JPS60201276A - 距離測定装置 - 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】 ［発明の技術分野］ この発明は、特に光を用いた距離測定装置に関し、気象
状況に関係なく所望の反射体までの距離の測定結果を適
確に得られるようにした距離測定装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 近年、例えば車両の周囲に存在する障害物への衝突防止
、先行車への自動追従走行等を行なう装置において、レ
ーザ等を利用した光学式の距離測定装置を用いているも
のが種々提案されている。

当該距離測定装置は、光の出力から当該光の反射光の入
力までの伝播遅延時間に基づき反射体（障害物、先行車
等）の存在および距離を測定するもので、その原理とし
ては、例えば特開昭５８−２０３５２４号に詳しい。

ところで、このような光を利用して反射体までの距離を
測定する距離測定装置においては、その光学系の、例え
ば、レンズや窓ガラスなどに塵芥や水滴などがイ」着し
て、光学系が汚れると、距離測定能力が著しく劣下し、
正確な距離の測定が不可能である。このような汚れは、
当該距離測定装置を車載した場合には特に発生しやすい
。このため、距離測定装置としては、車両に装備するに
際して、光学系が塵芥や水滴などから保護されるように
配置することが必要である。これを実現すべく、例えば
特開昭５８−８０５１１に示す如き距離測定装置が従来
提案されている。

この距離測定装置は、第１図に示す如く、送光器２およ
び受光器３を車両のフロントガラス近傍の車室内に配置
することで、光学系が汚れることを防止すると共に、フ
ロントガラスが汚れたり雨、雪等が何着して光路が遮断
されるような場合であっても、ワイパ５の駆動によりこ
れらを除去して確実に先行車１までの距離測定を行なえ
るようにしたものである。なお、第１図において、４は
送光器２から出力した光が先行車１で反射して受光器３
に戻って来るまでの伝播遅延時間に基づき距離を演算す
る距離演算部、６は前記ワイパ５を駆動させるワイパ駆
動部である。

ところが、当該光路遮断は、光学系の汚れ等に・よって
発生りるだけでなく、雨、霧、雪等の気象条件下でも発
生することがある。すなわち、第２図において、送光器
２から出力した光は、本来先行車１で反射して受光器３
に戻って来るはずであλ るが、雨、霧、雪等の気象条件下では空気中に存在する
これらの粒子７によって先行車１に至るべき光路が遮ぎ
られ、これらの粒子７で反射して受光器３に戻って来て
しまうことがある。このような粒子７による反射が発生
すると、本来検出しようとしている先行車１までの距離
ではなく、光を反射した粒子までの距離を測定している
。

［発明の目的および概要］ この発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的と
しては、気象状況に関係なく所望の反射体までの距離の
測定結果を適確に得られるようにした距離測定装置を提
供することにある。

上記目的を達成するＩこめに、この発明は、第３図に示
す如く、距離演算手段５６が、光出力手段５０による光
の出力から受光手段５２により当該出力した光の反射体
による反射光の受光までの伝搬遅延時間に基づき当該反
射体までの距離を測定する距離測定装置において、前記
反射光の受光強度を測定する受光強度測定手段５８と、
空気中に４１１ｉ　ｔｌる粒子に光を出力したとぎの当
該粒子までの距離に対する反射光の受光強度範囲を予め
記憶り゛る記憶手段５４とを設け、距離信号出力決定手
段６０が測定した反射光の受光強度が当該反射光に是づ
き演算した距離に対応する予め記憶されている前記受光
強度範囲にあるとぎには、当該反射光に基づき演算した
距離を示す信号を出ノＪしないようにしたことを要旨と
する。

［発明の実施例］ 以下、図面を用いて、この発明の実施例を説明する。

第４図乃至第７図は、この発明を車両に用いた場合の一
実施例を示すもので、その特徴としては、反則体までの
測定距離が所定値以下で、且つ反射光の強度が所定強度
以下のときには、当該反射光が山、霧、雪等によるもの
であると判断して当該反射光に基づき測定した距離信号
を出力しないようにしｌこことにある。

まず、反射光が雨、霧、雪等によるものか否かの判断原
理を第８図を用いて説明する。

第８図は、予め実験からめられた自車両から反射体まで
の距ｍｉに対する受光強度Ｐの特性を示すグラフである
。ここでは、距離測定装置の最長測定可能距離文を Ｃｏａｘ　＝　１００　（ｍ）としている。同図におい
て、先行車等の反射体からの受光強度Ｐは反射体までの
距離文の四乗に反比例し、１　＝　１　ｍａｘのとき受
光強度Ｐは検出限界の強度Ｐｏと等しくなることから次
式が成立する。

Ｐ＝１０８Ｐｏ　／ｌ’ これに対し雨、霧、雪等の粒子が反射体となっている場
合の反射光の減衰は大きく、実測値では受光強度がＰｏ
に達゛リ−る距離は自車両から２０ｍ以内で観測され、
その受光強度は最大で２０ＰＯである。因みに例えば２
０ｍの距離だけ離れた先行車等の反射体による受光強度
Ｐは、Ｐ＝１０３Ｐｏにも達している。このように先行
車等の反則体からの受光強度と雨、霧、雪等の粒子から
の受光強度との差異が極めて大きいので、反射体までの
測定距離および反射体による受光強度に基づき、当該反
射体が１Ｉｌｌｊ距対象物か、あるいは測距対象物では
ない山、霧、雪等の粒子かの判別を行なうことができる
。

第４図は本実施例の構成概要を示１もので、１は測距対
象物である先行車、２は送光器、３は受光器、５はワイ
パ、６はワイパ駆動部、８は先行車１までの距離を測定
する信号処理部である。なＪ３、第４図において、７は
雨等の粒子である。

第５図は、前記信号処理部８の詳細を示す図である。９
は送光トリガ部で、一定周期Ｔ毎にトリガパルスを第４
図に示ず送光器２に設けられているレーザ発振器に出力
してパルスレーザを出ノｊさせる。さらに、このトリガ
パルスをＲ−Ｓフリツブ−ノ１」ツブ１３．２７のヒツ
ト端子（Ｓ）と一定１１、ｒ間τ１だ番ノハイレベル（
ト（）信号を出力するワンショットマルチバイブレータ
１４とカウンタ２３．２４のクリア端子（Ｃ）とマイク
ロコンピュータ３３に出力りる。一方、１０は第４図に
示す受光器３を４ｉ４成している反射光を電気信号に変
換する光電変換部で、光電変換された信号は、アンプ１
１を介して、コンパレータ１２の端子（ａ）とダイオー
ド２８を介してＡ／Ｄ変換器３１に出力される。なお、
Ａ／Ｄ変換器３１の入力にはアースとの間にコンデンサ
２９、抵抗３０が並列接続されている。前記コンパレー
タ１２は、端子（ｂ）が前述した受光強度の検出限界の
強度信号Ｐａに設定されており、光電変換部１０で光電
変換された信号と当該強度信号Ｐｏとを比較することで
反射光の有無を判別り′るもので、当該判別結果は前記
Ｒ−Ｓフリップフロップ１３のリセット端子（１（）と
ＡＮＤ回路２０．２１の端子（ｂ）に出力される。一方
、前記Ｒ−Ｓフリップフロップ１３は送光トリガ部９の
トリガパルスでセット、コンパレータ１２の出力信号で
リセツ（〜され、その出力信号はＮＯＲ回路１７の端子
（ｂ）およびＡＮＤ回路１８の端子（ｂ）に出力される
。Ｎ０Ｒ１路１７は、端子（ａ）が前記ワンショットマ
ルチバイブレータ１−４の出力端子に接続されており、
当該マルチバイブレータ１４の出力信号とＲ−Ｓフリッ
プフロップ１３の出力信号とのＮＯＲ処理信号を前記カ
ウンタ２３．２４の計数結果をラッチして前記マイクロ
コンピュータ３３に出力するラッチ回路２５．２６にラ
ッチ信号として出力する。ＡＮＤ回路１８は、端子（ａ
）が一定周波数ｆｏのクロックパルスを出力するクロッ
ク回路１６に接続されており、当該クロックパルスとＲ
−Ｓフリップ７０ツブ１３の出力信号とのＡＮＤ処理信
号を前記カウンタ２３のクロック端子（ＣＬ）と一定時
間τ２だ番プハイレベル（Ｈ）信号を出カリ−るワンシ
ョットマルチバイブレータ１５に出力する。前記クロッ
ク回路１６からのクロックパルスはＡＮＤ回路１９の端
子（ａ）にも出力されている。このＡＮＤ回路１９は、
端子（ｂ）が前記Ｒ−Ｓフリップ７０ツブ２７の出力端
子にＪ＆続されており、当該出力信号と前記クロックパ
ルスのＡＮＤ処理信号を前記カウンタ２４のクロック端
子（、ＣＬ）に出力する。前記Ｒ−Ｓフリップ７０ツブ
２７のリセット端子（Ｒ）には、前記ワンショットマル
チバイブレータ１５からの出力信号のインバータ回路２
２による反転信号と前記コンパレータ１２の出力信号と
のＡＮＤ処即を行なうＡＮＤ回路２０の出力端子に接続
されている。

前記ワンショットマルチバイブレータ１５からの出力信
号はＡＮＤ回路２１の端子（ａ）にも出力され、ＡＮＤ
回路２１は当該パルスと前記コンパレータ１２の出力信
号のＡＮＤ処理信号をラッチ信号として前記Ａ／Ｄ変換
器３１の出力信号をラッチして前記マイクロコンピュー
タ３３に出力するラッチ回路３２に出力する。

次に、本実施例の作用を天候が雨、霧、雪等の場合およ
びそうでない場合のマイクロコンピュータ３３へのデー
タ入力とマイクロコンピュータにおける処理とに大別し
て第６図および第７図を用いて説明する。なお、第６図
は信号処理回路８のタイムヂト一ト、第７図は前記マイ
クロコンビコータ３３の処理フローチャートである。

まず、雨、霧、雪等の悪天候ではない場合について第６
図の（＋＞領域のタイムチャートを用いて説明する。

送光１へリガ部９は一定周期Ｔ毎にトリガパルス（第６
図（Ａ＞参照）を出力するど共にレーザを送光器２より
パルス送光させる。当該トリガパルスの出力により、Ｒ
−８７リツプ７０ツブ１３はセットされ（第６図（Ｃ）
参照）、出力端子がハイレベル（Ｈ）となり、またＲ−
Ｓフリップ７０ツブ２７もセットされる。この結果ＡＮ
Ｄ回路１８および１９をゲートオープン状態にする。

これにより、クロック回路１６からのクロックパルスが
当該ＡＮＤ回路１８および１９を介してそれぞれカウン
タ２３および２４に供給開始され（第６図（Ｆ）、（１
）参照）、当該カウンタ２３および２４においてはクロ
ックパルスの計数を開始Ｊる。

一方、送光されＩこレーザは、距離１（ｒｒｌ）の先行
車１で反射して受光器３にとらえられ光電変換素子１０
で受光強度に応じた電気信号に変換されてアンプ１１で
増幅され、コンパレータ１２およびＡ／Ｄ変換器３１に
入力する。コンパレータ１２では、増幅した光電変換信
号を前記強度信号Ｐｏと比較し、光電変換信号が強度信
号Ｐｏを越える場合、すなわら受光強度が所定レベル以
上の場合にはエコーパルス（第６図（Ｂ）参照）を出力
する。Ｒ−Ｓフリップフロップ１３は、当該エコーパル
スのリセット端子（Ｒ）への入力により、出力端子がロ
ーレベル（Ｌ）信号にリセットされる（第６図（Ｃ）参
照）。

Ｒ−Ｓフリップ７０ツブ１３のリセットにより、ＡＮＤ
回路１８としてはゲートオープン状態が解除されるので
、カウンタ２３には、クロックパルスの供給が停止され
（第６図（Ｆ）参照）、Ｒ−８７リツプ７０ツブ１３の
出力端子がハイレベル（Ｈ）状態の時間、すなわち伝播
遅延時間ｔ２に入力したクロックパルスの計数結果が得
られることになる。クロックパルスの周波数は既知であ
るので、当該計数結果をラッチ回路２５が保持してマイ
クロコンピュータ３３に出力することで伝播遅延時間ｔ
２が算出でき（ｉｌ数結果×クロックパルスの発生間隔
時間）、これによって先行車１までの距離更が算出でき
る。次式はその算出式である。

愛＝Ｃ・（ｔ２／２）　（ｃ：光速） なお、当該ラッチ処理は、ワンショットマルチバイブレ
ータ１４の出力信号（第（５図（Ｄ）参照）と＋＜−Ｓ
フリップ７０ツブ１３の出力信号（第６図（Ｃ）参照）
のＮＯＲ回路１７によるＮＯＲ処理信号（第６図（Ｅ）
参照）を用いて、前記エコーパルス（第６図（Ｂ）参照
）が発生したときのみ行なうようにしている。具体的に
は次の通りである。第６図（Ｄ）に示ずパルス幅τ１は
、送光トリガ部９からのトリガパルス入力で発生するワ
ンショットマルチバイブレータ１４の出力である。

次式にτ１の値を示す。

ｔｕ＋ａｘ＜τｌ＜Ｔ 但し、ｊ　１ｎａＸは最長測定可能距離をレーザが伝ｆ
ｌｉするのに要する十分な時間を設定している。このこ
とは、ＮＯＲ回路１７の出力に第６図（Ｅ）の波形に示
される（Ｔ−τ１）のラッチ指令パルスを発生させるた
めであって、エコーパルス（第６図（Ｂ））の発生でリ
セットされるＲ−Ｓフリップフロップ１３のローレベル
（Ｌ）信号と、ワンショットマルチバイブレーク１４の
ローレベル（Ｌ）信号の入力で能動化されたＮＯＲ回路
１７の出ノｊをラッチ回路２５のラッチ指令端子（Ｌ）
に人力することによって、エコーパルスが発生したとき
のみカウンタ内容をラッチに保持する。

一方、前記ＡＮＤ回路１８のゲートオープン状態の解除
により、ワンショットマルチバイブレータ１５の出力と
しては、前記エコーパルス（第６図（Ｂ）参照）の立上
がりから時間τ２経過するまではハイレベル（）−１）
となっている（第６図（Ｇ）参照）。これにより、ＡＮ
Ｄ回路２１の出ノＪとしては、前記エコーパルス（第６
図（Ｂ）参照）が入ツノしている間はハイレベル（ト（
）を維持する（第６図ＬＪ）参照）。ラッチ回路３２は
、このエコーパルスの発生に伴うＡＮＤ回路２１からの
ハイレベル（］」）信号を入力して、このときにＡ／Ｄ
変換器３１でディジタル変換された前記光電変換信号を
ラッチしてマイクロコンピュータ３３に出力する。すな
わち、このラッチ処理によれば、エコーパルス発生時の
反射光強度、換言すれば送出したレーザが先行中１に反
射して戻って来た反射光の強度を得ることができる。

４Ｃお、ＡＮＤＩ回路２０としては、前記ワンショット
マルチバイブレータ１５がローレベル（Ｌ）状態になっ
てからゲートオープン状態となっているが、新たなエコ
ーパルスの入力がないため、その出力端子がハイレベル
（ｌ」）になることはない（第６図（Ｈ）参照）。この
ＩＣめ、Ｒ−Ｓノリツブノロツブ２７としては、リセッ
トされず、出力端子がハイレベル（Ｈ）状態を維持り−
るので、カウンタ２４にはクロックパルスが供給され続
けることになる（第６図（１）参照）。但し、カラ〕／
り２３．２４は、次の距離測定を開始すべく前記１へリ
ガパルス（第６図（Ａ）参照）によって計数結果がクリ
アされる。

次に、雨、霧、雪等の悪天候の場合について第６図の（
１１）領域のタイムチト−トを用いて説明する。

第６図（Ｂ）の（ｉ：）領域に示すｔｌと１２は送光器
２を出たレーザが空間に存在する雨、霧、雪等の粒子７
と、先行車１に反射して受光器３にとらえられた反射光
の伝播遅延時間を表わしている。この場合にコンパレー
タ１２から出力されるエコーパルスは２つである。

送光トリガ部９から送光器２を介してのレーザの送光お
よびトリガパルスの出力、さらには当該トリガパルスの
出力に伴う各回路部の駆動については、前述した悪天候
ではない場合と同じである。

このように各回路部が作動Ｄｔｌ始した状態で、まず雨
、霧、雪等の粒子７による反射光が受光器３にとらえら
れると、前述の場合と同様に、当該反射光は光電変換後
に増幅されコンパレータ１２に入力する。コンパレータ
１２において、当該反射光の強度が強度信号Ｐｏに達し
ない場合にはエコーパルスが出力されないので、後に受
光される先行車１による反射光によって前述したと同じ
回路動作がなされ伝播遅延時間ｔ２および反射光強度が
マイクロコンピュータ３３に出力される。

逆に、強度信号ＰＯに達した場合には、伝播ｄ延時間ｔ
ｌでエコーパルス（第６図（Ｂ）参照）が発生し、当該
エコーパルスの発生によって、前述した悪天候でない場
合と同じく、Ｒ−Ｓフリップフロップ１３がリセットさ
れ（第６図（Ｃ）参照）伝播遅延時間ｔ１に入力したク
ロックパルスの計数結果がカウンタ２３からラッチ２５
を介し−Ｃマイクロコンピュータ３３に出力されると共
に、伝播遅延時間Ｌ１で受光した反射光の強度がＡ／Ｄ
変換器３１からラッチ回路３２を介してマイクロコンピ
ュータ３３に出力されることになる（第６１図（Ｊ）参
照〉。

７’Ｊ、この伝播遅延時間ｔ１のエコーパルスの発生に
伴うＡＮＤ回路１８のゲートオープン状態の解除（第６
図（Ｆ）参照）により、ワンショットマルチバイブレー
タ１５の出力信号は、当該発生ｎ、ｉ点から肋間τ２経
過後にはローレベル（［）となっＣ１次のトリガパルス
の発生までこの状態を刹１持りる（第６図（Ｇ）参照）
。このため、ＡＮ　Ｄ回路２０としてはゲートオープン
状態になる。。

ここＣ１伝播′ｆｉ廷時１１ｊ２で先行車１によるレー
ザの反射光が受光器３を介して光電変換部１０に入力す
ると、コンパレータ１２からは新たなエコーパルス（第
６図（Ｂ）参照）が出力される。このエコーパルスは、
ゲートオープン状態にある前記ＡＮＤ回路２０を介して
伝播遅延Ｒ間ｔ１で発生したエコーパルスではリセット
されなかったＲ−８７リツプ７０ツブ２７のリセット端
子（Ｒ）に入力して（第６図（Ｈ）参照）、これをリセ
ットする（第６図（Ｉ）参照）。このリセットにより、
トリガパルスの発生時からゲートオープン状態となって
カウンタ２４にクロックパルスを供給し続けてい／、：
Ａ　Ｎ　Ｄ回路１９が、ゲートオフ状態に変わる（第６
図（１）参照）。したがって、カウンタ２４には、伝播
遅延時間ｔ２に入力したクロックパルス（第６図（１）
参照）の６１数結果が得られ、前述したＮＯＲ回路１７
からのラッチ信号によって、当該計数結果はラッチ回路
２６によりラッチされマイクロコンピュータ３３に出力
される。

次に、マイクロコンピュータ３３におＣノる処理を第７
図を用いて説明する。

マイクロコンピュータ３３は、前記エコーパルス（第６
図（Ｂ）参照）による反射体までの距離を演算して、演
算した距離値が適当な値か否か、寸なわち本来の測定対
象物である先行車までの距離か、あるいは雨、霧、雪等
の粒子までの距離かを判別して−、適正な距離値を出力
する機能を有する。次に詳細を説明する。

まずトリガパルス出ツノ後、最初に発生したエコーパル
スによる反射体までの距離ｊｌｔを前記ラッチ回路２５
からの計数結果に基づき演算する（ステップ１００）。

次に、この演算した距離豆１を雨、霧、雪等の粒子によ
る反射の疑いがある所定距１ｄｌ（例えば２０ｍ）と比
較する。この結果、１＋　＞２０ｍであれば演算した距
１ｉｆｔ　ＩＬ　Ｉが本来の測定対象物である先行車ま
での距離であると判断して、当該距離値斐１を図示しな
い表示部等に出ノノリ゛る（ステップ１１０．１２０）
。逆に、愛１≦２０ｍであれば演算した距離斐１が雨、
霧、雪等の粒子までの距離である疑いありと判断してそ
の真偽を確認すべくステップ１３０に進む。

ステップ１３０に進むと、前記最初のエコーパルスの発
生時における反則光の強度Ｐをラッチ回路３２から入ノ
ｊして、雨、霧、雪等の粒子による反射の疑いがある所
定強度（例えば２０Ｐｏ）と比較する（ステップ１３０
，１４０）。この結果、Ｐ＞２０Ｐｏであれば演算した
距離１１が雨、霧、雪等の粒子までの距離ではないと判
断して演算した距離１１を図示しない表示部等に出力Ｊ
る（ステップ１５０）。逆に、Ｐ≦２０Ｐｏであれば演
算した距１１ｔ　１　＋が雨、霧、雪等の粒子までの距
離であると判断して、ステップ１６０に進む。ステップ
１６０に進むと、悪天候による測距性能低下を報知する
と共に、前記最初のエコーパルスの次に発生したエコー
パルスによる距離１２を前記ラッチ回路２６からの計数
結果に基づき演算してこれを先行車までの距離として図
示しない表示部等に出力する（ステップ１６０〜１８０
）。

この測距性能低下の報知ｍ能により、本実施例に係る距
離測定装置を車間距離制御装置（例えば特開昭５８−２
０３５２４）等に利用した場合には、悪天候下にお参ノ
る安全性を向上することができる。

［発明の効果Ｊ 以上説明したように、この発明によれば、光の出力から
当該出力した光の反射光の受光までの伝Ｊｉｉｉｆｆ延
時間に基づき当該反射体までの距離を測定覆る距離測定
装置において、空気中に浮遊する粒子に光を出ツノした
ときの当該粒子までの距離に対Ｊる反射光の受光強度範
囲を予め記憶しておき、反射光の受光強度が当該反射光
に基づいて測定した距離に対応りる予め記憶されている
前記受光強度範囲にあるときには、当該反射光に基づい
て測定した距離を示り゛信号を出力しないようにしたの
で、山、霧、雪等の悪天候下であってもこれらの粒子に
よる誤測定を防止して、所望の反射体までの距離の測定
結果を適確に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の距離測定装置の構成図、第
３図はクレーム対応図、第４図はこの発明の一実施例を
示す図、第５図は当該実施例における信号処理部の回路
図、第６図は当該信号処理部の動作タイムチャート、第
７図は信号処理部におけるマイクロコンピュータの処理
フローを示１図、第８図は距離斐に対する受光強度Ｐの
特性変化図である。 ５０・・・光出力手段　５２・・・受光手段５４・・・
距離演算手段　５６・・・受光強度測定手段５８・・・
記憶手段 ６０・・・距離信号出力決定手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光を出力゛りる光出力手段と、当該出力した光の反射体
   による反射光を受光する受光手段と、光の出ツノから受
   光までの伝搬遅延時間に基づき前記反射体までの距離を
   演算する距離演算手段と、前記反射光の受光の強度を測
   定する受光強度測定手段と、空気中に浮遊する粒子に光
   を出力したときの当該粒子までの距離に対する反射光の
   受光強度範囲を予め記憶する記憶手段と、測定した反射
   光の受光強度が当該反射光に基づいて演算し１＝距離に
   対応する予め記憶されている前記受光強度範囲にあると
   ぎには、当該反射光に基づき演算した距離を示す信号を
   出力しない距離信号出力決定手段とを有することを特徴
   とする距離測定装置。