JPH0412289A - パルス式レーザ測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｃ概　要〕 レーザを放射し、対象物で反射された反射光を捕え、そ
の行程に要した時間から対象物までの距離を求める、車
間距離等の計測に用いられるパルス式レーザ測距装置に
おいて、測定精度向上のため対象物にかかわらず受信レ
ベルを一定にするようにレーザパワーを制暗卸する。レ
ーザダイオード発光回路ではコンデンサに蓄積された電
荷により発光を行なうが、その発光強度はコンデンサに
蓄積された電荷量で決まるためこの電荷量を制御して発
光強度を制御する。更にスイッチング素子としてサイリ
スタを用いる場合にトリガ用回路とサイリスタをターン
オフする回路を共用して回路の簡単化及びコスト低下を
図る。

〔産業上の利用分野〕

本発明は自動車に搭載される車間距離等の計測装置とし
て使用されるパルス式レーザ測距装置に関し、特にレー
ザダイオードの発光量制御と駆動回路に関する。

〔従来の技術〕

レーザを対象物に向って放射し、反射して帰って来る光
を捕え、往復に要する時間を計測して対象物までの距離
を測定するパルス式レーザ測距装置がある。近年この装
置を自動車等に搭載し、車間距離等を測定することで衝
突防止に役立てようとする試みが行なわれている。

第１０図が従来からのパルス式レーザ測距装置の構成を
示す図である。制御部４ｃは距離測定を行なう時に、発
光信号を送信部１ｃへ出力する。測定サイクルは衝突防
止に必要な時間間隔、たとえば１．ｍＳ毎に定期的に行
なわれる。発光信号を受けた送信部１ｃはレーザダイオ
ードを駆動して非常に短い期間、たとえば３０ｎＳ程度
レーザを発光させる。ここで送信部１ｃの回路例が第１
１図に示される。回に示すように発光信号はトリガ回路
用トランジスタ１４を通してスイッチング素子であるサ
イリスタ１２へのトリガ信号として印加される。トリガ
信号によりサイリスタ１２はオン状態となりコンデンサ
１３に蓄積された電荷が放電されレーザダイオード１１
が発光する。放射するレーザ光のうち反射して受信部２
ｃで捕えられるのは極微量であるため、レーザダイオー
ド１１は大きな発光出力、たとえばＩＯＷ程度の発光出
力を有する。このようなレーザダイオード′のしきい値
電流は８Ａ程度と大きく電源容量を大きくしないためコ
ンデンサ１３に蓄積した電荷で発光させる。このような
ことが可能なのは、発光が極短時間で発光サイクルも１
ｍＳ程度のためである。

レーザダイオード１１の発光と同時にサイリスタ１２を
ターンオフするための回路、すなわちトランジスタ１５
がオン状態になり、電源からの電流を分流してサイリス
タ１２へ流れる電流を保持電流以下とし、これをサイリ
スタ１２のターンオフ時間以上の時間待なう。更に送信
部ＩＣはレーザダイオード１工の発光に対応した発光タ
イミング信号を時間計測部３ｃへ出力する。

放射されたレーザ光は対称物で反射され受信部２ｃで受
光される。受信部２ｃでは、外乱光の中から反射された
レーザ光に対応した電気信号のみが取り出され後、増幅
され出力が一定になるように自動利得制？Ｉ（ＡＧＣ）
が行なわれ、反射信号として時間計測部３ｃへ出力され
る。

時間計測部３ｃでは発光タイミング信号と反射信号の時
間差が計測される。光が１５０ｍ先の対象物から反射し
て帰って来る時間は１μｓであり、１ｍの分解能が必要
ならば、６．６７ｎＳの測定分解能が必要になる。時間
計測部３ｃでは、この時間差を制御部４ｃが読み取れる
ように変換し、制御部４Ｃはこの値から距離を求める。

以上説明したように計測には非常な高速の計測が必要で
あり、少しの出力変動等が測定精度に大きく影響する。

〔発明が解決しようとする課題〕

時間計測部３Ｃでは発光タイミング信号と反射信号の時
間差の測定をそれぞれの信号のあるしきい値で行なって
いる。即ち、発光タイミング信号があるしきい値を越え
てから反射信号があるしきい値を越えるまでの時間を計
測している。そのためその強度が変動すると、第１２図
に示すように開始あるいは終了タイミングが大きく変動
する。パルス自体の幅が３０ｎＳ程度であり、数ｎＳ程
度の分解能を必要とする場合、この変動は大きな問題で
ある。発光タイミングは比較的安定しておりそれほど変
動することはないが、反射信号は受光レベルにより大き
く変動する。そのためＡＧＣにより出力の一定を図って
いるが、ＡＧＣはそれ自体時間遅れを伴うものであり、
ＡＧＣだけで対応するのは精度からも問題がある。

更に第１０図に示したようにスイッチング素子としてサ
イリスタを使用する場合、トリガ信号用回路と共にサイ
リスタをターンオフするための回路を設ける必要があっ
た。

本発明は上記問題点を解決するため、送信レーザ光の受
信レベルを安定化することで計測精度の向上を図ると共
に、回路の簡単化を図り、コストを低下させることを目
的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理構成を示すブロック図である。前
述の第１０図の従来構成要素に対応するものについては
、アルファヘットを除いた同一の参照番号を付して表わ
す。

１は発光信号に応じてパルス状にレーザ発光を行ない、
目標方向に放射すると共に、発光タイミング信号を出力
するレーザ送信部であり、２は放射されたレーザビーム
の対象物からの反射光を受け、反射光に対応した電気信
号である反射信号を出力すると共に、反射光の強度に対
応する受信レベル信号を出力する受信部であり、３は発
光タイミング信号と反射信号との時間差に対応した時間
差信号を次に述べる制御部が読み取れる形で出力する時
間計測部であり、４は発光信号を出力し、時間差信号に
基づいて対象物までの距離を求めると共に、受信レベル
信号を計測毎に監視して受信レベル信号が一定になるよ
うにレーザ発光の強度を制御する制御部であり、この構
成により反射レーザ光の受信レベルを安定化できる。

〔作　用］ 第１図において、制御部４は距離計測を行なうため発光
信号を送信部１に出力する。送信部１では制御部４から
の発光信号に応じてレーザダイオード１１を発光させレ
ーザ光を対象物に向って放射する。対象物で反射された
レーザ光を受信部２で受光した後、電気信号に変換し、
増幅する。この信号は、更に処理されて反射信号として
時間計測部３に出力されると共に、受信レベル信号とし
てそのまま又はＡ／Ｄ変換されて制御部４へ送られる。

制御部４は距離計測に必要な動作を行なう一方、受信レ
ベル信号と所定の基準受信レベルとの差に基づいてこの
差を小さくするように送信部ｌのコンデンサ１３への充
電量を制御する。これにより次の発光では所定の基準受
信レベルに近似したレベルの受光信号が得られ、計測デ
ータの誤差が低減できる。

〔実施例〕

第２図は本発明の一実施例の基本構成をより詳細に示し
たブロック図で、第３図は送信部１の回路図である。更
に第４図はレーザダイオード１１を駆動するための電荷
を蓄積するコンデンサ１３の電位とレーザの発光強度を
説明する図で、第５図は制御の過程を示すフローチャー
トである。

第２図において、１ａは送信部で直流電源１６１とレー
ザダイオード発光回路１０ａで構成されている。２ａは
受信部でフォトセンサ部２１、増幅器２２、ＡＧＣ回路
２３及びピークホールド回路２４で構成されている。３
ａは時間計測部でフリップフロップ回路３１とパルス信
号処理回路３２で構成されている。

４ａは制御部で通常マイコンが使用される。

更に第３面において１１はレーザダイオード、１２はサ
イリスタであり、レーザダイオード１１とサイリスタ１
２は直列に接続されている。そして１３はコンデンサで
、直列に接続されたレーザダイオードｌｌとサイリスタ
１２に並列に接続されている。コンデンサ１３は直流電
源１６１により充電される。

第２図〜第５図を参照しながら本発明の実施例による装
置の動作を説明する。マイコンはレーザ式測距装置専用
の場合も、他に多（の制御を分担する場合もあるが、こ
こでは専用であるとして話を進める。第５図に示すよう
に測距装置が起動されると制御部４ａは初期動作を行っ
た後、発光信号を送信部１に出力する。送信部１では発
光信号によりトランジスタ１４が起動され、サイリスタ
１２にトリガ信号がかかる。これによりサイリスタ１２
はオン状態となり、コンデンサ１３に蓄積された電荷が
サイリスタ１２及びレーザダイオード１１を通して放電
され、レーザダイオード１１が発光する。そしてレーザ
光が対象物の方向に向って放射される。

レーザの発光強度はコンデンサ１３に蓄積された電荷、
すなわちコンデンサ１３の電圧で決まる。最初の発光は
所定の強度で行なわれる。

対象物で反射されたレーザ光は受信部２で受光される。

実際には反射されたレーザ光の他にも種々の外乱光が存
在する。これらの影響をできるだけ小さくするため、た
とえばレーザ光の付近の波長だけを透過させるフィルタ
ー等が使用される。

レーザ光はフォトセンサ部２１により電気信号に変換さ
れる。フォトセンサとしては応答特性の良いＲＩＮフォ
トダイオードの使用が一般的であるが、更に高速の応答
性が必要な場合はアバランシュフォトダイオード等が使
用される。そして短時間のレーザ発光に対応した、特定
の高周波成分だけを取り出すような回路を通して、外乱
光の影響を除いた反射レーザ光の信号が得られる。

次にこの電気信号は増幅された後、自動利得制ｍ　（Ａ
ＧＣ）回路２３とピークホールド回路２４へ送られる。

ＡＧＣ回路２３では出力が一定になるように制御された
後、時間計測部３へ反射信号として出力される。ＡＧＣ
回路２３で出力を一定とするのは、前述のように時間計
測部３での時間計測に信号強度が影響するためであり、
本発明のようにレーザ発光強度の制御により受信レベル
が一定に保たれる場合は、ＡＧＣ回路２３はかならずし
も必要でない。

一方ピークホールド回路２４では増幅器２２からの信号
のピーク値、すなわち受光されたレーザ光の最高強度が
保持され、マイコン４により読み取られ受信レベル信号
となる。

時間計測部３では発光タイミング信号と反射信号の時間
差パルスを成牛ずる。即ち、ＦＦ３１を発光タイミング
信号でセットし、反射信号でリセットすることによりＦ
Ｆ３１から出力される時間差パルスをパルス信号処理回
路３２でノイズ等を除去し真の時間差パルスのみを取り
出す。このようにしてパルス信号処理回路３２で成牛じ
た時間差パルスを制御部４ａによりマイコンのカウンタ
で読み取る。

マイコン４ではこの時間差信号から演算により距離間隔
を求めると同時に、受信レベルを読み取り、これが所定
基準レベルに近づくように、次回の発光強度は今回の発
光強度からどれだけ変化させるかを決める。

本実施例では、第３図に示すように、レーザダイオード
１１の発光強度はコンデンサ１３の両端の充電電圧で決
まる。いまコンデンサＩ３の両端電圧を■ｏとしレーザ
ダイオード１１及びサイリスタ１２の接合部の電位差を
無視すれば発光時にレーザダイオード１１に流れる電流
は（１）式で表わされる。

ＶＣ＝止 Ｉ＝　　　　　ＣＲ・・・（１） 但し、Ｃはコンデンサ１３の容量、ｔは時間である。

Ｒ３は非常に小さく、実際には種々の内部抵抗や配線等
の抵抗分で充分である。またｖｃは１００Ｖ程度でＣは
３Ｘ１０−９Ｆ程度であり、最大１５Ａ程度の電流がレ
ーザダイオード１１を３０ｎＳ程度流れ、非常に短時間
発光させる。

コンデンサ１３の充電はサイリスタ１１をオフ状態にし
て行なわれる。充電はＤＣ−ＤＣコンバータ等で昇圧さ
れた直流電源１６１を通して行なわれ、コンデンサ１３
の電圧、すなわち０点の電圧は（２）式％式％ 但し、Ｅは電源電圧、Ｃはコンデンサ１３の容量、及び
Ｒはこの場合はＲ，十Ｒ２である。コンデンサ１３の放
電によりサイリスタ１２の両端電圧が低下し、サイリス
タ１２がオフ状態になると（２）式に従って充電される
。この充電途中の適当な時点でサイリスタ１２をオン状
態とすればレーザの発光強度を変えることができる。こ
の目的のために制御部４ａは受信レベル信号に基づいて
次の発光の望ましい発光強度を決めると、（２）式に基
づいてコンデンサ１３が望ましい電圧になる時間を推定
し、その時間に発光信号を出力し、レーザダイオード１
１を望ましい強度で発光させる。この様子を示したのが
第４図である。

なお第３図に示す回路では、発光信号を受はサイリスタ
１２１のトリガ信号を生じるトランジスタＩ４はトリガ
信号を生じさせると共に、電源１６１から抵抗Ｒ１を介
して供給される電流を、発光信号がオン状態の間トラン
ジスタ１４へ分流することにより、サイリスタ１２へ供
給される電流をサイリスタ１２の保持電流以下にする。

そしてこの状態をサイリスタ１２のターンオフ時間以上
続けることで第１１図の従来例で示したようなサイリス
タ１２をターンオフさせるための回路を別に設ける必要
が無く、回路の簡単化を図っている。

以上述べた実施例ではコンデンサ１３への充電時間を制
御することでレーザ発光強度を制御しているが、この場
合は測定間隔すなわち、発光信号のパルス間隔は一定に
ならない。そこで測定間隔を一定となるようにした実施
例を次に示す。その基本構成を示したのが第６図である
。本実施例において、第２図に示した実施例と異なると
ころは、送信部１のコンデンサ１３を充電するための電
源１６が、制御部４ｂからの充電制御信号により充電の
開始及び停止が制御可能という点で、これにより制御部
４ｂは受信レベル信号に応じて、コンデンサ１３への充
電を制御し、レーザ発光強度を制御できる。

より具体的には第７図に示すような回路を用いる。ここ
では発振の開始及び停止が外部より制御可能な発振回路
１６２があり、コイル巻線でできたトランスを通して昇
圧されコンデンサ１３が充電される。この充電の様子を
示したのが第８図で、マイコンの制御手順を示したフロ
ーチャートが第９図である。制御部４ｂからの発振制御
信号により発振回路１６２は発振して発振パルスを出力
し、それによりコンデンサ１３への充電を行なう。コン
デンサ１３は第８図に示すような形で順方向に電圧がか
かる時だけ充電が行なわれるが、これを考慮して負方向
に電圧がかかる期間を除けば、（２）式に近似した式で
充電が行なわれる。そこでマイコンは（２）式をもとに
コンデンサ１３の電圧を推定するか、又は実験的に定め
られた関係に基づいて推定し、受信レベル信号に基づい
て望ましい電圧と推定される時点で発振制御信号をオフ
にして発振回路１６２を停止して充電をやめる。その後
所定の測定間隔に従って発光信号を出力し、距離計測を
行なう。このように本実施例では距離計測のサイクルを
一定にした上で、受信レベルに応じてレーザ発光強度を
変えることが可能になる。

更に本実施例ではレーザダイオード１１の発光後、コン
デンサ１３が放電終了した時点では、発振回路１６２に
発振開始信号が加えられるまでサイリスタ１２１に電流
は流れないのでサイリスタ１２１は自動的にターンオフ
するのでターンオフ回路を別に設ける必要はない。

以上の実施例ではスイッチング素子としてサイリスタを
使用する例だけを述べたが、もちろんトランジスタ等を
使用することも可能である。またコンデンサ充電の制御
には通常のスイッチング素子を用いて充電の開始及び停
止を制御してもかまわない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、レーザ反射光の受
信レベルに応じてレーザ発光強度を制御することで計測
精度の向上を図ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成を示すブロック図、第２図は
本発明の一実施例を示すブロック図、第３図は第２図の
実施例の送信部の回路例を示し、 第４図は第２図の実施例のコンデンサへの充電の様子を
説明する図、 第５図は第２図の実施例におけるマイコンの制御のフロ
ーチャート、 第６図は本発明の他の実施例を示すブロック図、第７図
は第６図の実施例の送信部の回路図の一例、 第８図は第７図の実施例におけるコンデンサへの充電の
様子を説明する図、 第９図は第６図の実施例におけるマイコンの制御のフロ
ーチャート、 第１０図は従来例の原理構成を示すブロック図、第１１
図は第１０図の従来例の送信部の回路例を示し、 第１２図は時間制御部３における信号強度によるスター
トタイミングの変動を説明する図である。 図において、 １・・・送信部、　　　　２・・・受信部、３・・・時
間計測部、　　４・・・制御部（マイコン）１１・・・
レーザダイオード、 １２・・・スイッチング素子、 １３・・・コンデンサ、 １４・・・トリガ用トランジスタ、 １５・・・電源、　　　　　　２１・・・フォトセンサ
部、２２・・・増巾器、　　　　２３・・・ＡＧＣ。 ２４・・・ピークホールド回路、 ３１・・・フリップフロップ、 ３２・・・パルス信号処理回路、 １５１・・・発振回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発光信号に応じてパルス状にレーザダイオード（１
   １）を発光させ、目標方向に放射すると共に、発光タイ
   ミング信号を出力するレーザ送信部（１）、 該放射レーザビームの対象物からの反射光を受け、反射
   光に対応した電気信号である反射信号を出力すると共に
   、該反射光の強度に対応した受信レベル信号を出力する
   受信部（２）、 該発光タイミング信号と該反射信号との時間差に対応し
   た時間差信号を出力する時間計測部（３）、及び 該発光信号を出力する手段、該時間差信号に基づいて対
   象物までの距離を求める手段、該受信レベル信号を監視
   して該受信レベル信号を一定にするように該レーザダイ
   オード（１１）の発光強度を制御する手段を備える制御
   部（４）を備えたパルス式レーザ測距装置。 ２、直列に接続されたレーザダイオード（１１）及びサ
   イリスタ（１２）からなる直列回路、該直列回路に並列
   に接続されたコンデンサ（１３）、該コンデンサ（１３
   ）に電荷を供給する直流電源（１６１）、及び 該サイリスタ（１２）に該発光信号に応じてトリガ信号
   を印加するトリガ信号用トランジスタ（１４）を備え、 該トリガ信号用トランジスタ（１４）をオン状態として
   該サイリスタ（１２）にトリガ信号を印加し、該サイリ
   スタ（１２）をオン状態とすることにより、該コンデン
   サ（１３）に蓄積された電荷を該レーザダイオード（１
   １）に供給して発光させるように構成されており、 該トリガ用トランジスタ（１４）がオン状態中に、該直
   流電源（１６１）より供給される電流を該トリガ信号用
   トランジスタに分流することにより、該サイリスタ（１
   ２）に供給される電流を該サイリスタ（１２）の保持電
   流以下とするように構成されたレーザダイオード発光回
   路を備えたパルス式レーザ測距装置。