JP2006105688A - 車両用レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小規模な構成で、複数の受光素子からの受光信号の積算を並列に処理することが可能な車両用レーダ装置を提供すること。
【解決手段】 従来のＡ／Ｄ変換回路に代わる構成として、２つの異なる状態を示す比較信号をチャンネル毎に出力するゼロクロスコンパレータ９５を備え、また、従来の積算回路に代わる構成として、１ビットのデジタルデータをチャンネル毎に積算する積算部７７を備えている。これにより、従来、例えば８ビットのＡ／Ｄ変換回路を用いていた場合、１チャンネル当たり通常８本の信号線が必要であったが、１チャンネル当たり１本の信号線の構成でよい。また、積算部７７は、１ビットのデジタルデータを積算するものであるためカウンタで代用できる。従って、小規模な回路構成で、チャンネル毎の受光信号の積算を並列に処理することが可能となる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、車両用レーダ装置に関するものである。

従来、例えば、特許文献１に示されるように、レーザ光を発光する発光部と、そのレーザ光の反射光を受光する受光部を備え、反射物体によって反射された反射光の検出感度の向上を図ることを目的とした車両用レーダ装置が提案されている。

この車両用レーザ装置の備える発光部は、レーザダイオードによって発光されたレーザ光の照射方向を回転駆動されるポリゴンミラーを用いて変化させ、所定角度範囲に渡って一定角度毎に細かくレーザ光を走査させる。受光部は、各レーザ光が反射物体によって反射された場合、その反射光を受光レンズを介して受光し、その受光された反射光は受光素子に導かれ、受光素子は、その受光強度に対応する電圧信号を出力する。

そして、車両用レーザ装置は、レーザ光の角度分解能を確保しながら、隣接して照射される所定個数のレーザ光に基づいて出力される所定個数の受光信号を積算して、積算信号を出力する。このように、所定個数の受光信号を積算することで、反射物体からの反射に対応する受光信号成分が増幅され、その結果、反射光の検出感度が向上する。
特開２００４−１７７３５０号公報

上述した、従来の車両用レーザ装置に対し、レーザ光を走査させることなく１回の発光で所定角度範囲に渡るレーザ光を照射する発光部と、確保すべき角度分解能に応じた個数の受光素子を車幅方向にアレイ状に並べた受光部とを備え、レーザ光を繰り返して発光したときに各受光素子が受光した受光信号を受光素子毎に積算することで、反射光の検出感度を向上する車両用レーダ装置が考えられている。

このような複数の受光素子を備える受光部を採用した場合、受光部からの受光信号を積算する積算回路を含む構成としては、例えば、図１１（ａ）に示すような構成を採用するのが一般的である。

すなわち、同図（ａ）に示すように、フォトダイオード等の受光素子（ＰＤ）からの受光信号を増幅する増幅回路（ＡＭＰ）、アナログの受光信号をデジタルに変換するＡ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）、及び、デジタル化された受光信号を積算する積算回路を共通して用いる構成とし、各受光素子（ＰＤ）からの受光信号の出力を切り換えるスイッチ（ＳＷ）回路を設ける。

しかし、この場合、受光信号の積算を受光素子（ＰＤ）毎に切り換えて行うため、各受光素子（ＰＤ）からの受光信号の積算を同時に（並列に）処理することができない。このように、並列に処理できない場合、受光素子（ＰＤ）の個数と積算する回数とを乗じた回数分、レーザ光を繰り返し発光する必要があるが、レーザ光の発光回数が多くなる程、レーザダイオードが早期に劣化してしまう。

このような問題に対し、例えば、図１１（ｂ）に示すように、スイッチ（ＳＷ）回路を設けずに、増幅回路（ＡＭＰ）、Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）、及び、積算回路を受光素子（ＰＤ）毎に設ける構成を採用することが考えられる。

この図１１（ｂ）に示す構成を採用することで、各受光素子（ＰＤ）からの受光信号の積算を並列に処理することが可能となり、レーザダイオードの早期劣化も抑制できる。しかしながら、増幅回路（ＡＭＰ）、Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）、及び積算回路を受光素子（ＰＤ）毎に設ける必要があるため、回路規模が大きくなってしまう問題がある。

本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、小規模な回路構成で、複数の受光素子からの受光信号の積算を並列に処理することが可能な車両用レーダ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の車両用レーダ装置は、１回の発光で、少なくとも車両の車幅方向の所定角度範囲に渡って照射されるレーザ光を繰り返して発光する発光部と、少なくとも車両の車幅方向に並んで配置される各受光素子からの受光信号を出力する受光部と、を備える車両用レーダ装置であって、
受光素子毎に出力される受光信号と所定の基準信号との大きさを比較し、その比較結果に対応する２つの異なる状態を示す比較信号を受光素子毎に出力する比較手段と、
レーザ光が発光してから所定時間経過する間に比較手段から出力される受光素子毎の比較信号をサンプリングして１ビットのデジタルデータに変換すると共に、レーザ光が発光される毎に、レーザ光の発光タイミングを基準として、デジタルデータを受光素子毎に積算し、その積算データを出力する積算手段と、
積算手段によって出力される受光素子毎の積算データを所定の積算基準値と比較し、当該積算基準値以上となった積算データに基づいて、レーザ光を反射する反射物体を検出する検出手段とを備えることを特徴とする。

本発明は、図１１（ｂ）に示した従来のＡ／Ｄ変換回路に代わる構成として、２つの異なる状態を示す比較信号を受光素子毎（チャンネル毎）に出力する比較手段を備えている。これにより、従来、例えば８ビットのＡ／Ｄ変換回路を用いていたのであれば、１チャンネル当たり通常８本の信号線が必要であったが、本発明は、１チャンネル当たり１本の信号線で構成することができる。

また、本発明では、図１１（ｂ）に示した従来の積算回路に代わる構成として、サンプリングした１ビットのデジタルデータをチャンネル毎に積算する積算手段を備えている。この積算手段は、１ビットのデジタルデータを積算するものであるため、カウンタで代用することができる。

このように、２つの異なる状態を示す比較信号をチャンネル毎に出力する比較手段と、サンプリングした１ビットのデジタルデータをチャンネル毎に積算する積算手段とを備えた構成とすることで、小規模な回路構成とすることができ、また、複数の受光素子からの受光信号の積算を並列に処理することが可能となる。

なお、受光素子からの受光信号は、上記積算手段によってチャンネル毎に積算される処理を経ることで反射光の検出感度を向上することができる。この点について、以下に詳細に説明する。

図３は、上記の受光部、比較手段、及び積算手段に対応した構成の一例を示している。受光部は、受光素子としてのフォトダイオード（ＰＤ）を１６個（ＰＤ１〜１６）備えている。このように、受光部は、ＰＤの個数に応じたチャンネル数でＰＤ１〜ＰＤ１６からの各々の受光信号を出力する。

増幅器９１は、チャンネル毎に備えられ、受光信号を所定の割合で増幅する。この増幅された受光信号は、チャンネル毎に備えられたカップリングコンデンサ９３に出力され、このカップリングコンデンサ９３よって、受光信号に重畳される直流成分（例えば、太陽光等の定常的に重畳される成分）が除去される。

比較手段としてのゼロクロスコンパレータ９５は、抵抗とインバータによって構成され、チャンネル毎に備えられる。ゼロクロスコンパレータ９５には、直流成分の除去されたチャンネル毎の受光信号が入力され、所定の基準信号（この場合、０［Ｖ］の信号）との大きさを比較する。

そして、この比較結果に対応する２つの異なる状態を示す比較信号（例えば、受光信号が基準信号よりも大きい場合には「Ｈｉｇｈ」に対応する電圧レベルの信号、受光信号が基準信号よりも小さい場合には「Ｌｏｗ」に対応する電圧レベルの信号）をチャンネル毎に出力する。

このように、受光部、増幅器９１、カップリングコンデンサ９３、ゼロクロスコンパレータ９５を備えるフォトＩＣ９０には、これらの構成がチャンネル毎に備えられているため、受光部からの受光信号に基づいて比較信号を生成し、出力するまで、チャンネル毎に同時に並列して行われる。

ここで、図４にゼロクロスコンパレータ９５に入力される直流成分の除去された受光信号を示す。一般に、受光信号には、背景ノイズ（バックグランドノイズ）と呼ばれるノイズが重畳される。この背景ノイズは、図９に示すように、抵抗素子の発生する熱雑音（ジョンソン雑音）や半導体素子の発生するショット雑音等であり、共に周波数に無関係なランダムなノイズ（ランダムノイズ）である。従って、図４に示すように、この背景ノイズの重畳された受光信号の度数分布は、略正規分布を示すことになる。

図３に示す積算手段としての積算部７７は、マイコンとしてのレーザレーダＣＰＵ７０の機能を示すものである。この積算部７７は、図２に示す発光部からレーザ光が発光し所定時間経過する間にフォトＩＣ９０から出力されるチャンネル毎の比較信号を所定のサンプリング時間間隔でサンプリングする。

なお、このサンプリングは、レーザ光の発光タイミングを基準（トリガ）として開始される。また、サンプリングした比較信号は、”Ｈｉｇｈ”＝１、”Ｌｏｗ”＝０として対応付けた１ビットのデジタルデータに変換して、レーザレーダＣＰＵ７０の内部メモリに時系列のデジタルデータ（レーザ光の発光タイミングからの経過時間に対応付けられたデータ）としてチャンネル毎に格納される。

そして、積算部７７は、レーザ光が発光される毎に、上述したサンプリングを実行するとともに、既に格納された１ビットで示される時系列のデジタルデータと今回サンプリングして得た時系列のデジタルデータをチャンネル毎に積算する処理を行う。この積算処理では、レーザ光の発光タイミングからの経過時間が一致するデジタルデータ同士が積算される。

図５に、積算部７７によって処理される積算処理のイメージを示す。同図（ａ）に示すように、積算部７７は、先ず、レーザ光が発光して所定時間（例えば、２０００ｎｓｅｃ）経過する間にゼロクロスコンパレータ９５から出力されるチャンネル毎の比較信号を所定のサンプリング時間間隔（例えば、１０ｎｓｅｃ）でサンプリングし、レーザレーダＣＰＵ７０の内部メモリに時系列のデジタルデータとしてチャンネル毎に格納する（１回目）。

次にレーザ光が発光されると、上述したようにゼロクロスコンパレータ９５から出力される比較信号をサンプリングし、１回目にサンプリングして格納したデジタルデータと、今回サンプリングして得たデジタルデータをチャンネル毎に積算する（２回目）。

その後、レーザ光が所定回数（例えば、２５６回）発光されるまで、その発光回数分、上述した積算処理を実行し、最終的に積算されたチャンネル毎の積算データが測距演算部７９に出力される。

この積算処理において時系列のデジタルデータを積算することで、反射物体からの反射光に対応する受光信号成分が増幅され、ＳＮ比を向上することができる。すなわち、２５６回全ての受光信号に反射物体からの反射光に対応する受光信号成分が含まれる場合、その受光信号成分に対応する比較信号は、レーザ光の発光時刻から同じ時間だけ経過した時刻に現れる。従って、反射物体からの反射光に対応する受光信号成分の積算値は、各受光信号の受光信号成分が２５６倍に増幅されたものとなる。

一方、図４に示したように、受光信号には、略正規分布を示す背景ノイズが重畳されている。従って、この背景ノイズ成分の積算値は、√２５６＝１６倍に増幅されるのみとなる。

このように、積算部７７において積算処理をすることで、反射物体からの反射光に対応する受光信号成分が積算回数倍に増幅されるため、ＳＮ比が向上し、反射光の検出感度を向上することができる。そして、図３に示す測距演算部７９において、ＳＮ比の向上したチャンネル毎の積算データを所定の積算基準値と比較し、当該積算基準値以上となった積算データに基づいて、反射物体を検出することが可能となる。

請求項２に記載の車両用レーダ装置は、複数の受光素子のうち、隣接する所定数の受光素子から出力される受光信号を加算し、その加算信号を出力する加算手段を備え、
比較手段は、加算手段から出力される所定数の受光素子毎の加算信号と所定の基準信号との大きさを比較し、その比較結果に対応する２つの異なる状態を示す比較信号を所定個数の受光素子毎に出力し、
積算手段は、比較手段から出力される所定数の受光素子毎の比較信号をサンプリングして１ビットのデジタルデータに変換すると共に、レーザ光が発光される毎に、レーザ光の発光タイミングを基準として、デジタルデータを所定数の受光素子毎に積算し、その積算信号を出力し、
検出手段は、積算手段によって出力される所定数の受光素子毎の積算データを所定の積算基準値と比較して、反射物体を検出することを特徴とする。

例えば、先行車両等は、その後面にレーザ光に対して反射強度の高いリフレクタを備え、また車体もリフレクタほどではないが比較的高い反射強度を備えている。このような先行車両が反射物体である場合、図７に示すように、例えば、ＰＤ１とＰＤ２に跨って、リフレクタからの反射強度の高い反射光（ビームスポット、ＢＭＳ）が反射されることがある。

このような場合、ＰＤ１とＰＤ２に対応する２つのチャンネルの積算データが他のチャンネルの積算データよりも積算値を示すことになり、ＰＤに結像された位置から車幅方向における先行車両の角度（方位）を検出する場合、正確な角度を検出することができない。

従って、図８に示すように、隣接する所定数（２つ）のチャンネルから出力される受光信号を加算し、その加算信号を出力する加算手段としての加算器９９を備え、この加算器９９から出力される２つのチャンネル毎の加算信号を用いて、上述した積算データを生成することで、先行車両の正確な角度検出が可能となる。

請求項３に記載の車両用レーダ装置によれば、受光部は、少なくとも１つの受光素子を遮光する遮光部を備え、遮光部の設けられた受光素子からの受光信号に基づいて、遮光部によって遮光されていない受光素子からの受光信号に重畳されるベースノイズ成分を除去する除去手段を備えることを特徴とする。

すなわち、ＰＤからの受光信号には、背景ノイズと共にベースノイズが重畳されている。このベースノイズは、図９に示すように、発光部からレーザ光が発光される時の大電流によって発生するノイズ、ＣＰＵのクロック周期に同期して発生するクロックノイズ、電源から発生する電源ノイズ等であり、これらは、一定周期で発生するノイズである。

本発明では、例えば、図３に示すように、ＰＤ１６を遮光部９７（例えば、アルミ箔等）を用いて遮光する。これにより、レーザレーダＣＰＵ７０の積算部７７において積算されるＰＤ１６からの受光信号の積算データには、背景ノイズの除去されたベースノイズのみが重畳されるため、このＰＤ１６からの受光信号の積算データを用いて他のＰＤからの受光信号に重畳されるベースノイズを除去することができる。

なお、このベースノイズを除去については、上述したように、レーザレーダＣＰＵ７０の内部において、遮光されていないチャンネルの積算データから遮光されたチャンネルの積算データを減算することで除去すればよい。

また、フォトＩＣ９０内部において、例えば、カップリングコンデンサ９３とゼロクロスコンパレータ９５との間のチャンネル毎に減算器を設け、カップリングコンデンサ９３からのチャンネル毎の受光信号から遮光されたチャンネルの受光信号を減じることで除去するようにしてもよい。

請求項４に記載の車両用レーダ装置によれば、検出手段は、反射物体までの距離と、車幅方向における反射物体の角度とを検出するものであって、当該車幅方向の角度は、積算基準値以上となった積算データに対応する受光素子の位置から検出することを特徴とする。

例えば、図６（ａ）は、自車両の真正面に存在する反射物体からの反射光を受光部で受光した場合のイメージを示したものであるが、受光レンズ８０によって受光した反射光は、その反射物体の角度（方位）に応じた位置のＰＤに結像される。従って、積算基準値以上となった積算データに対応する受光素子の位置から車幅方向における反射物体の角度（方位）を検出することができる。

なお、請求項５に記載のように、受光部は、検出すべき車幅方向の角度の角度分解能に応じた個数の受光素子を備えることが好ましい。すなわち、図６（ｂ）に示すように、反射光の結像された位置から、車幅方向における反射物体の角度（方位、θｘ）を検出することができるため、その検出すべき車幅方向の角度の角度分解能に応じた個数の受光素子を備えることで、反射物体の車幅方向の角度を詳細に得ることができる。

以下、本発明の実施形態による車両用レーダ装置について説明する。なお、本実施形態においては、車両制御装置に車両用レーダ装置が適用されており、車両用制御装置は、車両用レーダ装置の検出結果に基づいて、警報すべき領域に障害物が存在する場合に警報を出力する機能や、先行車両との車間距離を所定の車間距離に維持するため、車速を制御する機能を備えるものである。

図１は、車両制御装置１のシステムブロック図である。車両制御装置１は認識・車間制御ＥＣＵ３を中心に構成されている。認識・車間制御ＥＣＵ３はマイクロコンピュータを主な構成として、入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）および各種の駆動回路や検出回路を備えている。これらのハード構成は一般的なものであるので詳細な説明は省略する。

認識・車間制御ＥＣＵ３は、車両用レーダ装置としてのレーザレーダセンサ５、車速センサ７、ブレーキスイッチ９、スロットル開度センサ１１から各々検出信号を入力しており、警報音発生器１３、距離表示器１５、センサ異常表示器１７、ブレーキ駆動器１９、スロットル駆動器２１および自動変速機制御器２３に駆動信号を出力する。

また認識・車間制御ＥＣＵ３には、警報音量を設定する警報音量設定器２４、警報判定処理における感度を設定する警報感度設定器２５、クルーズコントロールスイッチ２６、図示しないステアリングホイールの操作量を検出するステアリングセンサ２７、及び自動車に発生したヨーレートを検出するヨーレートセンサ２８が接続されている。また認識・車間制御ＥＣＵ３は、電源スイッチ２９を備え、電源スイッチ２９がオンされることにより、所定の処理を開始する。

レーザレーダセンサ５は、図２に示すように、発光部、受光部を備えるフォトＩＣ９０、及びレーザレーダＣＰＵ７０などを主要部として構成されている。発光部は、パルス状のレーザ光を、発光レンズ７１を介して放射する半導体レーザダイオード（以下、単にレーザダイオードと記載）７５を備えている。レーザダイオード７５は、レーザダイオード駆動回路７６を介してレーザレーダＣＰＵ７０に接続され、レーザレーダＣＰＵ７０からの駆動信号によりレーザ光を放射（発光）する。

本実施形態の発光部は、その照射方向をＺ軸としたとき、これに垂直な高さ方向をＹ軸、車幅方向をＸ軸とするＸＹ平面内を順次走査するように照射するものではなく、１回の発光でＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれの所定角度の範囲に渡って照射されるようにレーザ光を発光することができるもので、繰り返し発光する。

上述した所定角度の範囲にレーザ光を照射した際、このレーザ光を反射する反射物体からの反射光がフォトＩＣ９０の受光部によって受光され、この受光した受光信号に基づいて、レーザレーダＣＰＵ７０において、反射物体の角度を示す反射角θｘ，θｙと測距された距離Ｌとが得られる。なお、２つの反射角θｘ，θｙは、それぞれ反射光をＹＺ平面に投影した線とＺ軸との角度を縦角度θｙ、反射光をＸＺ平面に投影した線とＺ軸との角度を横角度θｘと定義する。

本実施形態では、図３に示すように、図１１（ｂ）に示した従来のＡ／Ｄ変換回路に代わる構成として、２つの異なる状態を示す比較信号をＰＤ毎（チャンネル毎）に出力する比較手段としてのゼロクロスコンパレータ９５を備えている。これにより、従来、例えば８ビットのＡ／Ｄ変換回路を用いていたのであれば、１チャンネル当たり通常８本の信号線が必要であったが、１チャンネル当たり１本の信号線で構成することができる。

また、本実施形態では、図１１（ｂ）に示した従来の積算回路に代わる構成として、サンプリングした１ビットのデジタルデータをチャンネル毎に積算する積算手段としての積算部７７を備えている。この積算部７７は、１ビットのデジタルデータを積算するものであるため、カウンタで代用することができる。

このように、２つの異なる状態を示す比較信号をチャンネル毎に出力するゼロクロスコンパレータ９５と、サンプリングした１ビットのデジタルデータをチャンネル毎に積算する積算部７７とを備えた構成とすることで、小規模な回路構成とすることができ、また、複数の受光素子からの受光信号の積算を並列に処理することが可能となる。

なお、受光素子からの受光信号は、上記積算手段によってチャンネル毎に積算される処理を経ることで反射光の検出感度を向上することができる。この点について、レーザレーダセンサ５のフォトＩＣ９０の構成及び作動を踏まえながら説明する。

フォトＩＣ９０はＩＣで構成されるもので、その内部は、図３に示す構成を主要な構成としている。フォトＩＣ９０は、反射物体に反射されたレーザ光（反射光）を集光する受光レンズ（図示せず）、集光された反射光の強度に対応する電圧（受光信号）を出力する受光部、増幅部９１、カップリングコンデンサ９３、ゼロクロスコンパレータ９５によって構成される。

受光部は、確保すべき角度分解能に応じた個数（同図では１６個）の受光素子としてのフォトダイオード（ＰＤ１〜ＰＤ１６）を車幅方向（Ｘ軸）にアレイ状に並列に備えており、ＰＤの個数に応じたチャンネル数でＰＤ１〜ＰＤ１６からの各々の受光信号を出力する。なお、本実施形態では、車幅方向にのみＰＤをアレイ状に備えるだけでなく、これに垂直な高さ方向（Ｙ軸）にも複数列に渡って１６個のＰＤを備え（図示せず）、３次元的に計測可能とするものである。

また、受光部は、図３に示すように、少なくとも１つの受光素子（例えば、ＰＤ１６）を遮光する遮光部９７を備えており、レーザレーダＣＰＵ７０において、この遮光部９７の設けられたＰＤ１６からの受光信号に基づいて、遮光部９７によって遮光されていないＰＤ１〜ＰＤ１５からの受光信号に重畳されるベースノイズ成分を除去する。

すなわち、ＰＤからの受光信号には、背景ノイズと共にベースノイズが重畳されている。このベースノイズは、図９に示すように、発光部からレーザ光が発光される時の大電流によって発生するノイズ、ＣＰＵのクロック周期に同期して発生するクロックノイズ、電源から発生する電源ノイズ等であり、これらは、略一定周期で発生するノイズである。

本実施形態では、例えば、図３に示すように、ＰＤ１６を遮光部９７（例えば、アルミ箔等）を用いて遮光する。これにより、後述するレーザレーダＣＰＵ７０の積算部７７において積算されるＰＤ１６からの受光信号に基づく積算データには、背景ノイズの除去されたベースノイズのみが重畳されるため、このＰＤ１６からの受光信号の積算データを用いて他のＰＤからの受光信号に重畳されるベースノイズを除去することができる。

なお、このベースノイズを除去については、レーザレーダＣＰＵ７０の内部において、遮光されていないチャンネルの積算データから遮光されたチャンネルの積算データを減算することで除去すればよい。

また、フォトＩＣ９０内部において、例えば、カップリングコンデンサ９３とゼロクロスコンパレータ９５との間のチャンネル毎に減算器を設け、カップリングコンデンサ９３からのチャンネル毎の受光信号から遮光されたチャンネルの受光信号を減じることで除去するようにしてもよい。

増幅器９１は、チャンネル毎に備えられ、受光信号を所定の割合で増幅する。この増幅された受光信号は、チャンネル毎に備えられたカップリングコンデンサ９３に出力され、このカップリングコンデンサ９３よって、受光信号に重畳される直流成分（例えば、太陽光等の定常的に重畳される成分）が除去される。

ゼロクロスコンパレータ９５は、抵抗とインバータによって構成され、チャンネル毎に備えられる。ゼロクロスコンパレータ９５には、直流成分の除去されたチャンネル毎の受光信号が入力され、所定の基準信号（この場合、０［Ｖ］の信号）との大きさを比較する。

そして、この比較結果に対応する２つの異なる状態を示す比較信号（例えば、受光信号が基準信号よりも大きい場合には「Ｈｉｇｈ」に対応する電圧レベルの信号、受光信号が基準信号よりも小さい場合には「Ｌｏｗ」に対応する電圧レベルの信号）をチャンネル毎に出力する。

このように、受光部、増幅器９１、カップリングコンデンサ９３、ゼロクロスコンパレータ９５を備えるフォトＩＣ９０には、これらの構成がチャンネル毎に備えられているため、受光部からの受光信号に基づいて比較信号を生成し、出力するまでの工程がチャンネル毎に同時に並列して行われる。

ここで、図４にゼロクロスコンパレータ９５に入力される直流成分の除去された受光信号を示す。一般に、受光信号には、背景ノイズ（バックグランドノイズ）と呼ばれるノイズが重畳される。この背景ノイズは、図９に示すように、抵抗素子の発生する熱雑音（ジョンソン雑音）や半導体素子の発生するショット雑音等であり、共に周波数に無関係なランダムなノイズ（ランダムノイズ）である。従って、図４に示すように、この背景ノイズの重畳された受光信号の度数分布は、略正規分布を示すことになる。

図３に示す積算部７７は、マイコンとして構成されるレーザレーダＣＰＵ７０の機能を示すものである。この積算部７７は、発光部からレーザ光が発光し所定時間経過する間にフォトＩＣ９０から出力されるチャンネル毎の比較信号を所定のサンプリング時間間隔でサンプリングする。

なお、このサンプリングは、レーザ光の発光タイミングを基準（トリガ）として開始される。また、サンプリングした比較信号は、”Ｈｉｇｈ”＝１、”Ｌｏｗ”＝０として対応付けた１ビットのデジタルデータに変換し、レーザレーダＣＰＵ７０の内部メモリに時系列のデジタルデータ（レーザ光の発光タイミングからの経過時間に対応付けられたデータ）としてチャンネル毎に格納される。

そして、積算部７７は、レーザ光が発光される毎に、上述したサンプリングを実行するとともに、既に格納された１ビットで示される時系列のデジタルデータと今回サンプリングして得た時系列のデジタルデータをチャンネル毎に積算する処理を行う。この積算処理では、レーザ光の発光タイミングからの経過時間が一致するデジタルデータ同士が積算される。

図５に、積算部７７によって処理される積算処理のイメージを示す。同図（ａ）に示すように、積算部７７は、先ず、レーザ光が発光して所定時間（例えば、２０００ｎｓｅｃ）経過する間にゼロクロスコンパレータ９５から出力されるチャンネル毎の比較信号を所定のサンプリング時間間隔（例えば、１０ｎｓｅｃ）でサンプリングし、レーザレーダＣＰＵ７０の内部メモリに時系列のデジタルデータに変換してチャンネル毎に格納する（１回目）。

次にレーザ光が発光されると、上述したようにゼロクロスコンパレータ９５から出力される比較信号をサンプリングし、１回目にサンプリングして格納したデジタルデータと、今回サンプリングして得たデジタルデータをチャンネル毎に積算する（２回目）。

その後、レーザ光が所定回数（例えば、２５６回）発光されるまで、その発光回数分、上述した積算処理を実行し、最終的に積算されたチャンネル毎の積算データが測距演算部７９に出力される。

この積算処理において時系列のデジタルデータを積算することで、反射物体からの反射光に対応する受光信号成分が増幅され、反射光の検出感度を向上することができる。すなわち、２５６回全ての受光信号に反射物体からの反射光に対応する受光信号成分が含まれる場合、その受光信号成分に対応する比較信号は、レーザ光の発光時刻から同じ時間だけ経過した時刻に現れる。従って、反射物体からの反射光に対応する受光信号成分の積算値は、各受光信号の受光信号成分が２５６倍に増幅されたものとなる。

一方、図４に示したように、受光信号には、略正規分布を示す背景ノイズが重畳されている。従って、この背景ノイズ成分の積算値は、√２５６＝１６倍に増幅されるのみとなる。

このように、積算部７７において積算処理をすることで、反射物体からの反射光に対応する受光信号成分が積算回数倍に増幅されるため、ＳＮ比が向上し、反射光の検出感度を向上することができる。

そして、図３に示す測距演算部７９において、ＳＮ比の向上したチャンネル毎の積算データを所定の積算基準値と比較し、当該積算基準値以上となった積算データに基づいて、反射物体を検出することが可能となる。

なお、車幅方向（Ｘ軸）の横角度θｘ、及び高さ方向（Ｙ軸）の縦角度θｙは、積算基準値以上となった積算信号に対応する受光素子の位置から検出する。例えば、図６（ａ）は、車両の真正面に存在する反射物体からの反射光を受光部で受光した場合のイメージを示したものであるが、受光レンズ８０によって受光した反射光は、その反射物体の角度（方位）に応じた位置のＰＤに結像される。従って、積算基準値以上となった積算信号に対応する受光素子の位置から車幅方向における反射物体の横角度θｘ（方位）を検出することができる。

なお、縦角度θｙについても、反射物体の高さに応じて、反射光の結像するＰＤの位置が異なるため、積算基準値以上となった積算信号に対応する受光素子の位置から高さ方向における反射物体の縦角度θｙを検出することができる。

従って、受光部は、検出すべき車幅方向や高さ方向の角度の角度分解能に応じた個数の受光素子を備えることが好ましい。すなわち、図６（ｂ）に示すように、反射光の結像された位置から、車幅方向における反射物体の横角度θｘを検出することができるため、その検出すべき車幅方向の角度の角度分解能に応じた個数の受光素子を備えることで、反射物体の車幅方向の角度を詳細に得ることができる。このことは、縦角度θｙについても同様であるため、説明を省略する。

測距演算部７９では、チャンネル毎の積算データを所定の積算基準値と比較し、当該積算基準値以上となった積算データに基づいて、反射物体を検出する。すなわち、図１０に示すように、積算部７７にチャンネル毎に格納される離散的な積算データの積算値と積算基準値とを比較する。このとき、例えば、積算値Ｄｂ、Ｄｃの値が積算基準値よりも大きい場合には、その比較結果を補間部（図示せず）に出力する。

補間部では、積算基準値を横切ったと推測される立上がり時刻ｔ１及び立下り時刻ｔ２を直線補間によって求める。すなわち、積算基準値を超えた積算値Ｄｂとその直前の積算値Ｄａとを結ぶ直線を想定し、その直線としきい値との交点に対応する時刻を求め、これを立上がり時刻ｔ１とする。同様に、積算基準値を超えた積算値Ｄｃとその直後の積算値Ｄｄとを結ぶ直線を想定し、その直線と積算基準値との交点に対応する時刻を求め、これを立下り時刻ｔ２とする。

レーザレーダＣＰＵ７０は、立上がり時刻ｔ１と立下り時刻ｔ２とに基づいて、受光信号成分Ｓのピーク値の発生時刻を求め、レーザ光発光時刻とピーク値発生時刻との時間差Δｔを算出する。

レーザレーダＣＰＵ７０では、この時間差Δｔから反射物体までの距離を算出し、その距離及び対応するレーザ光の横角度θｘ，縦角度θｙを基にして位置データを作成する。具体的には、距離及び横角度θｘ，縦角度θｙから、レーザレーダ中心を原点（０，０，０）とし、車幅方向をＸ軸、車高方向をＹ軸、車両前方方向をＺ軸とするＸＹＺ直交座標系における反射物体の位置データを求める。そして、このＸＹＺ直交座標系における位置データを測距データとして認識・車間制御ＥＣＵ３へ出力する。

認識・車間制御ＥＣＵ３は、レーザレーダセンサ５からの測距データを基にして物体を認識し、その認識物体から得た先行車の状況に合わせて、ブレーキ駆動器１９、スロットル駆動器２１および自動変速機制御器２３に駆動信号を出力することにより車速を制御する、いわゆる車間制御を実施する。また、認識物体が所定の警報領域に所定時間存在した場合等に警報する警報判定処理も同時に実施する。この場合の物体としては、自車の前方を走行する前車やまたは停止している前車等が該当する。

認識・車間制御ＥＣＵ３の内部構成について、制御ブロックとして簡単に説明する。レーザレーダセンサ５から出力された測距データは物体認識ブロック４３に送られる。物体認識ブロック４３では、測距データとして得た３次元位置データに基づいて、物体の中心位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、及び横幅Ｗ、奥行きＤ、高さＨ等の物体の大きさ（Ｗ，Ｄ，Ｈ）を求める。

さらに、中心位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の時間的変化に基づいて、自車位置を基準とするその物体の相対速度（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）を求める。さらに物体認識ブロック４３では、車速センサ７の検出値に基づいて車速演算ブロック４７から出力される車速（自車速）と上記求められた相対速度（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）とから物体が停止物体であるか移動物体であるかの識別が行なわれる。この識別結果と物体の中心位置とに基づいて自車両の走行に影響する物体が選択され、その距離が距離表示器１５により表示される。

また、ステアリングセンサ２７からの信号に基づいて操舵角演算ブロック４９にて操舵角が求められ、ヨーレートセンサ２８からの信号に基づいてヨーレート演算ブロック５１にてヨーレートが演算される。そしてカーブ半径（曲率半径）算出ブロック５７では、車速演算ブロック４７からの車速と操舵角演算ブロック４９からの操舵角とヨーレート演算ブロック５１からのヨーレートとに基づいて、カーブ半径（曲率半径）Ｒを算出する。

そして物体認識ブロック４３では、このカーブ半径Ｒおよび中心位置座標（Ｘ，Ｚ）などに基づいて、物体が車両である確率、及び自車と同一車線を走行している確率等を判定する。この物体認識ブロック４３にて求めたデータが異常な範囲の値かどうかがセンサ異常検出ブロック４４にて検出され、異常な範囲の値である場合には、センサ異常表示器１７にその旨の表示がなされる。

一方、先行車判定ブロック５３では、物体認識ブロック４３から得た各種データに基づいて先行車を選択し、その先行車に対するＺ軸方向の距離Ｚおよび相対速度Ｖｚを求める。そして、車間制御部及び警報判定部ブロック５５が、この先行車との距離Ｚ、相対速度Ｖｚ、クルーズコントロールスイッチ２６の設定状態およびブレーキスイッチ９の踏み込み状態、スロットル開度センサ１１からの開度および警報感度設定器２５による感度設定値に基づいて、警報判定ならば警報するか否かを判定し、クルーズ判定ならば車速制御の内容を決定する。その結果を、警報が必要ならば、警報発生信号を警報音発生器１３に出力する。また、クルーズ判定ならば、自動変速機制御器２３、ブレーキ駆動器１９およびスロットル駆動器２１に制御信号を出力して、必要な制御を実施する。そして、これらの制御実行時には、距離表示器１５に対して必要な表示信号を出力して、状況をドライバーに告知する。

上述したように、本実施形態では、従来のＡ／Ｄ変換回路に代わる構成として、２つの異なる状態を示す比較信号をチャンネル毎に出力するゼロクロスコンパレータ９５を備え、また、従来の積算回路に代わる構成として、ゼロクロスコンパレータ９５からの比較信号をチャンネル毎に積算する積算手段としての積算部７７を備えている。

これにより、従来、例えば８ビットのＡ／Ｄ変換回路を用いていたのであれば、１チャンネル当たり通常８本の信号線が必要であったが、１チャンネル当たり１本の信号線で構成することができる。また、積算部７７は、サンプリングした１ビットのデジタルデータを積算するものであるため、カウンタで代用することができる。

このように、２つの異なる状態を示す比較信号をチャンネル毎に出力するゼロクロスコンパレータ９５と、サンプリングした１ビットのデジタルデータをチャンネル毎に積算する積算部７７とを備えた構成とすることで、小規模な回路構成とすることができ、また、複数の受光素子からの受光信号の積算を並列に処理することが可能となる。

（変形例）
例えば、先行車両等は、その後面にレーザ光に対して反射強度の高いリフレクタを備え、また車体もリフレクタほどではないが比較的高い反射強度を備えている。このような先行車両が反射物体である場合、図７に示すように、例えば、ＰＤ１とＰＤ２に跨って、リフレクタからの反射強度の高い反射光（ビームスポット、ＢＭＳ）が反射されることがある。

このような場合、ＰＤ１とＰＤ２に対応する２つのチャンネルの積算データが他のチャンネルの積算データよりも積算値を示すことになり、ＰＤに結像された位置から車幅方向における先行車両の横角度θｘを検出する場合、正確な角度を検出することができない。

従って、図８に示すように、隣接する所定数（２つ）のチャンネルから出力される受光信号を加算し、その加算信号を出力する加算手段としての加算器９９を備えるようにする。そして、ゼロクロスコンパレータ９５は、加算器９９からカップリングコンデンサ９３を介して出力される２つのチャンネル毎の加算信号と所定の基準信号との大きさを比較し、その比較結果に応じた２つの異なる状態を示す比較信号を２つのチャンネル毎に出力する。

レーザレーダＣＰＵ７０では、ゼロクロスコンパレータ９５から出力される２つのチャンネル毎の比較信号を所定のサンプリング時間間隔でサンプリングして１ビットのデジタルデータに変換すると共に、レーザ光が発光される毎に、レーザ光の発光タイミングを基準として、デジタルデータを２つのチャンネル毎に積算し、その積算データを出力し、測距演算部７９では、積算部７７によって出力される２つのチャンネル毎の積算データを所定の積算基準値と比較して、反射物体を検出する。

このように、この加算器９９から出力される２つのチャンネル毎の加算信号を用いて、上述した積算データを生成することで、先行車両の正確な横角度θｘの検出が可能となる。

本発明が適用された車両制御装置の構成を示すブロック図である。 レーザレーダセンサ５の構成を示す構成図である。 レーザレーダセンサ５におけるフォトＩＣ９０、及びレーザレーダＣＰＵ７０の内部構成を示す構成図である。 受光信号が正規分布を示すことを説明するための波形図である。 受光信号の積算処理を説明するための図である。 （ａ）は、車両の真正面から反射光を受光した場合に、その反射光が結像されるＰＤの位置を示したイメージ図であり、（ｂ）は、車両の左方向から反射光を受光した場合に、その反射光が結像されるＰＤの位置を示したイメージ図である。 ＰＤ１とＰＤ２に跨って、先行車両のリクレクタからのビームスポット（ＢＭＳ）が反射される状態を示したイメージ図である。 本実施形態の変形例に係る、レーザレーダセンサ５におけるフォトＩＣ９０の構成を示す構成図である。 背景ノイズとベースノイズの発生源、及びその波形の一例を示した図である。 直線補完処理を説明するための波形図である。 （ａ）は、増幅回路（ＡＭＰ）、Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）、及び、積算回路を共通して用いる構成とし、各受光素子（ＰＤ）からの受光信号の出力を切り換えるスイッチ（ＳＷ）回路を設けた場合の構成例であり、（ｂ）は、増幅回路（ＡＭＰ）、Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）、及び、積算回路を受光素子（ＰＤ）毎に設けた場合の構成例である。

符号の説明

１…車両制御装置、３…認識・車間制御ＥＣＵ、５…レーザレーダセンサ、７…車速センサ、９…ブレーキスイッチ、１１…スロットル開度センサ、１３…警報音発生器、１５…距離表示器、１７…センサ異常表示器、１９…ブレーキ駆動器、２１…スロットル駆動器、２３…自動変速機制御器、２４…警報音量設定器、２５…警報感度設定器、２６…クルーズコントロールスイッチ、２７…ステアリングセンサ、２８…ヨーレートセンサ、２９…電源スイッチ、３０…ワイパスイッチ、４３…物体認識ブロック、４４…センサ異常検出ブロック、４７…車速演算ブロック、４９…操舵角演算ブロック、５１…ヨーレート演算ブロック、５３…先行車判定ブロック、５５…車間制御部及び警報判定部ブロック、５７…カーブ半径算出ブロック、７０…レーザレーダＣＰＵ、７１…発光レンズ、７５…半導体レーザダイオード（ＬＤ）、７６…レーザダイオード駆動回路、７７…積算部、７９…測距演算部、８０…受光レンズ、９０…フォトＩＣ、９１…増幅器、９３…カップリングコンデンサ、９５…ゼロクロスコンパレータ、９７…遮光部、９９…加算器、ＰＤ…フォトダイオード

Claims (5)

1. １回の発光で、少なくとも車両の車幅方向の所定角度範囲に渡って照射されるレーザ光を繰り返して発光する発光部と、少なくとも前記車両の車幅方向に並んで配置される各受光素子からの受光信号を出力する受光部と、を備える車両用レーダ装置であって、
   前記受光素子毎に出力される受光信号と所定の基準信号との大きさを比較し、その比較結果に対応する２つの異なる状態を示す比較信号を前記受光素子毎に出力する比較手段と、
   前記レーザ光が発光してから所定時間経過する間に前記比較手段から出力される前記受光素子毎の比較信号をサンプリングして１ビットのデジタルデータに変換すると共に、前記レーザ光が発光される毎に、前記レーザ光の発光タイミングを基準として、前記デジタルデータを前記受光素子毎に積算し、その積算データを出力する積算手段と、
   前記積算手段によって出力される前記受光素子毎の積算データを所定の積算基準値と比較し、当該積算基準値以上となった積算データに基づいて、前記レーザ光を反射する反射物体を検出する検出手段とを備えることを特徴とする車両用レーダ装置。
2. 前記複数の受光素子のうち、隣接する所定数の受光素子から出力される受光信号を加算し、その加算信号を出力する加算手段を備え、
   前記比較手段は、前記加算手段から出力される前記所定数の受光素子毎の加算信号と所定の基準信号との大きさを比較し、その比較結果に対応する２つの異なる状態を示す比較信号を前記所定個数の受光素子毎に出力し、
   前記積算手段は、前記比較手段から出力される前記所定数の受光素子毎の比較信号をサンプリングして１ビットのデジタルデータに変換すると共に、前記レーザ光が発光される毎に、前記レーザ光の発光タイミングを基準として、前記デジタルデータを前記所定数の受光素子毎に積算し、その積算信号を出力し、
   前記検出手段は、前記積算手段によって出力される前記所定数の受光素子毎の積算データを所定の積算基準値と比較して、前記反射物体を検出することを特徴とする請求項１記載の車両用レーダ装置。
3. 前記受光部は、少なくとも１つの受光素子を遮光する遮光部を備え、
   前記遮光部の設けられた受光素子からの受光信号に基づいて、前記遮光部によって遮光されていない受光素子からの受光信号に重畳されるベースノイズ成分を除去する除去手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の車両用レーダ装置。
4. 前記検出手段は、前記反射物体までの距離と、車幅方向における前記反射物体の角度とを検出するものであって、当該車幅方向の角度は、前記積算基準値以上となった前記積算データに対応する受光素子の位置から検出することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用レーダ装置。
5. 前記受光部は、検出すべき車幅方向の角度の角度分解能に応じた個数の受光素子を備えることを特徴とする請求項４記載の車両用レーダ装置。

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