(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を送出する信号送出装置と、
縦横に振動することにより、前記信号送出装置から送出された前記信号を用いて２次元走査を行うスキャナと、
前記スキャナを介して送出された前記信号の反射信号を受信する信号受信装置と、
前記スキャナの縦振動周波数と横振動周波数とを制御する制御装置とを備えるレーダ装置において、
前記制御装置は、前記縦振動周波数を有する波動と前記横振動周波数を有する波動とから構成されるうなりの周期が、前記スキャナによって所定の２次元領域を２次元走査するのに要する走査観測時間の整数分の１になるように制御することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーダ装置において、
前記スキャナの前記縦振動周波数をｆ１、前記横振動周波数をｆ２、前記走査観測時間をＴとすると、前記制御装置は、
｜ｍ・ｆ１−ｎ・ｆ２｜＝１／Ｔ  （ただし、ｍ，ｎは整数）
の関係式を満たすように、前記縦振動周波数と前記横振動周波数を設定することを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のレーダ装置において、
前記関係式中の整数ｍ，ｎは、互いに素であることを特徴とするレーダ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のレーダ装置において、
前記信号送出装置が前記信号を送出する時間間隔は、前記スキャナの前記縦振動周期の整数分の１であることを特徴とするレーダ装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載のレーダ装置において、
前記信号送出装置が前記信号を送出する時間間隔は、前記スキャナの前記横振動周期の整数分の１であることを特徴とするレーダ装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のレーダ装置において、
前記制御装置は、前記スキャナが２次元走査を行っている間に少なくとも一度はスキャン角度の適否を確認し、
前記スキャン角度が適切でないと判断した時は、前記関係式を満たすようにしつつ前記縦振動周波数または前記横振動周波数の調整を行うことを特徴とするレーダ装置。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれかに記載のレーダ装置において、
前記制御装置は、ハードスプリング効果の影響を考慮して、駆動磁界を調整して前記縦振動周波数を有する波動と前記横振動周波数を有する波動の振幅を制御した後に、前記縦振動周波数と前記横振動周波数を制御することを特徴とするレーダ装置。
【請求項８】
請求項１〜３のいずれかに記載のレーダ装置において、
前記スキャナを自励共振させるための自励発振回路を備え、
ハードスプリング効果の現れる磁界領域においては、前記縦振動周波数を有する波動と前記横振動周波数を有する波動の目標振幅をそれぞれ制御することにより、前記縦振動周波数と前記横振動周波数を調整することを特徴とするレーダ装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のレーダ装置において、
前記スキャナの温度を検出する温度検出装置を備え、
前記温度検出装置により検出した温度に基づいて、前記縦振動周波数と前記横振動周波数とを補正することを特徴とするレーダ装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載のレーダ装置において、
前記信号は、赤外線パルス光であることを特徴とするレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２次元スキャナを用いて車両周囲に存在する障害物や先行車までの距離や形状を検出するレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーダ装置には、特開平９−２７４０７６号公報のように、ポリゴンミラーを用いて、パルス光を送出・検出して２次元走査を行うものがある。このレーダ装置は、倒れ角の異なる例えば６つのミラー面を有するポリゴンミラーを備える。６面あるポリゴンミラーの各ミラー面で横方向の走査を行い、ポリゴンミラーが一回転する間に上下６方向に送出したパルス光により２次元走査を行うものである。また、より広角なスキャンを実現するために、特開平９−１０１４７４号公報のように、マイクロスキャナなどの２次元スキャナを使用する方法も知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ポリゴンミラーを用いたレーダ装置では、上下方向の分割数はポリゴンミラー面の数、例えば、特開平９−２７４０７６号公報のレーダ装置では、６に限定されてしまい、横方向の分割数に対して分解能が低いという問題があった。この場合、ミラー面を増やすと横方向の検知幅が狭くなり、実用的ではなくなる。従来のポリゴンミラーを用いて、直線的な走査であるラスタースキャンを行ったときの走査結果を図１５に示す。上述したように、走査領域内の測定ポイントは縦方向の分割数が回転ミラー面の数によって固定されてしまう。すなわち、回転ミラー面が６面の場合、縦方向の分割数は６となる。
【０００４】
また、特開平９−１０１４７４号公報のような２次元スキャナを用いた方法では、正弦波信号によりミラーを駆動させるため、従来の直線的な走査であるラスタースキャンとは異なり、正弦波的な走査のリサージュスキャンを行うことになる。リサージュスキャンを用いたときの走査結果を図１６、図１７に示す。この場合、図１６に示すように、スキャナを振動させる縦振動周波数と横振動周波数の関係に応じて走査領域内の測定ポイントに疎と密の部分が生じることがある。測定ポイントの疎の領域は常に同じではなく、縦振動と横振動の波長の位相変化によって走査領域内で移動するため、均一な測定結果が必要とされる測距装置に使用するには問題があった。また、縦振動周波数と横振動周波数との関係により、図１７に示すように、定在波が立つ状態になることもある。この場合、定在波の周波数が小さいと、測定ができる領域が小さくなるという問題もあった。
【０００５】
本発明の目的は、縦振動周波数と横振動周波数とを所定の関係を満たすように制御して、走査領域を均一に測定するレーダ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明によるレーダ装置は、信号を送出する信号送出装置と、縦横に振動することにより、信号送出装置から送出された信号を用いて２次元走査を行うスキャナと、スキャナを介して送出された信号の反射信号を受信する信号受信装置と、スキャナの縦振動周波数と横振動周波数とを制御する制御装置とを備え、制御装置は、縦振動周波数を有する波動と横振動周波数を有する波動とから構成されるうなりの周期が、スキャナによって所定の２次元領域を２次元走査するのに要する走査観測時間の整数分の１になるように制御することにより上記目的を達成する。
（２）請求項２の発明は、請求項１のレーダ装置において、スキャナの縦振動周波数をｆ１、横振動周波数をｆ２、走査観測時間をＴとすると、制御装置は、｜ｍ・ｆ１−ｎ・ｆ２｜＝１／Ｔ  （ただし、ｍ，ｎは整数）の関係式を満たすように、縦振動周波数と横振動周波数を設定することを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項２のレーダ装置において、関係式中の整数ｍ，ｎは、互いに素であることを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかのレーダ装置において、信号送出装置が信号を送出する時間間隔は、スキャナの縦振動周期の整数分の１であることを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項１〜３のいずれかのレーダ装置において、信号送出装置が信号を送出する時間間隔は、スキャナの横振動周期の整数分の１であることを特徴とする。
（６）請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかのレーダ装置において、制御装置は、スキャナが２次元走査を行っている間に少なくとも一度はスキャン角度の適否を確認し、スキャン角度が適切でないと判断した時は、関係式を満たすようにしつつ縦振動周波数または横振動周波数の調整を行うことを特徴とする。
（７）請求項７の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のレーダ装置において、制御装置は、ハードスプリング効果の影響を考慮して、駆動磁界を調整して縦振動周波数を有する波動と横振動周波数を有する波動の振幅を制御した後に、縦振動周波数と横振動周波数を制御することを特徴とする。
（８）請求項８の発明は、請求項１〜３のいずれかのレーダ装置において、スキャナを自励共振させるための自励発振回路を備え、ハードスプリング効果の現れる磁界領域においては、縦振動周波数を有する波動と横振動周波数を有する波動の目標振幅をそれぞれ制御することにより、縦振動周波数と横振動周波数を調整することを特徴とする。
（９）請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれかのレーダ装置において、スキャナの温度を検出する温度検出装置を備え、温度検出装置により検出した温度に基づいて、縦振動周波数と横振動周波数とを補正することを特徴とする。
（１０）請求項１０の発明は、請求項１〜９のいずれかのレーダ装置において、信号は、赤外線パルス光であることを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果を奏する。
（１）請求項１〜７の発明によれば、縦横の振動により２次元走査を行うスキャナの縦振動周波数を有する波動と横振動周波数を有する波動とから構成されるうなりの周期が、走査観測時間の整数分の１になるように設定するので、２次元走査領域内で観測ポイントの疎と密の部分が生じることが無く、観測ポイントの均一な測定結果を得ることができる。
（２）請求項３の発明によれば、｜ｍ・ｆ１−ｎ・ｆ２｜＝１／Ｔ  の関係式中において、整数ｍ，ｎは互いに素であるので、縦振動周波数を有する波動と横振動周波数を有する波動のうなりの周期と走査観測時間とが等しくなり、観測方位の重複を最小限にすることができる。
（３）請求項４の発明によれば、信号送出装置が信号を送出する時間間隔は、スキャナの縦振動周期の整数分の１に設定することにより、走査領域の縦の分割数を統一することができる。
（４）請求項５の発明によれば、信号送出装置が信号を送出する時間間隔は、スキャナの横振動周期の整数分の１に設定することにより、走査領域の横の分割数を統一することができる。
（５）請求項６の発明によれば、スキャン角度が適切でない時は、｜ｍ・ｆ１−ｎ・ｆ２｜＝１／Ｔ  の関係式を満たすようにしつつ縦振動周波数または横振動周波数の調整を行うことにより、適切なスキャン角度を得ることができる。
（６）請求項７の発明によれば、ハードスプリング効果の影響を考慮して、駆動磁界を制御して所望の振動振幅を得た後に、縦振動周波数と横振動周波数を制御するので、駆動磁界が変化することによりスキャナの共振周波数が変化するというハードスプリング効果の影響を受けることなく、均一な測定結果を得ることができる。
（７）請求項８の発明によれば、スキャナを自励共振させるための自励発振回路を備えたレーダ装置においても、ハードスプリング効果の現れる磁界領域においては、縦振動周波数を有する波動と横振動周波数を有する波動の目標振幅をそれぞれ制御して、縦振動周波数と横振動周波数を調整するので、斑のない均一な測定結果を得ることができる。
（８）請求項９の発明によれば、スキャナの温度に基づいて、縦振動周波数と横振動周波数とを補正するので、スキャナの温度変化による走査領域の減少を防ぐことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１〜図６を参照して第１の実施の形態によるレーダ装置について説明する。レーダ装置としては、赤外光を用いるレーザレーダや電磁波を用いる電波レーダなどがある。レーダ方式には、短時間のパルス信号を送信し、物標に反射して戻ってきたパルス信号を受信するまでの時間を測定して距離を算出するパルス方式や、三角波で周波数変調や振幅変調した連続波を送信し、反射信号の周波数変位や位相変位により距離を算出するＣＷ方式がある。以下では、光学式スキャナを赤外レーザレーダ装置に用いて、パルス方式を採用した方法について説明する。
【０００９】
図１は、本発明によるレーダ装置の第１の実施の形態の構成を示す図である。レーダ装置１は、信号送信部２と、信号受信部３と、信号処理部４とから構成されている。信号送信部２は、レーザダイオード７から送出されたレーザ光を反射ミラー１０を介してスキャナ６のミラー面に入射させ、スキャナ駆動部５によりスキャナ６を縦・横に振動させてレーザ光をスキャンするように構成されている。スキャナ６とスキャナ駆動部５については後述する。また、スキャナ温度検出部２５は、スキャナ６の温度を検出する。検出した温度は、共振周波数を補正するために用いられる。信号受信部３は、フォトダイオード８と光学レンズ９とから構成される。
【００１０】
信号処理部４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成され、内部で行う機能上、送信パルス発生部４ａと、送信方位検出部４ｂと、周波数選定部４ｃと、距離検出部４ｄと、先行車認識ロジック部４ｅとを有し、物標までの距離や物標の方位、形状などを算出する。物標までの距離は、信号送信部２のレーザダイオード７に赤外線レーザ光（以下、レーザ光と呼ぶ）を送出させる信号を送信してから、信号受信部３のフォトダイオード８が物標に反射して戻ってきたレーザ光を受光し、受光した信号が信号処理部４に送られてくるまでの時間差に基づいて算出する。この時に回路内の信号送受信の遅延時間を考慮に入れた補正が行われる。また、送信方位検出部４ｂによる物標方位の算出は、レーザダイオード７にレーザ光を送出させる信号を送信した時点でのスキャナ６内のミラー面の角度からレーザ光の送出方位を検出することにより行う。所定の観測時間内に２次元走査を行い、得られた物標の２次元情報から、先行車認識ロジック４ｅは、車両認識ロジックなどを用いて先行車の同定を行う。得られた先行車情報や障害物情報などは、先行車までの距離が設定車間距離となるように先行車追従制御を行うＡＣＣコントローラ（Adaptive Cruise Control）に送信する。
【００１１】
図２は、レーザダイオード７からレーザ光を送出させるために信号処理部４から送信されるトリガ信号と、レーザダイオード７から送出される発光パルスと、フォトダイオード８が反射光を受光したときの受光信号との時間関係を示す図である。レーザ光を送出させるために、信号処理部４からパルス幅τのトリガ信号が信号送信部２に送られると、信号送信部２のレーザダイオード７は、トリガ信号に同期してパルス幅τの赤外線パルス光（以下、パルス光と呼ぶ）を所定の方向に向けて送出する。送出されたパルス光は物標が存在すると当該物標で反射して、信号受信部３の光学レンズを通してフォトダイオード８で受光される。パルス光を送出してから反射光が受光されるまでの時間をΔｔ、光速をｃとすると、レーダ装置と物標までの距離Ｄは次式（１）にて算出される。
Ｄ＝ｃ・Δｔ／２  …（１）
実際の距離算出に際しては、回路遅延などにより生じる計測距離の誤差を考慮し、誤差を補正して物標までの距離を算出する。
【００１２】
物標方位の算出にあたっては、信号送信部２のスキャナ駆動部５によりスキャナ６を駆動させてパルス光を送出する方向を変えながら、パルス光の送受信を所定回数行う。送出したパルス光のうち、物標に反射して受光したパルス光の送出時の送出方位に基づいて、物標の方位を算出する。パルス光の送出方位は、スキャナ６のミラー面の角度から算出する。
【００１３】
図３を用いて、スキャナ６の構成について説明する。図３は、片梁支持型マイクロスキャナの構成を示す図である。図３（ａ）は、ミラーの装着された表面を示す図、図３（ｂ）は裏面を示す図である。ミラー１１は、梁１２により支えられている。梁１２の裏面には、磁気方位のそろった磁歪膜１４が装着されており、梁１２の表面には梁１２に曲げやねじれ等が発生することにより抵抗値が変化するピエゾ抵抗膜１３が装着されている。梁１２に曲げやねじれ等が発生する要因については、後述する。信号処理部４は、ピエゾ抵抗膜１３の抵抗値変化を検出することにより、梁１２の曲げ量とねじれ量とを算出する。梁１２の曲げ量とねじれ量とから、ミラー面の向き、すなわちパルス光の送出方向を検出することができる。
【００１４】
空心コイル１５は、梁１２に交流磁界を印可するためのものである。梁１２の周りには不図示のコイルが巻かれており、空心コイル１５に交流電流を流すことにより、梁１２に磁歪膜の磁気方位と所定の角度だけずれた方向に交流磁界を印可することができる。これにより、梁１２、すなわちスキャナ６は縦横２次元の振動を発生する。スキャナ６の共振周波数は、スキャナ６の材質と寸法に依存する。
【００１５】
図４は、スキャナ駆動部５の構成を示す図である。スキャナ駆動部５は、縦駆動周波数発振器１６と横駆動周波数発振器１７と電流増幅器１８とから構成される。以下、縦駆動周波数発振器１６により発振される正弦波の縦振動周波数を縦駆動周波数、横駆動周波数発振器１７により発振される正弦波の横振動周波数を横駆動周波数と呼ぶ。縦駆動周波数発振器１６と横駆動周波数発振器１７で発振された縦駆動周波数ｆ１と横駆動周波数ｆ２の正弦波は、信号処理部４から入力される制御信号に応じて、それぞれ電流増幅器１８に出力される。電流増幅器１８は、入力された各々の駆動周波数の信号を信号処理部４から送られてくる各々の増幅率にて増幅する。増幅された信号は足し合わされてスキャナ６の空心コイル１５に印可される。
【００１６】
縦横の駆動周波数は、スキャナ６の共振周波数付近の周波数に初期設定されている。この共振周波数は、スキャナ６の１次共振、２次共振などのいずれの共振周波数でもよい。信号処理部４は、スキャナ駆動部５に指令を送ることにより、初期設定されている縦駆動周波数ｆ１を有する波動と横駆動周波数ｆ２を有する波動のうなりの周期が所定回数のパルス光の送受信を行う観測時間Ｔの整数分の１になるように周波数を制御する。以下では特に、下記式（２）の関係を満たすように制御する。ただし、ｍ，ｎは互いに素の整数とする。
｜ｍ・ｆ１−ｎ・ｆ２｜＝１／Ｔ  …（２）
【００１７】
上式（２）にて、整数ｍ，ｎを互いに素ではない整数とすることもできる。ただし、この場合、観測ポイントの重複が不必要に起こりうる。従って、ｍ，ｎを互いに素の整数となるように選定すれば、縦駆動周波数ｆ１を有する波動と横駆動周波数ｆ２を有する波動のうなりの周期が観測時間Ｔと等しくなり、観測ポイントの重複を最小限にすることができる。従って、以下では、ｍ，ｎは互いに素の整数であるとして説明する。
【００１８】
図５は、本発明によるレーダ装置の信号処理部４による制御手順を示すフローチャートである。以下、ステップＳ０から順に説明する。ステップＳ０以下の処理は、信号処理部４にスキャン開始命令の信号が入力されることにより始まる。ステップＳ０では、スキャナ温度検出部２５によりスキャナ６の温度を検出する。スキャナ６の温度を検出するとステップＳ１に進む。ステップＳ１では、縦駆動周波数ｆ１と横駆動周波数ｆ２をそれぞれスキャナ６の共振周波数付近の周波数に初期設定する。共振周波数は、スキャナ６の温度に応じて補正した値である。
【００１９】
共振周波数をスキャナ６の温度に応じて補正する理由について説明しておく。スキャナ６の共振周波数は、周辺温度の変化などの影響によって遷移することがある。すなわち、スキャナ６の温度変化によって、スキャナ６の共振周波数が変化し、スキャン領域が減少することがある。これを防ぐために、ステップＳ０で検出したスキャナ６の温度変化分に対応する共振周波数変化を考慮した補正を行う。これにより、スキャナ６の温度変化によって、スキャン領域が減少する影響を避けることができる。
【００２０】
ステップＳ２では、縦駆動周波数ｆ１と横駆動周波数ｆ２とが上式（２）の関係、すなわち、｜ｍ・ｆ１−ｎ・ｆ２｜＝１／Ｔ（ｍ，ｎは互いに素の整数）の関係を満たすか否かを判定する。式（２）の関係を満たさないと判定するとステップＳ３に進む。
【００２１】
ステップＳ３では、縦駆動周波数ｆ１と横駆動周波数ｆ２とが式（２）の関係を満たすように、それぞれの駆動周波数を調整する指令を信号送信部２のスキャナ駆動部５に送信してステップＳ２に戻る。指令を受けたスキャナ駆動部５は、縦駆動周波数ｆ１と横駆動周波数ｆ２とが式（２）の関係を満たすように、縦駆動周波数発振器１６と横駆動周波数発振器１７とを制御する。
【００２２】
ステップＳ２で式（２）の関係を満たすと判定すると、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、パルス光を送出する方向、すなわちスキャン角度が適正か否かを判定する。この判定は、ピエゾ抵抗膜１３の抵抗値を検出することにより行う。スキャン角度が適正であると判定すると、ステップＳ４Ａに進み、信号送信部２のレーザダイオード７に発光命令を送る。発光命令を受けたレーザダイオード７は、パルス光を送出し、２次元スキャンが開始される。スキャン角度が適正でないと判定するとステップＳ５に進む。
【００２３】
ステップＳ５では、スキャン角度が不足しているのが縦方向なのか横方向なのかを判定する。横方向のスキャン角度が不足していると判定するとステップＳ６に進む。ステップＳ６では、駆動信号の増幅率に余裕があるか否かを判定する。余裕があると判定するとステップＳ７に進み、余裕がないと判定するとステップＳ８に進む。ステップＳ７では、増幅率に余裕があると判定されたので、横駆動信号の増幅率を増加させるための信号を、スキャナ駆動部５の電流増幅器１８に送信する。信号を受信した電流増幅器１８は、横駆動信号の増幅率を増加させる。すなわち、空心コイル１５に印可する交流電流の増幅率を増加させた後、ステップＳ２に戻る。共振振動の大きさは空心コイル１５に印可される交流電流の大きさに比例するので、これにより横方向のスキャン角度不足を補うことができる。一方、ステップＳ８では、信号増幅率に余裕がないと判定されたので、横駆動周波数ｆ２を調整することにより、横方向のスキャン角度不足を補正する。横駆動周波数ｆ２を調整するとステップＳ２に戻る。
【００２４】
ステップＳ５で縦方向のスキャン角度が不足していると判定するとステップＳ９に進む。ステップＳ９では、駆動信号の増幅率に余裕があるか否かを判定する。余裕があると判定するとステップＳ１０に進み、余裕がないと判定するとステップＳ１１に進む。ステップＳ１０では、増幅率に余裕があると判定されたので、縦駆動信号の増幅率を増加させるための信号を、スキャナ駆動部５の電流増幅器１８に送信する。信号を受信した電流増幅器１８は、縦駆動信号の増幅率を増加させる。すなわち、空心コイル１５に印可する交流電流の増幅率を増加させた後、ステップＳ２に戻る。上述した理由と同じく、これにより縦方向のスキャン角度不足を補うことができる。一方、ステップＳ１１では、信号増幅率に余裕がないと判定されたので、縦駆動周波数ｆ１を調整することにより、縦方向のスキャン角度不足を補正する。縦駆動周波数ｆ１を調整するとステップＳ２に戻る。
【００２５】
上述した制御によると、スキャナ６の縦駆動周波数ｆ１と横駆動周波数ｆ２とが式（２）、すなわち｜ｍ・ｆ１−ｎ・ｆ２｜＝１／Ｔ  を満たすように設定するので、縦駆動周波数ｆ１を有する波動と横駆動周波数ｆ２を有する波動のうなりの周期が観測時間Ｔの整数分の１と等しくなる。これにより、２次元走査領域内で観測ポイントの疎と密の場所が生じない２次元観測を行うことができる。
【００２６】
レーザダイオード７からパルス光を送出して測距開始後に、スキャナ６の共振周波数が、周辺温度の変化などの影響により遷移することがある。所定の２次元走査領域内で観測を行うためには、スキャナ６の共振周波数の変化に応じて、スキャナ６の駆動条件を変更する必要がある。この制御方法を図６の制御フローチャートを用いて説明する。
【００２７】
図５のフローチャートと同様の制御処理を行うステップについては、同じ符号を付している。この制御は、測距を開始してから適宜行うものである。すなわち、図５に示すフローチャートのステップＳ４の判定にて肯定（ＹＥＳ）すると測距を開始するが、この後に適宜行うものである。従って、所定の時間ごとに行ってもよいし、所定の制御前、または制御後ごとに行うようにしてもよい。以下、ステップＳ４から順に説明していく。
【００２８】
ステップＳ４では、パルス光を送出する方向、すなわちスキャン角度が適正か否かを判定する。この判定は、ピエゾ抵抗膜１３の抵抗値を検出することにより行う。スキャン角度が適正であると判定すると、測距を継続する。スキャン角度が適正でないと判定するとステップＳ５に進む。以下、ステップＳ５〜ステップＳ１１での制御手順は図５での制御手順と同じなので説明を省略し、図５の制御手順と異なる部分だけを説明する。
【００２９】
ステップＳ８で横駆動周波数ｆ２の調整を行うとステップＳ２−１に進む。ステップＳ２−１では、縦駆動周波数ｆ１と横駆動周波数ｆ２とが式（２）の関係を満たすか否かを判定する。式（２）の関係を満たすと判定するとステップＳ４に戻る。式（２）の関係を満たさないと判定すると、ステップＳ８に戻り横駆動周波数ｆ２の調整を再度行う。
【００３０】
ステップＳ１１で縦駆動周波数ｆ１の調整を行うとステップＳ２−２に進む。ステップＳ２−２では、縦駆動周波数ｆ１と横駆動周波数ｆ２とが式（２）の関係を満たすか否かを判定する。式（２）の関係を満たすと判定するとステップＳ４に戻る。式（２）の関係を満たさないと判定すると、ステップＳ１１に戻り縦駆動周波数ｆ１の調整を再度行う。
【００３１】
上述した制御によれば、測距開始後に、スキャナ６の共振周波数が変動しても、随時、縦駆動周波数ｆ１と横駆動周波数ｆ２が式（２）の関係を満たすか否かを判定し、式（２）の関係を満たさない場合は、駆動信号の増幅率や駆動周波数を調整するので、所定の２次元走査領域内で観測を行うことができる。これにより、２次元走査領域に斑が発生することなく、均一なスキャン動作を維持することができる。
【００３２】
なお、縦駆動周波数ｆ１と横駆動周波数ｆ２が式（２）の関係を満たすための制御を、主に電流増幅率の制御により行うことが考えられる。この場合、電流増幅率を増加させることにより、コイル１５に印可される交流電流が増加し、コイル１５で発熱が生じるなどの問題が発生するおそれがある。この発熱などの問題を回避するためにも、縦、横それぞれの駆動周波数を調整して、式（２）の関係を満たすような制御を行う必要がある。
【００３３】
（第２の実施の形態）
図７は、本発明によるレーダ装置の第２の実施の形態の構成を示す図である。レーダ装置１は、信号送信部２と、信号受信部３と、信号処理部４とＲＯＭ２６から構成されている。第１の実施の形態のレーダ装置と異なるのは、信号処理部４とＲＯＭ２６である。信号処理部４は、第１の実施の形態の周波数選定部４ｃに対応する周波数・振幅選定部４ｆの機能を備えている。周波数・振幅選定部４ｆでは、スキャナの駆動周波数とともに振動振幅を選定することができる。また、ＲＯＭ２６は、後述するハードスプリング効果の影響を考慮して、駆動信号強度と共振周波数の関係データを記憶した周波数選定用のＲＯＭである。
【００３４】
図８は、第２の実施の形態のスキャナ駆動部５の構成を示す図である。第１の実施の形態のスキャナ駆動部５と異なるのは、ゲインコントロールアンプ１９である。ゲインコントロールアンプ１９は、信号処理部４から入力される制御信号に基づいて、縦駆動周波数ｆ１と横駆動周波数ｆ２の増幅率を制御する。各々の駆動周波数の信号は、ゲインコントロールアンプ１９で制御された増幅率で増幅され、電流増幅器１８に送られる。
【００３５】
ハードスプリング効果について説明しておく。マイクロスキャナ６の共振周波数は、走査振幅の小さい磁場領域では、スキャナ６の材質と寸法に依存する。しかし、走査振幅の大きい磁場領域になると、共振周波数は空心コイル１５に流れる駆動電流によって発生する磁界の強度に応じて変化する非線形な値となる（図９参照）。このように、磁場が大きい領域での共振周波数の変化特性をハードスプリング効果と呼ぶ。
【００３６】
このハードスプリング効果の現れる磁場領域では、縦、横の駆動振幅を制御するため駆動信号強度を大きくしていくと、上述したように共振周波数が変化してしまう。この場合、駆動信号強度を増加させても、走査振幅が変化しないので所望の走査領域幅を得ることができない。
【００３７】
第２の実施の形態のレーダ装置では、ハードスプリング効果の現れる磁場領域においても、走査領域に疎と密の部分が存在せず、均一で、所望の走査領域幅の２次元観測を行うことができる。
【００３８】
図１０は、本発明によるレーダ装置がスキャン動作を開始してから、発光パルスを送出するまでの制御手順を示す、第２の実施の形態のフローチャートである。以下、ステップＳ２０から順に説明する。ステップＳ２０では、スキャナ温度検出部２５によりスキャナ６の温度を検出する。スキャナ６の温度を検出するとステップＳ２１に進む。ステップＳ２１では、横共振周波数（曲げ共振周波数）ｆ２および駆動信号強度を選択して、印可する。横共振周波数ｆ２は、第１の実施の形態と同様に、スキャナ６の温度に基づいて補正した値である。すなわち、ＲＯＭ２６に記憶されている数式または数値テーブルから算出される共振周波数に対して、ステップＳ２０で検出したスキャナ６の温度に応じて補正した値である。次のステップＳ２２では、上述した式（２）の関係を満たすように、縦駆動周波数（ねじれ共振周波数）ｆ１を選定する。縦駆動周波数ｆ１も、ＲＯＭ２６に記憶されている数式または数値テーブルから算出される共振周波数に対して、ステップＳ２０で検出したスキャナ６の温度に応じて補正した値である。
｜ｍ・ｆ１−ｎ・ｆ２｜＝１／Ｔ  …（２）
【００３９】
ステップＳ２３では、ＲＯＭ２６に記憶した数式または数値テーブルに基づいて、所望の駆動周波数を実現することができるねじれ駆動信号強度を算出する。この駆動信号強度は、ハードスプリング効果の影響を避けるために、ねじれ共振周波数より低い周波数で駆動させるためのものである。駆動信号強度を算出すると、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、ステップＳ２２で選定した縦駆動周波数ｆ１を設定する。
【００４０】
ステップＳ２５では、スキャナ６のねじれによる振動振幅が、所望の値以上であるか否かを判定する。所望の値以上であると判定すると、ステップＳ２７に進み、所望の値以上ではないと判定するとステップＳ２６に進む。ステップＳ２６では、所望の振動振幅を得るために、式（２）中の定数ｍ、ｎの組み合わせを変えて、ステップＳ２２に戻る。ステップＳ２７では、観測領域を確定させて信号送信部２のレーザダイオード７に発光命令を送る。発光命令を受けたレーザダイオード７は、パルス光を送出し、２次元スキャンが開始される。
【００４１】
上述した制御によれば、ハードスプリング効果の影響が表れる磁場領域での駆動信号強度と共振周波数との関係を、予めＲＯＭ２６に演算式または数値テーブルとして記憶させておく。この演算式または数値テーブルを用いて、駆動信号強度と共振周波数を設定することにより、ハードスプリング効果の影響を受けることがなくなる。すなわち、観測する２次元走査領域に斑が発生することなく、均一なスキャン動作を維持することができる。
【００４２】
（第３の実施の形態）
次に、図１１に示す自励発振回路２０を用いたレーダ装置について説明する。自励発振回路２０は、マイクロスキャナの振動振幅が所定の目標振幅になるように、駆動信号強度を自動で増減させる回路である。図１２は、自励発振回路２０の構成を示す図である。半波整流器２２は、縦駆動用フィルタ２１を介して入力されるマイクロスキャナ６からのピエゾ信号（振動信号）に基づいて、縦振動の振幅を検出する。同じく半波整流器２２'は、横駆動用フィルタ２１'を介して入力されるマイクロスキャナ６からのピエゾ出力信号に基づいて、横振動の振幅を検出する。差動回路２３は、半波整流器２２から入力される縦振動の振幅信号と、信号処理部４から入力される縦振動の振幅制御信号（目標振幅信号）との差分を出力する。同じく差動回路２３'は、半波整流器２２'から入力される横振動の振幅信号と、信号処理部４から入力される横振動の振幅制御信号（目標振幅信号）との差分を出力する。
【００４３】
掛算器２４は、差動回路２３，２３'で演算した実際の振幅信号と目標振幅信号との差に基づいて、ピエゾ信号を増幅または減衰させる信号を電流増幅器１８に送出する。電流増幅器１８は、入力された信号に基づいて、縦、横の駆動周波数の信号を各々の増幅率にて増幅する。増幅された縦、横の駆動周波数の信号は、位相を９０度ずらして足し合わされ、スキャナ６に送出される。外部からの作用により駆動したときの駆動信号とピエゾ信号との位相の遅れを予め測定して、位相変化量を設定しておくことにより、ピエゾ信号を使用した自励発振を実現することができる。
【００４４】
図１３は、自励発振回路２０を用いたレーダ装置がスキャン動作を開始してから、発光パルスを送出するまでの制御手順を示すフローチャートである。以下、ステップＳ３０から順に説明する。ステップＳ３０では、自励発振回路２０による自励発振動作を開始して、ステップＳ３１に進む。ステップＳ３１では、スキャナ６の曲げ動作による振動振幅が所望の値であるか否かを判定する。この曲げによる振動は、横振動に対応する。振幅が所望の値であると判定するとステップＳ３３に進み、所望の値でないと判定するとステップＳ３２に進む。ステップＳ３２では、曲げ信号強度を増加させてステップＳ３１に戻る。
【００４５】
ステップＳ３３では、スキャナ温度検出部２５によりスキャナ６の温度を検出する。スキャナ６の温度を検出するとステップＳ３４に進む。ステップＳ３４では、ＲＯＭ２６に記憶した数式または数値テーブルを参照して、縦駆動周波数ｆ１と横駆動周波数ｆ２とが式（２）の関係を満たすように、ねじれ信号強度を設定する。第１，第２の実施の形態と同様に、縦駆動周波数ｆ１，横駆動周波数ｆ２は、ＲＯＭ２６に記憶されている数式または数値テーブルから算出される共振周波数に対して、ステップＳ３３で検出したスキャナ６の温度に応じて補正した値である。
｜ｍ・ｆ１−ｎ・ｆ２｜＝１／Ｔ  …（２）
ねじれ信号強度を設定すると、ステップＳ３５に進む。ステップＳ３５では、スキャナ６のねじれによる振動振幅が所望の値であるか否かを判定する。このねじれによる振動は、スキャナ６の縦振動に対応する。振幅が所望の値であると判定するとステップＳ３７に進み、所望の値でないと判定するとステップＳ３６に進む。ステップＳ３６では、ねじれ信号強度を増加させてステップＳ３５に戻る。
【００４６】
ステップＳ３７では、観測領域を確定させて信号送信部２のレーザダイオード７に発光命令を送る。発光命令を受けたレーザダイオード７は、パルス光を送出し、２次元スキャンが開始される。
【００４７】
自励発振回路を用いたレーダ装置による制御によれば、ハードスプリング効果の現れない磁場領域では、駆動周波数を式（２）を満たす共振周波数に設定する。ハードスプリング効果の現れる磁場領域では、差動回路２３，２３'に入力する目標振幅値を変更することにより共振周波数を変化させて、ハードスプリング効果の影響を避けることができる。図１３に示すフローチャートでは、式（２）の関係を満たす縦振動周波数ｆ１と横振動周波数ｆ２とを選定し、ＲＯＭ２６に記憶されている数式または数値テーブルから、差動回路２３，２３'に入力する目標振幅を決定している。これにより、自励発振回路を用いたレーダ装置においても、均一なスキャン領域を得ることができる。
【００４８】
本発明によるレーダ装置において、正弦波的な走査のリサージュスキャンにより２次元走査を行ったときの結果を図１４に示す。従来のレーダ装置による走査結果を示す図１５〜図１７と異なり、縦方向・横方向ともに、走査領域内で均一に走査が行われている。走査領域の縦方向の分割数、すなわち、縦方向の測定ポイント数は、レーザダイオード７から送出する発光パルス数を制御することにより変更することができる。すなわち、発光パルス数を増やせば、縦方向の分割数を増やすことができ、より緻密な測定を行うことができる。この時に、パルス光を送出する時間間隔を縦駆動周期の整数分の１になるように設定すると、縦方向の分割数を走査領域全体で統一することができる。例えば、パルス光を送出する時間間隔を縦駆動周波数ｆ１を有する波動の周期の４０分の１に設定すると、縦方向の分割数は２１となる。
【００４９】
また、同様に、走査領域の横方向の分割数も発光パルス数を制御することにより変更することができる。例えば、パルス光を送出する時間間隔を横駆動周波数ｆ２を有する波動の周期の４００分の１に設定すると、横方向の分割数は２０１となる。ただし、縦駆動周波数ｆ１と横駆動周波数ｆ２とは、｜ｍ・ｆ１−ｎ・ｆ２｜＝１／Ｔ  の関係を満たすように制御されるので、パルス光を送出する時間間隔の設定が、上述した例のように縦方向と横方向に同時に成立することはない。
【００５０】
本発明は上記実施の形態に何ら限定されない。例えば、上述した実施の形態では、スキャナ６の駆動方式として磁歪膜１４を用いた方式について説明したが、静電方式、圧電方式、電磁方式などの駆動方式を用いてもよい。また、赤外光を用いるレーザレーダ以外に、可視光を用いるレーザレーダ、電波を用いる電波レーダ、超音波を用いる超音波レーダ、その他のレーダ装置に採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレーダ装置の第１の実施の形態の構成を示す図
【図２】光パルスの送受信信号のタイミングを示す図
【図３】本発明によるレーダ装置の第１の実施の形態に用いられるスキャナの構成を示す図
【図４】本発明によるレーダ装置の第１の実施の形態に用いられるスキャナ駆動部の構成を示す図
【図５】本発明によるレーダ装置がスキャン動作を開始してから発光パルスを送出するまでの制御手順を示すフローチャート
【図６】本発明によるレーダ装置がスキャン角度の調整を行うときの制御手順を示すフローチャート
【図７】本発明によるレーダ装置の第２の実施の形態の構成を示す図
【図８】本発明によるレーダ装置の第２の実施の形態に用いられるスキャナ駆動部の構成を示す図
【図９】スキャナの共振周波数とスキャン幅との関係を示す図
【図１０】本発明によるレーダ装置の第２の実施の形態の制御手順を示すフローチャート
【図１１】自励発振回路を用いたレーダ装置の構成を示す図
【図１２】自励発振回路の構成を示す図
【図１３】自励発振回路を用いたレーダ装置による制御手順を示すフローチャート
【図１４】本発明によるレーダ装置によってリサージュスキャンを行ったときの走査結果を示す図
【図１５】従来のポリゴンミラーを用いたレーダ装置により、ラスタースキャンを行ったときの走査結果を示す図
【図１６】従来のレーダ装置によりリサージュスキャンを行ったときの走査結果を示す図
【図１７】従来のレーダ装置によりリサージュスキャンを行ったときの走査結果を示す図
【符号の説明】
１…レーダ装置、２…信号送信部、３…信号受信部、４…信号処理部、５…スキャナ駆動部、６…スキャナ、７…レーザダイオード、８…フォトダイオード、９…光学レンズ、１０…反射ミラー、１１…ミラー面、１２…梁、１３…ピエゾ抵抗、１４…磁歪膜、１５…コイル、１６…縦振動用発振器、１７…横振動用発振器、１８…電流増幅器、１９…ゲインコントロールアンプ、２０…自励発振器、２１…縦駆動用フィルタ、２１'…横駆動用フィルタ、２２，２２'…半波整流器、２３，２３'…差動回路、２４…掛算器、２５…スキャナ温度検出部、２６…ＲＯＭ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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