JP6992410B2 - レーダレーザ装置 - Google Patents

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Description

本開示は、光信号を送受信することで光信号を反射した物体に関する情報を生成するレーザレーダ装置に関する。
レーザレーダ装置では、受光信号をアナログデジタル（以下、ＡＤ）変換した結果を用いて、様々な処理が実行されている。また、レーザレーダ装置では、近距離から遠距離までの様々な物体を検出する必要があることから、扱う受光信号の強度の範囲が非常に広いことが知られている。ＡＤ変換器の入力レンジを超える受光信号が入力された場合、ＡＤ変換器の出力がフルスケールで飽和し、波形情報が失われるため、計測精度を劣化させる原因となる。
これに対して、例えば、下記特許文献１には、受光信号を利得の異なる複数の信号に分流し、後段に供給する信号を適宜選択することで、利得を最適化する技術が開示されている。
特開２０１６－１７８４３２号公報
しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、特許文献１に記載された従来技術では、以下の課題が見出された。即ち、従来技術は、前回の入力信号を用いて利得制御を行う、いわゆるフィードバック制御を行っている。このため、従来技術は、同じ強度の光信号が連続して受信される状況では有効であるが、強度不定の光信号が単発的に受信される状況では、利得を最適化することができなかった。
本開示の１つの局面は、フィードバック制御を用いることなく、利得を最適化する技術を提供することにある。
本開示の一態様によるレーザレーダ装置は、発光部（２）と、受光部（３）と、分岐部（４、４ａ～４ｃ）と、選択部（９）と、変換部（１１）と、処理部（１３）と、判定部（８）と、制御部（１２）と、を備える。
発光部はパルス状の光信号を予め設定された探査範囲に向けて照射する。受光部は、探査範囲から到来する光信号を受光する。分岐部は、受光部が出力する電流信号である受光信号から、受光信号に比例し且つ互いに異なる信号強度を有する複数の分岐信号を生成し、複数の分岐信号のそれぞれを異なる個別経路に供給する。選択部は、複数の個別経路のうち、いずれか一つを選択する。変換部は、選択部で選択された個別経路を介して供給される信号をアナログデジタル変換する。処理部は、変換部での変換結果に従って、パルス状の光信号を反射した物体に関する情報を生成する。判定部は、複数の個別経路のそれぞれにて、選択部に供給される信号の大きさが変換部の入力レンジ内にあるか否かを判定する。制御部は、判定部にて入力レンジ内にあると判定された中で最も利得の大きい個別経路を選択部に選択させる。
このような構成によれば、フィードバック制御を行うことなく、変換部に供給される信号の利得を最適化することができる。
なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
第１実施形態のレーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。 分岐部の構成を示す回路図である。 レーザレーダ装置の各部の動作を表すタイミング図である。 受光信号の動作とＡＤ変換値との関係を示す説明図である。 第２実施形態におけるホールド回路の構成を示す回路図である。 第２実施形態のタイミング図である。 第３実施形態において各個別経路に設けられる回路の構成を示すブロック図である。 第３実施形態のタイミング図である。 第４実施形態において各個別経路に設けられる回路の構成を示す回路図を含んだブロック図である。 第４実施形態のタイミング図である。 第５実施形態のレーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。 計測部の構成を示す回路図である。 第５実施形態のタイミング図である。 分岐部の変形例を示す回路図である。 分岐部の変形例を示す回路図である。 分岐部の変形例を示す回路図である。
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
本実施形態のレーザレーダ装置１は、車両に搭載され、車両の周辺に存在する各種物体を検出し、その物体に関する情報を生成する。
図１に示すように、レーザレーダ装置１は、発光部２と、受光部３と、分岐部４と、トリガ生成部５と、計測部６と、保持部７と、判定部８と、選択部９と、サンプリング部１０と、変換部１１と、制御部１２と、処理部１３とを備える。
発光部２は、一つ以上の発光素子を有し、制御部１２からの発光トリガ信号ＴＧに従って、パルス状のレーザ光を、予め設定された探査範囲に向けて照射する。発光素子としては、例えば、レーザダイオードが用いられる。
受光部３は、一つ以上の受光素子を有し、探査範囲から到来するレーザ光を受光し、受光強度に応じた電流値を有する受光信号Ｉｉｎを出力する。受光素子としては、例えば、フォトダイオード（即ち、ＰＤ）又はアバランシェフォトダイオード（即ち、ＡＰＤ）等が用いられる。ＡＰＤを用いる場合、ガイガーモードで動作する、いわゆるＳｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈ Ｄｉｏｄｅ（即ち、ＳＰＡＤ）であってもよい。
分岐部４は、受光部３からの受光信号Ｉｉｎに基づいて、受光信号Ｉｉｎに比例し且つ互いに異なる大きさを有した複数の分岐信号Ｉ１～Ｉ４及び測距信号ＩＴを生成する。複数の分岐信号Ｉ１～Ｉ４は保持部７に供給され、測距信号ＩＴはトリガ生成部５に供給される。ここでは、分岐信号の数を４個としているが、２又は３個であってもよいし、５個以上であってもよい。
分岐部４は、具体的には、図２に示すように、分流回路４１と、バイアス除去回路４２とを備える。ここでは、受光信号Ｉｉｎとして正極性信号（即ち、電流ソース型の信号）う用いるが、受光信号Ｉｉｎとして負極性信号（即ち、電流シンク型の信号）を用いてもよい。不極性信号を用いる場合、以降に記載のトランジスタの極性を反転させる必要がある。具体的には、ＰＭＯＳをＮＭＯＳに、ＮＭＯＳをＰＭＯＳに変更し、対接地で接続されたＮＭＯＳは対電源に接続されたＰＭＯＳに変更すればよい。 分流回路４１は、受光信号Ｉｉｎが入力される共通経路ＬＣに一端が接続された５つの個別経路ＬＴ，Ｌ１～Ｌ４を有する。個別経路ＬＴ，Ｌ１～Ｌ４のそれぞれにはトランジスタＴＴ，Ｔ１～Ｔ４が一つずつ接続されている。各トランジスタＴＴ，Ｔ１～Ｔ４は、いずれもＰチャネル型のＭＯＳトランジスタが用いられる。各トランジスタＴＴ，Ｔ１～Ｔ４は、いずれもソースが共通経路ＬＣに接続され、ゲートには同一のバイアス電圧Ｖbiasが印加される。個別経路ＬＴに設けられたトランジスタＴＴのドレインはトリガ生成部５に接続される。トランジスタＴＴのドレインから出力される電流信号が測距信号ＩＴである。他のトランジスタＴ１～Ｔ４は、いずれもドレインがバイアス除去用の定電流回路４２１～４２４を介して接地される。トランジスタＴ１～Ｔ４のドレインは、それぞれが保持部７にも接続される。トランジスタＴ１～Ｔ４のドレインから出力される電流信号が分岐信号Ｉ１～Ｉ４である。
各トランジスタＴＴ，Ｔ１～Ｔ４は、互いに利得が異なるように、トランジスタの形状比Ｗ／Ｌが設定される。Ｗはチャンネル幅、Ｌはチャンネル長である。ここでは、トランジスタＴＴ，Ｔ１～Ｔ４の形状比Ｗ／Ｌは、５００：５００：１００：１０：１に設定される。つまり、分岐部４は、受光信号Ｉｉｎを、分流比が５００／１１１１となる測距信号ＩＴと、分流比が５００／１１１１となる分岐信号Ｉ１と、分流比が１００／１１１１となる分岐信号Ｉ２と、分流比が１０／１１１１となる分岐信号Ｉ３と、分流比が１／１１１１となるよう分岐信号Ｉ４とに分流して出力する。
トリガ生成部５は、測距信号ＩＴの強度が予め設定された受光閾値を超えたタイミングを表す受光トリガ信号ＴＲを生成する。
計測部６は、発光トリガ信号ＴＧが入力されてから受光トリガ信号ＴＲが入力されるまでの時間を計測した時間データＴｏを出力する。計測される時間は、レーザ光が対象物との間を往復するのに要した時間であり、ひいては対象物までの距離に比例した値となる。なお、対象物は、発光部２から照射されたレーザ光を反射する物体である。
保持部７は、個別経路Ｌ１～Ｌ４のそれぞれに設けられた４個のホールド回路７１を備える。ホールド回路７１は、いずれも同一の静電容量を有するキャパシタＣｈを備える。但し、各キャパシタＣｈの容量は必ずしも同一である必要はない。キャパシタＣｈは、一端が個別経路Ｌｉに接続され、他端が接地されている。ｉは１～４の整数である。つまり、キャパシタＣｈは、個別経路Ｌｉを流れる分岐電流Ｉｉを積分する。ホールド回路７１は、キャパシタＣｈの両端電圧を検出信号Ｖｉとして判定部８及び選択部９に出力する。
判定部８は、保持部７から出力される検出信号Ｖ１～Ｖ４の信号レベルが、予め設定された飽和閾値ＴＨｓより大きいか否かを判定する。サンプリング部１０の入力レンジが分岐部４の出力レンジよりも小さい場合、飽和閾値ＴＨｓは、サンプリング部１０への入力がサンプリング部１０の入力レンジの上限値より小さな値となるように、例えば、入力レンジの上限値の４／５～３／４程度の大きさに設定される。サンプリング部１０の入力レンジが分岐部４の出力レンジよりも大きい場合、分岐部４がリニアな特性で入力電流Ｉｉｎを保持部７に出力可能な電位の上限値より小さな値となるように、例えば電位の上限値の４／５～３／４程度の大きさに設定される。入力レンジとは、変換部１１においてリニアな特性でＡＤ変換することが可能な入力信号の範囲をいう。
ここで、各検出電圧Ｖ１～Ｖ４の各判定結果Ｈ１～Ｈ４とし、飽和閾値ＴＨｓより大きい場合をＨｉ＝１、飽和閾値ＴＨｓ以下である場合をＨｉ＝０で表す。個別経路Ｌ１～Ｌ４の利得はＬ１が最も大きく、以下Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の順に小さくなる。従って、判定結果を｛Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４｝で表現すると、判定結果は、｛００００｝，｛１０００｝，｛１１００｝，｛１１１０｝，｛１１１１｝のいずれかとなる。
選択部９は、制御部１２からの選択信号ＳＥに従って、個別経路Ｌ１～Ｌ４のいずれかを選択して、選択された個別経路Ｌｉを後段のサンプリング部１０に接続する。
サンプリング部１０は、演算増幅器ＯＰｓと、キャパシタＣｓと、スイッチＳＷｓを備える。キャパシタＣｓ及びスイッチＳＷｓは、演算増幅器の反転入力と出力との間に並列接続される。演算増幅器ＯＰｓの非反転入力は接地される。サンプリング部１０は待機状態では、サンプリング信号ＳＰによってスイッチＳＷｓがオンされることで、キャパシタＣｓの電荷がクリアされた状態となる。サンプリング信号ＳＰによってスイッチＳＷｓがオフすると、選択部９で選択された個別経路Ｌｉのホールド回路７１のキャパシタＣｈに蓄積された電荷が、サンプリング部１０のキャパシタＣｓに移動し、スイッチＳＷｓがオフである間、保持される。つまり、サンプリング部１０の出力は、選択された個別経路Ｌｉの検出信号Ｖｉ、即ち、分岐信号Ｉｉの積分値に応じた大きさとなる。
変換部１１は、サンプリング部１０からの出力をアナログデジタル変換する公知のＡＤ変換器を有する。ここでは、入力レンジ内の信号強度を有するアナログ信号を１０ビットのデジタル値ＤＬに変換する。
制御部１２は、予め設定された間隔で発光トリガ信号ＴＧを繰り返し出力する。以下、発光トリガ信号ＴＧを出力する周期を計測サイクルという。制御部１２は、トリガ生成部５から受光トリガ信号ＴＲが入力されると、予め設定された遅延時間ＤＬＹだけ遅延させた遅延トリガ信号ｄＴＲを生成する。制御部１２は、遅延トリガ信号ｄＴＲに従って、選択信号ＳＥ及びサンプリング信号ＳＰを生成する。また、制御部１２は、判定部８での判定結果に従って、｛００００｝であれば個別経路Ｌ１を、｛０００１｝であれば個別経路Ｌ２を、｛００１１｝であれば個別経路Ｌ３を、｛０１１１｝又は｛１１１１｝であれば個別経路Ｌ４を、選択部９に選択させる選択信号ＳＥを出力する。これにより、選択部９では、飽和閾値ＴＨｓ以下であると判定された中で最も利得の大きい個別経路が選択される。更に、制御部１２は、判定結果に従って、２ビットのデジタル値ＤＵを処理部１３に出力する。具体的には、判定結果が｛００００｝であれば、ＤＵ＝００、｛０００１｝であればＤＵ＝０１、｛００１１｝であればＤＵ＝１０、｛０１１１｝又は｛１１１１｝であればＤＵ＝１１を出力する。
処理部１３は、変換部１１からのデジタル値ＤＬを下位ビットとし、制御部１２からのデジタル値ＤＵを上位ビットＤＵとする合計１２ビットのＡＤ変換値を、受信強度を表す強度データとし、計測部６からの時間データＴｏを、対象物までの距離を表す距離データとして、対象物に関する情報を生成する。
［１－２．動作］
図３を用いて、レーザレーダ装置１の各部の動作を、個別経路Ｌ１の検出信号Ｖ１のみが飽和した場合を例にして説明する。
制御部１２から発光トリガ信号ＴＧが出力されると、発光部２からパルス状のレーザ光が照射される。レーザ光を反射する対象物からの反射光を受光部３が受光すると、受光信号Ｉｉｎを分流した測距信号ＩＴの信号レベルが受光閾値を超えたタイミングで、トリガ生成部５から受光トリガ信号ＴＲが出力される。
計測部６は、発光トリガ信号ＴＧでクロック信号によるカウントを開始し、受光トリガ信号ＴＲでカウントを停止することで得られたカウント値を時間データＴｏとして出力する。
制御部１２は、受光トリガ信号ＴＲを遅延させた遅延トリガ信号ｄＴＲを生成する。このときの遅延時間ＤＬＹは、例えば、受光信号Ｉｉｎの平均的なパルス幅の１／２程度の長さに設定される。
受光信号Ｉｉｎを分流した分岐信号Ｉ１，Ｉ２は、それぞれホールド回路７１にて積分され、検出信号Ｖ１，Ｖ２が生成される。検出信号Ｖ１の信号レベルが飽和閾値ＴＨｓを超えると、判定結果Ｈ１が１に変化する。
その後、制御部１２から、遅延トリガ信号ｄＴＲのタイミングに基づいて、選択信号ＳＥ及びサンプリング信号ＳＰが出力される。選択信号ＳＥによって選択される個別経路Ｌｉは判定部８での判定結果に従って決まる。ここでは、判定結果が｛１０００｝となるため個別経路Ｌ２が選択される。このとき、制御部１２からは、判定部８での判定結果に応じたデジタル値ＤＵが処理部１３に出力される。ここでは、ＤＵ＝０１が出力される。サンプリング信号ＳＰは、選択部９にて選択された個別経路とサンプリング部１０との接続が確実になったタイミングで、ホールド回路７１からの電荷の転送と変換部１１でのＡＤ変換に必要な期間だけ出力される。
これにより、発光トリガ信号ＴＧが出力されてから遅延トリガ信号ｄＴＲが生成されるまでの間、分岐信号Ｉ２を積分した結果である検出信号Ｖ２の信号レベルが、変換部１１にてＡＤ変換され、デジタル値ＤＬとして処理部１３に出力される。
次に、受光信号Ｉｉｎと、変換部１１が出力するデジタル値ＤＬ及び制御部１２が出力するデジタル値ＤＵとの関係を説明する。
図４に示すように、受光信号Ｉｉｎが、０～ＩＡ［Ａ］の範囲内にある場合、検出信号Ｖ１～Ｖ４はいずれも飽和閾値ＴＨｓ以下となり、判定部８での判定結果は｛００００｝となる。このため、選択部９では個別経路Ｌ１が選択され、変換部１１が出力するデジタル値ＤＬは、検出信号Ｖ１の信号レベルをＡＤ変換した値となり、制御部１２が出力するデジタル値はＤＵ＝００となる。
受光信号Ｉｉｎが、ＩＡ～ＩＢ［Ａ］の範囲内にある場合、検出信号Ｖ１のみが飽和閾値より大きくなり、判定部８での判定結果は｛１０００｝となる。このため、選択部９では、個別経路Ｌ２が選択され、変換部１１が出力するデジタル値ＤＬは検出信号Ｖ２の信号レベルをＡＤ変換した値となり、制御部１２が出力するデジタル値はＤＵ＝０１となる。
受光信号Ｉｉｎが、ＩＢ～ＩＣ［Ａ］の範囲内にある場合、検出信号Ｖ１及びＶ２が飽和閾値より大きくなり、判定部８での判定結果は｛１１００｝となる。このため、選択部９では、個別経路Ｌ３が選択され、変換部１１が出力するデジタル値ＤＬは検出信号Ｖ３の信号レベルをＡＤ変換した値となり、制御部１２が出力するデジタル値はＤＵ＝１０となる。
受光信号Ｉｉｎが、ＩＣ～ＩＤ［Ａ］の範囲内にある場合、検出信号Ｖ１～Ｖ３が飽和閾値より大きくなり、判定部８での判定結果は｛１１１０｝となる。このため、選択部９では、個別経路Ｌ４が選択され、変換部１１が出力するデジタル値ＤＬは検出信号Ｖ４の信号レベルをＡＤ変換した値となり、制御部１２が出力するデジタル値はＤＵ＝１１となる。
受光信号Ｉｉｎが、ＩＤ～ＩＥ［Ａ］の範囲内にある場合、検出信号Ｖ１～Ｖ４がいずれも飽和閾値より大きくなり、判定部８での判定結果は｛１１１１｝となる。このため、選択部９では、個別経路Ｌ４が選択され、変換部１１が出力するデジタル値ＤＬは検出信号Ｖ４の信号レベルをＡＤ変換した値となり、制御部１２が出力するデジタル値はＤＵ＝１１となる。
［１－３．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）レーザレーダ装置１では、受光信号Ｉｉｎから利得の異なる複数の分岐信号Ｉ１～Ｉ４を生成し、各分岐信号Ｉ１～Ｉ４に基づいて生成される各検出信号Ｖ１～Ｖ４が、飽和閾値ＴＨｓを超えているか否かを個別に判定する。更に、飽和閾値ＴＨｓ以下であると判定された検出信号のうち、最も利得が大きい検出信号Ｖｉを選択してＡＤ変換する。
従って、レーザレーダ装置１によれば、フィードバック制御を行うことなく、変換部１１に供給される信号の利得を最適化することができ、ひいては、的確な利得で受光信号ＩｉｎのＡＤ変換を行うことができる。
（１ｂ）レーザレーダ装置１では、ＡＤ変換の対象となる検出信号Ｖｉの選択に使用される判定部８での判定結果に基づいて、ＡＤ変換データの上位ビットを表すデジタル値ＤＵを生成している。
従って、レーザレーダ装置１によれば、変換部１１での変換結果よりビット幅の大きいより高精度なＡＤ変換データを得ることができる。つまり、変換部１１にビット数の少ないＡＤ変換器を用いることができ、安価に高精度なＡＤ変換を実現することができる。
（１ｃ）レーザレーダ装置１では、飽和閾値ＴＨｓを変換部１１の入力レンジの最大値より小さな値に設定している。このため、何らかの理由で飽和閾値ＴＨｓが変動したとしても、飽和閾値が変換部１１の入力レンジを超えてしまうことがなく、ＡＤ変換値であるデジタル値ＤＬにミスコードが発生することを抑制することができる。
（１ｄ）レーザレーダ装置１では、受光信号Ｉｉｎに基づいて生成される複数の分岐信号Ｉ１～Ｉ４をそれぞれ積分し、積分した結果である複数の検出信号Ｖ１～Ｖ４のいずれかを１回だけＡＤ変換する。従って、レーザレーダ装置１によれば、処理部１３が扱うデータ量を削減することができる。
（１ｅ）レーダレーダ装置１では、扱うことができる受光信号Ｉｉｎのダイナミックレンジを、分流回路４１が有する各トランジスタＴＴ，Ｔ１～Ｔ４の形状比、ホールド回路７１が有するキャパシタＣｈの静電容量、分岐信号Ｉ１～Ｉ４の積分時間（即ち、遅延トリガ信号ｄＴＲの遅延時間ＤＬＹによって、簡単に設計することができる。但し、ＳＮ比を考慮した場合、トランジスタの形状比、又はキャパシタの静電容量によって設計することが望ましい。
［２．第２実施形態］
［２－１．第１実施形態との相違点］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
前述した第１実施形態では、保持部７のホールド回路７１が、一つのキャパシタを有する。これに対し、第２実施形態では、ホールド回路７１ａが、複数のキャパシタを有する点で、第１実施形態と相違する。
図５に示すように、ホールド回路７１ａは、個別経路Ｌｉを２分岐させた分岐経路Ｌｉ１及びＬｉ２を有する。
各分岐経路Ｌｉｊには、キャパシタＣｊと二つのスイッチＳＷｊ１，ＳＷｊ２とがそれぞれ接続されている。ｊ＝１，２である。
キャパシタＣｊは、一端が分岐経路Ｌｉｊに接続され、他端が接地される。スイッチＳＷｊ１は、分岐経路ＬｉｊにおけるキャパシタＣｊの接続点と、分岐信号Ｉｉが入力される側の分岐点との間に設けられる。スイッチＳＷｊ２は、分岐経路ＬｉｊにおけるキャパシタＣｊの接続点と、検出信号Ｖｉが出力される側の分岐点との間に接続される。
また、判定部８は、分岐経路Ｌｉ１及びＬｉ２のそれぞれについて飽和閾値ＴＨｓによる判定（以下、飽和判定）を行うことができるように構成される。
［２－２．動作］
スイッチＳＷｊ１及びＳＷｊ２は、制御部１２からの指示に従って動作する。
（１）動作パターン１
測定サイクル毎に、スイッチＳＷ１１及びＳＷ１２の組と、スイッチＳＷ２１及びＳＷ２２の組とで、相補的にオンオフを切り替える。
（２）動作パターン２
１回の測定サイクルで複数のパルスが受光される可能性がある場合、図６に示すように動作させてもよい。
即ち、トリガ生成部５は、測距信号ＩＴが受光閾値を超える毎に、トリガ信号ＴＲを発生させる。制御部１２は、各トリガ信号ＴＲに対して遅延トリガ信号ｄＴＲを生成し、遅延トリガ信号ｄＴＲのそれぞれについて、選択信号ＳＥ及びサンプリング信号ＳＰを生成する。
この場合、スイッチＳＷ１２及びＳＷ２１は常時オンとし、１回目のサンプリング信号ＳＰのタイミングでスイッチＳＷ１２をオンし、２回目のサンプリング信号ＳＰのタイミングでスイッチＳＷ２２をオンにする。
［２－３．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）～（１ｃ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
（２ａ）本実施形態では、上述の動作パターン１で動作させた場合、測定サイクル毎に、分岐信号Ｉｉの積分に使用する分岐経路と、ＡＤ変換に使用する分岐経路とを交互に切り替えることができるため、変換部１１でのＡＤ変換に許容される処理時間を十分に確保することができる。その結果、変換部１１として、より低速で安価なＡＤ変換器を用いることができる。
（２ｂ）本実施形態では、上述の動作パターン２で動作させた場合、１回の測定サイクルで２つのパルスが重なって到来しても、二つの分岐経路にて、各パルスを個別に積分することができ、パルス毎のＡＤ変換結果を得ることができる。
なお、本実施形態では、分岐経路の数が２つの場合について説明したが、分岐経路の数は３つ以上としてもよい。
また、動作パターン２だけで動作させる場合、スイッチＳＷ１１及びＳＷ２１を省略し、スイッチＳＷ１２及びＳＷ２２を選択部９と一体化させてもよい。
［３．第３実施形態］
［３－１．第１実施形態との相違点］
第３実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
第３実施形態では、保持部７において個別経路Ｌ１～Ｌ４のそれぞれに設けられる個別回路の構成が、第１実施形態とは相違する。
図７に示すように、本実施形態では、各個別経路Ｌｉには、ホールド回路７１に加えて、ボルテージフォロワ回路７２と、サンプルホールド回路群７３とが設けられる。
ボルテージフォロワ回路７２は、演算増幅器ＯＰｖを用いて構成され、非反転入力にホールド回路７１の出力が印加され、出力と反転入力とが接続される。
サンプルホールド回路群７３は、複数のサンプルホールド回路を備える。各サンプルホールド回路は、制御部１２からのサンプリングクロックＳＣＫに従ってボルテージフォロワ回路７２の出力を順次サンプリングして保持する。また、各サンプルホールド回路は、制御部１２からのリードクロックＲＣＫに従って、保持する信号をサンプリングされた順番に読み出して選択部９へ出力する。
［３－２．動作］
本実施形態では、図８に示すように、制御部１２は、トリガ信号ＴＧのタイミングから遅延トリガ信号ｄＴＲのタイミングまで、サンプリングクロックＳＣＫを出力する。これにより、各個別経路Ｌ１～Ｌ４では、ホールド回路７１の出力である検出信号Ｖｉが、サンプルホールド回路群７３によって、サンプリングクロックＳＣＫに従ってサンプルホールドされる。
その後、制御部１２は、遅延トリガ信号ｄＴＲのタイミングで、選択信号ＳＥを出力することで、いずれかの個別経路Ｌｉを選択する。個別経路Ｌｉが選択されている間、制御部１２は、リードクロックＲＣＫ及びサンプリング信号ＳＰを出力することによって選択された個別経路Ｌｉのサンプルホールド回路群７３から、サンプルホールドされた値を順次個別に読み出して変換部１１に転送する。変換部１１では、転送されてくる信号を順次個別にＡＤ変換することで、検出信号Ｖｉの波形をサンプリングした複数のデジタル値ＤＬが生成される。
［３－３．効果］
以上詳述した第３実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）～（１ｃ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
（３ａ）本実施形態では、検出信号Ｖｉの波形を表す複数のデジタル値ＤＵが得られるため、波形を考慮した情報生成を行うことができる。
［４．第４実施形態］
［４－１．第１実施形態との相違点］
第４実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
第４実施形態では、保持部７において個別経路Ｌ１～Ｌ４のそれぞれに設けられる構成が、第１実施形態とは相違する。
図９に示すように、本実施形態では、各個別経路Ｌｉに、電圧変換回路７４と、ボルテージフォロワ回路７２と、サンプルホールド回路群７３とが設けられる。
つまり、図７に示した第３実施形態の場合と比較すると、ホールド回路７１の代わりに電圧変換回路７４が設けられる。
電圧変換回路７４は、一端が個別経路Ｌｉに接続され、他端が接地された抵抗器Ｒｖを有する。つまり、電圧変換回路７４は、分岐信号Ｉｉを、分岐信号Ｉｉと同じ信号波形を有する電圧信号に変換する。
［４－２．動作］
図１０に示すように、制御部１２の動作は、第３実施形態の場合と同様である。但し、サンプルホールド回路群７３は、分岐信号Ｉｉの積分値の波形ではなく分岐信号Ｉｉそのものの波形をサンプルホールドする。
［４－３．効果］
以上詳述した第４実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）～（１ｃ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
（４ａ）本実施形態では、分岐信号Ｉｉ、ひいては受光信号Ｉｉｎの波形を表すデジタル値ＤＵを得ることができ、波形を考慮した情報生成を行うことができる。
なお、本実施形態において、ボルテージフォロワ回路７２は省略されてもよい。
［５．第５実施形態］
［５－１．第１実施形態との相違点］
第５実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
第５実施形態では、計測部６ａ、保持部７ａ、及び選択部９ａの構成が、第１実施形態とは相違する。
計測部６ａは発光トリガ信号ＴＧと受光トリガ信号ＴＲとに基づいて、検出信号ＶＴを生成し、選択部９ａに供給する。
具体的には、計測部６ａは、図１２に示すように、リセットスイッチ６１と、キャパシタ６２と、放電スイッチ６３と、定電流回路６４とを備える。
キャパシタ６２は、一端がリセットスイッチ６１を介して電源電圧が印加され、他端が設置される。定電流回路６４は、一端が放電スイッチ６３を介して、キャパシタ６２の非接地端に接続され、他端が接地されている。キャパシタ６２の非接地端が、信号経路Ｌｓを介して選択部９ａに接続される。信号経路Ｌｓを介して出力される信号を検出信号Ｖｓという。
保持部７ａは、個別経路Ｌ１～Ｌ４のそれぞれに個別回路が設けられている。個別回路は、第１実施形態で説明したホールド回路７１であってもよいし、第２実施形態で説明したホールド回路７１ａであってもよいし、第３実施形態で説明したホールド回路７１、ボルテージフォロワ回路７２、サンプルホールド回路群７３の組み合わせであってもよいし、第４実施形態で説明した電圧変換回路７４、ボルテージフォロワ回路７２、サンプルホールド回路群７３の組み合わせであってもよい。
選択部９ａは、個別経路Ｌ１～Ｌ４及び計測部６ａからの信号経路Ｌｓのうち、いずれか一つを選択信号ＳＥに従って選択してサンプリング部１０に接続する。
［５－２．動作］
本実施形態では、図１３に示すように、一つの測定サイクルが、ＴＤＣ期間、ＡＤＣ期間、信号処理期間に区切られる。
発光トリガ信号ＴＧが出力されると同時にＴＤＣ期間が開始され、予め設定された時間が経過すると、ＡＤＣ期間に切り替わり、その後、信号処理期間に切り替わる。ＴＤＣ期間とＡＤＣ期間との合計期間は、当該装置の最大検知距離を、レーザ光が往復するのに要する時間以上の長さに設定される。ＴＤＣ期間は、例えば、利得の最も低い個別経路Ｌ４でも飽和してしまう大きさの受光信号が得られる距離を考慮して設定される。また、計測部６ａは、少なくともＴＤＣ期間の間、一定の割合で電圧が変化するようにキャパシタ６２の静電容量や定電流回路６４が流す定電流値が設定される。
このように構成された計測部６ａでは、リセットスイッチ６１は、発光トリガ信号ＴＧが出力される前に一定期間オンにされる。これにより、キャパシタ６２が電源電圧まで充電された状態となる。
放電スイッチ６３は、発光トリガ信号ＴＧのタイミングでオンにされ、受光トリガ信号ＴＲのタイミングでオフにされる。つまり、発光トリガ信号ＴＧのタイミングで、キャパシタの充電電荷の放電が開始され、これに応じて検出信号Ｖｓの信号レベルが一定の割合で減少し、受光トリガ信号ＴＲのタイミングで放電が停止される。そして、再び、リセットスイッチ６１がオンされるまで、検出信号Ｖｓの信号レベルは、放電が停止されたときの状態に保持される。つまり、放電停止時における検出信号Ｖｓの信号レベルと電源電圧との差が、発光トリガ信号ＴＧと受光トリガ信号ＴＲとの時間差、即ち、対象物までの距離に応じた大きさを有する。
保持部７ａは、上記実施形態で説明した通り動作する。
制御部１２は、信号処理期間に切り替わると、信号経路Ｌｓを選択して、計測部６ａからの検出信号ＶｓをＡＤ変換した後、複数の個別経路Ｌ１～Ｌ４のいずれかを選択して、保持部７ａに保持された信号をＡＤ変換する。なお、検出信号ＶｓをＡＤ変換した結果が、対象物までの距離を表す時間データＴｏとして処理部１３へ出力される。
［５－３．効果］
以上詳述した第５実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）～（１ｃ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
（５ａ）本実施形態によれば、計測部６ａで生成された検出信号Ｖｓを、保持部７ａから出力される検出信号Ｖｉと同じ変換部１１を用いてＡＤ変換するため、回路面積を削減することができる。
［６．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
（６ａ）上記実施形態では、分流回路４１が備える各トランジスタＴＴ，Ｔ１～Ｔ４に、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを直接印加しているが、図１４に示す分岐部４ａのように、レギュレーションアンプ４３を介して印加するように構成されてもよい。なお、レギュレーションアンプ４３は、演算増幅器を用いて構成され、反転入力に接続された部位の電位が、非反転入力に印加された電位と一致するように出力に接続された制御対象を制御する。このようなレギュレーションアンプ４３を使用した場合、分流回路４１の入力ピーダンスを１／Ａ倍に下げることができる。Ａはレギュレーションアンプ４３の増幅率である。その結果、受光信号Ｉｉｎが入力される入力端を任意の電位にバイアスすることができ、受光部３で使用する受光素子のバイアス制御性を向上させることができる。
（６ｂ）上記実施形態では、分岐部４は、分流回路４１によって受光信号Ｉｉｎを分流することによって、分岐信号Ｉ１～Ｉ４及び測距信号ＩＴを生成しているが、これに限定されるものではない。例えば、図１５及び図１６に示す分岐部４ｂ，４ｃのように、カレントミラー回路を用いて構成してもよい。
図１５に示す分岐部４ｂは、レギュレーションアンプ４３と、トランジスタ４４と、カレントミラー回路４６と、バイアス除去回路４７とを備える。トランジスタ４４は、ソースに受光信号Ｉｉｎが印加され、ゲートにレギュレーションアンプ４３を介してバイアス電圧Ｖｂｉａｓが印加される。カレントミラー回路４６は、トランジスタ４４を介して供給される受光信号Ｉｉｎに比例した分岐信号Ｉ１～Ｉ４及び測距信号ＩＴを生成する。バイアス除去回路４７はカレントミラー回路４６において、分岐信号Ｉ１～Ｉ４を発生せる４つのトランジスタのそれぞれに接続された定電流回路を備える。その機能は、バイアス除去回路４２と同様のものである。
また、図１６に示す分岐部４ｃは、レギュレーションアンプ４３と、分流回路４８と、カレントミラー回路４９と、バイアス除去回路４７とを備える。
分流回路４８は、いずれもソースに受光信号Ｉｉｎが印加され、ゲートにレギュレーションアンプ４３を介してバイアス電圧Ｖｂｉａｓが印加された２つのトランジスタで構成される。一方のトランジスタのドレインを流れる電流信号が、測距信号ＩＴとして出力され、他方のトランジスタのドレインを流れる電流信号が、カレントミラー回路に供給される。カレントミラー回路４９は分流回路４８から供給される電流信号に比例した分岐信号Ｉ１～Ｉ４を生成する。
（６ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
（６ｄ）上述したレーザレーダ装置の他、当該レーザレーダ装置を構成要素とするシステム、利得設定方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。
１…レーザレーダ装置、２…発光部、３…受光部、４…分岐部、５…トリガ生成部、６…計測部、７…保持部、８…判定部、９…選択部、１０…サンプリング部、１１…変換部、１２…制御部、１３…処理部。

Claims (10)

  1. レーザレーダ装置であって、
    パルス状の光信号を予め設定された探査範囲に向けて照射するように構成された発光部（２）と、
    前記探査範囲から到来する光信号を受光するように構成された受光部（３）と、
    前記受光部が出力する電流信号である受光信号から、前記受光信号に比例し且つ互いに異なる信号強度を有する複数の分岐信号を生成し、前記複数の分岐信号のそれぞれを異なる個別経路に供給するように構成された分岐部（４、４ａ～４ｃ）と、
    前記複数の個別経路のうち、いずれか一つを選択するように構成された選択部（９，９ａ）と
    前記選択部で選択された前記個別経路を介して供給される信号をアナログデジタル変換するように構成された変換部（１１）と
    前記変換部での変換結果に従って、前記パルス状の光信号を反射した物体に関する情報を生成するように構成された処理部（１３）と、
    前記複数の個別経路のそれぞれにて、前記選択部に供給される信号の大きさが前記変換部の入力レンジ内にあるか否かを判定するように構成された判定部（８）と、
    前記判定部にて前記入力レンジ内にあると判定された中で最も利得の大きい前記個別経路を前記選択部に選択させるように構成された制御部（１２）と、
    を備え、
    前記複数の個別経路のそれぞれには、前記個別経路を流れる前記分岐信号を積分するように構成されたホールド回路（７１）が設けられた
    レーザレーダ装置。
  2. 請求項１に記載のレーザレーダ装置であって、
    前記複数の個別経路のそれぞれには、前記ホールド回路の出力を互いに異なるタイミングでサンプリングして保持するように構成された複数のサンプルホールド回路を有するサンプルホールド回路群（７３）
    が更に設けられ、
    前記制御部は、前記選択部に選択させた前記個別経路が有する前記複数のサンプルホールド回路に保持された値が、順次個別に読み出されて前記選択部に供給されるように前記サンプルホールド回路群を動作させるように構成された
    レーザレーダ装置。
  3. 請求項２に記載のレーザレーダ装置であって、
    前記複数の個別経路のそれぞれには、前記複数のサンプルホールド回路の前段にボルテージフォロワ回路（７２）
    が更に設けられたレーザレーダ装置。
  4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のレーザレーダ装置であって、
    前記分岐部（４ｂ、４ｃ）は、カレントミラー回路（４６、４９）を用いて前記受光信号から前記複数の分岐信号を生成するように構成された
    レーザレーダ装置。
  5. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のレーザレーダ装置であって、
    前記分岐部（４，４ａ）は、並列接続され且つ同一のバイアス電圧が印加される増幅率の異なった複数のトランジスタを有する分流回路（４１）を用いて前記受光信号を分流することで、前記分岐信号を生成するように構成された
    レーザレーダ装置。
  6. 請求項５に記載のレーザレーダ装置であって、
    前記分岐部（４ａ）は、レギュレーションアンプ（４３）を介して、前記バイアス電圧を前記分流回路に供給するように構成された
    レーザレーダ装置。
  7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のレーザレーダ装置であって、
    前記判定部は、前記変換部の入力レンジ内にあるか否かの判定に、前記入力レンジの上限値より小さな値に設定された飽和閾値を用いるように構成された、
    レーザレーダ装置。
  8. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のレーザレーダ装置であって、
    前記制御部は、前記判定部での判定結果から前記変換部での変換結果に対する上位ビットを生成するように構成された
    レーザレーダ装置。
  9. 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のレーザレーダ装置であって、
    前記分岐部で生成された前記分岐信号の一つを用いて、前記発光部による光信号の発光タイミングから、前記受光部による光信号の受光タイミングまでの時間に応じた計測値を生成する計測部（６、６ａ）
    を更に備えるレーザレーダ装置。
  10. 請求項９に記載のレーザレーダ装置であって、
    前記計測部（６ａ）は、一定電圧で充電されたキャパシタの充電電荷を、前記発光タイミングから前記受光タイミングまでの間、一定の割合で放電することで得られる前記キャパシタの両端電圧を、前記計測値とするように構成され、
    前記計測部にて生成された前記計測値は、前記選択部（９ａ）を介して前記変換部に供給され、前記変換部にてアナログデジタル変換されるように構成された
    レーザレーダ装置。
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