための制御パルス、および前記受光パルスに代わる第1、第2の代用パルスをそれぞれ出力する制御回路(36)と、
前記制御パルスが入力される第1入力端子と、入力される信号レベルがローレベルに設定されている第2の入力端子とを備え、前記制御パルスを前記位相差検出回路に出力して前記第1パルスの周回を開始させる第1の選択ゲート(42)と、
前記受光素子からの受光パルスと前記制御回路からの前記第1の代用パルス(PC1)とのうちいずれか一方を出力する出力切替手段(35)と、
前記出力切替手段から出力されるパルスを波形整形する第1の波形整形器(31)と、
前記第1の選択ゲートと同一の回路構成を有して、前記第1の波形整形器から出力されるパルスが与えられる第1の入力端子と前記制御回路からの前記第2の代用パルス(PC2)が与えられる第2の入力端子とを備え、前記第1、第2の入力端子のうち一方にパルスが与えられると、前記第2パルスを前記位相差検出回路に出力する第2の選択ゲート(41)とを備え、
前記制御回路(36)は、前記発光素子に前記トリガ信号を出力するとともに、第1タイミングに前記制御パルスを前記第1の選択ゲート(42)を通して前記位相差検出回路に出力し、前記第2の選択ゲート(41)により前記受光パルスに基づく前記第2パルスを前記位相差検出回路に出力させて前記受光パルスに対応する前記位相差を検出させ、
前記制御回路が前記第1のタイミングと異なる第2タイミングに前記制御パルスを前記第1の選択ゲート(42)を通して前記位相差検出回路に出力するとともに、前記第1の代用パルスを前記出力切替手段(35)および前記第1の波形整形器を通して前記第2の選択ゲートに与えて前記第2の選択ゲート(41)から前記第2パルスを前記位相差検出回路に出力させて前記第1の代用パルスに対応する前記位相差を検出させて、かつ前記制御パルスの出力後一定期間(Ts)経過後にて前記第2の代用パルスを前記第2の選択ゲート(41)に与えて前記第2の選択ゲート(41)から前記第2パルスを前記位相差検出回路に出力させて前記第2の代用パルスに対応する前記位相差を検出させるものであり、
前記受光パルスに対応する前記位相差をDaとし、前記第1の代用パルスに対応する位相差をDbとし、前記第2の代用パルスに対応する位相差をDeとし、前記正規化データとして(Da−Db)/Deを求めるデータ演算回路(34)を備えることを特徴とするセンサ用信号処理回路。 Based on an output signal of a sensor including a light emitting element (10) that emits light and a light receiving element (11) that receives reflected light reflected by an obstacle and outputs a light reception pulse, the light emitting element emits light. A sensor signal processing circuit that calculates normalized data obtained by normalizing a time required for the light receiving element to receive light after being emitted,
In a ring circuit having a plurality of delay elements connected in a ring shape, the circulating position of the first pulse at the input timing of the second pulse (PB) input after starting the circulation of the first pulse (PA) And the number of laps of the first pulse, and a phase difference detection circuit (32) for detecting a phase difference between the first pulse and the second pulse based on the specified lap position and number of laps. )When,
A trigger signal for emitting light to the light emitting element, a control pulse for starting the circulation of the first pulse in the ring circuit, and first and second substitute pulses in place of the light receiving pulse are output, respectively. A control circuit (36) for
A first input terminal to which the control pulse is input; and a second input terminal in which an input signal level is set to a low level, and the control pulse is output to the phase difference detection circuit to output the first A first selection gate (42) for starting the circulation of one pulse;
An output switching means (35) for outputting any one of the received light pulse from the light receiving element and the first substitute pulse (PC1) from the control circuit;
A first waveform shaper (31) that shapes the pulse output from the output switching means;
A first input terminal having a circuit configuration identical to that of the first selection gate, to which a pulse output from the first waveform shaper is applied, and the second substitute pulse (PC2) from the control circuit And a second input terminal that outputs the second pulse to the phase difference detection circuit when a pulse is applied to one of the first and second input terminals. (41)
The control circuit (36) outputs the trigger signal to the light emitting element, and outputs the control pulse to the phase difference detection circuit through the first selection gate (42) at a first timing, The selection gate (41) outputs the second pulse based on the received light pulse to the phase difference detection circuit to detect the phase difference corresponding to the received light pulse,
The control circuit outputs the control pulse to the phase difference detection circuit through the first selection gate (42) at a second timing different from the first timing, and outputs the first substitute pulse to the output switching means. (35) and the first waveform shaper to the second selection gate to output the second pulse from the second selection gate (41) to the phase difference detection circuit. The second substitute pulse is supplied to the second selection gate (41) after the phase difference corresponding to the pulse is detected and after a lapse of a certain period (Ts) after the output of the control pulse. The second pulse is output from the selection gate (41) to the phase difference detection circuit to detect the phase difference corresponding to the second substitute pulse,
The phase difference corresponding to the received light pulse is Da, the phase difference corresponding to the first substitute pulse is Db, the phase difference corresponding to the second substitute pulse is De, and the normalized data is (Da A signal processing circuit for sensors, comprising a data operation circuit (34) for obtaining -Db) / De.
前記制御回路が前記スイッチを制御して前記受光素子(11)と前記第1の波形整形器(31)との間を接続し、前記制御回路と前記第1の波形整形器(31)との間を開放したときに、前記受光素子から出力される受光パルスが前記スイッチを通して前記第1の波形整形器に出力され、
前記制御回路が前記スイッチを制御して前記受光素子(11)と前記第1の波形整形器(31)との間を開放し、前記制御回路と前記第1の波形整形器(31)との間を接続したときに、前記制御回路から出力される第1の代用パルス(PC1)が前記スイッチを通して前記第1の波形整形器に出力されるようになっていることを特徴とする請求項1または2に記載のセンサ用信号処理回路。 The output switching means (35) connects between one of the light receiving element (11) and the control circuit (36) and the first waveform shaper (31), and the other and the first It is a switch that opens between the waveform shaper (31) of
The control circuit controls the switch to connect between the light receiving element (11) and the first waveform shaper (31), and between the control circuit and the first waveform shaper (31). When the gap is opened, the light receiving pulse output from the light receiving element is output to the first waveform shaper through the switch,
The control circuit controls the switch to open the space between the light receiving element (11) and the first waveform shaper (31), and between the control circuit and the first waveform shaper (31). The first substitute pulse (PC1) output from the control circuit is connected to the first waveform shaper through the switch when connected to each other. Alternatively, the sensor signal processing circuit according to 2.
前記受光パルスのボトム電圧をサンプリングして、出力電圧を前記サンプリングした電圧にホールドするボトムホールド回路(51)と、
前記制御回路(36)から出力される前記第1の代用パルスを受けると、ピーク電圧が前記ピークホールド回路の出力電圧と同一で、かつボトム電圧が前記ボトムホールド回路の出力電圧と同一である前記第1の代用パルスを前記出力切替手段(35)に出力する第2の波形整形回路(52〜55)と、を備えることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載のセンサ用信号処理回路。 A peak hold circuit (50) for sampling a peak voltage of the received light pulse and holding an output voltage at the sampled voltage;
A bottom hold circuit (51) for sampling a bottom voltage of the received light pulse and holding an output voltage at the sampled voltage;
Upon receiving the first substitute pulse output from the control circuit (36), the peak voltage is the same as the output voltage of the peak hold circuit, and the bottom voltage is the same as the output voltage of the bottom hold circuit. The sensor according to any one of claims 1 to 3, further comprising a second waveform shaping circuit (52 to 55) for outputting a first substitute pulse to the output switching means (35). Signal processing circuit.
前記ピークホールド回路は、前記受光パルス毎に前記受光パルスのピーク電圧をサンプリングするようになっており、
前記ボトムホールド回路は、前記受光パルス毎に前記受光パルスのボトム電圧をサンプリングするようになっており、
前記ピークホールド回路から前記サンプリング毎に出力される出力電圧の平均値を示す平均電圧値を出力する第1の平均化処理回路(56)と、
前記ボトムホールド回路から前記サンプリング毎に出力される出力電圧の平均値を示す平均電圧値を出力する第2の平均化処理回路(57)と、
前記制御回路(36)から出力される前記第1の代用パルスを受けると、ピーク電圧が前記第1の平均化処理回路(56)の出力電圧と同一で、かつボトム電圧が前記第2の平均化処理回路(57)の出力電圧と同一である前記第1の代用パルスを前記出力切替手段(35)に出力する第3の波形整形回路(52〜55)と、を備えることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載のセンサ用信号処理回路。 The control circuit (36) outputs the trigger signal to the light emitting element a plurality of times so that light is emitted from the light emitting element a plurality of times, and the light receiving element receives the reflected light a plurality of times. The light reception pulse is output to the peak hold circuit and the bottom hold circuit for each light reception,
The peak hold circuit is configured to sample the peak voltage of the received light pulse for each received light pulse,
The bottom hold circuit is configured to sample the bottom voltage of the light reception pulse for each light reception pulse,
A first averaging processing circuit (56) for outputting an average voltage value indicating an average value of output voltages output from the peak hold circuit for each sampling;
A second averaging processing circuit (57) for outputting an average voltage value indicating an average value of the output voltages output for each sampling from the bottom hold circuit;
Upon receiving the first substitute pulse output from the control circuit (36), the peak voltage is the same as the output voltage of the first averaging processing circuit (56), and the bottom voltage is the second average. And a third waveform shaping circuit (52 to 55) for outputting the first substitute pulse, which is the same as the output voltage of the conversion processing circuit (57), to the output switching means (35). The sensor signal processing circuit according to claim 1.
リング状に連結してなる複数の遅延素子を有するリング回路において、第1パルス(PA)の周回を開始させた後に入力される第2パルス(PB)の入力タイミングにおける前記第1パルスの周回位置と前記第1パルスの周回回数とを特定し、この特定される周回位置と前記周回回数とに基づいて前記第1パルスと前記第2パルスとの間の位相差を検出する位相差検出回路(32)と、
前記発光素子に対して光を出射させるためのトリガ信号、前記リング回路で前記第1パルスの周回を開始させるための制御パルス、および前記受光パルスに代わる第1、第2の代用パルスをそれぞれ出力する制御回路(36)と、
前記受光素子からの受光パルス、および前記制御回路からの前記第1、第2の代用パルス(PC1、PC2)とのうちいずれか1つのパルスを出力する出力切替手段(35)と、
前記出力切替手段から出力されるパルスを波形整形してこの波形整形されたパルスを前記第2パルスとして前記位相差検出回路に出力する第1の波形整形器(31)とを備え、
前記制御回路は、第1のタイミングに前記制御パルスを前記位相差検出回路に出力し、前記リング回路にて前記第1パルスの周回を開始させるとともに、前記発光素子に前記トリガ信号を出力して、前記第1の波形整形器により前記受光パルスに基づく前記第2パルスを前記位相差検出回路に出力させて前記位相差検出回路により前記受光パルスに対応する前記位相差を検出させて、また前記制御回路が前記第1のタイミングと異なる第2タイミングで前記制御パルスを前記位相差検出回路に出力するとともに、前記受光パルスに代わる前記第1の代用パルス(PC1)を前記出力切替手段(35)および前記第1の波形整形器(31)を通して前記位相差検出回路に出力して前記第1の代用パルスに対応する前記位相差を検出させて、かつ前記第1パルスの周回開始後一定期間(Ts)経過後にて前記第2の代用パルス(PC2)を前記出力切替手段および前記第1の波形整形器を通して前記位相差検出回路に出力して前記第2の代用パルスに対応する前記位相差を検出させて、
前記波形整形後の受光パルスに対応する前記位相差をDaとし、前記第1の代用パルスに対応する前記位相差をDbとし、前記第2の代用パルスに対応する前記位相差をDcとし、前記正規化データとして、(Da−Db)/(Dc−Db)を求めるデータ演算回路(34)を備えることを特徴とするセンサ用信号処理回路。 Based on an output signal of a sensor including a light emitting element (10) that emits light and a light receiving element (11) that receives reflected light reflected by an obstacle and outputs a light reception pulse, the light emitting element emits light. A sensor signal processing circuit that calculates normalized data obtained by normalizing a time required for the light receiving element to receive light after being emitted,
In a ring circuit having a plurality of delay elements connected in a ring shape, the circulating position of the first pulse at the input timing of the second pulse (PB) input after starting the circulation of the first pulse (PA) A phase difference detection circuit that detects a phase difference between the first pulse and the second pulse based on the specified circulation position and the number of circulations. 32)
A trigger signal for emitting light to the light emitting element, a control pulse for starting the circulation of the first pulse in the ring circuit, and first and second substitute pulses in place of the light receiving pulse are output, respectively. A control circuit (36) for
An output switching means (35) for outputting any one of the received light pulse from the light receiving element and the first and second substitute pulses (PC1, PC2) from the control circuit;
A first waveform shaper (31) that shapes the pulse output from the output switching means and outputs the waveform-shaped pulse as the second pulse to the phase difference detection circuit;
The control circuit outputs the control pulse to the phase difference detection circuit at a first timing, causes the ring circuit to start circulating the first pulse, and outputs the trigger signal to the light emitting element. The first waveform shaper outputs the second pulse based on the received light pulse to the phase difference detection circuit, the phase difference detection circuit detects the phase difference corresponding to the received light pulse, and The control circuit outputs the control pulse to the phase difference detection circuit at a second timing different from the first timing, and outputs the first substitute pulse (PC1) instead of the received light pulse to the output switching means (35). And outputting to the phase difference detection circuit through the first waveform shaper (31) to detect the phase difference corresponding to the first substitute pulse, and The second substitute pulse (PC2) is output to the phase difference detection circuit through the output switching means and the first waveform shaper after a lapse of a certain period (Ts) after the start of the first pulse. Detecting the phase difference corresponding to two substitute pulses,
The phase difference corresponding to the received light pulse after the waveform shaping is Da, the phase difference corresponding to the first substitute pulse is Db, the phase difference corresponding to the second substitute pulse is Dc, A sensor signal processing circuit comprising a data operation circuit (34) for obtaining (Da-Db) / (Dc-Db) as normalized data.
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