JP6314418B2 - レーダ装置 - Google Patents
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Description
本発明のレーダ装置では、まず光照射手段が、光を照射し、走査手段が、光照射手段から照射された光である照射光を、予め設定された照射光走査方向に沿って走査する。そして、複数の受光部を二次元行列状に配列することで構成された反射光検出手段が、複数の受光部のそれぞれについて、光照射手段から照射された光の反射光を検出する。さらに時間測定手段は、光照射手段が光を照射してから反射光検出手段の受光部が反射光を検出するまでの時間である飛行時間を測定する。また光照射手段は、照射光走査方向に対して垂直な方向に沿った長さが、照射光走査方向に沿った長さよりも長くなるように成形された光を照射する。
レーダ装置1は、車両に搭載され、図1に示すように、光源2、一次元スキャナ3、走査制御部4、光検出部5および処理部6を備える。
一次元スキャナ3は、不図示の駆動源から駆動力の供給を受けて、ミラー11(図3を参照)を回転軸12(図3を参照)を中心にして振動させることにより、光源2から照射されたレーザ光の一次元走査を所定走査角度範囲R1(図3を参照)で行う。なお、一次元スキャナ3の走査機構は、MEMS(Micro Electro Mechanical System)またはマイクロモータ等により構成される。
クエンチ抵抗61はNチャネル型MOSFET(以下、N型トランジスタという)である。クエンチ抵抗61を構成するN型トランジスタのドレインは、受光素子51を構成するSPADのアノードに接続され、ソースはセレクタ65を介して接地される。また、N型トランジスタのゲートには、N型トランジスタをクエンチ抵抗として作用させるために予め設定されたクエンチ電圧VQCHが印加される。
まず、セレクタ65がオン状態である場合に逆電圧VSPADがSPADに印加されることにより、受光素子51が動作可能状態となる。一方、セレクタ65がオフ状態である場合には、逆電圧VSPADがSPADに印加されず、受光素子51の動作が禁止される。
その後、接続点CP1における電圧上昇が継続すると、SPADのアノードとカソードの間に印加されている電圧が降伏電圧より小さくなり、アバランシェ電流が止まる。これにより、接続点CP1の電圧が低下してN型トランジスタ72がオフ状態となり、バッファ64の出力端子の電圧VOUTがローレベルになる。
入力数判定回路93は、パルス整形部81を構成するD型フリップフロップ回路91のそれぞれからの受光検出信号を入力する。そして入力数判定回路93は、入力した受光検出信号の数が予め設定された測定開始判定値(本実施形態では2)以上である場合に、予め設定された一定時間継続してハイレベルとなるパルス信号を出力する。以下、このパルス信号を測定開始検出信号という。
TDC96は、入力数判定回路93から上記測定開始検出信号を入力する。そしてTDC96は、光源2がパルスレーザ光を照射してから、上記測定開始検出信号が入力するまでの時間を計測し、計測した時間を示すデジタル信号を出力する。なお、本実施形態のTDC96は、11ビットのデジタル信号を出力するために、11本の信号出力線を備えている。以下、TDC96が出力するデジタル信号を時間計測信号という。
データ生成部99は、TDC96から時間計測信号を入力するとともに、D型フリップフロップ回路97から受光数信号を入力する。そしてデータ生成部99は、時間計測信号と、受光数信号を対応付けたデータを生成して出力する。
レーダ装置1では、まず光源2が、レーザ光を照射し、一次元スキャナ3が、光源2から照射されたレーザ光である照射光を走査方向SD1に沿って走査する。そして、複数の画素26を二次元行列状に配列することで構成された光検出部5が、複数の画素26のそれぞれについて、光源2から照射されたレーザ光の反射光を検出する。さらに処理部6は、光源2がレーザ光を照射してから光検出部5の画素26が反射光を検出するまでの飛行時間を測定する。また光源2は、走査方向SD1に対して垂直な方向に沿った長さが、走査方向SD1に沿った長さよりも長くなるように矩形状に成形されたレーザ光を照射する。
例えば上記実施形態では、決定判定値が一定値であるものを示した。しかし、決定判定値は、最も高いピーク(図7ではピークPK1)に対応する飛行時間との間で負の相関を有するように設定されるようにしてもよい。なお、「飛行時間と決定判定値との間で負の相関を有する」とは、飛行時間の増大に伴い連続的に決定判定値が減少することだけではなく、飛行時間の増大に伴い段階的に決定判定値が減少することも含む。例えば、決定判定値が、飛行時間(すなわち距離)に反比例したり、飛行時間(すなわち距離)の2乗に反比例したりするようにしてもよい。これにより、レーダ装置付近に位置する前方物体についての誤検出を低減することができるとともに、レーダ装置の遠方に位置する前方物体についての検出確率を向上させることができる。
また上記実施形態において、リードアウトサーキット52を構成する要素の一部(例えばインバータ63およびバッファ64)を、配線で延長することにより、二次元画素アレイ21の受光面RPの外側に設置するようにしてもよい。また、配線で延長することにより信号の遅延が大きくなり、画素データ処理部31に接続されている同一の行の画素26間でも、画素26と画素データ処理部31との間を伝達する信号の伝達時間の差が大きくなるおそれがある。このため、同一の行の画素26間での上記伝達時間の差を補正する機構を設けるようにしてもよい。
また、上記実施形態におけるレーダ装置1の構成は、図8に示すように、光切断法に類似している。しかし、レーダ装置1と光切断法とでは、測距方式が違うために回路構成が異なる。また光切断法では、領域全体のメモリが必要となる。
Claims (13)
- 光を照射する光照射手段(2)と、
前記光照射手段から照射された光である照射光を、予め設定された照射光走査方向に沿って走査する走査手段(3)と、
複数の受光部を二次元行列状に配列することで構成され、複数の前記受光部(26)のそれぞれについて、前記光照射手段から照射された光の反射光を検出する反射光検出手段(5)と、
前記光照射手段が光を照射してから前記反射光検出手段の前記受光部が前記反射光を検出するまでの時間である飛行時間を測定する時間測定手段(6)とを備え、
前記光照射手段は、
前記照射光走査方向に対して垂直な方向に沿った長さが、前記照射光走査方向に沿った長さよりも長くなるように成形された光を照射し、
前記照射光走査方向に沿った前記照射光の走査に対応して、前記反射光が、複数の前記受光部が二次元行列状に配列されている受光面において走査される方向を、反射光走査方向として、
前記反射光走査方向に沿って1個の前記受光部に前記反射光が照射されるとともに、前記反射光走査方向に対して垂直な方向に沿って複数個の前記受光部に前記反射光が照射されるように、前記照射光を照射し、
前記受光部は、
複数の受光素子(51)と、複数の前記受光素子のそれぞれについての動作を制御する制御部とを備え、
複数の前記受光素子は、前記照射光走査方向に対して二次元行列状に配列され、
前記受光部は、前記受光素子から検出信号を読み出し、前記検出信号をデジタルパルス信号に変換する読出回路(52)を、前記受光素子に隣接して備え、
前記受光素子は、アバランシェフォトダイオードであり、ガイガーモードで動作する
ことを特徴とするレーダ装置(1)。 - 前記反射光検出手段は、
前記照射光の走査による前記反射光の位置に応じて、複数の前記受光部のうち、前記反射光が照射される前記受光部の動作を許可する一方、前記反射光が照射されない前記受光部の動作を禁止する
ことを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。 - 前記光照射手段は、
前記照射光走査方向に沿った前記照射光の走査に対応して、前記反射光が、複数の前記受光部が二次元行列状に配列されている受光面において走査される方向を、反射光走査方向として、
1個の前記受光部上を前記反射光が前記反射光走査方向に沿って走査する時間内に複数回、前記照射光を照射する
ことを特徴とする請求項1〜請求項2の何れか1項に記載のレーダ装置。 - 前記光照射手段は、
前記照射光走査方向に沿った前記照射光の走査に対応して、前記反射光が、複数の前記受光部が二次元行列状に配列されている受光面において走査される方向を、反射光走査方向として、
前記受光面において前記反射光が照射される前記受光部が、前記反射光走査方向に沿って間引かれるように、前記照射光をインターレース方式で走査する
ことを特徴とする請求項1〜請求項2の何れか1項に記載のレーダ装置。 - 前記受光部は、複数の前記受光素子のそれぞれに対応したパルス整形部からの出力信号の数が予め設定された測定開始判定値以上である場合に、測定開始検出信号を出力する測定開始判定部を備える
ことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか1項に記載のレーダ装置。 - 前記走査手段は、
複数の前記受光部が二次元行列状に配列されている受光面において前記受光素子が配置されている領域に前記反射光が照射されるときには、前記受光素子が配置されていない領域に前記反射光が照射されるときよりも、前記照射光走査方向に沿って走査する走査速度を遅くする
ことを特徴とする請求項1〜請求項5の何れか1項に記載のレーダ装置。 - 前記光照射手段が光を照射する毎に、前記時間測定手段が測定した前記飛行時間を示す飛行時間情報を取得する情報取得手段(99)と、
前記光照射手段による複数回の照射で前記情報取得手段により取得された複数の前記飛行時間情報を用いて、前記飛行時間のヒストグラムを作成するヒストグラム作成手段(84)と、
前記ヒストグラム作成手段が作成した前記ヒストグラムに基づいて、前記光照射手段により照射された光を反射した物体までの距離を決定する距離決定手段(85)とを備える
ことを特徴とする請求項1〜請求項6の何れか1項に記載のレーダ装置。 - 前記距離決定手段は、
前記ヒストグラムから、度数が最も大きいピークである最大ピークを抽出し、前記最大ピークの度数と、前記ヒストグラムにおけるその他の部分の度数との差が、予め設定された決定判定値以上である場合に、前記最大ピークに対応する前記飛行時間に基づいて、前記距離を決定する
ことを特徴とする請求項7に記載のレーダ装置。 - 前記距離決定手段は、
前記最大ピークの度数が予め設定された許可判定値未満である場合に、前記距離の決定を禁止し、
前記許可判定値は、背景光の照度との間で正の相関を有するように設定される
ことを特徴とする請求項8に記載のレーダ装置。 - 前記決定判定値は、
前記最大ピークに対応する前記飛行時間との間で負の相関を有するように設定される
ことを特徴とする請求項8または請求項9に記載のレーダ装置。 - 前記距離決定手段は、
前記最大ピークの度数と、前記ヒストグラムにおけるその他の部分の度数との差が、前記決定判定値未満である場合には、さらに前記距離決定手段による過去の距離決定結果を参照して、前記最大ピークに対応する前記飛行時間に基づいて、前記距離を決定するか否かを判断する
ことを特徴とする請求項8〜請求項10の何れか1項に記載のレーダ装置。 - 当該レーダ装置は車両に搭載され、
前記光照射手段は、前記車両の走行速度に応じて、前記照射光の強度を、前記走行速度と前記強度との間で正の相関を有するように変更する
ことを特徴とする請求項1〜請求項11の何れか1項に記載のレーダ装置。 - 当該レーダ装置は車両に搭載され、
前記走査手段は、前記車両の走行速度に応じて、前記照射光走査方向に沿って走査する走査範囲を、前記走行速度と前記走査範囲との間で負の相関を有するように変更する
ことを特徴とする請求項1〜請求項12の何れか1項に記載のレーダ装置。
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