特許 6146295 レーダ装置および速度の方向測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6146295

(24)【登録日】2017年5月26日

(45)【発行日】2017年6月14日

(54)【発明の名称】レーダ装置および速度の方向測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 17/58 20060101AFI20170607BHJP

   G02B 6/126 20060101ALI20170607BHJP

【ＦＩ】

   G01S17/58

   G02B6/126

【請求項の数】1

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2013-269793(P2013-269793)

(22)【出願日】2013年12月26日

(65)【公開番号】特開2015-125062(P2015-125062A)

(43)【公開日】2015年7月6日

【審査請求日】2015年4月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100087723

【弁理士】

【氏名又は名称】藤谷 修

(72)【発明者】

【氏名】井上 大介

(72)【発明者】

【氏名】山下 達弥

(72)【発明者】

【氏名】市川 正

(72)【発明者】

【氏名】加藤 覚

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 和男

【審査官】 三田村 陽平

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００２／０１０５６３２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭６１−０６２８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３３８２２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２６６８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２７４２３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１９２４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５１４９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２３２１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２４８１２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１１３０７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１２−５２２３０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ７／４８− ７／５１

Ｇ０１Ｓ ７／００− ７／４２

Ｇ０１Ｓ １７／００−１７／９５

Ｇ０１Ｓ １３／００−１３／９５

Ｇ０２Ｂ ６／１２− ６／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物にレーザー光を照射し、前記対象物によって反射されたレーザー光を検出して解析する車載用のレーダ装置において、
前記対象物の運動によるドップラー周波数ｆｄの測定可能な最小値よりも小さな周波数ｆ０の周期信号で強度変調されたレーザー光を前記対象物に照射する送信手段と、
受信したレーザー光と送信前のレーザー光とを合波して光ヘテロダイン検波する第１検波手段と、受信したレーザー光と送信前のレーザー光のうち一方の位相を９０°シフトして他方と合波し、光ヘテロダイン検波する第２検波手段とを有した検波手段と、
前記第１検波手段と前記第２検波手段から出力される電気信号をＩ信号、Ｑ信号とする複素信号として、その複素信号を周波数解析してドップラー周波数ｆｄを求め、そのドップラー周波数ｆｄの正負から前記対象物の速度の方向を測定する周波数解析手段と、
前記検波手段からの前記電気信号のうち、周波数ｆ０近傍の帯域を通過させるＢＰＦを有し、前記ＢＰＦからの信号の周波数ｆ０の成分と前記周期信号との位相差を検出し、前記対象物までの距離を測定する位相差検出手段と、
を有し、
前記検波手段および前記送信手段は、光集積回路により構成され、
前記光集積回路は、ＳｉＯ₂ 基板上に線路状にＳｉが形成された光導波路と、前記第１検波手段である第１フォトダイオードと、前記第２検波手段であるπ／２移相器および第２フォトダイオードと、前記送信手段における強度変調の手段であるリングモジュレータと、レーザー光を受信する偏光補正回折格子と、前記偏光補正回折格子からの光のうち前記レーザー光の波長近傍の帯域を透過させる光ＢＰＦであるリング共振器とを有し、前記π／２移相器は、前記光導波路とヒータとを有し、
前記レーザー光の波長は８００〜１７００ｎｍであり、
前記周期信号は、余弦波であり、その周波数ｆ０は５０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下である、
ことを特徴とするレーダ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザー光を対象物に照射し、対象物により反射されたレーザー光を検出して、対象物の速度の方向を測定するレーダ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザー光を対象物に照射し、対象物によって反射されたレーザー光を受光して解析することにより、対象物の距離および速度を測定するレーダ装置（ＬＩＤＡＲ）が従来知られている。

【0003】

そのようなレーダ装置を車両に搭載して、歩行者や前方車両などの対象物の距離、速度を検出し、対象物との衝突回避などに利用することが進められている。その場合、速度の方向（対象物が車両に近づきつつあるのか、それとも離れつつあるのか）は非常に重要な情報となる。

【0004】

速度を求める方法としてはドップラー周波数ｆｄを測定する方法がある。そして速度の方向を測定するには、ドップラー周波数ｆｄの正負を測定する必要がある。従来はこれを測定するためにＡＯＭ（音響光学変調器）を用いてレーザー光をＦＳＫ変調することが行われている。

【0005】

たとえば特許文献１では、以下のようにしてドップラー周波数ｆｄの正負を測定している。周波数ｆ０のレーザー光をＦＳＫ変調し、ｆ０＋ｆ１、ｆ０＋ｆ２に周波数を変調する。そして、その周波数変調されたレーザー光を対象物に照射し、対象物からの反射光を受光する。受光したレーザー光とローカル光とを合波して光ヘテロダイン検波し、周波数がｆｄ＋ｆ１、ｆｄ＋ｆ２の２値をとる電気信号に変換する。次に、周波数（ｆ１＋ｆ２）／２の信号と乗算し、（ｆ２−ｆ１）／２−ｆｄと（ｆ２−ｆ１）／２＋ｆｄの２値をとる信号に変換する。さらに、周波数（ｆ２−ｆ１）／２の信号で直交検波することにより、ｆｄと−ｆｄのＩＱ信号を得る。そして、そのＩＱ信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）して周波数スペクトルを算出し、ドップラー周波数ｆｄを求める。ここで、直交検波しているためドップラー周波数ｆｄは正負を測定することができ、その正負によって速度の方向を測定することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第３８７２０８２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、ＡＯＭは高価であり、レーダ装置が高コストとなる問題があった。また、ＡＯＭは表面弾性波を利用するため、集積化が困難であり、レーダ装置の低コスト化や小型化が困難であった。

【0008】

そこで本発明は、安価に速度の方向を測定することができるレーダ装置を実現することが目的である。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、対象物にレーザー光を照射し、対象物によって反射されたレーザー光を検出して解析する車載用のレーダ装置において、対象物の運動によるドップラー周波数ｆｄの測定可能な最小値よりも小さな周波数ｆ０の周期信号で強度変調されたレーザー光を対象物に照射する送信手段と、受信したレーザー光と送信前のレーザー光とを合波して光ヘテロダイン検波する第１検波手段と、受信したレーザー光と送信前のレーザー光のうち一方の位相を９０°シフトして他方と合波し、光ヘテロダイン検波する第２検波手段とを有した検波手段と、第１検波手段と第２検波手段から出力される電気信号をＩ信号、Ｑ信号とする複素信号として、その複素信号を周波数解析してドップラー周波数ｆｄを求め、そのドップラー周波数ｆｄの正負から対象物の速度の方向を測定する周波数解析手段と、検波手段からの電気信号のうち、周波数ｆ０近傍の帯域を通過させるＢＰＦを有し、ＢＰＦからの信号の周波数ｆ０の成分と周期信号との位相差を検出し、対象物までの距離を測定する位相差検出手段と、を有し、検波手段および送信手段は、光集積回路により構成され、光集積回路は、ＳｉＯ₂ 基板上に線路状にＳｉが形成された光導波路と、第１検波手段である第１フォトダイオードと、第２検波手段であるπ／２移相器および第２フォトダイオードと、送信手段における強度変調の手段であるリングモジュレータと、レーザー光を受信する偏光補正回折格子と、偏光補正回折格子からの光のうちレーザー光の波長近傍の帯域を透過させる光ＢＰＦであるリング共振器とを有し、π／２移相器は、光導波路とヒータとを有し、レーザー光の波長は８００〜１７００ｎｍであり、周期信号は、余弦波であり、その周波数ｆ０は５０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下である、ことを特徴とするレーダ装置である。

【0010】

レーダ装置の構成のうち、レーザー光を処理する部分は、光集積回路により構成してもよい。本発明のレーダ装置をより安価に実現することができる。

【0011】

レーダ装置は、距離を測定する手段をさらに有していてもよい。

【0012】

たとえば、対象物の運動によるドップラー周波数ｆｄの測定可能な最小値よりも小さな周波数ｆ０の周期信号で強度変調されたレーザー光を対象物に照射する送信手段と、検波手段からの電気信号の周波数ｆ０の成分と周期信号との位相差を検出し、対象物までの距離を測定する位相差検出手段と、をさらに設けてもよい。

【0013】

また、たとえば、周波数が連続的に変化するよう周波数変調されたレーザー光を対象物に照射する送信手段をさらに有し、周波数解析手段は、第１検波手段と第２検波手段から出力される電気信号をＩ信号、Ｑ信号とする複素信号として、その複素信号を周波数解析して、対象物までの距離に応じた周波数のシフトを測定することにより、対象物までの距離を測定する手段をさらに有するようにしてもよい。

【0014】

本発明の他の１つは、対象物にレーザー光を照射し、対象物によって反射されたレーザー光を検出して解析することにより、対象物の速度の方向を測定する速度の方向測定方法において、受信したレーザー光と送信前のレーザー光とを合波して光ヘテロダイン検波することでＩ信号を生成し、受信したレーザー光と送信前のレーザー光のうち一方の位相を９０°シフトして他方と合波して光ヘテロダイン検波することでＱ信号を生成し、Ｉ信号とＱ信号からなる複素信号を周波数解析してドップラー周波数ｆｄを求め、そのドップラー周波数ｆｄの正負から対象物の速度の方向を測定する、ことを特徴とする速度の方向測定方法である。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、安価かつ簡易に対象物の速度の方向を測定することができる。また、本発明は光ヘテロダイン検波を用いるため、高感度に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施例１のレーダ装置の構成を示した図。

【図2】周波数スペクトルの例を示した図。

【図3】実施例２のレーダ装置の構成を示した図。

【図4】実施例３のレーダ装置の構成を示した図。

【図5】実施例２のレーダ装置の一部構成を光集積回路とした例を示した図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

【実施例1】

【0018】

図１は、実施例１のレーダ装置の構成を示した図である。図１中、二重線の矢印はレーザー光の経路を示し、一重線の矢印は電気信号の経路を示している。実施例１のレーダ装置は、図１に示すように、レーザー１０、送信手段１１、受信手段１２、合波器１３Ａ、Ｂ、π／２移相器１４、光検出器１５Ａ、Ｂ、ＡＤＣ（アナログ−デジタル変換回路）１６Ａ、Ｂ、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１７Ａ、Ｂ、周波数解析手段１８、によって構成されている。以下、各構成要素について詳しく説明する。

【0019】

レーザー１０は、波長１５５０ｎｍの連続光であるレーザー光を放射する。レーザー１０から出力されるレーザー光は、２つに分配され、一方は合波器１３Ａに入力され、他方はπ／２移相器１４に入力される。

【0020】

レーザー光の波長は１５５０ｎｍに限らないが、測定精度、発生の容易さ、人体への影響などを考慮して８００〜１７００ｎｍの範囲とすることが望ましい。

【0021】

送信手段１１は、レーザー１０からのレーザー光を対象物に照射する光学系であり、レーザー光を所定の方向に導く光導波路やレンズなどによって構成されている。

【0022】

受信手段１２は、対象物によって反射されたレーザー光を集光して受光する光学系であり、光導波路、集光レンズ、受光したレーザー光の偏光状態を補正する回路などによって構成されている。受光したレーザー光は、光ＢＰＦ１５を通過した後、分配されて合波器１３Ａ、Ｂにそれぞれ入力される。光ＢＰＦ１５は外乱光などをカットしてＣＮ比を改善し、測定精度を向上させるために設けるものである。

【0023】

なお、送信手段１１と受信手段１２は、光サーキュレータなどを用いることで送信と受信を共用する送受信手段としてもよい。

【0024】

合波器１３Ａには、レーザー１０からのレーザー光と、受信手段１２からのレーザー光が入力される。合波器１３Ａはこの２つのレーザー光を合波して光検出器１５Ａに出力する。

【0025】

π／２移相器１４は、レーザー１０から入力されたレーザ光の位相を９０°ずらして出力する。

【0026】

合波器１３Ｂには、π／２移相器１４からのレーザー光と、受信手段１２からのレーザー光が入力される。合波器１３Ｂは、この２つのレーザー光を合波して光検出器１５Ｂに出力する。

【0027】

光検出器１５Ａ、Ｂには、合波器１３Ａ、Ｂからのレーザー光がそれぞれ入力される。光検出器１５Ａ、Ｂは、入力されたレーザー光を光ヘテロダイン検波して電気信号に変換し出力する。光検出器１５Ａ、Ｂはフォトダイオードである。光検出器１５Ａ、Ｂからの出力はＡＤＣ１６Ａ、Ｂにそれぞれ入力される。

【0028】

ＡＤＣ１６Ａ、Ｂは、光検出器１５Ａ、Ｂからのアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。ＡＤＣ１６Ａ、Ｂから出力されるデジタル信号はＢＰＦ１７Ａ、Ｂを介して周波数解析手段１８に入力される。

【0029】

ＢＰＦ１７Ａ、Ｂは、ドップラー周波数近傍の周波数帯域を通過させ、他の帯域は遮断するフィルタである。これにより、周波数解析手段１８におけるドップラー周波数の算出精度を向上させ、対象物の速度の測定精度を向上させている。

【0030】

周波数解析手段１８は、入力された電気信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）する。そして、得られた周波数スペクトルからドップラー周波数を検出し、対象物の速度およびその向きを測定する。その詳細については後述する。ＢＰＦ１７Ａ、Ｂおよび周波数解析手段１８は、たとえばＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）によって実現される。

【0031】

次に、実施例１のレーダ装置によって対象物の速度およびその方向を測定する動作について詳細に説明する。

【0032】

レーザー１０から出力されたレーザー光は、送信手段１１によってレーザー装置の外部の対象物に照射される。そして、対象物によって反射されたレーザー光は、受信手段１２によって受光される。ここで、対象物がレーザー装置に対して相対速度ｖで運動している場合、受光したレーザー光は、ドップラー効果によって周波数がシフトしている。ドップラー周波数をｆｄとし、ωｄ＝２π・ｆｄとすれば、ｖ＝ｃ・ωｄ／（２ω）、である。ここでｃは光速、ωはレーザー光の角周波数である。なお、ωｄの正負は、対象物がレーダ装置に近づく方向を正、遠ざかる方向を負にとる。

【0033】

受信手段１４によって受光したレーザー光は、合波器１３Ａ、Ｂ、光検出器１５Ａ、Ｂによって直交光ヘテロダイン検波される。すなわち、レーザー１０からのレーザー光と受信手段１２からのレーザー光とを合波して光ヘテロダイン検波することで、光検出器１５Ａはｃｏｓ（ωｄ・ｔ）の成分を含む電気信号であるＩ信号を生成して出力する。また、レーザー１０からのレーザー光を９０°移相して受信手段１２からのレーザー光と合波して光ヘテロダイン検波することで、光検出器１５Ｂはｓｉｎ（ωｄ・ｔ）の成分を含む電気信号であるＱ信号を生成し出力する。光ヘテロダイン検波を用いるため、高感度に対象物の速度および方向を求めることができる。

【0034】

このＩ信号、Ｑ信号は、ＡＤＣ１６Ａ、Ｂによってデジタル信号に変換された後、ＢＰＦ１７Ａ、Ｂによって所定の周波数成分のみが通過され、周波数解析手段１８に入力される。

【0035】

周波数解析手段１８では、Ｉ信号を実部、Ｑ信号を虚部とする複素信号と見て、その複素信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）して周波数スペクトルを求める。実信号をＦＴＴする場合には、周波数０でスペクトルが折り返されて周波数の正負を区別することはできない（図２（ａ）参照）。しかし、周波数解析手段１８は複素信号をＦＦＴするため、得られる周波数スペクトルは、周波数が負の領域についても折り返しがなく算出されている（図２（ｂ）参照）。したがって、得られる周波数スペクトルからドップラー周波数ｆｄの正負の判定が可能である。

【0036】

周波数解析手段１８によって得られた周波数スペクトルから、以下のようにして対象物の速度およびその方向を求める。まず、周波数スペクトルのピーク位置を検出する。そして周波数スペクトルのピーク位置からドップラー周波数ｆｄが求められ、ｖ＝λ・ｆｄ／２、ここでλはレーザー光の波長、によって対象物の速さｖが算出される。また、ドップラー周波数ｆｄの正負によって、対象物の速度の向きがわかる。ドップラー周波数ｆｄが正の場合、対象物の速度の向きは、レーダ装置に近づいてくる方向であり、ドップラー周波数ｆｄが負の場合、レーダ装置から遠ざかる方向である。

【0037】

以上、実施例１のレーダ装置によれば、対象物の速度の向きを簡易かつ高感度に測定することができる。

【実施例2】

【0038】

図３は、実施例２のレーダ装置の構成を示した図である。実施例２のレーダ装置は、実施例１のレーダ装置において、以下の構成を加えたものである。

【0039】

図３のように、実施例２のレーダ装置は、実施例１のレーダ装置に発振器１１０と、変調器１２０と、ＢＰＦ１８０と、位相差検出手段２００とを加え、対象物の速度だけでなく距離も測定可能としたものである。以下、実施例１と異なる構成部分について説明するとともに、実施例２のレーダ装置の動作について説明する。

【0040】

発振器１１０は、周波数１００ｋＨｚの余弦波である周期信号を発生させる。この周期信号は、変調器１２０と位相差検出手段２００に入力される。

【0041】

発振器１１０の出力する周期信号は余弦波である必要はなく、周期信号であれば任意の信号でよい。たとえば三角波、矩形波、ノコギリ波などの周期性を有する任意の信号を用いることができる。ただし、測定の感度を高め、測定精度の向上を図るために余弦波を用いることが好ましい。後段のＢＰＦ１８０において電気信号の周波数帯域をより絞ることができるからである。

【0042】

周期信号の周波数は、レーダ装置によって測定を予定している対象物の速度によって決める。詳細には、周期信号の周波数は、対象物の運動によって生じるドップラー周波数ｆｄよりも十分に低い値に設定する。十分に低い値とは、周期信号の周波数とドップラー周波数ｆｄとをフィルタによって分離可能な程度である。このように周期信号の周波数を設定することで、距離と速度の同時測定を容易に可能としている。

【0043】

たとえば、レーダ装置を車両に搭載して車載レーダとして用いる場合、対象物は歩行者や前方車両などである。それらの車両に対する相対速度（レーダ装置に対する相対速度ｖ）は、およそ０．５ｍ／ｓ〜５０ｍ／ｓであるから、ドップラー周波数ｆｄはｆｄ＝２ｖ／λ、ここでλはレーザー光の波長、より０．６５〜６５ＭＨｚである。したがって、周期信号の周波数は６５０ｋＨｚより十分に低い値、たとえば５００ｋＨｚ以下であればよい。ただし、５０ｋＨｚよりも小さいと、測定精度が悪化してしまい望ましくない。実施例１では、上記範囲とレーザーの線幅を考慮して１００ｋＨｚに設定している。

【0044】

変調器１２０は、レーザー光を発振器１１０からの周期信号で強度変調して出力する。その出力されたレーザー光は送信手段１１に入力される。レーザー１０からのレーザー光は、変調器１２０、合波器１３Ａ、π／２移相器１４にそれぞれ入力される。変調器１２０は、レーザー１０からのレーザー光と、発振器１１からの周期信号が入力される。

【0045】

実施例１のレーダ装置と同様に、受信手段１２によって受信したレーザー光は、合波器１３Ａ、Ｂにそれぞれ入力され、直交光ヘテロダイン検波され、光検出器１５Ａ、ＢからはＩ信号とＱ信号が出力される。ただし、このＩ信号、Ｑ信号は、実施例１の場合とは異なり、ドップラー周波数ｆｄの周波数成分のみならず、周期信号の周波数成分も含む。

【0046】

光検出器１５ＡからのＩ信号は、ＡＤＣ１６Ａによってアナログ信号からデジタル信号に変換された後２つに分配され、一方はＢＰＦ１８０に、他方はＢＰＦ１７Ａに入力される。

【0047】

ＢＰＦ１８０は、入力された電気信号について、周期信号の周波数近傍、すなわち１００ｋＨｚ近傍（たとえば９０〜１１０ｋＨｚ）の周波数帯域は通過させ、それ以外の帯域については遮断して出力するフィルタである。ＢＰＦ１８０を通過したＩ信号は位相差検出手段２００に入力される。

【0048】

ここで、周期信号の周波数は、ドップラー周波数ｆｄよりも十分に低い値としているため、ＢＰＦ１８０によって周期信号の周波数とドップラー周波数ｆｄは十分に分離可能であり、Ｉ信号の周波数成分のうち、周期信号の周波数成分のみが通過され、ドップラー周波数ｆｄの周波数成分は遮断される。

【0049】

位相差検出手段２００には、ＢＰＦ１８０からのＩ信号と、発振器１１０からの周期信号が入力される。位相差検出手段２００は、ロックインアンプによる同期検波で入力されたＩ信号と周期信号の位相差を検出し、その位相差から対象物の距離を測定する。ロックインアンプを用い、かつＢＰＦ１８０からのＩ信号は周期信号の周波数成分のみであるため、高精度に距離を測定することができる。なお、光検出器１５ＡからのＩ信号ではなく、光検出器１５ＢからのＱ信号と周期信号の位相差を検出する構成としてもよい。

【0050】

周波数解析手段１８には、ＢＰＦ１７Ａ、ＢからのＩ信号、Ｑ信号が入力される。周波数解析手段１８は、実施例１の場合と同様に、Ｉ信号を実部、Ｑ信号を虚部とする複素信号と見て、その複素信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）して周波数スペクトルを求める。そして、周波数スペクトルのピーク位置を検出し、そのピーク位置からドップラー周波数ｆｄを求め、ドップラー周波数ｆｄから対象物の速度を測定する。また、ドップラー周波数ｆｄの正負から、速度の方向を測定する。ここで、光検出器１５Ａ、ＢからのＩ信号、Ｑ信号の周波数成分のうち、周期信号の周波数成分はＢＰＦ１７Ａ、Ｂによって遮断されている。したがって、実施例１と同様の精度で速度およびその方向を測定することができる。

【0051】

ＢＰＦ１８０、ＢＰＦ１７Ａ、Ｂ、位相差検出手段２００、周波数解析手段１８は、たとえばＤＳＰによって実現され、ワンチップ化によりレーダ装置の低コスト化を図ることができる。

【0052】

以上、実施例２のレーダ装置によれば、安価かつ高感度、高精度に対象物の距離、速度およびその方向を測定することができる。

【0053】

なお、実施例２において光検出器２０２において光ヘテロダイン検波する際に、レーザー１０から出力されるレーザー光側ではなく、受信手段１４により受信したレーザー光の方をπ／２移相器２００によって位相を９０°シフトすることで光検出器２０２においてＱ信号を生成するようにしてもよい。

【実施例3】

【0054】

図４は、実施例３のレーダ装置の構成を示した図である。実施例３のレーダ装置は、実施例１のレーダ装置に、発振器３１０と変調器３２０を加え、周波数解析手段１８に替えて周波数解析手段３８０を設けたものである。以下、実施例１と異なる構成部分について説明するとともに、実施例３のレーダ装置の動作について説明する。

【0055】

発振器３１０は、周期Ｔの三角波を発生させて出力する。また、変調器３２０は、発振器３１０からの三角波に基づき、レーザー光を周波数変調して出力する。これにより、レーザー光は、中心周波数ｆ０が１５５０ｎｍで、周波数がΔｆ変化する周期Ｔの三角波に周波数変調されたレーザー光となる。変調器３２０から出力されたレーザー光は、分配されて合波器１３Ａ、π／２移相器１４、送信手段１１にそれぞれ入力される。三角波以外にも、ノコギリ波、正弦波などの連続的に変化する周期関数を用いることができる。

【0056】

送信手段１１から対象物に照射され、対象物によって反射されたレーザー光は、受信手段１２によって受光される。受信手段１２により受光したレーザー光は、光ＢＰＦ１５を通過した後、２つに分配されて合波器１３Ａ、Ｂにそれぞれ入力される。

【0057】

合波器１３Ａには、変調器３２０からのレーザー光と、受信手段１２からのレーザー光が入力される。そして、それらのレーザー光が合波された後光検出器１５Ａに入力され、光ヘテロダイン検波されて電気信号（Ｉ信号）に変換される。このＩ信号は、変調器３２０からのレーザー光の周波数と受信手段１２からのレーザー光の周波数の差周波数のビート信号である。また、周波数差が生じるのは、対象物までの距離に応じた遅延による周波数シフトと、ドップラー効果による周波数シフトのためである。そのため、ビート信号は周波数の増加区間と減少区間で２つの周波数成分を含み、ｆｕｐ＝ｆｒ＋ｆｄ、ｆｄｏｗｎ＝ｆｒ−ｆｄである。ここでｆｒは対象物までの距離遅延による周波数のシフト量、ｆｄはドップラー周波数である。

【0058】

また、合波器１３Ｂには、変調器３２０からのレーザー光がπ／２移相器１４によって位相が９０°シフトされて入力される。また、受信手段１２からのレーザー光が入力される。そして、それらのレーザー光が合波されて光検出器１５Ｂに入力され、光ヘテロダイン検波されて電気信号（Ｑ信号）に変換される。このＱ信号もまた、入力された２つのレーザー光の差周波数のビート信号である。

【0059】

周波数解析手段３８０は、実部をＩ信号、虚部をＱ信号とする複素信号をＦＦＴして、周波数スペクトルを算出する。その周波数スペクトルは、ｆｕｐとｆｄｏｗｎに周波数ピークを有する。したがって、周波数スペクトルからｆｕｐとｆｄｏｗｎを算出し、ｆｄ＝（ｆｕｐ−ｆｄｏｗｎ）／２によりドップラー周波数ｆｄを算出することができる。そしてドップラー周波数ｆｄから、対象物の速度ｖは、ｖ＝λ・ｆｄ／２によって算出することができる。ここでλはレーザー光の波長である。また、複素信号をＦＦＴしているため、周波数スペクトルは負の領域についても折り返しがなく算出され、ｆｄについても正負を測定することができる。よって、ｆｄの正負により対象物の速度の方向を測定することができる。

【0060】

一方、ｆｒ＝（ｆｕｐ＋ｆｄｏｗｎ）／２によりｆｒを算出することができる。そして、対象物までの距離をＲとし、光速をｃとして、Ｒ＝ｆｒ・ｃ・Ｔ／（４Δｆ）により距離Ｒを算出することができる。

【0061】

以上、実施例３のレーダ装置によれば、安価かつ高感度、高精度に対象物の距離、速度およびその方向を測定することができる。

【0062】

［各種変形例］
対象物の距離、速度を測定する方式は、実施例２、３に示した方式に限るものではない。距離の測定方式には、従来知られている任意の方式を用いることができる。また、速度の測定方式には、ドップラー周波数ｆｄにより速度を測定する方式であれば任意の方式を用いることができる。

【0063】

また、実施例１〜３のレーダ装置において、レーザー光を処理する構成部分を光集積回路によって構成してもよい。一例として、図５に、実施例２のレーダ装置におけるレーザー光処理部分を光集積回路とした構成を示す。光集積回路の各素子と実施例２の構成要素との対応を説明する。

【0064】

各構成要素を接続する光導波路４００には、ＳｉＯ₂ 基板上に線路状にＳｉを形成された構造を用いる。光導波路４００を分配・結合するにはカプラ４０１を用いる。また、変調器１２０としてリングモジュレータ４０２を用いる。また、送信手段１１として、光導波路４００の端面からそのまま外部に放射させる構成としている。受信手段１２として、偏光補正回折格子４０３を用いている。偏光補正回折格子４０３により受信するレーザー光の偏光状態を補正することで光導波路４００との結合を良好としている。また、光ＢＰＦ１９としてはリング共振器４０４を用いている。π／２移相器１４としては、光導波路上にヒータを設置し、ヒータの熱により熱光学効果を起こし位相調整する構成を用いる。光検出器１５Ａ、Ｂにはフォトダイオード４０５を用いている。また、ＶＯＡ（可変光アッテネータ）４０６が光導波路４００に挿入されており、これによりレーザー１０からフォトダイオード４０５に入力されるレーザー光の強度を調整可能としている。

【0065】

このように実施例１〜３のレーダ装置のレーザー光処理部分を光集積回路としてモジュール化することで、レーダ装置のコストを低減することができる。

【0066】

また、実施例２、３ではレーザー光の変調について出力されたレーザー光を変調器を用いて変調する外部変調方式を用いているが、レーザーの駆動電流の制御により変調されたレーザー光を出力させる直接変調方式を用いることもできる。

【産業上の利用可能性】

【0067】

本発明のレーダ装置は、車載レーダなどに用いることができ、歩行者や前方車両などの検出を行うことができる。

【符号の説明】

【0068】

１０：レーザー
１１：送信手段
１２：受信手段
１３Ａ、Ｂ：合波器
１４：π／２移相器
１５Ａ、Ｂ：光検出器
１６Ａ、Ｂ：ＡＤＣ
１７Ａ、Ｂ、１８０：ＢＰＦ
１８：周波数解析手段
１９：光ＢＰＦ
１１０：発振器
１２０、３２０：変調器
２００：位相差検出手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】