JP3788337B2 - レーダモジュールの光軸測定方法、光軸調整方法、およびレーダモジュール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーダモジュールの光軸測定方法、それを用いた光軸調整方法、およびレーダモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレーダモジュールの光軸測定方法および調整方法が、▲１▼特開平１０−１３２９２４号に開示されている。
▲１▼の発明は、受光光学系と送光光学系と信号処理部とから、レーダモジュールを構成している。このレーダモジュールの受光光学系は、光軸偏向用光学系と、互いに軸方向が垂直に交わる二つのスリット部と、検知部とで構成されている。
送光光学系から出射されたレーザ光の反射光が受光光学系において受光されると、光軸偏向用光学系において、受光された光が所定量だけ偏向され、出力される。この状態で、スリット部においてスリットの位置が順次変えられ、スリットがそれぞれの位置に設定されたときの受光レベルが検知器において検出される。この検出された受光レベルが信号処理部に送られてデータとして格納される。その後、信号処理部において、格納されているデータのうち、決められたもの同士が比較されることにより、スリットの位置の移動に対する受光レベルの対称性が判断され、対称性が満たされるまで、光軸偏向用光学系における偏向量を変えながら前述の測定を繰り返すようにしている。このように、対称性が一致するような、光軸偏向用光学系の偏向量をもって、光軸の調整を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来のレーダモジュールの光軸測定方法および光軸調整方法においては、以下に示す解決すべき課題が存在した。
【０００４】
特にレーダビームは、ビーム幅が狭いため、一方向へのビームの照射で、ビームの光軸方向を測定する方法は存在しなかった。このため、従来の測定方法では、ビームの光軸方向を微少に移動させ、このビームの物標からの反射信号の強度変化を観測することにより、ビームの光軸を測定していた。このため、光軸の方向または物標の位置のいずれかを変化させなければならず、測定および調整が難しかった。また、スキャン機構を備えるレーダモジュールであれば、▲１▼の発明に示された方法を利用することができるが、スキャン機構が備えられてなければ、用いることができない。また、スキャン機構を備えていたとしても、スキャンを行わない方向には、適用することができない。また、スキャニングを行う時間が必要であるため、測定時間が長くなるとともに、測定コストが増加してしまう。
【０００５】
この発明の目的は、光軸および物標を移動させることなく、光軸の測定・調整を短時間で容易に行う方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、レーダモジュールを被装着体に装着し、レーダモジュールから所定方向へ放射されるビームの範囲内に、前記レーダモジュールからの距離および方向が異なった少なくとも二つのリフレクタをそれぞれ設置し、各リフレクタからの反射信号を受信するレーダモジュールの光軸測定方法において、前記レーダモジュールから光軸方向へ放射されるビームの範囲内に設置された、前記ビームに対する散乱断面積がいずれも等しい、いずれか二つのリフレクタそれぞれから求めた反射信号強度、および、前記レーダモジュールから各リフレクタまでの距離、前記被装着体の基準軸に対する各リフレクタの方向、前記レーダモジュールの利得関数に基づいて、前記被装着体の基準軸に対するレーダモジュールの光軸の方向ずれを算出するステップを有する方法を示したものである。
また、この発明は、前記レーダモジュールの光軸の方向ずれを算出するステップは、各リフレクタそれぞれから求めた反射信号強度、および、前記レーダモジュールから各リフレクタまでの距離Ｒ１，Ｒ２、前記基準軸に対する各リフレクタの方向θ１，θ２、前記レーダモジュールの利得関数Ｇ（θ）に基づいて、
レーダモジュールの光軸の方向ずれΔθを算出するステップである方法を示したものである。
【０００７】
また、この発明は、前記レーダモジュールの光軸測定方法を用い、レーダモジュールの光軸と被装着体の基準軸とのずれ量を解消するように、レーダモジュールの被装着体への装着方向を調整しながら、レーダモジュールを取り付ける方法を示したものである。
【０００８】
また、この発明は、前記レーダモジュールの光軸測定方法により、前記光軸の方向ずれを測定し、ビーム方向をオフセット分を差し引いて制御するビーム走査コントローラに対し、前記方向ずれの量を前記オフセットととして書き込むことによって、前記方向ずれを補正する方法を示したものである。
【０００９】
また、この発明は、ビームを所定方向へ放射し、物標からの反射信号を受信して、該物標の探知を行う手段と、所定方向へ前記ビームの方向を向けるビーム方向制御手段とを備えたレーダモジュールにおいて、上記のレーダモジュールの光軸測定方法により前記光軸の方向ずれを測定する手段と、ビーム方向のオフセット値を設定する手段を備え、前記ビーム方向制御手段は、設定された前記オフセット値分を差し引いて、ビームの方向を制御するレーダモジュールを示したものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に係るレーダモジュールの光軸測定方法について、図１を参照して説明する。
図１は、レーダモジュールの光軸とレーダモジュールが装着される被装着体の基準軸とのずれ量を測定する原理を表した図である。
図１において、１はレーダモジュール、１１，１２はコーナーリフレクタ（以下、単に「リフレクタ」という。）、１００はレーダモジュール１から照射されるビームのメインローブである。また、Δθはレーダモジュールの光軸と被装着体の基準軸とのずれ量、θ1 は、リフレクタ１１とレーダモジュール１とを結ぶ直線と、被装着体の基準軸とのなす角、θ2 はリフレクタ１２とレーダモジュール１とを結ぶ直線と、被装着体の基準軸とのなす角である。Ｒ1 はリフレクタ１１とレーダモジュール１との距離、Ｒ2 はリフレクタ１２とレーダモジュール１との距離である。
【００１１】
レーダモジュール１は、例えば車体のような被装着体に、被装着体の基準軸に対して、レーダモジュール１の光軸が微少角Δθずれて、装着されているものとする。
【００１２】
リフレクタ１１とリフレクタ１２は、互いの散乱断面積が等しいものである。これらのリフレクタ１１，１２は、レーダモジュール１から照射されるメインローブ１００のビームが到達し、十分な反射強度が得られる位置に設置する。一般的な車載用ミリ波レーダの場合、距離Ｒ１，Ｒ２は１５ｍ程度まで、角度θ１，θ２はビームの半値角程度までが合理的である。
【００１３】
ここで、距離Ｒ１，Ｒ２を異なる（Ｒ１≠Ｒ２）ようにし、且つその差をレーダの距離分解能よりも十分大きくとると、その距離の違いによって、リフレクタ１１，１２のそれぞれからの反射信号を識別することができる。
【００１４】
レーダモジュール１の光軸を基準にして、ビームの指向性を、角度に依存する利得の関数Ｇ（θ）で表すと、リフレクタ１１（Ｒ１，θ１）からのビームの反射強度Ｓ１は、レーダ方程式より、
【００１５】
【数１】

【００１６】
リフレクタ１２（Ｒ２，θ２）からのビームの反射強度Ｓ２は、レーダ方程式より、
【００１７】
【数２】

【００１８】
となる。ここで、Ｐはビームの送信電力、λはビームの波長、σはリフレクタ１１の散乱断面積である。
【００１９】
次に、それぞれの反射強度Ｓ１とＳ２の比をとると、
【００２０】
【数３】

【００２１】
となる。ここで、Δθは０に非常に近い微少量であることより、（Δθ）² は略０と考えることができるため、
【００２２】
【数４】

【００２３】
となり、これを変形すると、
【００２４】
【数５】

【００２５】
となる。この等式の右辺は全て測定値および既知の値であることから、Δθを求めることができる。
【００２６】
このような方法をとることにより、一方向に一度のビーム照射で、レーダモジュール１の光軸と、被装着体の基準軸とのずれ量を測定・算出することができる。
【００２７】
次に、第２の実施形態に係るレーダモジュールの光軸測定方法について、図２を参照して説明する。
図２は、レーダモジュールの光軸とレーダモジュールが装着される被装着体の基準軸とのずれ量を測定する原理を表した図であり、（ａ）は図面における上側に光軸がずれた場合、（ｂ）は図面における下側に光軸がずれた場合を表す。
図２において、１はレーダモジュール、１１〜１４はリフレクタ、１００はレーダモジュール１から照射されるビームのメインローブである。また、Δθはレーダモジュールの光軸と被装着体の基準軸とのずれ量、θ1 ，θ２，θ３，θ４は、それぞれリフレクタ１１〜１４とレーダモジュール１とを結ぶ直線と、被装着体の基準軸とのなす角、Ｒ1 ，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４はそれぞれリフレクタ１１〜１４とレーダモジュール１との距離である。
【００２８】
図２の（ａ）、（ｂ）に示す構成は、リフレクタ１３，１４を新たに設けたものであり、他の構成は図１に示した構成と同じである。ここで、
θ１≠θ２≠θ３≠θ４、Ｒ１≠Ｒ２≠Ｒ３≠Ｒ４
である。
【００２９】
図２の（ａ）に示すように、レーダモジュール１から照射されたビームの光軸が、被装着体の基準軸に対して大きな角をなしてずれている場合、メインローブ１００の半値角内にリフレクタ１２が入らず、充分な反射信号強度が得られない。一方、リフレクタ１３はメインローブ１００の半値角内に入るため、充分な反射強度が得られる。よって、リフレクタ１１とリフレクタ１３からのそれぞれの反射信号強度から、前述のように演算することにより、ずれ量Δθを算出することができる。
【００３０】
同様に、図２の（ｂ）に示すように、ビームの光軸が被装着体の基準軸に対して大きな角をなしてずれている場合でも、リフレクタ１２とリフレクタ１４からの充分な反射信号強度を得ることができる。よって、ずれ量Δθを算出することができる。
【００３１】
ここで、リフレクタの設置方法としては、常に少なくとも二つのリフレクタがメインローブの半値角内に入るように設置すればよい。
【００３２】
このような構成とすることにより、レーダモジュールの光軸と被装着体の基準軸とのずれ量が、メインローブの広がる角度よりも広角となっても、ずれ量を算出することができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、四つのリフレクタを用いて構成したが、これに限らず、必要に応じた数のリフレクタを設置すればよく、これにより、同様にずれ量を算出することができる。
【００３４】
次に、第３の実施形態に係るレーダモジュールの光軸測定および調整方法について、説明する。
【００３５】
前述の実施形態とは異なり、レーダモジュールがビーム方向を走査するスキャン機能を有しているものを使用する。このレーダモジュールのスキャン機能を用いて、はじめに、リニアアクチュエータにより、ビームがリフレクタに当たる位置まで移動する。ここで、前述の実施形態と同様な方法で、レーダモジュールの光軸と被装着体の基準軸とのずれ量Δθを測定する。この状態で、ビーム方向を微少量変化させて、オフセット値であるずれ量Δθに対応する、リニアアクチュエータの制御量Δｘを求める。この制御量Δｘを基に、例えば、リニアアクチュエータがもともと−ｘ〜ｘの範囲で制御されていたのであれば、この制御範囲を−ｘ＋Δｘ〜ｘ＋Δｘと変更する。このようにして、予めオフセット値を与えることにより、方向ずれを補正することができる。
【００３６】
次に、第４の実施形態に係るレーダモジュールの光軸測定および調整方法について説明する。
【００３７】
本実施形態では、リフレクタの数が少なく、且つ初期の光軸の方向ずれが大きい場合の光軸測定、調整方法を示す。
【００３８】
ビーム幅が狭い場合には、同時に二つのリフレクタにビームを照射できないことがある。この場合、ビーム走査コントローラ付きのレーダモジュール、すなわち、スキャン機能付きのレーダモジュールを用いることにより、まずスキャン機能を利用し、ビームが二つのリフレクタに照射するように、光軸調整を行った後に、第１の実施形態に示した方法を用いて、光軸を調整することができる。
【００３９】
すなわち、設置当初に光軸と被装着体の基準軸とのずれ量が大きくて、且つメインローブの半値幅が狭い場合でも、スキャンすることにより、メインローブの半値角内にリフレクタを入れることができ、光軸と被装着体の基準軸とのずれ量を測定することができる。
【００４０】
例えば、水平、鉛直の両方向に光軸調整を行う場合には、先ず、水平方向に、スキャン機能を利用して、ビームがリフレクタに照射されるように、メインローブの半値角内に入れる光軸調整を行う。次に、第１の実施形態に示した調整方法をにより、鉛直方向の光軸の方向ずれを測定し、調整することができる。
【００４１】
なお、本実施形態では、水平方向にスキャン機能を利用したが、これに限ることなく、鉛直方向にスキャン機能を利用し、その後、水平方向に前述の光軸調整を行ってもよい。
【００４２】
次に、第５の実施形態に係るレーダモジュールの光軸調整方法について、説明する。
レーダモジュールを被装着体（例えば車体等）に取り付ける場合には、一般的にレーダモジュールの光軸と被装着体の基準軸とを一致させる。これは、レーダモジュールを被装着体に装着する際に、二つの軸のずれ量を測定しながら、合わせ込むものである。
【００４３】
まず、レーダモジュールを被装着体に取り付け、被装着体が設置されている装置および施設に、複数のリフレクタを設置する。ここで、予め、被装着体の基準軸とリフレクタとの位置関係が明らかになるように、被装着体およびリフレクタを設置しておく。この状態で、前述の実施形態に示した方法で、光軸と基準軸とのずれ量を測定し、そのずれ量に応じて、レーザモジュールの取り付け角度を調整する。
【００４４】
このような方法でレーダモジュールを被装着体に取り付けることにより、測定が容易となり、測定時間が短縮化され、取り付け工程が簡略化され、リードタイムを短縮化することができる。これにより、製造コストを低減することができる。
【００４５】
次に、第６の実施形態に係るレーダモジュールおよび光軸調整方法について、図３を参照して説明する。
図３は、レーダモジュールの光軸測定および調整装置の概略図である。
図３において、１はレーダモジュール、２はＲＦブロック、１０は信号処理ブロックである。ＲＦブロック２内には、一次放射器、その一次放射器を移動させて、ビーム方向の走査を行うモータ、ＶＣＯ（電圧可変発振器）、カップラ、サーキュレータ、ミキサなどを設けている。
【００４６】
ＡＤコンバータ３は、ＲＦブロック２から出力された中間周波の受信信号をディジタルデータ列に変換する。ＤＳＰ４はディジタル信号処理回路であり、ＡＤコンバータからの出力データ列に基づき、物標の相対速度および相対距離を検出する。変調カウンタ６は、結果的に、送信信号周波数が三角波状に変化するように、カウント値を変化させる。ＤＡコンバータ７は、変調カウンタ６の出力値を電圧信号に変換して、上記ＶＣＯへ与える。
【００４７】
モータドライバ８は、一次放射器の位置を移動させる。
ＣＰＵ５は、この発明に係る「ビーム方向制御手段」に相当し、光軸の方向ずれの測定から得られたオフセット値をもとに、モータドライバ８を制御することによって、ビーム方向の走査を行う。また、ＣＰＵ５は、ＤＳＰ４からの物標の相対距離および相対速度のデータを入力し、ホスト装置へ出力する。例えば自動車工場での光軸測定調整の状態では、ホスト装置として、前記ずれ量を表示する装置を接続する。
１１，１２はリフレクタであり、Δθはレーダモジュールの光軸と被装着体の基準軸とのずれ量である。
【００４８】
このようなシステムを用いて、第３の実施形態に示した方法を利用することにより、光軸調整を行う。
【００４９】
すなわち、初期状態において、レーダビームの光軸がレーダモジュール１の略正面を向くようにモータドライバ８を制御する。この状態で、第１の実施形態の測定を行い、オフセット値の基となるずれ量Δθを測定する。このずれ量Δθと、モータドライバ８の制御量Δｘ（オフセット値）との関係を求め、記憶する。このオフセット情報から、一次放射器の移動範囲、すなわちモータドライバ８の動作範囲が、例えば、−ｘ〜ｘの範囲であったとすると、新たに、一次放射器の移動範囲を−ｘ＋Δｘ〜ｘ＋Δｘと設定する。この信号をモータドライバ８に送信することによって、モータドライバ８により、一次放射器を−ｘ＋Δｘ〜ｘ＋Δｘの範囲で移動させる。
【００５０】
このような、補正処理を行うことにより、レーダモジュール１を動かすことなく、ずれ量Δθの補正を行うことができ、被装着体に装着後のレーダモジュールの光軸調整を容易に行うことができる。
【００５１】
前述の処理は、予めプログラム化しておき、自動制御することが可能である。また、ホスト装置で表示されるずれ量Δθをオペレータが確認し、操作手段（キーボード等）を用いて、設定することにより、手動で行うことも可能である。
【００５２】
なお、本実施形態では、信号処理ブロック１０をレーダモジュール１の外部装置として取り付けた例を用いたが、レーダモジュール１自体に信号処理ブロック１０を備えることもできる。この場合、自動車に搭載するクルーズコントローラなどに、上記光軸調整の機能をもたせておけばよい。そして、その自動車に備えられているスイッチ等を、普段しないような特殊な操作をすることによって、光軸調整を行うモードに入るようにしてもよい。例えば、自動車のＡＣＣスイッチを所定回数押し、所定のインターバルの後、再度押す等の操作により、前述の処理を行うように設定してもよい。
【００５３】
【発明の効果】
この発明によれば、レーダモジュールを被装着体に装着し、レーダモジュールから所定方向へ放射されるビームの範囲内に、前記レーダモジュールからの距離および方位が異なった少なくとも二つのリフレクタをそれぞれ設置し、各リフレクタからの反射信号を受信するレーダモジュールの光軸測定方法において、前記レーダモジュールから光軸方向へ放射されるビームの範囲内に設置された、前記ビームに対する散乱断面積がいずれも等しい、いずれか二つのリフレクタそれぞれから求めた反射信号強度、および、前記レーダモジュールから、各リフレクタまでの距離、前記被装着体の基準軸に対する各リフレクタの方位、前記レーダモジュールの利得関数に基づいて、前記被装着体の基準軸に対するレーダモジュールの光軸の方向ずれを算出するようにしたので、また、前記レーダモジュールの光軸の方向ずれを算出するステップは、各リフレクタそれぞれから求めた反射信号強度、および、前記レーダモジュールから各リフレクタまでの距離Ｒ１，Ｒ２、前記基準軸に対する各リフレクタの方向θ１，θ２、前記レーダモジュールの利得関数Ｇ（θ）に基づいて、レーダモジュールの光軸の方向ずれΔθを算出するようにしたので、所定方向への一度のビームの照射によって、容易に短時間に光軸方向のずれを測定することができる。
【００５４】
また、この発明によれば、前記レーダモジュールの光軸測定方法を用い、レーダモジュールの光軸と被装着体の基準軸とのずれ量を解消するように、レーダモジュールの被装着体への装着位置を調整しながら、レーダモジュールを取り付けることにより、容易にレーダモジュールを取り付けることができる。これにより、レーダモジュール取り付け工程を簡略化することができ、リードタイムを短縮し、製造コストを低減することができる。
【００５５】
また、この発明によれば、前記レーダモジュールの光軸測定方法により光軸の方向ずれを測定し、ビーム方向をオフセット分を差し引いて制御するビーム走査コントローラに対し、前記方向ずれの量を前記オフセットととして書き込むことによって、方向ずれを補正することにより、レーダモジュールを動かすことなく、容易にレーダモジュールの光軸を調整することが可能となる。
【００５６】
また、この発明によれば、ビームを所定方向へ放射し、物標からの反射信号を受信して、該物標の探知を行う手段と、所定方向へ前記ビームの方向を向けるビーム方向制御手段とを備えたレーダモジュールにおいて、上記のレーダモジュールの光軸測定方法により前記光軸の方向ずれを測定する手段と、ビーム方向のオフセット値を設定する手段を備え、前記ビーム方向制御手段が、設定された前記オフセット値分を差し引いて、ビームの方向を制御することにより、容易に光軸測定および調整を行うことができるレーダモジュールを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係るレーダモジュールの光軸とレーダモジュールが装着される被装着体の基準軸とのずれ量を測定する原理を表した図
【図２】第２の実施形態に係るレーダモジュールの光軸とレーダモジュールが装着される被装着体の基準軸とのずれ量を測定する原理を表した図
【図３】レーダモジュールの光軸測定および調整装置の概略図
【符号の説明】
１−レーダモジュール
２−ＲＦブロック
３−ＡＤコンバータ
４−ディジタル信号処理回路
５−ＣＰＵ
６−変調カウンタ
７−ＤＡコンバータ
８−モータドライバ
１０−信号処理ブロック
１１，１２，１３，１４−リフレクタ
１００−メインローブ

Claims (5)

1. レーダモジュールを被装着体に装着し、前記レーダモジュールからの距離および、方向が異なった少なくとも二つのリフレクタをそれぞれ設置し、各リフレクタからの反射信号を受信するレーダモジュールの光軸測定方法において、
   前記レーダモジュールから光軸方向へ放射されるビームの範囲内に設置された、前記ビームに対する散乱断面積がいずれも等しい、いずれか二つのリフレクタそれぞれから求めた反射信号強度、および、前記レーダモジュールから各リフレクタまでの距離、前記被装着体の基準軸に対する各リフレクタの方向、前記レーダモジュールの利得関数に基づいて、前記被装着体の基準軸に対するレーダモジュールの光軸の方向ずれを算出するステップを有するレーダモジュールの光軸測定方法。
2. 前記レーダモジュールの光軸の方向ずれを算出するステップは、各リフレクタそれぞれから求めた反射信号強度、および、前記レーダモジュールから各リフレクタまでの距離Ｒ１，Ｒ２、前記基準軸に対する各リフレクタの方向θ１，θ２、前記レーダモジュールの利得関数Ｇ（θ）に基づいて、
   

   

   の式からレーダモジュールの光軸の方向ずれΔθを算出するステップである請求項１に記載のレーダモジュールの光軸測定方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のレーダモジュールの光軸測定方法を用い、
   前記方向ずれを解消するように、前記被装着体に対する前記レーダモジュールの装着方向を調整するレーダモジュールの光軸調整方法。
4. 請求項１または請求項２に記載のレーダモジュールの光軸測定方法により前記光軸の方向ずれを測定し、
   ビーム方向をオフセット分を差し引いて制御するビーム走査コントローラに対し、前記方向ずれの量を前記オフセットとして書き込むことによって、前記方向ずれを補正するレーダモジュールの光軸調整方法。
5. ビームを所定方向へ放射し、物標からの反射信号を受信して、該物標の探知を行う手段と、所定方向へ前記ビームの方向を向けるビーム方向制御手段とを備えたレーダモジュールにおいて、
   請求項１または請求項２に記載のレーダモジュールの光軸測定方法により前記光軸の方向ずれを測定する手段と、ビーム方向のオフセット値を前記方向ずれの量に従って設定する手段を備え、前記ビーム方向制御手段は、設定された前記オフセット値分を差し引いて、ビームの方向を制御するレーダモジュール。

Images