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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Radarsystem eines Fahrzeugs oder Fahrzeugradarsystem. Auf den Offenbarungsgehalt der zeitgleich eingereichten Patentanmeldung 10 2005 046 989.2 der selben Anmelderin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung vollinhaltlich Bezug genommen.
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Die
JP 2004-177350 A oder auch die
DE 103 55 620 A1 beschreibt ein Fahrzeugradarsystem mit einem Lichtemitter zur Emission eines Laserlichts und einem Photoempfänger zur 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 hergestellt 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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Aus der
US 6 323 942 B1 ist es bekannt, im Gegensatz zur
JP 2004-177350 A oder
DE 103 55 620 A1 zum Lichtempfang ein flächig aufgespanntes Detektor-Array zu verwenden. Durch Laufzeitmessungen zwischen Emission und Empfang des Lichts lassen sich dreidimensionale Objektbilder erzeugen.
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Die
DE 44 22 633 A1 zeigt eine Möglichkeit, das S/N-Verhältnis in einem Radarsystem zu verbessern, welches die Entfernung zum Ziel und die relative Geschwindigkeit des Ziels misst.. Das empfangene Signal wir in ein binäres Signal umgewandelt, abgetastet und kumulativ gespeichert. Durch eine Vielzahl von Akkumulationsvorgängen lässt sich das S/N-Verhältnis verbessern und können auch schwach reflektierte Signale erfasst werden.
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Ein anderes 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 ähnlich zur
US 6 323 942 B1 in einem Array, also 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 Integrator, der die Lichtempfangssignale integriert, die von dem Photoempfänger ausgegeben werden.
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Der Aufbau gemäß 11A enthält eine Verstärkerschaltung (AMP), einen A/D-Wandlerschaltkreis (A/D), einen Integrierer und Schalter (SW). Die Verstärkerschaltung 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 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. 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. Jedoch wird hierbei der Schaltkreisaufbau komplizierter.
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Es ist daher 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 einfachen Schaltkreisaufbaus durchzuführen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist ein Radarsystem für ein Fahrzeug (Fahrzeugradarsystem) einen Lichtemitter, einen Photoempfänger, einen Integrierer, eine Steuerung und einen Sensor auf. Der Lichtemitter emittiert wiederholt ein Laserlicht zumindest über einen bestimmten Winkelbereich entlang der Breitenrichtung des Fahrzeugs während einer Lichtemission. Der Photoempfänger gibt Lichtempfangssignale aus, die von photoempfindlichen Elementen ausgegeben werden, welche zumindest entlang der Breitenrichtung des Fahrzeugs angeordnet sind. Der Integrierer hat eine Mehrzahl von Schaltern und eine Mehrzahl von Kondensatoren. Die Schalter sind für jedes photoempfindliche Element für eine Schaltverbindung mit dem Photoempfänger vorgesehen. Die Kondensatoren sind mit den jeweiligen Schaltern zum Sammeln elektrischer Ladungen entsprechend der Intensität der Lichtempfangssignale verbunden. Die Steuerung schaltet die Schalter nacheinander in einer bestimmten Reihenfolge in einem bestimmten Zeitintervall in einen Verbindungszustand, bis eine bestimmte Zeit nach jeder Emission des Laserlichts verstrichen ist, während der Schalter in einem getrennten oder offenen Zustand verbleibt, wenn der Schalter nicht in dem Verbindungszustand ist. Die Steuerung schaltet die Schalter nacheinander in einer bestimmten Reihenfolge in einem bestimmten Zeitintervall in den Verbindungszustand, wenn das Laserlicht zu bestimmten Zeiten emittiert wird, um die Integrationsausgangssignale des Integriererausgangs den in den Kondensatoren geladenen oder gesammelten elektrischen Ladungen entsprechend zu machen. Der Sensor vergleicht die Integrationssignale der jeweiligen photoempfindlichen Elemente, die von dem Integrierer ausgegeben werden, mit einem bestimmten Integrationsstandardwert. Der Sensor erfasst ein reflektierendes Objekt, welches das Laserlicht reflektiert, basierend auf den Integrationssignalen, die gleich oder größer als der Integrationsstandardwert sind.
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Somit kann das Radarsystem die Integration der Lichtempfangssignale parallel durchführen, welche von der Mehrzahl von photoempfindlichen Elementen ausgegeben werden.
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Das Radarsystem integriert die Lichtempfangssignale auf analoge Weise unter Verwendung der Kondensatoren, welche die elektrischen Ladungen abhängig von der Intensität der Photoempfangssignale sammeln. Infolgedessen kann das reflektierende Objekt mit hoher Empfindlichkeit basierend auf dem Integrationssignal entsprechend den elektrischen Ladungen erfasst werden, welche einer verstärkten Lichtempfangssignalkomponente entsprechen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen und Abwandlungen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
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1 ein Blockdiagramm einer Fahrzeugsteuerung gemäß einer beispielsweisen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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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 gemäß der Ausführungsform von 1;
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4 eine graphische Darstellung einer Wellenform eines Lichtempfangssignals;
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5a ein schematisches Diagramm eines Integrierers in der Ausführungsform von 1;
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5B bis 5D graphische Darstellungen von elektrischen Ladungen, die von den Kondensatoren in der Ausführungsform von 1 gesammelt werden;
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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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Wie in 3 gezeigt, hat der Photo-IC 90 einen Integrator oder Integrierer 93. Der Integrierer 93 enthält Schalter SW1–SW200 und Kondensatoren C1–C220, welche jeweils mit den Schaltern S1–S200 für jede Photodiode (jedes photoempfindliche Element) PD angeschlossen sind. Der Integrierer 93 integriert die Lichtempfangssignale in einer analogen Weise.
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Somit ist es im Gegensatz zum herkömmlichen Aufbau gemäß 11B unnötig, den A/D-Wandlerschaltkreis und den Integrierer für jedes photoempfindliche Element PD bereitzustellen. Somit kann die Integration der Lichtempfangssignale, die von der Mehrzahl von photoempfindlichen Elementen PD1–PD16 ausgegeben werden, parallel unter Verwendung eines einfachen Aufbaus durchgeführt werden, der aus Schaltern SW1–SW200 und den Kondensatoren C1–C200 besteht.
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Da die von den photoempfindlichen Elementen PD1–PD16 ausgegebenen Lichtsempfangssignale vom Integrierer 93 in analoger Weise integriert werden, kann die Erkennungsempfindlichkeit für das reflektierte Licht verbessert werden.
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Der Photo-IC 90 ist durch einen integrierten Schaltkreis (IC) gebildet, wie in 3 gezeigt. Der Photo-IC 90 hat eine Lichtempfangslinse 90 zum Empfang eines Laserlichts (reflektierten Lichts), welches von einem reflektierenden Objekt reflektiert wird, einen Photoempfänger zur Ausgabe der Lichtempfangssignale, Verstärker 91a, 91b, den Integrierer 93, Schaltelemente 95a, 95b, eine Lichtabschirmung 97, einen Subtrahierer 99 und eine Steuerung (nicht gezeigt).
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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 Elements (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) gegenüber Licht abschirmt. Somit kann eine Grundrauschkomponente, welche den Lichtempfangssignalen der photoempfindlichen Elemente PD1–PD15, welche von der Lichtabschirmung 97 nicht abgeschirmt sind, überlagert ist, basierend auf dem Lichtempfangssignal beseitigt werden, das von dem photoempfindlichen Element PD16 ausgegeben wird, welches von der Lichtabschirmung 97 abgeschirmt ist.
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Das Grundrauschen und ein Hintergrundrauschen werden den Lichtempfangssignalen der photoempfindlichen Elemente überlagert. Das Grundrauschen ist 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, oder ein Energieversorgungsrauschen, welches von einer Energiequelle erzeugt wird. Dieses Störrauschen wird in bestimmten Intervallen erzeugt.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das photoempfindliche Element PD16 von der Lichtabschirmung 97, beispielsweise einer Aluminiumfolie oder dergleichen, gegenüber Licht abgeschirmt, wie in 3 gezeigt. Der Subtrahierer 99 subtrahiert ein Integrationssignal entsprechend dem Lichtempfangssignal vom photoempfindlichen Element PD16 von dem Integrationssignal entsprechend dem Lichtempfangssignal eines jeden photoempfindlichen Elements PD1–PD15. Somit kann das Grundrauschen, welches dem Lichtempfangssignal eines jeden photoempfindlichen Elements PD1–PD15 überlagert ist, beseitigt werden. Alternativ kann das Grundrauschen auf digitale Weise in einer internen Verarbeitung der CPU 70 ohne Bereitstellung des Subtrahierers 99 beseitig werden.
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Die Verstärker 91a und 91b sind für jedes photoempfindliche Element vorgesehen. Die Verstärker 91 und 91b verstärken Eingangssignale mit bestimmten Verhältnissen oder Faktoren. Das Schaltelement 95a ist für jedes photoempfindliche Element vorgesehen. Das Schaltelement 95a verbindet das photoempfindliche Element mit dem Integrierer 93 zur Ausgabe des Lichtempfangssignals des photoempfindlichen Elements an den Integrierer 93.
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Die Schalter SW1–SW200 sind durch komplementäre Metalloxidhalbleiter (CMOS) gebildet und arbeiten in Antwort auf einen Schaltbefehl von der CPU 70. Alternativ können die Schalter SW1–SW200 durch ladungsgekoppelte Vorrichtungen (CCD) gebildet werden.
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Jeder der Kondensatoren C1–C200 des Integrierers 93 entsprechend dem photoempfindlichen Element PD16 hat einen Pufferverstärker (nicht gezeigt). Die Pufferverstärker verhindern elektrische Ladungsverluste in den Kondensatoren C1–C200.
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Die Steuerung steuert den Betrieb des Integrierers 93 und der Schaltelemente 95a. Die Steuerung schaltet die Schaltelemente 95a in einen EIN- oder Verbindungszustand und hält diesen Zustand fortlaufend aufrecht, bis das Laserlicht eine bestimmte Anzahl mal emittiert worden ist (beispielsweise 226-mal: n = 256), wie in 5D gezeigt.
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Jedes Mal dann, wenn das Laserlicht emittiert wird, führt die Steuerung einen Integrationsverarbeitungsvorgang durch, während eine bestimmte Zeit (beispielsweise 2000 nsec) verstreicht, nachdem das Laserlicht emittiert wurde. Bei der Integrationsverarbeitung werden die Schalter SW1–SW200 nacheinander in einem bestimmten Zeitintervall (beispielsweise 10 nsec) in bestimmter Reihenfolge in den Verbindungszustand geschaltet, um die elektrischen Ladungen jeweils in den Kondensatoren C1–C200 abhängig von der Intensität der Lichtempfangssignale zu sammeln oder zu speichern.
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Wenn beispielsweise das Laserlicht das erste Mal emittiert wird (n = 1), wird der Schalter SW1 unmittelbar nach der Lichtemission in den Verbindungszustand oder durchgeschalteten Zustand geschaltet, während die Schalter SW2–SW200 im AUS- oder getrenntem Zustand gehalten werden. Wenn danach 10 nsec verstrichen sind, wird der Schalter SW2 in den Verbindungszustand geschaltet, der Schalter SW1 wird in den getrennten Zustand geschaltet und die Schalter SW3–SW200 werden im getrennten Zustand gehalten. Somit wird das Schalten fortgeführt, bis jeder der Schalter SW1–SW200 einmal pro Schalter in dieser Reihenfolge in den Verbindungszustand geschaltet wurde (bis 2000 nsec verstrichen sind).
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Das Schalten der Schalter SW1–SW200 in den Verbindungszustand oder Trennzustand wird zur gleichen Zeit durch die gesamten photoempfindlichen Elemente PD1–PD16 durchgeführt. Wenn einer der Schalter SW1–SW200 in den Verbindungszustand geschaltet wird, werden die anderen Schalter im getrennten Zustand gehalten.
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Somit wird gemäß 5B aufgrund der ersten Emission von Laserlicht die elektrische Ladung E in jedem der Kondensatoren C1–C200 abhängig von der Intensität der Lichtempfangssignale zu der Zeit, zu der ein entsprechender der Schalter SW1–SW200 eingeschaltet ist, gesammelt oder aufgeladen. Die in den Kondensatoren C1–C200 gesammelten elektrischen Ladungen E zeigen das gleiche Ergebnis wie in dem Fall, wo das Lichtempfangssignal, das vom photoempfindlichen Element ausgegeben wird, für jede 10 nsec erfasst wird.
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Wenn das Laserlicht das zweite Mal emittiert wird (n = 2), sammelt die Steuerung die elektrischen Ladungen in den jeweiligen Kondensatoren C1–C200 abhängig von der Intensität der Lichtempfangssignale durch Schalten der Schalter SW1–SW200 nacheinander in einer bestimmten Reihenfolge in einem Intervall von 10 nsec, während 2000 nsec verstreichen, in den Verbindungszustand, wie in 5C gezeigt. Somit führt die CPU 70 wiederholt die Integrationsverarbeitung durch, bis das Laserlicht 256-mal emittiert worden ist (n = 256).
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Wenn das Laserlicht 256-mal emittiert worden ist und die elektrischen Ladungen entsprechend der Intensität der Lichtempfangssignale jeweils in den Kondensatoren C1–C200 gesammelt worden sind, schaltet die Steuerung die Schaltelemente 95 in den Trennzustand oder AUS-Zustand.
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In dem Fall, in dem alle Lichtempfangssignale von einem der photoempfindlichen Elemente PD1–PD15 eine Lichtempfangssignalkomponente S entsprechend dem reflektierten Licht enthalten, welches von dem gleichen reflektierenden Objekt reflektiert wurde, wie in den 5B und 5C gezeigt, treten elektrische Ladungen E entsprechend der Lichtempfangssignalkomponente S auf, wenn die gleiche Periode nach dem Emissionszeitpunkt des Laserlichts verstrichen ist.
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Somit wird die elektrische Ladung E entsprechend der Lichtempfangssignalkomponente SO zu der Zeit, zu der das Laserlicht 256-mal emittiert worden ist, ein Wert, der durch Verstärkung der Lichtempfangssignalkomponente S eines jeden Lichtempfangssignals 256-mal erzeugt wird, wie in 5D gezeigt.
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Eine Rauschkomponente N, welche als Hintergrundrauschen bekannt ist, ist jedem Lichtempfangssignal überlagert. Wie in der Tabelle von 7 gezeigt, ist das Hintergrundrauschen ein thermisches Rauschen (Johnson-Rauschen), welches durch einen Widerstand erzeugt wird, oder so genanntes Schrotrauschen („Shot-Noise”), welches von einem Halbleiter erzeugt wird. Diese Rauscharten sind Zufallsrauschen irrelevanter Frequenz.
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Daher wird gemäß 4 eine Frequenzverteilung der Lichtempfangssignale, denen das Hintergrundrauschen überlagert ist, eine im Wesentlichen normale oder gleichförmige Verteilung. Selbst wenn daher eine elektrische Ladung entsprechend einer Rauschkomponente N aufgesammelt oder gespeichert wird, wird die elektrische Ladung entsprechend der Rauschkomponente N0 (Rauschkomponente zu der Zeit, zu der das Laserlicht 256-mal emittiert wurde) ein Wert, der sich dadurch ergibt, indem die Rauschkomponente nur 16-(√256-)mal verstärkt wurde, wie in 5D gezeigt. Damit kann das reflektierende Objekt mit hoher Empfindlichkeit auf der Grundlage der Integrationssignale entsprechend der elektrischen Ladung E erfasst werden, die der verstärkten Lichtempfangssignalkomponente S0 entspricht.
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Die Steuerung schaltet nach dem Schalten aller Schaltelemente 95a in den getrennten Zustand die Schaltelemente 95b entsprechend den photoempfindlichen Elementen PD1 und PD16 in den Verbindungszustand. Dann schaltet die Steuerung die Schalter SW1–SW200 entsprechend jedem der photoempfindlichen Elemente PD1 und PD16 nacheinander in einer bestimmten Reihenfolge und in einem bestimmten Zeitintervall (10 nsec) in den Verbindungszustand. Somit gibt die Steuerung die Integrationssignale entsprechend den elektrischen Ladungen, die in den Kondensatoren C1–C200 gesammelt wurden, an den Subtrahierer 99 aus.
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Sodann entfernt der Subtrahierer 99 die Grundrauschkomponenten aus den analogen Integrationssignalen entsprechend den Lichtempfangssignalen des photoempfindlichen Elements PD1. Dann wandelt der A/D-Wandler die analogen Integrationssignale in digitale Integrationssignale, die an die CPU 70 ausgegeben werden.
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Wenn die digitalen Integrationssignale entsprechend dem photoempfindlichen Element PD1 an die CPU 70 ausgegeben werde, wird das Schaltelement 95b entsprechend dem photoempfindlichen Element PD1 in den getrennten Zustand geschaltet und das Schaltelement 95b entsprechend dem photoempfindlichen Element PD2 wird in den Verbindungszustand geschaltet. Dann schaltet die Steuerung die Schalter SW1–SW200 entsprechend jedem der photoempfindlichen Elemente PD2, PD16 nacheinander in einer bestimmten Reihenfolge im Zeitintervall von 10 nsec in den Verbindungszustand. Somit gibt die Steuerung die Integrationssignale entsprechend den elektrischen Ladungen, die in den Kondensatoren C1–C200 gesammelt wurden, an den Subtrahierer 99 aus.
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Danach wiederholt die Steuerung einen ähnlichen Steuerungsvorgang, bis die digitalen Integrationssignale jeweils entsprechend den photoempfindlichen Elementen PD3–PD15 an die CPU 70 ausgegeben worden sind. Da die Kondensatoren C1–C200 entsprechend dem photoempfindlichen Element 16 die Pufferverstärker haben, werden die in den Kondensatoren C1–C200 entsprechend dem photoempfindlichen Element PD16 gesammelten elektrischen Ladungen nicht verloren, selbst wenn die obige Steuerung wiederholt für die photoempfindlichen Elemente PD1–PD15 durchgeführt wird.
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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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Die CPU 70 vergleicht die Integrationssignale eines jeden photoempfindlichen Elements mit der Standardspannung und erfasst das reflektierende Objekt basierend auf den Integrationssignalen gleich oder größer als die Standardspannung. Wie beispielsweise in 8 gezeigt, wird jedes der sporadischen Integrationssignale der photoempfindlichen Elemente PD1–PD15 mit der Standardspannung verglichen. Für den Fall, dass die Integrationssignale Db, Dc größer als die Standardspannung sind, wie in 8 gezeigt, wird das Vergleichsergebnis an eine Interpolationsvorrichtung (nicht gezeigt) 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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Der Integrierer 93 mit den Schaltern SW1–SW200 und den Kondensatoren C1–C200 für jedes photoempfindliche Element kann somit die Integration der Lichtempfangssignale, die von den vielen photoempfindlichen Elementen PD1–PD16 ausgegeben werden, parallel durchführen.
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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 MBS) 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 θx 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 können gemäß 10 Addierer 92 in dem Photo-IC 90 vorhanden sein, um die Lichtempfangssignalausgänge von einer bestimmten Anzahl (in diesem Ausführungsbeispiel zwei) benachbarter photoempfindlicher Elemente zu addieren und um das addierte Signal an den Integrierer 93 auszugeben. Das reflektierende Objekt wird basierend auf den Integrationssignalen entsprechend den jeweiligen Addierern 92 erfasst. Damit kann der Seitenwinkel θx des vorausfahrenden Fahrzeugs ebenfalls genau erkannt werden.
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Beschrieben wurde somit ein Fahrzeugradarsystem, wobei ein Integrierer des Fahrzeugradarsystems für jedes von photoempfindlichen Elementen eine Mehrzahl von Schaltern und eine Mehrzahl von mit den Schaltern verbundenen Kondensatoren aufweist. Der Integrierer integriert Lichtempfangssignale, welche von den photoempfindlichen Elementen ausgegeben werden, indem die Schalter nacheinander in einer bestimmten Reihenfolge in einem bestimmten Zeitintervall, bis nach jeder Emission von Laserlicht eine bestimmte Zeit verstrichen ist, in einen Verbindungszustand geschaltet werden und indem die Schalter nacheinander in einer bestimmten Reihenfolge in einem bestimmten Zeitintervall in einen Verbindungszustand geschaltet werden, wenn das Laserlicht zu bestimmten Zeiten emittiert wird. Damit kann der Integrierer die Lichtempfangssignale, welche von der Mehrzahl von photoempfindlichen Elementen ausgegeben werden, parallel integrieren.
