JP6658375B2 - レーザレーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザレーダ装置に関し、特に、物体までの距離を算出する技術に関する。

レーザレーダ装置は、装置外部に存在する物体までの距離をレーザの投光から受光までの時間で測定する。そのため、物体までの距離を測定する際には、レーザ光を投光する投光部に対する信号の伝達時間や、受光部からの信号の伝達時間など、演算処理において生じる遅延時間を考慮する必要があるが、遅延時間は、温度特性などの影響を受けて動的に変化する。そのため、物体までの距離を測定している際にも遅延時間の変動を計測し、遅延時間の変動に基づいて物体までの距離を算出する式を補正する。

特許文献１では、レーザダイオードが生成したレーザ光の進行方向を回転ミラーで偏向して装置外部に照射している。また、特許文献１のレーザレーダ装置は、窓（特許文献１では光透過板）は、ケースの周方向の全部には設けられていないため、レーザ光の進行方向がケースに向かう方向になるときがある。

そこで、特許文献１では、レーザ光がケースに向かう方向になるときにレーザ光を反射する反射部材をケース内に設け、レーザ光がこの反射部材で反射して生じた反射光を検出するまでの検出時間を計測する。反射部材で反射して生じた反射光の光路長は既知であることから、検出時間の変動は上記遅延時間の変動に対応する。よって、反射部材で反射して生じた反射光の検出時間をもとに、物体までの距離を算出する式を補正する。

特開２０１０−２０３８２０号公報

投光部が投光したレーザ光を走査するために、特許文献１で用いられている回転ミラーではなく、ＭＥＭＳミラーなどの揺動ミラーを用いることが考えられる。揺動ミラーを用いると、レーザ光を、水平方向だけでなく上下方向にも走査することができる。加えて、揺動ミラーを用いると、投光部が投光したレーザ光の走査方向を、全部、窓に向かう方向にすることができる。よって、物体検出周期を短くすることもできる。

しかし、走査方向を全部、窓に向かう方向にすることは、レーザ光の進行方向がケースに向かう方向になることがないことを意味する。よって、特許文献１の技術を適用して、ケース内部で反射光を生じさせることができない。そのため、走査方向が全部、窓に向かう方向になっている場合には、どのようにして、物体までの距離を算出する式を補正するかが問題となる。

レーザ光が窓を通過する際には、全ての光が窓を透過することなく一部の光は窓で反射され、少しは反射光が生じる。外部の物体を検出する際には、窓での反射で生じる反射光を受光部が検出して、受光部が飽和してしまわないようにする必要がある。そのため、外部の物体を検出する際には、窓での反射で生じる反射光が受光部に入る時間帯の受光ゲインを低くして、窓での反射で生じる反射光を検出しないようにし、その時間帯を過ぎた後に受光ゲインを高くすることが考えられる。

これに対して、仮に、窓での反射で生じる反射光が受光部に入る時間帯の受光ゲインを高くすれば、投光部から窓までの光路長は既知であることから、窓での反射で生じる反射光の検出時間をもとに、物体までの距離を算出する式を補正できる。

しかし、窓での反射で生じる反射光を検出する場合、その反射光を生じさせるためのレーザ光の照射方向については、外部の物体を検出することが困難になる。よって、物体までの距離を算出する式を補正するために、窓での反射で生じる反射光の検出時間を用いる場合、物体検出性能が低下する恐れがある。

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、レーザ光の走査方向の全部が窓に向かう方向となっているレーザレーダ装置において、物体検出性能の低下を抑制しながらも、物体までの距離を算出する式を補正することにある。

上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は、発明の更なる有利な具体例を規定する。特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するための請求項１に係る発明は、
パルス状にレーザ光を投光する投光部（１０）と、
投光部が投光したレーザ光を走査する走査部（２０）と、
走査部が走査したレーザ光が外部へ照射される際に通過する窓（４０）と、
レーザ光が物体で反射して生じた反射光を受光する受光部（３０）と、
投光部がレーザ光を投光してからレーザ光が外部の物体で反射して生じた反射光を受光するまでの時間に基づいて外部の物体までの距離を算出する距離算出式を用いて、外部の物体までの距離を算出する距離算出部（６５）とを備え、
走査部によるレーザ光の走査方向の全部が窓に向かう方向であるレーザレーダ装置（１）であって、
走査順序が連続する３つのレーザ光のうちの１つ目のレーザ光が予め設定された最大検知距離において形成するスポットと、３つ目のレーザ光が最大検知距離において形成するスポットとの間の距離が、予め設定された検出対象物体のサイズ以下となる場合の、２つ目のレーザ光を内部反射測定用レーザ光とし、内部反射測定用レーザ光の照射方向を記憶している記憶部（５４）と、
走査部によるレーザ光の照射方向が、記憶部に記憶されている内部反射測定用レーザ光の照射方向である場合、反射光を検出する検出レベルを、内部反射光を検出できるレベルとする一方、走査部によるレーザ光の照射方向が、内部反射測定用レーザ光の照射方向とは異なる場合、検出レベルを、内部反射光で受光部が飽和しないレベルとする検出レベル設定部（６３）と、
内部反射測定用レーザ光を投光部が投光してから、内部反射測定用レーザ光が窓で反射して生じた反射光を受光部が受光するまでの時間である内部反射光検出時間を測定する時間測定部（６４）と、
時間測定部が測定した内部反射光検出時間に基づいて、距離算出式を補正する補正部（６６）とを備える。

本発明によれば、内部反射測定用レーザ光の照射方向を記憶部に記憶している。そして、走査部によるレーザ光の照射方向が、内部反射測定用レーザ光の照射方向である場合、検出レベル設定部は、内部反射光を検出できる検出レベルとする。これにより、時間測定部は、内部反射光検出時間を測定でき、補正部は内部反射光検出時間に基づいて距離算出式を補正できる。

また、検出レベル設定部は、レーザ光の照射方向が、内部反射測定用レーザ光の照射方向とは異なる場合、検出レベルを、内部反射光で受光部が飽和しないレベルとする。これにより、レーザ光の照射方向が内部反射測定用レーザ光の照射方向と異なる場合には、受光部が飽和することなく、外部からの反射光を受光できる。

加えて、内部反射測定用レーザ光は、走査順序が連続する３つのレーザ光のうちの２つ目のレーザ光であり、１つ目のレーザ光が最大検知距離において形成するスポットと、３つ目のレーザ光が最大検知距離において形成するスポットとの間の距離は検出対象物体のサイズ以下である。

そのため、２つ目のレーザ光により外部の物体が検出できないとしても、そのレーザ光の照射方向に存在する外部の物体が検出できなくなる走査方向の長さは、検出対象物体のサイズ以下である。よって、２つ目のレーザ光を内部反射測定用レーザ光とすることにより、２つ目のレーザ光により外部の物体の検出ができなくなっても、物体検出性能の低下を抑制できる。

請求項２に係る発明では、内部反射測定用レーザ光は、走査順序が連続する３つのレーザ光のうちの２つ目のレーザ光が最大検知距離において形成するスポットが、１つ目のレーザ光が最大検知距離において形成するスポット、および、３つ目のレーザ光が最大検知距離において形成するスポットと、少なくとも一部において重なる場合の２つ目のレーザ光である。

このようにすれば、３つのレーザ光が最大検知距離において形成するスポットが互いに重ならい場合に比較して、２つ目のレーザ光により外部の物体の検出ができなくなることによる物体検出性能の低下を抑制することができる。

請求項３に係る発明では、内部反射測定用レーザ光は、走査順序が連続する３つのレーザ光のうちの１つ目のレーザ光が最大検知距離において形成するスポットと、３つ目のレーザ光が最大検知距離において形成するスポットとが、少なくとも一部において重なる場合の２つ目のレーザ光である。

このようにすれば、２つ目のレーザ光を外部の物体を検出するために用いなくても、レーザ光の走査方向においては、２つ目のレーザ光を外部の物体を検出するために用いた場合と同等の物体検出性能となるので、物体検出性能の低下を特に抑制できる。

請求項４に係る発明では、投光部は、一定周期でレーザ光を投光し、走査部は、揺動ミラー（２２）を備え、揺動ミラーによりレーザ光を走査する。

本発明によれば、揺動ミラーによりレーザ光を走査していることから、レーザ光の走査角度範囲の縁部で走査方向が大きく変化する。仮に、走査方向が完全に反対方向になる場合を考えると、走査方向が反転するときには揺動ミラーの速度は一時的に０になる。このことから分かるように、走査方向が変化する付近では、揺動ミラーの速度が低下する。また、本発明では、一定周期でレーザ光を投光している。したがって、本発明によれば、走査角度範囲の縁部において、レーザ光の照射角度ピッチが小さくなるので、走査角度範囲の縁部に、内部反射測定用レーザ光の照射方向を設定することができる。

レーザレーダ装置によって物体監視をする場合、走査角度範囲の中心付近を最も監視が必要なエリアに設定することが普通であり、走査角度範囲の縁部は、相対的に監視の重要性が低い。そのため、内部反射測定用レーザ光の照射方向を走査角度範囲の縁部に設定することで、より物体検出性能の低下を抑制することができる。

実施形態のレーザレーダ装置１の内部構成を示す図である。 図１の回路部５０の構成を詳しく示す図である。 図２の制御部６０の構成を詳しく示す図である。 走査ミラー２２が走査するレーザ光Ｌの照射方向を説明する図である。 図３の検出レベル設定部６３が実行する処理を示すフローチャートである。 ３つのレーザ光Ｌが形成するスポットＰ１、Ｐ２、Ｐ３の間隔を示す図である。 図６よりもスポットＰ１、Ｐ２、Ｐ３の間隔が狭い状態を示す図である。 図７よりもさらにスポットＰ１、Ｐ２、Ｐ３の間隔が狭い状態を示す図である。 図５のＳ３で実行する外部反射光検出ゲイン制御を説明する図である。 図５のＳ４で実行する内部反射光検出ゲイン制御を説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［レーザレーダ装置１のハードウェア構成］
図１に示すレーザレーダ装置１は、投光部１０、走査部２０、受光部３０、窓４０、回路部５０を備えている。これらのうち、投光部１０、走査部２０、受光部３０、回路部５０は、図示しない筐体に収容されており、直接あるいは間接的に筐体に固定されている。一方、窓４０は筐体の開口に取り付けられている。

投光部１０は、光源であるレーザダイオード１１と、投光コリメート部１２を備える。レーザダイオード１１は、パルス状のレーザ光Ｌを発生させる部品である。なお、レーザダイオード１１に代えて発光ダイオードを用いることもできる。レーザダイオード１１が発生させるレーザ光Ｌの波長には特に制限はなく、可視光でもよく、また、赤外光でもよい。

投光コリメート部１２には、たとえばコリメートレンズを用いる。この構成により、投光部１０は、略平行なレーザ光Ｌを発生させて、そのレーザ光Ｌを投光する。投光コリメート部１２を通過したレーザ光Ｌの光束は、詳しくは、わずかに拡散するように調整される。これにより、最大検知距離におけるレーザ光Ｌのスポットサイズを大きくして、最大検知距離において、あるレーザ光Ｌのスポットと、そのレーザ光Ｌに続いて照射されるレーザ光Ｌのスポットとの間の隙間を狭くすることができる。

後に詳しく説明する図４に示すように、本実施形態では、レーザ光Ｌの照射方向の角度ピッチは一定ではない。したがって、上記隙間の大きさは、レーザ光Ｌの照射方向の変化により変化する。

この隙間は、レーザ光Ｌの照射方向の角度ピッチと、最大検知距離におけるレーザ光Ｌのスポットサイズとにより定まる。レーザ光Ｌの照射方向の角度ピッチが最も大きくなったときに隙間が最も大きくなる。このときにも、隙間が検出対象物体のサイズ以下となるように、最大検知距離におけるレーザ光Ｌのスポットサイズは調整されている。検出対象物体の具体例は人であり、検出対象物体が人である場合の検出対象物体のサイズは、胸から背中方向における人体の長さを考慮して、たとえば２０ｃｍとされる。また、最大検知距離は、レーザレーダ装置１が検出対象物体を検出できる距離として規定するカタログ上の最大距離であり、たとえば３０ｍである。ただし、最大検知距離は、装置仕様により広範に設定され、１５ｍに設定されることもあれば、１００ｍに設定されることもある。

走査部２０は、偏向ミラー２１と走査ミラー２２とを備えている。偏向ミラー２１は固定型ミラーであり、偏向ミラー２１のミラー面に、投光部１０が投光したレーザ光Ｌが入射する。偏向ミラー２１は、入射したレーザ光Ｌを走査ミラー２２に向けて反射する。

走査ミラー２２には、偏向ミラー２１が反射したレーザ光Ｌが入射し、そのレーザ光Ｌを窓４０の方向に偏向する。また、走査ミラー２２は、偏向方向を三次元的に走査する。したがって、レーザ光Ｌは、出射方向が三次元的に走査されつつ、窓４０を通過して、レーザレーダ装置１の外部へ出射される。

本実施形態の走査ミラー２２は、ミラー面が平面となっており、２軸駆動可能なＭＥＭＳミラーであり、揺動することによりレーザ光Ｌを走査するミラーである。つまり、この走査ミラー２２は揺動ミラーである。また、走査ミラー２２の駆動方式は、本実施形態では電磁駆動方式であるとする。電磁駆動方式では、ミラーの周囲に、永久磁石とコイルとが配置されており、コイルに流す電流を変化させることでミラーの角度を変化させる。走査ミラー２２の走査制御は回路部５０が行う。

この走査ミラー２２には、レーザ光Ｌが外部の物体で反射して生じた反射光である外部反射光Ｒｏも入射する。外部反射光Ｒｏが走査ミラー２２に入射すると、外部反射光Ｒｏはレーザ光Ｌが走査ミラー２２に入射した方向、すなわち、偏向ミラー２１の方向に反射される。

受光部３０は、走査ミラー２２により反射された外部反射光Ｒｏの進行方向において、偏向ミラー２１よりも走査ミラー２２から遠い側に位置する。この受光部３０は、受光レンズ３１と、受光器であるフォトダイオード３２とを備える。

受光レンズ３１は、走査ミラー２２が反射した外部反射光Ｒｏをフォトダイオード３２に集光する。フォトダイオード３２は、たとえば、アバランシェフォトダイオードなどであり、このフォトダイオード３２に入射する外部反射光Ｒｏの光量を示す信号を出力する。

なお、図１に示しているＺ軸は、走査ミラー２２により三次元的に走査されるレーザ光Ｌの仰俯角方向の走査中心である。また、Ｚ軸は、レーザレーダ装置１の正面方向でもある。レーザレーダ装置１の正面方向は、たとえば、レーザレーダ装置１の底面に対して平行であって、レーザ光Ｌの走査範囲の左右方向中心となる方向である。また、レーザレーダ装置１の正面方向は、レーザレーダ装置１の上下方向軸に垂直であって、レーザ光Ｌの走査範囲の左右方向中心となる方向と考えてもよい。Ｙ軸は、Ｚ軸に直交する上下方向の軸である。Ｘ軸は、Ｚ軸およびＹ軸に直交する軸である。

窓４０は、光透過性部材であり、レーザ光Ｌの走査範囲よりも広い範囲に形成されている。したがって、走査ミラー２２により走査されるレーザ光Ｌの照射方向は、全部、窓４０に向かう方向である。しかし、照射方向毎の各レーザ光Ｌの一部は窓４０で反射して装置内部へ向かう。レーザ光Ｌが窓４０で反射した光を内部反射光Ｒｉとする。

窓４０の設置角度は、走査ミラー２２が揺動した際に、走査ミラー２２の角度によらず、レーザ光Ｌが垂直に入射しない角度に設定されている。走査ミラー２２からのレーザ光Ｌが窓４０に垂直に入射すると、ガウス分布状に強度が分布する内部反射光Ｒｉにおいて最大強度となる内部反射光Ｒｉが走査ミラー２２に入射してしまうからである。具体的には、本実施形態では、窓４０は、窓４０が上側ほどＺ軸方向において走査ミラー２２から離隔する傾斜となっている。

しかし、内部反射光Ｒｉはガウス分布状に強度が分布することから、内部反射光Ｒｉの一部は、走査ミラー２２で反射されて受光レンズ３１を介してフォトダイオード３２に入射してしまう。そこで、フォトダイオード３２の受光ゲインは、外部の物体までの距離を測定する場合には、内部反射光Ｒｉがフォトダイオード３２に入射する時間を過ぎるまで低い値に設定される。

［回路部５０の詳細構成］
回路部５０は、図２に示すように、ＬＤ駆動回路５１、増幅器５２、ミラー駆動回路５３、記憶部５４、制御部６０を備えている。ＬＤ駆動回路５１は、レーザダイオード１１を駆動させる回路である。増幅器５２は、フォトダイオード３２が出力した電気信号を増幅して制御部６０に出力する。ミラー駆動回路５３は、走査ミラー２２が備えるコイルに電流を流して走査ミラー２２を揺動させる回路である。記憶部５４は、書き換え可能な構成であり、内部反射測定用レーザ光の照射方向が記憶されている。

内部反射測定用レーザ光とは、内部反射光Ｒｉを測定するためのレーザ光Ｌであり、レーザ光Ｌの照射方向が内部反射測定用レーザ光の照射方向である場合、制御部６０は、内部反射光Ｒｉを検出できるように受光ゲインを制御する。

制御部６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＡＳＩＣ、ＣＰＬＤ、コンパレータ等の回路を備えている。制御部６０は、たとえば、ＣＰＵが、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ、ＲＯＭに記憶されているプログラムを実行するなど、回路の一部または全部を使用して、種々の機能を実行する。

［制御部６０の機能］
図３に制御部６０が実行する機能を示す。図３に示すように、制御部６０は、発光制御部６１、走査制御部６２、検出レベル設定部６３、時間測定部６４、距離算出部６５、補正部６６として機能する。

発光制御部６１は、ＬＤ駆動回路５１に発光指令を出力して、レーザダイオード１１にレーザ光Ｌをパルス状に発生させる。この発光指令には、駆動電圧値を指示する情報が含まれており、ＬＤ駆動回路５１は、発光指令により定まる駆動電圧値でレーザダイオード１１からレーザ光Ｌを発生させる。駆動電圧値の変化をパルス状とすることで、レーザダイオード１１からパルス状のレーザ光Ｌが発生する。発光制御部６１は、一定周期で、パルス状にレーザ光Ｌを発生させる。

走査制御部６２は、ミラー駆動回路５３に与える電圧を所定の周波数で変化させることで、走査ミラー２２を、Ｘ方向およびＹ方向に所定の走査角度範囲で変化させる。これにより、レーザ光Ｌは、Ｘ方向およびＹ方向に所定の角度範囲で走査される。

図４は、本実施形態におけるレーザ光Ｌの照射方向を説明する図である。図４に示す各点が照射方向である。図４に示すように、本実施形態では、リサージュ曲線を描くようにしてレーザ光Ｌの照射方向を走査することで、走査角度範囲内を走査する。よって、走査制御部６２は、走査ミラー２２を、リサージュ曲線を描くように揺動させる。

図４から分かるように、本実施形態では、レーザ光Ｌの照射方向は、走査角度範囲の中央付近では相対的に疎になり、縁部では相対的に密になり、隅部では特に密になる。このように、レーザ光Ｌの照射方向に疎密が生じる理由は、レーザ光Ｌは一定周期で照射されている一方で、走査ミラー２２がリサージュ曲線を描く用に揺動させられることで、走査角度範囲の縁部では、走査ミラー２２の揺動速度が低下するからである。

なお、実際のレーザ光Ｌのスポット形状は、図４に示す各点を中心とする略円形である。円のサイズは、前述のように、投光コリメート部１２により平行とされる程度により調整されている。

検出レベル設定部６３は、レーザ光Ｌの照射方向が、記憶部５４に記憶されている内部反射測定用レーザ光の照射方向である場合、検出レベルを、内部反射光Ｒｉを検出できる検出レベルとする。一方、レーザ光Ｌの照射方向が、内部反射測定用レーザ光の照射方向ではない場合には、検出レベルを、内部反射光Ｒｉでフォトダイオード３２が飽和しない検出レベルとする。フォトダイオード３２が飽和するとは、フォトダイオード３２の出力電流値が一定になってしまうことを意味する。検出レベルの設定は、具体的には、増幅器５２の受光ゲインを制御することで行う。

図５に検出レベル設定部６３が実行する処理をフローチャートで示す。検出レベル設定部６３は、レーザ光Ｌの走査が行われている間、図５に示す処理を周期的に実行する。ステップ（以下、ステップを省略する）Ｓ１では、走査ミラー２２の角度を決定する。本実施形態では、走査ミラー２２の角度は、原点となった時点からの経過時間で検出する。前述のように、ミラー駆動回路５３に与える電圧を所定の周波数で変化させることで、走査ミラー２２を揺動させているので、走査ミラー２２の角度が原点となってからの経過時間から、走査ミラー２２の角度が決定できるのである。なお、走査ミラー２２が原点となったことは、たとえば、走査ミラー２２の周囲の磁場に基づいて検出する。走査ミラー２２の角度により、走査ミラー２２の周辺の磁場が変化するからである。走査ミラー２２の周辺の磁場は、たとえば、磁気センサなどを用いて検出する。

Ｓ２では、Ｓ１で決定した走査ミラー２２の角度に基づいて定まる、次のレーザ光Ｌの照射方向が、記憶部５４に記憶されている内部反射測定用レーザ光の照射方向であるか否かを判断する。

ここで、記憶部５４に記憶されている内部反射測定用レーザ光の照射方向について説明する。図６、図７、図８には、走査順序が連続する３つのレーザ光Ｌの最大検知距離におけるスポットＰ１、Ｐ２、Ｐ３を示している。図６、図７、図８の違いは、各スポットＰ１、Ｐ２、Ｐ３の間隔である。ただし、図６、図７、図８ともに、スポットＰ２が内部反射測定用レーザ光である。

図４から分かるように、走査順序が連続する３つのレーザ光Ｌの間隔は、レーザ光Ｌの走査に伴って変化する。図６の例では、３つのレーザ光ＬのスポットＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、互いに接触していない。ただし、スポットＰ１とスポットＰ３との間の距離ｄｓは、最大許容距離ｄｍａｘよりも短い。この最大許容距離ｄｍａｘは、スポット間の距離として許容される最大距離であり、前述の検出対象物体のサイズを意味する。

スポットＰ１とスポットＰ３との間の距離ｄｓが最大許容距離ｄｍａｘよりも短い場合、検出対象物体が、スポットＰ１とスポットＰ３との間の隙間に収まってしまうことはない。したがって、スポットＰ２が生じるレーザ光Ｌに起因する外部反射光Ｒｏを検出できないとしても、検出対象物体が検出できなくなることはない。よって、図６に示すスポットＰ２を内部反射測定用レーザ光とすれば、レーザレーダ装置１の物体検出性能の低下を抑制できる。

なお、図６の例では、最大許容距離ｄｍａｘは、スポットＰ２の直径よりも大きい。よって、スポットＰ２のサイズは検出対象物体のサイズ以下である。図７、図８の例でも、スポットＰ２のサイズは検出対象物体のサイズ以下である。

図７の例では、図６と同じく、スポットＰ１とスポットＰ３は接触していない。しかし、スポットＰ２は、スポットＰ１、Ｐ３と部分的に重なっている。このようになっているスポットＰ２を内部反射測定用レーザ光とすれば、図６に示すスポットＰ２を内部反射測定用レーザ光とするよりも、よりレーザレーダ装置１の物体検出性能の低下を抑制できる。

図８の例では、スポットＰ１とスポットＰ３は１点において重なっている、つまり、スポットＰ１とスポットＰ３は互いに接触している。このようになっているスポットＰ２を内部反射測定用レーザ光とする場合、各スポットＰの中心を通る方向、すなわち、図４に示すリサージュ曲線上においては、物体検出性能は全く低下しない。

なお、図示していないが、図８よりもさらにスポットＰ１とスポットＰ３が接近するような照射範囲もある。たとえば、図４に示す照射角度範囲の角では、スポットＰ１とスポットＰ３が大きく重なる。

内部反射測定用レーザ光は、スポットＰ１とスポットＰ３との間の距離ｄｓが最大許容距離ｄｍａｘよりも短くなるという条件を満たすスポットＰ２であり、その内部反射測定用レーザ光の照射方向が記憶部５４に記憶されている。図６、図７、図８は、いずれもこの条件を満たしているが、できるだけスポットＰ１とスポットＰ３との距離が近くなっている場合のスポットＰ２を選択して、内部反射測定用レーザ光に設定する。本実施形態では、図４に示すように、レーザ光Ｌを走査することから、走査角度範囲の縁部、特に隅部に内部反射測定用レーザ光に設定することになる。

上記条件を満たす範囲で、どのレーザ光Ｌを内部反射測定用レーザ光とするか、また、内部反射測定用レーザ光の数をいくつにするかは、適宜、設定すればよい。

説明を図５に戻す。Ｓ２の判断がＮＯ、すなわち、次のレーザ光Ｌの照射方向が、内部反射測定用レーザ光の照射方向でない場合にはＳ３に進み、外部反射光検出ゲイン制御を行う。一方、Ｓ２の判断がＹＥＳ、すなわち、次のレーザ光Ｌの照射方向が、内部反射測定用レーザ光の照射方向である場合にはＳ４に進み、内部反射光検出ゲイン制御を行う。外部反射光検出ゲイン制御、内部反射光検出ゲイン制御ともに、レーザ光Ｌを投光後の受光ゲインを時間経過に伴い変化させる。

図９は外部反射光検出ゲイン制御を説明する図である。外部反射光検出ゲイン制御では、発光制御部６１がパルス状に投光パワーを変化させることでパルス状のレーザ光Ｌが投光された後、一定期間は、受光ゲインを低いままにする。一定期間は、内部反射光Ｒｉがフォトダイオード３２に受光される時点を経過する期間に設定されている。このようにすることで、内部反射光Ｒｉでフォトダイオード３２が飽和しないようにできる。この一定期間を経過後は、徐々に受光ゲインを増加させて、距離に応じて低下する外部反射光Ｒｏを検出できるようにしている。

これに対して、Ｓ４で実行する内部反射光検出ゲイン制御では、図１０に示すように受光ゲインを時間変化させる。すなわち、発光制御部６１がパルス状に投光パワーを変化させた直後から受光ゲインを高くし、内部反射光Ｒｉがフォトダイオード３２に受光される時点を経過するまでは、高い受光ゲインを維持する。

なお、図１０では、受光ゲインは垂直に立ち上がっているが、必ずしも垂直に立ち上げる必要はなく、内部反射光Ｒｉを検出できるように受光ゲインを高くすればよい。ただし、できるだけ立ち上がり速度が速い方が、内部反射光Ｒｉの検出波形の立ち上がりが急峻になり、その結果、内部反射光Ｒｉの検出時間を精度よく決定できるので、好ましい。

高いゲインを維持する期間の終了時点は、温度変化等を考慮しても、内部反射光Ｒｉがフォトダイオード３２に検出される時点を経過していることが確実であれば、いつでもよい。内部反射光Ｒｉを検出するための受光ゲインの高さは、たとえば、外部反射光検出制御における受光ゲインの最大値と同じにする。ただし、内部反射光Ｒｉが検出できれば、それよりも低くてもよい。

説明を図３に戻す。時間測定部６４は、レーザダイオード１１がレーザ光Ｌを投光してから、フォトダイオード３２が反射光を検出するまでの時間である反射光検出時間を測定する。レーザダイオード１１がレーザ光Ｌを投光する時点としては、発光制御部６１がＬＤ駆動回路５１に発光指令を出力した時点を用いる。フォトダイオード３２が反射光を検出する時点としては、フォトダイオード３２が出力した電気信号を増幅器５２を介して取得し、その電気信号が所定の反射光検出閾値を超えた時点とする。

反射光には、前述したように、内部反射光Ｒｉと外部反射光Ｒｏがある。反射光が内部反射光Ｒｉである場合の反射光検出時間を内部反射光検出時間とし、反射光が外部反射光Ｒｏである場合の反射光検出時間を外部反射光検出時間とする。

距離算出部６５は、内部反射光検出時間と、記憶部５４に予め記憶されている距離算出式とを用いて、物体までの距離を算出する。距離算出式は、光速に反射光検出時間を乗じて光伝播距離を算出し、その光伝播距離に補正係数を乗じた式となる。補正係数は演算処理において生じる遅延時間を補正するためである。なお、光伝播距離から、レーザレーダ装置１の内部の光路長を減算した値に補正係数を乗じてもよい。

補正部６６は、記憶部５４に記憶されている距離算出式の補正係数を補正する。この補正には、時間測定部６４が測定した内部反射光検出時間を用いる。内部反射光Ｒｉは、レーザ光Ｌが窓４０で反射した光であるので光路長は既知である。したがって、時間測定部６４が測定した内部反射光検出時間の変化は、演算処理の遅延時間の変化に対応する。よって、時間測定部６４が測定した内部反射光検出時間に基づいて補正係数を補正できるのである。

［実施形態のまとめ］
以上、説明した本実施形態では、内部反射測定用レーザ光の照射方向を記憶部５４に記憶している。そして、レーザ光Ｌの照射方向が内部反射測定用レーザ光の照射方向である場合、内部反射光Ｒｉを検出できる検出レベルとし、レーザ光Ｌが窓４０で反射した光である内部反射光Ｒｉを検出する。これにより、内部反射光検出時間を測定でき、補正部６６は内部反射光検出時間に基づいて距離算出式を補正できる。

内部反射測定用レーザ光は、走査順序が連続する３つのレーザ光Ｌのうちの２つ目のレーザ光Ｌである。そのため、２つ目のレーザ光Ｌでは外部反射光Ｒｏを検出しない。しかし、１つ目のレーザ光Ｌが最大検知距離において形成するスポットＰ１と、３つ目のレーザ光Ｌが最大検知距離において形成するスポットＰ３との間の距離は検出対象物体のサイズ以下である。

したがって、２つ目のレーザ光Ｌにより外部の物体の検出を行わないとしても、そのレーザ光Ｌの照射方向に存在する外部の物体の検出が困難になる走査方向の長さは、検出対象物体のサイズ以下である。よって、２つ目のレーザ光Ｌを内部反射測定用レーザ光とすることにより、物体検出性能の低下を抑制できる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。なお、以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。

＜変形例１＞
たとえば、前述の実施形態では、リサージュ曲線を描くようにしてレーザ光Ｌの照射方向を走査していた。しかし、直線を順次移動させる、ラスタースキャンによりレーザ光Ｌの照射方向を走査してもよい。

＜変形例２＞
前述の実施形態のレーザレーダ装置１は、走査ミラー２２に照射される反射光の進行方向に受光部３０を配置した、同軸系のレーザレーダ装置であった。しかし、本発明は、非同軸系のレーザレーダ装置にも適用できる。

＜変形例３＞
前述の実施形態では、受光ゲインを変化させることで内部反射光Ｒｉを検出できる検出レベルとするか否かを切り替えていた。しかし、受光ゲインを変化させることに代えて、あるいは受光ゲインを変化させることに加えて、投光パワーを変化させることで、内部反射光Ｒｉを検出できる検出レベルとするか否かを切り替えてもよい。

＜変形例４＞
前述の実施形態では、一定周期でレーザ光Ｌを投光していたが、レーザ光Ｌの投光周期は一定でなくてもよい。

１：レーザレーダ装置 １０：投光部 １１：レーザダイオード １２：投光コリメート部 ２０：走査部 ２１：偏向ミラー ２２：走査ミラー ３０：受光部 ３１：受光レンズ ３２：フォトダイオード ４０：窓 ５０：回路部 ５１：ＬＤ駆動回路 ５２：増幅器 ５３：ミラー駆動回路 ５４：記憶部 ６０：制御部 ６１：発光制御部 ６２：走査制御部 ６３：検出レベル設定部 ６４：時間測定部 ６５：距離算出部 ６６：補正部 Ｌ：レーザ光 Ｐ：スポット Ｒｉ：内部反射光 Ｒｏ：外部反射光

Claims (4)

1. パルス状にレーザ光を投光する投光部（１０）と、
   前記投光部が投光した前記レーザ光を走査する走査部（２０）と、
   前記走査部が走査した前記レーザ光が外部へ照射される際に通過する窓（４０）と、
   前記レーザ光が物体で反射して生じた反射光を受光する受光部（３０）と、
   前記投光部が前記レーザ光を投光してから前記レーザ光が外部の物体で反射して生じた前記反射光を受光するまでの時間に基づいて前記外部の物体までの距離を算出する距離算出式を用いて、前記外部の物体までの距離を算出する距離算出部（６５）とを備え、
   前記走査部による前記レーザ光の走査方向の全部が前記窓に向かう方向であるレーザレーダ装置（１）であって、
   走査順序が連続する３つの前記レーザ光のうちの１つ目の前記レーザ光が予め設定された最大検知距離において形成するスポットと、３つ目の前記レーザ光が前記最大検知距離において形成するスポットとの間の距離が、予め設定された検出対象物体のサイズ以下となる場合の、２つ目の前記レーザ光を内部反射測定用レーザ光とし、前記内部反射測定用レーザ光の照射方向を記憶している記憶部（５４）と、
   前記走査部による前記レーザ光の照射方向が、前記記憶部に記憶されている前記内部反射測定用レーザ光の照射方向である場合、前記反射光を検出する検出レベルを、内部反射光を検出できるレベルとする一方、前記走査部による前記レーザ光の照射方向が、前記内部反射測定用レーザ光の照射方向とは異なる場合、前記検出レベルを、前記内部反射光で前記受光部が飽和しないレベルとする検出レベル設定部（６３）と、
   前記内部反射測定用レーザ光を前記投光部が投光してから、前記内部反射測定用レーザ光が前記窓で反射して生じた前記反射光を前記受光部が受光するまでの時間である内部反射光検出時間を測定する時間測定部（６４）と、
   前記時間測定部が測定した前記内部反射光検出時間に基づいて、前記距離算出式を補正する補正部（６６）とを備えるレーザレーダ装置。
2. 請求項１において、
   前記内部反射測定用レーザ光は、走査順序が連続する３つの前記レーザ光のうちの２つ目の前記レーザ光が前記最大検知距離において形成するスポットが、１つ目の前記レーザ光が前記最大検知距離において形成するスポット、および、３つ目の前記レーザ光が前記最大検知距離において形成するスポットと、少なくとも一部において重なる場合の２つ目の前記レーザ光であるレーザレーダ装置。
3. 請求項２において、
   前記内部反射測定用レーザ光は、走査順序が連続する３つの前記レーザ光のうちの１つ目の前記レーザ光が前記最大検知距離において形成するスポットと、３つ目の前記レーザ光が前記最大検知距離において形成するスポットとが、少なくとも一部において重なる場合の２つ目の前記レーザ光であるレーザレーダ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、
   前記投光部は、一定周期で前記レーザ光を投光し、
   前記走査部は、揺動ミラー（２２）を備え、前記揺動ミラーにより前記レーザ光を走査するレーザレーダ装置。

Images