JPH08262136A

JPH08262136A - 測距レーダ

Info

Publication number: JPH08262136A
Application number: JP7061301A
Authority: JP
Inventors: Akio Takahama; 昭夫高浜
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-03-20
Filing date: 1995-03-20
Publication date: 1996-10-11

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、測距光を用いて物標までの距離を
検出する測距レーダに関し、充分な測距範囲および測距
精度を有しつつ、目に対する安全性を高めた測距レーダ
を提供することを目的とする。【構成】デューティ比５０％未満の変調信号を出力す
る信号手段１と、信号手段１により出力される変調信号
を取り込み、その変調信号を用いて測距光を強度変調
し、所定の覆域に出射する送光手段２と、覆域内に位置
する物標に反射された測距光を受光し、光電変換を行う
受光手段３と、受光手段３により光電変換された信号を
取り込み、その信号の位相を計測して物標までの距離を
算出する測距手段６とを備えて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、測距光を用いて物標ま
での距離を検出する測距レーダに関し、特に、測距光が
目に入射した際の安全性を高めるために、測距光の光量
を下げた測距レーダに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、強度変調された測距光を外部に出
射し、物標に反射されて戻る測距光に含まれる変調信号
の位相を計測し、その位相から物標の距離を検出する測
距レーダが知られている（実開平５−９４７８３号公報
に記載）。図６は、この種の測距レーダを示す図であ
る。

【０００３】図において、原発振器１１の出力は、ドラ
イバ回路１２，分周器１３，ＰＬＬ回路１４の一方の入
力および位相測定器１５のクロック入力に接続され、ド
ライバ回路１２の出力は発光素子１６に接続される。こ
の発光素子１６から発光した測距光は、送信光学系１７
を介して外部に出射される。また、分周器１３の出力
は、ＰＬＬ回路１４の他方の入力および位相測定器１５
の一方の入力に接続され、ＰＬＬ回路１４の出力は周波
数変換器１８の一方の入力に接続される。

【０００４】一方、送信光学系１７に隣接して受信光学
系１９が配置され、受信光学系１９の光軸上には受光素
子２０が配置される。この受光素子２０の出力は、増幅
器２１を介して周波数変換器１８の他方の入力に接続さ
れる。この周波数変換器１８の出力は、バンドパスフィ
ルタ２２およびコンパレータ２３を介して、位相測定器
１５の他方の入力に接続される。この位相測定器１５の
出力は表示器２４に接続される。

【０００５】このような構成の測距レーダでは、原発振
器１１が、デューティ比５０％の信号を基準信号として
発振する。ドライバ回路１２は、この基準信号を増幅し
て、発光素子１６を駆動する。発光素子１６から発光さ
れた測距光は、送信光学系１７を介して、所定の覆域に
出射される。

【０００６】このように出射された測距光は、所定の覆
域内に位置する物標に反射されて戻り、受信光学系１９
を介して集光され、受光素子２０に受光される。受光素
子２０では、測距光が光電変換されることにより、測距
光の強度変調成分が受信信号として出力される。この受
信信号は、増幅器２１を介して、周波数変換器１８に出
力される。

【０００７】ここで、原発振器１１の発振周波数を例え
ば「１５ＭHz」とすると、光速度は約３０万Ｋｍ／sec
なので、受光素子２０から出力される測距光に重畳され
た基準信号の１波長は、２０ｍの距離に相当する。した
がって、１０ｍの距離に位置する物標に反射された測距
光は、２０ｍの距離を伝搬するので、受光素子２０から
出力される受信信号は１周期分だけ位相がずれて観測さ
れる。

【０００８】一方、測距レーダの内部では、原発振器１
１の基準信号が分周器１３により千分の１に分周され、
「１５ｋHz」の信号Ａとして出力される。この信号Ａ
は、ＰＬＬ回路１４において「１００１倍」され、「1
5.015 ＭHz」の信号Ｂに変換される。

【０００９】受光素子２０の出力信号は、周波数変換器
１８において、信号Ｂと掛け合わされ、バンドパスフィ
ルタ２２を介して、両信号における差の周波数「１５ｋ
Hz」の信号Ｃに周波数変換される。周波数変換された信
号Ｃの位相には、受信信号の位相がそのまま変換される
ので、上述した距離と受信信号の位相との関係から、信
号Ｃの１周期分の位相は、物標までの距離１０ｍに相当
する。

【００１０】この信号Ｃは、コンパレータ２３を介して
矩形波に整形され、位相測定器１５に入力される。位相
測定器１５は、「１５ＭHz」の基準信号をクロックとし
て、受信側の信号Ｃと、送信側の基準信号を分周した信
号Ａとの位相差を計数する。ここで、クロック１周期
は、信号Ｃの（１／１０００）周期なので、物標までの
距離に換算して、「１０mm」に相当する。

【００１１】したがって、位相測定器１５の計数値をＮ
とすると、物標までの距離は、（Ｎ×１０mm）として求
められる。このように求められた物標までの距離は、表
示器２４に表示される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来例では、測距光が目に入射した際の安全性を考慮し
て、発光素子１６の輝度レベルを制限する必要があっ
た。

【００１３】特に、車載用レーダや測量用レーダにおい
ては、一般の路上で使用されるため、測距光の輝度レベ
ルは安全性を充分に考慮して小さい値に設定されてい
た。しかしながら、このように発光素子１６の輝度レベ
ルが小さいため、遠距離の物標や反射率の低い物標に対
して充分な輝度レベルを確保できず、測距範囲が狭いと
いう問題点があった。

【００１４】また、受光素子２０に受光される測距光の
輝度レベルが小さいため、外部光や回路内ノイズの影響
を受けやすく、測距精度が低いという問題点があった。
請求項１に記載の発明は、このような問題点を解決する
ために、充分な測距範囲および測距精度を保ちつつ、目
に対する安全性を高めた測距レーダを提供することを目
的とする。

【００１５】請求項２〜４に記載の発明は、上述の目的
と併せて、請求項１の測距レーダの測距範囲をより拡大
し、かつ測距精度をより高めることのできる測距レーダ
を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】図１は、請求項１に対応
する原理ブロック図である。

【００１７】請求項１に記載の発明は、デューティ比５
０％未満の変調信号を出力する信号手段１と、信号手段
１により出力される変調信号を取り込み、その変調信号
を用いて測距光を強度変調し、所定の覆域に出射する送
光手段２と、覆域内に位置する物標に反射された測距光
を受光し、光電変換を行う受光手段３と、受光手段３に
より光電変換された信号を取り込み、その信号の位相を
計測して物標までの距離を算出する測距手段６とを備え
たことを特徴とする。

【００１８】図２は、請求項２〜４に対応する原理ブロ
ック図である。請求項２に記載の発明は、デューティ比
５０％未満の変調信号を出力する信号手段１と、信号手
段１により出力される変調信号を取り込み、その変調信
号を用いて測距光を強度変調し、所定の覆域に出射する
送光手段２と、覆域内に位置する物標に反射された測距
光を受光し、光電変換を行う受光手段３と、受光手段３
により光電変換された信号を取り込み、その信号のデュ
ーティ比を略５０％に整形する波形整形手段４と、波形
整形手段４により整形された信号を取り込み、その信号
の周波数を低域に周波数変換する周波数変換手段５と、
周波数変換手段５により周波数変換された信号を取り込
み、その信号の位相を計測して、物標までの距離を算出
する測距手段６とを備えたことを特徴とする。

【００１９】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の測距レーダにおいて、波形整形手段４は、入力に応じ
て、デューティ比５０％の信号を発振する制御発振器
と、受光手段３により光電変換された信号と制御発振器
により発振された信号とを取り込み、これらの信号の立
上がりあるいは立下がりの位相差を検出する位相比較器
と、位相比較器により検出された位相差の低域成分を入
力として制御発振器に与える濾波回路とを備えたフェー
ズロックドループからなることを特徴とする。

【００２０】請求項４に記載の発明は、請求項２に記載
の測距レーダにおいて、波形整形手段４は、オン時間が
変調信号の１周期の半分に相当する単安定マルチバイブ
レータからなることを特徴とする。

【００２１】

【作用】請求項１の測距レーダでは、信号手段１がデュ
ーティ比５０％未満の変調信号を出力する。

【００２２】送光手段２は、この変調信号を用いて、測
距光を強度変調して外部に出射する。したがって、従来
のデューティ比５０％の変調信号を使用する場合に比べ
て、測距光の平均光出力が小さく、目に対する安全性が
向上する。一方、測距光の輝度レベルを下げる必要がな
いので、遠距離の物標や反射率の低い物標に対しても、
所要とする瞬間的な輝度レベルが確保され、充分な測距
範囲および測距精度が得られる。

【００２３】請求項２の測距レーダでは、上述と同様
に、信号手段１がデューティ比５０％未満の変調信号を
出力するので、測距光の平均光出力が小さく、目に対す
る安全性が向上する。また、測距光の輝度レベルを下げ
る必要がないので、遠距離の物標や反射率の低い物標に
対しても、所要とする瞬間的な輝度レベルを確保するこ
とができ、充分な測距範囲および測距精度を得ることが
できる。

【００２４】さらに、波形整形手段４は、受光手段３か
ら出力された信号のデューティ比を５０％に整形する。
そのため、信号に含まれる偶数次の高調波成分が抑圧さ
れ、代わりに基本波の成分が大きくなる。周波数変換手
段５は、この基本波の成分に対して周波数変換を行うの
で、波形整形手段４を備えたことにより、周波数変換手
段５の出力レベルが大きくなる。測距手段６は、この低
域変換された信号の位相を計測して、物標までの距離を
計測する。

【００２５】このように、波形整形手段４を備えたこと
により、周波数変換手段５の出力レベルが増大し、より
小さな反射光に対しても測距動作が可能となる。そのた
め、測距可能な範囲が拡大され、かつ測距精度が高めら
れる。請求項３の測距レーダでは、波形整形手段４とし
て、フェーズロックドループ（ＰＬＬ）を適用する。

【００２６】すなわち、位相比較器は、受光手段３から
出力された信号と、制御発振器により発振されたデュー
ティ比５０％の信号との立上がりあるいは立下がりの位
相差を検出する。この位相差の低域成分は、濾波回路を
介して、制御発振器の入力にフィードバックされる。

【００２７】このようなフィードバックにより、制御発
振器からは、受光手段３から出力された信号の立上がり
あるいは立下がりに位相が同期し、かつデューティ比が
５０％に保たれた信号が出力される。請求項４の測距レ
ーダでは、波形整形手段４として単安定マルチバイブレ
ータを適用する。

【００２８】すなわち、単安定マルチバイブレータは、
受光手段３から出力された信号の立下がりあるいは立上
がりに同期して、変調信号の半周期に相当する期間だけ
オン状態になる。そのため、単安定マルチバイブレータ
からは、受光手段３から出力された信号の立上がりある
いは立下がりに位相が同期し、かつデューティ比が５０
％に相当する信号が出力される。

【００２９】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。図３は、請求項１〜３に対応する第１の実施例を
示す図である。図において、原発振器１１の出力は、単
安定マルチバイブレータ３１，分周器１３，ＰＬＬ回路
１４の一方の入力および位相測定器１５のクロック入力
に接続され、単安定マルチバイブレータ３１の出力は、
ドライバ回路１２を介して発光素子１６に接続される。
この発光素子１６から発光した測距光は、送信光学系１
７を介して外部に出射される。

【００３０】また、分周器１３の出力は、ＰＬＬ回路１
４の他方の入力および位相測定器１５の一方の入力に接
続され、ＰＬＬ回路１４の出力は周波数変換器１８の一
方の入力に接続される。一方、送信光学系１７に隣接し
て受信光学系１９が配置され、受信光学系１９の光軸上
には受光素子２０が配置される。この受光素子２０の出
力は、増幅器２１を介して、パルス幅回復回路３２に接
続される。

【００３１】このパルス幅回復回路３２の出力は、バン
ドパスフィルタ３６を介して周波数変換器１８の他方の
入力に接続され、周波数変換器１８の出力は、バンドパ
スフィルタ２２およびコンパレータ２３を介して、位相
測定器１５の他方の入力に接続される。この位相測定器
１５の出力は表示器２４に接続される。また、パルス幅
回復回路３２の内部構成は、増幅器２１の出力が位相比
較器３３の一方の入力に接続され、位相比較器３３の出
力はローパスフィルタ３４を介して電圧制御発振器３５
に接続される。この電圧制御発振器３５の出力はバンド
パスフィルタ３６および位相比較器３３の他方の入力に
接続される。

【００３２】なお、請求項１に記載の発明と第１の実施
例との対応関係については、信号手段１は原発振器１１
および単安定マルチバイブレータ３１に対応し、送光手
段２はドライバ回路１２，発光素子１６および送信光学
系１７に対応し、受光手段３は受信光学系１９および受
光素子２０に対応し、測距手段６は、位相測定器１５に
対応する。

【００３３】また、請求項２に記載の発明と第１の実施
例との対応関係については、上述の対応関係に併せて、
波形整形手段４がパルス幅回復回路３２に対応し、周波
数変換手段５が分周器１３，ＰＬＬ回路１４，周波数変
換器１８およびバンドパスフィルタ２２に対応する。さ
らに、請求項３に記載の発明と第１の実施例との対応関
係については、さらに上述の対応関係に併せて、制御発
振器が電圧制御発振器３５に対応し、位相比較器が位相
比較器３３に対応し、濾波回路がローパスフィルタ３４
に対応する。図４は、実施例における各部の波形を示す
図である。

【００３４】以下、これらの図を用いて第１の実施例の
動作を説明する。原発振器１１は、例えば１５ＭHzの基
準信号を発振する（図４ａ）。単安定マルチバイブレー
タ３１は、この基準信号の立上がりに同期して、基準信
号の半周期以下の短いパルスを変調信号として発生する
（図４ｂ）。ドライバ回路１２は、この変調信号を増幅
して発光素子１６に与えることにより、変調信号により
強度変調された測距光が発生する。この測距光は、送信
光学系１７を介して外部に出射され、覆域内の物標に照
射される。

【００３５】物標において反射された測距光の一部は、
受信光学系１９に集光され、受光素子２０に受光され
る。受光素子２０はこの測距光を光電変換することによ
り、測距光の強度変調成分が受信信号として出力される
（図４ｃ）。増幅器２１は、この受信信号を増幅して振
幅を制限し、矩形状の受信信号に整形する（図４ｄ）。
この矩形状の受信信号は、パルス幅回復回路３２内部の
位相比較器３３に入力される。

【００３６】位相比較器３３は、矩形波状の受信信号と
電圧制御発振器３５の出力との間の立上がり時点の位相
差を検出する。ローパスフィルタ３４は、その位相差の
低域成分を濾波し、電圧制御発振器３５の入力にフィー
ドバックする。このようなフィードバック動作により、
電圧制御発振器３５からは、受信信号の立上がり時点に
同期した出力信号が出力される。

【００３７】ここで電圧制御発振器３５の出力をデュー
ティ比５０％の矩形波あるいは正弦波に予め設定するこ
とにより、出力信号のデューティ比は５０％に安定して
保たれる（図４ｅ，ｆ）。このように、受信信号のデュ
ーティ比を５０％に変換することにより、短パルス状の
受信波形における偶数次の高調波成分が抑圧され、１５
ＭHzの基本波成分が増大する。

【００３８】バンドパスフィルタ３６は、この出力信号
の１５ＭHz近辺を濾波し、基本波成分以外の不要な周波
数成分の除去を行う。このように抽出された基本波成分
は、周波数変換器１８において、ＰＬＬ回路１４の出力
Ｂと掛け合わされ、バンドパスフィルタ２２を通過する
ことにより、両方の差の周波数である１５ｋHzの信号Ｃ
に周波数変換される。

【００３９】コンパレータ２３は、この信号Ｃを矩形波
に整形し、位相測定器１５に出力する。位相測定器１５
は、矩形波に整形された信号Ｃと、原発振器１１の基準
信号を分周した信号Ａとの位相差を計数する。この計数
値が物標までの距離として表示器２４に表示される。

【００４０】このように、第１の実施例の測距レーダで
は、デューティ比５０％未満の変調信号を用いて、測距
光を強度変調するので、平均光出力のレベルが低減す
る。そのため、測距光が目に入射した際の安全性を高め
ることができる。また、測距光の輝度レベルを下げない
ので、遠距離の物標や反射率の低い物標に対しても、所
要する瞬間的な輝度レベルを確保することができ、充分
な測距範囲と測距精度を得ることができる。

【００４１】さらに、パルス幅回復回路３２を介して、
短パルス状の受信信号をデューティ比５０％の信号に変
換するので、受信信号の基本波成分が増大され、より小
さな反射光に対しても測距動作が可能となり、測距範囲
を拡大することができる。また、受信信号の基本波成分
が増大されることにより、測距精度を高めることができ
る。

【００４２】さらに、パルス幅回復回路としてフェーズ
ロックドループを使用しているので、周波数ジッタを含
む受信信号に対しても、出力のデューティ比が５０％に
安定して変換され、基本波成分を安定して増大すること
ができる。別の実施例について説明する。図５は、請求
項１，２，４に対応する第２の実施例を示す図である。

【００４３】第２の実施例の構成上の特徴については、
増幅器２１の出力が単安定マルチバイブレータ４１に接
続され、単安定マルチバイブレータ４１の出力が、バン
ドパスフィルタ３６を介して周波数変換器１８の他方の
入力に接続されている。なお、図３に示した構成要素と
同一の構成要素には、同じ参照番号を付与し、ここでの
説明を省略する。

【００４４】このような第２の実施例では、単安定マル
チバイブレータ４１が、増幅器２１の出力信号の立ちあ
がりに同期して、基準信号の半周期分に相当するパルス
を発生する。このようにして、上述したパルス幅回復回
路３２と同等の機能が単安定マルチバイブレータ４１に
より実現される。

【００４５】したがって、第２の実施例の測距レーダに
おいても、上述した実施例とほぼ同様の効果を得ること
ができる。さらに、第２の実施例に特有な効果として
は、単安定マルチバイブレータ４１を使用するので、回
路規模を小さくすることができる。したがって、装置全
体の小型化および低コスト化を図ることができる。

【００４６】なお、上述した実施例では、デューティ比
を５０％に変換しているが、その数値に限定されるもの
ではなく、デューティ比を５０％近辺に変換すればよ
く、ほぼ同等の効果を充分に得ることができる。また、
上述した実施例では、パルス幅回復回路３２の出力をバ
ンドパスフィルタ３６を介して周波数変換器１８に与え
ているが、その構成に限定されるものではなく、パルス
幅回復回路３２の出力が、図４ｆに示されるような正弦
波の場合には、バンドパスフィルタ３６を省いてもよ
い。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明では、測距光をデューティ比５０％未満で強度変調
するので、平均光出力が低減され、目に入射した際の安
全性を高めることができる。また、測距光の輝度レベル
を下げる必要がないので、遠距離の物標や反射率の低い
物標に対しても、所要する瞬間的な輝度レベルを確保す
ることができ、充分な測距範囲と測距精度を得ることが
できる。

【００４８】請求項２に記載の発明では、請求項１と同
様に、測距光をデューティ比５０％未満で強度変調する
ので、平均光出力が低減され、目に対する安全性を高め
ることができる。さらに、波形整形手段を介して、受光
した信号の基本波成分が増大されるので、より小さな反
射光に対しても測距動作が可能となり、測距範囲を拡大
し、かつ測距精度を高めることができる。

【００４９】請求項３に記載の発明では、波形整形手段
としてフェーズロックドループを適用する。そのため、
受信信号に周波数ジッタが含まれるような場合にも、波
形整形後のデューティ比が５０％に安定して保たれ、基
本波成分を安定して増大することができる。請求項４に
記載の発明では、波形整形手段として、単安定マルチバ
イブレータを適用するので、回路規模を小さくすること
ができる。したがって、装置全体の小型化および低コス
ト化を図ることができる。

【００５０】以上のように、本発明を適用した測距レー
ダでは、充分な測距範囲および測距精度を有しつつ、目
に対する安全性を格段に高めることができるので、車載
用レーダや測量用レーダのように、一般の路上において
使用される民生用レーダの分野において、高性能かつ安
全性の高いレーダを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に対応する原理ブロック図である。

【図２】請求項２〜４に対応する原理ブロック図であ
る。

【図３】請求項１〜３に対応する第１の実施例を示す図
である。

【図４】実施例における各部の波形を示す図である。

【図５】請求項１，２，４に対応する第２の実施例を示
す図である。

【図６】従来の測距レーダを示す図である。

【符号の説明】

１信号手段２送光手段３受光手段４波形整形手段５周波数変換手段６測距手段１１原発振器１２ドライバ回路１３分周器１４ＰＬＬ回路１５位相測定器１６発光素子１７送信光学系１８周波数変換器１９受信光学系２０受光素子２１増幅器２２，３６バンドパスフィルタ２３コンパレータ２４表示器３１，４１単安定マルチバイブレータ３２パルス幅回復回路３３位相比較器３４ローパスフィルタ３５電圧制御発振器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】デューティ比５０％未満の変調信号を出
力する信号手段と、前記信号手段により出力される変調信号を取り込み、そ
の変調信号を用いて測距光を強度変調し、所定の覆域に
出射する送光手段と、前記覆域内に位置する物標に反射された前記測距光を受
光し、光電変換を行う受光手段と、前記受光手段により光電変換された信号を取り込み、そ
の信号の位相を計測して物標までの距離を算出する測距
手段と、を備えたことを特徴とする測距レーダ。
【請求項２】デューティ比５０％未満の変調信号を出
力する信号手段と、前記信号手段により出力される変調信号を取り込み、そ
の変調信号を用いて測距光を強度変調し、所定の覆域に
出射する送光手段と、前記覆域内に位置する物標に反射された前記測距光を受
光し、光電変換を行う受光手段と、前記受光手段により光電変換された信号を取り込み、そ
の信号のデューティ比を略５０％に整形する波形整形手
段と、前記波形整形手段により整形された信号を取り込み、そ
の信号の周波数を低域に周波数変換する周波数変換手段
と、前記周波数変換手段により周波数変換された信号を取り
込み、その信号の位相を計測して、物標までの距離を算
出する測距手段と、を備えたことを特徴とする測距レーダ。
【請求項３】請求項２に記載の測距レーダにおいて、前記波形整形手段は、入力に応じて、デューティ比５０％の信号を発振する制
御発振器と、前記受光手段により光電変換された信号と前記制御発振
器により発振された信号とを取り込み、これらの信号の
立上がりあるいは立下がりの位相差を検出する位相比較
器と、前記位相比較器により検出された位相差の低域成分を入
力として制御発振器に与える濾波回路とを備えたフェー
ズロックドループからなることを特徴とする測距レー
ダ。
【請求項４】請求項２に記載の測距レーダにおいて、前記波形整形手段は、オン時間が前記変調信号の１周期の半分に相当する単安
定マルチバイブレータからなることを特徴とする測距レ
ーダ。