JP2008020203A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広いダイナミックレンジの反射光であっても正確な距離を測定することができるレーダ装置の提供を図る。
【解決手段】レーダ装置１のレーザダイオード（ＬＤ）１３は物標に対して照射光を照射する。受光回路２０Ａのフォトダイオード（ＰＤ）１５Ａはホール効果により入射光を電流に変換する。受光回路２０Ｂのフォトダイオード（ＡＰＤ）１５Ｂはアバランシェ効果により入射光を電流に変換する。受光回路２０Ａは能動領域を高く、受光回路２０Ｂの能動領域を低く、それぞれ異なる能動領域にＣＰＵ１８に設定される。ＣＰＵ１８は受光回路２０Ａ，２０Ｂそれぞれのディジタル出力から、能動領域を広げた合成信号を生成する。また、ＣＰＵ１８は受光回路２０Ａ，２０Ｂのディジタル出力の相関から故障検知を行い、検知時に故障していない受光回路の能動領域を広げる。
【選択図】図１

Description

この発明は、屋外において近赤外光などを物標に照射し、その反射光をフォトダイオードで受光して物標との距離を測定するレーダ装置に関する。

従来から、屋外において近赤外光などのレーザビームで前方をスキャンするレーダ装置を用い、反射光を含む入射光から前方の物標（例えば、自動車のレーダ装置であれば、先行車、障害物、歩行者等）の有無およびその距離を検出する測距装置が実用化されている。従来のレーダ装置は、レーザダイオードから照射した近赤外レーダを物標に反射させ、反射光をフォトダイオードにより受光し、照射光の投光時から反射光の受光時（反射光受光量のピーク時）までの時間に基づき物標位置を計測するものであった。

レーダ装置に用いられるＰＩＮ型フォトダイオードはＳ／Ｎ比が低く、したがって、受光感度を高めるためＰＩＮ型フォトダイオードの出力に増幅器を設けて受光回路が構成される。しかしこの場合に、回路ノイズも増幅され、低輝度な反射光の検出には限界があった。

そこで、低輝度な反射光であっても検出可能なアバランシェフォトダイオードと呼ばれる受光感度の高いダイオードを用いたレーダ装置が知られている（例えば特許文献１参照）。アバランシェフォトダイオードは根本的にＰＩＮ型ダイオードよりも低ノイズで高受光感度の素子であり、与えるバイアス電圧によって受光感度をある程度任意に、バイアス電圧を高くすれば高感度に、バイアス電圧を低くすれば低感度に設定できる。特許文献１のレーダ装置では、バイアス電圧を高く設定したアバランシェフォトダイオードを受光回路に用い、低輝度な反射光であっても高精度に観測するものであった。
特開平１１−１６０４３２号公報

しかしながら、一般にこの種のレーザレーダが使用される環境（屋外における周囲環境）は、物標の反射率や物標までの距離が極めて多様であり、様々な反射率を有する物標が多様な距離で分布する。また、昼夜で背景光の強度も大きく変化する。そのため、入射光のダイナミックレンジは極めて広い。

ＰＩＮ型フォトダイオードやアバランシェフォトダイオードには、検出限界を超える高輝度な入射光により入射光量の計測値が飽和する問題があり、上記のように入射光のダイナミックレンジが極めて広い屋外で、低輝度な反射光を観測するために受光回路の受光感度を高めると、低輝度な反射光は観測できても、高輝度な反射光を正確に観測できず、観測精度が低下することがあった。

仮に、レンズに絞りを加えて受光量自体を抑制したりすれば入射光量の飽和の問題は解決可能であるが、その場合、低輝度な反射光の検出がさらに困難になる。また、アバランシェフォトダイオードに与えるバイアス電圧を低電圧化すればアバランシェフォトダイオード自体の受光感度が抑制されて、入射光が飽和する問題を解消することができるが、この場合アバランシェフォトダイオード自体の寄生容量が急増して高速信号に対する応答性が悪化し、やはり測距性能が悪化する。

そこでこの発明は、入射光のダイナミックレンジが広い環境であっても、物標位置を正確に計測することができるレーダ装置を提供することを目的とする。また、簡易な構成で高寿命なレーダ装置を提供することを目的とする。

この発明は、物標に対して照射光を照射するレーザダイオードと、入射光を信号に変換する受光回路と、を備えるレーダ装置において、第１の受光回路と第２の受光回路とを備え、各受光回路の、入射光の光量値に比例した信号を出力可能な光量値の範囲である能動領域が、前記第１の受光回路より前記第２の受光回路で低輝度であることを特徴とする。

この構成では、光量値に比例した信号を出力可能な光量値の範囲（能動領域）の異なる複数の受光回路を用いて反射光を受光する。高輝度な入射光に対して第１の受光回路により光量値に比例した信号を出力し、低輝度な入射光に対して第２の受光回路により光量値に比例した信号を出力する。

またこの発明の前記第１の受光回路と前記第２の受光回路それぞれの能動領域は、オーバーラップした領域を有する。

この構成では、第１の受光回路と第２の受光回路それぞれで測定可能な能動領域をオーバーラップさせるので、オーバーラップさせた領域の中輝度の入射光に対して、第１の受光回路と第２の受光回路それぞれで入射光の光量値に比例した出力が得られる。

また、この発明の前記第１の受光回路はＰＩＮ型フォトダイオードを備えるものであり、前記第２の受光回路はアバランシェフォトダイオードを備えるものである。

入射光をアバランシェ（電子雪崩）効果により電流に変換するアバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤという。）は、入射光をホール効果により電流に変換するＰＩＮ型フォトダイオード（以下、ＰＤという。）に比べて極めて高感度な素子であり、低輝度の入射光であっても、その光量に比例した出力信号が得られる。また、ＰＤはＡＰＤに比べて高輝度な入射光からの物標の検出に優れ、低感度に設定した場合であっても、高速信号に対する応答性の劣化や飽和の問題がない。

したがって、例えば第２の受光回路をＡＰＤに高いバイアス電圧を印加して駆動することで高感度に設定すると、ＡＰＤの寄生容量を低減でき、高速信号に対する応答性を確保して低輝度な反射光であっても光量に比例した出力信号が得られる。また、例えば第１の受光回路をＰＤの出力の増幅率を低減することで低感度に設定すると、回路ノイズなどが増幅されることが無く、Ｓ／Ｎ比の低減が抑えられる。これにより、高輝度な入射光に対しても、低輝度な入射光に対してもそれぞれ光量値に比例した出力が得られる。

またこの発明は、前記第１の受光回路と前記第２の受光回路それぞれの能動領域を満足する光量値の入射光に対する前記第１の受光回路の出力に基づいて、前記第２の受光回路に備える前記アバランシェフォトダイオードの逆バイアス電圧を逐次制御する。

一般にＡＰＤは、温度変化に対する受光感度の変動が大きく、通常、バイアス電圧を温度センサにより制御することで温度補償が行われる。しかしながらこの構成では、ＡＰＤに与える逆バイアス電圧を、温度センサの出力でなく、温度変化に対する安定性に優れた第１の受光回路の出力信号に基づいて設定する。これにより、ＡＰＤのバイアス制御に温度センサを必要とせず逆バイアス電圧の温度補償を行うことができ、受光回路の構成が簡易になる。

またこの発明は、前記第１の受光回路と前記第２の受光回路それぞれの能動領域を満足する光量値の入射光に対する、前記第１の受光回路と前記第２の受光回路それぞれの出力から、前記第１の受光回路または前記第２の受光回路の故障検知を行う故障検知手段を備える。

この構成では、第１の受光回路と第２の受光回路との出力信号を比較することで、一方の受光回路の故障検知が可能になる。

またこの発明は、前記故障検知手段により前記第１の受光回路または前記第２の受光回路の故障が検知された場合に、故障していない受光回路の能動領域を広く再設定する光量範囲再設定手段を備える。

この構成では、第１の受光回路または第２の受光回路が故障したと検知した場合に、故障していない他方の受光回路の能動領域を制御して、故障した方の受光回路の能動領域を補うようにする。したがって、一方の受光回路が故障したとしても、性能低下は伴うもののレーダ装置を使用することができ、高寿命なレーダ装置を実現できる。また、突然の受光回路の故障によりレーダが使用できなくなることが無いので、このレーダ装置を用いる使用者の安全性を高めることができる。

例えば、第１の受光回路にＰＤを備え、第２の受光回路にＡＰＤを備える場合には、仮に第１の受光回路が故障したとすれば、ＡＰＤ印加する逆バイアス電圧を抑えてＡＰＤの感度を低下させ能動領域を広げる。また、逆に第２の受光回路が故障したとすれば、第１の受光回路のＰＤ後段に設ける増幅回路（可変利得アンプ）の増幅率を上げて、第１の受光回路の受光感度を向上させ、能動領域を広げる。

またこの発明は、第１の受光回路と第２の受光回路それぞれの出力を合成して、前記第１の受光回路と前記第２の受光回路それぞれの能動領域にわたって光量値に比例する信号を生成する合成手段を備える。

したがって受光回路の出力信号を合成部により組み合わせてダイナミックレンジを広げた合成信号を合成することができる。これにより、屋外のような物標の反射率や物標までの距離が極めて多様であり、昼夜で背景光の強度も大きく変化する環境であっても、合成信号に基づいて物標位置を正確に計測することができる。

またこの発明は、前記故障検知手段による検知結果に従って、前記合成手段または前記光量範囲設定手段のいずれかを実行する。

したがって、一方の受光回路が故障しても、能動領域の低減を抑制できる。また、入射光のダイナミックレンジが広くても、低輝度の反射光を高精度に検出し、物標位置を正確に計測することができる。

この発明によれば、複数のフォトダイオードそれぞれの測定可能な入射光量の能動領域を異ならせて、出力信号を合成して合成信号を算出するので、低反射体を検出しながら、高反射体のピークを正確に検出することができる。また、ＡＰＤのバイアス電圧を下げる必要が無く、高速信号に対する応答性を確保できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態であるレーダ装置について説明する。
図１（Ａ）は、レーダ装置の構成を示すブロック図である。レーダ装置１は、レンズユニット１１、リニアモータ１２、レーザダイオード（ＬＤ）１３、ドライバ１４、受光回路２０Ａ，２０Ｂ、ＣＰＵ１８、およびメモリ１９を備えている。

レンズユニット１１は、投光用のレンズ１０Ａと受光用のレンズ１０Ｂとをそれぞれの光軸が並行になるように同じフレームに設けたものである。レンズ１０Ａの焦点にはＬＤ１３を設け、レンズ１０Ｂの焦点にはＰＤ１５ＡおよびＡＰＤ１５Ｂを設けている。レンズユニット１１はリニアモータ１２を介してＣＰＵ１８に接続し、ＣＰＵ１８の制御によってレンズユニット１１の揺動角度が設定され、レンズユニット１１を（自動車進行方向に対して）左右に揺動させる。

ＬＤ１３は、ドライバ１４を介してＣＰＵ１８に接続している。ドライバ１４は、ＣＰＵ１８の制御に基づいてＬＤ１３の投光強度を設定し、レーザ照射指示を行う。ＬＤ１３は、半導体赤外線レーザ素子であり、ドライバ１４からのレーザ照射指示に基づいて、設定された投光強度でレーザを照射する。ＬＤ１３の照射したレーザは、レンズユニット１１の投光用レンズ１０Ａによってビーム状に自動車前方に照射する。上述したように、リニアモータ１２によってレンズユニット１１を揺動させるため、レーダ装置１は自動車前方の左右所定角度（例えば左右２０度）にレーザビームを投光することになる。物標などにより反射された反射ビームは受光用レンズ１０Ｂを経てＰＤ１５ＡとＡＰＤ１５Ｂで受光する。

なお、レーザビームの投光角度が、水平（左右）方向の末端で垂直（上下）方向に変更されるようにして２次元スキャンを行うことができる。また、水平方向にのみ１次元でスキャンする場合、レンズの特性を調整して自動車前方にさらに垂直方向に幅広のレーザビームを投光し、垂直方向の投光範囲を確保すればよい。

受光回路２０Ａ，２０ＢはそれぞれＰＤ１５Ａ，ＡＰＤ１５Ｂ、アンプ１６Ａ，１６Ｂ、Ａ／Ｄコンバータ１７Ａ，１７Ｂを備えている。

ＰＤ１５Ａ，ＡＰＤ１５Ｂは、それぞれ図１（Ｂ）に示すようにＣＰＵ１８（またはＣＰＵ１８の制御する電源）とグランドとの間に設けており、それぞれグランド側にアノードを接続し、ＣＰＵ側にカソードを接続し、ＣＰＵ１８により制御された逆バイアス電圧を印加するようにしている。入射光によりＰＤ１５Ａに生じる電流はカソードからアンプ１６Ａに、また、ＡＰＤ１５Ｂに生じる電流はカソードからアンプ１６Ｂに出力する。アンプ１６Ａの出力側はＡ／Ｄコンバータ１７Ａを介して、アンプ１６Ｂの出力側はＡ／Ｄコンバータ１７Ｂを介してＣＰＵ１８に接続している。

この受光回路２０Ａ，２０Ｂに用いられるＰＤ１５Ａ，ＡＰＤ１５Ｂはそれぞれ赤外線領域に感度を有するＰＩＮ型フォトダイオード，アバランシェフォトダイオードであり、ＰＤ１５Ａ、ＡＰＤ１５Ｂそれぞれには、ブレークダウン電圧よりもやや低電圧の逆バイアス電圧が印加される。所定受光量の入射光による光電圧が逆バイアス電圧に加わると、合計電圧がブレークダウン電圧を超えるようにしている。合計電圧がブレークダウン電圧を超えるとブレークダウン（ＡＰＤではアバランシェ現象）が生じ、受光量に応じた電流がアンプに出力される。

アンプ１６Ａ，１６Ｂは可変利得アンプであり、ＰＤ１５ＡとＡＰＤ１５Ｂそれぞれの出力電流を、ＣＰＵ１８によって設定されるゲインで増幅する。

また、Ａ／Ｄコンバータ１７Ａ，１７Ｂは、アンプ１６Ａ，１６Ｂそれぞれのアンプ出力を所定階調（例えば２５６階調）のディジタル出力に変換（正規化）する。このＡ／Ｄコンバータ１７Ａ，１７Ｂは、上記所定階調のうち、最大値である２５５に対応するアンプ出力のレベルを、素子の飽和レベル（アンプ出力が受光量に対して直線性を示す上限レベル）、または現実的な受光量の上限に設定し、最小値である０に対応するレベルをスレッシュレベル（自動車前方に物体が存在すると判断可能なレベル）に設定する。なお、具体的にはＣＰＵ１８で非投光時における複数回の受光量を検出し、これらの平均値とばらつき（標準偏差）に定数を乗算した値と、を加算することでスレッシュレベルを求め、Ａ／Ｄコンバータ１７Ａ，１７Ｂに設定する。

ＣＰＵ１８は受光回路２０Ａ，２０Ｂ、および、リニアモータ１２、ドライバ１４、メモリ１９、車両制御装置２に接続している。リニアモータ１２に対しては揺動角の指示を行い、ドライバ１４に対しては投光強度の指示を行う。

ＣＰＵ１８は受光回路２０Ａ，２０Ｂに対して、逆バイアス電圧を調整することで受光回路２０Ａ，２０Ｂの能動領域、特にＰＤ１５Ａ、ＡＰＤ１５Ｂの飽和レベルを制御、設定する。また、アンプ１６Ａ，１６Ｂのゲインを調整することで、受光回路２０Ａ，２０Ｂの能動領域、特に回路ノイズを制御、設定する。

また、ＣＰＵ１８は受光回路２０Ａ，２０Ｂそれぞれからディジタル出力が入力され、そのディジタル出力をそれぞれメモリ１９の複数のメモリエリアＭａ〜Ｍｃに一時保存する。そして、メモリ１９に記憶したディジタル出力のデータをもとに、合成信号を生成する。したがって本実施形態のＣＰＵ１８は本発明の合成部でもある。ＣＰＵ１８は合成信号や投光強度、投光角度など各種データから認識処理や車両制御のための演算処理を行い、処理結果を車両制御装置２に出力する。

以上の構成により本実施形態のレーダ装置１を構成している。なお、本実施形態では受光回路の出力をディジタル変換してから合成する例を示しているが、アナログ信号自体を合成するようにしても良い。その場合、オペアンプを用いた合成回路により、ＰＤ１５Ａ、ＡＰＤ１５Ｂのアナログの出力信号に対してゲイン調整およびバイアス調整を行ってそれぞれの出力信号を感度に応じてスケーリングし、一方のダイオードの出力信号を選択して出力するようにすると好適である。

次に、ＰＤ１５Ａ、ＡＰＤ１５Ｂの受光量とアンプ１６Ａ，１６Ｂのアンプ出力との関係を図２（Ａ）に示す。また、ＰＤ１５Ａ、ＡＰＤ１５Ｂの受光量とＡ／Ｄコンバータ１７Ａ，１７Ｂのディジタル出力との関係を図２（Ｂ）に示す。なお、各図の横方向座標軸にはＰＤ１５Ａ、ＡＰＤ１５Ｂの受光量を対数表示している
同図（Ａ）に図示するようにアンプ出力（ＰＤ−ＡＭＰ，ＡＰＤ−ＡＭＰ）は、回路ノイズ等が主成分となる出力波形Ａと、飽和した出力波形Ｃと、直線性の変化を示す出力波形Ｂとからなる。この直線性の変化を示す受光量の領域が各受光回路の能動領域である。出力波形Ａは、後段のＡ／Ｄコンバータ１７Ａ，１７Ｂによってスレッシュレベル以下とされる受光量の領域（ｍｉｎ（ＰＤ）やｍｉｎ（ＡＰＤ）以下の範囲）である。また、出力波形Ｃは、後段のＡ／Ｄコンバータ１７Ａ，１７Ｂによって飽和レベル以上とされる受光量の領域（ｍａｘ（ＰＤ）やｍａｘ（ＡＰＤ）以上の範囲）である。

同図（Ｂ）に示すディジタル出力（ＰＤ−Ａ／Ｄ，ＡＰＤ−Ａ／Ｄ）は、上記したように、それぞれのアンプ出力を所定階調（例えば２５６階調）のディジタル出力に変換し、直線性の変化を示す出力波形Ｂの受光量範囲の下限（ｍｉｎ（ＰＤ），ｍｉｎ（ＡＰＤ））のアンプ出力を最小値である０に変換し、上限（ｍａｘ（ＰＤ），ｍａｘ（ＡＰＤ））のアンプ出力を最大値である２５５に変換したものである。

なお、各受光回路の能動領域の上下限、即ち直線性の変化を示す出力波形Ｂの上下限であるｍｉｎ（ＰＤ）とｍｉｎ（ＡＰＤ）とｍａｘ（ＰＤ）とｍａｘ（ＡＰＤ）とは、フォトダイオードの逆バイアス電圧の制御と、アンプのゲイン制御で調整可能である。したがって、本発明ではＣＰＵ１８によるゲイン制御とバイアス制御を行い、各受光回路の能動領域を設定する。ＣＰＵ１８はＰＤ１５Ａのバイアス制御とアンプ１６Ａのゲイン制御により、受光回路２０Ａの能動領域を中受光量から高受光量までの高輝度な領域に設定する。また、ＡＰＤ１５Ｂのバイアス制御とアンプ１６Ｂのゲイン制御により、受光回路２０Ｂの能動領域を低受光量から中受光量までの低輝度な領域に設定する。そして、受光回路２０Ａのみが動作する受光量領域（ｍｉｎ（ＡＰＤ）〜ｍｉｎ（ＰＤ））と、受光回路２０Ａ，２０Ｂがともに動作する受光量領域（ｍｉｎ（ＰＤ）〜ｍａｘ（ＡＰＤ））と、受光回路２０Ｂのみが動作する受光量領域（ｍａｘ（ＡＰＤ）〜ｍａｘ（ＰＤ））と、が連続するようにしている。

受光回路２０Ａの測定可能な最小受光量ｍｉｎ（ＰＤ）は、受光回路２０Ｂの最小受光量ｍｉｎ（ＡＰＤ）よりも大きく、受光回路２０Ａでは低輝度な反射光を検出することができないが、受光回路２０Ａの最大受光量ｍａｘ（ＰＤ）は受光回路２０Ｂの最大受光量ｍａｘ（ＡＰＤ）よりも大きく、受光回路２０Ａは高輝度な反射光であっても飽和することなく検出することができる。一方、受光回路２０Ｂは最大受光量ｍａｘ（ＡＰＤ）が受光回路２０Ａの最大受光量ｍａｘ（ＰＤ）よりも大きく、受光回路２０Ｂでは高輝度な反射光により飽和が生じてしまう。しかし、受光回路２０Ｂは最小受光量ｍｉｎ（ＡＰＤ）が受光回路２０Ａの最小受光量ｍｉｎ（ＰＤ）よりも大きく、低輝度な反射光を検出することができる。

ここで、受光回路２０Ａ，２０Ｂのアンプ出力と物標の位置および反射率の関係を図３に示す。図３（Ａ）は、自動車前方に存在する物体を表し、図３（Ｂ）は受光回路２０Ａのアンプ出力を表し、図３（Ｃ）は受光回路２０Ｂのアンプ出力を表したものである。

図において紙面左右の方向軸が投光してからの経過時間（自動車からの距離と等価である。）を示す。また、同図（Ｂ）（Ｃ）におけるグラフの縦軸はアンプ出力を示す。この例は自動車前方に高反射体である道路標識Ｐ１が存在し、（自動車から見て）その後方に低反射体である歩行者が存在し、さらに（自動車から見て）その後方に遠方の高反射体である道路標識Ｐ２が存在する。なお、反射光受光量は物標までの距離の４乗に応じて減衰する性質をもつ。

同図（Ｂ）はＰＤを備える受光回路２０Ａにおけるアンプ出力を示し、その能動領域が高輝度領域に設定され、この例では、高反射体である道路標識Ｐ１の存在する位置からの高輝度な反射光によってアンプ出力がＡ／Ｄコンバータ１７Ｂのスレッシュレベル、且つ飽和レベル未満となる。したがって、受光回路２０Ａでは道路標識Ｐ１の検出強度が極大となるピーク時が検出できる。また、低反射体である歩行者の存在する位置からの低輝度な反射光によってアンプ出力が、所定期間においてスレッシュレベル以下の値となる。したがって、受光回路２０Ａでは歩行者の存在を検出できない。また、遠方の高反射体である道路標識Ｐ２の存在する位置からの反射光によってアンプ出力が、所定期間においてスレッシュレベル以上の値で、且つ飽和レベル未満となる。したがって、受光回路２０Ａでは道路標識Ｐ２の検出強度が極大となるピーク時が検出できる。

同図（Ｃ）はＡＰＤを備える受光回路２０Ｂにおけるアンプ出力を示し、その能動領域が低輝度領域に設定され、自動車前方の反射体が存在する距離およびその付近において反射光が検出される。この例では、高反射体である道路標識Ｐ１の存在する位置からの高輝度な反射光によってアンプ出力がＡ／Ｄコンバータ１７Ｂの飽和レベル以上となる。したがって、受光回路２０Ｂでは道路標識Ｐ１の検出強度が極大となるピーク時が検出できない。また、低反射体である歩行者の存在する位置からの低輝度な反射光によってアンプ出力が、所定期間においてスレッシュレベル以上の値で、且つ飽和レベル未満となる。したがって、受光回路２０Ｂでは歩行者の検出強度が極大となるピーク時が検出できる。また、遠方の高反射体である道路標識Ｐ２の存在する位置からの反射光によってアンプ出力が、所定期間においてスレッシュレベル以上の値で、且つ飽和レベル未満となる。したがって、受光回路２０Ｂでは道路標識Ｐ２の検出強度が極大となるピーク時が検出できる。

仮に、単に受光回路２０Ａのディジタル出力だけを見ればＣＰＵ１８は歩行者のスレッシュ値以上となる値が検出できず、歩行者が存在しないと判断することになる。また、単に受光回路２０Ｂのディジタル出力だけを見ればＣＰＵ１８は道路標識Ｐ１のピークを検出できず、道路標識Ｐ１の正確な距離を検出できないことになる。そこで、本発明ではＣＰＵ１８で、これら受光回路２０Ａ，２０Ｂのディジタル出力をそれぞれメモリ１９のメモリエリアＭｂ，Ｍｃに記録し、信号合成処理を行う。信号合成処理はメモリ１９に記録したディジタル出力から合成信号を生成する処理である。

ここで、図４にＣＰＵ１８が行う信号合成処理のフローを示す。

（Ｓ１１）ＣＰＵ１８はドライバ１４に投光指示する。これにより、ＬＤ１３がレーザを投光する。

（Ｓ１２Ａ，Ｓ１２Ｂ）ＣＰＵ１８は、それぞれの受光回路２０Ａ，２０Ｂが前述の能動領域になるように、ＰＤ１５Ａ、ＡＰＤ１５Ｂに逆バイアス電圧を印加する。また、アンプ１６Ａ，１６Ｂのゲインを設定する。これによりＰＤ１５Ａ、ＡＰＤ１５Ｂは上述の能動領域で自動車前方の光を受光し、電気信号を出力する。この電気信号はアンプ１６で増幅され、Ａ／Ｄコンバータ１７でディジタル出力に変換される。

（Ｓ１３Ａ，Ｓ１３Ｂ）ＣＰＵ１８は、受光回路２０Ａ，２０Ｂのディジタル出力を、それぞれメモリ１９のメモリエリアＭｂ，Ｍｃに格納する。

（Ｓ１４）その後、ＣＰＵ１８は、メモリエリアＭｃ（即ちＡＰＤからのディジタル出力）に最大値である２５５のデータが格納されているか否かを判断する。メモリエリアＭｃに２５５未満のデータが格納されている場合は、（図３（Ｃ）に示した歩行者や道路標識Ｐ２などからの）飽和レベル以下の信号が得られたものと判断し、メモリエリアＭｃ（即ちＡＰＤからのディジタル出力）のデータを読出処理（Ｓ１５Ｃ）する。また、メモリエリアＭｃに２５５のデータが格納されている場合は、ＡＰＤからのディジタル出力として（図３（Ｃ）に示した道路標識Ｐ１などからの）飽和レベルの信号が得られたものと判断し、メモリエリアＭｂ（即ちＰＤからのディジタル出力）のデータを読出処理（Ｓ１５Ａ）する。

（Ｓ１５Ｂ）この場合、メモリエリアＭｂ（即ちＰＤからのディジタル出力）のデータが対応する実際の反射光受光量は、メモリエリアＭｃ（即ちＡＰＤからのディジタル出力）のデータが対応する実際の反射光受光量よりも小さいものであるため（ここでは１／１６。）に、ＣＰＵ１８は、メモリエリアＭｂ（即ちＰＤからのディジタル出力）のデータを逓倍する。ここでは、ＡＰＤを備える受光回路２０Ｂの受光感度に比べて、ＰＤを備える受光回路２０Ａの受光感度を１／１６に設定しておいたために、メモリエリアＭｂ（即ちＰＤからのディジタル出力）のデータを１６倍する。

（Ｓ１６）その後、ＣＰＵ１８は、新たにメモリエリアＭａに、メモリエリアＭｂ（即ちＰＤからのディジタル出力）のデータの値を逓倍した値、またはメモリエリアＭｃ（即ちＰＤからのディジタル出力）のデータの値、を合成信号の値として格納する。すなわち、合成信号の値は以下のような数式で表される。
Ｍａ＝ｍａｘ（Ｍｂ＊１６，Ｍｃ）
ここでＭｃはＡＰＤによる値、ＭｂはＰＤによる値、ＭａはメモリエリアＭａに格納すべき合成信号の値である。このようにして、合成信号を算出することで、受光量分布を正確に反映した合成信号を得ることができ、ＡＰＤの飽和していた受光量についてもＰＤによる受光量により検出し、ＰＤの感度不足により検出できなかった受光量についても、高感度なＡＰＤの受光量により検出できる。

（Ｓ１７）その後、ＣＰＵ１８は、所定回数の計測（Ｓ１１〜Ｓ１６の処理）を行ったか否かを判断する。この計測回数の基準はどのような数であってもよいが、例えば２０回程度とする。

（Ｓ１８）所定回数の計測がなされていれば、所定角度の計測を行ったか否かを判断する。上述したように、レーダ装置１は、自動車前方の左右所定角度（例えば左右２０度）にレーザビームを投受光することができ、所定角度毎の領域に分割して計測を行うことができる。角度分解能は、必要とされる精度に応じて任意に設定すればよい。ここでは左右に２０度の角度で計測を行ったか否か、すなわち１スキャンを完了したか否かを判断する。所定角度の計測がなされていなければ、ＣＰＵ１８は、リニアモータ１２を駆動させて計測領域を変更し上記処理を繰り返す。

（Ｓ１９）所定角度の計測がなされていれば、ＣＰＵ１８は、検出した物体の認識処理を行う。この認識処理は、検出した物体が人であるか、車両であるか、道路標識であるか、等を判断する処理である。ＣＰＵ１８は、検出した物体の情報（方向、距離、大きさ、対地速度）から物体の種類を推定する。例えばメモリ１９に記録されている各物体の情報（例えば道路標識の大きさ、対地速度）と比較し、検出した物体がこれに該当する場合に物体の種類を推定する。推定した物体の情報（方向、距離、速度、種類）は、車両制御装置２に送信され、クルージングコントロールや緊急停止などに用いられる。

以上の処理により、ＣＰＵ１８は、合成信号から受光のタイミングを知ることができる。すなわち、ＣＰＵ１８は、時間継続的に受光量の情報を受信し、これらの取得タイミングを記録する。ＣＰＵ１８は、レーザビーム投光を指示したタイミングと受光のタイミングの時間差を測定することで物標までの距離を測定することができる。ＣＰＵ１８は、時間軸において検出した受光量のうちのピークを示すタイミングをその物体の存在位置として判断し、これを物体の距離として判断する。また、上述したようにＣＰＵ１８は、レーザビームの照射角度を検出することができるため、これらの情報から、物体の存在およびその方向、距離を検出することができる。

また、ＣＰＵ１８は、物体の検出を時間継続的に複数回繰り返すことで、その物体の移動速度と移動方向（移動ベクトル）を求めることができ、同じ移動ベクトルを有する検出物を同一物体として判断することで、物体の大きさ（幅）を算出することができる。また、ＣＰＵ１８に車速度センサ（図示せず）を接続して自車の車速を検出することで、物体の対地速度を算出することも可能である。ＣＰＵ１８は、これらの物体の情報から、検出した物体が人であるか、車両であるか、道路標識であるか、等を判断して、物体の種類を認識する処理を行うことができる。

ＣＰＵ１８は、物体の種類を認識して、この物体の情報（方向、距離、速度、種類）を後段の車両制御装置２に送信する。車両制御装置２は、この物体の情報に基づいて、自車を先行車に追従させて車間距離を一定に保つクルージングコントロールや、歩行者との接触を避けるための緊急停止等を行う。ここで、緊急停止を行う場合、レーダレーダ装置が物体との距離を正確に測定しなければ、ブレーキが間に合わない、あるいは不要なブレーキをかけてしまうといった危険性がある。従来は、高反射体と低反射体を同時に検出できるダイナミックレンジを有するレーダ装置が無く、歩行者を検出することができない、または高反射体の位置を正確に測定することができなかった。本実施形態のレーダ装置は、受光感度の高いアバランシェフォトダイオードと受光感度の低いＰＩＮ型フォトダイオードでそれぞれ反射光の検出を同時に行い、これらの検出値を合成して仮想的にダイナミックレンジを広げることができる。

また、ＣＰＵ１８は、さらに故障検知処理を行なう。

ここで、図５（Ａ）にＣＰＵ１８の行う故障検知処理の判定フローを示す。

（Ｓ２１）まず、ＣＰＵ１８はメモリエリアＭｃ（即ちＡＰＤからのディジタル出力）に最大値である２５５未満で最小値である０より大きいデータが格納されているか否かを判断する。メモリエリアＭｃに格納されているデータが２５５または０の場合には故障判定はできないので処理を終了する。

（Ｓ２２）メモリエリアＭｃに格納されているデータが２５５未満で０より大きければ、次に、ＣＰＵ１８はメモリエリアＭｂ（即ちＰＤからのディジタル出力）に最大値である２５５未満で最小値である０より大きいデータが格納されているか否かを判断する。メモリエリアＭｂに格納されているデータが２５５または０の場合には故障判定はできないので処理を終了する。

（Ｓ２３）次に、ＣＰＵ１８は、メモリエリアＭｃに格納されているデータと、メモリエリアＭｂに格納されているデータとを比較し、メモリエリアＭｂに格納されているデータが、メモリエリアＭｃに格納されているデータを所定逓倍した値か否か判定する。ＡＰＤを備える受光回路２０Ｂの受光感度に比べて、ＰＤを備える受光回路２０Ｂの受光感度を１／１６に設定しておいた場合には、その逆数である１６倍にメモリエリアＭｂ（即ちＰＤからのディジタル出力）のデータを逓倍し、比較する。

それらの値が等しい値の場合、受光回路２０Ａ，２０Ｂはともに正常に動作しているとみなすことができる。一方、それらの値が等しくない場合、一方の受光回路は故障していると判断できる。

ここで、図５（Ｂ）にＣＰＵ１８の行う故障と判定された場合の能動領域の再設定の判定フローを示す。

（Ｓ２５）まず、ＣＰＵ１８はディジタル出力の波形などからいずれの受光回路が故障しているかを特定する。

（Ｓ２６Ａ）ＡＰＤ側、即ち受光回路２０Ｂが故障している場合には、受光回路２０Ａの能動領域の再設定を行う。ＰＤ１５Ａの逆バイアス電圧を増圧したり、アンプ１６Ａのゲインを増加させたりすることで受光回路２０Ａの受光感度を高感度にし、低輝度な反射光であっても検出できるようにする。

（Ｓ２６Ｂ）ＰＤ側、即ち受光回路２０Ａが故障している場合には、受光回路２０Ｂの能動領域の再設定を行う。ＡＰＤ１５Ｂの逆バイアス電圧を降圧したり、アンプ１６Ｂのゲインを減少させたりすることで受光回路２０Ｂの感度を低感度にし、高輝度な反射光であっても飽和することが無いようにする。

なお、一般にＡＰＤは、温度変化に対する受光感度の変動が大きく、通常、バイアス電圧を温度センサにより制御することで温度補償が行われる。したがって本実施形態においても、ＡＰＤに与える逆バイアス電圧を、温度センサの出力により温度補償することで、受光回路２０Ｂの出力を温度変化に対して安定させるようにしてもよい。

しかしながら、本発明を用いれば、温度センサを用いずに温度補償処理を行うこともできる。一般にＰＤは温度変化に対する出力変動が少なく、したがってＰＤの出力を用いてＡＰＤの温度補償をすることが可能である。

以下、図６（Ａ）に基づいて、その場合の処理フローを説明する。

（Ｓ３１）まず、ＣＰＵ１８はメモリエリアＭｃ（即ちＡＰＤからのディジタル出力）に最大値である２５５未満で最小値である０より大きいデータが格納されているか否かを判断する。メモリエリアＭｃに格納されているデータが２５５または０の場合には温度補償はできないので処理を終了する。

（Ｓ３２）メモリエリアＭｃに格納されているデータが２５５未満で０より大きければ、次に、ＣＰＵ１８はメモリエリアＭｂ（即ちＰＤからのディジタル出力）に最大値である２５５未満で最小値である０より大きいデータが格納されているか否かを判断する。メモリエリアＭｂに格納されているデータが２５５または０の場合には温度補償はできないので処理を終了する。

（Ｓ３３）次に、ＣＰＵ１８は、メモリエリアＭｃに格納されているデータと、メモリエリアＭｂに格納されているデータとを比較し、メモリエリアＭｂに格納されているデータが、メモリエリアＭｃに格納されているデータを所定逓倍した値か否か判定する。ＡＰＤを備える受光回路２０Ｂの受光感度に比べて、ＰＤを備える受光回路２０Ｂの受光感度を１／１６に設定しておいた場合には、その逆数である１６倍にメモリエリアＭｂ（即ちＰＤからのディジタル出力）のデータを逓倍し、比較する。

それらの値が等しい値の場合、受光回路２０Ａ，２０Ｂはともに正常に動作しているとみなすことができる。一方、それらの値が等しくない場合、受光回路２０Ｂには温度変化による受光感度の変動が生じていると判断できる。

そこで、このように温度変化による受光感度の変動が生じている場合、図６（Ｂ）に示す温度補償処理を行う。

（Ｓ３５）まず、ＣＰＵ１８はメモリエリアＭｂに格納されているデータ、即ちＰＤ側の受光回路２０Ａのディジタル出力から、ＡＰＤ側の受光回路２０Ｂで温度補償が正確に行われた場合のディジタル出力を予測する。具体的には、メモリエリアＭｂに格納されているデータの値を所定逓倍した値を、温度補償が正確に行われた場合のＡＰＤ側の受光回路２０Ｂのディジタル出力とする。ＡＰＤを備える受光回路２０Ｂの受光感度に比べて、ＰＤを備える受光回路２０Ｂの受光感度を１／１６に設定しておいた場合には、その逆数である１６倍にメモリエリアＭｂ（即ちＰＤからのディジタル出力）を逓倍したデータを予測値とする。

（Ｓ３６）次に、ＣＰＵ１８は、予測したＭｃ′の値と、実際のメモリエリアＭｃの値を比較し、ＭｃをＭｃ′にするために必要なＡＰＤ１５Ｂの逆バイアス電圧を算定し、逆バイアス電圧を再設定する。

このようにして温度センサを用いずに温度補償を行うことができる。

なお、本発明の実施形態では、レーダ装置を自動車に適用した例を示したが、自動車以外に、鉄道車両、船舶等に適用することも可能である。また、本実施形態においては赤外光を用いるレーダ装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、可視光などで前方をスキャンするレーダ装置であってもよい。

レーダ装置の構成を示すブロック図である。 受光回路のディジタル出力を説明する図である。 受光回路のディジタル出力を説明する図である。 ＣＰＵの信号合成処理を説明するフローである。 ＣＰＵの故障判定処理を説明するフローである。 ＣＰＵの温度補償処理を説明するフローである。

符号の説明

１−レーダ装置
２−車両制御装置
１０−レンズ
１１−レンズユニット
１２−リニアモータ
１３−レーザダイオード
１４−ドライバ
１５−フォトダイオード
１６−アンプ
１７−Ａ／Ｄコンバータ
１８−ＣＰＵ
１９−メモリ
２０−受光回路
Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ−メモリエリア
Ａ，Ｂ，Ｃ−出力波形
Ｐ１，Ｐ２−道路標識

Claims (8)

1. 物標に対して照射光を照射するレーザダイオードと、入射光を信号に変換する受光回路と、を備えるレーダ装置において、
   第１の受光回路と第２の受光回路とを備え、
   各受光回路の、入射光の光量値に比例した信号を出力可能な光量値の範囲である能動領域が、前記第１の受光回路より前記第２の受光回路で低輝度であることを特徴とするレーダ装置。
2. 前記第１の受光回路と前記第２の受光回路それぞれの能動領域は、オーバーラップした領域を有する請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記第１の受光回路はＰＩＮ型フォトダイオードを備えるものであり、前記第２の受光回路はアバランシェフォトダイオードを備えるものである請求項１または２に記載のレーダ装置。
4. 前記第１の受光回路と前記第２の受光回路それぞれの能動領域を満足する光量値の入射光に対する前記第１の受光回路の出力に基づいて、前記第２の受光回路に備える前記アバランシェフォトダイオードの逆バイアス電圧を逐次制御する請求項３に記載のレーダ装置。
5. 前記第１の受光回路と前記第２の受光回路それぞれの能動領域を満足する光量値の入射光に対する、前記第１の受光回路と前記第２の受光回路それぞれの出力から、前記第１の受光回路または前記第２の受光回路の故障検知を行う故障検知手段を備える請求項２〜４に記載のレーダ装置。
6. 前記故障検知手段により前記第１の受光回路または前記第２の受光回路の故障が検知された場合に、故障していない受光回路の能動領域を広く再設定する光量範囲再設定手段を備える請求項５に記載のレーダ装置。
7. 第１の受光回路と第２の受光回路それぞれの出力を合成して、前記第１の受光回路と前記第２の受光回路それぞれの能動領域にわたって光量値に比例する信号を生成する合成手段を備える請求項４〜６のいずれかに記載のレーダ装置。
8. 前記故障検知手段による検知結果に従って、前記合成手段または前記光量範囲再設定手段のいずれかを実行する請求項７に記載のレーダ装置。

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