距離速度測定装置
【課題】スペクトル拡散方式による距離速度測定装置において、高精度に距離と速度を測定すること。
【解決手段】照射光を強度変調する拡散符号として、ＰＮ符号と周期符号との論理和をとった変調符号を用いる。周期符号の周期は、パルス幅の６倍以上とする。このような変調符号は、自己相関関数のピークが鋭いため、精度よく目標物までの距離を算出することができ。また、ローカル光と反射光とのビート信号をサンプリングする際に、周期符号の符号１のタイミングにおいては信号強度が０とはならないので、ビート信号を高精度に算出することができ、目標物の速度を共に高精度に測定することができる。
【解決手段】照射光を強度変調する拡散符号として、ＰＮ符号と周期符号との論理和をとった変調符号を用いる。周期符号の周期は、パルス幅の６倍以上とする。このような変調符号は、自己相関関数のピークが鋭いため、精度よく目標物までの距離を算出することができ。また、ローカル光と反射光とのビート信号をサンプリングする際に、周期符号の符号１のタイミングにおいては信号強度が０とはならないので、ビート信号を高精度に算出することができ、目標物の速度を共に高精度に測定することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標物に対して光を照射することにより、目標物の距離と速度を同時に測定する距離速度測定装置に関するものであり、特に拡散符号を用いて光を変調して照射するスペクトル拡散方式によるものである。
【背景技術】
【０００２】
目標物に光を照射し、その目標物による反射光を受光し、発光から受光までの時間を計測することで目標物までの距離を測定する方法が広く知られている。この方法では、散乱などによって測定精度が落ち、遠距離まで測定することができない。これを解決する方法として、スペクトル拡散方式による距離測定方法が知られている（特許文献１）。スペクトル拡散方式は、光をＰＮ符号などの拡散符号で変調して目標物に照射し、受光した反射光から拡散符号を復調し、変調した拡散符号と復調した拡散符号とで相互相関を取り、その相関ピークの位置から目標物までの距離を測定する。また、特許文献１では、駆動回路によって直接に出力を拡散符号で変調する方式（直接変調方式）を取っている。
【０００３】
また、特許文献２には、レーザー光を送信光とローカル光に分割し、送信光を擬似ランダム変調信号により変調し、送信光を目標物に照射して反射された光を受信し、その受信光とローカル光とのビート信号を生成し、ビート信号と擬似ランダム変調信号との相関信号の信号強度、周波数を解析することにより、目標物の距離、速度を測定することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３６８７２０
【特許文献２】特開２０００−３３８２４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スペクトル拡散方式において目標物の距離と速度を同時に測定しようとする場合、拡散符号で変調された光を照射するため、ドップラー周波数の算出のためビート信号をサンプリングする際に、符号が０の点でサンプリングしてしまう可能性があり、速度を高精度に測定することができなかった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、スペクトル拡散方式によって距離と速度を同時に測定する距離速度測定装置において、距離と速度の双方を高精度に測定する装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、光を拡散符号で変調して目標物に照射し、目標物からの反射光を受信して目標物までの距離、および目標物の速度を測定するスペクトル拡散方式による距離速度測定装置において、一定周期のクロックに同期して第１拡散符号を生成する第１拡散符号生成手段と、クロックに同期して第１拡散符号の１ビット長よりも長い周期を有した周期符号を生成する周期符号生成手段と、第１拡散符号と周期符号との論理和をとって第２拡散符号を生成する第２拡散符号生成手段と、照射光を出力する光源と、照射光を第２拡散符号で変調し、目標物に照射する送信手段と、目標物によって反射された反射光を受信して受信信号を生成する第１受信手段と、反射光と照射光とを混合して受信し、ビート信号を生成する第２受信手段と、受信信号と第２拡散符号生成手段が生成した第２拡散符号との相関関数を算出することで目標物までの距離を測定すると共に、ビート信号を周期符号が１のタイミングでサンプリングしてフーリエ変換し、ビート信号の周波数であるドップラー周波数を算出することで目標物の速度を測定する距離速度演算部と、を有することを特徴とする距離速度測定装置である。
【０００８】
第２の発明は、光を拡散符号で変調して目標物に照射し、目標物からの反射光を受信して目標物までの距離、および目標物の速度を測定するスペクトル拡散方式による距離速度測定装置において、一定周期のクロックに同期して第１拡散符号を生成する第１拡散符号生成手段と、クロックに同期して第１拡散符号の１ビット長よりも長い周期を有した周期符号を生成する周期符号生成手段と、第１拡散符号と周期符号との論理和をとって第２拡散符号を生成する第２拡散符号生成手段と、光源と、第２拡散符号にしたがって符号が０のときに出力が第１の値ｂ１、符号が１のときに出力が前記第１の値ｂ１よりも大きい第２の値ｂ２、となるよう光源を駆動して、第２拡散符号で変調された照射光を生成し、目標物に前記照射光を照射する送信手段と、目標物によって反射された反射光を受信して受信信号を生成する第１受信手段と、反射光と照射光とを混合して受信し、ビート信号を生成する第２受信手段と、受信信号と第２拡散符号生成手段が生成した第２拡散符号との相関関数を算出することで目標物までの距離を測定すると共に、ビート信号を周期符号が１のタイミングでサンプリングしてフーリエ変換し、ビート信号の周波数であるドップラー周波数を算出することで目標物の速度を測定する距離速度演算部と、を有することを特徴とする距離速度測定装置である。
【０００９】
第１、２の発明における目標物の距離の算出では、受信信号と第２拡散符号との相関関数を直接算出するのではなく、受信信号から第２拡散符号を復号し、その復号した第２拡散符号と第２拡散符号生成手段が生成した第２拡散符号との相関関数を算出するようにしてもよい。
【００１０】
第３の発明は、第２の発明において、距離速度演算部は、ビート信号の出力のうち、反射光の符号が１で照射光の符号が０のときの干渉の時間帯の信号強度をｂ２／ｂ１倍して補正する、ことを特徴とする距離速度測定装置である。
【００１１】
第４の発明は、第１の発明から第３の発明において、ビート信号のサンプリングは、サンプリングタイミングをずらして２回以上サンプリングを行うことを特徴とする距離速度測定装置である。
【００１２】
第５の発明は、第３の発明において、ビート信号のサンプリングは、クロック位相からπ／２遅延したタイミングと、３π／２遅延したタイミングの２回行うことを特徴とする距離速度測定装置である。
【００１３】
第６の発明は、第１の発明から第５の発明において、周期符号の周期は、符号のパルス幅の６倍以上とすることを特徴とする距離速度測定装置である。
【００１４】
第７の発明は、第１の発明から第６の発明において、周期符号の周期は、測定する目標物の最大速度をＶ、光源の波長をλとして、λ／（４Ｖ）以下とすることを特徴とする距離速度測定装置である。
【発明の効果】
【００１５】
第１、２の発明によると、ビート信号をサンプリングする際に、周期符号の符号１のタイミングにおいては信号強度が０とはならないので、目標物の速度を共に高精度に測定することができる。また、周期パルス信号の周期を第１拡散符号の１ビット長よりも長くしているため、第２拡散符号の自己相関ピークは高く、目標物の距離を測定する際も精度を悪化させることがない。
【００１６】
また、第３の発明によると、より高精度に目標物の速度を測定することができる。
【００１７】
また、第４、５の発明によると、少なくとも１つのサンプリングは、信号の立ち上がり、立ち下がりに入らないようにすることができるので、より精度よく速度を測定することができる。
【００１８】
また、第６、７の発明によると、第２拡散符号の自己相関関数のピークがより鋭くなるため、距離測定の精度をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１の距離速度測定装置の構成を示した図。
【図２】変調符号の構成を説明する図。
【図３】変調符号の自己相関関数と周期符号の周期Ｔとの関係を示した図。
【図４】ビート信号の波形を示した図。
【図５】実施例２の距離速度測定装置の構成を示した図。
【図６】ビート信号の波形を示した図。
【図７】ドップラー周波数をシミュレーションにより算出した結果を示した図。
【図８】ドップラー周波数をシミュレーションにより算出した結果を示した図。
【図９】クロック位相と受信信号の関係を示した図。
【図１０】クロック位相と受信信号の関係を示した図。
【図１１】クロック位相と受信信号の関係を示した図。
【図１２】クロック位相と受信信号の関係を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２１】
図１は、実施例１の距離速度測定装置の構成について示した図である。実施例１の距離速度測定装置は、レーザー１０と、強度変調器１１と、符号発生回路１２と、フォトダイオード１３Ａ、Ｂと、距離速度演算部１４と、スプリッタ１５、１６と、によって構成されている。
【００２２】
レーザー１０は、連続光を発光する狭帯域なレーザー光源であり、その中心波長はたとえば１５００ｎｍである。レーザー１０から出力される光は、スプリッタ１５によって分割され、一方は目標物に照射する照射光、他方はビート信号を生成するローカル光として用いる。ローカル光はフォトダイオード１３Ａに入力される。
【００２３】
符号生成回路１２は、一定周期τのクロックに同期してＰＮ符号（本発明における第１拡散符号）と周期符号を生成し、ＰＮ符号と周期符号との論理和をとって変調符号（本発明における第２拡散符号）を生成する（図２参照）。周期符号は、周期Ｔでパルス幅τの周期パルスである。周期Ｔはパルス幅τの整数倍である。ＰＮ符号はパルス幅（１ビット長）τのＭ系列やＧｏｌｄ系列などの符号である。
【００２４】
強度変調器１１は、レーザー１０が出力する照射光を、符号生成回路１２が生成する変調符号によって符号１で照射孔をほぼ透過し、符号０で光強度が０に強度変調する。その変調された照射光は、レンズ１７を通して目標物に照射される。
【００２５】
図３は、変調符号の自己相関関数と周期符号の周期Ｔとの関係を示した図である。周期Ｔが大きくなるほど自己相関関数のピークが鋭くなることがわかる。特に周期Ｔが６τ以上であれば、自己相関関数のピークは十分に鋭く、距離測定を高精度に行うことができる。
【００２６】
目標物に照射されて反射された反射光は、レンズ１８を通して受光し、スプリッタ１６によって分割され、一方はフォトダイオード１３Ｂに入力され、他方はローカル光と混合されてフォトダイオード１３Ａに入力される。フォトダイオード１３Ｂでは、反射光が電気信号である受信信号に変換され、受信信号は距離速度演算部１４に入力される。また、フォトダイオード１３Ａでは、ローカル光と反射光の混合によりビート信号に変換され、ビート信号は距離速度演算部１４に入力される。
【００２７】
なお、フォトダイオード１３Ａ、Ｂに替えて、フォトトランジスタなどの他の受光素子を用いてもよい。また、レーザー１０からレンズ１７、フォトダイオード１３Ａに至る光伝送路、およびレンズ１８からフォトダイオード１３Ａ、Ｂに至る光伝送路には、光ファイバーを用いることができる。もちろん空間を伝搬させてもよい。また、スプリッタ１５、１６に替えて光カプラを用いてもよい。
【００２８】
距離速度演算部１４では、フォトダイオード１３Ｂからの受信信号を用いて目標物の距離を以下のようにして算出する。距離速度演算部１４は復号器と相関器を有し、受信信号から変調符号を復号する。そして、その復号した変調符号と、符号発生回路からの変調符号との相互相関を相関器によって算出する。この相互相関関数のピーク位置によって、照射光が目標物によって反射されて戻ってくるまでの時間が分かり、目標物までの距離を算出することができる。ここで変調符号は、図３に示したように自己相関関数のピークが鋭い符号であるから、高精度に目標物の距離を算出することができる。
【００２９】
一方、距離速度演算部１４では、フォトダイオード１３Ａからのビート信号をサンプリングしてＦＦＴをすることでビート信号の周波数を算出し、その周波数（ドップラー周波数）から目標物の速度を算出する。ビート信号は、図４に示すように、正弦波の信号において、変調符号の符号１のタイミングでは信号強度が保持され、符号０のタイミングでは信号強度が０となった信号である。ここで、変調符号はＰＮ符号と周期符号との論理和をとった符号であるから、その周期符号の符号１となる周期Ｔのタイミングでは信号強度が必ず保持されている。したがって、周期符号の符号１のタイミングでビート信号をサンプリングすることで、信号強度が０となるタイミングを回避して信号強度が保持された状態を必ずサンプリングすることができ、ビート信号の周波数を高精度に算出することができる。なお、周期Ｔは、照射光の波長をλ、目標物の最大速度をＶとして、λ／（４Ｖ）以下とすることが望ましい。速度Ｖによって発生するドラップ周波数ｆｄ＝２Ｖ／λをフーリエ解析を用いてスペクトル解析すると、サンプリング周波数ｆｓ≧２ｆｄ＝４Ｖ／λで、周期Ｔ＝１／ｆｓ≦１／（２ｆｄ）＝λ／（４Ｖ）となるためである。
【００３０】
ビート信号のサンプリング手順についてより詳しく説明する。まず、周期τで位相差π／２のタイミングをずらして２回サンプリングを行う。図４において点線の矢印と直線の矢印で示したタイミングである。２回サンプリングを行うのは、反射光がフォトダイオード１３Ａに到達するタイミングが不定であるために、ビート信号の立ち上がり、立ち下がりのタイミングでサンプリングをしてしまわないようにするためである。２回サンプリングすれば、これにより得られる２つのサンプリングデータのうち、少なくとも一方はビート信号の立ち上がり、立ち下がりを回避することができる。もちろん、２回以上サンプリングを行ってもよい。２回のサンプリングのタイミングは、たとえばクロック位相のπ／２と３π／２のタイミングである。ローカル光と反射光の時間遅延を考慮して、遅延時間分サンプリングのタイミングを遅らせてもよい。
【００３１】
次に、２組のサンプリングデータのうち一方を選択し、他方を破棄する。相関器での参照光の受信時刻を参照して、受信時刻がｋＴ＋Ｔ／４とｋＴ＋３Ｔ／４のどちらに近いかを判定し、ｋＴ＋Ｔ／４に近い場合はクロックの３π／２遅延のタイミングでサンプリングしたデータを保持し、ｋＴ＋３Ｔ／４に近い場合はクロックのπ／２遅延のタイミングでサンプリングしたデータを保持する。ここで、ｋは正の整数、Ｔは周期符号の周期である。
【００３２】
図９のように、ビート信号（ヘテロダイン信号）の受信時刻がクロック位相の０〜π／２の間にある場合、クロック立ち上がりや、π／２遅延のタイミングでは、ビート信号の立ち上がりに入る可能性があり、サンプリング時刻として使用することができない。一方、クロック立ち上がりや、３π／２遅延のタイミングではサンプリング可能である。また、図１０のように、ビート信号の受信時刻がクロック位相のπ／２〜πの間にある場合、同様にビート信号の立ち上がりに入る可能性から、π／２遅延やπ遅延のタイミングはサンプリング時刻として使用できず、クロック立ち上がりもスパイクノイズ発生の可能性があるため使用することはできない。そのため、３π／２遅延のタイミングのみが使用可能である。また、図１１のように、受信時刻がπ〜３π／２の間にある場合、同様にビート信号の立ち上がりに入る可能性から、クロック立ち下がりや３π／２遅延のタイミングはサンプリング時刻として使用できず、クロック立ち上がりもスパイクノイズ発生の可能性があるため使用することはできない。そのため、クロックπ／２遅延のタイミングのみが使用可能である。また、図１２のように、受信時刻が３π／２〜２πにある場合、ート信号の立ち上がりに入る可能性から、３π／２遅延のタイミングやクロック立ち上がりはサンプリング時刻として使用できない。そのため、クロックπ／２遅延やクロック立ち上がりのタイミングがサンプリングタイミングとして使用可能である。以上図９〜１２から、クロックのπ／２遅延と３π／２遅延のタイミングの２つのタイミングでサンプリングすれば、受信時刻に位相のずれがあったとしても、２つのタイミングのうち少なくとも一方は正しくサンプリングすることができることがわかる。
【００３３】
次に、サンプリングデータのうち、周期符号の符号１のタイミングのデータのみを残す。これにより、サンプリング周期はτからＴへと変換される。
【００３４】
次に、周期がＴに変換されたサンプリングデータをＦＦＴしてドップラー周波数ｆｄを算出し、そのドップラー周波数ｆｄからλ＊ｆｄ／２（λは照射光の波長）によって目標物の速度を算出する。
【００３５】
以上、実施例１の距離速度測定装置によれば、スペクトル拡散方式の距離速度測定装置において、ドップラー周波数を高精度に算出することができ、目標物の速度を高精度に測定することができる。また、照射光を変調する変調符号の自己相関関数のピークが鋭いため、目標物の距離も高精度に測定することができる。
【実施例２】
【００３６】
図は、実施例２の距離速度測定装置の構成について示した図である。実施例２の距離速度測定装置は、レーザー２０と、駆動回路２１と、符号生成回路２２と、フォトダイオード２３Ａ、Ｂと、距離速度演算部２４と、スプリッタ２５、２６と、によって構成されている。符号生成回路２２は、実施例１の符号生成回路１２と同様であり、ＰＮ符号と周期符号との論理和をとって変調符号を生成する。
【００３７】
レーザー２０は、連続光を発光する狭帯域なレーザー光源であり、駆動回路２１によって光強度が制御される。駆動回路２１は、符号生成回路２２からの変調符号に基づいて、レーザー２０から出力される照射光の光強度が、符号１に対して光強度ｂ２、符号０に対して光強度ｂ１（＜ｂ２）となるように制御する。レーザー２０から出力される照射光は、スプリッタ２５によって分割され、一方は目標物に照射する照射光、他方はビート信号を生成するローカル光として用いる。照射光はレンズ２７を通して目標物に照射され、ローカル光はフォトダイオード１３Ａに入力される。
【００３８】
目標物に照射されて反射された反射光は、レンズ２８を通して受光し、スプリッタ２６によって分割され、一方はフォトダイオード２３Ｂに入力され、他方はローカル光と混合されてフォトダイオード２３Ａに入力される。フォトダイオード２３Ｂでは、反射光が電気信号である受信信号に変換され、受信信号は距離速度演算部２４に入力される。また、フォトダイオード２３Ａでは、ローカル光と反射光の混合によりビート信号に変換され、ビート信号は距離速度演算部２４に入力される。
【００３９】
距離速度演算部２４では、実施例１の場合と同様にして、フォトダイオード２３Ｂからの受信信号を用いて目標物の距離を算出する。変調符号は実施例１のように自己相関関数のピークが鋭い符号であるから、高精度に目標物の距離を算出することができる。
【００４０】
また、距離速度演算部２４では、フォトダイオード２３Ａからのビート信号をサンプリングしてＦＦＴをすることでビート信号の周波数を算出し、その周波数（ドップラー周波数）から目標物の速度を算出する。
【００４１】
ここで、実施例１の場合はローカル光は連続光であったが、実施例２ではローカル光は変調符号により強度変調された光である。そのため、実施例２のビート信号の波形は、実施例１のビート信号の波形よりも正弦波から崩れた波形となり、ビート信号の周波数の測定精度が悪化してしまう。このような波形の崩れは、ローカル光の変調符号の符号０と、反射光の変調符号の符号１とで干渉する場合、または、ローカル光の変調符号の符号１と、反射光の変調符号の符号０とで干渉する場合とがあるためである。この２つの場合のうち、ビート信号をサンプリングするのは反射光の変調符号の符号１のタイミングであるので（詳細なサンプリング手法にしては後述）、その場合について、信号強度をｂ２／ｂ１倍して補正し、より正弦波に近い波形とすることで、ビート信号の周波数をより正確に算出することができる。図６は、この補正を行ったビート信号の波形について示した図である。正弦波に近い波形が得られていることがわかる。なお、この補正は、以下に示すビート信号のサンプリングの後に行う。
【００４２】
ビート信号のサンプリング手順についてより詳しく説明する。ビート信号のサンプリングは、実施例１の場合と同様に、サンプリングタイミングをずらして２回行う。図６のように、補正後のビート信号には、ローカル光の立ち上がりや立ち下がりの部分でスパイクノイズが発生可能性があるので、これを回避するようなサンプリングを行う必要がある。そこで、サンプリングタイミングは、クロック位相のπ／２と３π／２のタイミングの２回行う。これにより、スパイクノイズを回避してサンプリングを行うことができる。ローカル光と反射光の時間遅延を考慮して、遅延時間分サンプリングのタイミングを遅らせてもよい。すなわち、遅延時間をφとして、クロック位相の（π／２）＋φと（３π／２）＋φのタイミングでサンプリングを行うようにしてもよい。
【００４３】
次に、クロック位相のπ／２と３π／２のタイミングでサンプリングした２組のサンプリングデータのうち、一方を選択し、他方を破棄する。これは実施例１で説明したことと同様にして選択する。
【００４４】
次に、サンプリングデータのうち、周期符号の符号１のタイミングのデータのみを残す。これにより、サンプリング周期はτからＴへと変換される。このデータは、ローカル光の変調符号の符号０と反射光の変調符号の符号１とで干渉した場合と、ローカル光の変調符号の符号１と反射光の変調符号の符号１とで干渉した場合のデータとを含んでいる。
【００４５】
次に、サンプリングしたデータが、ローカル光の変調符号の符号０と反射光の変調符号の符号１とで干渉した場合と、ローカル光の変調符号の符号１と反射光の変調符号の符号１とで干渉した場合とのどちらであるかを判定する。ローカル光の変調符号の符号０と反射光の変調符号の符号１とで干渉した場合のデータである場合には、信号強度をｂ２／ｂ１倍する補正を行う。ローカル光の変調符号の符号１と反射光の変調符号の符号１とで干渉した場合のデータである場合には、信号強度を補正せず維持する。
【００４６】
次に、上記補正がされたサンプリングデータをＦＦＴしてドップラー周波数を算出し、そのドップラー周波数から目標物の速度を算出する。
【００４７】
図７は目標物の速度を１ｍ／ｓとした場合、図８は１１．１１ｍ／ｓとした場合のドップラー周波数をシミュレーションにより求めた結果である。１ビット長τは５ｎｓ、周期符号の周期Ｔは３０ｎｓとした。また、それぞれの場合について、雑音無し、ＳＮＲが０ｄＢ、−１０ｄＢ、−２０ｄＢの４通りでシミュレーションを行った。目標物の速度１ｍ／ｓの場合、実際のドップラー周波数１．２９ＭＨｚとの間に０．２４８５ＭＨｚの誤差があり、１１．１１ｍ／ｓの場合、実際のドップラー周波数１４．３３７ＭＨｚとの間に０．０１１ＭＨｚの誤差があった。この結果から、実施例２の距離速度測定装置によって高精度に目標物の速度を測定できることがわかる。また、目標物の速度が速いほど高精度に測定できることが推察される。また、ＳＮＲが−２０ｄＢまでの範囲では、雑音に影響されずに目標物の速度を測定できることがわかる。
【００４８】
以上、実施例２の距離速度測定装置によれば、スペクトル拡散方式の距離速度測定装置において、スパイクノイズを回避するようにサンプリングし、信号強度の補正を行っているため、ドップラー周波数を高精度に算出することができ、目標物の速度を高精度に測定することができる。また、実施例１の距離速度測定装置と同様に、高精度に目標物の距離を測定することができる。実施例１の距離速度測定装置で用いた強度変調器は高価であるため、これを用いない実施例２の距離速度測定装置は実施例１の距離速度測定装置よりも安価に製造できる利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、車載レーダ装置などに応用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０、２０：レーザー
１１：強度変調器
１２、２２：符号生成回路
１３Ａ、Ｂ、２３Ａ、Ｂ：フォトダイオード
１４、２４：距離速度演算部
１５、１６、２５、２６：スプリッタ
２１：駆動回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標物に対して光を照射することにより、目標物の距離と速度を同時に測定する距離速度測定装置に関するものであり、特に拡散符号を用いて光を変調して照射するスペクトル拡散方式によるものである。
【背景技術】
【０００２】
目標物に光を照射し、その目標物による反射光を受光し、発光から受光までの時間を計測することで目標物までの距離を測定する方法が広く知られている。この方法では、散乱などによって測定精度が落ち、遠距離まで測定することができない。これを解決する方法として、スペクトル拡散方式による距離測定方法が知られている（特許文献１）。スペクトル拡散方式は、光をＰＮ符号などの拡散符号で変調して目標物に照射し、受光した反射光から拡散符号を復調し、変調した拡散符号と復調した拡散符号とで相互相関を取り、その相関ピークの位置から目標物までの距離を測定する。また、特許文献１では、駆動回路によって直接に出力を拡散符号で変調する方式（直接変調方式）を取っている。
【０００３】
また、特許文献２には、レーザー光を送信光とローカル光に分割し、送信光を擬似ランダム変調信号により変調し、送信光を目標物に照射して反射された光を受信し、その受信光とローカル光とのビート信号を生成し、ビート信号と擬似ランダム変調信号との相関信号の信号強度、周波数を解析することにより、目標物の距離、速度を測定することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３６８７２０
【特許文献２】特開２０００−３３８２４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スペクトル拡散方式において目標物の距離と速度を同時に測定しようとする場合、拡散符号で変調された光を照射するため、ドップラー周波数の算出のためビート信号をサンプリングする際に、符号が０の点でサンプリングしてしまう可能性があり、速度を高精度に測定することができなかった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、スペクトル拡散方式によって距離と速度を同時に測定する距離速度測定装置において、距離と速度の双方を高精度に測定する装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、光を拡散符号で変調して目標物に照射し、目標物からの反射光を受信して目標物までの距離、および目標物の速度を測定するスペクトル拡散方式による距離速度測定装置において、一定周期のクロックに同期して第１拡散符号を生成する第１拡散符号生成手段と、クロックに同期して第１拡散符号の１ビット長よりも長い周期を有した周期符号を生成する周期符号生成手段と、第１拡散符号と周期符号との論理和をとって第２拡散符号を生成する第２拡散符号生成手段と、照射光を出力する光源と、照射光を第２拡散符号で変調し、目標物に照射する送信手段と、目標物によって反射された反射光を受信して受信信号を生成する第１受信手段と、反射光と照射光とを混合して受信し、ビート信号を生成する第２受信手段と、受信信号と第２拡散符号生成手段が生成した第２拡散符号との相関関数を算出することで目標物までの距離を測定すると共に、ビート信号を周期符号が１のタイミングでサンプリングしてフーリエ変換し、ビート信号の周波数であるドップラー周波数を算出することで目標物の速度を測定する距離速度演算部と、を有することを特徴とする距離速度測定装置である。
【０００８】
第２の発明は、光を拡散符号で変調して目標物に照射し、目標物からの反射光を受信して目標物までの距離、および目標物の速度を測定するスペクトル拡散方式による距離速度測定装置において、一定周期のクロックに同期して第１拡散符号を生成する第１拡散符号生成手段と、クロックに同期して第１拡散符号の１ビット長よりも長い周期を有した周期符号を生成する周期符号生成手段と、第１拡散符号と周期符号との論理和をとって第２拡散符号を生成する第２拡散符号生成手段と、光源と、第２拡散符号にしたがって符号が０のときに出力が第１の値ｂ１、符号が１のときに出力が前記第１の値ｂ１よりも大きい第２の値ｂ２、となるよう光源を駆動して、第２拡散符号で変調された照射光を生成し、目標物に前記照射光を照射する送信手段と、目標物によって反射された反射光を受信して受信信号を生成する第１受信手段と、反射光と照射光とを混合して受信し、ビート信号を生成する第２受信手段と、受信信号と第２拡散符号生成手段が生成した第２拡散符号との相関関数を算出することで目標物までの距離を測定すると共に、ビート信号を周期符号が１のタイミングでサンプリングしてフーリエ変換し、ビート信号の周波数であるドップラー周波数を算出することで目標物の速度を測定する距離速度演算部と、を有することを特徴とする距離速度測定装置である。
【０００９】
第１、２の発明における目標物の距離の算出では、受信信号と第２拡散符号との相関関数を直接算出するのではなく、受信信号から第２拡散符号を復号し、その復号した第２拡散符号と第２拡散符号生成手段が生成した第２拡散符号との相関関数を算出するようにしてもよい。
【００１０】
第３の発明は、第２の発明において、距離速度演算部は、ビート信号の出力のうち、反射光の符号が１で照射光の符号が０のときの干渉の時間帯の信号強度をｂ２／ｂ１倍して補正する、ことを特徴とする距離速度測定装置である。
【００１１】
第４の発明は、第１の発明から第３の発明において、ビート信号のサンプリングは、サンプリングタイミングをずらして２回以上サンプリングを行うことを特徴とする距離速度測定装置である。
【００１２】
第５の発明は、第３の発明において、ビート信号のサンプリングは、クロック位相からπ／２遅延したタイミングと、３π／２遅延したタイミングの２回行うことを特徴とする距離速度測定装置である。
【００１３】
第６の発明は、第１の発明から第５の発明において、周期符号の周期は、符号のパルス幅の６倍以上とすることを特徴とする距離速度測定装置である。
【００１４】
第７の発明は、第１の発明から第６の発明において、周期符号の周期は、測定する目標物の最大速度をＶ、光源の波長をλとして、λ／（４Ｖ）以下とすることを特徴とする距離速度測定装置である。
【発明の効果】
【００１５】
第１、２の発明によると、ビート信号をサンプリングする際に、周期符号の符号１のタイミングにおいては信号強度が０とはならないので、目標物の速度を共に高精度に測定することができる。また、周期パルス信号の周期を第１拡散符号の１ビット長よりも長くしているため、第２拡散符号の自己相関ピークは高く、目標物の距離を測定する際も精度を悪化させることがない。
【００１６】
また、第３の発明によると、より高精度に目標物の速度を測定することができる。
【００１７】
また、第４、５の発明によると、少なくとも１つのサンプリングは、信号の立ち上がり、立ち下がりに入らないようにすることができるので、より精度よく速度を測定することができる。
【００１８】
また、第６、７の発明によると、第２拡散符号の自己相関関数のピークがより鋭くなるため、距離測定の精度をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１の距離速度測定装置の構成を示した図。
【図２】変調符号の構成を説明する図。
【図３】変調符号の自己相関関数と周期符号の周期Ｔとの関係を示した図。
【図４】ビート信号の波形を示した図。
【図５】実施例２の距離速度測定装置の構成を示した図。
【図６】ビート信号の波形を示した図。
【図７】ドップラー周波数をシミュレーションにより算出した結果を示した図。
【図８】ドップラー周波数をシミュレーションにより算出した結果を示した図。
【図９】クロック位相と受信信号の関係を示した図。
【図１０】クロック位相と受信信号の関係を示した図。
【図１１】クロック位相と受信信号の関係を示した図。
【図１２】クロック位相と受信信号の関係を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２１】
図１は、実施例１の距離速度測定装置の構成について示した図である。実施例１の距離速度測定装置は、レーザー１０と、強度変調器１１と、符号発生回路１２と、フォトダイオード１３Ａ、Ｂと、距離速度演算部１４と、スプリッタ１５、１６と、によって構成されている。
【００２２】
レーザー１０は、連続光を発光する狭帯域なレーザー光源であり、その中心波長はたとえば１５００ｎｍである。レーザー１０から出力される光は、スプリッタ１５によって分割され、一方は目標物に照射する照射光、他方はビート信号を生成するローカル光として用いる。ローカル光はフォトダイオード１３Ａに入力される。
【００２３】
符号生成回路１２は、一定周期τのクロックに同期してＰＮ符号（本発明における第１拡散符号）と周期符号を生成し、ＰＮ符号と周期符号との論理和をとって変調符号（本発明における第２拡散符号）を生成する（図２参照）。周期符号は、周期Ｔでパルス幅τの周期パルスである。周期Ｔはパルス幅τの整数倍である。ＰＮ符号はパルス幅（１ビット長）τのＭ系列やＧｏｌｄ系列などの符号である。
【００２４】
強度変調器１１は、レーザー１０が出力する照射光を、符号生成回路１２が生成する変調符号によって符号１で照射孔をほぼ透過し、符号０で光強度が０に強度変調する。その変調された照射光は、レンズ１７を通して目標物に照射される。
【００２５】
図３は、変調符号の自己相関関数と周期符号の周期Ｔとの関係を示した図である。周期Ｔが大きくなるほど自己相関関数のピークが鋭くなることがわかる。特に周期Ｔが６τ以上であれば、自己相関関数のピークは十分に鋭く、距離測定を高精度に行うことができる。
【００２６】
目標物に照射されて反射された反射光は、レンズ１８を通して受光し、スプリッタ１６によって分割され、一方はフォトダイオード１３Ｂに入力され、他方はローカル光と混合されてフォトダイオード１３Ａに入力される。フォトダイオード１３Ｂでは、反射光が電気信号である受信信号に変換され、受信信号は距離速度演算部１４に入力される。また、フォトダイオード１３Ａでは、ローカル光と反射光の混合によりビート信号に変換され、ビート信号は距離速度演算部１４に入力される。
【００２７】
なお、フォトダイオード１３Ａ、Ｂに替えて、フォトトランジスタなどの他の受光素子を用いてもよい。また、レーザー１０からレンズ１７、フォトダイオード１３Ａに至る光伝送路、およびレンズ１８からフォトダイオード１３Ａ、Ｂに至る光伝送路には、光ファイバーを用いることができる。もちろん空間を伝搬させてもよい。また、スプリッタ１５、１６に替えて光カプラを用いてもよい。
【００２８】
距離速度演算部１４では、フォトダイオード１３Ｂからの受信信号を用いて目標物の距離を以下のようにして算出する。距離速度演算部１４は復号器と相関器を有し、受信信号から変調符号を復号する。そして、その復号した変調符号と、符号発生回路からの変調符号との相互相関を相関器によって算出する。この相互相関関数のピーク位置によって、照射光が目標物によって反射されて戻ってくるまでの時間が分かり、目標物までの距離を算出することができる。ここで変調符号は、図３に示したように自己相関関数のピークが鋭い符号であるから、高精度に目標物の距離を算出することができる。
【００２９】
一方、距離速度演算部１４では、フォトダイオード１３Ａからのビート信号をサンプリングしてＦＦＴをすることでビート信号の周波数を算出し、その周波数（ドップラー周波数）から目標物の速度を算出する。ビート信号は、図４に示すように、正弦波の信号において、変調符号の符号１のタイミングでは信号強度が保持され、符号０のタイミングでは信号強度が０となった信号である。ここで、変調符号はＰＮ符号と周期符号との論理和をとった符号であるから、その周期符号の符号１となる周期Ｔのタイミングでは信号強度が必ず保持されている。したがって、周期符号の符号１のタイミングでビート信号をサンプリングすることで、信号強度が０となるタイミングを回避して信号強度が保持された状態を必ずサンプリングすることができ、ビート信号の周波数を高精度に算出することができる。なお、周期Ｔは、照射光の波長をλ、目標物の最大速度をＶとして、λ／（４Ｖ）以下とすることが望ましい。速度Ｖによって発生するドラップ周波数ｆｄ＝２Ｖ／λをフーリエ解析を用いてスペクトル解析すると、サンプリング周波数ｆｓ≧２ｆｄ＝４Ｖ／λで、周期Ｔ＝１／ｆｓ≦１／（２ｆｄ）＝λ／（４Ｖ）となるためである。
【００３０】
ビート信号のサンプリング手順についてより詳しく説明する。まず、周期τで位相差π／２のタイミングをずらして２回サンプリングを行う。図４において点線の矢印と直線の矢印で示したタイミングである。２回サンプリングを行うのは、反射光がフォトダイオード１３Ａに到達するタイミングが不定であるために、ビート信号の立ち上がり、立ち下がりのタイミングでサンプリングをしてしまわないようにするためである。２回サンプリングすれば、これにより得られる２つのサンプリングデータのうち、少なくとも一方はビート信号の立ち上がり、立ち下がりを回避することができる。もちろん、２回以上サンプリングを行ってもよい。２回のサンプリングのタイミングは、たとえばクロック位相のπ／２と３π／２のタイミングである。ローカル光と反射光の時間遅延を考慮して、遅延時間分サンプリングのタイミングを遅らせてもよい。
【００３１】
次に、２組のサンプリングデータのうち一方を選択し、他方を破棄する。相関器での参照光の受信時刻を参照して、受信時刻がｋＴ＋Ｔ／４とｋＴ＋３Ｔ／４のどちらに近いかを判定し、ｋＴ＋Ｔ／４に近い場合はクロックの３π／２遅延のタイミングでサンプリングしたデータを保持し、ｋＴ＋３Ｔ／４に近い場合はクロックのπ／２遅延のタイミングでサンプリングしたデータを保持する。ここで、ｋは正の整数、Ｔは周期符号の周期である。
【００３２】
図９のように、ビート信号（ヘテロダイン信号）の受信時刻がクロック位相の０〜π／２の間にある場合、クロック立ち上がりや、π／２遅延のタイミングでは、ビート信号の立ち上がりに入る可能性があり、サンプリング時刻として使用することができない。一方、クロック立ち上がりや、３π／２遅延のタイミングではサンプリング可能である。また、図１０のように、ビート信号の受信時刻がクロック位相のπ／２〜πの間にある場合、同様にビート信号の立ち上がりに入る可能性から、π／２遅延やπ遅延のタイミングはサンプリング時刻として使用できず、クロック立ち上がりもスパイクノイズ発生の可能性があるため使用することはできない。そのため、３π／２遅延のタイミングのみが使用可能である。また、図１１のように、受信時刻がπ〜３π／２の間にある場合、同様にビート信号の立ち上がりに入る可能性から、クロック立ち下がりや３π／２遅延のタイミングはサンプリング時刻として使用できず、クロック立ち上がりもスパイクノイズ発生の可能性があるため使用することはできない。そのため、クロックπ／２遅延のタイミングのみが使用可能である。また、図１２のように、受信時刻が３π／２〜２πにある場合、ート信号の立ち上がりに入る可能性から、３π／２遅延のタイミングやクロック立ち上がりはサンプリング時刻として使用できない。そのため、クロックπ／２遅延やクロック立ち上がりのタイミングがサンプリングタイミングとして使用可能である。以上図９〜１２から、クロックのπ／２遅延と３π／２遅延のタイミングの２つのタイミングでサンプリングすれば、受信時刻に位相のずれがあったとしても、２つのタイミングのうち少なくとも一方は正しくサンプリングすることができることがわかる。
【００３３】
次に、サンプリングデータのうち、周期符号の符号１のタイミングのデータのみを残す。これにより、サンプリング周期はτからＴへと変換される。
【００３４】
次に、周期がＴに変換されたサンプリングデータをＦＦＴしてドップラー周波数ｆｄを算出し、そのドップラー周波数ｆｄからλ＊ｆｄ／２（λは照射光の波長）によって目標物の速度を算出する。
【００３５】
以上、実施例１の距離速度測定装置によれば、スペクトル拡散方式の距離速度測定装置において、ドップラー周波数を高精度に算出することができ、目標物の速度を高精度に測定することができる。また、照射光を変調する変調符号の自己相関関数のピークが鋭いため、目標物の距離も高精度に測定することができる。
【実施例２】
【００３６】
図は、実施例２の距離速度測定装置の構成について示した図である。実施例２の距離速度測定装置は、レーザー２０と、駆動回路２１と、符号生成回路２２と、フォトダイオード２３Ａ、Ｂと、距離速度演算部２４と、スプリッタ２５、２６と、によって構成されている。符号生成回路２２は、実施例１の符号生成回路１２と同様であり、ＰＮ符号と周期符号との論理和をとって変調符号を生成する。
【００３７】
レーザー２０は、連続光を発光する狭帯域なレーザー光源であり、駆動回路２１によって光強度が制御される。駆動回路２１は、符号生成回路２２からの変調符号に基づいて、レーザー２０から出力される照射光の光強度が、符号１に対して光強度ｂ２、符号０に対して光強度ｂ１（＜ｂ２）となるように制御する。レーザー２０から出力される照射光は、スプリッタ２５によって分割され、一方は目標物に照射する照射光、他方はビート信号を生成するローカル光として用いる。照射光はレンズ２７を通して目標物に照射され、ローカル光はフォトダイオード１３Ａに入力される。
【００３８】
目標物に照射されて反射された反射光は、レンズ２８を通して受光し、スプリッタ２６によって分割され、一方はフォトダイオード２３Ｂに入力され、他方はローカル光と混合されてフォトダイオード２３Ａに入力される。フォトダイオード２３Ｂでは、反射光が電気信号である受信信号に変換され、受信信号は距離速度演算部２４に入力される。また、フォトダイオード２３Ａでは、ローカル光と反射光の混合によりビート信号に変換され、ビート信号は距離速度演算部２４に入力される。
【００３９】
距離速度演算部２４では、実施例１の場合と同様にして、フォトダイオード２３Ｂからの受信信号を用いて目標物の距離を算出する。変調符号は実施例１のように自己相関関数のピークが鋭い符号であるから、高精度に目標物の距離を算出することができる。
【００４０】
また、距離速度演算部２４では、フォトダイオード２３Ａからのビート信号をサンプリングしてＦＦＴをすることでビート信号の周波数を算出し、その周波数（ドップラー周波数）から目標物の速度を算出する。
【００４１】
ここで、実施例１の場合はローカル光は連続光であったが、実施例２ではローカル光は変調符号により強度変調された光である。そのため、実施例２のビート信号の波形は、実施例１のビート信号の波形よりも正弦波から崩れた波形となり、ビート信号の周波数の測定精度が悪化してしまう。このような波形の崩れは、ローカル光の変調符号の符号０と、反射光の変調符号の符号１とで干渉する場合、または、ローカル光の変調符号の符号１と、反射光の変調符号の符号０とで干渉する場合とがあるためである。この２つの場合のうち、ビート信号をサンプリングするのは反射光の変調符号の符号１のタイミングであるので（詳細なサンプリング手法にしては後述）、その場合について、信号強度をｂ２／ｂ１倍して補正し、より正弦波に近い波形とすることで、ビート信号の周波数をより正確に算出することができる。図６は、この補正を行ったビート信号の波形について示した図である。正弦波に近い波形が得られていることがわかる。なお、この補正は、以下に示すビート信号のサンプリングの後に行う。
【００４２】
ビート信号のサンプリング手順についてより詳しく説明する。ビート信号のサンプリングは、実施例１の場合と同様に、サンプリングタイミングをずらして２回行う。図６のように、補正後のビート信号には、ローカル光の立ち上がりや立ち下がりの部分でスパイクノイズが発生可能性があるので、これを回避するようなサンプリングを行う必要がある。そこで、サンプリングタイミングは、クロック位相のπ／２と３π／２のタイミングの２回行う。これにより、スパイクノイズを回避してサンプリングを行うことができる。ローカル光と反射光の時間遅延を考慮して、遅延時間分サンプリングのタイミングを遅らせてもよい。すなわち、遅延時間をφとして、クロック位相の（π／２）＋φと（３π／２）＋φのタイミングでサンプリングを行うようにしてもよい。
【００４３】
次に、クロック位相のπ／２と３π／２のタイミングでサンプリングした２組のサンプリングデータのうち、一方を選択し、他方を破棄する。これは実施例１で説明したことと同様にして選択する。
【００４４】
次に、サンプリングデータのうち、周期符号の符号１のタイミングのデータのみを残す。これにより、サンプリング周期はτからＴへと変換される。このデータは、ローカル光の変調符号の符号０と反射光の変調符号の符号１とで干渉した場合と、ローカル光の変調符号の符号１と反射光の変調符号の符号１とで干渉した場合のデータとを含んでいる。
【００４５】
次に、サンプリングしたデータが、ローカル光の変調符号の符号０と反射光の変調符号の符号１とで干渉した場合と、ローカル光の変調符号の符号１と反射光の変調符号の符号１とで干渉した場合とのどちらであるかを判定する。ローカル光の変調符号の符号０と反射光の変調符号の符号１とで干渉した場合のデータである場合には、信号強度をｂ２／ｂ１倍する補正を行う。ローカル光の変調符号の符号１と反射光の変調符号の符号１とで干渉した場合のデータである場合には、信号強度を補正せず維持する。
【００４６】
次に、上記補正がされたサンプリングデータをＦＦＴしてドップラー周波数を算出し、そのドップラー周波数から目標物の速度を算出する。
【００４７】
図７は目標物の速度を１ｍ／ｓとした場合、図８は１１．１１ｍ／ｓとした場合のドップラー周波数をシミュレーションにより求めた結果である。１ビット長τは５ｎｓ、周期符号の周期Ｔは３０ｎｓとした。また、それぞれの場合について、雑音無し、ＳＮＲが０ｄＢ、−１０ｄＢ、−２０ｄＢの４通りでシミュレーションを行った。目標物の速度１ｍ／ｓの場合、実際のドップラー周波数１．２９ＭＨｚとの間に０．２４８５ＭＨｚの誤差があり、１１．１１ｍ／ｓの場合、実際のドップラー周波数１４．３３７ＭＨｚとの間に０．０１１ＭＨｚの誤差があった。この結果から、実施例２の距離速度測定装置によって高精度に目標物の速度を測定できることがわかる。また、目標物の速度が速いほど高精度に測定できることが推察される。また、ＳＮＲが−２０ｄＢまでの範囲では、雑音に影響されずに目標物の速度を測定できることがわかる。
【００４８】
以上、実施例２の距離速度測定装置によれば、スペクトル拡散方式の距離速度測定装置において、スパイクノイズを回避するようにサンプリングし、信号強度の補正を行っているため、ドップラー周波数を高精度に算出することができ、目標物の速度を高精度に測定することができる。また、実施例１の距離速度測定装置と同様に、高精度に目標物の距離を測定することができる。実施例１の距離速度測定装置で用いた強度変調器は高価であるため、これを用いない実施例２の距離速度測定装置は実施例１の距離速度測定装置よりも安価に製造できる利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、車載レーダ装置などに応用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０、２０：レーザー
１１：強度変調器
１２、２２：符号生成回路
１３Ａ、Ｂ、２３Ａ、Ｂ：フォトダイオード
１４、２４：距離速度演算部
１５、１６、２５、２６：スプリッタ
２１：駆動回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を拡散符号で変調して目標物に照射し、前記目標物からの反射光を受信して目標物までの距離、および前記目標物の速度を測定するスペクトル拡散方式による距離速度測定装置において、
一定周期のクロックに同期して第１拡散符号を生成する第１拡散符号生成手段と、
前記クロックに同期して前記第１拡散符号の１ビット長よりも長い周期を有した周期符号を生成する周期符号生成手段と、
前記第１拡散符号と前記周期符号との論理和をとって第２拡散符号を生成する第２拡散符号生成手段と、
照射光を出力する光源と、
前記照射光を前記第２拡散符号で変調し、前記目標物に照射する送信手段と、
前記目標物によって反射された反射光を受信して受信信号を生成する第１受信手段と、
前記反射光と前記照射光とを混合して受信し、ビート信号を生成する第２受信手段と、
前記受信信号と前記第２拡散符号生成手段が生成した前記第２拡散符号との相関関数を算出することで前記目標物までの距離を測定すると共に、前記ビート信号を前記周期符号が１のタイミングでサンプリングしてフーリエ変換し、前記ビート信号の周波数であるドップラー周波数を算出することで前記目標物の速度を測定する距離速度演算部と、
を有することを特徴とする距離速度測定装置。
【請求項２】
光を拡散符号で変調して目標物に照射し、前記目標物からの反射光を受信して目標物までの距離、および前記目標物の速度を測定するスペクトル拡散方式による距離速度測定装置において、
一定周期のクロックに同期して第１拡散符号を生成する第１拡散符号生成手段と、
前記クロックに同期して前記第１拡散符号の１ビット長よりも長い周期を有した周期符号を生成する周期符号生成手段と、
前記第１拡散符号と前記周期符号との論理和をとって第２拡散符号を生成する第２拡散符号生成手段と、
光源と、
前記第２拡散符号にしたがって符号が０のときに出力が第１の値ｂ１、符号が１のときに出力が前記第１の値ｂ１よりも大きい第２の値ｂ２、となるよう前記光源を駆動して、前記第２拡散符号で変調された照射光を生成し、前記目標物に前記照射光を照射する送信手段と、
前記目標物によって反射された反射光を受信して受信信号を生成する第１受信手段と、
前記反射光と前記照射光とを混合して受信し、ビート信号を生成する第２受信手段と、
前記受信信号と前記第２拡散符号生成手段が生成した前記第２拡散符号との相関関数を算出することで前記目標物までの距離を測定すると共に、前記ビート信号を前記周期符号が１のタイミングでサンプリングしてフーリエ変換し、前記ビート信号の周波数であるドップラー周波数を算出することで前記目標物の速度を測定する距離速度演算部と、
を有することを特徴とする距離速度測定装置。
【請求項３】
前記距離速度演算部は、前記ビート信号の出力のうち、前記反射光の符号が１で前記照射光の符号が０のときの干渉の時間帯の信号強度をｂ２／ｂ１倍して補正する、ことを特徴とする請求項２に記載の距離速度測定装置。
【請求項４】
前記ビート信号のサンプリングは、サンプリングタイミングをずらして２回以上サンプリングを行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の距離速度測定装置。
【請求項５】
前記ビート信号のサンプリングは、クロック位相からπ／２遅延したタイミングと、３π／２遅延したタイミングの２回行うことを特徴とする請求項３に記載の距離速度測定装置。
【請求項６】
前記周期符号の周期は、符号のパルス幅の６倍以上とすることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の距離速度測定装置。
【請求項７】
前記周期符号の周期は、測定する目標物の最大速度をＶ、前記光源の波長をλとして、λ／（４Ｖ）以下とすることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の距離速度測定装置。
【請求項１】
光を拡散符号で変調して目標物に照射し、前記目標物からの反射光を受信して目標物までの距離、および前記目標物の速度を測定するスペクトル拡散方式による距離速度測定装置において、
一定周期のクロックに同期して第１拡散符号を生成する第１拡散符号生成手段と、
前記クロックに同期して前記第１拡散符号の１ビット長よりも長い周期を有した周期符号を生成する周期符号生成手段と、
前記第１拡散符号と前記周期符号との論理和をとって第２拡散符号を生成する第２拡散符号生成手段と、
照射光を出力する光源と、
前記照射光を前記第２拡散符号で変調し、前記目標物に照射する送信手段と、
前記目標物によって反射された反射光を受信して受信信号を生成する第１受信手段と、
前記反射光と前記照射光とを混合して受信し、ビート信号を生成する第２受信手段と、
前記受信信号と前記第２拡散符号生成手段が生成した前記第２拡散符号との相関関数を算出することで前記目標物までの距離を測定すると共に、前記ビート信号を前記周期符号が１のタイミングでサンプリングしてフーリエ変換し、前記ビート信号の周波数であるドップラー周波数を算出することで前記目標物の速度を測定する距離速度演算部と、
を有することを特徴とする距離速度測定装置。
【請求項２】
光を拡散符号で変調して目標物に照射し、前記目標物からの反射光を受信して目標物までの距離、および前記目標物の速度を測定するスペクトル拡散方式による距離速度測定装置において、
一定周期のクロックに同期して第１拡散符号を生成する第１拡散符号生成手段と、
前記クロックに同期して前記第１拡散符号の１ビット長よりも長い周期を有した周期符号を生成する周期符号生成手段と、
前記第１拡散符号と前記周期符号との論理和をとって第２拡散符号を生成する第２拡散符号生成手段と、
光源と、
前記第２拡散符号にしたがって符号が０のときに出力が第１の値ｂ１、符号が１のときに出力が前記第１の値ｂ１よりも大きい第２の値ｂ２、となるよう前記光源を駆動して、前記第２拡散符号で変調された照射光を生成し、前記目標物に前記照射光を照射する送信手段と、
前記目標物によって反射された反射光を受信して受信信号を生成する第１受信手段と、
前記反射光と前記照射光とを混合して受信し、ビート信号を生成する第２受信手段と、
前記受信信号と前記第２拡散符号生成手段が生成した前記第２拡散符号との相関関数を算出することで前記目標物までの距離を測定すると共に、前記ビート信号を前記周期符号が１のタイミングでサンプリングしてフーリエ変換し、前記ビート信号の周波数であるドップラー周波数を算出することで前記目標物の速度を測定する距離速度演算部と、
を有することを特徴とする距離速度測定装置。
【請求項３】
前記距離速度演算部は、前記ビート信号の出力のうち、前記反射光の符号が１で前記照射光の符号が０のときの干渉の時間帯の信号強度をｂ２／ｂ１倍して補正する、ことを特徴とする請求項２に記載の距離速度測定装置。
【請求項４】
前記ビート信号のサンプリングは、サンプリングタイミングをずらして２回以上サンプリングを行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の距離速度測定装置。
【請求項５】
前記ビート信号のサンプリングは、クロック位相からπ／２遅延したタイミングと、３π／２遅延したタイミングの２回行うことを特徴とする請求項３に記載の距離速度測定装置。
【請求項６】
前記周期符号の周期は、符号のパルス幅の６倍以上とすることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の距離速度測定装置。
【請求項７】
前記周期符号の周期は、測定する目標物の最大速度をＶ、前記光源の波長をλとして、λ／（４Ｖ）以下とすることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の距離速度測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１８５０５０（Ｐ２０１２−１８５０５０Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４８６７６（Ｐ２０１１−４８６７６）
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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