具体实施方式

在下文中，参考附图描述实施例。在本文所述的各个实施例中，相同或等同的部件被赋予相同的附图标记。

第一实施例

下面描述第一实施例。图1所示的测距模块被安装在车辆上，并且被配置为通过发射和接收电磁波至少测量车辆与物体(TG)之间的距离。测距模块由集成芯片组成，该集成芯片通过硅光子形成在SOI(绝缘体上硅)基底上。光或毫米波被用作电磁波。

如图1所示，测距模块装置包括信号发射器单元10(SGTR)，发射驱动单元20(DRV)和扫描器单元30(SCN)。信号发射器单元10产生并输出电磁波作为发射信号。发射驱动单元20驱动信号发射器单元10。扫描器单元30利用由信号发射器单元10输出的电磁波扫描空间。在该实施例中，空间可以是车辆周围的三维范围。电磁波被发射并投射以便扫描空间。扫描空间的电磁波也称为投射电磁波(PEMW)。

信号发射器单元10和发射驱动单元20通过形成在SOI基底上的金属布线诸如Al连接。信号发射器单元10和扫描器单元30通过至少一个波导连接，该波导包括由Si等制成的芯层和由SiO₂等制成的包层。信号发射器单元10包括例如激光二极管。信号发射器单元10通过从发射驱动单元20供应电流来产生光。

扫描器单元30包括投射单元31(PRJT)和相位控制单元32(PHCN)。投射单元31将从信号发射器单元10发射的电磁波投射到空间中。相位控制单元32驱动投射单元31。投射单元31由OPA组成，在所述OPA中，波导被分支并平行布置，并且电磁波从平行布置的多个波导的末端发射。

相位控制单元32被配置为根据从控制电路(未示出)输入的电信号来改变从投射单元31发射的电磁波的相位。投射单元31包括多个波导作为部件。穿过多个波导中的每一个的电磁波的相位被相位控制单元32周期性地改变。结果，从多个波导中发射的电磁波的相位周期性地改变。结果，从整个投射单元31发射的电磁波的方向性改变。结果，电磁波沿任意方向发射，并且通过改变方向来扫描空间。

除了信号发射器单元10等之外，测距模块装置还包括用于接收来自物体的反射电磁波(REMW)的配置。测距模块装置包括信号接收器单元40(SGRV)，信号处理器单元50(SGPR)和通信单元60(COM)。信号接收器单元40接收反射的电磁波并输出接收到的信号。信号处理器单元50基于信号接收器单元40接收的信号来计算距物体的距离等。通信单元60将由信号处理器单元50计算出的距离等传输至车辆的ECU等。通信单元60传输的信号可以包括距离信号DS、速度信号VE和角度信号AG。

信号接收器单元40包括天线单元41(ANT)，多路复用器单元42(MX)和电转换单元43(CV)。天线单元41被配置为从外部接收电磁波。天线单元41具有相控阵列结构，该相控阵列结构包括平行布置的多个波导。天线单元41被配置为从每个波导的端部引入电磁波。在每个波导中布置有移相器(未示出)。天线单元41由移相器控制引入到每个波导中的电磁波的相位。结果，天线单元41可以控制电磁波在整个天线单元41中的引入方向。

构成天线单元41的多个波导合并成一个并连接到多路复用器单元42。多路复用器单元42将天线单元41接收到的电磁波与信号发射器单元10输出的电磁波多路复用。结果，产生了差拍信号。这是因为通过FMCW(调频连续波)方法测量距物体的距离。

多路复用器单元42通过波导连接到电转换单元43。由多路复用器单元42多路复用的电磁波被传输到电转换单元43。电转换单元43包括多个部件(例如，光电转换单元)，电流-电压转换单元和模数转换单元(未示出)。光电转换单元由光电二极管等构成。电流-电压转换单元由跨阻放大器等构成。模数转换器将模拟信号转换为数字信号。电转换单元43通过金属布线连接到信号处理器单元50。传输到电转换单元43的电磁波被转换成数字信号，并传输到信号处理器单元50。

在设置具有相控阵列结构的投射单元的测距模块中，如图2所示，电磁波投射成三个部分。即，所投射的电磁波被划分为由相位控制单元32在期望方向上控制的主波瓣ML，以及在主波瓣ML的两侧投射的两个光栅波瓣GL1和GL2。然后，当如箭头AR1所示扫描主波瓣ML时，如箭头AR2和AR2所示也扫描光栅波瓣GL1和GL2。结果，产生光栅波瓣GL1和GL2的反射电磁波以及主波瓣ML的反射电磁波。结果，主波瓣ML的反射电磁波和光栅波瓣GL1和GL2的反射电磁波都被引入到测距模块中。

本实施例的测距模块具有基于接收到的电磁波来测量诸如距反射多个波瓣中的每个波瓣的物体的距离之类的空间指数的配置。测距模块确定由投射电磁波的主波瓣ML或光栅波瓣GL1或光栅波瓣GL2产生的反射电磁波中的哪一个对应于接收到的电磁波。测距模块确定由主波瓣ML或光栅波瓣GL1或光栅波瓣GL2产生的反射电磁波中的哪一个对应于接收到的电磁波。测距模块具有根据基于确定结果产生反射电磁波的波瓣测量距物体的距离的配置。

具体地，如图3所示，天线单元41包括天线单元41a、天线单元41b和天线单元41c。天线单元41a、41b和41c中的每一个均由多个波导组成。移相器布置在多个波导中。天线单元41a、41b和41c被设置为接收来自不同方向的电磁波。

天线单元41a被设置为接收投射电磁波的主波瓣ML和两个光栅波瓣GL1和GL2的反射电磁波。天线单元41b被设置成接收投射电磁波的主波瓣ML和一个光栅波瓣GL1的反射电磁波。天线单元41c被设置为接收投射电磁波的主波瓣ML和另一光栅波瓣GL2的反射电磁波。

多路复用器单元42和电转换单元43具有与天线单元41相对应的阵列结构。具体地，多路复用器单元42包括多路复用器单元42a、多路复用器单元42b和多路复用器单元42c。电转换单元43包括电转换单元43a、电转换单元43b和电转换单元43c。由天线单元41a、41b和41c接收的电磁波通过多路复用器单元42a，42b和42c与信号发射器单元10输出的电磁波分开地被多路复用。多路复用电磁波中的每一个被电转换单元43a、43b和43c转换成接收信号。

由天线单元41a、多路复用器单元42a和电转换单元43a构成的信号接收器单元40的一部分也被称为第一接收器单元40a。由天线单元41b、多路复用器单元42b和电转换单元43b构成的信号接收器单元40的一部分也被称为第二接收器单元40b。由天线单元41c、多路复用器单元42c和电转换单元43c构成的信号接收器单元40的一部分也被称为第三接收器单元40c。

信号处理器单元50基于这三个接收器单元的接收信号的组合来确定波瓣之一。信号处理器单元50确定由信号接收器单元40接收的电磁波对应于由投射电磁波的主波瓣ML、一个光栅波瓣GL1或另一光栅波瓣GL2引起的反射电磁波中的哪一个。信号处理器单元50针对主波瓣ML和两个光栅波瓣GL1和GL2中的每一个计算距物体的距离。

如图4所示，信号处理器单元50包括数据保持单元51(DTHD)、方向编码器单元52(DREN)、FFT处理器单元53(FFT)、方向确定单元54(DRDT)和距离计算单元55(DSCL)。信号处理器单元50由例如DSP(数字信号处理器)组成。数据保持单元51保持由电转换单元43输出的接收信号。方向编码器单元52对由数据保持单元51保持的接收信号进行编码。

如图5所示，方向编码器单元52包括组合加法单元521(COAD)和除法单元522(DIVD)。由天线单元41a、41b和41c接收的电磁波的接收信号由组合加法单元521相加，然后由除法单元522除以相加信号的数量，从而被平均。

在下面的描述中，第一接收器单元40a的接收信号被称为第一接收信号(#1RSSG)。第二接收器单元40b的接收信号被称为第二接收信号(#2RSSG)。第三接收器单元40c的接收信号被称为第三接收信号(#3RSSG)。方向编码器单元52将第一接收信号和第二接收信号相加，然后将它们平均以获得第一相加信号(#1ADSG)。方向编码器单元52将第一接收信号和第三接收信号相加，然后将它们平均以获得第二相加信号(#2ADSG)。方向编码器单元52将第一接收信号、第二接收信号和第三接收信号相加，然后将它们平均以获得第三相加信号(#3ADSG)。这些多个相加的信号被传输到FFT处理器单元53。

FFT处理器单元53对从方向编码器单元52传输的相加信号执行FFT处理，并检测频率。FFT处理器单元53将频率检测结果和从方向编码器单元52传输的信号传输到方向确定单元54。

如图6所示，方向确定单元54包括主波瓣确定单元541(MLDT)和光栅波瓣确定单元542(GLDT)。主波瓣确定单元541配置为用于确定由信号接收器单元40接收的电磁波是否对应于由投射电磁波的主波瓣ML引起的反射电磁波。光栅波瓣确定单元542配置为用于确定由信号接收器单元40接收的电磁波是否对应于由投射电磁波的光栅波瓣GL1和GL2引起的反射电磁波。

主波瓣确定单元541在多个相加信号上出现的多个信号中，将多个相加信号中信号强度共同最大化时的信号确定为接收信号，该接收信号由该信号接收器单元40在接收投射电磁波的主波瓣ML引起的反射电磁波时输出。多个相加信号包括第一相加信号、第二相加信号和第三相加信号。在多个相加信号中信号强度共同最大化时的信号也称为主信号或最大强度信号。

光栅波瓣确定单元542确定在排除主信号之外的剩余信号中，在多个第一相加信号上出现的大于多个第二相加信号的信号作为接收信号，该接收信号由信号接收器单元40在接收投射电磁波的一个光栅波瓣GL1引起的反射电磁波时输出。在第一相加信号中出现的比在第二相加信号中更大的信号被称为第一相对强度信号。

光栅波瓣确定单元542确定在多个第二相加信号上出现的大于多个第一相加信号的信号作为接收信号，该接收信号由信号接收器单元40在接收投射电磁波的另一光栅波瓣GL2引起的反射电磁波时输出。方向确定单元54将主波瓣ML、光栅波瓣GL1和GL2的确定结果以及从FFT处理器单元53传输的频率检测结果传输到距离计算单元55。在第二相加信号中出现的大于第一相加信号中的信号被称为第二相对强度信号。

距离计算单元55被配置为基于从方向确定单元54传输的信息来计算距物体的距离和物体的速度。在本实施例中，距离计算单元55计算两个物体的距离和速度，上述两个物体是反射投射电磁波的主波瓣ML的物体和反射光栅波瓣GL1和GL2的物体。由信号处理器单元50计算出的物体的距离和速度以及相对运动方向(方向或角度)作为距离信号DS、速度信号VE和角度信号AG被通信单元60传输到ECU等。

例如，当投射电磁波的主波瓣ML和两个光栅波瓣GL1和GL2被在图7所示位置处的三个物体100a、100b和100c反射时，接收到的信号如图8所示被输出。即，从包括天线单元41a的第一接收器单元40a输出的第一接收信号的信号强度在三个时间t1、t2和t3处变高。此外，从包括天线单元41b的第二接收器单元40b输出的第二接收信号的信号强度在时间t2和t3处变高。此外，从包括天线单元41c的第三接收器单元40c输出的第三接收信号的信号强度在时间t1和t3处变高。在图8和稍后描述的图11中，不同的阴影被应用于第一、第二和第三接收信号以及包括在相加信号中的第一、第二和第三接收信号。

当这些接收信号由方向编码器单元52处理时，第一、第二和第三相加信号被转换，如图8所示。在时间t2和t3，第一相加信号的信号强度取最大值。在时间t1和t3，第二相加信号的信号强度取最大值。在时间t3，第三相加信号的信号强度取最大值。

主波瓣确定单元541将在其中第一、第二和第三相加信号中信号强度共同变为最大时的时间t3处的信号确定为与由主波瓣ML引起的反射电磁波相对应的接收信号。该信号称为主信号。

光栅波瓣确定单元542从剩余时间t1和t2处的信号中识别由光栅波瓣GL1产生的反射电磁波或由光栅波瓣GL2产生的反射电磁波。光栅波瓣确定单元542将在时间t2处(此时第一相加信号的信号强度大于第二相加信号的信号强度)的信号确定为与由光栅波瓣GL1引起的反射电磁波相对应的接收信号。

光栅波瓣确定单元542确定在时间t1处(此时第二相加信号的信号强度大于第一相加信号的信号强度)的信号作为与由光栅波瓣GL2引起的反射电磁波相对应的接收信号。

距离计算单元55根据由多路复用器单元42a、42b和42c产生的差拍信号来计算距物体100a、100b和100c的距离以及物体100a、100b和100c的速度。此外，由于主波瓣ML与光栅波瓣GL1和GL2之间的差动角是由投射单元31的设计确定的，因此距离计算单元55基于主波瓣ML的投射方向和差动角计算物体100a、100b和100c的方向。

说明本实施例的效果。为了增加测距模块中的扫描角度，可以考虑诸如减少测距点的数量和/或缩短测距周期的方法。然而，如果减少测距点的数量，则会降低空间分辨率，并且如果缩短测距周期，则会降低接收信号的信噪比。因此，测距性能可能降低。另外，可以想到增加诸如光接收OPA的系统的数量，但是如果系统的数量增加，则体形和成本可能增加。

另一方面，本实施例利用同时接收投射电磁波的主波瓣和光栅波瓣的反射电磁波的配置，并且基于三个接收到的信号来检测物体。结果，可以在不减少测距点的数量和测距周期的情况下增加扫描角度。此外，天线单元41由多个单元组成。通过对每个接收信号进行平均和编码，减少了噪声的影响。即使在包括多个天线单元的本实施例中，也可以保持SN比。另外，本实施例利用通过划分单个天线单元41而设置的多个天线单元。结果，抑制了由于天线单元的面积增加而引起的体形增加。另外，可以通过改变由多个天线单元中的每个天线单元接收的电磁波的组合来抑制成本的增加。

第二实施例

下面描述第二实施例。本实施例是修改例，其中信号接收器单元40的配置修改自第一实施例。由于本实施例在其他方面与第一实施例相似，因此仅描述与第一实施例不同的方面。

如图9所示，天线单元41包括四个天线单元41a、41a、41b和41c。天线单元41划分为两个天线部分41a和41a、天线部分41b和天线部分41c。信号接收器单元40包括两个第一接收器单元40a和40a。信号处理器单元50基于由两个第一接收器单元40a和40a、第二接收器单元40b和第三接收器单元40c接收的接收信号的组合来确定哪个波瓣是反射电磁波的起源。信号处理器单元50确定由信号接收器单元40接收的电磁波是否对应于投射电磁波的主波瓣ML的反射电磁波，由信号接收器单元40接收的电磁波是否对应于光栅波瓣GL1的反射电磁波，或者由信号接收器单元40接收的电磁波是否对应于光栅波瓣GL2的反射电磁波。

方向编码器单元52将两个第一接收器单元40a和40a的接收信号与第二接收器单元40b的接收信号相加，然后将它们平均以获得第一相加信号。方向编码器单元52将两个第一接收器单元40a和40a的接收信号与第三接收器单元40c的接收信号相加，然后将它们平均以获得第二相加信号。方向编码器单元52将第一接收器单元40a之一的接收信号，第二接收器单元40b的接收信号和第三接收器单元40c的接收信号相加，然后将它们平均以获得第三相加信号。方向确定单元54和距离计算单元55计算距物体的距离、物体的速度以及物体的方向，识别主波瓣ML、光栅波瓣GL1和光栅波瓣GL2，类似于第一实施例。

例如，当投射电磁波的主波瓣ML和两个光栅波瓣GL1和GL2被图10所示位置处的三个物体100a、100b和100c反射时，接收到的信号如图11所示被输出。即，从两个第一接收器单元40a和40a输出的第一接收信号的信号强度在三个时间t1，t2和t3处变高。此外，从第二接收器单元40b输出的第二接收信号的信号强度在时间t2和t3处变高。此外，从第三接收器单元40c输出的第三接收信号的信号强度在时间t1和t3处变高。

当这些接收的信号由方向编码器单元52处理时，第一、第二和第三相加信号被转换，如图11所示。第一相加信号在时间t2和t3处的信号强度达到最大值。第二相加信号在时间t1和t3处的信号强度达到最大值。第三相加信号在时间t3处的信号强度达到最大值。

基于以上内容，类似于第一实施例，确定在时间t3的信号是与由主波瓣ML产生的反射电磁波相对应的接收信号。此外，确定在时间t2的信号是与由一个光栅波瓣GL1产生的反射电磁波相对应的接收信号，并且在时间t1的信号是与由另一光栅波瓣GL2产生的反射电磁波相对应的接收信号。

然后，根据由多路复用器单元42a、42b和42c产生的差拍信号计算距物体100a、100b和100c的距离以及物体100a、100b和100c的速度。此外，基于主波瓣ML等的投射方向来计算物体100a、100b和100c的方向。

同样在本实施例中，实现了与第一实施例相同的效果。此外，通过将系统配置为包括两个天线单元41a和41a，并且在第一和第二相加信号中包括来自两个第一接收器单元40a和40a的接收信号，来增加第一和第二相加信号的信号强度。结果，可以提高物体的检测和测距精度。

第三实施例

下面描述第三实施例。本实施例是修改例，距物体距离的测量方法修改自第一实施例。由于本实施例在其他方面与第一实施例相似，因此仅描述与第一实施例不同的方面。

该实施例的测距模块装置通过TOF(飞行时间)方法测量距物体的距离。具体地，如图12所示，信号接收器单元40不包括多路复用器单元42，并且被配置为将由天线单元41接收的电磁波按原样传输到电转换单元43。此外，如图13所示，信号处理器单元50不包括FFT处理器单元53，并且被配置为将信号从方向编码器单元52传输到方向确定单元54。

距离计算单元55基于从信号发射器单元10发射电磁波到信号接收器单元40接收反射电磁波的时间来计算距物体的距离。通信单元60将由信号处理器单元50计算出的距离和物体方向传输到ECU等。

同样在本实施例中通过TOF方法以该方式测量距离的情况下，也获得了与第一实施例相同的效果。

其他实施例

本公开不限于上述实施例，并且可以在权利要求中描述的范围内适当地修改。

例如，在第三实施例中，测量距物体的距离的方法修改自第一实施例，但是在第二实施例中，可以通过TOF方法来测量距离。

本公开中的测距模块装置包括多个电路元件。例如，第一实施例中的多个电路元件提供发射驱动单元20、相位控制单元32、电转换单元43、信号处理器单元50和通信单元60。发射驱动单元20、相位控制单元32、电转换单元43、信号处理器单元50和通信单元60也可以分别称为发射驱动电路20、相位控制电路32、电转换电路43、信号处理器电路50和通信电路60。多个电路元件由模拟电路、数字电路、计算机电路或其组合提供。模拟电路由诸如比较器电路、放大器电路和功率转换电路之类的元件提供。该数字电路包括多个逻辑电路。可以通过逻辑电路阵列来提供数字电路，例如，ASIC：专用集成电路；FPGA：现场可编程门阵列；SoC：片上系统；PGA：可编程门阵列；或CPLD：复杂可编程逻辑器件。所述计算机电路包括至少一个处理器电路和至少一个存储器电路。存储器电路是非暂时性的有形存储介质，其非临时地存储可由处理器读取的程序和/或数据。存储介质可以是半导体存储器、磁盘、光盘等。该程序是多个指令的集合。该程序可以分配为单个物品或作为存储该程序的存储介质。