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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radarvorrichtung.
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Die
US 5 805 527 A offenbart eine Radarvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, Laserlicht abzustrahlen, das von einem Reflexionsobjekt reflektierte Laserlicht zu empfangen und einen Abstand zum Reflexionsobjekt auf der Grundlage einer Zeitspanne zwischen einem Abstrahlzeitpunkt des Laserlichts und einem Empfangszeitpunkt des Laserlichts zu bestimmen.
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Solch eine Radarvorrichtung weist zur genauen Bestimmung eines Empfangszeitpunkts des Laserlichts eine Signalverarbeitungsschaltung auf, die dazu ausgelegt ist, eine Zeitspanne zu erfassen, während der ein Reflexionssignal mit einem von dem empfangenen Laserlicht abhängigen Signalpegel einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, und einen Fehler des Empfangszeitpunkts in Abhängigkeit der Intensität des empfangenen Laserlichts zu kompensieren. Die Kompensation wird vorgenommen, da das aus dem empfangenen Laserlicht erzeugte Reflexionssignal die Eigenschaften aufweist, dass es steil ansteigt und steil abfällt, und dass sich die Steigung der ansteigenden und der abfallenden Flanke in Abhängigkeit der Intensität des empfangenen Laserlichts ändert. Wenn ein Zeitpunkt, an welchem das Reflexionssignal den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, einfach als der Empfangszeitpunkt des reflektierten Laserlichts bestimmt wird, ändert sich der auf diese Weise bestimmte Emfangszeitpunkt in Abhängigkeit der Intensität des empfangenen Laserlichts.
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Folglich wird bei der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Radarvorrichtung ein mittlerer Zeitpunkt zwischen einem Zeitpunkt, an welchem das Reflexionssignal den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, und einem Zeitpunkt, an welchem das Reflexionssignal unter den vorbestimmten Schwellenwert fällt, berechnet und ferner eine Korrekturzeit, mit welcher der berechnete mittlere Zeitpunkt korrigiert wird, auf der Grundlage der Intensität des empfangenen Lichts berechnet. Genauer gesagt, die Korrekturzeit wird bestimmt, indem auf ein Diagramm Bezug genommen wird, welches ein Verhältnis zwischen der Korrekturzeit und der Zeitspanne, während der das Reflexionssignal den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, zeigt. Dieses Verhältnis wird im Voraus anhand eines Versuchs oder einer Simulation erhalten. Der mittlere Zeitpunkt wird von der Korrekturzeit abgezogen und anschließend als der Empfangszeitpunkt des reflektierten Laserlichts, an welchem das Reflexionssignal an seinem Spitzenwert maximal ist, bestimmt.
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Die
US 2004/0 169 840 A offenbart ein Verfahren zur Verbesserung der Empfangsempfindlichkeit einer Radarvorrichtung der obigen Bauart, bei dem Laserlicht eine vorbestimmte Anzahl von Malen wiederholt in einen bestimmten Abstrahlbereich abgestrahlt wird und eine Mehrzahl von Lichtempfangssignalen, die jeweils ein Reflexionssignal enthalten, das aus diesen mehrfachen Abstrahlungen des Laserlichts resultiert, integriert werden, um die Intensität des Reflexionssignals, welches dem von einem Reflexionsobjekt reflektierten Laserlicht entspricht, zu erhöhen.
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Bei solch einer Radarvorrichtung kann es dann, wenn ein von einem Reflexionsobjekt reflektierter Laserstrahl sehr hoher Intensität empfangen wird, wie beispielsweise dann, wenn sich das Lichtreflexionsobjekt dicht an der Radarvorrichtung befindet oder das Lichtreflexionsobjekt ein sehr hohes Reflexionsvermögen bezüglich des Laserlichts aufweist, passieren, dass der Signalpegel des in Übereinstimmung mit dem empfangenen Laserlicht erzeugten Reflexionssignals einen Signalpegel jenseits des Pegel aufweist, der von den Signalverarbeitungsschaltungen der Radarvorrichtung verarbeitet bzw. bewältigt werden kann. Folglich ist das Reflexionssignal gesättigt und seine Wellenform verformt.
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Das obige Problem der Signalsättigung und der Wellenformverformung kann insbesondere dann leicht auftreten, wenn eine Mehrzahl von Lichtempfangssignalen integriert werden, um die Empfangsempfindlichkeit zu verbessern.
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Bei einer Sättigung und Verformung des Reflexionssignals wird es selbst dann schwierig, den Empfangszeitpunkt des Laserlichts genau zu bestimmen, wenn die Korrektur gemäß dem in der
US 5 805 527 A offenbarte Verfahren erfolgt.
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Die in der
US 2004/0 169 840 A1 offenbarte Radarvorrichtung, bei welcher die Lichtempfangssignale, welche die Reflexionssignale enthalten, integriert werden, um die Empfangsempfindlichkeit zu verbessern, ist dazu ausgelegt, Hintergrundrauschen aus dem integrierten Signal zu entfernen, um die Empfangsempfindlichkeit weiter zu verbessern. Genauer gesagt, bei dieser Radarvorrichtung wird Laserlicht dann, wenn ein Polygonspiegel mit einer Mehrzahl von Reflexionsoberflächen zur Reflexion eines von einer Laserdiode erzeugten Laserlichts einen Zustand aufweist, bei dem ein Umschalten der Reflexionsoberflächen unmittelbar bevorsteht, absichtlich nach außerhalb eines Zielabstrahlbereichs abgestrahlt und das Hintergrundrauschen auf der Grundlage eines zu diesem Zeitpunkt erhaltenen Lichtempfangssignals berechnet. Hierdurch kann Hintergrundrauschen, das durch einen Takt einer CPU der Radarvorrichtung bedingte periodische Rauschkomponenten enthält, und elektromagnetisches Rauschen, das durch die Erzeugung des Laserlichts hervorgerufen wird, berechnet werden. Durch eine Entfernung des Hintergrundrauschens aus dem integrierten Signal kann das S/N-Verhältnis und folglich die Empfangsempfindlichkeit der Radarvorrichtung verbessert werden.
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Das Hintergrundrauschen muss, wie vorstehend beschrieben, in einer bestimmten zeitlichen Steuerung berechnet und bei jeder Berechnung in einem Speicher, wie beispielsweise einem RAM, gespeichert werden, da es sich bedingt durch die langfristige Änderung der Eigenschaften der Radarvorrichtung und eine Änderung der thermischen Umgebung ändert. Folglich weist die in der
US 2004/0 169 840 A1 offenbarte herkömmliche Radarvorrichtung den Nachteil auf, dass ihre CPU einer hohen Rechenbelastung ausgesetzt ist, da sie das Hintergrundrauschen regelmäßig berechnen muss.
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Aus der
US 4 153 366 A ist ferner ein System zur Bestimmung der Reichweite zwischen einem Referenzpunkt und einem Ziel bekannt. Die
US 6 504 601 B2 beschreibt des Weiteren eine Laserbereichsmessvorrichtung.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Objekt unabhängig von der Stärke des reflektierten Lichts richtig zu erfassen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Radarvorrichtung nach dem Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Radarvorrichtung der Bauart, die eine Mehrzahl von Lichtempfangssignalen integriert, ihre Empfangsempfindlichkeit verbessern, um einen einem Abstand zu einem zu erfassenden Objekt entsprechenden Peak eines in dem integrierten Signal enthaltenen Reflexionssignals selbst dann genau bestimmen zu können, wenn das Reflexionssignal gesättigt ist.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung, einschließlich der Zeichnung und der Ansprüche, näher ersichtlich sein. In der Zeichnung zeigt/zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Gesamtaufbaus einer in einem Fahrzeug vorgesehenen Radarvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung eines Aufbaus einer in der Radarvorrichtung der 1 enthaltenen Erfassungsschaltung;
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3A eine schematische Darstellung eines Bereichs zu integrierender Lichtempfangssignalen, wenn die Anzahl der zu integrierenden Lichtempfangssignale auf 4 gesetzt ist;
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3B ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Prozesses zur Integration einer Mehrzahl der Lichtempfangssignale;
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4A ein Diagramm von Wellenformen von M-Lichtempfangssignalen, die nebeneinander entlang der gleichen Zeitachse angeordnet sind;
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4B ein Diagramm einer Wellenform eines durch Integrieren der M-Lichtempfangssignale gebildeten integrierten Signals;
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5A, 5B, 5C Diagramme, die jeweils ein Beispiel einer Wellenform des in einen Sättigungszustand getretenen integrierten Signals zeigen, bei dem ein einer Position eines Reflexionsobjekts entsprechender Zeitpunkt markiert ist;
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6 ein Diagramm einer Wellenform des einem Differenzprozess zu unterziehenden integrierten Signals und einer Wellenform des integrierten Signals, das um ein ganzzahliges Vielfaches eines A/D-Abtastintervalls verschoben und in seiner Polarität invertiert worden ist;
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7A ein Diagramm einer Wellenform eines Differenzsignals, wenn eine Verschiebungszeit Δd dem doppelten A/D-Abtastintervall clk entspricht;
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7B ein Diagramm einer Wellenform des Differenzsignals, wenn die Verschiebungszeit Δd dem vierfachen A/D-Abtastintervall entspricht;
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8A, 8B und 8C Diagramme zur Veranschaulichung des Verhältnisses zwischen einer Mittelsymmetrieachse einer Wellenform eines ansteigenden Spitzenwerts des Differenzsignals und dem der Position des Reflexionsobjekts entsprechenden Zeitpunkt;
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9 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Berechnen eines der Mittelachse der Spitzenwertwellenform entsprechenden Zeitpunkts;
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10A, 10B Diagramme zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Ausführen des Differenzprozesses bezüglich der nicht integrierten Lichtempfangssignale; und
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11A, 11B Diagramme zur Veranschaulichung eines Betriebs einer Modifikation der Radarvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Gesamtaufbaus einer in einem Fahrzeug vorgesehenen Radarvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Radarvorrichtung weist, wie in 1 gezeigt, einen Lichtsendeabschnitt 10, einen Lichtempfangsabschnitt 20, eine Erfassungsschaltung 40 und eine Laser/Radar-CPU 50 auf. Der Lichtsendeabschnitt 10 und der Lichtempfangsabschnitt 20 sind an einem vorderen Teil des Fahrzeugs angeordnet, um ein sich vor dem Fahrzeug befindliches Objekt zu erfassen.
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Der Lichtsendeabschnitt 10 weist eine Halbleiterlaserdiode (nachstehend als Laserdiode bezeichnet) 12 auf, die einen getakteten Laserstrahl über einen Abtaster 13 und eine Lichtsendelinse 17 abstrahlt. Die Laserdiode 12, die über eine Laserdiodenansteuerschaltung 11 mit der CPU 50 verbunden ist, sendet den getakteten Laserstrahl aus, wenn sie ein von der CPU 50 ausgegebenes LD-Ansteuersignal (Laserdiodenansteuersignal) empfängt.
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Der Abtaster 13 weist einen Polygonspiegel 14 auf, der derart angeordnet ist, dass er entlang einer vertikalen Achse gedreht werden kann. Der Polygonspiegel 14 wird von einem Motor (nicht gezeigt), der von einer Motoransteuerschaltung 15 angesteuert wird, jedes Mal gedreht, wenn ein Motoransteuersignal von der CPU 50 an die Motoransteuerschaltung 15 gegeben wird. Die Drehposition des Motors wird von einem Motordrehpositionssensor 16 erfasst und an die CPU 50 gegeben.
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Der Polygonspiegel 14 weist sechs Spiegel (reflektierende Oberflächen) mit jeweils verschiedenen Neigungswinkeln auf. Folglich kann das Laserlicht dann, wenn die Laserdiode 12 dazu veranlasst wird, den getakteten Laserstrahl periodisch abzustrahlen, wenn der Polygonspiegel 14 gedreht wird, in diskontinuierlicher Weise einen vorbestimmten Winkelbereich in einer Fahrzeugbreitenrichtung und in einer Fahrzeughöhenrichtung überstreichen.
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Der Laserlichtabstrahlbereich wird nachstehend anhand eines Beispiels beschrieben. Das Laserlicht wird derart abgestrahlt, dass es dann, wenn seine Abstrahlrichtung entlang einer Z-Achse verläuft, eine parallel zur Z-Achse verlaufende X-Y-Ebene abtastet. Bei dieser Ausführungsform ist eine entlang der Fahrzeughöhenrichtung verlaufende Y-Achse als Referenzrichtung und eine entlang der Fahrzeugbreitenrichtung verlaufende X-Achse als Abtastrichtung definiert. Bei der Abstrahlung des Laserlichts wird dessen Abstrahlachse, wie in 3A gezeigt, nacheinander um einen vorbestimmten Winkel in der X-Achsenrichtung verschoben, so dass das Laserlicht auf 327 verschiedene Punkte auf der gleichen Abtastlinie entlang der X-Achse aufgebracht wird. Die 327 malige Aufbringung des Laserlichts entlang der X-Achse wird sechsmal wiederholt, wobei die Abstrahlachse nacheinander in der Y-Achsenrichtung verschoben wird. Folglich wird die 327 malige Aufbringung des Laserlichts für jede der ersten bis sechsten Abtastlinien ausgeführt.
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Der Lichtempfangsabschnitt 20 weist eine Lichtempfangslinse 21 zum Empfangen des von einem Objekt (nicht gezeigt) reflektierten Laserlichts auf. Die Lichtempfangslinse 21 führt dieses Licht auf eine Lichtempfangsvorrichtung (Photodiode) 22. Die Lichtempfangsvorrichtung 22 erzeugt auf den Empfang des reflektierten Laserlichts hin ein Spannungssignal mit einem von der Intensität des empfangenen Laserlichts abhängigen Spannungspegel als Reflexionssignal. Es sollte beachtet werden, dass die Lichtempfangsvorrichtung 22 selbst dann ein auf Umgebungslicht zurückzuführendes Lichtempfangssignal (Spannungssignal) erzeugt, wenn kein Laserlicht empfangen wird. Auf den Empfang des Laserlichts hin erzeugt die Lichtempfangsvorrichtung 22 das das Reflexionssignal enthaltende Lichtempfangssignal. Dieses Lichtempfangssignal wird von einem Verstärker 30 verstärkt und anschließend an die Erfassungsschaltung 40 gegeben.
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Die Erfassungsschaltung 40 misst eine Zeitspanne zwischen der Abstrahlung und dem Empfang des Laserlichts und gibt diese Zeitspanne an die Laser/Radar-CPU 50. Die Laser/Radar-CPU 50 berechnet den Abstand zum Objekt auf der Grundlage der gemessenen Zeit der Erfassungsschaltung 40 und gibt den berechneten Abstand als Messergebnis zusammen mit Abtastwinkeln 0X, 0Y des für die Abstandsberechnung verwendeten Laserlichts an eine Alarmvorrichtung und ein Steuergerät eines adaptiven Geschwindigkeitsregelungssystems (nicht gezeigt).
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Nachstehend werden der Aufbau und der Betrieb der Erfassungsschaltung 40 näher beschrieben. Die Erfassungsschaltung 40 weist, wie in 2 gezeigt, einen A/D-Wandlungsabschnitt 41, einen Integrierverarbeitungsabschnitt 42, einen Integrierbereichsfestlegungsabschnitt 43, einen Verschiebungszeitfestlegungsabschnitt 45, einen Speicherabschnitt 44, einen Differenzberechnungsabschnitt 46 und einen Spitzenwertmittelpunktsberechnungsabschnitt 47 auf. Das von dem Verstärker 30 verstärkte Lichtempfangssignal wird an den A/D-Wandlungsabschnitt 41 gegeben, wo es in ein digitales Signal gewandelt wird. Das in das digitale Signal gewandelte Lichtempfangssignal wird temporär in dem Integrierverarbeitungsabschnitt 42 gespeichert. Das A/D zu wandelnde Lichtempfangssignal entspricht hierbei einem Signal, das während einer Zeitspanne von der Abstrahlung des Laserlichts an bis zum Verstreichen einer vorbestimmten Zeitspanne auf die Abstrahlung des Laserlichts folgend von dem Verstärker 30 ausgegeben wird. Der A/D-Wandlungsabschnitt 41 teilt das Lichtempfangssignal in N-Zeitabschnitte mit jeweils einer vorbestimmten Dauer (z. B. 25 ns), berechnet einen Mittelwert der Werte, welche das Lichtempfangssignal jeweils in den N-Zeitabschnitten annimmt, und wandelt den berechneten Mittelwert in einen digitalen Wert.
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Der Integrierbereichsfestlegungsabschnitt 43 legt eine vorbestimmte Anzahl der in dem Integrierverarbeitungsabschnitt 42 gespeicherten Lichtempfangssignale, die einer vorbestimmten Anzahl der nacheinander entlang der X-Achse abgestrahlten Laserstrahlen entsprechen, als Bereich der zu integrierenden Lichtempfangssignale fest. Der Integrierverarbeitungsabschnitt 42 integriert die in dem festgelegten Bereich enthaltenen Lichtempfangssignale, um ein integriertes Signal zu bilden. Der von dem Integrierbereichsfestlegungsabschnitt 43 festgelegte Bereich der Lichtempfangssignale und die Bildung des integrierten Signals werden nachstehend näher beschrieben.
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3A zeigt eine schematische Darstellung eines Bereichs der zu integrierenden Lichtempfangssignale anhand von Strahlennummern (Abtastnummern für die Lichtempfangssignale), welche den nacheinander in bestimmten Winkelintervallen entlang der X-Achse ausgesendeten Laserstrahlen zugeordnet sind, für den Fall, bei welchem die Anzahl der zu integrierenden Lichtempfangssignale auf vier festgelegt ist. In der 3A ist der Einfachheit halber einzig eine Abtastlinie der Laserstrahlen gezeigt.
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Hierbei wird angenommen, dass das zu erfassenden vorausfahrende Fahrzeug einen Reflektor an seinem hinteren Ende und die Fahrzeugkarosserie ein verhältnismäßig hohes, jedoch nicht über dem des Reflektors liegendes Reflexionsvermögen aufweist. Unter dieser Annahme kann das vorausfahrende Fahrzeug über nur ein aus einem reflektierten Laserstrahl resultierendes Lichtempfangssignal erfasst werden, da die Intensität des reflektierten Laserlichts ausreichend hoch ist. Wenn jedoch Schmutz oder Schnee an dem hinteren Ende des Fahrzeugs haftet, verringert sich die Intensität des von dem Fahrzeug reflektierten Laserlichts. In diesem Fall kann das vorausfahrende Fahrzeug mit höherer Wahrscheinlichkeit nicht über ein einzelnes Lichtempfangssignal erfasst werden.
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Folglich werden bei dieser Ausführungsform eine Mehrzahl von Lichtempfangssignalen integriert, um die Intensität des reflektierten Laserlichts zu erhöhen. Der Integrierbereichsfestlegungsabschnitt 43 legt einen Bereich der zu integrierenden Lichtempfangssignale fest. Der Integrierbereichsfestlegungsabschnitt 43 legt, wie in 3A gezeigt, eine vorbestimmte Anzahl von Lichtempfangssignalen, welche den Laserstrahlen entsprechen, die auf der gleichen Abtastlinie nebeneinander liegen, als die zu integrierenden Lichtempfangssignale fest. Genauer gesagt, der Integrierbereichsfestlegungsabschnitt 43 legt die vier mit 1 bis 4 gekennzeichneten Lichtempfangssignale als ersten Integrierbereich und anschließend die vier mit 2 bis 5 gekennzeichneten Lichtempfangssignale als zweiten Integrierbereich fest. Auf diese Weise legt der Integrierbereichsfestlegungsabschnitt 43 nacheinander die Integrierbereiche fest, die jeweils die vier nebeneinander liegenden Lichtempfangssignale enthalten.
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Wenn der Integrierbereichsfestlegungsabschnitt 43 nacheinander die Integrierbereiche festlegt, integriert der Integrierverarbeitungsabschnitt 42 nacheinander die Lichtempfangssignale für jeden Integrierbereich. Die von dem Integrierverarbeitungsabschnitt 42 ausgeführte Integration ist, wie in 3B gezeigt, ein Prozess zur Summierung digitaler Werten einer Mehrzahl der als zu integrieren festgelegten Lichtempfangssignale für jeden entsprechenden Zeitpunkt. Wenn eine Mehrzahl von Lichtempfangssignalen integriert werden, kann das S/N-Verhältnis des Reflexionssignals aus den nachstehend aufgeführten Gründen verbessert werden.
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Wenn M-Lichtempfangssignale, wie in 4A gezeigt, Reflexionssignale aufweisen, die auf das gleiche Reflexionsobjekt zurückzuführen sind, tauchen diese Reflexionssignale an dem gleichen Zeitpunkt nach Verstreichen der gleichen Zeitspanne auf das Abstrahlen des Laserlichts folgend auf (schattierte Bereiche in der 4A). Folglich kann das Reflexionssignal mit einem Faktor M verstärkt werden, wenn die M-Lichtempfangssignale integriert werden. Demgegenüber wird das in den M-Lichtempfangssignalen enthaltene Hintergrundrauschen einzig mit einem Faktor der Wurzel aus M verstärkt, wenn diese Lichtempfangssignale integriert werden, da das Hintergrundrauschen ein aus dem Umgebungslicht resultierendes weißes Rauschen ist. Folglich kann das S/N-Verhältnis (das Verhältnis des Reflexionssignals zum Hintergrundrauschen) durch eine Integration einer Mehrzahl der Lichtempfangssignale verbessert werden. Hierdurch kann das Reflexionsobjekt selbst dann erfasst werden, wenn das in dem einzelnen Lichtempfangssignal enthaltene Reflexionssignal schwach ist und nur schwer von dem Hintergrundrauschen unterschieden werden kann.
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Der Integrierbereichsfestlegungsabschnitt 43 verschiebt die Position des Integrierbereichs, wie vorstehend beschrieben, um einen einem Lichtempfangssignal entsprechenden Winkel. Hierdurch kann eine Verringerung des Detektionsauflösungsvermögens des integrierten Signals während der Integration minimiert werden.
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Obgleich die Anzahl der als zu integrieren festgelegten Lichtempfangssignale bei dieser Ausführungsform vier beträgt, sollte sie vorzugsweise in Übereinstimmung mit der Größe des zu erfassenden Objekts, den Winkelintervallen der nacheinander abgestrahlten Laserstrahlen und einem maximalen Erfassungsbereich bestimmt werden.
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Der Speicherabschnitt 44 speichert das von dem Integrierverarbeitungsabschnitt 42 ausgegebene integrierte Signal und gibt das gespeicherte integrierte Signal aus, wenn eine von dem Verschiebungszeitfestlegungsabschnitt 45 festgelegte Verschiebungszeit auf das Speichern des integrierten Signals folgend verstrichen ist. Folglich empfängt der Differenzberechnungsabschnitt 46 ein integriertes Signal von dem Integrierverarbeitungsabschnitt 42 und das gleiche integrierte Signal, das um eine der Verschiebungszeit entsprechende Phase verzögert ist, als phasenverschobenes Signal. Der Differenzberechnungsabschnitt 46 berechnet eine Differenz zwischen diesen Signalen als Differenzsignal. Der Spitzenwertmittelpunktsberechnungsabschnitt 47 berechnet einen Spitzenwertmittelpunkt einer Spitzenwertwellenform des Differenzsignals als der Position des Reflexionsobjekts entsprechenden Zeitpunkt.
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Nachstehend wird beschrieben, warum der Abstand zum Reflexionsobjekt auf der Grundlage der Spitzenwertwellenform des Differenzsignals zwischen dem integrierten Signal und dem phasenverschobenen Signal bestimmt wird.
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Wenn eine Mehrzahl von Lichtempfangssignalen, die Reflexionssignale enthalten, die aus den von dem gleichen Reflexionsobjekt reflektierten Laserstrahlen resultieren, integriert werden, um die Empfangsempfindlichkeit zu verbessern, tritt leicht eine Sättigung des Reflexionssignals auf, da das Reflexionssignal in hohem Maße verstärkt wird. Sättigung des Reflexionssignals bedeutet hierbei, dass der Signalpegel des Reflexionssignals einen Wert deutlich jenseits eines zulässigen Bereichs annimmt, in dem die Erfassungsschaltung 40 Signale verarbeiten kann, und bei einem Höchstwert dieses zulässigen Bereichs verbleibt.
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Wenn das Reflexionssignal gesättigt ist, wird es schwierig, seinen Spitzenwert genau zu bestimmen, da die Wellenform des Signals verformt ist, und wird es folglich schwierig, den Empfangszeitpunkt zu bestimmen, bei welchem das von dem Objekt reflektierte Laserlicht empfangen wurde. Um dieser Sache gerecht zu werden, ist diese Ausführungsform derart ausgelegt, dass sie das Differenzsignal gemäß obiger Beschreibung berechnet, um die Spitzenwertwellenform, die an dem Zeitpunkt, welcher der Position des Objekts entspricht, einen Spitzenwert aufweist, selbst dann erhalten zu können, wenn das Reflexionssignal trapezförmig verformt ist.
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Die 5A, 5B und 5C zeigen jeweils ein Diagramm eines Beispiels einer Wellenform des gesättigten integrierten Signals, bei welchem der der Position des das Laserlicht reflektierenden Objekts entsprechende Zeitpunkt markiert ist. Bei jeder dieser Figuren beschreiben die schwarzen Rechtecke Abtastzeitpunkte, an denen Reflexionssignale A/D-gewandelt und die A/D-Wandlungsergebnisse integriert werden. Der Abstand zum Objekt vergrößert sich in der Reihenfolge von der 5A bis zur 5C.
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Aus den 5A bis 5C wird ersichtlich, dass der Spitzenwert des in dem integrierten Signal enthaltenen Reflexionssignals dann, wenn sich der Abstand zum Objekt verringert, zunimmt und sich folglich die Zeitspanne, während der das Reflexionssignal gesättigt ist, vergrößert. Aus den 5A bis 5C wird ferner ersichtlich, dass die Wellenformen des gesättigten Reflexionssignals unabhängig von einem Unterschied im Abstand zum Objekt in einem im Wesentlichen gleichen Winkel ansteigen, und dass die Zeit zwischen einem Zeitpunkt, an welchem diese Wellenform ansteigt, und dem Zeitpunkt, welcher der Position des Objekts entspricht, im Wesentlichen konstant ist.
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Folglich kann der der Position des Objekts entsprechende Zeitpunkt dann, wenn eine Spitzenwertwellenform einer dreieckigen Form, die bezüglich des der Position des Objekts (Abstand zum Objekt) entsprechenden Zeitpunkts symmetrisch ist, aus der Wellenform einer Trapezform des gesättigten Signals extrahiert werden kann, gemäß obiger Beschreibung bestimmt werden.
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Nachstehend wird ein Differenzprozess, mit welchem die Spitzenwertwellenform, die bezüglich des der Position des Objekts entsprechenden Zeitpunkts symmetrisch ist, aus der Wellenform einer Trapezform des gesättigten Reflexionssignals extrahiert werden kann, beschrieben.
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Hierbei wird angenommen, dass das integrierte Signal, welches das gesättigte Reflexionssignal enthält, durch eine Funktion f(t) beschrieben wird, wobei t eine diskrete Zeit ist, die seit der Abstrahlung des Laserlichts verstrichen ist, wie durch die die Abtastzeitpunkte in den 5A, 5B und 5C beschreibenden Markierungen gezeigt. Die Intervalle der diskreten Zeit werden in Abhängigkeit der Abtastfrequenz der A/D-Wandlung bestimmt.
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Wenn Δd ein ganzzahliges Vielfaches des A/D-Abtastintervalls der A/D-Wandlung (1/Abtastfrequenz) ist, beschreibt die Funktion f(t – Δd) das phasenverschobene Signal, das um Δd von dem integrierten Signal verzögert ist. Folglich kann das Differenzsignal Δf durch die folgende Gleichung (1) beschrieben werden. Δf = f(t) – f(t – Δd) (1)
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D. h., das Differenzsignal Δf kann erhalten werden, indem von der Wellenform des integrierten Signals die Wellenform des phasenverschobenen Signals, das um eine bestimmte Zeit von diesem integrierten Signal verzögert ist und die gleiche Wellenform wie dieses integrierte Signal aufweist, abgezogen wird. Mit Hilfe dieses Differenzprozesses können die ansteigende Flanke und die abfallende Flanke des in dem integrierten Signal enthaltenen trapezförmigen Reflexionssignals als ansteigender Spitzenwert bei einem positiven Wert und als abfallender Spitzenwert bei einem negativen Wert erfasst werden. Ein Plateauabschnitt der Trapezwellenform liegt durch den Differenzprozess auf einem Nullpegel.
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Der Differenzprozess wird nachstehend näher beschrieben. Eine Wellenform des dem Differenzprozess zu unterziehenden integrierten Signals, welche dem ersten Term auf der rechten Seite der Gleichung (1) entspricht, ist in der Abbildung (a) der 6 gezeigt. Eine Wellenform des integrierten Signals, die um ein ganzzahliges Vielfaches des A/D-Abtastintervalls verschoben und in ihrer Polarität invertiert wurde, ist in der Abbildung (b) der 6 gezeigt. Die Gleichung (1) wird erhalten, indem die in den Abbildung (a) und (b) der 6 gezeigten Wellenformen hinzugefügt werden. Die 7A und 7B zeigen die Ergebnisse des Differenzprozesses.
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7A zeigt ein Diagramm einer Wellenform des Differenzsignals, wenn die Verschiebungszeit Δd in der Gleichung (1) dem doppelten A/D-Abtastintervall clk entspricht (Ad = 2clk). 7B zeigt ein Diagramm einer Wellenform des Differenzsignals, wenn die Verschiebungszeit Δd in der Gleichung (1) dem vierfachen A/D-Abtastintervall clk entspricht (Ad = 4clk).
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Die Wellenform des ansteigenden Spitzenwerts und die Wellenform des abfallenden Spitzenwerts des Differenzsignals sind jeweils, wie in den 7A und 7B gezeigt, auf die ansteigende und auf die abfallende Flanke des in dem integrierten Signal enthaltenen trapezförmigen gesättigten Reflexionssignals zurückzuführen. Aus den 7A und 7B wird ersichtlich, dass die in dem Differenzsignal erscheinende Wellenform des ansteigenden Spitzenwerts in beiden Fällen der 7A und 7B weitgehend symmetrisch ist.
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Die Position der Symmetrieachse ist jedoch in den beiden in den 7A und 7B gezeigten Fällen.
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Ferner liegt das Differenzsignal in einem von dem ansteigenden Spitzenwert und dem abfallenden Spitzenwert verschiedenen Teil, wie in den 7A und 7B gezeigt, ungefähr auf einem Nullpegel. Dies liegt daran, dass der Teil des integrierten Signals, der sich von der ansteigenden und der abfallenden Flanke unterscheidet, annäherungsweise konstant ist und dieser Teil folglich durch den Differenzprozess entfernt wird. Aus der obigen Beschreibung wird ersichtlich, dass der Differenzprozess nicht nur eine Extrahierung der Spitzenwertwellenformen, sondern ebenso eine Entfernung des Hintergrundrauschens ermöglicht.
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Wenn die Position der Symmetrieachse der Wellenform des ansteigenden Spitzenwerts des Differenzsignals mit dem der Position des Objekts entsprechenden Zeitpunkt übereinstimmt, kann der der Position des Reflexionsobjekts entsprechende Zeitpunkt leicht aus der Wellenform des ansteigenden Spitzenwerts des Differenzsignals bestimmt werden. Die Position der Symmetrieachse der Wellenform des ansteigenden Spitzenwerts des Differenzsignals ändert sich jedoch leicht in Abhängigkeit der Verschiebungszeit Δd. Folglich muss die Verschiebungszeit Δd auf einen derartigen Wert gesetzt werden, dass die Position der Symmetrieachse der Wellenform des ansteigenden Spitzenwerts mit dem der Position des Objekts entsprechenden Zeitpunkt übereinstimmt.
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Bei dem in 7A gezeigten Fall ist die Symmetrieachse der Wellenform des ansteigenden Spitzenwerts nichtfluchtend mit dem der Position des Objekts entsprechenden Zeitpunkt. Bei dem in 7B gezeigten Fall stimmt sie demgegenüber annäherungsweise mit dem der Position des Objekts entsprechenden Zeitpunkt überein.
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Die 8A, 8B und 8C zeigen Diagramme zur Veranschaulichung des Verhältnisses zwischen der Symmetrieachse der Wellenform des ansteigenden Spitzenwerts des Differenzsignals und dem der Position des Objekts entsprechenden Zeitpunkt, wenn die Verschiebungszeit Δd auf den vierfachen Wert des A/D-Abtastintervalls clk gesetzt ist. 8A zeigt einen Fall, bei welchem das in 5A gezeigte integrierte Signal zur Berechnung des Differenzsignals verwendet wird. 8B zeigt einen Fall, bei welchem das in 5B gezeigte integrierte Signal zur Berechnung des Differenzsignals verwendet wird. 8C zeigt einen Fall, bei welchem das in 5C gezeigte integrierte Signal zur Berechnung des Differenzsignals verwendet wird.
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Gemäß obiger Beschreibung enthält die Wellenform des integrierten Signals das Hintergrundrauschen, die Wellenform des Differenzsignals jedoch kein Hintergrundrauschen, da dieses durch den Differenzprozess entfernt wurde. Folglich ist die Wellenform des Differenzsignals derart ausgebildet, dass die Spitzenwertwellenformen auf der Nulllinie (Nullpegel) liegen. Es sollte beachtet werden, dass sich der Nullpegel des integrierten Signals von dem des Differenzsignals unterscheidet, das integrierte Signal und das Differenzsignal in den 8A bis 8C jedoch überlagert sind, um die Beschreibung und das Verständnis zu erleichtern.
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Aus den 8A bis 8C wird ersichtlich, dass es dann, wenn die Verschiebungszeit Δd auf den vierfachen Wert des A/D-Abtastintervalls clk gesetzt ist, unabhängig vom Abstand zum Objekt möglich wird, die Spitzenwertwellenform zu erhalten, deren Symmetrieachse an der Position liegt, die mit dem der Position des Objekts entsprechenden Zeitpunkt übereinstimmt.
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Da die Spitzenwertwellenform, wie in
9 gezeigt, symmetrisch ist, kann der der Position des Objekts entsprechende Zeitpunkt als Position eines Mittelpunkts zwischen zwei Schnittpunkten zwischen einer vorbestimmten Schwellenwertlinie und der Spitzenwertwellenform berechnet werden. Folglich muss der in der obigen
US 5 805 527 A beschriebenen Korrekturprozess nicht mehr ausgeführt werden.
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Durch den vorstehend beschriebenen Differenzprozess kann die Spitzenwertwellenform, die an dem der Position des Objekts entsprechenden Zeitpunkt einen Spitzenwert aufweist, selbst dann erhalten werden, wenn das Reflexionssignal einen trapezförmigen Sättigungszustand annimmt.
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Bei dieser Ausführungsform ist die Verschiebungszeit Δd auf den vierfachen Wert des A/D-Abtastintervalls clk gesetzt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass dieses Verhältnis lediglich als Beispiel dient und der Wert der Verschiebungszeit Δd in Abhängigkeit der Eigenschaften des Lichtempfangsabschnitts 20 und der Detektorschaltung 40 bestimmt werden muss. Folglich sollte eine Zeitspanne zwischen einem Zeitpunkt, an dem ein gesättigtes Reflexionssignal ansteigt, und dem Zeitpunkt, welcher der Position des zu erfassenden Objekts entspricht, vorzugsweise anhand eines Versuchs oder einer Simulation gemessen werden, um die Verschiebungszeit Δd auf einen optimalen Wert zu setzen.
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Wenn die Verschiebungszeit Δd nur auf ein ganzzahliges Vielfaches des A/D-Abtastintervalls, d. h. nur auf diskrete Werte gesetzt werden kann, kommt es bei der Anpassung der Position der Symmetrieachse der Spitzenwertwellenform an die Position des Objekts zu Einschränkungen. Folglich sollte die Verschiebungszeit Δd vorzugsweise auf kontinuierliche Werte gesetzt werden können. Wenn die Integration der Lichtempfangssignale und die Berechnung des Differenzsignals ohne A/D-Wandlung der Lichtempfangssignale auf analoger Basis ausgeführt werden, kann die Verschiebungszeit Δd auf kontinuierliche bzw. Analogwerte gesetzt werden. Eine Integration analoger Signale, die an verschiedenen Zeitpunkten auftreten, erschwert jedoch die Gewährleistung einer gewissen Genauigkeit. Folglich sollte das A/D-Wandlungsabtastintervall clk vorzugsweise so kurz wie möglich ausgelegt werden, um eine genaue Anpassung der Position der Symmetrieachse der Spitzenwertwellenform zu ermöglichen.
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Die vorstehend beschriebene Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auf verschiedene Weise modifiziert werden.
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Obgleich das Differenzsignal bei dieser Ausführungsform aus dem gesättigten integrierten Signal, das durch Integrieren einer Mehrzahl der Lichtempfangssignale gebildet wird, welche die Reflexionssignale enthalten, die aus den von dem gleichen Objekt reflektierten Laserstrahlen resultieren, und dem phasenverschobenen Signal, das gebildet wird, indem dieses integrierte Signal phasenverschoben wird, berechnet wird, kann das Differenzsignal gemäß einer Alternative, die nicht zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gehört, aus einem nicht gesättigten integrierten Signal berechnet werden, da es mit Hilfe des Differenzprozesses möglich ist, das Hintergrundrauschen zu entfernen. In diesem Fall wird ein Differenzsignal zwischen einem integrierten Signal, das, wie in 10A gezeigt, nicht gesättigt ist (nachstehend als erstes Signal bezeichnet), und einem zweiten Signal erzeugt, das gebildet wird, indem das erste Signal phasenverschoben wird. Wenn die Verschiebungszeit des zweiten Signals länger als das Intervall der Spitzenwertwellenformen des ersten Signals ausgelegt wird, kann die Spitzenwertwellenform des ersten Signals erhalten und das Hintergrundrauschen in dem zweiten Signal entfernt werden (10B). Das Hintergrundrauschen kann ferner entfernt werden, indem die Lichtempfangssignale dem Differenzprozess unterzogen werden, bevor sie integriert werden.
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Der vorstehend beschriebene Differenzprozess ist einfacher ausgelegt als der Prozess, der von der in der
US 5 805 527 A offenbarten herkömmlichen Radarvorrichtung periodisch in einem vorbestimmten Zeitintervall zur Messung des Hintergrundrauschens und zum Abziehen des gemessenen Hintergrundrauschens von einem Lichtempfangssignal ausgeführt wird. Folglich kann die Rechenbelastung für die Erfassungsschaltung verringert werden.
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Wenn die in den Lichtempfangssignalen enthaltenen Reflexionssignale schwach sind bzw. geringe Intensitäten aufweisen, kann der Fall auftreten, bei welchem das integrierte Signal, wie in
11A gezeigt, nicht gesättigt ist. In diesem Fall kann der der Position des Objekts entsprechende Zeitpunkt mit Hilfe des in der
US 5 805 527 A offenbarten Verfahrens berechnet werden, da die Spitzenwertwellenform des in dem integrierten Signal enthaltenen Reflexionssignals nicht trapezförmig verformt ist. Wenn sie demgegenüber trapezförmig verformt ist, muss der vorstehend beschriebene Differenzprozess ausgeführt werden, um den der Position des Objekts entsprechenden Zeitpunkt genau berechnen zu können.
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Folglich weist die Erfassungsschaltung 40 einen Sättigungsbeurteilungsabschnitt auf, der auf der Grundlage der Intensität des integrierten Signals beurteilt, ob eine Sättigung aufgetreten ist oder nicht, so dass der der Position des Objekts entsprechende Zeitpunkt in Übereinstimmung mit dem vorstehend beschriebenen Prozess dieser Ausführungsform berechnet werden kann, wenn die Sättigung aufgetreten ist, und in Übereinstimmung mit dem herkömmlichen Verfahren berechnet werden kann, wenn keine Sättigung aufgetreten ist. Der Wert der Verschiebungszeit, der festgelegt wird, wenn keine Sättigung aufgetreten ist, kann sich von dem unterscheiden, der festgelegt wird, wenn die Sättigung aufgetreten ist.
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Bei dem herkömmlichen Verfahren werden während des Berechnungszeitraums des der Position des Objekts entsprechenden Zeitpunkts ein mittlerer Zeitpunkt zwischen einem Moment, an welchem die Spitzenwertwellenform des in dem integrierten Signal enthaltenen Reflexionssignals einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, und einem Moment, an welchem sie unter diesen vorbestimmten Schwellenwert fällt, berechnet und eine Korrekturzeit, mit welcher der berechnete mittlere Zeitpunkt korrigiert wird, auf der Grundlage der Intensität des empfangenen Laserlichts berechnet. Wenn die Korrekturzeit von dem mittleren Zeitpunkt abgezogen wird, kann ein Zeitpunkt, an welchem das Reflexionssignal einen Spitzenwert aufweist, als der Empfangszeitpunkt des von dem Objekt reflektierten Laserlichts berechnet werden. Der der Position des Objekts entsprechende Zeitpunkt kann aus einer Differenz zwischen dem berechneten Empfangszeitpunkt und dem Zeitpunkt, an welchem das Laserlicht abgestrahlt wurde, bestimmt werden.
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Die Radarvorrichtung dieser Ausführungsform ist dazu ausgelegt, eine Mehrzahl getakteter Laserstrahlen abzustrahlen, während sie die Abstrahlrichtung nacheinander um einen vorbestimmten Winkel in der Fahrzeugbreitenrichtung verschiebt, und das integrierte Signal zu bilden, indem sie eine vorbestimmte Anzahl von Lichtempfangssignalen, welche der vorbestimmten Anzahl der Laserstrahlen entsprechen, die entlang der Fahrzeugbreitenrichtung nebeneinander liegen, integriert.
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Die Radarvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch derart ausgelegt sein, dass die Laser/Radar-CPU 50 das Ansteuersignal an die Laserdiodenansteuerschaltung 11 und die Motoransteuerschaltung 15 gibt, um die Laserdiode 12 dazu zu veranlassen, das Laserlicht mehrfach abzustrahlen, wenn der Polygonspiegel 14 feststehend vorgesehen ist. In diesem Fall empfängt der Lichtempfangsabschnitt 20 die nacheinander in der gleichen Richtung abgestrahlten und von dem gleichen Reflexionsobjekt reflektierten Laserstrahlen und gibt entsprechende Lichtempfangssignale aus.
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Der Differenzprozess kann bezüglich eines integrierten Signals, das gebildet wird, indem diese Lichtempfangssignale integriert werden, und eines phasenverschobenen Signals ausgeführt werden, das gebildet wird, indem dieses integrierte Signal phasenverschoben wird. Diese Konfiguration ermöglicht es, ein Reflexionsobjekt kleiner Breite, wie beispielsweise ein Motorrad, genau zu erfassen. Diese Konfiguration ermöglicht es ferner, den Abstand zu einem dicht vorausfahrenden Fahrzeug zu erfassen.
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Bei dieser Konfiguration veranlasst die CPU 50 die Laserdiode 12 dann, wenn die Laserdiode 12 das Laserlicht eine vorbestimmte Anzahl von Malen in der gleichen Richtung abgestrahlt hat, dazu, die Abstrahlung des Laserlichts zu stoppen, und den Polygonspiegel 14 dazu, sich um einen vorbestimmten Winkel zu drehen und anschließend zu stoppen. In diesem Zustand, in welchem der Polygonspiegel feststehend ist, veranlasst die CPU 50 die Laserdiode 12 erneut dazu, das Laserlicht die vorbestimmte Anzahl von Malen in einer anderen gleichen Richtung abzustrahlen. Durch eine Wiederholung des obigen von der CPU 50 gesteuerten Betriebs kann ein vorbestimmter Winkelbereich in der Fahrzeugbreitenrichtung und in der Fahrzeughöhenrichtung derart durch das Laserlicht abgetastet werden, dass das Laserlicht eine Mehrzahl von Malen in der gleichen Richtung abgestrahlt wird.
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Bei dieser Ausführungsform wird die Verschiebungszeit Δd derart bestimmt, dass die Position der Symmetrieachse der Wellenform des ansteigenden Spitzenwerts des durch den Differenzprozess erhaltenen Differenzsignals mit dem der Position des Objekts entsprechenden Zeitpunkt übereinstimmt. Wenn das Verhältnis zwischen der Position der Symmetrieachse der Wellenform des ansteigenden Spitzenwerts des durch den Differenzprozess erhaltenen Differenzsignals und dem der Position des Objekts entsprechenden Zeitpunkt jedoch gegeben ist, kann dieser Zeitpunkt über diese Position der Symmetrieachse bestimmt werden. Folglich muss die Verschiebungszeit Δd nicht notwendigerweise derart bestimmt werden, dass die Position der Symmetrieachse der Wellenform des ansteigenden Spitzenwerts des Differenzsignals mit dem der Position des Objekts entsprechenden Zeitpunkt übereinstimmt.
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Obgleich die Radarvorrichtung der vorliegenden Erfindung bei der obigen Ausführungsform als eine in einem Fahrzeug vorgesehene Radarvorrichtung beschrieben wurde, kann die Radarvorrichtung der vorliegenden Erfindung dazu verwendet werden, Eindringlinge in einen bestimmten Bereich zu erfassen.
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Vorstehend ist eine Radarvorrichtung beschrieben.
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Die Radarvorrichtung weist einen Laserstrahlensendeabschnitt, der nacheinander Laserstrahlen abstrahlt, einen Reflexionslichterfassungsabschnitt, der von einem Objekt reflektierte Laserstrahlen als Reflexionsstrahlen empfängt und Lichtempfangssignale erzeugt, die Reflexionssignale enthalten, die jeweils aus den Reflexionsstrahlen erhalten werden und Signalpegel aufweisen, die von den Intensitäten der Reflexionsstrahlen abhängen, einen Integrierabschnitt, der ein integriertes Signal erzeugt, indem er die Lichtempfangssignale integriert, wobei das integrierte Signal die Reflexionssignale enthält, die integriert werden, einen Phasenverschiebungssignalerzeugungsabschnitt, der ein phasenverschobenes Signal erzeugt, indem er das integrierte Signal um eine vorbestimmte Zeit verzögert, einen Differenzsignalberechnungsabschnitt, der eine Differenz zwischen dem integrierten Signal und dem phasenverschobenen Signal als Differenzsignal berechnet, und einen Erfassungsabschnitt auf, der das Objekt auf der Grundlage einer Spitzenwertwellenform des Differenzsignals erfasst, die durch eine ansteigende Flanke der Reflexionssignale, die integriert werden, hervorgerufen wird.
