JP 2020-85867 A 2020.6.4(57)【要約】【課題】短時間で測定を行うことが可能な距離速度測定装置および距離速度測定方法を提供する。
【解決手段】本発明の距離速度測定装置は、第１の周波数変調連続波発生回路（１０１、１０２、１０４）が第１の周波数変調連続波を生成する。第２の周波数変調連
続波発生回路（１０１、１０３、１０５）は、第１の周波数変調連続波に対して一定の周波数差を有する第２の周波数変調連続波を生成する。送出回路（１０７、１０８）は、第１の周波数変調連続波を送出する。受信回路（１１３、１１４、１１５）は、対象物からの第１の周
波数変調連続波の反射波を受信する。処理回路（１０９、１１０、１１１）は、反射波と第２の周波数変調連続波とから対象物との距離または対象物の相対速度の少な
くとも一方を算出するためのビート信号を生成する。
【選択図】

図１

(2)

JP 2020-85867 A 2020.6.4【特許請求の範囲】【請求項１】
第１の周波数変調連続波を生成する第１の周波数変調連続波発生回路と、
前記第１の周波数変調連続波に対して一定の周波数差を有する第２の周波数変調連続波を生成する第２の周波数変調連続波発生回路と、
前記第１の周波数変調連続波を送出する送出回路と、対象物からの前記第１の周波数変調連続波の反射波を受信する受信回路と、
前記反射波と前記第２の周波数変調連続波とから前記対象物との距離または前記対象物の相対速度の少なくとも一方を算出するためのビート信号を生成する処理回路と、を具備する距離速度測定装置。
【請求項２】
前記反射波と前記第１の周波数変調連続波とから第２のビート信号を生成する第２の処
理回路をさらに具備する請求項１に記載の距離速度測定装置。
【請求項３】
周波数変調連続波を生成する周波数変調連続波発生回路と、
一定周波数連続波を生成する一定周波数連続波発生回路と、
前記周波数変調連続波を送出する送出回路と、対象物からの前記周波数変調連続波の反射波を受信する受信回路と、
前記反射波と前記一定周波数連続波とから前記対象物との距離を算出するための第１のビート信号を生成する第１の処理回路と、
前記反射波と前記周波数変調連続波とから前記対象物の相対速度を算出するための第２のビート信号を生成する第２の処理回路と、を具備する距離速度測定装置。
【請求項４】
前記周波数変調連続波発生回路は、正の周波数掃引の区間と一定周波数の区間とが交互に繰り返される周波数変調連続波を生成する請求項３に記載の距離速度測定装置。
【請求項５】
前記一定周波数連続波発生回路は、前記一定周波数連続波を生成するように周波数掃引
タイミングおよび傾き周波数範囲が設定された周波数掃引機能付き位相同期回路である請求項３または４に記載の距離速度測定装置。
【請求項６】
前記第１の周波数変調連続波と前記第２の周波数変調連続波とから前記第１の周波数変調連続波と前記第２の周波数変調連続波との周波数差を含むデータを生成する第２の処理回路をさらに具備する請求項１または２に記載の距離速度測定装置。
【請求項７】
前記周波数変調連続波と前記一定周波数連続波とから前記周波数変調連続波と前記一定
周波数連続波との周波数差を含むデータを生成する第３の処理回路をさらに具備する請求
項３〜５のいずれか１項に記載の距離速度測定装置。
【請求項８】
前記ビート信号の値が負の値とならないように前記第２の周波数変調連続波が前記第１の周波数変調連続波に対して有する前記一定の周波数差が設定される請求項１、２または６に記載の距離速度測定装置。
【請求項９】
前記送出回路は、周波数変調連続波を光信号に変換して放射し、前記受信回路は、対象物によって反射した光信号を受光して電気信号に変換する、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の距離速度測定装置。
【請求項１０】電子装置によって実行される距離速度測定方法であって、第１の周波数変調連続波を生成するステップと、
前記第１の周波数変調連続波に対して一定の周波数差を有する第２の周波数変調連続波

10

20

30

40

50

(3)

JP 2020-85867 A 2020.6.4を生成するステップと、
前記第１の周波数変調連続波を送出するステップと、対象物からの前記第１の周波数変調連続波の反射波を受信するステップと、
前記反射波と前記第２の周波数変調連続波とから前記対象物との距離または前記対象物の相対速度の少なくとも一方を算出するためのビート信号を生成するステップと、を具備する距離速度測定方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】【０００１】
本発明は、距離速度測定装置および距離速度測定方法に関する。
【背景技術】【０００２】
近年、自動車の自動運転や運転補助システムの研究が進み、センシング手段としての車
載 レ ー ダ が 注 目 さ れ て い る 。 車 載 レ ー ダ の 中 で 、 FMCWレ ー ダ は 、 対 象 物 と の 距 離 と 対 象 物の相対速度を測定できるレーダとして、また、微弱な反射波を検波できるヘテロダイン方式を用いたレーダとして普及しており、電磁波の指向性やアンテナの小型化などの開発が進んでいる。
【０００３】
このような中で、たとえば特許文献１に記載のレーダ装置のように、電磁波をレーザ光に 置 き 換 え て 、 指 向 性 の 向 上 や 小 型 化 、 小 電 力 化 を 目 指 し た FMCW Lidarの 研 究 も 進 め ら れている。
【発明の概要】【発明が解決しようとする課題】【０００４】FMCW Lidarは 、 周 波 数 変 調 連 続 波 で あ る 送 出 波 と 反 射 波 と の 周 波 数 差 か ら 対 象 物 と の 距
離 を 求 め る 。 ま た 、 FMCW Lidarは 、 ド ッ プ ラ 効 果 に よ る 周 波 数 シ フ ト に よ っ て 生 じ る 、 掃引の傾きが正の場合における送出波と反射波との周波数差と、掃引の傾きが負の場合における送出波と反射波との周波数差との違いから対象物の相対速度を求める。
【０００５】
ところで、対象物の相対速度が小さいほど、ドップラ効果による周波数シフトは小さくなる。一般に、波形の測定には、最低でも１周期分以上は必要と考えられるため、周波数シフトが小さいほど、測定時間が長くなってしまう。
周波数シフトを大きくする方法として、送出波の高周波化が考えられる。しかし、たとえ ば 、 車 載 用 FMCWレ ー ダ に お い て は 、 24GHzま た は 77GHzの ミ リ 波 が 規 格 と し て 定 め ら れ て
い る 。 ま た 、 FMCW Lidarに お い て は 、 LDの 動 作 速 度 が 、 現 状 2GHz程 度 と な っ て い る 。 し たがって、送出波の高周波化には限界がある。
【０００６】
本発明の目的は、短時間で測定を行うことが可能な距離速度測定装置および距離速度測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明の距離速度測定装置は、第１の周波数変調連続波を生成する第１の周波数変調連続波発生回路と、前記第１の周波数変調連続波に対して一定の周波数差を有する第２の周波数変調連続波を生成する第２の周波数変調連続波発生
回路と、前記第１の周波数変調連続波を送出する送出回路と、対象物からの前記第１の周
波数変調連続波の反射波を受信する受信回路と、前記反射波と前記第２の周波数変調連続
波とから前記対象物との距離または前記対象物の相対速度の少なくとも一方を算出するためのビート信号を生成する処理回路とを具備する。
【発明の効果】【０００８】

10

20

30

40

50

(4)

JP 2020-85867 A 2020.6.4

本発明によれば、短時間で測定を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】【０００９】【図１】第１実施形態の距離速度測定装置の構成の一例を示すブロック図。
【 図 ２ 】 一 般 的 な FMCW Lidarの 構 成 の 一 例 を 示 す 図 。
【 図 ３ 】 一 般 的 な FMCW Lidarに お け る 参 照 波 お よ び 反 射 波 と そ れ ら の 周 波 数 差 と の 関 係 を示す第１の図（対象物が停止している場合）。
【 図 ４ 】 一 般 的 な FMCW Lidarに お け る 参 照 波 お よ び 反 射 波 と そ れ ら の 周 波 数 差 と の 関 係 を示す第２の図（対象物が動いている場合）。
【図５】第１実施形態の距離速度測定装置の動作を説明するための第１のタイミング図（
相 対 速 度 0km/hの 場 合 ） 。
【図６】第１実施形態の距離速度測定装置の動作を説明するための第２のタイミング図（
相 対 速 度 0km/hで は な い 場 合 ） 。
【図７】第１実施形態の距離速度測定装置の動作手順を示すフローチャート。
【図８】第２実施形態の距離速度測定装置の構成の一例を示すブロック図。
【図９】第３実施形態の距離速度測定装置の構成の一例を示すブロック図。
【図１０】第３実施形態の距離速度測定装置の動作を説明するためのタイミング図。
【図１１】第４実施形態の距離速度測定装置の構成の一例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る距離速度測定装置の構成の一例を示すブロック図である。本実 施 形 態 に お い て は 、 本 発 明 の 距 離 速 度 測 定 装 置 が 、 レ ー ザ 光 を 用 い る FMCW Lidarと し て
実 現 さ れ て い る こ と を 想 定 す る 。 な お 、 FMCW Lidarに 限 ら ず 、 本 発 明 の 距 離 速 度 測 定 装 置
は、周波数連続変調波を用いる様々な種類のレーダとして実現することが可能である。また、以下、対象物との距離とは、距離速度測定装置と対象物との間の距離を意味し、対象物の相対速度とは、距離速度測定装置から対象物を観たときの速度である距離速度測定装置に対する対象物の相対速度を意味するものとする。
【００１１】
こ の 距 離 速 度 測 定 装 置 は 、 基 準 発 振 器 （ Xtal： 水 晶 発 振 器 ） １ ０ １ と 、 周 波 数 掃 引 機 能（ ラ ン プ 機 能 ） 付 き 位 相 同 期 回 路 （ PLL1̲RAMP） １ ０ ２ と 、 電 圧 制 御 発 振 器 （ VCO1） １ ０４とで構成される第１の周波数変調連続波発生回路を有する。また、この距離速度測定装置 は 、 基 準 発 振 器 １ ０ １ と 、 周 波 数 掃 引 機 能 付 き 位 相 同 期 回 路 （ PLL2̲RAMP） １ ０ ３ と 、
電 圧 制 御 発 振 器 （ VCO2） １ ０ ５ と で 構 成 さ れ る 第 ２ の 周 波 数 変 調 連 続 波 発 生 回 路 を 有 す る。
【００１２】
第１の周波数変調連続波発生回路の出力は、コンデンサ１０６を介して定電流バイアス
回 路 （ Bias） １ ０ ７ か ら の 直 流 バ イ ア ス 電 流 と 共 に レ ー ザ ダ イ オ ー ド （ LD） １ ０ ８ に 印 加
して送出波ａ１を出力する。一方、第２の周波数変調連続波発生回路の出力は、参照波ａ
２ と し て 乗 算 回 路 （ MIX） １ １ １ に 加 え ら れ る 。
【００１３】
こ こ で 、 ま ず 、 比 較 例 と し て 、 図 ２ か ら 図 ５ を 参 照 し て 、 一 般 的 な FMCW Lidarの 構 成 と、 当 該 一 般 的 な FMCW Lidarが 距 離 お よ び 相 対 速 度 を 測 定 す る 手 法 と に つ い て 説 明 す る 。
図 ２ は 、 一 般 的 な FMCW Lidarの 構 成 の 一 例 を 示 す 図 で あ る 。
【００１４】FMCW Lidarの 送 出 光 は 、 線 形 の 周 波 数 変 調 連 続 波 で あ り 、 基 準 発 振 器 （ Xtal： 水 晶 発 振器 ） ９ ０ １ と 、 周 波 数 掃 引 機 能 付 き 位 相 同 期 回 路 （ PLL̲RAMP） ９ ０ ２ と 、 電 圧 制 御 発 振 器（ VCO） ９ ０ ３ と に よ っ て 生 成 さ れ る 。 そ し て 、 生 成 さ れ た 線 形 の 周 波 数 変 調 連 続 波 は 、

10

20

30

40

50

(5)

JP 2020-85867 A 2020.6.4

送 出 波 ｂ １ と し て レ ー ザ ダ イ オ ー ド （ LD） ９ ０ ６ に 加 え ら れ 、 光 信 号 に 変 換 さ れ て 外 部 へ送出されるものと、参照波ｂ２として乗算回路９０９に加えられるものとに分かれる。
【００１５】
外部へ送出された光信号のうち、対象物に当たり反射した光信号は、反射波ｂ３として
ア バ ラ ン シ ェ フ ォ ト ダ イ オ ー ド （ APD） ９ １ ２ で 受 光 さ れ 、 電 気 信 号 に 変 換 さ れ て 乗 算 回
路 （ MIX） ９ ０ ９ で 参 照 波 ｂ ２ と 乗 算 さ れ る 。 こ の 時 、 反 射 波 ｂ ３ に は 、 対 象 物 と の 距 離による時間遅れが生じている。また、対象物が動いている場合においては、ドップラ効果
による周波数シフトも生じている。そのため、乗算回路９０９から得られるビート信号（
反射波と参照波との乗算信号）には、参照波ｂ２と反射波ｂ３との周波数差が含まれている。そこで、周波数解析を行って周波数差を求めることで、対象物との距離と対象物の相対速度を求めることができる。
【００１６】
図 ３ お よ び と 図 ４ は 、 一 般 的 な FMCW Lidarに お け る 参 照 波 ｂ ２ お よ び 反 射 波 ｂ ３ と そ れらの周波数差との関係を示す図である。
図３は、対象物が停止している場合であり、図３（Ａ）に示すように、参照波ｂ２に対して反射波ｂ３の周波数は、対象物との間の往復に要する時間遅れている。周波数掃引の傾きが一定なので、図３（Ｂ）に示すように、周波数差ｃ１（参照波−反射波）は、一定
周波数となり、この周波数差から対象物との距離を求めることができる。
【００１７】
一方、図４は、対象物が動いている場合であり、図４（Ａ）において符号ｃ２で示すよ
うに、距離による遅れに加えて、ドップラ効果によって周波数がシフトしている。このため、図４（Ｂ）に示すように、周波数差ｃ１は、掃引の傾きが正の場合と負の場合とで異なり、この正負傾き時の周波数差の違いから相対速度を求めることができる。
【００１８】
ところで、以上のような相対速度測定のためのドップラ効果による周波数シフトは、以下の（式１）で求めることができる。
ド ッ プ ラ 効 果 に よ る 周 波 数 シ フ ト ＝ 2× 相 対 速 度 ÷ 波 長 … （ 式 １ ）
また、（式１）中の波長は、以下の（式２）で求まる。
【００１９】
波長＝光の速さ÷参照波の周波数 …（式２）
こ こ で 、 こ の （ 式 １ ） 、 （ 式 ２ ） に て 、 相 対 速 度 を 1km/h（ 0.28m/s） 、 参 照 波 の 周 波 数を 2GHzと し て 、 ド ッ プ ラ 効 果 に よ る 周 波 数 シ フ ト を 計 算 す る 。
89波 長 ＝ （ 3× 10 ） ÷ （ 2× 10 ） =0.15m
ド ッ プ ラ 効 果 に よ る 周 波 数 シ フ ト ＝ 2× 0.28÷ 0.15≒ 3.73Hz
こ の よ う に 、 相 対 速 度 が 1km/h（ 0.28m/s） と 遅 い 場 合 、 ド ッ プ ラ 効 果 に よ る 周 波 数 シ フトとして得られる周波数は低いものとなる。そして、相対速度が遅ければ遅いほど、周波数シフトは小さくなってしまう。
【００２０】
一般に、波形の測定には、信号のオフセット誤差や波形歪など考慮すると、最低でも１
周 期 分 以 上 は 必 要 と 考 え ら れ る た め 、 ド ッ プ ラ 効 果 に よ る 周 波 数 シ フ ト が 3.73Hzで あ れ ば、 270ms（ 1/3.73Hz） の 測 定 時 間 が 必 要 と な る 。
測定時間を短縮するためには、ドップラ効果による周波数シフトを大きくする必要があ
るが、ドップラ効果による周波数シフトの大きさは、（式１）、（式２）によると、参照
波 の 周 波 数 に 依 存 す る 。 本 実 施 形 態 で 想 定 す る FMCW Lidarに お い て は 、 LDの 動 作 速 度 が 、
現 状 2GHz程 度 と な っ て お り 、 参 照 波 の 高 周 波 化 に は 限 界 が あ る 。
【００２１】
そこで、本実施形態の距離速度測定装置は、このように相対速度が遅い場合など、対象物の相対速度に左右されることなく、短時間で相対速度を測定することができる仕組みを備えたものであり、以下、この点について詳述する。
図１に戻り、本実施形態の距離速度測定装置の説明を続ける。

10

20

30

40

50

(6)

JP 2020-85867 A 2020.6.4【００２２】
周波数掃引機能付き位相同期回路１０２および周波数掃引機能付き位相同期回路１０３は、周波数掃引タイミングや傾き周波数範囲などを、データを書き込むことで容易に制御することができる。また、これらが基準発振器１０１を共有することで、タイミング誤差
や温度特性、経年誤差などが小さくなるようにしている。発光部としてはレーザダイオー
ド （ LD） １ ０ ８ を 用 い て い る 。 受 光 部 は 、 ア バ ラ ン シ ェ フ ォ ト ダ イ オ ー ド （ APD） １ １ ４を用いて、このアバランシェフォトダイオード１１４と抵抗器１１３および抵抗器１１５とで構成している。コンデンサ１１２を介して転送される受信信号（反射波ａ３）の処理
回路は、参照波ａ２および反射波ａ３が与えられる乗算回路１１１、ローパスフィルタ（LPF） １ １ ０ お よ び 可 変 ゲ イ ン ア ン プ （ VGA） １ ０ ９ で 構 成 し て い る 。 受 信 信 号 の 処 理 回 路
か ら の 出 力 は ア ナ ロ グ − デ ジ タ ル 変 換 回 路 （ ADC） を 含 む 信 号 処 理 部 １ １ ６ へ 入 力 さ れ 、
信号処理部１１６において距離や相対速度の算出等の処理が行われる。
【００２３】
レーザダイオード１０８としては、端面発光型レーザや垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）等を用いることができる。特にＶＣＳＥＬは、小型・高集積化が容易であり、端面発光型レーザよりも高周波駆動に適するという点で有利である。
【００２４】
図５および図６は、本実施形態の距離速度測定装置の動作を説明するためのタイミング
図である。
図５は、送出波の周波数と反射波の周波数のピークが同じである、ドップラ効果による
周 波 数 シ フ ト が 無 い 相 対 速 度 0km/hの 場 合 で あ る 。
図５（Ａ）中、符号ａ１が、第１の周波数変調連続波発生回路の出力による送出波を示し、符号ａ２が、第２の周波数変調連続波発生回路の出力による参照波を示す。本実施形
態の距離速度測定装置の構成において、送出波ａ１の周波数に対し、乗算回路１１１の参照波ａ２の周波数は、一定周波数（ｆｂ0）高い周波数を設定している。また、符号ａ３が示す反射波は、対象物との距離に応じて、送出波ａ１から時間遅延する。図５（Ｂ）は、参照波ａ２と反射波ａ３との差周波数であるビート信号ｄ１（ｆｂ）を表している。送出波ａ１の周波数が増加する上り変調期間におけるビート信号ｄ１の周波数（ｆｂ１）と、送出波ａ１の周波数が減少する下り変調期間におけるビート信号ｄ１の周波数（ｆｂ２）との間には、送出波ａ１と参照波ａ２の差周波数ｆｂ0を含む、以下の（式３）、（式４）の関係がある。
【００２５】
ｆｂ１＝ｆｂ0＋ｆｒ …（式３）ｆｂ２＝ｆｂ0−ｆｒ …（式４）
ここで、ｆｒは、反射波の遅延時間τに基づく周波数である。
図５（Ｂ）中、ｆｂ１とｆｂ２の中間値（破線）が、送出波ａ１と参照波ａ２の差周波数ｆｂ0を示している。
【００２６】
一 方 、 図 ６ は 、 相 対 速 度 0km/hで は な い 場 合 で あ る 。 こ の 場 合 、 図 ６ （ Ａ ） に 示 す よ うに、相対速度による周波数変化を含んでおり、反射波ａ３には、距離に応じて生じる時間
遅延に加えて、符号ｄ２で示すように、ドップラ効果による周波数の正負方向のシフトが起こっている。そして、図６（Ｂ）に示す、上り変調期間のビート周波数ｆｂ１と、下り変調期間のビート周波数ｆｂ２との間には、以下の（式５）、（式６）の関係がある。
【００２７】
ｆｂ１＝ｆｂ0＋ｆｒ−ｆｄ …（式５）ｆｂ２＝ｆｂ0−ｆｒ−ｆｄ …（式６）
ここで、ｆｄはドップラシフト周波数である。
この例では、ドップラ効果により、正方向へ周波数シフトが起こり、送出波ａ１の周波数のピークよりも反射波ａ３の周波数のピークが高い値となっている。図５の相対速度０の場合に比べて、ドップラ効果による正のシフト分、ビート周波数は低くなる。

10

20

30

40

50

(7)

JP 2020-85867 A 2020.6.4【００２８】
次に、本実施形態の距離速度測定装置における、測定対象物との距離Ｒと相対速度ｖの算出方法を説明する。
光速をｃとすると、反射波ａ３の遅延時間τは、τ＝２Ｒ／ｃで表される。さらに、送出波ａ１の繰り返し周波数をｆｍ、送出波ａ１の周波数変位幅をΔｆとすると、周波数ｆｒは、
ｆｒ＝τ・Δｆ・２ｆｍ
ｆｒ＝４Ｒ・Δｆ・ｆｍ／ｃで表される。
【００２９】
従って、（式５）、（式６）から、ｆｒ＝（ｆｂ１−ｆｂ２）／２であるので、ビート
信号ｄ１から距離Ｒを決定することができる。
また、送出波ａ１の中心周波数をｆ0とすると、ドップラシフト周波数は、以下の（式７）、（式８）で表される。
ｆｄ＝２ｖ・ｆ０／ｃ …（式７）ｖ＝ｃ・ｆｄ／２ｆ０ …（式８）（式５）、（式６）から、ｆｄ＝ｆｂ0−（ｆｂ１＋ｆｂ２）／２であるので、ビート
信号ｄ１から相対速度ｖを決定することができる。
【００３０】
以上からわかるように、本実施形態の距離速度測定装置においては、相対速度が０または０に近い場合でも、ｆｂ0を適切に設定することで、ｆｄを実用的な時間で測定可能な周波数にすることができる。このため、測定時間が測定対象物との相対距離に左右されることなく、短い時間で相対速度の測定を行うことができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、ビート周波数（ｆｂ）が負の値にならないようにｆｂ0を設定
す る こ と が 好 ま し い 。 つ ま り 、 0Hzで の 折 り 返 し が 発 生 し な い よ う に ｆ ｂ 0 を 設 定 す る こ とが好ましい。ビート周波数は、対象物との距離や対象物の相対速度に依存するため、測定対象とするレンジによってｆｂ0を変化させればよい。
【００３２】
また、参照波ａ２の周波数は、送出波ａ１の周波数に対して負の方向にシフトさせてもよく、この時は「送出波ａ１−参照波ａ２」として周波数差を得ればよい。
図７は、本実施形態の距離速度測定装置の動作手順を示すフローチャートである。
本実施形態の距離速度測定装置においては、第１の周波数変調連続波（送出波）を生成するとともに（ステップＳ１）、この第１の周波数変調連続波に対して一定の周波数差を有する第２の周波数変調連続波（参照波）を生成する（ステップＳ２）。
【００３３】
距離速度測定装置は、第１の周波数変調連続波を送出し（ステップＳ３）、対象物からの第１の周波数変調連続波の反射波を受信する（ステップＳ４）。そして、距離速度測定
装置は、反射波と第２の周波数変調連続波を乗算してビート信号を生成する（ステップＳ
５）。
【００３４】
以下、距離速度測定装置は、ステップＳ１〜ステップＳ４の手順によって得たビート信号を周波数解析して反射波と第２の周波数変調連続波との周波数差を算出し（ステップＳ６）、反射波と第２の周波数変調連続波との周波数差から対象物との距離・相対速度を算出する（ステップＳ７）。
【００３５】
以上のように、本実施形態の距離速度測定装置においては、送出波と参照波との間に一定の周波数差を与えることで、ビート信号として得られる周波数範囲を設定することができる。これにより、本実施形態の距離速度測定装置は、対象物の相対速度に左右されることなく、短時間で相対速度を測定することができる。

10

20

30

40

50

(8)

JP 2020-85867 A 2020.6.4【００３６】（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図８は、本実施形態に係る距離速度測定装置の構成の一例を示すブロック図である。第
１実施形態と同様、本実施形態においても、本発明の距離速度測定装置が、レーザ光を用
い る FMCW Lidarと し て 実 現 さ れ て い る こ と を 想 定 す る 。 ま た 、 前 述 し た よ う に 、 FMCW Lid
arに 限 ら ず 、 本 発 明 の 距 離 速 度 測 定 装 置 は 、 周 波 数 連 続 変 調 波 を 用 い る 様 々 な 種 類 の レ ー
ダとして実現することが可能である。ここでは、第１実施形態と同一の構成要素については同一の符号を用い、それらについての重複する説明を省略する。
【００３７】
本実施形態の距離速度測定装置においては、図１に示した第１実施形態の距離速度測定
装 置 の 構 成 に 対 し て 、 乗 算 回 路 （ MIX） ２ ０ ３ 、 ロ ー パ ス フ ィ ル タ （ LPF） ２ ０ ２ お よ び 可
変 ゲ イ ン ア ン プ （ VGA） ２ ０ １ で 構 成 さ れ る 受 信 信 号 の 処 理 回 路 を 追 加 す る （ 破 線 で 囲 まれた部分）。乗算回路２０３には、第１の周波数変調連続波発生回路の出力が参照波ａ２−２として加えられる。
【００３８】
つまり、乗算回路２０３によって得られるビート信号は、図２から図５を参照して説明し た 一 般 的 な FMCW Lidarで 得 ら れ る ビ ー ト 信 号 と 同 じ で あ る 。 す な わ ち 、 本 実 施 形 態 の 距
離速度測定装置においては、第１実施形態で説明した測定方法で得られるビート信号と、
従来通りの測定方法で得られるビート信号との２種類のビート信号を得られるようにしている。具体的には、本実施形態の距離速度測定装置は、測定状態に応じて、２種類のビー
ト信号のうちの一方を選択できるようにしている。
【００３９】
第１実施形態で説明した測定方法においては、周波数掃引機能付き位相同期回路１０２と周波数掃引機能付き位相同期回路１０３との差周波数の誤差が測定結果に含まれる可能性がある。そこで、本実施形態の距離速度測定装置における信号処理部１１６は、たとえば、測定時間に問題がない場合（相対速度が十分に速い等）においては、従来通りの測定方法を選択（乗算回路２０３の出力を使用）し、一方、相対速度が小さい場合においては、第１実施形態で説明した測定方法を選択（乗算回路１１１の出力を使用）することなどを可能とする。
【００４０】
また、本実施形態の距離速度測定装置における信号処理部１１６は、距離計測においては、従来通りの測定方法を選択（乗算回路２０３の出力を使用）し、一方、相対速度計測
においては、第１実施形態で説明した測定方法を選択（乗算回路１１１の出力を使用）することなども可能となる。
【００４１】
このように、本実施形態の距離速度測定装置においては、参照波の周波数が異なる２つのビート信号が得られ、さらに、たとえば相対速度計測用途と距離計測用途とで使い分けるなど、最適なビート信号を適応的に選択することができるようになる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
【００４２】
図９は、本実施形態に係る距離速度測定装置の構成の一例を示すブロック図である。第
１実施形態および第２実施形態と同様、本実施形態においても、本発明の距離速度測定装置 が 、 レ ー ザ 光 を 用 い る FMCW Lidarと し て 実 現 さ れ て い る こ と を 想 定 す る 。 ま た 、 前 述 した よ う に 、 FMCW Lidarに 限 ら ず 、 本 発 明 の 距 離 速 度 測 定 装 置 は 、 周 波 数 連 続 変 調 波 を 用 いる様々な種類のレーダとして実現することが可能である。ここでは、第１実施形態および第２実施形態と同一の構成要素については同一の符号を用い、それらについての重複する
説明を省略する。
【００４３】

10

20

30

40

50

(9)

JP 2020-85867 A 2020.6.4

本実施形態の距離速度測定装置においては、図８に示した第２実施形態の距離速度測定
装置の構成に対して、周波数掃引機能付き位相同期回路１０３に代えて周波数掃引機能を持 た な い 位 相 同 期 回 路 （ PLL2） ３ ０ １ を 配 置 す る 変 更 を 施 し て い る 。 な お 、 前 述 し た よ うに、周波数掃引機能付き位相同期回路１０３は、周波数掃引タイミングや傾き周波数範囲などを、データを書き込むことで容易に制御することができるので、第２実施形態の距離
速度測定装置における第２の周波数変調連続波発生回路を、一定周波数連続波発生回路として使用するようにしてもよい。
【００４４】
距離測定の場合は、送出波ａ１が対象物に当たり反射波ａ３として受光するまでの時間の遅延を測定するので、周波数掃引とする必要がある。一方、相対速度測定の場合は、ドップラ効果による周波数シフトの測定になるので、周波数掃引とする必要はない。そこで、本実施形態の距離速度測定装置においては、従来通りの測定方法で得られるビート信号に加えて取得するビート信号を得るための参照波ａ２−３を、制御が単純で周波数安定性が望める一定周波数連続波とする。
【００４５】
図１０は、このような構成を有する本実施形態の距離速度測定装置の動作を説明するためのタイミング図である。
本実施形態の距離速度測定装置においては、図１０（Ａ）に示すように、乗算回路１１１の参照波ａ２−３を、乗算回路２０３の参照波ａ２−２より高い一定の周波数に設定する。また、乗算回路２０３の参照波ａ２−２を、正の周波数掃引と一定周波数との繰り返
しとする。
【００４６】
そして、本実施形態の距離速度測定装置の場合、図１０（Ｂ１）において符号ｄ１−２
で示す乗算回路２０３の参照波（ａ２−２）−反射波（ａ３）では、周波数掃引期間で距離の測定を行うこととする（ｅ１：距離の測定ポイント）。また、図１０（Ｂ２）において符号ｄ１−３で示す乗算回路１１１の参照波（ａ２−３）−反射波（ａ３）では、一定
周波数期間で相対速度の測定を行うこととする（ｅ２：相対速度の測定ポイント）。
【００４７】
このように、本実施形態の距離速度測定装置においては、相対速度測定時は一定周波数での制御として周波数掃引誤差をなくすことで、さらに、測定精度と測定速度との両立を可能とする。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
【００４８】
図１１は、本実施形態に係る距離速度測定装置の構成の一例を示すブロック図である。
第１実施形態から第３実施形態と同様、本実施形態においても、本発明の距離速度測定装置 が 、 レ ー ザ 光 を 用 い る FMCW Lidarと し て 実 現 さ れ て い る こ と を 想 定 す る 。 ま た 、 前 述 した よ う に 、 FMCW Lidarに 限 ら ず 、 本 発 明 の 距 離 速 度 測 定 装 置 は 、 周 波 数 連 続 変 調 波 を 用 いる様々な種類のレーダとして実現することが可能である。ここでは、第１実施形態から第３実施形態と同一の構成要素については同一の符号を用い、それらについての重複する説
明を省略する。
【００４９】
本実施形態の距離速度測定装置においては、図１に示した第１実施形態の距離速度測定
装 置 の 構 成 に 対 し て 、 乗 算 回 路 （ MIX） ４ ０ ３ 、 ロ ー パ ス フ ィ ル タ （ LPF） ４ ０ ２ お よ び 可
変 ゲ イ ン ア ン プ （ VGA） ４ ０ １ で 構 成 さ れ る 補 正 用 デ ー タ の 生 成 部 を 追 加 す る （ 破 線 で 囲
まれた部分）。乗算回路４０３には、第１の周波数変調連続波発生回路の出力（ａ１）と第２の周波数変調連続波発生回路の出力（ａ２）とが加えられる。
【００５０】
つまり、本実施形態の距離速度測定装置においては、第１実施形態で説明した測定方法
での測定データ（参照波ａ２および反射波ａ３の差周波数を含むデータ）を生成し、信号

10

20

30

40

50

(10)

JP 2020-85867 A 2020.6.4

処 理 部 の ア ナ ロ グ − デ ジ タ ル 変 換 回 路 （ ADC1） へ 出 力 す る 。 さ ら に 、 乗 算 回 路 ４ ０ ３ に より第１の周波数変調連続波発生回路の出力（送出波）ａ１と第２の周波数変調連続波発生
回路の出力（参照波）ａ２との周波数差を含む補正用データを生成し、信号処理部のアナ
ロ グ − デ ジ タ ル 変 換 回 路 （ ADC2） へ 出 力 す る 。 ADC1か ら の 出 力 お よ び ADC2か ら の 出 力 に 基
づき、信号処理部１１６において距離や相対速度の算出が行われる。
【００５１】
本実施形態の距離速度測定装置においては、送出波ａ１および参照波ａ２との周波数差を含む補正用データを信号処理部１１６に入力しているので、この補正用データに基づき、測定データの補正を行うことができる。電圧制御発振器１０４と電圧制御発振器１０５とは、周波数掃引機能付き位相同期回路１０２や周波数掃引機能付き位相同期回路１０３でフィードバック制御しているが、アナログ電圧値で調整するため、揺らぎが生じる可能性がある。揺らぎが生じると、その周波数がビート信号（ビート周波数）に現れてしまう
ため、この揺らぎを補正できることが好ましい。
【００５２】
本実施形態の距離速度測定装置においては、電圧制御発振器１０４と電圧制御発振器１０５との周波数差を、測定データと同期的に出力される補正用データで計測できるため、測定データに含まれる揺らぎを補正することができる。
このように、本実施形態の距離速度測定装置においては、相対速度と距離に関係なく周波数差を測定することで、さらに、回路誤差などによる影響を低減することができる。
【００５３】
なお、本実施形態では、第１実施形態の距離速度測定装置の構成に対して、電圧制御発振器１０４の出力と電圧制御発振器１０５の出力とを乗算する乗算回路４０３その他を追加したが、第２実施形態の距離速度測定装置の構成または第３実施形態の距離速度測定装置の構成に対して、電圧制御発振器１０４の出力と電圧制御発振器１０５の出力とを乗算する乗算回路４０３その他を追加するようにしてもよい。この場合においても、回路誤差などによる影響をキャンセルすることができる。
【００５４】
以上のように、ここで示したいくつかの実施形態の距離速度測定装置においては、２つの連続波発生回路を設け、それぞれの出力を送出波と参照波とに使い分ける。また、これ
ら２つの連続波発生回路を、予め送出波と参照波との間で一定の周波数差を持つように制御 す る 。 こ れ に よ り 、 相 対 速 度 0km/hか つ 距 離 0ｍ の 状 態 で も 、 ビ ー ト 信 号 に 予 め 与 え て いた送出波と参照波との周波数差が生じ、この周波数差を基点として、相対速度や距離によって周波数が変化することになる。これにより、対象物の相対速度に左右されることなく、短時間で相対速度を測定することが実現される。
【００５５】
なお、以上のいくつかの実施形態の説明は、発明の範囲を限定することを意図するもの
ではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形、変更を行うことができる。
【符号の説明】【００５６】
１０１…基準発振器、１０２，１０３…周波数掃引機能付き位相同期回路、１０４，１０５…電圧制御発振器、１０６，１１２…コンデンサ、１０７…定電流バイアス回路、１０８…レーザダイオード、１０９，２０１，４０１…可変ゲインアンプ、１１０，２０２，４０２…ローパスフィルタ、１１１，２０３，４０３…乗算回路、１１３，１１５…抵抗器、１１４…アバランシェフォトダイオード、１１６…信号処理部、３０１…位相同期回路。
【先行技術文献】【特許文献】【００５７】【特許文献１】特開２０１５−１２９６４６号公報

10

20

30

40

(11)

【図１】

【図３】

【図４】
【図２】

【図５】

【図６】

【図７】

JP 2020-85867 A 2020.6.4

(12)

【図８】

【図９】

【図１０】

【図１１】

JP 2020-85867 A 2020.6.4