JP3622314B2

JP3622314B2 - 車両用レーザレーダ装置

Info

Publication number: JP3622314B2
Application number: JP01483396A
Authority: JP
Inventors: 昭夫河合; 努塩谷
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1996-01-31
Publication date: 2005-02-23
Anticipated expiration: 2016-01-31
Also published as: JPH09211108A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザレーダを利用した車両用レーザレーダ装置の、レーダヘッド外部前面に付着した汚れを検出する経済的な構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来から用いられている車両用レーザレーダ装置の構成を示す図であって、図中、１はレーダ装置、２は送光窓（レンズ）、３は受光窓（レンズ）、４は距離計測用レーザ発光素子、５はレーザ発光素子４に電流を流してレーザ光を発光させるための駆動回路、６はレーザ発光素子４から送出されたレーザ光が物体に当たって反射して戻ってくる反射光を受けて光電変換する距離計測用受光素子、７は受光素子６が受信した反射光の微小な信号を増幅する増幅回路、８はレーダの送光窓２に向けて汚れ検知のために小パワーの光を送光するＬＥＤ、９は前記ＬＥＤに電流を流して発光させるための駆動回路、１０はＬＥＤ８の光が送光窓２の表面で反射、散乱されて戻ってくる光を受光する汚れ検知用受光素子、１１は受光素子１０の微小な受光信号を増幅する増幅回路、１２は上記送光素子や受光素子の駆動や増幅を制御すると共に、得られた信号から先行車両との距離や相対速度等を計算するＣＰＵである。図６は、図５中に示した、汚れ検知のために小パワーの光を送光窓へ向けて送光するＬＥＤ８、その送光窓からの反射光を受光する汚れ検知用受光素子１０、及び送光窓２の表面に付着した汚れ２ｄを示す図である。
【０００３】
ＣＰＵ１２が所定のタイミングでレーザ発光素子４の駆動回路５に対して送光トリガ信号を送信すると、駆動回路５はレーザ発光素子４に発光に必要な電流を供給する。レーザ発光素子４に電流が流れるとレーザ発光素子４はレーザ光を発光し、その光は送光窓（レンズ）２を通って外部に送出される。前方車両に当たって反射して戻ってくるレーザ光は受光窓（レンズ）３で集光されて距離計測用受光素子６で受信された後、ＣＰＵ１２で処理できるように増幅回路７で増幅されてＣＰＵ１２に入力される。ＣＰＵ１２では送光タイミングと受光タイミングの時間差から前方車両と自車との車間距離や相対速度などを計算して、たとえば追突の危険性があるときは警報を出力するなどの動作を行う。
【０００４】
ここで送光窓２の表面に泥や砂などによる汚れ２ｄが付着したときを考える。汚れ検知用ＬＥＤ８が所定のタイミングで駆動回路９によって駆動され発光する。送光窓２に汚れがない場合は、ＬＥＤの光はそのまま外部へ透過してゆくが、汚れ２ｄが付着している場合には光は窓を透過できず、送光窓２の表面で反射、拡散して汚れ検知用受光素子１０によって受光される。この受光信号が増幅回路１１によって増幅されてＣＰＵ１２に入力され、その信号レベルが「汚れ」の判定基準値を超えていればレーダヘッド汚れと判断するようにして、レーダヘッドに汚れが付着しているかどうかを判断する方式である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような従来の汚れ検知方式では、通常の距離計測用の送受光素子とは別に、汚れ検知専用の送受光素子を設けて汚れを検知するためにコストが余計かかる。また、汚れ検知の実施タイミングを通常の距離計測タイミングとは別に管理する必要があり、制御が複雑になる。さらに応答性よく汚れを検知するためには、通常の距離計測を一時停止して汚れ検知機能を動作させる必要があり、逆に通常の距離計測に影響を与えるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記のような従来の汚れ検知方式の問題点を解決し、費用がかさまず、しかも効率良く、車両用レーザレーダ装置の送光窓の外部に、泥や砂などの汚れが付着しているかどうかを判断できる装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明においては、ビーム幅を所定角度に絞り込んだレーザ光を前方左右の所定角度範囲に所定角度ステップごとに走査しながら照射し、照射から反射光が受光されるまでの時間を計測することによって、前方物体との距離を計測する方式の車両用レーザレーダ装置において、装置内部の左右方向のいずれか最端に、走査するレーザ光を散乱させる散乱板を、散乱されたレーザ光が送光窓を内側から照射、透過する位置に設け、送光窓の外部に付着した泥や砂などの汚れによって、内部へ反射、散乱されたレーザ光を受光素子が受光したとき、その受光量が所定のしきい値以上であれば、レーダ装置に許容量以上の汚れが付着したと判断することにした。
【０００８】
【発明の効果】
本発明は、細いレーザレーダビームにより所定のステップで走査して、結果を外部に送出するスキャニング方式レーザレーダ装置であって、最端まで走査したときのレーザ光を内部に設置した散乱板によって反射、散乱させ、その反射散乱光が、送光窓に付着した汚れによって送光窓を透過し難くなると、距離計測と兼用の受光素子に検出される汚れによる反射光量が増大し、その検出光量が所定の基準値以上になれば、レーダヘッドに汚れありと判断することにしたので、上記従来の方式のように、前方車両との距離計測用の送光、受光部材の他に、汚れ計測専門の光源や受光素子を別個に備えた汚れ計測専門のシステムを、前方車両との距離計測システムの計測処理に割り込ませて働かせる必要がなくなり、機材、設備が簡素な構成となり、システムの処理動作の点でも簡単になるという大きい効果が得られた。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態の構成を示す図である。１はレーザレーダ装置本体で、送光窓２と受光窓３が設けられている。この本体内部に近赤外線波長域のレーザ発光素子４、レーザ発光素子４を駆動する駆動回路５、レーザ発光素子４から送出されたレーザ光が先行車等に反射されて戻ってくるレーザ反射光を受光する受光素子６、受光素子６からの微小な受光信号を増幅する増幅回路７、レーザ発光素子４から送出されるレーザ光Ｓｔ０を所定角度範囲にｎ本のビームとして走査するために回転する反射ミラー２０、反射ミラー２０を所定の角度分解能（ｎ本）で回転させるためのステッピングモータ２１、このステッピングモータ２１を駆動するモータ駆動回路２２、レーザビームの走査に際し最も端に送光されるレーザビームＳｔｎを反射、散乱させて送光窓２の全面に当てるための散乱板３０、これらの駆動回路や増幅回路を制御することによってレーザ発光素子４からレーザ光を送出して、受信される受光信号から前方車両との距離や相対速度を計算すると共に、これらの計算結果と、図示していない車速センサから出力される車速信号から計算される自車速とから、先行車との追突危険性を判断して、外部へ距離データや追突危険性のある場合に警報信号を出力するＣＰＵ１２から構成されている。ＣＰＵ１２から出力されるデータは図示していない表示装置へ送信され、表示装置では車間距離やレーダヘッドの汚れの状態をインジケータで表示したり、警報をアラームで出力したりする。
【００１０】
なお、受光窓３には受光レンズが組み込まれており、このレンズで集光された光が受光素子６に入力される。また、図示していないが、レーザ発光素子４の前方には送光レンズが設けられており、レーザ発光素子４から送出されるレーザ光Ｓｔ０は非常に細いビームに収束されているものとする。スキャニング方式のレーザレーダの場合、１本のレーザビーム幅は０．１ｄｅｇｒｅｅ〜１ｄｅｇｒｅｅ程度であるが、この値は設計上任意に設定できるものである。
【００１１】
図２は上記実施の形態の動作を説明するための図である。ＣＰＵ１２は所定のタイミングでレーザ発光素子４の駆動回路５とステッピングモータ駆動回路２２を動作させてレーザ発光素子４からレーザ光を送出させる。送出されたレーザビームＳｔ０は反射ミラー２０によって反射されて送光窓２から前方外部へ送出される。このときステッピングモータ２１はモータ駆動回路２２の作用によってレーザ発光素子４の発光と同期して回転するように構成されているため、レーザ発光素子４からのレーザビームＳｔ０は順次Ｓｔ１、Ｓｔ２、Ｓｔ３、…、Ｓｔｎ−１、Ｓｔｎというように所定角度ごとのｎ本のビームとなって自車の前方に向かって送出されることになる。レーダは所定周期で上記動作を繰り返す。
【００１２】
ここで、これらのレーザビームの中で最も最後に走査されるビームＳｔｎは、送光窓２から直接外部に出て行くことなく、まず内部の散乱板３０に入射されるように設定されている。散乱板３０に入射したレーザビームは反射、散乱して送光窓２の全体に広がって放射される。通常、送光窓２に汚れの付着などがない場合には、散乱されたレーザビームはそのまま送光窓２を透過して前方へ送出される。しかし、ある程度の時間が経過すると、レーダヘッド１の前面には泥や砂などによる汚れ２ｄが付着してレーザビームの透過を妨げるようになる。散乱板３０で反射、散乱されたレーザビームは汚れ２ｄに当たって反射し、受光素子６に入射される。受光素子６に入力された光は増幅回路７で増幅されてＣＰＵ１２に入力される。汚れの程度が大きいほどレーザビームの透過率は低くなり反射散乱の割合が増加するため、ＣＰＵ１２の内部ではレーダヘッド前面の汚れを判定する所定のしきい値と検出信号レベルを比較して汚れの有無の判断を行う。
【００１３】
１本目のビームＳｔ０からｎ−１本目のビームまでは通常の先行車との距離計測のために使われるビームであるが、ｎ本目のビームＳｔｎはレーダヘッドの汚れ検出専用ビームであり、ＣＰＵ１２の内部的には図３に示すように測距データステップ１からステップｎ−１に続き、ｎ番目のデータは汚れ検出専用データとして扱われる。
【００１４】
図４は、ＣＰＵ１２の内部的に扱われるデータ形式の一例を示したものである。ステップ１からステップｎまでの各ステップごとに、１２ビットのデータＤ１からＤｎで構成される。最下位ビットであるｂ０はレーザ発光素子４が送光中の場合にセットされるフラグであり、送光オンで「１」、送光オフで「０」がセットされる。ビット１からビット１０までの１０ビットは距離計測データであり、レーザビームが前方物体に反射されて戻ってくるまでの時間から計測される距離が示されている。最上位ビットｂ１１は、前方に反射物標があるかどうかを示すフラグであり、物標が検出されたときに「１」がセットされる。また、ｂ１１はレーダヘッドの汚れ検出フラグを共用しており、上記したとおり受信した信号レベルが所定しきい値を超えた場合に汚れありとして「１」がセットされる。
【００１５】
この例ではデータＤ４、Ｄ５、Ｄｎ−４、Ｄｎ−３の最上位ビットｂ１１に「１」がセットされており、これらの角度方向における前方に物標が存在することを示している。なお、物標までの距離は図示していないがｂ１〜ｂ１０に格納される。さらに、ｎ番目のデータＤｎの最上位ビットｂ１１にも「１」がセットされているが、Ｄｎはレーダヘッドの汚れ検出専用データであるから、これは前方物標が検出されたのではなく、レーダヘッド前面に汚れが付着していることを示している。このようにレーダヘッドの汚れが検出されたときは、ＣＰＵ１２が表示装置等に「レーダ汚れあり」のデータを送信して、インジケータを点灯させるなどの手段によりドライバに知らせる。上記のようにすることによって、ドライバはレーダの性能が低下していることを認識し、清掃等を行って正常機能を確保することができる。
【００１６】
以上説明してきたように、スキャニング方式のレーザレーダにおいて、レーダヘッドの汚れを検出するための専用の送光素子と受光素子を設けることなく、走査の最端部のビームを送光窓に散乱反射させる散乱板を設けて、窓表面に付着した汚れ部分に反射された光を通常の距離計測用受光素子で受光、信号処理する方式とすることによって、汚れ検知専用の、送受光素子および駆動、増幅等の周辺回路が不要となり、レーダのコストを廉価にすることができる。また、一連の距離計測処理の流れの中でレーダヘッドの汚れの検出を行うことができるため、従来の如き汚れ検出専用の検出回路を制御するロジックが不要となり、通常の距離計測を妨げることなく、汚れの検出応答性も良くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】図１に示した実施の形態の動作を説明するための図である。
【図３】本実施の形態の１測距サイクルには、一連の測距データステップ１〜ｎ−１に続いて、汚れ表示専用データステップｎが含まれることを示す図である。
【図４】本実施の形態のＣＰＵ内部で扱われるデータ形式の一例を示す図である。
【図５】従来から用いられている車両用レーザレーダ装置の構成を示す図である。
【図６】図５に示した従来例のレーダヘッド汚れ検知専用システムの構成を説明する図である。
【符号の説明】
１…レーザレーダ本体２…送光窓
２ｄ…レーダヘッドに付着した汚れ３…受光窓
４…距離計測用レーザ発光素子５…レーザ発光素子駆動回路
６…受光素子７…受光信号増幅回路
８…汚れ検知専用ＬＥＤ９…汚れ検知専用ＬＥＤ駆動回路
１０…汚れ検知専用受光素子１１…汚れ検知専用受光信号増幅回路
１２…制御用ＣＰＵ２０…反射ミラー
２１…ステッピングモータ２２…ステッピングモータ駆動回路
３０…散乱板

Claims

ビーム幅を所定角度に絞り込んだレーザ光を、前方左右の所定角度範囲に所定角度ステップごとに走査しながら照射し、照射から反射光が受光されるまでの時間を計測することによって前方物体との距離を計測する方式の車両用レーザレーダ装置において、
装置内部の左右方向のいずれか最端に、走査するレーザ光を散乱させる散乱板を、散乱されたレーザ光が送光窓を内側から照射透過する位置に設け、送光窓の外部に付着した汚れによって送光窓から内部へ反射散乱されたレーザ光を受光素子が受光したとき、その受光量が所定のしきい値以上であれば、レーダ装置に許容量以上の汚れが付着したと判断する手段を設けたことを特徴とする車両用レーザレーダ装置。