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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Radarsystem eines Fahrzeugs oder Fahrzeugradarsystem.
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Beispiele von Fahrzeugradarsystemen bzw. von Komponenten hiervon sind in der
US 6 323 942 B1 , der
DE 44 22 633 A1 oder der
US 2003/0085834 A1 beschrieben.
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Die
JP 2004-177350 A (
DE 10355620 A1 ) beschreibt ein Fahrzeugradarsystem mit einem Lichtemitter zur Emission eines Laserlichts und einem Photoempfänger zum Empfang eines reflektierten Lichts des Laserlichts. Das Fahrzeugradarsystem versucht, die Erkennungsempfindlichkeit des reflektierten Lichts zu verbessern, welches von einem Reflexionsobjekt oder reflektierenden Objekt zurückgeworfen wird.
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Der Lichtemitter des Fahrzeugradarsystems erzeugt das Laserlicht mit einer Laserdiode und ändert eine Emissionsrichtung des Laserlichts mittels eines drehbar angetriebenen Polygonspiegels. Damit führt der Lichtemitter eine Abtastung über einen bestimmten Winkelbereich für jeden bestimmten kleinen Winkel mit dem Laserlicht durch. Wenn das Laserlicht von dem Reflexionsobjekt reflektiert wird, empfängt der Photoempfänger das reflektierte Licht über eine lichtempfangende Linse. Das empfangene Licht wird auf die photoempfindlichen Elemente geführt. Die photoempfindlichen Elemente geben Spannungssignale entsprechend der Intensität des empfangenen Lichts aus.
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Das Fahrzeugradarsystem integriert eine bestimmte Anzahl von Lichtempfangssignalen, welche basierend auf einer bestimmten Anzahl von fortlaufend emittierten Laserlichten ausgegeben werden, und gibt ein Integrationssignal aus, wodurch die Winkelauflösung des Laserlichts sichergestellt wird. Damit wird eine Lichtempfangssignalkomponente entsprechend dem reflektierten Licht verstärkt, indem die bestimmte Anzahl von Lichtempfangssignalen integriert wird, und die Erkennungsempfindlichkeit für das reflektierte Licht kann verbessert werden.
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Ein anderes bekanntes Fahrzeugradarsystem weist einen Lichtemitter zur Emission eines Laserlichts über einen bestimmten Winkelbereich in einem Emissionsvorgang und einen Photoempfänger mit photoempfindlichen Elementen einer Anzahl entsprechend der notwendigen Winkelauflösung auf. Die photoempfindlichen Elemente sind in einer Reihe oder einem Feld entlang der Breitenrichtung des Fahrzeugs angeordnet. Dieses Fahrzeugradarsystem integriert Lichtempfangssignale, die ausgegeben werden, wenn das photoempfindliche Element wiederholt das Licht empfängt, wobei die Integration für jedes photoempfindliche Element erfolgt. Somit versucht dieses Fahrzeugradarsystem, die Erkennungsempfindlichkeit für das reflektierte Licht zu verbessern.
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In einem Fall, wo der Photoempfänger eine Mehrzahl von photoempfindlichen Elementen hat, hat üblicherweise ein Aufbau gemäß der beigefügten 11A einen Integrierer der die Lichtempfangssignale integriert, die von dem Photoempfänger ausgegeben werden.
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Der Aufbau gemäß beigefügter 11A enthält einen Verstärkerschalter (AMP), einen A/D-Wandlerschaltkreis (A/D), einen Integrierer und Schalter (SW). Der Verstärkerschalter AMP verstärkt die Lichtempfangssignale, welche von Photoempfangselementen oder photoempfindlichen Elementen (PD) ausgegeben werden, beispielsweise Photodioden. Der A/D-Wandlerschaltkreis A/D wandelt die analogen Lichtempfangssignale in digitale Signale um. Der Integrierer integriert die digitalen Lichtempfangssignale. Der Schalter SW schaltet den Ausgang des Lichtempfangssignals, der von jedem photoempfindlichen Element PD ausgegeben wird. Der Verstärkerschaltkreis AMP, der A/D-Wandlerschaltkreis A/D und der Integrierer werden gemeinsam für die jeweiligen photoempfindlichen Elemente PD und Schalter SW verwendet.
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Die Integration der Lichtempfangssignale wird durch Schalten eines jeden photoempfindlichen Elements oder Photoempfangselements PD durchgeführt. Daher kann die Integration der Lichtempfangssignale, welche von den jeweiligen photoempfindlichen Elementen PD ausgegeben werden, nicht zu einer Zeit (parallel) verarbeitet werden. In einem solchen Fall muss das Laserlicht wiederholt für die Zeit entsprechend dem Produkt aus der Anzahl der photoempfindlichen Elemente PD und der Zeit für die Integration wiederholt emittiert werden. Die Laserdiode verschlechtert sich schneller, wenn die Zeiten für Laserlichtemission zunehmen.
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Um dieses Problem zu beseitigen, können der Verstärkerschaltkreis AMP, der Wandlerschaltkreis A/D und der Integrierer für jedes photoempfindliche Element PD ohne Verwendung der Schalter SW angeordnet werden, wie in 11B gezeigt. Somit kann die Integration der Lichtempfangssignale, die von den jeweiligen photoempfindlichen Elementen PD ausgegeben werden, parallel durchgeführt werden und eine frühe Verschlechterung der Laserdiode kann unterbunden werden. Der Schaltkreisaufbau wird jedoch vergrößert, da der A/D-Wandlerschaltkreis A/D und der Integrierer für jedes photoempfindliche Element PD vorgesehen werden müssen.
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Ein Fahrzeugradarsystem, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht, ist aus der
DE 103 55 620 A1 bekannt.
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Es ist mit Blick auf den geschilderten Stand der Technik eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeugradarsystem zu schaffen, das in der Lage ist, die Integration von Lichtempfangssignalen, die von einer Mehrzahl von photoempfindlichen Elementen parallel ausgegeben werden, unter Verwendung eines klein bauenden Schaltkreisaufbaus durchzuführen.
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Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist ein Fahrzeugradarsystem einen Lichtemitter, einen Photoempfänger, einen Komparator, einen Integrierer und einen Sensor auf. Der Lichtemitter emittiert wiederholt Licht derart, dass das Laserlicht über einen bestimmten Winkelbereich zumindest entlang der Breitenrichtung des Fahrzeugs während jeder Lichtemission emittiert wird. Der Photoempfänger gibt Lichtempfangssignale aus, welche von photoempfindlichen Elementen abhängig von der Intensität von reflektiertem Laserlicht ausgegeben werden, das von einem reflektierenden Objekt reflektiert wird. Die photoempfindlichen Elemente sind zumindest entlang der Breitenrichtung des Fahrzeugs angeordnet. Der Komparator vergleicht das Lichtempfangssignal, welches von jedem photoempfindlichen Element ausgegeben wird, mit einem Standardsignal und gibt für jedes photoempfindliche Element entsprechend dem Vergleichsergebnis ein Vergleichssignal aus, welches zwei unterschiedliche Zustände anzeigt. Der Integrierer tastet das Vergleichssignal ab und wandelt das Vergleichssignal in Ein-Bit-Digitaldaten, während nach der Emission von Laserlicht eine bestimmte Zeit verstreicht. Der Integrierer integriert die digitalen Daten für jedes photoempfindliche Element basierend auf dem Emissionszeitpunkt des Laserlichts jedes Mal dann, wenn das Laserlicht emittiert wird. Der Integrierer gibt die integrierten Daten aus. Der Sensor vergleicht die integrierten Daten eines jeden photoempfindlichen Elements mit einem bestimmten Integrationsstandardwert. Der Sensor erfasst das reflektierende Objekt basierend auf den integrierten Daten gleich oder größer als der Integrationsstandardwert. Weiterhin schirmt eine Lichtabschirmung in dem Photoempfänger wenigstens eines der photoempfindlichen Elemente vor Licht ab; und ein Beseitiger beseitigt oder entfernt eine Grundrauschkomponente, welche dem Lichtempfangssignal des photoempfindlichen Elements überlagert ist, welches nicht von der Lichtabschirmung abgeschirmt ist, und zwar basierend auf dem Lichtempfangssignal des photoempfindlichen Elements, welches von der Lichtabschirmung abgeschirmt ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung schirmt somit die Lichtabschirmung (beispielsweise eine Aluminiumfolie) das photoempfindliche Element vor Licht ab. Somit wird nur das Grundrauschen, von dem das Hintergrundrauschen beseitigt ist, auf die Integrationsdaten überlagert, welche dem Lichtempfangssignal entsprechen, das vom photoempfindlichen Element ausgegeben und vom Integrierer integriert wird. Damit kann unter Verwendung der Integrationsdaten des Photoempfangssignals vom photoempfindlichen Element das Grundrauschen, welches den anderen photoempfindlichen Elementen überlagert ist, beseitigt werden.
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Das Radarsystem der vorliegenden Erfindung kann im Gegensatz zu einem herkömmlichen Radarsystem, welches einen 8-Bit A/D-Wandler verwendet, der für jeden Kanal 8 Signalleitungen nötig macht, mit einer Signalleitung für jeden Kanal aufgebaut werden. Der Integrierer integriert Ein-Bit-Digitaldaten für jeden Kanal. Ein Zähler kann den Integrierer ersetzen. Damit können die Lichtempfangssignale, welche von der Mehrzahl von photoempfindlichen Elementen ausgegeben werden, parallel unter Verwendung eines kleinen Schaltkreisaufbaus mit dem Komparator und dem Integrierer integriert werden.
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Da der Integrierer die Lichtempfangssignale für jeden Kanal integriert, kann die Erkennungsempfindlichkeit für reflektiertes Licht verbessert werden.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen und Abwandlungen der Zeichnung.
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Es zeigt:
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1 ein Blockdiagramm einer Fahrzeugsteuerung, indem eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
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2 ein schematisches Diagramm eines Laserradarsensors gemäß der Ausführungsform von 1;
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3 ein schematisches Diagramm eines Photo-IC im Laserradarsensor und eine Laserradar-CPU gemäß der Ausführungsform von 1;
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4 eine graphische Darstellung einer Wellenform eines Lichtempfangssignals;
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5A und 5B graphische Darstellungen zur Veranschaulichung der Ingrationsverarbeitung, die von der CPU in der Ausführungsform von 1 durchgeführt wird;
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6A und 6B schematische Darstellungen von photoempfindlichen Elementen und einer Lichtempfangslinse in der Ausführungsform von 1;
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7 eine Tabelle mit Arten, Ursprüngen und Wellenformen von Rauschen;
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8 ein Diagramm einer linearen Interpolationsverarbeitung in der Ausführungsform von 1;
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9 ein schematisches Diagramm der photoempfindlichen Elemente in der Ausführungsform von 1;
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10 ein schematisches Diagramm eines Photo-ICs gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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11A ein schematisches Diagramm eines Photo-ICs nach dem Stand der Technik; und
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11B ein schematisches Diagramm eines Photo-ICs nach einem anderen Stand der Technik.
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Bezugnehmend auf 1, so ist eine Fahrzeugsteuerung 1 gemäß einem Beispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Fahrzeugsteuerung 1 weist zentral eine Erkennungs- und Fahrzeugzwischenabstands-ECU 3 (elektronische Steuereinheit) auf. Die ECU 3 enthält einen Mikrocomputer, eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle (I/O) und verschiedene Treiberschaltkreise und Erkennungsschaltkreise.
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Die ECU 3 empfängt Erkennungssignale von einem Laserradarsensor 5 als Fahrzeugradarsystem, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 7, einem Bremsenschalter 9 und einem Sensor 11 für den Drosselklappenöffnungsgrad. Die ECU 3 gibt Treibersignale an einen Alarmgenerator 13, eine Abstandsanzeige 15, eine Sensoranormalitätsanzeige 17, einen Bremsentreiber 19, einen Drosselklappentreiber 21 und eine Automatikgetriebesteuerung 23.
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Die ECU 3 ist weiterhin mit einem Alarmlautstärkeregler 24 zur Festlegung der Alarmlautstärke, einem Alarmempfindlichkeitsregler 25 zur Einstellung der Empfindlichkeit einer Alarmbestimmungsverarbeitung, einem Steuerschaltkreis 26 für eine automatische Fahrgeschwindigkeitssteuerung (”cruise”), einem Lenksensor 27 zur Erfassung des Betätigungsbetrags St eines Lenkrads (nicht gezeigt) und einem Gierratensensor 28 zur Erfassung einer Gierrate Ry des Fahrzeugs verbunden. Die ECU 3 weist weiterhin einen Energieversorgungsschalter 29 auf. Wenn der Schalter 29 eingeschaltet ist, beginnt die ECU 3 mit einer bestimmten Verarbeitung.
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Wie in 2 gezeigt, weist der Laserradarsensor 5 einen Lichtemitter, einen integrierten Photoschaltkreis (Photo-IC) 90 mit einem Photoempfänger, eine Laserradar-CPU 70 etc. auf. Der Lichtemitter weist eine Halbleiterlaserdiode 75 zur Emission eines gepulsten Laserlichts durch eine Lichtemissionslinse 71 auf. Die Laserdiode 75 ist mit der CPU 70 über einen Laserdiodentreiberschaltkreis 7 verbunden und emittiert das Laserlicht in Antwort auf ein Treibersignal, das von der CPU 70 ausgegeben wird.
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Wenn eine Lichtemissionsrichtung des Lichtemitters als virtuelle z-Achse betrachtet wird, kann der Lichtemitter das Laserlicht über einen bestimmten Bereich hinweg emittieren, der durch bestimmte Winkel entlang einer virtuellen x-Achse definiert ist, d. h. in Breitenrichtung des Fahrzeugs senkrecht zur z-Achse, sowie entlang einer virtuellen y-Achse, d. h. einer Höhenrichtung des Fahrzeugs senkrecht zur z-Achse, und zwar während des Lichtemissionsvorgangs. Der Lichtemitter emittiert das Laserlicht wiederholt und intermittierend. Der Lichtemitter tastet die durch die x- und y-Achse definierte x-y-Ebene nicht ab.
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Wenn das Laserlicht über einen bestimmten Bereich hinweg, der durch die bestimmten Winkel definiert ist, emittiert wird, wird das Laserlicht von einem reflektierenden Objekt reflektiert, und der Photoempfänger in dem Photo-IC 90 empfängt das reflektierte Licht. Basierend auf einem Lichtempfangssignal entsprechend dem empfangenen Licht erhält die CPU 70 Reflexionswinkel θx und θy (Seitenwinkel θx und Vertikalwinkel θy) des reflektierenden Objekts sowie eine Distanz L von dem reflektierenden Objekt. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform ist der Seitenwinkel θx als ein Winkel definiert, der zwischen der z-Achse und einer Linie liegt, die durch Projektion des reflektierten Lichts auf die x-z-Ebene erzeugt wird, und der Vertikalwinkel θy ist als ein Winkel definiert, der zwischen der z-Achse und einer Linie liegt, die durch Projektion des reflektierten Lichts auf die y-z-Ebene erzeugt wird.
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Gemäß 3 weist der Laserradarsensor 5 dieses Ausführungsbeispiels einen Nulldurchgangskomparator 95 anstelle des A/D-Wandlerschaltkreises von 11B auf. Der Nulldurchgangskomparator 95 gibt ein Vergleichssignal für jedes photoempfindliche Element PD (für jeden Kanal) aus, welches zwei unterschiedliche Zustände anzeigt. Üblicherweise sind in dem Fall, wo ein Acht-Bit-A/D-Wandlerschaltkreis verwendet wird, acht Signalleitungen für jeden Kanal notwendig. Im Gegensatz hierzu ist bei diesem Ausführungsbeispiel für jeden Kanal nur eine Signalleitung notwendig.
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Der Laserradarsensor 5 dieses Ausführungsbeispiels hat gemäß 3 anstelle der Integrierer von 11B den Integrierer 77. Der Integrierer 77 von 3 integriert abgetastete Ein-Bit-Digitaldaten für jeden Kanal. Anstelle des Integrierers 77 kann ein Zähler verwendet werden, da der Integrierer 77 Ein-Bit-Digitaldaten integriert.
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Somit hat der Laserradarsensor 5 den Nulldurchgangskomparator 95, der das Vergleichssignal ausgibt, welches zwei unterschiedliche Zustände für jeden Kanal anzeigt und den Integrierer 77, der die abgetasteten Ein-Bit-Daten für jeden Kanal integriert. Damit kann der Laserradarsensor 5 von kleiner Baugröße sein und die Integration der Lichtempfangssignale, die von der Mehrzahl von photoempfindlichen Elementen ausgegeben werden, kann parallel durchgeführt werden.
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Der Integrierer 77 integriert die Lichtempfangssignale, welche von den photoempfindlichen Elementen ausgegeben werden, für jeden Kanal, um die Erkennungsempfindlichkeit für reflektiertes Licht zu verbessern.
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Der Photo-IC 90 wird durch einen IC gemäß 3 gebildet. Der Photo-IC 90 hat eine Photoempfangslinse zur Bündelung des reflektierten Laserlichts (reflektierten Lichts), welches von einem reflektierenden Objekt reflektiert wird, einen Photoempfänger, der Spannungen (Lichtempfangssignale) entsprechend der Intensität des gebündelten reflektierten Lichts ausgibt, Verstärker 91, Koppelkondensatoren 93 und die Nulldurchgangskomparatoren 95.
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Die Anzahl (bei diesem Ausführungsbeispiel 16) der photoempfindlichen Elemente PD1–PD16 wird abhängig von der sicherzustellenden Winkelauflösung gewählt. Die photoempfindlichen Elemente PD1–PD16 sind parallel in einer Reihe entlang der Breitenrichtung (x-Achse) des Fahrzeugs angeordnet. Die photoempfindlichen Elemente PD1–PD16 geben Lichtempfangssignale entsprechend der Intensität von Laserlicht aus, welches von dem reflektierenden Objekt reflektiert wurde. Zusätzlich zu den photoempfindlichen Elementen PD1–PD16, welche in der Reihe entlang der Breitenrichtung des Fahrzeug angeordnet sind, sind weitere sechzehn photoempfindlichen Elemente (nicht gezeigt) in mehreren Reihen entlang der y-Achse senkrecht zur Breitenrichtung des Fahrzeugs angeordnet. Damit kann eine dreidimensionale Messung durchgeführt werden.
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Der Photoempfänger hat die Lichtabschirmung 97, welche wenigstens ein photoempfindliches Element (beispielsweise das photoempfindliche Element PD16) vor Licht abschirmt. Somit kann eine Grundrauschkomponente, welche den Lichtempfangssignalen der photoempfindlichen Elemente PD1 bis PD15 überlagert ist, die nicht von der Lichtabschirmung 97 abgeschirmt sind, basierend auf dem Lichtempfangssignal beseitigt werden, welches von dem photoempfindlichen Element PD16 ausgegeben wird, das von der Lichtabschirmung 97 abgeschirmt wird.
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Das Grundrauschen und ein Hintergrundrauschen sind den Lichtempfangssignalen der photoempfindlichen Elemente überlagert. Gemäß 7 ist das Grundrauschen ein Rauschen, welches durch einen hohen Strom erzeugt wird, wenn der Lichtemitter das Laserlicht erzeugt, ein Taktrauschen, welches synchron mit einem Taktzyklus der CPU erzeugt wird und ein Energieversorgungs- oder Netzrauschen, welches von einer Energieversorgung erzeugt wird. Diese Rauschgeräusche werden in bestimmten Intervallen erzeugt.
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In diesem Ausführungsbeispiel schirmt gemäß 3 die Lichtabschirmung 97 (beispielsweise eine Aluminiumfolie) das photoempfindliche Element PD16 vor Licht ab. Somit wird nur das Grundrauschen, von dem das Hintergrundrauschen beseitigt ist, auf die Integrationsdaten überlagert, welche dem Lichtempfangssignal entsprechen, das vom photoempfindlichen Element PD16 ausgegeben und vom Integrierer 77 integriert wird. Damit kann unter Verwendung der Integrationsdaten des Photoempfangssignals vom photoempfindlichen Element PD16 das Grundrauschen, welches den anderen photoempfindlichen Elementen PD1 bis PD15 überlagert ist, beseitigt werden.
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Das Grundrauschen kann in der CPU 70 durch Subtraktion der Integrationsdaten des abgeschirmten Kanals von den Integrationsdaten der Kanäle beseitigt werden, die nicht abgeschirmt sind.
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Zwischen dem Koppelkondensator 93 und dem Nulldurchgangskomparator 95 kann in dem Photo-IC 90 für jeden Kanal ein Subtrahierer vorgesehen sein und das Grundrauschen kann durch Subtraktion des Lichtempfangssignals des abgeschirmten Kanals von dem Lichtempfangssignal eines jeden anderen Kanals beseitigt werden.
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Der Verstärker 91 ist für jeden Kanal vorgesehen, um das Lichtempfangssignal mit einem bestimmten Verhältnis zu verstärken. Das verstärkte Lichtempfangssignal wird dem für jeden Kanal vorgesehenen Koppelkondensator 93 zugeführt. Der Koppelkondensator 93 beseitigt eine Gleichstromkomponente, die dem Lichtempfangssignal überlagert ist (beispielsweise eine Komponente entsprechend einem Sonnenlicht, die konstant dem Lichtempfangssignal überlagert ist).
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Der Nulldurchgangskomparator 95 wird durch einen Widerstand und einen Inverter gebildet. Der Nulldurchgangskomparator 95 ist für jeden Kanal vorgesehen. Das Lichtempfangssignal für jeden Kanal, von welchem Gleichstromkomponente beseitigt ist, wird dem Nulldurchgangskomparator 95 eingegeben und mit einem bestimmten Standardsignal (in diesem Fall einem Signal von 0 V) verglichen.
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Der Nulldurchgangskomparator 95 gibt ein Vergleichssignal aus, welches einen von zwei unterschiedlichen Zuständen entsprechend dem Vergleichsergebnis eines jeden Kanals angibt. Wenn das Lichtempfangssignal höher als das Standardsignal ist, gibt der Nulldurchgangskomparator 95 ein Signal mit einem Spannungspegel entsprechend HOCH aus. Wenn das Lichtempfangssignal niedriger als das Standardsignal ist, gibt der Nulldurchgangskomparator 95 ein Signal mit einem Spannungspegel entsprechend NIEDRIG aus.
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Somit hat der Photo-IC 90 den Photoempfänger, den Verstärker 91, den Koppelkondensator 93 und den Nulldurchgangskomparator für jeden Kanal. Somit wird eine Reihe von Abläufen zur Erzeugung der Vergleichssignale basierend auf den Lichtempfangssignalen, die vom Photoempfänger ausgegeben werden, um die Vergleichssignale auszugeben, durchgängig in den Kanälen parallel durchgeführt.
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Ein Lichtempfangssignal, von welchem die Gleichstromkomponente beseitigt ist, und welches dem Nulldurchgangskomparator 95 eingegeben wird, ist in 4 gezeigt. Allgemein gesagt, ein Hintergrundrauschen ist dem Lichtempfangssignal überlagert. Gemäß 7 ist das Hintergrundrauschen ein thermisches Rauschen (Johnson-Rauschen), welches von einem Widerstand erzeugt wird, oder ein von einem Halbleiter erzeugtes sogenanntes Schrot-Rauschen („Shot Noise”). Diese Rauschgeräusche sind Zufallsrauschen, welche frequenzmäßig irrelevant sind. Daher wird gemäß 4 eine Frequenzverteilung der Lichtempfangssignale, denen das Hintergrundrauschen überlagert ist, im Wesentlichen zu einer Normalverteilung.
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Der Integrierer 77 gemäß 3 gibt eine Funktion der CPU 70 wieder, die als Mikrocomputer aufgebaut ist. Der Integrierer 77 tastet das Vergleichssignal ab, welches von dem Photo-IC 90 für jeden Kanal ausgegeben wird, während eine bestimmte Zeit verstreicht, nachdem der Lichtemitter das Laserlicht emittiert hat, wobei dies in einem bestimmten Abtastzeitintervall erfolgt.
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Der Integrierer 77 beginnt mit der Abtastung basierend auf dem Lichtemissionszeitpunkt als Standard (Trigger). Das abgetastete Vergleichssignal wird in Ein-Bit-Digitaldaten umgewandelt, wobei HOCH der 1 zugeordnet ist und NIEDRIG der 0 zugeordnet ist. Die Ein-Bit-Digitaldaten werden für jeden Kanal als chronologische Digitaldaten gespeichert, welche der verstrichenen Zeit nach der Laserlichtemissionszeit zugeordnet sind; die Speicherung erfolgt in einem internen Speicher der CPU 70.
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Jedes Mal dann, wenn Laserlicht emittiert wird, führt der Integrierer 77 den oben erläuterten Abtastvorgang durch und integriert die momentan erhaltenen chronologischen digitalen Daten und die bereits gespeicherten chronologischen Daten für jeden Kanal. Bei dieser Integration werden die Digitaldaten zu dem Zeitpunkt, zu dem die gleiche Zeit nach dem Emissionszeitpunkt des Laserlichts verstrichen ist, miteinander integriert.
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Der Inhalt der Integrationsverarbeitung, die von dem Integrierer 77 durchgeführt wird, ist in den 5A und 5B gezeigt. Gemäß 5A tastet der Integrierer 77 die Vergleichssignale eines jeden Kanals, die von dem Nulldurchgangskomparator 95 ausgegeben werden, in einem bestimmten Abtastzeitintervall (beispielsweise 10 nsc) ab, während eine bestimmte Zeit (beispielsweise 2000 nsec) verstreicht, nachdem das Laserlicht emittiert wurde. Der Integrierer 77 wandelt die abgetasteten Vergleichssignale in die chronologischen Digitaldaten, welche im internen Speicher der CPU 70 gespeichert sind für jeden Kanal im ersten Durchlauf (n = 1).
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Wenn das Laserlicht das nächste Mal emittiert wird (n = 2), tastet der Integrierer 77 den Vergleichssignalausgang vom Nulldurchgangskomparator 95 ab und integriert die im ersten Durchlauf (n = 1) abgetasteten und gespeicherten digitalen Daten und die im zweiten Durchlauf (n = 2) abgetasteten digitalen Daten für jeden Kanal.
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Bis somit das Laserlicht eine bestimmte Anzahl mal emittiert wurde (beispielsweise 256 mal), wird der oben erläuterte Integrationsvorgang für die Anzahl von Zeiten entsprechend oft wiederholt durchgeführt, während denen Laserlicht emittiert wird. Die Integrationsenddaten für jeden Kanal werden einem Abstandsrechner 79 ausgegeben.
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Durch Integration der chronologischen digitalen Daten wird die Lichtempfangssignalkomponente entsprechend dem vom reflektierenden Objekt reflektierten Licht verstärkt, um die Erkennungsempfindlichkeit für reflektiertes Licht zu verbessern. Insbesondere in dem Fall, in dem die Lichtempfangssignalkomponenten entsprechend dem vom reflektierenden Objekt reflektierten Licht in allen 256 Lichtempfangssignalen enthalten sind, treten die Vergleichssignale entsprechend den Lichtempfangssignalkomponenten zu einem Zeitpunkt auf, der um die gleiche Zeitlänge später als die Emissionszeit des Lasers liegt. Daher stimmt der Integrationswert der Lichtempfangssignalkomponente entsprechend dem vom reflektierenden Objekt reflektierten Licht mit der Lichtempfangssignalkomponente eines jeden Lichtempfangssignals, um 256 verstärkt, überein.
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Das Hintergrundrauschen, welches im Wesentlichen Normalverteilung hat, ist gemäß 4 dem Lichtempfangssignal überlagert. Der Integrationswert der Hintergrundrauschkomponente stimmt mit einer Hintergrundrauschkomponente überein, welche nur 16 Mal (√1256) verstärkt wurde.
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Da der Integrierer 77 die Integrationsverarbeitung durchführt, werden die Lichtempfangssignalkomponenten entsprechend den von reflektierenden Objekten reflektierten Lichtanteilen um die Anzahl der Integrationen verstärkt. Im Ergebnis wird das S/N Verhältnis (Signal/Rausch-Abstand) verbessert und die Erkennungsempfindlichkeit für reflektiertes Licht kann verbessert werden.
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Der Abstandsrechner 79 gemäß 3 vergleicht die Integrationsdaten eines jeden Kanals mit dem verbesserten S/N-Verhältnis mit einem bestimmten Integrationsstandardwert. Das reflektierende Objekt kann basierend auf den Integrationsdaten erkannt werden, welche gleich oder größer als der Integrationsstandardwert sind.
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Die CPU 70 erfasst den Seitenwinkel θx und den Vertikalwinkel θy basierend auf der Position des photoempfindlichen Elements, welches ein Spannungssignal gleich oder größer als ein Integrationsstandardwert (Standardspannung) ausgibt. In dem in 6A gezeigten Beispiel empfängt der Photoempfänger (photoempfindliche Elemente PD1–PD16) das reflektierte Licht, welches von dem reflektierenden Objekt reflektiert wurde und welches gerade vorderhalb des Fahrzeugs liegt. Das von der Lichtempfangslinse 80 empfangene reflektierte Licht wird an dem photoempfindlichen Element an einer Position entsprechend einem Winkel (einer Richtung) des reflektierenden Objekts gebündelt. Daher kann der Seitenwinkel (die Richtung) θx des reflektierenden Objekts basierend auf der Position des photoempfindlichen Elements erfasst werden, welches ein Integrationssignal gleich oder größer als die Standardspannung ausgibt.
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Die Position des photoempfindlichen Elements ist abhängig von der Höhe des reflektierenden Objekts unterschiedlich. Daher kann der Vertikalwinkel θy des reflektierenden Objekts basierend auf der Position des photoempfindlichen Elements erfasst werden, welches das Integrationssignal gleich oder größer als die Standardspannung ausgibt.
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Daher sollte die Anzahl von photoempfindlichen Elementen bevorzugt abhängig von der Winkelauflösung des Winkels entlang der Breitenrichtung oder der Höhenrichtung des Fahrzeugs festgelegt werden. Wie beispielsweise in 6B gezeigt, kann der Seitenwinkel θx des reflektierenden Objekts basierend auf der Position erfasst werden, wo das reflektierte Licht gebündelt wird. Durch Festlegen der Anzahl der photoempfindlichen Elemente abhängig von der Winkelauflösung des Winkels entlang der Breitenrichtung des Fahrzeugs kann damit der Winkel des reflektierenden Objekts entlang der Breitenrichtung des Fahrzeugs präzise erhalten werden. Eine ähnliche Erläuterung trifft auch auf den Vertikalwinkel θy zu.
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Der Abstandsrechner 79 vergleicht die Integrationsdaten eines jeden Kanals mit dem bestimmten Integrationsstandardwert. Das reflektierende Objekt wird basierend auf die Integrationsdaten erkannt, welche gleich oder größer als der Integrationsstandardwert sind. Beispielsweise wird gemäß 8 der Integrationswert von sporadischen Integrationsdaten, welche für jeden Kanal im Integrierer 77 gespeichert werden, mit dem Integrationsstandardwert verglichen. Zu diesem Zeitpunkt wird, wenn die Integrationswerte Db und Dc größer als der Integrationsstandardwert sind, wie in 8 gezeigt, das Vergleichsergebnis an eine (nicht gezeigte) Interpolationsvorrichtung ausgegeben.
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Die Interpolationsvorrichtung führt eine lineare Interpolation durch, um die Anstiegszeit t1 und die Abfallszeit t2 zu erhalten, an denen angenommen wird, dass der Integrationswert (Wert des Integrationssignals) die Standardspannung schneidet. Genauer gesagt, eine imaginäre Linie, die von dem Integrationswert Db, der die Standardspannung übersteigt, zu einem anderen Integrationswert Da verläuft, der unmittelbar vor dem Integrationswert Db erhalten wurde, wird abgebildet. Die Zeit entsprechend einem Schnitt dieser imaginären Linie mit der Standardspannung wird als Anstiegszeit t1 erhalten. Auf ähnliche Weise wird eine andere imaginäre Linie von dem Integrationswert Dc über der Standardspannung und einem weiteren Integrationswert Dd unmittelbar nach dem Integrationswert Dc abgebildet. Die Zeit entsprechend einem Schnitt dieser imaginären Linie mit der Standardspannung wird als Abfallszeit t2 erhalten.
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Die CPU 70 berechnet die Zeit, zu der ein Spitzenwert der Lichtempfangssignalkomponente S erzeugt wird, und zwar basierend auf der Anstiegszeit t1 und der Abfallszeit t2. Die CPU 70 berechnet dann eine Zeitdifferenz Δt zwischen der Zeit, zu der das Laserlicht emittiert wurde, und der Zeit, zu der der Spitzenwert erzeugt wurde.
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Die CPU 70 berechnet die Distanz zu dem reflektierenden Objekt basierend auf der Zeitdifferenz Δt. Die CPU 70 erstellt Positionsdaten basierend auf der Distanz und dem Seitenwinkel θx und dem Vertikalwinkel θy des reflektierenden Objekts. Beispielsweise werden die Positionsdaten des reflektierenden Objekts auf einem rechtwinkligen x-y-z-Koordinatensystem basierend auf der Distanz, dem Seitenwinkel θx und dem Vertikalwinkel θy erhalten. Der Ursprung des senkrechten x-y-z-Koordinatensystems fällt mit der Mitte des Laserradarsensors 5 zusammen, die x-Achse fällt mit der Breitenrichtung des Fahrzeugs zusammen und die y-Achse fällt mit der Höhenrichtung des Fahrzeugs zusammen. Dann werden die Positionsdaten als Abstandsüberwachungsdaten an die ECU 3 ausgegeben.
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Die ECU 3 erkennt das Objekt basierend auf den Abstandsüberwachungsdaten, die von dem Laserradarsensor 5 geliefert werden. Die ECU 3 führt eine Fahrzeugsteuerung zur Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit V durch Ausgabe von Treibersignalen an den Bremsentreiber 19, den Drosselklappentreiber 21 und die Automatikgetriebesteuerung 23 abhängig von den Zuständen eines vorausfahrenden Fahrzeugs durch, welches das zu erkennende Objekt ist. Die ECU 3 führt gleichzeitig eine Alarmbestimmungsverarbeitung durch, um einen Alarm zu erzeugen, wenn das zu erkennende Objekt innerhalb eines bestimmten Alarmbereichs für eine bestimmte Zeit vorhanden ist. Das Objekt ist ein Fahrzeug, welches vor dem Eigen- oder Bezugsfahrzeug fährt oder vor diesem steht.
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Die Abstandsüberwachungsdaten, welche von dem Laserradarsensor 5 ausgegeben werden, werden einem Objekterkennungsblock 43 zugeführt. Der Objekterkennungsblock 43 ermittelt die Mittenposition (X, Y, Z) und die Abmessungen (W, D, H), d. h. Breite W, Länge D und Höhe H des Objekts, basierend auf den dreidimensionalen Positionsdaten, die als Abstandsüberwachungsdaten erhalten wurden.
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Der Objekterkennungsblock 43 berechnet eine Relativgeschwindigkeit (Vx, Vy, Vz) des Objekts auf der Grundlage der Position des Eigenfahrzeugs, in welchem der Laserradarsensor 5 angeordnet ist, sowie basierend auf einer zeitlichen Änderung der Mittenposition (X, Y, Z). Der Objekterkennungsblock 43 erkennt, ob das Objekt ein ortsfestes Objekt oder ein sich bewegendes Objekt ist, nämlich aufgrund der Fahrzeuggeschwindigkeit (Eigengeschwindigkeit) V, welche von einem Fahrzeuggeschwindigkeitsberechnungsblock 47 basierend auf dem Erfassungswert vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 7 ausgegeben wird, und der Relativgeschwindigkeit (Vx, Vy, Vz). Das Objekt, welches die Fahrt des Eigenfahrzeugs beeinflussen kann, wird basierend auf dem Erkennungsergebnis und der Mittenposition des Objekts ausgewählt, und der Abstand zu dem Objekt wird auf der Distanzanzeige 15 dargestellt.
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Ein Lenkwinkelberechnungsblock 49 berechnet den Lenkwinkel St basierend auf dem Signalausgang vom Lenksensor 27. Ein Gierratenberechnungsblock 51 berechnet die Gierrate Ry basierend auf dem Signalausgang vom Gierratensensor 28. Ein Kurvenradiusberechnungsblock 57 berechnet einen Kurvenradius R basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit V, die vom Fahrzeuggeschwindigkeitsberechnungsblock 47 ausgegeben wird, dem Lenkwinkels St, ausgegeben vom Lenkwinkelberechnungsblock 49, und der Gierrate Ry, ausgegeben vom Gierratenberechnungsblock 51.
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Der Objekterkennungsblock 43 bestimmt die Wahrscheinlichkeit, dass das Objekt ein Fahrzeug ist, oder die Wahrscheinlichkeit, dass das Fahrzeug als das Objekt auf der gleichen Fahrspur wie das eigene Fahrzeug fährt, basierend auf dem Kurvenradius R, den Mittenpositionskoordinaten (X, Z) etc. Ein Sensoranormalitätserfassungsblock 44 bestimmt, ob von dem Objekterkennungsblock 43 erhaltene Daten in einem anormalen Bereich sind. Wenn die Daten in einem anormalen Bereich liegen, zeigt die Sensoranormalitätsanzeige 17 eine entsprechende Anormalitätsmitteilung an.
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Ein Bestimmungsblock 53 für ein vorausfahrendes Fahrzeug wählt ein vorausfahrendes Fahrzeug basierend auf verschiedenen Daten, die vom Objekterkennungsblock 43 erhalten wurden, und berechnet den Abstand Z entlang der z-Achse und die Relativgeschwindigkeit Vz bezüglich des vorausfahrenden Fahrzeugs. Bei der Alarmbestimmung bestimmt ein Zwischenfahrzeugsteuerungs- und Alarmbestimmungsblock 55 basierend auf der Distanz Z, der Relativgeschwindigkeit Vz, der Festlegung durch den Schalter 26, einem Niederdrückungszustand des Bremsenschalters 9, dem Öffnungsgrad THR der Drosselklappe, ausgegeben vom Drosselöffnungsgradsensor 11, und dem Empfindlichkeitseinstellwert durch den Alarmempfindlichkeitsregler 25, ob ein Alarm ausgegeben werden soll. Wenn bestimmt wird, dass ein Alarm notwendig ist, gibt der Zwischenfahrzeugsteuerungs- und Alarmbestimmungsblock 55 ein Alarmerzeugungssignal an den Alarmgenerator 13 aus. Bei der Bestimmung für die automatische Geschwindigkeitssteuerung (”cruise control”) bestimmt der Zwischenfahrzeugsteuerungs- und Alarmbestimmungsblock 55 den Inhalt der Fahrzeuggeschwindigkeitssteuerung basierend auf der Distanz Z, der Relativgeschwindigkeit Vz, der Festlegung durch den Schalter 26, dem Niederdrückungszustand des Bremsenschalters 9, dem Öffnungsgrad THR der Drosselklappe, ausgegeben vom Drosselklappenöffnungsgradsensor 11, und dem Empfindlichkeitseinstellwertwert durch den Alarmempfindlichkeitsregler 25. Wenn die automatische Fahrzeuggeschwindigkeitssteuerung bestimmt wird, gibt der Zwischenfahrzeugsteuerungs- und Alarmbestimmungsblock 55 Steuersignale an die Automatikgetriebesteuerung 23, den Bremsentreiber 19 und den Drosselklappentreiber 21 aus, um die notwendige Steuerung durchzuführen. Wenn diese Steuerungen durchgeführt werden, zeigt die Abstandsanzeige 15 notwendige Anzeigesignale an, um einen Fahrzeugfahrer von den Bedingungen zu informieren.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird der Nulldurchgangskomparator 95, der das Vergleichssignal ausgibt, welches die beiden unterschiedlichen Zustände für jeden Kanal anzeigt, anstelle des herkömmlichen A/D-Wandlerschaltkreises verwendet. Der Integrierer 77 zur Integration des Vergleichssignalausgang vom Nulldurchgangskomparator 95 wird anstelle des herkömmlichen Integrationsschaltkreises verwendet.
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Für den Fall, dass üblicherweise der 8-Bit-A/D-Wandlerschaltkreis verwendet wird, sind für jeden Kanal acht Signalleitungen notwendig. Im Ausführungsbeispiel ist im Gegensatz hierzu für jeden Kanal nur eine Signalleitung notwendig. Ein Zähler kann den Integrierer ersetzen.
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Durch Verwendung des Nulldurchgangskomparators 95 zur Ausgabe des Vergleichssignals, welches die beiden unterschiedlichen Zustände für jeden Kanal anzeigt und des Integrierers 77 zur Integration der abgetasteten Ein-Bit-Digitaldaten für jeden Kanal, kann daher der Schaltkreisaufbau verkleinert werden und die Integration der Lichtempfangssignale, die von der Mehrzahl von photoempfindlichen Elementen ausgegeben wird, kann parallel durchgeführt werden.
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Das vorausfahrende Fahrzeug kann einen Reflektor mit einer hohen Reflexionsintensität für Laserlicht an seiner Rückseite haben. Eine Karosserie des Fahrzeugs hat alleine schon eine relativ hohe Reflexionsintensität. Für den Fall, dass das vorausfahrende Fahrzeug das reflektierende Objekt ist, gibt es die Möglichkeit, dass ein reflektiertes Licht (Strahlfleck BMS) mit hoher Reflexionsintensität von dem Reflektor auf zwei photoempfindliche Elemente reflektiert wird (beispielsweise auf die photoempfindlichen Elemente PD1 und PD2), wie in 9 gezeigt.
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Die Integrationssignale entsprechend den elektrischen Ladungen, die von den photoempfindlichen Elementen PD1 und PD2 geliefert werden, sind höher als die Integrationssignale entsprechend den elektrischen Ladungen, die von den anderen photoempfindlichen Elementen geliefert werden. In einem solchen Fall kann der Seitenwinkel Ox des vorausfahrenden Fahrzeugs aus der Position der photoempfindlichen Elemente, auf welche das reflektierte Licht gebündelt wird, nicht genau erfasst werden.
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Daher ist gemäß 10 ein Addierer 99 vorgesehen, um die Lichtempfangssignale zu addieren, welche von einer bestimmten Anzahl von (2) benachbarten Kanälen ausgegeben werden, und um das addierte Signal auszugeben. Der Nulldurchgangskomparator 95 vergleicht das addierte Signal von jeweils zwei Kanälen, welche vom Addierer 99 über den Koppelkondensator 93 ausgegeben werden mit einem bestimmten Standardsignal. Dann gibt der Nulldurchgangskomparator 95 ein Vergleichssignal aus, welches zwei unterschiedliche Zustände entsprechend dem Vergleichsergebnis für jeden der beiden Kanäle angibt.
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Die CPU 70 tastet das Vergleichssignal von jeweils zwei Kanälen ab, welche vom Nulldurchgangskomparator 95 ausgegeben werden, was zu bestimmten Abtastzeitintervallen erfolgt, um das Vergleichsergebnis in Ein-Bit-Daten umzuwandeln. Jedes Mal, wenn das Laserlicht emittiert wird, integriert die CPU 70 die digitalen Daten basierend auf dem Emissionszeitpunkt des Laserlichts für jeweils zwei Kanäle und gibt die Integrationsdaten aus. Der Abstandsrechner 79 vergleicht die Integrationsdaten von jeweils zwei Kanälen, welche von dem Integrierer 77 ausgegeben werden, mit einem bestimmten Standardwert, um das reflektierende Objekt zu erkennen.
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Durch Erzeugung der Integrationsdaten unter Verwendung des addierten Signals von jeweils zwei Kanälen, ausgegeben vom Addierer 99, kann der Seitenwinkel θx des vorausfahrenden Fahrzeuges genau erkannt werden.
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Beschrieben wurde ein Radarsystem für ein Fahrzeug mit einem Nulldurchgangskomparator, einem Integrierer und einem Sensor. Der Komparator vergleicht ein Lichtempfangssignal, welches von jedem von fotoempfindlichen Elementen ausgegeben wird, mit einem bestimmten Standardsignal und gibt ein Vergleichssignal entsprechend dem Vergleichsergebnis aus, welches zwei unterschiedliche Zustände anzeigt. Der Integrierer tastet das Vergleichssignal ab und wandelt das Vergleichssignal in Ein-Bit-Digitaldaten. Der Integrierer integriert die digitalen Daten für jedes fotoempfindliche Element. Der Sensor vergleicht die integrierten Daten eines jeden fotoempfindlichen Elementes mit einem bestimmten Integrationsstandardwert. Der Sensor erfasst ein reflektierendes Objekt basierend auf den integrierten Daten gleich oder größer als der Integrationsstandardwert.
