JPH09243357A

JPH09243357A - 距離計測装置

Info

Publication number: JPH09243357A
Application number: JP8203096A
Authority: JP
Inventors: Toronnamuchiyai Kuraison; トロンナムチャイクライソン
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1996-03-11
Filing date: 1996-03-11
Publication date: 1997-09-19
Anticipated expiration: 2016-03-11
Also published as: JP3384233B2

Abstract

(57)【要約】【課題】遠近を問わず分解能を向上させた距離計測装
置とする。【解決手段】発光ダイオード１が信号処理装置２’か
らの指令により発光する。光は集光レンズ６によって単
一方向に広がりを持った光ビームとなって回転ミラー７
から送出される。標的３に当たって反射してきた光が集
光レンズ４を経てＰＳＤ５に到達する。ＰＳＤは受光部
位に応じた応答電流Ｉ１、Ｉ２を発生し、信号処理装置
２’はその応答電流により標的３の方角θ２を測定し、
その測定値と光ビームの送出角θ１とを用いて三角測量
により標的３の距離を算出するとともに、光ビーム送出
からＰＳＤに受光するまでの時間差から標的３までの距
離を算出する。そしてその算出値から分解能の高い測定
値を選び出力する。これにより一回の光ビームの送出に
２通りの距離検出ができ、高分解能、かつ低コストの距
離計測装置を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ビームを発し、
その反射波を受信することによって距離測定を行なう距
離計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、距離計測装置として、例えば発光
ダイオードによる送光ビームを発し、標的に当たって反
射された反射波を受光し、その送光ビームが送出され、
反射波が受光されるまでの時間経過を測定することによ
って標的までの距離を算出するものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この時間差に
よる距離測定は、とくに近距離の物標に対して時間差が
短くなる。この短い時間差を精度よく測定することが困
難なため、分解能が低くなることが避けられない。これ
に対し、発光点と受光点を異なる位置に設定し標的との
間に形成される三角関係に基づく距離計測は、近距離の
標的を精度よく測定できるが遠距離の標的に対しては三
角形の変化が少ないので、分解能が低下してしまう。

【０００４】近距離測定に有効な三角測量による距離測
定と遠距離測定に高分解能が期待できる時間差による距
離測定の各装置を併置し距離に応じて使い分けて広範囲
にわたって高分解能で測定することも考えられるが、コ
ストの上昇と装置の大型化を招くといった問題がある。
この発明は、上記のような従来の問題点に鑑み、１つの
送、受信装置で時間差よる距離測定および三角測量によ
る距離測定を同時に行なうことによって低コスト、かつ
広範囲にわたる分解能の高い距離測定装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の発明は、電磁波などのビームを送出する送信手段と、
送出されたビームが標的で反射された反射波を受信する
受信手段と、前記ビームの送出方向を変化させる走査手
段と、前記ビームの送出方向を検出する方向検出手段と
を備え、前記受信手段は複数に設けられ、各受信手段が
それぞれの指向が異なるようにアレイ状に配置されてい
る距離計測装置において、前記反射波を受信した受信手
段の位置に基づいて前記標的の方角を算出する方角算出
手段と、前記ビームの送出方向と前記算出した標的の方
角から三角測量に基づき前記標的までの距離を算出する
三角測量距離算出手段と、前記ビーム送出から反射波が
受信されるまでの時間差から前記標的までの距離を算出
する時間差距離算出手段と、前記三角測量による算出距
離または前記時間差による算出距離を選択して距離検出
値として出力する検出値出力手段とを設けたものとし
た。

【０００６】前記送信手段は、所定のパルス幅でビーム
を送出し、所定の時間内に前記受信手段が反射波を受信
できなかった場合に、前記パルス幅を拡大して送信する
ことができる。また前記検出値出力手段は、前記三角測
量による算出距離または時間差による算出距離を所定値
と比較することによって、選択することもできる。前記
所定値を受信した反射波の強度の関数とする、または前
記所定値を前記送光方向の関数とすることもできる。

【０００７】そして、前記三角測量距離算出手段は送光
方向から、前記時間差距離算出手段はビームのパルス幅
からそれぞれ距離検出の分解能を算出し、前記検出値出
力手段は、前記分解能により算出距離を選択することも
できる。さらに、前記検出値出力手段は、前記三角測量
による算出距離と前記時間差による算出距離をそれぞれ
の分解能範囲内で比較し、一致しない場合に距離検出に
誤動作があったとして算出距離の出力を禁止するととも
に誤検出警報を発することもできる。

【０００８】なお、前記複数の受信手段の出力にそれぞ
れスイッチが接続され、該スイッチを走査することによ
り受信した受信手段を検知することにより前記標的の方
角を得ることも可能である。また、各隣接している受信
手段の出力の間に増幅器が接続されるとともに両端から
増幅器を介して検出信号を出力し、該出力された検出信
号の大きさで前記標的の方角を得ることも可能である。
そして各隣接している受信手段の出力の間に抵抗が接続
されるとともに両端から抵抗を介して検出信号を出力
し、該出力された検出信号の大きさで前記標的の方角を
得ることも可能である。なお、前記送出手段は可視光ま
たは赤外光のビームを送出し、受信手段はフォトダイオ
ードで構成されることも可能である。

【０００９】

【作用】本発明によれば、送出ビームを方向を変えなが
ら送出し、標的で反射された反射波はその反射角度に対
応した受信手段に受信される。三角測量距離算出手段は
ビームの送出方向と受信手段の位置から算出された標的
の方角を用いて三角測量に基づき標的までの距離を算出
する。一方時間差距離算出手段はビームの送出から反射
波が受信されるまでの時間差から前記標的までの距離を
算出する。検出値出力手段は前記三角測量による算出距
離または前記時間差による算出距離を選択して距離検出
値として出力する。これにより、一回のビームの送、受
信に、二通りの距離測定ができ、例えば分解能の大きい
方の測定値を出力することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例を図面に
基づいて説明する。図１は、この発明の第１の実施例の
構成を示す。発光ダイオ−ド１はドライブ２５を介した
信号処理装置２内のマイコン２２からの送光指令を受け
て発光し、可視光または赤外光パルスを発する。光パル
スが集光レンズ６によって単一方向に広がりをもった光
ビームとなり、回転ミラー７に投射される。光ビームが
回転ミラー７の回転により角度を変えながら前方へ送出
される。回転ミラー７はマイコン２２に制御されドライ
ブ２６からの回転信号にしたがってステップモータ７５
の駆動によって回転される。光ビームの送出角度がポテ
ンショメータ７６によって検出されマイコン２２にフィ
ードバックされる。

【００１１】回転ミラー７の横所定距離の位置に回転ミ
ラー７の回転軸に直角にフォトダイオードアレイ８が設
置され、回転ミラー７から発せられた光ビームの、標的
３によって反射された反射波が集光レンズ４を介してフ
ォトダイオードアレイ８に投射される。集光レンズ４は
その焦点をフォトダイオードアレイに結び、フォトダイ
オードアレイ８の各セルにはそれぞれ異なる方向からの
反射光しか届かない。

【００１２】反射光がフォトダイオードのどこに到達し
たかをスイッチアレイ９の走査によって信号処理装置２
内の演算部２１が調べ、フォトダイオードアレイ８の受
光セルの位置から受光方向情報と受光時間情報をマイコ
ン２２に出力する。マイコン２２ではポテンショメータ
７６の検出値から回転ミラー７によって送出された光ビ
ームの送出角度を算出し、その送出角度と演算部２１か
らの受光方向情報とにより三角測量に基づき標的３の距
離を算出するとともに、光ビームの送出時刻と演算部２
１からの受光時刻から時間差による距離算出を行なう。

【００１３】図２は、フォトダイオードアレイ８の構成
を示す断面図である。まずＮ⁺基板５１上に低濃度Ｎ^-
エピタキシャル層５２が形成されている。エピタキシャ
ル層５２を貫通して基板に届くように、エピタキシャル
層５２よりも高濃度のＮ形分離領域５３が複数形成され
ている。また分離領域５３以外のエピタキシャル層５２
上にフォトダイオードのアノード電極となるＰ⁺形拡散
層５４が複数形成されている。Ｎ形分離領域５３上には
例えばＡｌからなる遮光層５５が形成され、Ｐ⁺形拡散
層５４のみ受光できるようにしてある。Ｐ⁺形拡散層５
４は走査用スイッチアレイ９を介して信号処理装置２に
接続されている。Ｎ⁺基板５１には電源Ｖｃｃが供給さ
れている。

【００１４】図３は図２のフォトダイオードアレイ８の
等価回路を示す。すなわち、形成された個々のダイオー
ドは、共通の電源Ｖｃｃに接続され受光されたときの応
答電流をそれぞれのアノードに接続されているスイッチ
を通って信号処理装置２に入力する。スイッチは、例え
ばＭＯＳＦＥＴやＰ形ＭＯＳＦＥＴとＮ形ＭＯＳＦＥＴ
が並列接続したアナログスイッチなどをアレイ状にした
ものである。またここでは、簡単のため、Ｎ形分離領域
がＮ^-エピタキシャル層を貫通し、Ｎ⁺基板に到達する
ように説明したがこれは本質的なものではなく、Ｐ⁺形
拡散層が複数に分離されて形成されていればよい。

【００１５】次に信号処理装置における距離検出を説明
する。図４は図１の構成を平面化し、距離の測定原理を
示す。すなわち回転ミラー７の回転による光ビームの送
出角がθ１のときその照射方向に例えば標的３があれ
ば、光ビームの一部がそれによって反射され、レンズ４
を経てフォトダイオードアレイ８に到達しその反射方向
に対応したセルに受光される。どのセルかはスイッチア
レイ９を走査することによって検出する。反射光を受光
したセルの位置から標的３の方角θ２を算出する。標的
３の距離はビームを発してから受光するまでの時間差を
測ることによって算出されるとともに、光ビームの送出
方向θ１と標的の方角θ２と回転ミラーからフォトダイ
オードアレイ８の受光セルまでの距離からも算出され
る。

【００１６】方角θ２の検出を具体的に説明すると、例
えば図４のように標的３による反射光が当たったフォト
ダイオードセルｂには光電流Ｉが流れ、信号処理装置２
では、スイッチの走査によって、光電流Ｉが流れている
セルの位置が検出される。そして光電流Ｉが流れている
セルと光軸の距離をｘ、フォトダイオードアレイとレン
ズの距離をｙとすると、次式 θ２＝９０゜−ｔａｎ^-1（ｘ／ｙ）（１）を用いて標的の方角θ２を算出する。

【００１７】次に上記二通りに算出された標的距離を用
いて分解能の高い検出値の出力要領について説明する。
図５は２つの測定方法による分解能と測定距離の関係を
示す。すなわちＣのように三角測量による距離測定は測
定距離が遠くなるにしたがって分解能が小さくなる。こ
れに対し時間差によるレーダ測定はＤのようにある範囲
内では分解能は測定距離と無関係である。したがってそ
の交点Ｅを境にそれより近距離は三角測量による距離測
定値を出力し、それより遠距離の場合はレーダ測定値を
出力するほうが分解能の高い測定が行なえる。

【００１８】図６は信号処理装置２における距離測定の
フローチャートである。まずステップ２００において、
演算部２１はスイッチアレイ９に走査信号を出力し、フ
ォトダイオードアレイ８の受光セルを特定し、その受光
方向情報と受光時刻を測定するとともにマイコン２２に
出力する。ステップ２０１において、マイコン２２はそ
の発光時刻と受光時刻との時間差からレーダ測定距離値
を得る。ステップ２０２では、レーダ測定距離値（距離
算出値）が所定値より大きいかどうかを調べる。レーダ
測定距離値が所定値より小さい場合はステップ２０３に
おいて、ポテンショメータ７６の検出値を入力し、光ビ
ームの送出角度θ１と演算部からの受光方向情報である
方角θ２を三角演算して標的までの距離を算出し、ステ
ップ２０４において三角測定距離値を出力する。レーダ
測定距離値が所定値より大きい場合はステップ２０５に
おいて、レーダ測定距離値を分解能の高い検出値として
出力する。

【００１９】本実施例は以上のように構成され、一回の
ビーム送出によって時間差による距離算出を行なうとと
もに、その受信位置から三角測量も行ない、その測定値
をそれぞれ分解能の高い領域から出力するので、検出距
離の遠近を問わず常に分解能の高い検出出力が得られる
とともに、コスト上昇、装置の大型化が防がれる。

【００２０】なおここでは送光方向を検出するためにス
テップモ−タの軸にポテンショメータが設けられている
が、送光方向の検出にはこのほかに基準となる方向とス
テップモータの変位量の積算値を加算して送光方向の推
定値として用いることもできる。基準方向は例えば図７
のようにステップモ−タ７５にスリットを有する円盤７
７を設け、円盤７７の両側に発光ダイオ−ド７８とフォ
トダイオード７９を使って検出することができる。

【００２１】本実施例ではレーダ式の距離測定を先に行
ない、その測定値から分解能を上げることができると判
断した場合に三角測量による距離測定を行なう順番を説
明したが、これに限らず、順番を逆にして三角測量を先
に行なっても同様な効果が得られる。この場合は、比較
の対象となる所定値を予め決めておく以外、例えばフォ
トダイオードセル寸法、発光と受光部の距離、送光方向
に係わる検出分解能などにより三角測量原理に基づく距
離計測の分解能と距離の関数を求め、これらの値から上
記の所定値を決めるようにしてもよい。

【００２２】さらにレーダ測定距離値の比較に用いられ
た所定値を、レーダ距離測定の分解能に係わる反射信号
の強さや信号処理回路の構成、送光パルス幅などによっ
て決め、例えば反射信号の強さの関数として決めること
もできる。反射信号の強さは晴れ、雨、霧などの天候に
よって変化するので、これを使って上記の切り換え点で
ある所定値を決めれば当然三角測量式とレーダ式それぞ
れの範囲が天候によって左右されることになる。

【００２３】とくに雨や霧などの悪天候時には一般にレ
ーダによる距離計測が困難であるので、三角測量式の計
測のみに頼ればよい。三角測量式の場合には断続発光す
る必要がなく、パルス幅を大きくするかまたは連続発光
しても計測が可能である。このようにすれば、反射信号
の平均電力が向上し、その結果として検出可能な範囲が
延び悪天候条件下でも距離計測が可能である。

【００２４】これによって距離が近い場合には、三角測
量による計測の分解能が高いことから、例えば渋滞時の
先行車自動追従制御に応用でき、逆に距離が遠くなると
レーダによる計測のほうが分解能が高くなるので、例え
ば高速道路での先行車自動追従にも適用され、天候条件
や渋滞、高速道路など幅広い外部環境条件において、分
解能の高い距離計測が可能である。

【００２５】さらに２通りの検出が可能な場合には、２
つの距離測定値がそれぞれの分解能が示す範囲内では一
致するはずであるため、その両測定値を比較し、一致し
ない場合は、誤検出が行なわれたことになる。すなわ
ち、２つの検出値を用いて装置の自己診断を行なうこと
が可能である。図８はその自己診断を行ない、距離検出
を行なうフロ−チャ−トである。

【００２６】すなわち、ステップ３００において、送光
ビ−ムの送出と反射波の受光までの時間差を測定し、そ
の時間差から距離を算出する。ステップ３０１におい
て、送光ビ−ムの送出角度θ１と標的の方角θ２とによ
り三角測量に基づき距離を算出する。ステップ３０２に
おいて、２つの算出値を減算する。ステップ３０３で
は、減算値が所定範囲内かどうか調べる。所定範囲内の
場合はステップ３０４において、誤検出がないとして上
記のように分解能の高い距離算出値を出力する。減算値
が所定範囲外の場合はステップ３０５において、誤検出
があったとして警報を行なうこともできる。

【００２７】図９は、本発明の第２の実施例の構成を示
す。この実施例は、第１の実施例で用いたフォトダイオ
ードアレイ８と走査用のスイッチアレイ９の代わりに位
置検出センサ（ＰＳＤ）５を用いたものである。そのほ
かの構成は第１の実施例と同様である。図１０は図９の
構成を平面化して、距離検出原理を示す図である。ＰＳ
Ｄは電流で受光位置を検出する回路で、２つの出力端子
を有し、各端子の出力電流をＩ１、Ｉ２とすると、次式
を用いることで反射光が当たった位置を算出できる。ｘ＝（Ｉ１−Ｉ２）Ｌ／〔２（Ｉ１＋Ｉ２）〕（２）但し、ｘはＰＳＤの中点から反射光が当たった位置まで
の距離、ＬはＰＳＤの幅の大きさである。信号処理装置
２’ではスイッチ走査の替わりに演算部２１’がバッフ
ァ２３、２４を介してＰＳＤ５の両端から流れ出る電流
Ｉ１、Ｉ２を入力し、式（２）に基づいて受光位置ｘを
算出する。その後は第１の実施例と同様に受光位置ｘか
ら標的３の方角θ２を求め、三角測量および送、受光の
時間差によるレーダ距離測定が行なわれる。このような
ＰＳＤを用いることによって第１実施例に必須な走査用
スイッチアレイを省略することができる。

【００２８】ここでＰＳＤの原理について説明する。図
１１は、従来のＰＳＤの構成を示す断面図である。Ｎ⁺
基板７１上にＮ^-エピタキシャル層７２が形成されてい
る。さらにＮ^-エピタキシャル層７２上に低濃度Ｐ形拡
散層７３が形成され、その両端は高濃度のＰ⁺形コンタ
クト領域７４を介して２つの出力端子Ａ，Ｂに接続され
ている。Ｐ形拡散層はＰｉＮフォトダイオードのアノー
ドとして働くと同時に抵抗としての働きをする。

【００２９】このＰＳＤにおいては、まず光の当たった
ところに光電流Ｉが流れる。ＩはＰ形拡散層を通って２
つの出力端子から流れ出る。ここで、Ｉが流れている箇
所の左右それぞれのＰ形拡散層の抵抗をＲ２、Ｒ１と
し、端子Ａ、Ｂから流れ出る電流をＩ２，Ｉ１とする。
Ｒ２は［（Ｌ／２）＋ｘ］、Ｒ１は［（Ｌ／２）−ｘ］
に比例し、またＩ１はＲ１、Ｉ２はＲ２に反比例する。
その結果、Ｉ１が［（Ｌ／２）−ｘ］、Ｉ２が［（Ｌ／
２＋ｘ］に反比例する。よって、先の式（２）で示した
光電流の発生位置ｘと電流値Ｉ１、Ｉ２の相関式が得ら
れる。

【００３０】しかし、ＰＳＤの応答時間はＰ形拡散層の
抵抗と各層間のＰｉＮフォトダイオードの静電容量によ
って決まる。上記従来のＰＳＤでは、Ｐ形拡散層７３を
抵抗とＰｉＮフォトダイオードのアノードの両方に使用
しているために設計の自由度が小さく、例えばＰ形拡散
層の抵抗を小さくして応答速度を速くするにはそれの厚
みｔを大きくし、また不純物濃度を高くする必要があ
る。

【００３１】しかし不純物濃度を上げると光吸収率が大
きくなり、また厚みｔを大きくすると光が通過しにくく
なる。その結果光電流Ｉが減少し感度が低下してしま
う。さらに上記従来のＰＳＤでは、全チップがＰｉＮダ
イオードを構成しているので、その接合容量が大きいた
め、光が照射されてから外部に信号電流が流れるまでの
時間が長く、応答速度が遅い。その結果、従来のＰＳＤ
をレーダの受光位置検出センサとして用いるときにはレ
ーダの検出速度および距離検出分解能の低下が避けられ
ない。

【００３２】そこで、本実施例では、受光位置を高速検
出できるＰＳＤとして、チップ全面をフォトダイオード
とせず、分離領域を設けて、複数のフォトダイオードセ
ルをアレイ状に配置するようにし、また独立の抵抗領域
を設けて設計の自由度を増やし、抵抗値を十分小さくで
きるようにしたことにより検出速度を向上させた。

【００３３】図１２は、本実施例のＰＳＤの回路図、図
１３はその構成図である。図１３の（ａ）は平面パター
ン図で、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｙ−Ｚにおける断面図で
ある。構成を説明すると、図１２において、ＰＳＤ５
は、図３に示した第１の実施例と同様に複数のフォトダ
イオードセル５’で構成されるが、各セルの出力が隣接
しているほかのフォトダイオードセルの出力と抵抗Ｒを
介して接続されている点が異なる。

【００３４】各フォトダイオードセル５’は図１３に示
すように上面から順に高濃度Ｐ⁺拡散層８３、Ｎ^-エピ
タキシャル層８２、Ｎ⁺基板８１によって構成され、高
濃度Ｐ⁺拡散層８３、Ｎ^-エピタキシャル層８２はＮ形
分離領域８５を介して互いに分離されている。高濃度Ｐ
⁺拡散層８３の濃度を十分濃くすることでその抵抗成分
を無視できるようにしてある。またＰ⁺拡散層８３の厚
みｔを十分薄くすることで光が十分通過できるようにな
っている。分離されている各Ｐ⁺拡散層８３はさらに導
線８７で拡散抵抗８４に接続されている。

【００３５】ここで拡散抵抗８４の抵抗率はＰ⁺拡散層
８３のそれよりも十分高く設定される。拡散抵抗の抵抗
値はその幅、長さ、厚み及び不純物濃度によって決定さ
れ、拡散抵抗が形成されている領域で光を吸収させなく
てもよいので、拡散抵抗の厚みや不純物濃度を自由に選
ぶことができる。その結果抵抗値を十分小さく設定する
ことができ、応答速度を上げることができる。また高濃
度Ｐ⁺拡散層８３真下のみにＰｉＮフォトダイオードが
形成され、静電容量を持つが、分離領域では静電容量を
持たない。その結果、分離領域８５の面積分に相当する
静電容量が小さくなり、さらに応答速度が向上する。ま
た（ｂ）に示すように光が当たらなくてもよい分離領域
８５と拡散抵抗８４のところには、Ａｌなどからなる遮
光層８６を設けてある。

【００３６】上記の構成を用いて位置を検出するには、
従来のＰＳＤと同様に端子Ａ、Ｂから流れ出る電流を測
定し、前記式（２）を用いて受光の位置を算出すればよ
い。但し、従来のＰＳＤと違い、この場合の受光位置ｘ
は離散的な値をとる。すなわち同一フォトダイオードセ
ルに当たった光は常に同じ出力を出し、同じ位置として
算出される。従って位置の精度を上げるには、各フォト
ダイオードセルを微細化すればよい。

【００３７】次に上記構成における距離計測の流れを図
１４および図１５のフローチャートにしたがって説明す
る。まず。ステップ１００において、送光パルス幅を所
定の大きさに設定して初期化を行なう。続いてステップ
１０１において、送光ビームの方向を初期状態に設定す
る。ステップ１０２において、発光ダイオードを発光さ
せる。

【００３８】ステップ１０３において、受光した信号を
前回分に加えて積分して増幅する。そして増幅された受
光レベルが所定値より大きいかどうかの判断を行なう。
所定値より小さい場合は、ステップ１０４において、送
光回数が所定回数に達したかどうかの判断を行なう。送
光回数が所定回数に達していない場合は、ステップ１０
２に戻り、送光を続ける。送光回数が所定回数に達した
ならば、ステップ１０５において、送光ビームが全範囲
を走査したかどうかの判断を行なう。全範囲を走査して
いない場合は、ステップ１０６において、送光ビームを
Δθだけシフトさせる。全範囲を走査した場合は、ステ
ップ１０７において、送光パルス幅をΔｔ拡大してステ
ップ１０１に戻る。このように、光ビームは検知全範囲
を走査するとともに、送光パルス幅を拡大していき、検
知感度を上げながら標的を検出する。

【００３９】ステップ１０３で受光レベルが所定値より
大きいと判定されると、ステップ１０８で、送光してか
ら受光するまでの時間経過を測定する。ステップ１０９
において、その時間差から標的までの距離を算出し、ス
テップ１１０において、送光パルス幅から分解能を算出
する。ステップ１１１においては、ポテンショメータ７
６から送光ビームの送光方向θ１を算出するステップ１
１２において、前記式（２）に基づき標的の方角θ２を
算出する。ステップ１１３において、三角測量により標
的までの距離を算出し、ステップ１１４において三角測
量法の分解能を算出する。

【００４０】その後、ステップ１１５において、パルス
幅による分解能と三角測量による分解能とを比較し、時
間差によるレーダ測定の分解能が高い場合は、レーダ測
定距離を出力する。時間差によるレーダ測定の分解能が
低い場合は、三角測定距離を出力する。これによって、
分解能の高い距離測定値が出力される。

【００４１】その後ステップ１１９において、所定回数
の送光をしたかどうかを調べる。ＮＯの場合ステップ１
０２に戻り、新たに送光を行なう。ＹＥＳの場合は、ス
テップ１２０に進み、送光パルス幅をΔｔ縮小し、ステ
ップ１２１において所定回数の送受光を行なう。その結
果、受光レベルが所定値より大きい場合、ステップ１２
０に戻り、送光パルス幅をさらに縮小する。このように
ステップ１２２において、受光レベルが所定値以下と判
定されると、ステップ１２３において、送光パルス幅を
Δｔだけ拡大し、ステップ１０２に戻って、受光可能な
最小パルス幅で再度送、受光して距離検出を行なう。こ
のように、送光パルス幅を拡大しながら標的を検出し、
標的が検出されると送光パルス幅をΔｔで減らしてい
く。受光不可能になったところで送光パルス幅をΔｔだ
け拡大し、その受光可能な最小パルス幅で距離測定を行
なう。

【００４２】この実施例は、以上のように構成され、ス
イッチアレイを用いる第１の実施例に比べると構成が簡
単で、また走査制御をしなくてもよいので、信号処理装
置２’の構成が簡単になる。そしてＩ１、Ｉ２を同時に
検出できるので、スイッチ走査方式にかかる処理時間は
セル数に比例して増えるのに対し、ＰＳＤ方式の処理時
間が一定であるため、セル数の多いときにはスイッチア
レイを用いた走査方式より速く検出することができる。

【００４３】また従来のＰＳＤと比べ、受光位置検出用
の抵抗とＰｉＮフォトダイオードのアノードの両方を別
々に設けたため、設計の自由度が大きく、拡散抵抗８４
の抵抗値を十分に下げることができ、そして多数の小単
位となるＰｉＮダイオードはその接合容量が小さいた
め、光が照射されてから外部に信号電流を出すまでの時
間が短く、応答速度が向上する。

【００４４】図１６は、本発明の第３の実施例としてＰ
ＳＤのほかの構成を示す。この実施例は、図１３で示し
た第２の実施例の拡散抵抗８４の代わりに多結晶シリコ
ン抵抗８４Ａを用いたものである。そのほかの構成は第
３の実施例と同様である。図１６の（ａ）は平面パター
ン、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｙ−Ｚにおける断面図であ
る。

【００４５】多結晶シリコン抵抗８４Ａは、Ｎ⁺基板８
１上から生成されるのでなく、酸化膜８８を介して蒸着
して形成されている。各抵抗８４Ａが導線８７Ａを介し
て隣接の抵抗と接続されるとともにＰ⁺拡散層８３に接
続される。抵抗８４Ａの導電形はｐ形でもｎ形でも構わ
ない。また抵抗として先の図１３の拡散抵抗８４と同様
に導線８７Ａを用いず連続した一本の多結晶シリコンの
帯に複数のコンタクトを介して各フォトダイオードセル
と接続してもよい。本実施例は以上のように構成され、
多結晶抵抗を用いることで、抵抗における静電容量が減
少し、さらに応答速度を上げることができる。それによ
ってこれを用いるレーダは一層性能の向上が図れる。

【００４６】次に、本発明の第４の実施例としてさらに
検出速度を向上したＰＳＤを説明する。図１７は、その
構成を示す回路図である。ＰＳＤは各受光セルであるフ
ォトダイオードセル５’の出力がブロッキングダイオー
ド５”を介して抵抗Ｒの列に接続されている。ブロッキ
ングダイオード５”は光電流Ｉが流れる方向に接続され
ている。ブロッキングダイオードは光を受ける必要がな
いので遮光されても構わない。

【００４７】フォトダイオードセル５’が受光すると光
電流Ｉが流れ、抵抗上の電位が変動し、このときブロッ
キングダイオード５”が無ければ、その変動によって他
のフォトダイオードセルに変位電流が流れる。これはブ
ロッキングダイオードが無ければ全てのフォトダイオー
ドの接合静電容量が並列接続されているので静電容量が
大きくなるためである。

【００４８】そこで、フォトダイオードセル５’にブロ
ッキングダイオード５”を挿入することによって、ブロ
ッキングダイオード５”は微小な光電流Ｉを順方向に流
すだけの大きさがあれば十分なので、そのＰＮ接合面積
を十分に小さくすることができる。それによって静電容
量による変位電流が流れにくくなる。これは図１８の等
価回路図に示すようにブロッキンギダイオード５”の小
さい静電容量Ｃｊ１を各フォトダイオードセル５’の静
電容量Ｃｊ２と直列接続して全体の容量を小さくしたか
らである。

【００４９】ブロッキングダイオード５”は小さなダイ
オードで十分なので例えば多結晶シリコンダイオードを
用いてもよい。またＶｃｃは正の電源でなく負の電源を
用いてもよく、この場合には図１７で示すようなダイオ
ードを全て逆に接続すればよい。本実施例は、以上のよ
うに構成され、ブロッキングダイオードの挿入によって
ＰＳＤ全体の静電容量を小さくすることができ、その結
果働いていないフォトダイオードセルが切り離され、Ｐ
ＳＤの検出速度がさらに向上する。

【００５０】図１９及び図２０は、本発明の第５の実施
例の構成を示す。図２０は図１９の交流等価回路図であ
る。この実施例は第４の実施例のブロッキングダイオー
ド５”の代わりにバッファ９Ａを用いたものである。そ
の他の構成は第４の実施例と同様である。バッファ９Ａ
の構成として光電流Ｉを抵抗Ｒｓで受けて電圧に変換
し、変換された電圧をソースフォロワ形式のＭＯＳＦＥ
Ｔ９Ｃのゲートに印加する。その結果Ｉに比例した電流
ＡｌがＭＯＳＦＥＴ９Ｃのソースから流れ出て、端子
Ａ，Ｂからは電流ＡＩ２及びＡＩ１が流れ出る。このと
きバッファ９Ａの持つ高インピダンスでＡＩ１またはＡ
Ｉ２による変位電流が各フォトダイオードセルに流れ込
むことができなくなる。

【００５１】またバッファ９Ａ自身の出力静電容量ＣＡ
は、その値が小さいので、バッファ９Ａへ変位電流の流
入もしにくい。この結果、ＰＳＤの応答性が向上され
る。さらにバッファを設けることによって電流が増幅さ
れて大きくなるので検出が容易になるという効果も得ら
れる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、送出ビームを方向を変えながら送出し、標的で反射
された反射波をその反射角度に対応した受信手段に受信
するとともに、三角測量距離算出手段によりビームの送
出方向と受信手段の位置から算出された標的の方角とを
用い三角測量に基づき前記標的までの距離を算出する。
一方時間差距離算出手段がビームの送出から反射波が受
信されるまでの時間差に基づき前記標的までの距離を算
出して、検出値出力手段が三角測量による算出距離また
は前記時間差による算出距離を選択して距離検出値とし
て出力する。これにより、一回のビームの送、受信に、
二通りの距離測定を行ない、分解能の高い測定値を選び
出力するので、コストの上昇と装置の大型化といった問
題を招くことなく分解能の高い距離検出ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す図である。

【図２】実施例に用いられる位置検出装置の構成を示す
断面図である。

【図３】位置検出装置の等価回路図である。

【図４】距離検出原理を示す平面図である。

【図５】検出距離と分解能の関係を示す図である。

【図６】距離検出のためのフローチャートである。

【図７】誤検出判断のためのフローチャートである。

【図８】基準位置検出ための装置を示す図である。

【図９】本発明の第２の実施例の構成を示す図である。

【図１０】距離検出原理を示す平面図である。

【図１１】従来のＰＳＤの構成を示す断面図である。

【図１２】本実施例に用いられるＰＳＤの電気回路図で
ある。

【図１３】ＰＳＤの構成を示す断面図である。

【図１４】距離検出ためのフローチャートである。

【図１５】距離検出ためのフローチャートである。

【図１６】他のＰＳＤの構成を示す断面図である。

【図１７】他のＰＳＤの回路図である。

【図１８】光電流が発生するときの交流等価回路図であ
る。

【図１９】ほかのＰＳＤの回路図である。

【図２０】光電流が発生するときの交流等価回路図であ
る。

【符号の説明】

２、２’ 信号処理装置１発光ダイオード３標的４、６集光レンズ５’ フォトダイオード５” ブロッキングダイオード８フォドダイオードアレイ９スイッチアレイ９Ａバッファ（増幅器）５ＰＳＤ７ミラー２１、２１’ 演算部２２マイコン２３、２４バッファ２５、２６ドライブ７５ステップモータ７６ポテンショメータ７７円盤７８発光ダイオード７９フォトダイオード

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 31/12 Ｇ０１Ｓ 17/88 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁波などのビームを送出する送信手段
と、送出されたビームが標的で反射された反射波を受信
する受信手段と、前記ビームの送出方向を変化させる走
査手段と、前記ビームの送出方向を検出する方向検出手
段とを備え、前記受信手段は複数設けられ、各受信手段
がそれぞれの受信方向が異なるようにアレイ状に配置さ
れている距離計測装置において、前記反射波を受信した
受信手段の位置に基づいて前記標的の方角を算出する方
角算出手段と、前記ビームの送出方向と前記算出した標
的の方角から三角測量に基づき前記標的までの距離を算
出する三角測量距離算出手段と、前記ビーム送出から反
射波が受信されるまでの時間差から前記標的までの距離
を算出する時間差距離算出手段と、前記三角測量による
算出距離または前記時間差による算出距離を選択して距
離検出値として出力する検出値出力手段とを設けたこと
を特徴とする距離計測装置。
【請求項２】前記送信手段は、所定のパルス幅でビー
ムを送出し、所定の時間内に前記受信手段が反射波を受
信できなかった場合に、前記パルス幅を拡大して再送信
するようにしたことを特徴とする請求項１記載の距離計
測装置。
【請求項３】前記検出値出力手段は、前記三角測量に
よる算出距離または時間差による算出距離を所定値と比
較することによって、選択することを特徴とする請求項
１または２記載の距離計測装置。
【請求項４】前記所定値を受信した反射波の強度の関
数とすることを特徴とする請求項１、２または３記載の
距離計測装置。
【請求項５】前記所定値を前記送光方向の関数とする
ことを特徴とすることを請求項１、２または３記載の距
離計測装置。
【請求項６】前記三角測量距離算出手段は送光方向か
ら、前記時間差距離算出手段はビームのパルス幅からそ
れぞれ距離検出の分解能を算出し、前記検出値出力手段
は、分解能の高い算出距離を選択することを特徴とする
請求項１、２または３記載の距離計測装置。
【請求項７】前記検出値出力手段は、前記三角測量に
よる算出距離と前記時間差による算出距離を分解能範囲
内で比較し、一致した距離算出値がない場合に距離検出
に誤動作があったとして算出距離の出力を禁止するとと
もに誤検出警報を発することを特徴とする請求項１、
２、３、４、５または６記載の距離計測装置。
【請求項８】前記複数の受信手段の出力にそれぞれス
イッチが接続され、該スイッチを走査し受信した受信手
段を検知することにより前記標的の方角を得ることを特
徴とする請求項１、２、３、４、５、６または７記載の
距離計測装置。
【請求項９】各隣接している受信手段の出力の間に増
幅器が接続されるとともに両端から増幅器を介して検出
信号を出力し、該出力された検出信号の大きさで前記標
的の方角を得ることを特徴とする請求項１、２、３、
４、５、６または７記載の距離計測装置。
【請求項１０】各隣接している受信手段の出力の間に
抵抗が接続されるとともに両端から抵抗を介して検出信
号を出力し、該出力された検出信号の大きさで前記標的
の方角を得ることを特徴とする請求項１、２、３、４、
５、６または７記載の距離計測装置。
【請求項１１】前記送出手段は可視光または赤外光の
ビームを送出し、受信手段はフォトダイオードで構成さ
れていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、
６、７、８、９または１０記載の距離計測装置。