JP2006105689A - 車両用レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡略な回路構成で、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。
【解決手段】 従来のＡ／Ｄ変換回路、及び積算回路に代わる構成として、ＰＤ１〜ＰＤ１６毎にスイッチＳＷ１〜ＳＷ２００と、ＳＷ１〜ＳＷ２００の各々に接続されるコンデンサＣ１〜Ｃ２００を備えた積分部９３を備え、この積分部９３において、アナログ的に受光信号を積算する構成を採用している。これにより、従来のように、Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）、及び積算回路を受光素子（ＰＤ）毎に設ける必要がなくなり、スイッチＳＷ１〜ＳＷ２００とコンデンサＣ１〜Ｃ２００からなる簡略な回路構成で、複数の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、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、複雑な回路構成と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、簡略な回路構成で、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、
受光素子毎に設けられ、受光部との接続を切り換える複数のスイッチ手段と、
複数のスイッチ手段の各々に接続され、受光信号の強度に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積手段と、を備える積分手段と、
レーザ光が発光される毎に、レーザ光が発光してから所定時間経過する間、予め決められた順序に従って一定時間間隔で複数のスイッチ手段を１つずつ接続側に切り換えつつ、その接続側に切り換えたスイッチ手段以外の他のスイッチ手段を非接続側に切り換えた状態に保つとともに、
レーザ光が所定回発光されたとき、予め決められた順序に従って一定時間間隔で複数のスイッチ手段を１つずつ接続側に切り換えて、当該スイッチ手段に接続された電荷蓄積手段の蓄積した電荷量に応じた積分信号を積分手段から出力させる制御手段と、
積分手段の出力する受光素子毎の積分信号と所定の積分基準値とを比較し、当該積分基準値以上となった積分信号に基づいて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、及び積算回路に代わる構成として、受光素子毎に複数のスイッチ手段と、その複数のスイッチ手段の各々に接続される電荷蓄積手段とを備えた積分手段を備えて、アナログ的に受光信号を積算する構成を採用している。

これにより、従来のように、Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）、及び積算回路を受光素子（ＰＤ）毎に設ける必要がなくなり、スイッチ手段と電荷蓄積手段からなる簡略な回路構成で、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となる。

なお、受光素子からの受光信号は、上記積分手段によってアナログ的に積算することで、反射光の検出感度を向上することができる。すなわち、図５に示すように、レーザ光が所定回（例えば、２５６回）発光されるまで、レーザ光が発光してから所定時間経過する間、予め決められた順序に従って一定時間間隔でスイッチ手段（スイッチＳＷ１〜ＳＷ２００）を１つずつ接続側に切り換えながら、受光信号の強度に応じた電荷をコンデンサＣ１〜Ｃ２００に各々蓄積させる。これは、受光素子毎に同時に行われ、スイッチＳＷ１〜ＳＷ２００を１つずつ接続側に切り換える際、必ず、他のスイッチＳＷは、非接続側に切り換えられた状態を保つようにする。

レーザ光が２５６回発光されたとき、何れかのＰＤの受光した全ての受光信号に同じ反射物体からの反射光に応じた受光信号成分Ｓを含んでいた場合には、その受光信号成分Ｓに対応する電荷量は、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、２５６回発光されたときの受光信号成分Ｓ０に対応する電荷量は、各受光信号の受光信号成分Ｓが２５６倍に増幅されたものとなる。

一方、各受光信号には、背景ノイズ（バックグランドノイズ）と呼ばれるノイズ成分Ｎ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、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り、そのノイズ成分Ｎに対応する電荷を蓄積した場合であっても、そのノイズ成分Ｎ０に対応する電荷量は、√２５６＝１６倍に増幅されるのみとなる。

従って、受光信号の強度に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積手段を備えて、アナログ的に受光信号を積算することで、増幅された受光信号成分Ｓ０に対応する電荷量に応じた積分信号に基づいて反射物体を高感度で検出することが可能になる。

請求項２に記載の車両用レーダ装置では、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、複数のスイッチ手段は、加算手段毎に設けられるものであって、加算手段との接続を切り換え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、隣接する２つの受光素子としてのフォトダイオード（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からの電荷量に応じた積分信号が他のＰＤからの電荷量に応じた積分信号よりも高い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ＰＤ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９２を備えるようにする。これにより、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積算手段としての積算部９３に出力し、加算器９２毎の積分信号を用いて反射物体を検出することで、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、除去手段としての減算器９９において、他のＰＤからの受光信号に対応する積分信号からＰＤ１６からの受光信号に対応する積分信号を減じることで、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、減算器９９を設けずに、レーザレーダＣＰＵ７０の内部処理によって、デジタル的に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、積分基準値以上となった積分信号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、積分基準値以上となった積分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（断続して）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１１（ｂ）に示した従来のＡ／Ｄ変換回路、及び積算回路に代わる構成として、図３に示すように、受光素子としてのフォトダイオード（ＰＤ）毎に複数のスイッチ手段としてのスイッチＳＷ１〜ＳＷ２００と、ＳＷ１〜ＳＷ２００の各々に接続される電荷蓄積手段としてのコンデンサＣ１〜Ｃ２００を備えた積分部９３を備え、この積分部９３において、アナログ的に受光信号を積算する構成を採用している。

これにより、従来のように、Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）、及び積算回路を受光素子（ＰＤ）毎に設ける必要がなくなり、スイッチＳＷ１〜ＳＷ２００とコンデンサＣ１〜Ｃ２００からなる簡略な回路構成で、複数の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る。

なお、ＰＤ１〜ＰＤ１６からの各々の受光信号は、上記積分部９３によってアナログ的に積算することで、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）、受光信号を出力する受光部、増幅部９１ａ、９１ｂ、積分部９３、スイッチング素子９５ａ、９５ｂ、遮光部９７、減算器９９、及び制御手段としての制御部（図示せず）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ＰＤ１〜１６を車幅方向（Ｘ軸）にアレイ状に並列に備えており、ＰＤ１〜ＰＤ１６は、反射物体に反射されたレーザ光の強度に応じた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、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している。

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。

本実施形態では、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、除去手段としての減算器９９において、ＰＤ１〜ＰＤ１５からの受光信号に対応する積分信号からＰＤ１６からの受光信号に対応する積分信号を減じることで、ＰＤ１〜ＰＤ１５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。また、減算器９９を設けずに、レーザレーダＣＰＵ７０の内部処理によって、デジタル的に除去するようにしてもよい。

増幅器９１ａ、９１ｂは、ＰＤ毎に設けられ、入力された信号を所定の割合で増幅する。スイッチング素子９５ａは、ＰＤ毎に設けられ、このスイッチング素子９５ａによってＰＤと積分部９３とが接続されることで、ＰＤからの受光信号が積分部９３に出力される。

積分部９３は、ＰＤ毎に、スイッチＳＷ１〜ＳＷ２００とコンデンサＣ１〜Ｃ２００を備えている。スイッチＳＷ１〜ＳＷ２００は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor、相補性金属酸化膜半導体）で構成され、レーザレーダＣＰＵ７０からのスイッチング指示に従って動作する。このスイッチＳＷ１〜ＳＷ２００は、ＣＣＤ（Charge coupled device、電荷結合素子）で構成されるものであってもよい。

また、ＰＤ１６に対応する積分部９３のコンデンサＣ１〜Ｃ２００の各々には、図示しないバッファアンプが設けられており、このバッファアンプにより、コンデンサＣ１〜Ｃ２００の蓄積した電荷を消失しないようにしている。

積分部９３、及びスイッチング素子９５ａは、制御部から制御されることで動作する。すなわち、制御部では、図５に示すように、レーザ光が所定回（例えば、２５６回）発光されるまで、スイッチング素子９５ａを接続側に継続して切り換える。

そして、制御部では、レーザ光が発光される毎に、レーザ光が発光してから所定時間（例えば、２０００ｎｓｅｃ）経過する間、予め決められた順序に従って一定時間（例えば、１０ｎｓｅｃ）間隔でスイッチＳＷ１〜ＳＷ２００を１つずつ接続側に切り換えながら、受光信号の強度に応じた電荷をコンデンサＣ１〜Ｃ２００に各々蓄積させる積分処理を実行する。

例えば、１回目のレーザ光が発光されると、発光直後にスイッチＳＷ１を接続側に切り換えるとともに、スイッチＳＷ２〜スイッチＳＷ２００を非接続側に切り換えた状態に保ち、１０ｎｓｅｃ経過後、スイッチＳＷ２を接続側に切り換えるとともに、スイッチＳＷ１を非接続側に切り換え、スイッチＳＷ３〜スイッチＳＷ２００を非接続側に切り換えた状態に保持する。以後、スイッチＳＷ３、スイッチＳＷ４、・・・、スイッチＳＷ１９９、スイッチＳＷ２００の順序で接続側に切り換えるまで（２０００ｎｓｅｃ経過するまで）繰り返し行う。

このスイッチＳＷ１〜ＳＷ２００の接続側、及び非接続側への切り換えは、受光素子毎に同時に行われ、また、スイッチＳＷ１〜ＳＷ２００を１つずつ接続側に切り換える際、必ず、他のスイッチＳＷは、非接続側に切り換わった状態を保つようにする。

これにより、図５（ｂ）に示すように、１回目のレーザ光の発光によって、コンデンサＣ１〜Ｃ２００には、対応するスイッチＳＷ１〜ＳＷ２００をオンにしたときの受光信号の強度に応じた量の電荷が蓄積される。このコンデンサＣ１〜Ｃ２００に蓄積される電荷量は、ＰＤから出力される受光信号を１０ｎｓｅｃ毎に検出した場合と同じ結果を示す。

２回目のレーザ光の発光がなされると、制御部は、上述したように、２０００ｎｓｅｃ経過する間、予め決められた順序に従って１０ｎｓｅｃ間隔でスイッチＳＷ１〜ＳＷ２００を１つずつ接続側に切り換えながら、図５（ｃ）に示すように、受光信号の強度に応じた電荷をコンデンサＣ１〜Ｃ２００に各々蓄積させる。その後、２５６回目のレーザ光が発光されるまで、レーザレーダＣＰＵ７０は、上述した積分処理を繰り返し実行する。

制御部は、レーザ光が２５６回発光され、受光信号の強度に応じた電荷をコンデンサＣ１〜Ｃ２００に各々蓄積させたとき、先ず、スイッチング素子９５ａを非接続側に切り換える。

ここで、ＰＤ１〜ＰＤ１５の何れかのＰＤの受光した全ての受光信号に同じ反射物体からの反射光に応じた受光信号成分Ｓ（図５ｂ、ｃ）を含んでいた場合には、その受光信号成分Ｓに対応する電荷量は、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、２５６回発光されたときの受光信号成分Ｓ０に対応する電荷量は、各受光信号の受光信号成分Ｓが２５６倍に増幅されたものとなる（図５ｄ）。

一方、各受光信号には、背景ノイズ（バックグランドノイズ）と呼ばれるノイズ成分Ｎ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、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り、そのノイズ成分Ｎに対応する電荷を蓄積した場合であっても、そのノイズ成分Ｎ０に対応する電荷量は、√２５６＝１６倍に増幅されるのみとなる（図５ｄ）。従って、増幅された受光信号成分Ｓ０に対応する電荷量に応じた積分信号に基づいて反射物体を高感度で検出することが可能になる。

制御部は、スイッチング素子９５ａを全て非接続側に切り換えると、ＰＤ１とＰＤ１６に対応するスイッチング素子９５ｂを接続側に切り換え、予め決められた順序に従って１０ｎｓｅｃ間隔でＰＤ１とＰＤ１６に対応するスイッチＳＷ１〜ＳＷ２００を１つずつ接続側に切り換えながら、当該スイッチに接続されたコンデンサの蓄積した電荷量に応じた積分信号を減算器９９へ出力する。

そして、減算器９９にてベースノイズ成分の除去されたＰＤ１の受光信号に対応するアナログの積分信号をＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）にてデジタルに変換した後、レーザレーダＣＰＵ７０に出力する。

ＰＤ１に対応するデジタルの積分信号がレーザレーダＣＰＵ７０に出力されると、ＰＤ１に対応するスイッチング素子９５ｂを非接続側に切り換えるとともに、ＰＤ２に対応するスイッチング素子９５ｂを接続側に切り換え、予め決められた順序に従って１０ｎｓｅｃ間隔でＰＤ２とＰＤ１６に対応するスイッチＳＷ１〜ＳＷ２００を１つずつ接続側に切り換えながら、当該スイッチに接続されたコンデンサの蓄積した電荷量に応じた積分信号を減算器９９へ出力する。

以後、ＰＤ３〜ＰＤ１５の各々に対応するデジタルの積分信号がレーザレーダＣＰＵ７０に出力されるまで、順次、繰り返し行う。なお、ＰＤ１６に対応する積分部９３のコンデンサＣ１〜Ｃ２００の各々にはバッファアンプが設けられているため、ＰＤ１〜ＰＤ１５まで繰り返し行っても、そのコンデンサＣ１〜Ｃ２００の蓄積した電荷は消失されない。

レーザレーダＣＰＵ７０では、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、積分基準値（基準電圧）以上となった電圧信号に対応するＰＤの位置から検出する。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、基準電圧以上となった積分信号に対応するＰＤ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、基準電圧以上となった積分信号に対応するＰＤ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ＰＤ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ＰＤ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。

レーザレーダＣＰＵ７０では、ＰＤ毎の積分信号を基準電圧と比較し、当該基準電圧以上となった積分信号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、ＰＤ毎の離散的な積分信号と基準電圧とを比較する。このとき、例えば、積分値Ｄｂ、Ｄｃの値が基準電圧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、基準電圧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、基準電圧を超えた積分値Ｄｂとその直前の積分値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、基準電圧を超えた積分値Ｄｃとその直後の積分値Ｄｄとを結ぶ直線を想定し、その直線と基準電圧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反射光の横角度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、及び積算回路に代わる構成として、ＰＤ１〜ＰＤ１６毎にスイッチＳＷ１〜ＳＷ２００と、ＳＷ１〜ＳＷ２００の各々に接続されるコンデンサＣ１〜Ｃ２００を備えた積分部９３を備え、この積分部９３において、アナログ的に受光信号を積算する構成を採用している。

これにより、従来のように、Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）、及び積算回路を受光素子（ＰＤ）毎に設ける必要がなくなり、スイッチＳＷ１〜ＳＷ２００とコンデンサＣ１〜Ｃ２００からなる簡略な回路構成で、複数の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からの電荷量に応じた積算信号が他のＰＤからの電荷量に応じた積算信号よりも高い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に示すフォトＩＣ９０のように、隣接する所定数（２つ）のＰＤ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９２を備えるようにする。（同図に図示していないが、フォトＩＣ９０は、図３に示すフォトＩＣ９０と同様に、増幅器９１ｂ、スイッチング素子９５ｂ、減算器９９を備えている）。

これにより、この加算器９９から出力される２つのＰＤの加算信号を積算部９３に出力し、加算器９２毎の積算信号を用いて反射物体を検出することで、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。 （ａ）〜（ｄ）は、積分部９３において、受光信号の強度に応じた電荷が蓄積されること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の内部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、９１ａ、９１ｂ…増幅器、９２…加算器、９３…積分部、９５ａ、９５ｂ…スイッチング素子、９７…遮光部、９９…減算器、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、
   前記受光素子毎に設けられ、前記受光部との接続を切り換える複数のスイッチ手段と、
   前記複数のスイッチ手段の各々に接続され、前記受光信号の強度に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積手段と、を備える積分手段と、
   前記レーザ光が発光される毎に、前記レーザ光が発光してから所定時間経過する間、予め決められた順序に従って一定時間間隔で前記複数のスイッチ手段を１つずつ接続側に切り換えつつ、その接続側に切り換えたスイッチ手段以外の他のスイッチ手段を非接続側に切り換えた状態に保つとともに、
   前記レーザ光が所定回発光されたとき、前記予め決められた順序に従って一定時間間隔で前記複数のスイッチ手段を１つずつ接続側に切り換えて、当該スイッチ手段に接続された電荷蓄積手段の蓄積した電荷量に応じた積分信号を前記積分手段から出力させる制御手段と、
   前記積分手段の出力する前記受光素子毎の積分信号と所定の積分基準値とを比較し、当該積分基準値以上となった積分信号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. 隣接する所定数の前記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、
   前記複数のスイッチ手段は、前記加算手段毎に設けられるものであって、前記加算手段との接続を切り換え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つの前記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、前記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、前記積分基準値以上となった積分信号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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