JPS62237375A - 車載用光レ−ダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、先太レーダ装置に係り、特に自動車用障害物
検知装置に好適なレーダ装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、例えば特開６０−４９２７７に記載のよ
うに、レーザ光線のビームを広げたりすることにより障
害物の検知のできない死角領域の解消する工夫がなされ
ていたが、遠方領域での検知能力の向上については、考
慮されたものは見当らない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、基本的には、第２図に示すごとき構成
によっている。周期的あるいは非周期的にトリガパルス
を発生するパルス発生回路工の出力に応じて、送光器２
は、光パルスを発生する。

そのパルス幅は距離分解能などの点から、短くかつ立ち
上がり立ち下がりを速くしなければいけない。通常は例
えば５０＋１秒程度と極めて短かい。

送光器２からの光出力はレンズ３０により適当なビーム
発散角に変換される。一般にトリガから、光の出力まで
には無視できない程の遅れがあるため、ディテクタ５０
により発光タイミングを検知し増幅器６０において、適
当なレベルまで増幅し、パルス整形回路７０において、
論理レベルに変換する。一方陣害物４から反射された光
の一部はレンズ３１により集光されてディテクタ５１に
導かれ電気信号に変換され、増幅器６１を経てパルス整
形回路７１において論理レベルに変換する。カウンタ８
においては、高周波クロック９をクロック源とし、パル
ス整形回路７０出力をスタート信号とし、パルス整形回
路７１の出力をストップ信号として時間計測を行う。す
なわち第３図に示すように、例えば、ディテクタ５０と
５１の出力の頂点間隔（τｄ）もしくは一定のスレショ
ルドＶＴｏｔとＶｒｏｚとを設けその間隔τ蝋′を測定
する。自動車応用においては、極めて近距離まで検出す
る必要があるので、パルス幅を広くするとディテクタ５
０．５１出力の頂点を見出すことは困難になり、また当
然混入する雑音の影響を直接受け、精度の劣化を来たす
。一方スレショルド方式にしろ、受信レベルの変動雑音
などの理由で、立ち上がりを急しゅんにしなければ、同
様に誤差を生ずる。

いずれにしろ、送信パルス幅は短く、しかも、立ち上が
り、立ち下がりを速くする必要があり、それに伴い、受
信系も広帯域にする必要がある。

−例として、１ｍの分解能を得るためには、約２００　
Ｍ　Ｈｚの帯域が必要となる。

一方、レーダの感度は、受信電力に対する雑音電力の比
（ＳＮ比）により決まる。雑音電力は通常熱雑音が支配
的となりその有能電力は良く知られているように Ｐ　Ｎ　＝　Ｋ　Ｔ　Ｂ　　　　　　　　　　・・・（
１）ここでｋ・・・・・・ボルツマン定数 Ｔ・・・・・・絶対温度 Ｂ・・・・・・帯域幅 となる。すなわち熱音電力ＰＮは帯域幅Ｂに比例するこ
とになる。

レーダの感度は、受信電力と熱音電力との比により決ま
るので、感度を良くするためには、熱音音を小さくする
（帯域幅を小さくする）か送信電力密度を上げたり受信
アンテナ感度を上げたり（受光系の開口面積を大きくす
る）することにより受信信号電力を増大する必要がある
。

送信電力密度を増大する方法としては、レーザの送信電
力を増す、ビーム発散角を絞るなどの方法が考えられる
。前者は、車載を考慮すると使用可能なデバイスは、は
ぼレーザダイオードしか考えられない。その出力は高々
ＩＯＷ程度である。

また仮に高い電力が得られたとしても、人体への悪影響
などを考えるとむやみに出力を増大することはできない
。第２のビーム発散角を絞る方法は、死角ができること
になり掃引など特別の工夫を要することになる。

一方、受信アンテナ感度を増すためには具体的には受光
レンズ径を増せば良いが、これも車載用を考慮するとお
のずと限界がある。

又帯域幅を少なくすることにより熱雑音レベルを下げ、
同様の目的を達成することができるが、受信信号の波形
がなまってしまい測定の精度が、悪化してしまうという
欠点が出てくる。

本発明は以上述べた問題を考慮してなされたものであり
、感度が高い先太のレーダ装置を提供することを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、特に障害物を事前に検知し予防的措置をとる
ことを目的とした障害物検知装置への応用を考えた場合
、至近距離（例えば１０ｍ以下）では、高い測距精度が
要求され、逆に遠距離においては、低い精度でも良いと
いう事情に着目し、受信回路において各々帯域幅の異な
るフィルタ回路を複数個備え、受信信号レベルの大きい
近距離での障害物検知には広帯域フィルタを用いて精度
を上げ、逆に受信信号レベルの小さい遠距離領域の検知
には狭帯域フィルタを用いて感度を上げることにより、
前記目的を達成するようにしたものである。

〔作用〕

近距離での障害物検知には、帯域幅の広いフィルタを使
用する。近距離の障害物の反射光は、十分な強度を有す
るので広帯域フィルタ使用により雑音が増大しても信号
対雑音電力比（ＳＮ比）は十分確保可能であり、信号の
なまりも少ないので高い距離精度が得られる。

逆に遠距離の障害物からの反射光は微弱であるが、狭帯
域フィルタの使用により雑音レベルが、低下し、ＳＮ比
を高くできる。

〔実施例〕

以下、発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図において、第２図に示した従来例と異る点は、受
信信号を電気信号に変換した後複数のフィルタを通して
、波形整形する回路と送信タイミングから、時計の開始
をするタイマと、その出力に応じて波形整形回路の出力
を切り替えるスイッチを設けた所にある。

パルス発生回路１のタイミングで送光器２では光パルス
を発生し、レンズ３０を通して送り出される。その発光
タイミングはディテクタ５０により検知され増幅器６０
により増幅され波形整形回路７０においてパルス整形さ
れる。−万障害物。

４０からの反射光はレンズ３１を介してディテクタ５１
により検知され増幅器６１により増幅される。ここまで
は、先に述べた従来例と全く同様である。

増幅器６１の出力は、２個のフィルタＡ■。

Ａ１に入力されてる。フィルタＡ■およびＡ１は、互い
に、通過帯域幅が異っており、フィルタＡ■の方がＡ１
より広帯域である６フイルタ出力は。

それぞれ一定のスレッショルドレベルを有する波形整形
回路７１Ａ、７１Ｂにより波形整形されてスイッチＡ２
に入力される。

一方タイマＡ３は、発光タイミング、すなわち波形整形
回路７０の出力でトリガをかけられ、一定時間後に復帰
するような、いわゆるワン・ショットマルチバイブレー
タである。このタイマＡ３の出力により、波形整形回路
７１Ａ、７１Ｂの出力を切り替えて、ストップパルスと
してカウンタ８に入力する。

フィルタＡ■は広帯域幅であり、雑音が多いが信号レベ
ルの強い近距離の障害物を検知するのに適しているので
、スイッチＡ２は、発光タイミングから一定の時間は、
波形整形回路７１Ａの出力を通すよう動作する。

第４図には、本実施例におけるタイミング・チャートの
一例を示す。Ａは、ディテクタ５ｏによって検知された
実際の発光タイミングでその波形である。光が障害物４
に当たり帰って来るまでの伝搬時間τｐ後には信号が検
知され、広帯域のフィルタＡ■の出力には、第４図Ｂの
如き信号が得られる。広帯域のため受信信号は峻く立ち
上がるが、それと同時に広帯域の雑音が重畳されること
になる。一定のスレッショルドを設けた波形整形回路７
１Ａを通すとＣのごときパルスが得られる。

この信号のタイミングは送信光波形に似ており、検知タ
イミングの誤差は少ない、一方狭帯域フィルタＡ１の出
力は第４図りに示すように、雑音レベルは相対的に減少
するが、波形が、なまるなど歪が発生する。したがって
一定のスレッショルドを設けて波形整形するとＥに示す
ように検知タイミングが、遅れてしまい誤差は大きくな
る。この誤差は、検知距離に対する相対誤差として考え
た場合近距離程大きい。例えば３ｍの誤差を考えた場合
、検知距離３ｍに対しては１００％、１００ｍに対して
は３％となる。

そこで、本実施例においては、第４図Ｆに示すようにタ
イマＡ３により発光タイミングから一定時間の間は広帯
域回路を使用し、その後は狭帯域回路に切り替えて使用
するようにしである。第４図のタイミングではスイッチ
Ａ２の出力はＧのごときとなりカウンタ８のストップ入
力として働く。

波形整形回路７ｏの出力タイミングをスタートして、発
振器９の出力をカウントすることにより計測なされる。

本実施例では、フィルタの数を２個にして説明したが、
目的に応じて更に増して区別けを細かくしても良い。

第５図には本発明の他の実施例を示す。

本実施例が第１図の実施例と異る点はタイマＡ３を省略
し、更にスイッチＡ２を論理回路であるオア回路Ａ４に
より置き替えたところにあり他の部分の構成およびそれ
らの動作は全く同一である。

したがってそれら同一部分についての説明は省略する。

波形整形回路７１Ａ、７１Ｂのいずれかにより検知信号
が発生されるとオア回路Ａ４には検知信号が出力される
ため障害物の検知能力が高まる。

その詳細について以下に述べる。

第６図には受信信号のタイチャートを示す。この図は信
号レベルが充分あり広帯域フィルタＡφでもＳＮ比が良
い場合である。したがってＡのようスレッショルドに対
してＢの如き出力が得られる。Ｂのタイミングは、精度
が高い。一方狭帯域フィルタの出力はＣのようになり、
それに対してＤのごときタイミングが得られ、結局オア
回路Ａ２４の出力はＥの波形が得られる。Ｅの立ち上が
り一を参照すれば、精度の良い測定が可能となる。

ところが、反射光のレベルは、障害物の性質に大きく依
存し、反射率の低いものや、散乱の度合の大きなものに
なると、近距離でもレベルは低下する。そのような場合
の例を第７図に示す。広帯域フィルタＡφの出力はＦの
ようにノイズに埋もれてしまいスレッショルドに達しな
いので波形整形回路７１Ａの出力は発生しない。（Ｇ）
一方狭帯域フィルタＡ１の出力はノイズレベルが低く押
えられる分だけＳＮ比が良くなり波形整形回路７１Ｂの
出力は工のように発生する。結局、オア回路Ａ４の出力
は、Ｊのものが得られる。Ｊの出力は精度は低いが、障
害物の検知確率は向上することになる。又遠距離なれば
相対的な検出精度は良くなるということは言うまでもな
い。

〔発明の効果〕 今、送信光の波形を第８図（１）に示すように５０ナノ
秒のパルス幅を有するものとすると、その電カスベクト
ルは同図（２）に示すごときとなり正負２０　Ｍ　Ｈｚ
の帯域（メインローブ）中には、全電力の９０％以上が
含まれるということが知られている。

約Ｉｏｎｓの立ち上がりを得るために、広帯域フィルタ
Ａφの帯域を２００　Ｍ　Ｈｚとし、狭帯域フィルタＡ
１の帯域幅を２０　Ｍ　Ｈｚとすると、受信帯域幅の相
違による受信電力の差は前述の理由でわずかである。一
方雑音の方は帯域幅に比例するために、１０倍の差が発
生する。従ってＳＮ比はほぼ１０倍の差となって来る。

送信電力（Ｐｔ）と受信電力（ＰＲ）との間には次式の
ごときレーダ方程式と呼ばわるものが適用される。

ｐＲＧＴ　　　　τ　　　πＤ２ □＝　　　　０　　　０□ηＳ ＰＴ　　４πＲ”　　４πＲ”　　４ ここでＧＴ・・・送信アンテナゲイン Ｒ・・・障害物までの距離 ■・・・散乱断面積 Ｄ・・・受信レンズ径 ηＳ・・・システム効率 したがって、受信電力ＰＲは距離の４乗に逆比例するこ
とになる。実際には、散乱断面積が距離の関数となる場
合があり、２乗逆比例特性の場合もありうる。最悪の条
件として４乗特性を仮定して評価することにする。

同一のＳＮ比で比較すると狭帯域の場合、先に述べたよ
うに１０分の１の電力で良いことになる。

したがって光電変換前の比較ではｆＴｉ分の１の光パワ
ーで良いことになる。距離比に直すと１．３倍となる０
例えばＬｏｏｍの検出限界のものに応用すれば、１３０
ｍまで検出限界を延ばすことができることになり感度が
向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路構成図、第２図は従来
例の回路構成図、第３図は送受信のタイミングチャート
、第４図は第１図の実施例の動作を説明するタイミング
チャート、第５図は他の実施例を説明する回路構成図、
第６図、第７図は第５図の実施例の動作説明図、第８図
は信号波形とスペクトルの関係説明図である。 １・・・パルス発生回路、２・・・送光器、８・・・カ
ウンタ、９・・・発振器、３０．３１・・・レンズ、５
０．５１・・・ディテクタ、７０．７１Ａ、７１Ｂ・・
・波形整形回路、ＡＯ，ＡＩ・・・フィルタ、Ａ２・・
・スイッチ、＃１目 Ａ３　　−−−　クイ７ 第２図 第３回 ＄４ＦｉＪ 寮５回 、ｉ５　　　　　　　　　　　　７１５　　　　Ａｌ第
６記　　　　　　第７回 第３」

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　周期的あるいは非周期的にパルス状の光を発する
   送光手段と該送光手段出力光の障害物による反射光を検
   知する手段前記検知手段の出力を増幅する手段前記送光
   タイミングと前記受光タイミングの時間差を計測する手
   段とを有する光レーダ装置において、前記増幅手段を複
   数備え、前記増幅手段に各々一対一に帯域制限手段を備
   えたことを特徴とする車載用光レーダ装置。