(57)【要約】【課題】極めて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簡易な構成のレーダの提供を図る。【解決手段】ＬＤ１３はライトガイド５Ａとレンズ３Ａを介して物標に対して赤外線レーダを照射する。ＰＤ１５Ａは、レンズ３Ｂとライトガイド５Ｂとディフィーザ６を介して入射する光束をホール効果により電流に変換する。ＡＰＤ１５Ｂはレンズ３Ｂとライトガイド５Ｂを介して、ＰＤ１５Ａより多くの光束を受光し、アバランシェ効果により電流に変換する。ＰＤ１５Ａの能動領域は高く、ＡＰＤ１５Ｂの能動領域は低く設定している。ＡＰＤ１５ＢとＰＤ１５Ａそれぞれの出力から、能動領域を広げた合成信号を生成する。【選択図】図２
2008020204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物標に対して照射光を照射する投光部と、入射する光束に応じた信号を出力する第１と第２の受光素子と、物標からの反射光を前記第１と第２の受光素子それぞれに導光する第１と第２の光経路とを有する受光光学系と、を備え、
前記受光光学系は、第１の光経路に第２の光経路よりも多くの光束を導光するものであるレーダ。
【請求項２】
物標に対して照射光を照射する投光部と、入射する光束に応じた信号を出力する第１と第２の受光素子と、物標からの反射光を前記第１と第２の受光素子それぞれに導光する第１と第２の光経路とを有する受光光学系と、を備え、
前記第１と第２の受光素子は、第２の受光素子が受光する光束よりも第１の受光素子が受光する光束が多くなるよう、入射する光束方向に垂直な各受光素子の受光面実効面積を異ならせたものであるレーダ。
【請求項３】
前記第１の受光素子は、少ない光束に比例した信号を出力可能な第１の能動領域を有する高感度素子であり、前記第２の受光素子は、多い光束に比例した信号を出力可能な第２の能動領域を有する低感度素子である請求項１または２に記載のレーダ。
【請求項４】
第１の受光素子はアバランシェフォトダイオードであり、第２の受光素子はＰＩＮ型フォトダイオードである請求項３に記載のレーダ。
【請求項５】
前記受光光学系は反射光を集光する集光レンズを備え、
第１の受光素子を第２の受光素子より集光度の高い位置に配置した請求項１〜４のいずれかに記載のレーダ。
【請求項６】
第１の光経路と第２の光経路とで光束の透過率を異ならせた請求項１〜５のいずれかに記載のレーダ。
【請求項７】
第１の光経路と第２の光経路とで、それぞれに入射する光束方向の入射面実効面積を異ならせた請求項１〜６のいずれかに記載のレーダ。
【請求項８】
前記第１と第２の受光素子それぞれの出力を合成した信号を出力する合成部を備える請求項１〜７のいずれかに記載のレーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、屋外において近赤外光などをレーザダイオードで物標に照射し、光学系を介して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に関する。
【背景技術】
【０００２】
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走査するレーダを用い、反射光を含む入射光から前方の物標（自動車用途のレーダの場合、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。従来のレーダは、レーザダイオードから照射した近赤外線ビームを物標に反射させ、光学系を介して反射光をフォトダイオードに導光し、照射光の投光時から反射光の受光時（反射光の光量ピーク時）までの時間に基づき物標位置を計測するものであった。
【０００３】
レーダに用いられる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、集光レンズによる集光を行ったり、ＰＩＮ型フォトダイオードの出力に増幅器を設けて増幅を行ったりして構成される。しかしこの場合に、背景光やダイオードノイズなども増幅されるため、低輝度な反射光の検出には限界があった。
【０００４】
そこで、受光感度の高いアバランシェフォトダイオードを用いたレーダが知られている（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型フォトダイオードよりも低ノイズで高い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用い、低輝度な反射光から高精度に測距処理を行うものであった。
【特許文献１】特開平１１−１６０４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、一般にこの種の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。
【０００６】
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、検出限界を超える多量の光束の入射により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、低輝度な反射光を検出するために受光素子の受光感度を高めておくと、高輝度な反射光を正確に検出できず、測距精度が低下することがあった。
【０００７】
仮に、レンズに絞りを加えてフォトダイオードに入射する光束を低減させたりすれば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、やはり測距精度が悪化する。
【０００８】
そこでこの発明は、入射光のダイナミックレンジが極めて広い環境であっても、高精度に物標位置を計測することができ、簡易な構成のレーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、物標に対して照射光を照射する投光部と、入射する光束に応じた信号、すなわち、照度と入射面積の積に応じた信号を出力する第１と第２の受光素子と、物標からの反射光を前記第１と第２の受光素子それぞれに導光する第１と第２の光経路とを有する受光光学系と、を備え、前記受光光学系は、第１の光経路に第２の光経路よりも多くの光束を導光するものである。
【００１０】
また、前記第１と第２の受光素子は、第２の受光素子が受光する光束よりも第１の受光素子が受光する光束が多くなるよう、入射する光束方向に垂直な各受光素子の受光面実効面積を異ならせるものである。
【００１１】
即ち、複数の受光素子を設け、第１の光経路に第２の光経路よりも多くの光束を導光したり、各受光素子の受光面実効面積を異ならせたりして、第１の受光素子に第２の受光素子よりも多くの光束を受光させ、それぞれの光束の量を検出する。
【００１２】
またこの発明の前記第１の受光素子は、少量の光束に比例した信号を出力可能な第１の能動領域を有し、前記第２の受光素子は、多量の光束に比例した信号を出力可能な第２の能動領域を有する。
【００１３】
即ち、高感度な第１の能動領域を有する第１の受光素子と、低感度な第２の能動領域を有する第２の受光素子とを用いる。
【００１４】
そして、受光光学系により各光経路の光束の量を異ならせるとともに、受光素子の感度を異ならせる。
【００１５】
例えば、低輝度な入射光が受光光学系に入射した場合には、より多くの光束を受光する高感度な第１の受光素子の出力を用い、高輝度な入射光が受光光学系に入射した場合には、より少ない光束を受光する低感度な第２の受光素子の出力を用いる。したがって、単にそれぞれのフォトダイオードに入射する光束の量を異ならせる場合よりも、よりダイナミックレンジの広い受光光学系への入射光に対しても光束に比例した信号を出力できる。
【００１６】
またこの発明の第１の受光素子はアバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤ）であり、第２の受光素子はＰＩＮ型フォトダイオード（以下、ＰＤ）である。
【００１７】
ＡＰＤはＰＤに比べて極めて高感度な素子であり、少量の光束であっても、その出力信号から物標を検出することができる。また、ＰＤはＡＰＤに比べて多量の光束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。
【００１８】
例えばＡＰＤに高いバイアス電圧を印加して駆動すると、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測定可能になる。また、ＰＤの出力の増幅率を低減して用いると、回路ノイズなどが増幅されることが無く、Ｓ／Ｎ比の低減を抑えて、光束に比例した信号を出力できる。
【００１９】
また、この発明の前記受光光学系は反射光を集光する集光レンズを備え、第１の受光素子を第２の受光素子より集光度の高い位置に配置する。
【００２０】
例えば、低輝度な入射光が受光光学系に入射した場合には、集光レンズの焦点に位置し、より多くの光束を受光する第１の受光素子の出力を用い、高輝度な入射光が受光光学系に入射した場合には、集光レンズの焦点からずれ、より少ない光束を受光する第２の受光素子の出力を用いる。第２の受光素子を第１の受光素子の脇に追加するのみで、各受光素子に入射する光束量を異ならせることができる
また、この発明は第１の光経路と第２の光経路との透過率を異ならせる。
【００２１】
例えば、光経路を導光管で構成する場合には、第１の光経路はそのまま、第２の光経路にディフィーザを設ければよい。また、光経路を分岐ライトガイドで構成する場合には、ディフィーザを設ける以外にも、第１の光経路の構成材の透過率自体を高くするとともに第２の光経路の構成材の透過率自体を低くしたり、第２の光経路の出射側端面の表面に曇り加工を施したりしておくとよい。
【００２２】
また、この発明は第１の光経路と第２の光経路とで、それぞれに入射する光束方向の入射面実効断面積を異ならせる。
【００２３】
例えば、光経路を導光管や分岐ライトガイドで構成する場合には、第１の光経路の入射面断面積は大きく、第２の光経路の入射面断面積小さくしておけばよい。また、例えば、光経路を空洞導光管など壁面での減衰の大きい（壁面で全反射しない）構成にする場合には、第１の光経路は入射面の指向方向を光束方向に、第２の光経路は入射面の指向方向を光束方向から傾けておけばよい。
【００２４】
また、この発明は前記第１と第２の受光素子それぞれの出力を合成した信号を出力する合成部を備える。
【００２５】
したがって低輝度から高輝度にわたる受光光学系への入射光に比例した合成信号を合成できる。
【００２６】
例えば低輝度な入射光が受光光学系に入射した場合には、第２の受光素子の受光する光束よりも多くの光束を受光する第１の受光素子の出力を用い、また、高輝度な入射光が受光光学系に入射した場合には、第１の受光素子よりも少ない光束を受光する第２の受光素子の出力を用い、それぞれの出力を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。したがって極めて広いダイナミックレンジの入射光であっても、この合成信号から物標位置を正確に計測することができる。
【発明の効果】
【００２７】
この発明によれば、複数のフォトダイオードそれぞれが受光する光束の量を異ならせ、フォトダイオードそれぞれの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。また、受光光学系や受光素子を簡易に構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態であるレーダについて説明する。
図１（Ａ）は、レーダの構成を示すブロック図である。レーダ１は、光学ユニット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を備える。
【００２９】
光学ユニット１１は、投光経路と第１受光経路と第２受光経路とを有する。第１受光経路と第２受光経路それぞれは物標方向からの光束をＡＰＤ１５ＢとＰＤ１５Ａに導光する。
【００３０】
ここで、光学ユニット１１の詳細構成を図２に示す。光学ユニット１１は、投光用のレンズ３Ａ、受光用のレンズ３Ｂ、各レンズを連結するレンズフレーム４、投光用のレンズ３Ａの焦点位置に出射面を有するライトガイド５Ａ、受光用のレンズ３Ｂの焦点位置に入射面を有するライトガイド５Ｂ、ライトガイド５Ｂの分岐部７Ａ側の出射面に配したディフィーザ６を備える。ＬＤ１３に入射面を対向させたライトガイド５Ａと投光用のレンズ３Ａにより投光経路を構成している。また、ＰＤ１５Ａに分岐部７Ａ側の出射面を対向させたライトガイド５Ｂとディフィーザ６と受光用のレンズ３Ｂとにより第２受光経路を構成している。また、ＡＰＤ１５Ｂに分岐部７Ｂ側の出射面を対向させたライトガイド５Ｂと受光用のレンズ３Ｂとにより第１受光経路を構成している。なお、ライトガイド５Ｂは分岐ライトガイドであり、分岐部７Ａと分岐部７Ｂそれぞれに等しく光束を分岐する。また、ディフィーザ６は入射する光束の量を所定の透過率で減衰させる。
【００３１】
この光学ユニット１１では、レンズフレーム４をリニアモータ１２により連結し、リニアモータ１２を介してＣＰＵ１８に接続している。レンズフレーム４はリニアモータ１２によって自動車進行方向に対して左右に揺動する。レンズフレーム４の揺動角度は、ＣＰＵ１８の制御によって設定される。なお、レンズフレーム４の揺動角度が、水平（左右）方向の末端で鉛直（上下）方向に変更されるようにすれば、２次元走査を行うことができる。また、水平方向にのみ１次元で走査する場合、自動車前方に鉛直方向に幅広の赤外線ビームを投光し、鉛直方向の投光範囲を確保すれば好適である。また、レンズフレーム４を揺動させてビーム走査を行うのではなく、反射鏡を設けるとともにレンズフレーム４を固定し、反射鏡を揺動させてビーム走査を行うようにしても好適である。
【００３２】
ＬＤ１３はドライバ１４に接続し、ドライバ１４を介してＣＰＵ１８に接続している。ＬＤ１３は半導体赤外線レーザ素子であり、ＣＰＵ１８により設定される発光強度になるようドライバによる制御を受けて赤外光を発光する。ライトガイド５Ａは光ファイバーにより構成し、ＬＤ１３に対向する入射面からＬＤ１３の発光した赤外光が入射される。ライトガイド５Ａはこの赤外光を出射面にまで導光する。これによりレンズ３Ａに対向するライトガイド５Ａの出射面が発光する。投光用のレンズ３Ａはライトガイド５Ａの出射面の発光を集光し、所定の指向性を与え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によってレンズフレーム４が自動車前方の左右所定角度（例えば左右２０度）に揺動されるため、この赤外線ビームも自動車前方の左右所定角度（例えば左右２０度）を走査するよう投光され、物標などにより乱反射される。乱反射された赤外線ビームの一部は反射ビームとして受光用のレンズ３Ｂに入射する。
【００３３】
受光用のレンズ３Ｂは受光した反射ビームなどの入射光を焦点位置に集光する。この焦点位置にはライトガイド５Ｂの入射面を配置している。ライトガイド５Ｂは分岐ライトガイドであり、入射面への入射光の光束を分岐部７Ａと分岐部７Ｂそれぞれに等しい量の光束として分岐する。分岐部７Ａ側の出射面は、入射面に入射した光束の半量の光束をディフィーザ６に照射する。ディフィーザ６はその光束をより少ない光束の量に減衰させる。このディフィーザ６により減量した光束はＰＤ１５Ａに照射する。したがって、このＰＤ１５Ａにレンズ３Ｂの入射光を導光する第２受光経路の透過率は低い。また、分岐部７Ｂ側の出射面は、入射面に入射した光束の半量の光束をＡＰＤ１５Ｂに照射する。したがって、このＡＰＤ１５Ｂにレンズ３Ｂの入射光を導光する第１受光経路の透過率は高い。
【００３４】
このように光学ユニット１１を構成したことにより、ＡＰＤ１５Ｂにより多くの光束が受光され、ＰＤ１５Ａにより少ない光束が受光される。
【００３５】
また図１（Ａ）に示すようにＰＤ１５Ａは受光回路２０Ａを構成している。また、ＡＰＤ１５Ｂは受光回路２０Ｂを構成している。受光回路２０Ａ，２０Ｂそれぞれは、さらにアンプ１６Ａ，１６Ｂ、Ａ／Ｄコンバータ１７Ａ，１７Ｂを備えている。
【００３６】
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。ＰＤ１５Ａ，ＡＰＤ１５Ｂそれぞれに入射する光束により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。
【００３７】
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を印加している。所定量の光束の入射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、光束量に応じた電流がアンプに出力される。
【００３８】
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。
【００３９】
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（アンプ出力が入射する光束の量に対して直線性を示す上限レベル）、または現実的な光束の量の上限に設定し、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）に設定している。なお、具体的にはＣＰＵ１８で非投光時における複数回の光束量を検出し、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に設定している。
【００４０】
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に対しては揺動角度の設定を行い、ドライバ１４に対しては投光強度の設定を行う。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
以上により本実施形態ではレーダ１を構成している。この構成によれば、低輝度な入射光が光学ユニット３１の受光用のレンズ３Ｂに入射した場合には、ＡＰＤ１５Ｂの出力を用い、高輝度な入射光がレンズ３Ｂに入射した場合には、ＰＤ１５Ａの出力を用い、それぞれの出力を組み合わせてダイナミックレンジが広い合成信号を合成する。したがって、レンズ３Ｂへの入射光が低輝度から高輝度にわたる場合でも、この合成信号から物標位置を正確に計測することができる。また、この構成によれば一般的なＰＤ１５ＡとＡＰＤ１５Ｂの構成を用いたまま、ダイナミックレンジを広げて物標位置を正確に計測することができる。
【００４４】
ここでＰＤ１５Ａ、ＡＰＤ１５Ｂに入射する光束の量とアンプ１６Ａ，１６Ｂのアンプ出力との関係、即ちＰＤ１５Ａ、ＡＰＤ１５Ｂの素子特性を図３（Ａ）に示す。また、レンズ３Ｂに入射する光束の量とアンプ１６Ａ，１６Ｂのアンプ出力との関係、即ち受光経路を介した出力特性を図３（Ｂ）に示す。各図の横方向座標軸は光束の量を対数表示している。
【００４５】
各図において、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波形Ｂの光束量の範囲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光束量の領域（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光束量の領域（ｍａｘ（ＰＤ）やｍａｘ（ＡＰＤ）以上の範囲）である。
【００４６】
本発明では、上記したライトガイド５Ｂにより分岐部７Ａと分岐部７Ｂそれぞれに等しい量の光束を導光し、そして分岐部７Ａ側に導光した光束をディフィーザ６により減衰させる。したがって、ＰＤ１５Ａの受光する光束は、レンズ３Ｂに入射した光束の半分より更に少なく、一方、ＡＰＤ１５Ｂ側の受光回路２０Ｂの受光する光束は、レンズ３Ｂに入射した光束の半分である。これにより、実質的な受光回路２０Ｂの能動領域の下限ｍｉｎ（ＡＰＤ）と上限ｍａｘ（ＡＰＤ）は、ダイオードの素子特性の２倍になる。また、実質的な受光回路２０Ａの能動領域の下限ｍｉｎ（ＰＤ）と上限ｍａｘ（ＰＤ）は、ダイオードの素子特性の２倍より大きくなる。
【００４７】
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、各受光回路の受光経路の透過率（ディフィーザ６の透過率）の設定により予め調整可能である。また、各受光回路の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も調整可能である。したがって、本発明ではディフィーザ６を設けて受光経路の透過率を設定するとともに、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している。ディフィーザ６の存在とＣＰＵ１８による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の能動領域は中程度の光束量から多量の光束量までの高輝度な領域になる。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の能動領域は少量の光束量から中程度の光束量までの低輝度な領域になる。そして、受光回路２０Ａのみが動作する光束量領域（ｍｉｎ（ＡＰＤ）〜ｍｉｎ（ＰＤ））と、受光回路２０Ａ，２０Ｂがともに動作する光束量領域（ｍｉｎ（ＰＤ）〜ｍａｘ（ＡＰＤ））と、受光回路２０Ｂのみが動作する光束量領域（ｍａｘ（ＡＰＤ）〜ｍａｘ（ＰＤ））と、が連続するようにしている。
【００４８】
また、ＰＤ１５Ａ、ＡＰＤ１５Ｂに入射する光束の量とＡ／Ｄコンバータ１７Ａ，１７Ｂのディジタル出力との関係を図４（Ａ）に示す。レンズ３Ｂに入射する光束の量とＡ／Ｄコンバータ１７Ａ，１７Ｂのディジタル出力との関係を図４（Ｂ）に示す。なお、各図の横方向座標軸には光束の量を対数表示している。
ディジタル出力（ＰＤ−Ａ／Ｄ，ＡＰＤ−Ａ／Ｄ）は、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の光束量範囲の下限（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。
【００４９】
受光回路２０Ａの測定可能な下限光束量ｍｉｎ（ＰＤ）は、受光回路２０Ｂの下限光束量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の上限光束量ｍａｘ（ＰＤ）は受光回路２０Ｂの上限光束量ｍａｘ（ＡＰＤ）よりも大きく、受光回路２０Ａはきわめて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は上限光束量ｍａｘ（ＡＰＤ）が受光回路２０Ａの上限光束量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は下限光束量ｍｉｎ（ＡＰＤ）が受光回路２０Ａの下限光束量ｍｉｎ（ＰＤ）よりも大きく、極めて低輝度な反射光であっても検出することができる。
【００５０】
このように受光回路２０Ａと受光回路２０Ｂそれぞれの能動領域をオーバーラップさせることで、オーバーラップさせた能動領域の入射光、即ち中輝度の入射光に対して、受光回路２０Ａと受光回路２０Ｂそれぞれで測定を行うことができる。また、極めて低輝度な入射光を、より多くの光束を受光する高感度に設定したＡＰＤで正確に検出でき、極めて高輝度な入射光を、より少ない光束を受光する低感度に設定したＰＤで正確に検出できる。
【００５１】
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５に示す。図５（Ａ）は、自動車前方に存在する物体を表し、図５（Ｂ）は受光回路２０Ａのアンプ出力を表し、図５（Ｃ）は受光回路２０Ｂのアンプ出力を表したものである。
【００５２】
同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、反射光光束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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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レベル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。
【００５６】
ここで、図６にＣＰＵ１８が行う信号合成処理のフローを示す。
【００５７】
（Ｓ１１）ＣＰＵ１８はドライバ１４に投光指示する。これにより、ＬＤ１３が赤外線ビームを投光する。
【００５８】
（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で増幅し、Ａ／Ｄコンバータ１７でディジタル出力に変換する。
【００５９】
（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。
【００６０】
（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５（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５（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。
【００６１】
（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の光束量は、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の光束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に比べて、ＰＤを備える受光回路２０Ａが１／１６の大きさで出力を行うよう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。
【００６２】
（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、光束量分布を正確に反映した合成信号を得ることができ、飽和によりＡＰＤを備える受光回路２０Ｂでは検出できなかった物標についても受光回路２０Ａにより検出し、ＰＤを備える受光回路２０Ａで検出できなかった微弱な反射光についても、受光回路２０Ｂにより検出できる。
【００６３】
（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。
【００６４】
（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１は、自動車前方の左右所定角度（例えば左右２０度）に赤外線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走査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。
【００６５】
（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に送信し、クルージングコントロールや緊急停止などに用いる。
【００６６】
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、時間継続的に光束量の情報を受信し、これらの取得タイミングを記録する。ＣＰＵ１８は、赤外線ビームの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光束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、赤外線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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
なお、仮に受光回路２０Ａと受光回路２０Ｂに用いるフォトダイオードを、同じ感度特性のものに代用したとしても、第１受光経路と第２受光経路を介して各フォトダイオードに入射する光束量を異ならせることで、ダイナミックレンジを広げて物標の測距処理を行うことができる。
【００７０】
また、ＣＰＵ１８は、さらに故障検知処理を行なう。
【００７１】
ここで、図７（Ａ）にＣＰＵ１８の行う故障検知処理の判定フローを示す。
【００７２】
（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。
【００７３】
（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。
【００７４】
（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の出力に比べて、ＰＤを備える受光回路２０Ｂの出力が１／１６になるよう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。
【００７５】
それらの値が等しい（近似する）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。
【００７６】
ここで、図７（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。
【００７７】
（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。
【００７８】
（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。
【００７９】
（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。
【００８０】
このように、ＰＤを備える受光回路２０Ａと、ＡＰＤを備える受光回路２０Ｂそれぞれの測定可能な能動領域がオーバーラップする範囲での電流波形を比較し、一方の故障検知を行う。そして、一方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、たとえ一方の受光回路が故障した場合であっても、測定可能な能動領域が低減されることを抑制できる。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
以下、図８（Ａ）に基づいて、その場合の処理フローを説明する。
【００８４】
（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。
【００８５】
（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。
【００８６】
（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。
【００８７】
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。
【００８８】
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８（Ｂ）に示す温度補償処理を行う。
【００８９】
（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。
【００９０】
（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。
【００９１】
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。
【００９２】
以上のように本実施形態では、受光用のレンズ３Ｂで受光した入射光をＰＤ１５ＡとＡＰＤ１５Ｂに分岐して出射するが、本発明はこのような形態に限らず、ＰＤ１５ＡとＡＰＤ１５Ｂが異なる光束量を受光する構成であればどのような光学ユニットの構成でも実施できる。例えば、集光度の異なる複数のレンズを設けてそれぞれの入射光をＰＤ１５ＡとＡＰＤ１５Ｂに受光させるようにしても良いが、本実施形態で示したように単一のレンズを用いた簡易な構成の光学系ユニットを用いれば好適である。
【００９３】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は第１の実施形態と光学ユニットおよびフォトダイオードの構成が異なる。以下の説明では上記実施形態と同一の構成に同一の符号を付して説明を省略する。
【００９４】
ここで、光学ユニットの詳細構成を図９（Ａ）に示す。光学ユニット２１の受光経路は、受光用のレンズ３Ｂと、ライトガイド２５Ｂにより構成している。受光用のレンズ３Ｂは受光した反射ビームなどの入射光を焦点位置に集光する。この焦点位置にはライトガイド２５Ｂの入射面を配置している。ライトガイド２５Ｂは光ファイバーからなり、入射面への入射光により出射面が発光する。
【００９５】
ライトガイド２５Ｂの出射面にはフォトダイオードユニット２２を対向配置している。ここでフォトダイオードユニット２２の詳細構成を図９（Ｂ）に示す。
【００９６】
フォトダイオードユニット２２はＡＰＤ１５ＢとＰＤ１５Ａを同基板に形成したものである。また、ＡＰＤ１５ＢとＰＤ１５Ａはその受光面積を異ならせ、ＡＰＤ１５Ｂの受光面積をＰＤ１５Ａの受光面積を大きく形成したものである。
【００９７】
このように光学ユニット２１およびフォトダイオードユニット２２を構成することで、受光面積の大きなＡＰＤ１５Ｂはより多くの光束を受光し、受光面積の小さなＰＤ１５Ａはより少ない光束を受光する。ＡＰＤ１５Ｂに入射する光束の経路が第１受光経路であり、ＰＤ１５Ａに入射する光束の経路が第２受光経路である。低輝度な入射光が光学ユニット２１の受光用のレンズ３Ｂに入射した場合には、ＡＰＤ１５Ｂの出力を用い、高輝度な入射光がレンズ３Ｂに入射した場合には、ＰＤ１５Ａの出力を用い、それぞれの出力を組み合わせてダイナミックレンジが広い合成信号を合成する。したがって、レンズ３Ｂへの入射光が低輝度から高輝度にわたる場合でも、この合成信号から物標位置を正確に計測することができる。
【００９８】
本実施形態によれば分岐ラインガイドなどを備えた複雑な構成の光学系ユニットを用いる必要がなく、従来の光学系ユニットの構成をそのまま流用できる。
【００９９】
なお、受光面積を異ならせる以外にも、例えば、それぞれ受光面積が等しいＡＰＤ１５ＢとＰＤ１５Ａを異なる基板に形成し、ＰＤ１５Ａの受光面指向方向を光束方向から傾かせて、実質的な受光面積（受光面実効面積）を低減させるようにしてもよい。その場合には受光素子の受光面積に依存しないために、一般的な構成の受光素子を用いてレーダを構成できる。
【０１００】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は第１の実施形態と光学ユニットの構成と、フォトダイオードの配置位置が異なる。以下の説明では上記実施形態と同一の構成に同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０１】
ここで、光学ユニットの詳細構成を図１０に示す。光学ユニット３１の投光経路は、投光用のレンズ３Ａと、レンズ３Ａを保持する空洞導光管３２Ａとにより構成している。また、光学ユニット３１の受光経路は、受光用のレンズ３Ｂと、レンズ３Ｂを保持する空洞導光管３２Ａとにより構成している。
【０１０２】
ＬＤ１３は、投光用のレンズ３Ａの焦点位置に発光面が位置するように配置している。ＡＰＤ１５Ｂは受光用のレンズ３Ｂの焦点位置に受光面が位置するように配置している。ＰＤ１５ＢはＡＰＤ１５Ｂの脇に、受光用のレンズ３Ｂの焦点位置からずらして配置している。受光用のレンズ３Ｂは入射光を空洞導光管３２Ａ内の焦点位置に集光するが、焦点位置以外の空洞導光管３２Ａ内の位置にも漏れ光を照射する。ＡＰＤ１５Ｂに入射する集光された光束の経路が第１受光経路であり、ＰＤ１５Ａに入射する漏れ光の光束の経路が第２受光経路である。
【０１０３】
このように光学ユニット３１を構成し、ＰＤ１５ＡおよびＡＰＤ１５Ｂを配置することで、集光度の大きい焦点位置に配置するＡＰＤ１５Ｂがより多くの光束を受光し、集光度の小さい漏れ光が照射される位置に配置するＰＤ１５Ａがより少ない光束を受光する。そして低輝度な入射光が光学ユニット３１の受光用のレンズ３Ｂに入射した場合には、ＡＰＤ１５Ｂの出力を用い、高輝度な入射光がレンズ３Ｂに入射した場合には、ＰＤ１５Ａの出力を用い、それぞれの出力を組み合わせてダイナミックレンジが広い合成信号を合成する。したがって、レンズ３Ｂへの入射光が低輝度から高輝度にわたる場合でも、この合成信号から物標位置を正確に計測することができる。
【０１０４】
本実施形態によれば複雑な構成の光学系ユニットを用いる必要がなく、簡易な光学系ユニットの構成であってもそのまま流用できる。
【０１０５】
なお、本実施形態の構成ではレンズ３Ａ，３Ｂと、ＬＤ１３，ＰＤ１５Ａ，ＡＰＤ１５Ｂとの配置を相対的に固定させておく必要があるため、リニアモータ１２による揺動動作は光学ユニット３１全体に対して行うように構成すると好適である。
【０１０６】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態は第３の実施形態と光学ユニットの構成と、フォトダイオードの配置位置が異なる。以下の説明では上記実施形態と同一の構成に同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０７】
ここで、光学ユニットの詳細構成を図１１に示す。光学ユニット４１は、受光用のレンズ３Ｂと、レンズ３Ｂを保持する空洞導光管４２Ｂとにより構成している。
【０１０８】
空洞導光管４２Ｂは、壁面の一部に開口４３を設けたものである。開口４３の開口面積は空洞導光管４２Ｂの導光管断面積よりも小さく、開口面指向方向は空洞導光管の導光管指向方向と垂直である。
【０１０９】
ＡＰＤ１５Ｂは受光用のレンズ３Ｂの空洞導光管４２Ｂ内の焦点位置に受光面が位置するように配置している。ＰＤ１５Ｂは空洞導光管４２Ｂに設けた開口４３の底面に配置している。受光用のレンズ３Ｂは受光した反射ビームなどの入射光を空洞導光管４２Ａ内の焦点位置に集光するが、空洞導光管４２Ａ内の焦点位置以外の位置にも漏れ光を照射する。ＡＰＤ１５Ｂに入射する集光された光束の経路が第１受光経路であり、ＰＤ１５Ａに入射する漏れ光の光束の経路が第２受光経路である。
【０１１０】
このように光学ユニット４１を構成したことにより、空洞導光管４２Ｂの底面に配置されるＡＰＤ１５Ｂがより多くの光束を受光し、開口面積が小さく開口面指向方向が空洞導光管の導光管指向方向から傾いた開口４３の底面に配置されるＰＤ１５Ａがより少ない光束を受光する。そして低輝度な入射光が光学ユニット３１の受光用のレンズ３Ｂに入射した場合には、ＡＰＤ１５Ｂの出力を用い、高輝度な入射光がレンズ３Ｂに入射した場合には、ＰＤ１５Ａの出力を用い、それぞれの出力を組み合わせてダイナミックレンジが広い合成信号を合成する。したがって、レンズ３Ｂへの入射光が低輝度から高輝度にわたる場合でも、この合成信号から物標位置を正確に計測することができる。
【０１１１】
本実施形態によればレンズを保持する筐体などの壁面に開口を設けてその底面にＰＤを配置する簡易な構成でダイナミックレンジを広げて物標位置を正確に計測することができる。
【０１１２】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態は第２の実施形態の光学ユニットの構成に反射鏡を追加したものである。また、ＰＤの配置位置が異なるものである。以下の説明では上記実施形態と同一の構成に同一の符号を付して説明を省略する。
【０１１３】
ここで、光学ユニットの詳細構成を図１２に示す。光学ユニット５１は、反射鏡５２と、受光用のレンズ３Ｂと、ライトガイド２５Ｂと、を備える。反射鏡５２は、投光用のレンズ３Ａからの赤外線ビームと、受光用のレンズ３Ｂに入射する反射ビームを反射する位置に配置している。反射鏡５２の受光用のレンズ５Ｂの指向性を反射する位置には、開口５２Ａを設けている。開口５２Ａの開口面積は反射鏡５２への反射ビームの入射面断面積よりも小さく形成している。
【０１１４】
開口５２Ａの底面にはＰＤ１５Ａを配置する。ＰＤ１５Ａは開口５２Ａを介して、反射鏡に入射する全方位からの拡散光の漏れ光を受光する。
【０１１５】
受光用のレンズ３Ｂの焦点位置にはライトガイド２５Ｂの入射面を配置し、ライトガイド２５Ｂの出射面にＡＰＤ１５Ｂを配置している。したがってＡＰＤ１５Ｂの配置位置の集光度は高い。
【０１１６】
このＰＤ１５ＡおよびＡＰＤ１５Ｂは、感応周波数を赤外光領域に設定したものであり、赤外線ビームを効率的に受光するものである。なお、反射鏡に入射する拡散光には物標方向からの赤外線ビーム以外にも、全方向からの赤外光領域の背景光が含まれるため、ＰＤ１５ＡおよびＡＰＤ１５Ｂの感応周波数を背景光のあまり含まない周波数に設定しておくと好適である。また、投光する赤外線ビームを符号変調しておき、ＰＤ１５ＡおよびＡＰＤ１５Ｂで受光して復調するようにしても背景光成分の影響を除くことができ好適である。
【０１１７】
ＡＰＤ１５Ｂは受光用のレンズ３Ｂの焦点位置に入射面を設けたライトガイド２５Ｂの出射面から、集光度の高い光束を受光する。一方、ＰＤ１５Ａは、反射鏡に入射する拡散光の漏れ光を受光する。
【０１１８】
このように光学ユニット５１を構成したことにより、ＡＰＤ１５Ｂはレンズ３Ｂが集光した多くの光束を受光し、ＰＤ１５ＡはＡＰＤ１５Ｂよりも少ない、漏れ光による光束を受光する。そしてＡＰＤ１５Ｂの出力とＰＤ１５Ａの出力を組み合わせてダイナミックレンジが広い合成信号を合成する。したがって、レンズ３Ｂへの入射光が低輝度から高輝度にわたる場合でも、この合成信号から物標位置を正確に計測することができる。
【０１１９】
本実施形態によれば反射鏡に開口を設けてその底面にＰＤを配置するような、簡易な構成でダイナミックレンジを広げて物標位置を正確に計測することができる。
【０１２０】
なお、以上の各実施形態では、レーダ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走査するレーダであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】第1の実施形態のレーダ構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態の光学ユニットの構成を示すブロック図である。
【図３】受光回路のアンプ出力を説明する図である。
【図４】受光回路のディジタル出力を説明する図である。
【図５】物標からの反射光を説明する図である。
【図６】ＣＰＵの信号合成処理を説明するフローである。
【図７】ＣＰＵの故障検知処理を説明するフローである。
【図８】ＣＰＵの温度補償処理を説明するフローである。
【図９】第２の実施形態の光学ユニットの構成を示すブロック図である。
【図１０】第３の実施形態の光学ユニットの構成を示すブロック図である。
【図１１】第４の実施形態の光学ユニットの構成を示すブロック図である。
【図１２】第５の実施形態の光学ユニットの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１−レーダ
２−車両制御装置
３Ａ，３Ｂ−レンズ
４−レンズフレーム
５Ａ，５Ｂ，２５Ｂ−ライトガイド
６−ディフィーザ
７Ａ，７Ｂ−分岐部
１１，２１，３１，４１，５１−光学ユニット
１２−リニアモータ
１３−ＬＤ
１４−ドライバ
１５Ａ−ＰＩＮ型フォトダイオード（ＰＤ）
１５Ｂ−アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）
１６Ａ，１６Ｂ−アンプ
１７Ａ，１７Ｂ−Ａ／Ｄコンバータ
１８−ＣＰＵ
１９−メモリ
２０Ａ，２０Ｂ−受光回路
２２−フォトダイオードユニット
３２，４２−空洞導光管
４３，５２Ａ−開口
５２ー反射鏡
Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ−メモリエリア
【図１】
2008020204.tif 000003
【図２】
2008020204.tif 000004
【図３】
2008020204.tif 000005
【図４】
2008020204.tif 000006
【図５】
2008020204.tif 000007
【図６】
2008020204.tif 000008
【図７】
2008020204.tif 000009
【図８】
2008020204.tif 000010
【図９】
2008020204.tif 000011
【図１０】
2008020204.tif 000012
【図１１】
2008020204.tif 000013
【図１２】
2008020204.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成19年6月11日(2007.6.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
この発明は、屋外において近赤外光などを発光素子で物標に照射し、光学系を介してその反射光を受光素子で受光して物標との距離を測定するレーダに関する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
ＡＰＤはＰＤに比べて極めて高感度な素子であり、少量の光束であっても、その出力信号から物標を検出することができる。また、ＰＤはＡＰＤに比べて多量の光束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少ない。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
この発明によれば、複数の受光素子それぞれが受光する光束の量を異ならせたので、低反射体を検出しながら、高反射体のピークの検出が行える。また、受光光学系や受光素子を簡易に構成できる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
以上により本実施形態ではレーダ１を構成している。この構成によれば、低輝度な入射光が光学ユニット１１の受光用のレンズ３Ｂに入射した場合には、ＡＰＤ１５Ｂの出力を用い、高輝度な入射光がレンズ３Ｂに入射した場合には、ＰＤ１５Ａの出力を用い、それぞれの出力を組み合わせてダイナミックレンジが広い合成信号を合成する。したがって、レンズ３Ｂへの入射光が低輝度から高輝度にわたる場合でも、この合成信号から物標位置を正確に計測することができる。また、この構成によれば一般的なＰＤ１５ＡとＡＰＤ１５Ｂの構成を用いたまま、ダイナミックレンジを広げて物標位置を正確に計測することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
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、時間継続的に光束量の情報を受信し、これらの取得タイミングを記録する。ＣＰＵ１８は、赤外線ビームの投光を指示したタイミングから受光のタイミングまでの時間を測定することで物標までの距離を演算することができる。ＣＰＵ１８は、時間軸において検出した光束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、赤外線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。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０２】
ＬＤ１３は、投光用のレンズ３Ａの焦点位置に発光面が位置するように配置している。ＡＰＤ１５Ｂは受光用のレンズ３Ｂの焦点位置に受光面が位置するように配置している。ＰＤ１５ＡはＡＰＤ１５Ｂの脇に、受光用のレンズ３Ｂの焦点位置からずらして配置している。受光用のレンズ３Ｂは入射光を空洞導光管３２Ｂ内の焦点位置に集光するが、焦点位置以外の空洞導光管３２Ｂ内の位置にも漏れ光を照射する。ＡＰＤ１５Ｂに入射する集光された光束の経路が第１受光経路であり、ＰＤ１５Ａに入射する漏れ光の光束の経路が第２受光経路である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０９】
ＡＰＤ１５Ｂは受光用のレンズ３Ｂの空洞導光管４２Ｂ内の焦点位置に受光面が位置するように配置している。ＰＤ１５Ａは空洞導光管４２Ｂに設けた開口４３の底面に配置している。受光用のレンズ３Ｂは受光した反射ビームなどの入射光を空洞導光管４２Ｂ内の焦点位置に集光するが、空洞導光管４２Ｂ内の焦点位置以外の位置にも漏れ光を照射する。ＡＰＤ１５Ｂに入射する集光された光束の経路が第１受光経路であり、ＰＤ１５Ａに入射する漏れ光の光束の経路が第２受光経路である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１３】
ここで、光学ユニットの詳細構成を図１２に示す。光学ユニット５１は、反射鏡５２と、受光用のレンズ３Ｂと、ライトガイド２５Ｂと、を備える。反射鏡５２は、投光用のレンズ３Ａからの赤外線ビームと、受光用のレンズ３Ｂに入射する反射ビームを反射する位置に配置している。反射鏡５２の受光用のレンズ３Ｂの指向性を反射する位置には、開口５２Ａを設けている。開口５２Ａの開口面積は反射鏡５２への反射ビームの入射面断面積よりも小さく形成している。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２２】
１−レーダ
２−車両制御装置
３Ａ，３Ｂ−レンズ
４−レンズフレーム
５Ａ，５Ｂ，２５Ｂ−ライトガイド
６−ディフィーザ
７Ａ，７Ｂ−分岐部
１１，２１，３１，４１，５１−光学ユニット
１２−リニアモータ
１３−ＬＤ
１４−ドライバ
１５Ａ−ＰＩＮ型フォトダイオード（ＰＤ）
１５Ｂ−アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）
１６Ａ，１６Ｂ−アンプ
１７Ａ，１７Ｂ−Ａ／Ｄコンバータ
１８−ＣＰＵ
１９−メモリ
２０Ａ，２０Ｂ−受光回路
２２−フォトダイオードユニット
３２，４２−空洞導光管
４３，５２Ａ−開口
５２−反射鏡
Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ−メモリエリア