JP5889152B2 - 受光回路、レーザレーダ - Google Patents

Description

本発明は、対象光を受光して電気信号に変換する受光回路と、これを備えたレーザレーダに関する。

レーザダイオードなどからレーザ光を投光し、その反射光を受光回路で受光して電気的な信号に変換し、該信号に基づいて、先行車、障害物、または人などの計測対象物の位置（方向や距離など）を計測するレーザレーダがある。

このレーザレーダの計測可能範囲を拡大するため、レーザ光の投光パワーを大きくする方法がある。しかし、この場合、たとえば、トラックのような反射面の広い計測対象物の接近により、受光回路への反射光の入力強度（光量や輝度など）が過大になる。このため、光電変換後の受光信号（電気的な信号）のレベルが過大になって、受光信号が飽和し、該受光信号に基づいて計測対象物の位置の計測を行っても、近距離での計測精度が劣化してしまう。

また、受光素子として安価なＰＩＮ型フォトダイオードを用いた場合には、高輝度の反射光の入力時に、受光信号が飽和し易くなる。また、低輝度の反射光の入力時には、受光信号がノイズに埋もれて、検出できなくなる。

そこで、特許文献１に開示されているレーダ装置（レーザレーダ）では、入射光を光電変換する第１受光部とは別に、第２受光部を設けている。第２受光部は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーデバイス中にフォトダイオードを埋め込んで構成され、第１受光部より高輝度の反射光に対して感度領域を有する。そして、第１受光部と第２受光部の出力信号を合成部で組み合わせて、ダイナミックレンジを広げた受光信号を合成している。

一方、特許文献２および特許文献３には、入力信号を減衰させる技術が開示されている。

特許文献２では、フォトダイオードから出力された受光信号を増幅する前置増幅器において、インピーダンス素子と、負帰還増幅回路と、信号減衰器を設けている。インピーダンス素子は、入力信号を減衰させる。負帰還増幅回路は、入力端子と出力端子が接続されている。信号減衰器は、インピーダンス素子と並列に接続され、インピーダンス素子の両端子間の信号出力により減衰量が制御される。

特許文献３では、高周波の受信装置において、第１の増幅器と第２の増幅器の間に、第１のスイッチと減衰器を設けている。また、第１の増幅器の入力側に、ダイオードスイッチを接続し、該ダイオードスイッチとフォトカプラの間に、第２のスイッチと高抵抗体を設けている。そして、入力信号の電圧レベルが閾値を超えると、第１のスイッチと第２のスイッチが共に切り替わり、減衰器による信号レベルの減衰および高抵抗体による電圧の分圧が実行される。

特開２００７−２７９０１７号公報 特開２００１−３５２２２３号公報 特開平８−３１６７４５号公報

本発明の課題は、光の入力強度が過大であっても、受光信号の飽和を抑えることができる受光回路およびレーザレーダを提供することである。

本発明による受光回路は、対象光を受光して電気的な信号に変換する受光素子と、受光素子からの出力信号を増幅する増幅手段と、受光素子から増幅手段への入力信号を減衰させる減衰手段と、増幅手段からの出力信号に基づいて、所定の制御を行う制御手段とを備える。制御手段は、増幅手段からの出力信号のピーク値を第１の閾値と比較するとともに、出力信号のパルス幅を第２の閾値と比較し、ピーク値が第１の閾値以上で、かつ、パルス幅が第２の閾値に達しなかった場合に、増幅手段からの出力信号が第１の飽和状態にあると判断し、ピーク値が第１の閾値以上で、かつ、パルス幅が第２の閾値以上となった場合に、増幅手段からの出力信号が第２の飽和状態にあると判断する。そして、増幅手段からの出力信号が第１の飽和状態にあると判断した場合に、増幅手段のゲインを小さくし、増幅手段からの出力信号が第２の飽和状態にあると判断した場合に、受光素子から増幅手段への入力信号を減衰手段を用いて減衰させる。

また、本発明によるレーザレーダは、上記受光回路と、投光手段とを備え、投光手段からレーザ光を投光して、計測対象物で反射した光を受光回路で受光して電気的な信号に変換し、受光回路からの出力信号に基づいて計測対象物の位置を計測する。

上記によると、受光素子から増幅手段を経て出力された信号が第１の飽和状態である場合に、増幅手段のゲインを小さくするので、増幅手段からの出力信号が減衰する。また、増幅手段からの出力信号が第２の飽和状態にある場合に、受光素子から増幅手段への入力信号が、減衰手段によって減衰する。このため、受光素子への光の入力強度が過大であっても、受光回路で受光信号の飽和を抑えることができる。

また、本発明では、上記受光回路において、制御手段は、増幅手段からの出力信号が外乱光の影響を受けた状態にあると判断すると、受光素子から増幅手段への入力信号を減衰手段を用いて減衰させてもよい。

また、本発明では、上記受光回路において、制御手段は、増幅手段からの出力信号の変動度合いを、第３の閾値と比較した結果に基づいて、増幅手段からの出力信号が外乱光の影響を受けた状態にあることを判断してもよい。

また、本発明では、上記受光回路において、制御手段は、増幅手段からの出力信号が過小状態にあると判断すると、増幅手段のゲインを調整して、増幅手段からの出力信号を増大させてもよい。

また、本発明では、上記受光回路において、制御手段は、増幅手段からの出力信号のピーク値またはパルス幅を、第４の閾値と比較した結果に基づいて、増幅手段からの出力信号が過小状態にあることを判断してもよい。

さらに、本発明では、上記受光回路において、受光素子は、フォトダイオードから構成され、増幅手段は、受光素子からの出力信号が入力される電流電圧変換増幅回路と、電流電圧変換増幅回路からの出力信号が入力される可変利得増幅回路とから構成され、減衰手段は、可変インピーダンス回路から構成されてもよい。この場合、制御手段は、可変利得増幅回路からの出力信号に基づいて、可変利得増幅回路のゲインを調整して、可変利得増幅回路からの出力信号を減衰させ、可変インピーダンス回路のインピーダンスを変化させることにより、受光素子から電流電圧変換増幅回路への入力信号を減衰させてもよい。

本発明によれば、光の入力強度が過大であっても、受光信号の飽和を抑えることができる受光回路およびレーザレーダを提供することが可能となる。

本発明の実施形態によるレーザレーダおよび受光回路の構成を示した図である。 図１の受光部の回路図である。 図１の受光回路の動作を示したフローチャートである。 図１の受光回路の受光信号の例を示した図である。 図１の受光回路の受光信号の例を示した図である。 図１の受光回路の外乱光の影響を受けた受光信号の例を示した図である。 図１の受光回路の光入力強度と受光信号の関係を示した図である。 他の実施形態による受光回路の動作を示したフローチャートである。 他の実施形態による受光回路の動作を示したフローチャートである。 図９の場合の受光信号の例を示した図である。 他の実施形態による受光部の回路図である。 他の実施形態による受光部の回路図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。

まず、本実施形態のレーザレーダ１および受光回路１０の構成を、図１および図２を参照しながら説明する。

レーザレーダ１は、自動車に搭載されていて、前方にある先行車、障害物、または人などの計測対象物５０の位置（方向や距離）を計測する。レーザレーダ１には、制御部２、投光部３、および受光部４が備わっている。

制御部２には、信号処理回路１１と受光制御部１２が含まれている。投光部３には、レーザダイオードが含まれている。投光部３は、本発明の「投光手段」の一例である。受光部４には、受光素子５と回路６〜９が含まれている。受光部４と信号処理回路１１と受光制御部１２により、受光回路１０が構成されている。

制御部２から投光部３に投光指令が送信されると、投光部３からレーザ光が間欠的に投光される。このレーザ光が計測対象物５０で反射すると、その反射光が受光部４で受光されて、電気的な信号に変換される。制御部２は、投光部３からのレーザ光の投光タイミングと、受光部４から出力される受光信号に基づいて、投光から受光までの時間を計算し、計測対象物５０の位置を算出する。

受光部４の受光素子５は、図２に示す、ＰＩＮ型のフォトダイオードＰＤから構成されている。フォトダイオードＰＤのカソードには、バイアス供給回路６（図１）によりバイアス電圧（ＶＣＣ）が印加される。フォトダイオードＰＤのアノードには、抵抗ＲとコンデンサＣ１が接続されている。

図１の投光部３から投光されたレーザ光が計測対象物５０で反射したときの反射光を対象光として、受光素子５が受光して、電気的な信号に変換する。この変換後の受光信号は、受光素子５からコンデンサＣ１を介して電流電圧変換増幅回路７へ出力される。

電流電圧変換増幅回路７は、図２に示すＴＩＡ（トランスインピーダンスアンプ）から構成されている。このＴＩＡに使用されるオペアンプＯＰＡは、１チップの汎用品である。オペアンプＯＰＡの反転入力端子（−側）には、フォトダイオードＰＤから出力された受光信号がコンデンサＣ１を介して入力される。オペアンプＯＰＡの非反転入力端子（＋側）は、グランドに接地されている。

ＴＩＡのフィードバック抵抗Ｒｇは、オペアンプＯＰＡの入力側と出力側にまたがって接続されている。詳しくは、フィードバック抵抗Ｒｇの一端は、オペアンプＯＰＡの反転入力端子に接続され、フィードバック抵抗Ｒｇの他端は、オペアンプＯＰＡの出力端子に接続されている。

フォトダイオードＰＤから出力された受光信号は、ＴＩＡで所定レベルまで増幅される。その際、フォトダイオードＰＤから出力された受光信号は、受光光量に比例した電流であるため、ＴＩＡで電圧に変換され増幅される。

このような、電流電圧変換増幅回路７から出力された信号は、図１のコンデンサＣ２を介して可変利得増幅回路８に入力される。可変利得増幅回路８は、図２に示すＶＧＡ（バリアブルゲインアンプ）から構成されている。

ＶＧＡには、ＴＩＡからの出力信号がコンデンサＣ２を介して入力される。また、ＶＧＡには、図１の受光制御部１２からゲイン制御信号Ｖｇａｉｎが入力される。ＶＧＡは、ゲイン制御信号Ｖｇａｉｎに基づいてゲインを変化させ、ＴＩＡからの出力信号を所定レベルまで増幅する。

このような、可変利得増幅回路８から出力された信号は、図１に示すように、
制御部２の信号処理回路１１に入力される。電流電圧変換増幅回路７と可変利得増幅回路８は、本発明の「増幅手段」の一例である。

受光素子５とコンデンサＣ１との接続点と、グランドとの間には、可変インピーダンス回路９が接続されている。この可変インピーダンス回路９は、図２に示す抵抗Ｒａｄｊとスイッチング回路ＳＷから構成されている。スイッチング回路ＳＷは、トランジスタＱ、抵抗Ｒ１、および抵抗Ｒ２から構成されている。

抵抗Ｒａｄｊの一端は、フォトダイオードＰＤ、コンデンサＣ１、および抵抗Ｒと接続されている。抵抗Ｒａｄｊの他端は、トランジスタＱのコレクタと接続されている。トランジスタＱのエミッタは、グランドに接地されている。このエミッタの接地ラインには、抵抗Ｒ１の一端が接続され、該抵抗Ｒ１の他端は、トランジスタＱのベースに接続されている。

トランジスタＱのベースには、図１の受光制御部１２からインピーダンス制御信号ＡＴＴが抵抗Ｒ２を介して入力される。インピーダンス制御信号ＡＴＴに基づいて、トランジスタＱがオン・オフすることにより、可変インピーダンス回路９のインピーダンスが変化する。詳しくは、インピーダンス制御信号ＡＴＴがローレベル信号のときは、トランジスタＱがオフとなって、可変インピーダンス回路９のインピーダンスが大きくなる。一方、インピーダンス制御信号ＡＴＴがハイレベル信号のときは、トランジスタＱがオンとなって、可変インピーダンス回路９のインピーダンスが小さくなる。したがって、トランジスタＱがオンの状態では、フォトダイオードＰＤからＴＩＡへ入力される受光信号（電流）が減少する。

つまり、図１で、可変インピーダンス回路９は、受光素子５から電流電圧変換増幅回路７への入力信号を減衰させる。可変インピーダンス回路９は、本発明の「減衰手段」の一例である。

信号処理回路１１は、可変利得増幅回路８からの出力信号の強度（電圧レベル）の時間的変化を検出する。そして、信号処理回路１１は、その出力信号のピーク値、パルス幅、および変動度合いを計測して、受光制御部１２へ出力する。受光制御部１２は、信号処理回路１１からの出力値と所定の閾値との比較結果に基づいて、可変利得増幅回路８および可変インピーダンス回路９を制御する。受光制御部１２は、本発明の「制御手段」の一例である。

次に、受光回路１０の動作を、図３〜図６を参照しながら説明する。

図３のフローチャートは、制御部２が１制御周期において実行する処理手順を示している。投光部３によりレーザ光の間欠的な投光を開始すると、受光制御部１２は、ゲイン制御信号Ｖｇａｉｎとインピーダンス制御信号ＡＴＴを初期化する（図３のステップＳ１）。そして、レーザ光の反射光が受光素子５で受光されると、受光信号が受光素子５から出力されて、増幅回路７、８を経て、信号処理回路１１に入力される。

図４は、このとき信号処理回路１１に入力される受光信号の例を示している。横軸は時間、縦軸は受光信号強度（電圧レベル）である。後述する図５および図６も同様である。受光信号は、レーザ光の投光タイミングに応じたパルス信号となる。可変利得増幅回路８の利得および可変インピーダンス回路９のインピーダンスを調整するため、信号処理回路１１が、回路調整用に受光信号を所定時間サンプリングする（図３のステップＳ２）。

図５は、このとき信号処理回路１１でサンプリングした受光信号の例を示している。信号処理回路１１は、受光信号のピーク値Ａとパルス幅Ｗを検出して、受光制御部１２に出力する。受光信号に複数のピークが現れた場合は、最大のピーク値Ａが受光制御部１２に出力される。受光信号のパルス幅Ｗとは、受光信号が所定の電圧レベルＸ以上にある時間のことである。電圧レベルＸは、図５の例では閾値Ａｔｈより小さい値に設定されているが、閾値Ａｔｈ以上の値に設定してもよい。また、電圧レベルＸを固定値とせず、たとえば信号強度の最大のピーク値Ａに対する一定割合（具体的には、ピーク値Ａの５０％など）と定めることもできる。これにより、パルス幅Ｗの測定が、波形の特徴を反映した精度の高いものとなり易くなる。

一方、受光素子５の設置場所や周囲環境などの状況により、外乱光が受光素子５に入射し、受光素子５から出力される受光信号のノイズが増加することがある。

図６は、外乱光の影響を受けた場合の、信号処理回路１１でサンプリングした受光信号の例を示している。このように、受光信号がノイズで変動すると、計測対象物５０の位置計測精度が劣化してしまう。さらに、対象光の受光信号がノイズに埋もれると、計測対象物５０の計測が不可能になる。

信号処理部回路１１は、サンプリングした受光信号の変動度合いＮも計測して、受光制御部１２に出力する。受光信号の変動度合いＮとは、たとえば、図６において、投光部３がレーザ光を投光するより前の時点における所定時間Ｔ’の間の、所定レベルＸ’以上のピーク数のことである。これ以外に、たとえば、所定レベル以上の上下変動数などを変動度合いとして検出してもよい。

受光制御部１２は、受光信号のピーク値Ａ、パルス幅Ｗ、および変動度合いＮを取得すると、まず、該ピーク値Ａと所定の閾値Ａｔｈ（第１の閾値）とを比較する。ここで、図５の（ａ）に示すように、受光信号のピーク値Ａが閾値Ａｔｈより小さければ（図３のステップＳ３：ＹＥＳ）、受光信号は飽和状態にないと判断する。この場合は、次に述べる信号の減衰処理（ステップＳ５、Ｓ６）は行われない。

一方、図５の（ｂ）、（ｃ）に示すように、受光信号のピーク値Ａが閾値Ａｔｈ以上であれば（図３のステップＳ３：ＮＯ）、次に受光制御部１２は、受光信号のパルス幅Ｗと所定の閾値Ｗｔｈ（第２の閾値）とを比較する。ここで、図５の（ｂ）に示すように、受光信号のパルス幅Ｗが閾値Ｗｔｈより小さければ（図３のステップＳ４：ＹＥＳ）、受光信号が小レベルの飽和状態（第１の飽和状態）にあると判断する。そして、小レベルの飽和状態を抑えるように、ゲイン制御信号Ｖｇａｉｎを切り替えて、ＶＧＡのゲインを調整し（ゲインを小さくする）、ＶＧＡからの出力信号を減衰させる（図３のステップＳ５）。

また、図５の（ｃ）に示すように、受光信号のパルス幅Ｗが閾値Ｗｔｈ以上であれば（図３のステップＳ４：ＮＯ）、受光制御部１２は、受光信号が大レベルの飽和状態（第２の飽和状態）にあると判断する。そして、大レベルの飽和状態を抑えるように、インピーダンス制御信号ＡＴＴを切り替えて、スイッチング回路ＳＷのトランジスタＱをオン状態にし、可変インピーダンス回路９のインピーダンスを変化させる（小さくする）ことにより、ＴＩＡへの入力信号を減衰させる（図３のステップＳ６）。

なお、図３のステップＳ５における減衰より、ステップＳ６における減衰の度合いが大きくなるように、可変インピーダンス回路９中の抵抗Ｒａｄｊの値を設定しておく。

図３のステップＳ３、Ｓ５、またはＳ６の実行後、受光制御部１２は、受光信号の変動度合いＮと所定の閾値Ｎｔｈ（第３の閾値）とを比較する。ここで、受光信号の変動度合いＮが閾値Ｎｔｈより小さければ（図３のステップＳ７：ＹＥＳ）、受光信号が外乱光の影響を受けた状態にないと判断する。この場合は、次に述べる信号の減衰処理（ステップＳ８）は行われない。

一方、図６に示すように、受光信号が何度も上下に大きく変動して、この変動度合いＮが閾値Ｎｔｈ以上であれば（図３のステップＳ７：ＮＯ）、受光制御部１２は、受光信号が外乱光の影響を受けた状態にあると判断する。そして、外乱光耐性を強化するように、インピーダンス制御信号ＡＴＴを切り替えて、スイッチング回路ＳＷのトランジスタＱをオン状態にし、可変インピーダンス回路９のインピーダンスを変化させる（小さくする）ことにより、ＴＩＡへの入力信号を減衰させる（図３のステップＳ８）。

なお、インピーダンス制御信号ＡＴＴのレベルを多段階に切り替えるようにすることで、トランジスタＱのコレクタ・エミッタ間の抵抗値も多段階に変化する。これにより、図３のステップＳ６とＳ８で、可変インピーダンス回路９のインピーダンスの変化量、およびＴＩＡへの入力信号の減衰度合いを異ならせることができる。

図３のステップＳ７またはＳ８の実行後、計測対象物５０の位置を計測するため、信号処理回路１１が、本計測用に受光信号を所定回数サンプリングする（図３のステップＳ９）。この本計測用の受光信号のサンプリングは、図４に示すように、回路調整用の受光信号のサンプリング（図３のステップＳ２）の開始後、所定時間Ｔ（たとえば１ｍｓｅｃ．）が経過するまで所定回数行われる。

そして、制御部２が、信号処理回路１１により取得した本計測用の受光信号のサンプリングデータに基づいて、計測対象物認識処理を行う（図３のステップＳ１０）。詳しくは、本計測用の受光信号のサンプリングデータと、投光部３からのレーザ光の投光タイミングに基づいて、計測対象物５０の有無を判断したり、投光から受光までの時間を計算して、計測対象物５０の位置を算出したりする。

計測対象物認識処理が終了すると、図３のステップＳ１に戻って、次の制御周期においてステップＳ１〜Ｓ１０の処理が繰り返される。

従来、受光素子５への光の入力強度が過大になると、図７に破線で示すように、受光信号が飽和していた。このため、ダイナミックレンジを広くとることができず、受光信号に基づいて広範囲で精度の高い計測を行うことが困難であった。

然るに、上記実施形態によると、受光素子５から増幅回路７、８を経て出力された受光信号が小レベルの飽和状態である場合に、可変利得増幅回路８でゲインを小さくなるように調整して、可変利得増幅回路８からの出力信号を減衰させている。また、受光信号が大レベルの飽和状態にある場合に、受光素子５から電流電圧変換増幅回路７への入力信号を可変インピーダンス回路９で減衰させている。

つまり、受光回路１０における前段と後段の増幅回路７、８のオートゲイン機能により、飽和状態の受光信号が減衰される。しかも、受光信号の飽和状態のレベルに応じて、受光信号の減衰度合いが変えられる。したがって、受光信号が、可変利得増幅回路８のゲイン調整では対応できない大レベルの飽和状態にあっても、可変インピーダンス回路９のインピーダンスを変化させることで、受光信号を確実に減衰させることができる。

このため、光の入力強度が過大になっても、図７に実線で示すように、受光回路１０で受光信号を減衰させて、受光信号の飽和を抑えることができる。またこれにより、広範囲のダイナミックレンジの光入力を受光回路１０で扱うことが可能となる。

さらにその結果、レーザレーダ１の計測可能範囲が拡大するため、レーザ光の投光パワーを大きくしても、受光回路１０から出力される受光信号に基づいて計測対象物５０の位置計測を行うことで、近距離から遠距離まで計測精度を高くすることができる。つまり、レーザレーダ１の計測可能範囲の拡大と計測精度の向上を両方実現することが可能となる。

また、受光制御部１２は、可変利得増幅回路８からの出力信号のピーク値Ａを閾値Ａｔｈと比較した結果と、パルス幅Ｗを閾値Ｗｔｈと比較した結果とに基づいて、受光信号が小レベルまたは大レベルの飽和状態にあることを判断することができる。

また、受光制御部１２は、可変利得増幅回路８からの出力信号の変動度合いＮを、閾値Ｎｔｈと比較した結果に基づいて、受光信号が外乱光の影響を受けた状態にあることを判断することができる。そして、受光素子５から電流電圧変換増幅回路７への入力信号を、可変インピーダンス回路９により減衰させることで、受光信号の外乱光によって受光信号が検知不能となることを回避することができる。

またこの結果、レーザレーダ１において、受光回路１０から出力される受光信号に基づいて計測対象物５０の位置計測を行うことで、外乱光の影響を受けても、計測精度を高くすることができる。

さらに、フォトダイオードＰＤ、ＴＩＡ、ＶＧＡ、スイッチング回路ＳＷ、および抵抗Ｒａｄｊを用いた、小型で簡素な構成の受光回路１０において、光の入力強度が過大であっても、受光信号の飽和を抑えることができる。この結果、受光回路１０およびレーザレーダ１のコストを低く抑えることが可能となる。

本発明は、上述した以外にも種々の実施形態を採用することができる。たとえば、図３の実施形態に代えて、図８に示す実施形態のようにしてもよい。図８では、受光信号のピーク値Ａが閾値Ａｔｈ以上であれば（ステップＳ３’：ＮＯ）、受光信号が小レベルの飽和状態であると判断する。そして、ゲイン制御信号Ｖｇａｉｎを切り替えて、ＶＧＡのゲインを調整し（ゲインを小さくする）、ＶＧＡからの出力信号を減衰させる（ステップＳ５’）。次に、受光信号のパルス幅Ｗが閾値Ｗｔｈより小さければ（ステップＳ４’：ＹＥＳ）、ステップＳ７へ移行する。

一方、受光信号のパルス幅Ｗが閾値Ｗｔｈ以上であれば（ステップＳ４’：ＮＯ）、受光信号が大レベルの飽和状態にあると判断する。そして、インピーダンス制御信号ＡＴＴを切り替えて、スイッチング回路ＳＷのトランジスタＱをオン状態にし、可変インピーダンス回路９のインピーダンスを変化させる（小さくする）ことにより、ＴＩＡへの入力信号を減衰させる（ステップＳ６’）。

これにより、受光信号が小レベルの飽和状態にある場合は、可変利得増幅回路８だけで受光信号を減衰させ、受光信号が大レベルの飽和状態にある場合は、可変利得増幅回路８と可変インピーダンス回路９の両方で受光信号を減衰させることができる。

また、図３および図８の実施形態では、先に受光信号のピーク値を閾値と比較し、次に受光信号のパルス幅を閾値と比較する例を示したが、先に受光信号のパルス幅を閾値と比較し、次に受光信号のピーク値を閾値と比較して、受光信号の飽和状態を判断してもよい。

また、上記実施形態では、受光信号が飽和状態または変動状態にあることを判断して、受光信号を減衰させた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、受光信号が過小状態にあることも判断して、受光信号を増大させてもよい。

図９および図１０は、その実施形態を示している。ここでは、受光信号のピーク値Ａを、下閾値Ａｔｈ１（第４の閾値）と上閾値Ａｔｈ２（第１の閾値）の２つの閾値とそれぞれ比較する。図１０に示すように、下閾値Ａｔｈ１は上閾値Ａｔｈ２より小さい値に設定されている。

まず、受光制御部１２は、受光信号のピーク値Ａを下閾値Ａｔｈ１と比較する。ここで、図１０に示すように、受光信号のピーク値Ａが下閾値Ａｔｈ１以下であれば（図９のステップＳ３ａ：ＮＯ）、受光信号が過小状態であると判断する。そして、ゲイン制御信号Ｖｇａｉｎを切り替えて、ＶＧＡのゲインを調整し（ゲインを大きくする）、ＶＧＡからの出力信号を増大させ（図９のステップＳ３ｂ）、ステップＳ７へ移行する。

一方、受光信号のピーク値Ａが下閾値Ａｔｈ１より大きければ（図９のステップＳ３ａ：ＹＥＳ）、受光制御部１２は、受光信号が過小状態でないと判断し、受光信号のピーク値Ａを上閾値Ａｔｈ２と比較する。ここで、受光信号のピーク値Ａが上閾値Ａｔｈ２より小さければ（図９のステップＳ３ｃ：ＹＥＳ）、ステップＳ７へ移行する。また、受光信号のピーク値Ａが上閾値Ａｔｈ２以上であれば（図９のステップＳ３ｃ：ＮＯ）、ステップＳ４へ移行する。

周囲環境などの状況により、受光回路１０から出力する受光信号が過小状態になった場合、レーザレーダ１の計測精度が劣化してしまう。然るに、上記のように、受光信号が過小状態にあることを判断して、ＶＧＡのゲインを大きくなるように調整し、ＶＧＡからの出力信号を増大させることで、受光信号を増大させて、レーザレーダ１の計測精度の劣化を防ぐことができる。

また、上記実施形態では、受光信号の変動度合いＮと閾値Ｎｔｈとの比較結果に基づいて、受光信号が外乱光の影響を受けた状態にあることを判断した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。たとえば、図１１に示すように、太陽光のフォトダイオードＰＤへの入射により、抵抗Ｒに直流電流が流れて、抵抗Ｒで電圧降下が生じる。そこで、該電圧降下を受光制御部１２で計測し（ＯＵＴ’）、該計測値が閾値以上になった場合に、受光信号が太陽光の影響を受けた状態にあると判断してもよい。

また、上記実施形態では、図２に示したように、フォトダイオードＰＤと抵抗Ｒとの接続点に、可変インピーダンス回路９を接続した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば図１２に示すように、ＴＩＡのフィードバック抵抗Ｒｇと並列に、可変インピーダンス回路９’を接続してもよい。この場合は、オペアンプＯＰＡのゲインを決定する抵抗値を、可変インピーダンス回路９’により変化させることになる。

さらに、上記実施形態では、車載用のレーザレーダ１および受光回路１０に、本発明を適用した例を挙げたが、本発明はこれに限るものではない。たとえば、セキュリティーシステムなどに用いられるレーザレーダおよび受光回路に対しても、本発明を適用することは可能である。

１ レーザレーダ
３ 投光部
５ 受光素子
７ 電流電圧変換増幅回路
８ 可変利得増幅回路
９、９’ 可変インピーダンス回路
１０ 受光回路
１２ 受光制御部
５０ 計測対象物
Ａ 受光信号のピーク値
Ａｔｈ 閾値
Ａｔｈ１ 下閾値
Ａｔｈ２ 上閾値
Ｎ 受光信号の変動度合い
Ｎｔｈ 閾値
ＰＤ フォトダイオード
Ｗ 受光信号のパルス幅
Ｗｔｈ 閾値

Claims (7)

1. 対象光を受光して電気的な信号に変換する受光素子と、
   前記受光素子からの出力信号を増幅する増幅手段と、
   前記受光素子から前記増幅手段への入力信号を減衰させる減衰手段と、
   前記増幅手段からの出力信号に基づいて、所定の制御を行う制御手段と、
   を備えた受光回路であって、
   前記制御手段は、
   前記増幅手段からの出力信号のピーク値を第１の閾値と比較するとともに、前記出力信号のパルス幅を第２の閾値と比較し、
   前記ピーク値が前記第１の閾値以上で、かつ、前記パルス幅が前記第２の閾値に達しなかった場合に、前記増幅手段からの出力信号が第１の飽和状態にあると判断し、
   前記ピーク値が前記第１の閾値以上で、かつ、前記パルス幅が前記第２の閾値以上となった場合に、前記増幅手段からの出力信号が第２の飽和状態にあると判断し、
   前記増幅手段からの出力信号が前記第１の飽和状態にあると判断した場合に、
   前記増幅手段のゲインを小さくし、
   前記増幅手段からの出力信号が前記第２の飽和状態にあると判断した場合に、前記受光素子から前記増幅手段への入力信号を前記減衰手段を用いて減衰させる、ことを特徴とする受光回路。
2. 請求項１に記載の受光回路において、
   前記制御手段は、
   前記増幅手段からの出力信号が外乱光の影響を受けた状態にあると判断すると、前記受光素子から前記増幅手段への入力信号を前記減衰手段を用いて減衰させる、ことを特徴とする受光回路。
3. 請求項２に記載の受光回路において、
   前記制御手段は、
   前記増幅手段からの出力信号の変動度合いを、第３の閾値と比較した結果に基づいて、前記増幅手段からの出力信号が前記外乱光の影響を受けた状態にあることを判断する、ことを特徴とする受光回路。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の受光回路において、
   前記制御手段は、
   前記増幅手段からの出力信号が過小状態にあると判断すると、前記増幅手段のゲインを調整して、前記増幅手段からの出力信号を増大させる、ことを特徴とする受光回路。
5. 請求項４に記載の受光回路において、
   前記制御手段は、
   前記増幅手段からの出力信号のピーク値またはパルス幅を、第４の閾値と比較した結果に基づいて、前記増幅手段からの出力信号が前記過小状態にあることを判断する、ことを特徴とする受光回路。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の受光回路において、
   前記受光素子は、フォトダイオードから構成され、
   前記増幅手段は、
   前記受光素子からの出力信号が入力される電流電圧変換増幅回路と、前記電流電圧変換増幅回路からの出力信号が入力される可変利得増幅回路とから構成され、
   前記減衰手段は、可変インピーダンス回路から構成され、
   前記制御手段は、
   前記可変利得増幅回路からの出力信号に基づいて、
   前記可変利得増幅回路のゲインを調整して、前記可変利得増幅回路からの出力信号を減衰させ、
   前記可変インピーダンス回路のインピーダンスを変化させることにより、前記受光素子から前記電流電圧変換増幅回路への入力信号を減衰させる、ことを特徴とする受光回路。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の受光回路と、投光手段とを備え、
   前記投光手段からレーザ光を投光して、計測対象物で反射した光を前記受光回路で受光して電気的な信号に変換し、前記受光回路からの出力信号に基づいて計測対象物の位置を計測する、ことを特徴とするレーザレーダ。

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