(57)【要約】【課題】走査レーザ光と異なる光路で反射光を受光する方式の走査型レーザレーダの監視視野を拡大する。【解決手段】レーザ光源２からのレーザ光を走査ミラー４で走査し、結像レンズ７を介して多数の受光素子がマトリクス状に配列され受光素子アレイ８で反射光を受光する。測距制御回路１２は変換テーブルメモリ１３の記憶情報により走査位置毎にマルチプレクサ９に対して受光素子の選択指令を出力し、この選択指令に従ってマルチプレクサ９は複数の受光素子を選択切替え、選択された複数の受光素子の出力を受光出力加算アンプ１０で加算し、レーザ光が発射されてから加算受光出力が入力するまでの時間をデータ測定回路１１で測定し、測定された時間から物体Ａまでの距離を測距制御回路１２で演算する。【選択図】  図１
2004157044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源からのレーザ光を光走査手段で走査し、走査領域からの反射光を前記走査レーザ光と異なる光路で受光して前記走査領域内を監視する走査型レーザレーダにおいて、
多数の受光素子がマトリクス状に配列され前記走査領域からの反射光を結像レンズを介して受光する受光手段と、
該受光手段の受光素子の中から指定された複数の受光素子を選択可能な受光素子選択手段と、
前記光走査手段の走査位置が変化する毎に当該走査位置に対して予め対応付けられた受光素子及びその周囲の受光素子の選択指令を前記受光素子選択手段に出力し選択する複数の受光素子の切替えを制御する制御手段と、
該受光素子選択手段で選択された受光素子の受光出力を加算する受光出力加算手段とを備え、
該受光出力加算手段の加算受光出力に基づいて走査領域内を監視する構成としたことを特徴とする走査型レーザレーダ。
【請求項２】
前記レーザ光源からレーザ光が発射されてから前記受光出力加算手段の加算受光出力が入力するまでの経過時間を計測する経過時間計測手段と、該経過時間計測手段の計測時間を示す情報に基づいて前記走査領域内の物体までの距離を演算する距離演算手段とを備える請求項１に記載の走査型レーザレーダ。
【請求項３】
前記受光出力加算手段の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段のディジタル出力に基づいて得られる前記光走査手段の１走査周期当たりの受光波形データを予め定めた走査周期回数加算平均処理する加算平均処理手段とを備え、加算平均処理で得られた受光波形データに基づいて走査領域内を監視する請求項１に記載の走査型レーザレーダ。
【請求項４】
前記光走査手段の各走査位置毎に前記レーザ光源に複数の送光パルスを出力してレーザ光を複数回発射させるレーザ光源駆動手段を設けると共に、前記受光出力加算手段の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記光走査手段の各走査位置毎に前記レーザ光源駆動手段の送光パルスの波形データを一定時間間隔で所定量づつずらして前記Ａ／Ｄ変換手段の受光出力の波形データとの相関値を演算する相関値演算手段とを備え、前記相関値が最大となった時のずれ量に基づいて走査領域内の物体までの距離を演算する請求項１に記載の走査型レーザレーダ。
【請求項５】
前記光走査手段の各走査位置に応じて前記レーザ光源駆動手段の送光パルス数を可変制御し、各走査位置に応じてレーザ光の発射回数を可変制御する構成とした請求項４に記載の走査型レーザレーダ。
【請求項６】
前記光走査手段を各走査位置で固定してレーザ光を発射し各走査位置において受光出力が検出されるレーザ光発射回数を予め求めて作成した各走査位置と送光パルス数の対応関係を示す発射パルス数テーブルを記憶する発射パルス数テーブル記憶手段を設け、前記光走査手段の走査位置情報が入力した時に前記発射パルス数テーブル記憶手段に記憶された発射パルス数テーブルに基づいて前記レーザ光源駆動手段の送光パルス数を決定する構成である請求項５に記載の走査型レーザレーダ。
【請求項７】
前記光走査手段を各走査位置で固定してレーザ光を発射し各走査位置において前記受光手段の各受光素子の中で受光出力が最大の受光素子位置を予め求めて作成した各走査位置と各受光素子位置の対応関係を示す変換テーブルを記憶する変換テーブル記憶手段を設け、前記制御手段は、前記光走査手段の走査位置情報が入力した時に前記変換テーブル記憶手段に記憶した変換テーブルに基づいて選択する複数の受光素子位置を決定する構成である請求項１〜６のいずれか１つに記載の走査型レーザレーダ。
【請求項８】
前記変換テーブルを定期的に更新する請求項７に記載の走査型レーザレーダ。
【請求項９】
前記光走査手段に、半導体マイクロマシン技術により製造される半導体ミラーを使用する請求項１〜８のいずれか１つに記載の走査型レーザレーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査型レーザレーダに関し、特に、走査レーザと異なる光路で反射光を受光する方式の走査型レーザレーダの監視視野を拡大する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光を走査ミラー（ポリゴンミラーやガルバノミラー等）で走査して前方に放射し、物体からの反射光を受光することにより、物体の有無、物体までの距離、或いは物体の方位等を検出する走査型レーザレーダがある。
【０００３】
かかる走査型レーザレーダとしては、走査レーザ光と同一の光路で反射光を受光する方式（以下、同軸型とする）と走査レーザと異なる光路で反射光を受光する方式（以下、送受分離型とする）がある。
【０００４】
同軸型は、レーザ光源と走査ミラーとの間の光路にハーフミラー或いはビームスプリッタ等を配置し、光源から発射したレーザ光をハーフミラー或いはビームスプリッタを通して走査ミラーに照射し、走査ミラーでレーザ光を走査する。そして、走査レーザ光と同一光路の物体からの反射光を前記走査ミラーで受け、走査ミラーからの反射光を前記ハーフミラー或いはビームスプリッタで反射させ集光レンズで集光して受光素子で受光する構成である（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
送受分離型は、レーザ光源からのレーザ光を走査ミラーに照射し、走査ミラーでレーザ光を走査し、走査レーザ光と異なる光路の物体からの反射光を直接（或いは光学フィルタを介して）集光レンズで集光して受光素子で受光する構成である（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
ところで、走査型レーザレーダを例えば車両等に搭載して前方の障害物の検出や測距等に利用する場合、上述した同軸型では、車両の振動等で走査ミラーが変動して反射光を正確に受光できず、物体の検出精度や測距精度の点で問題がある。このため、走査型レーザレーダを車両等の移動体に搭載する場合には、送受分離型を用いるのが一般的である。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２７５３４０号公報
【特許文献２】
特開平１０−３１０６４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の送受分離型の走査型レーザレーダは、反射光を集光レンズで集光して受光素子に入射する構成である。この場合、受光系の視野角を大きくすると、反射光以外の外光（ノイズ）の受光量が多くなり、Ｓ／Ｎ比（反射光と外光の比）が低下する。このため、従来の送受分離型の走査型レーザレーダを車載装置等に利用する場合には、十分なＳ／Ｎ比を確保するために画角の狭い集光レンズを使用して受光系の視野角を小さく（例えば±５度程度）せざるを得ず、監視視野が狭いという問題がある。
【０００９】
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、監視視野を拡大でき広範囲な物体検出領域を有する送受分離型構造の走査型レーザレーダを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１の発明は、レーザ光源からのレーザ光を光走査手段で走査し、走査領域からの反射光を前記走査レーザ光と異なる光路で受光して前記走査領域内を監視する走査型レーザレーダにおいて、多数の受光素子がマトリクス状に配列され前記走査領域からの反射光を結像レンズを介して受光する受光手段と、該受光手段の受光素子の中から指定された複数の受光素子を選択可能な受光素子選択手段と、前記光走査手段の走査位置が変化する毎に当該走査位置に対して予め対応付けられた受光素子及びその周囲の受光素子の選択指令を前記受光素子選択手段に出力し選択する複数の受光素子の切替えを制御する制御手段と、該受光素子選択手段で選択された受光素子の受光出力を加算する受光出力加算手段とを備え、該受光出力加算手段の加算受光出力に基づいて走査領域内を監視する構成とした。
【００１１】
かかる構成では、光走査手段で走査されたレーザ光の反射光を受光する受光手段の受光位置は、レーザ光の走査位置の変化に応じて変化し受光する受光素子位置が変化する。制御手段は、光走査手段の走査位置が変化する毎にその時の走査位置に対して予め対応付けられた受光素子及びその周囲の受光素子の選択指令を受光素子選択手段に出力する。受光素子選択手段は制御手段からの選択指令で選択された複数の受光素子を選択し、受光出力加算手段は受光素子選択手段で選択された受光素子の受光出力を加算し、この加算受光出力に基づいて走査領域内を監視する。このように、レーザ光の走査位置とその走査位置からの反射光が受光される受光素子位置とを予め対応付けておき、レーザ光の走査位置に応じて受光出力を取出す受光素子を限定して順次切替えることにより、受光系の視野角を拡大しても十分なＳ／Ｎ比を確保できるようになる。
【００１２】
請求項２の発明は、前記レーザ光源からレーザ光が発射されてから前記受光出力加算手段の加算受光出力が入力するまでの経過時間を計測する経過時間計測手段と、該経過時間計測手段の計測時間を示す情報に基づいて前記走査領域内の物体までの距離を演算する距離演算手段とを備える構成とした。
【００１３】
かかる構成では、経過時間計測手段はレーザ光が発射されてから加算受光出力が入力するまでの時間を計測し、距離演算手段はその時間を示す情報により物体までの距離を演算する。
【００１４】
請求項３の発明では、前記受光出力加算手段の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段のディジタル出力に基づいて得られる前記光走査手段の１走査周期当たりの受光波形データを予め定めた走査周期回数加算平均処理する加算平均処理手段とを備え、加算平均処理で得られた受光波形データに基づいて走査領域内を監視する構成とした。
【００１５】
かかる構成では、Ａ／Ｄ変換手段でＡ／Ｄ変換した加算受光出力のディジタル出力に基づいて光走査手段の１走査周期当たりの受光波形データを得る。加算平均処理手段は、１走査周期当たりの受光波形データが得られる毎に加算平均値を演算する。そして、加算平均処理した受光波形データ値に基づいて走査領域内を監視するようにする。
【００１６】
請求項４の発明は、前記光走査手段の各走査位置毎に前記レーザ光源に複数の送光パルスを出力してレーザ光を複数回発射させるレーザ光源駆動手段を設けると共に、前記受光出力加算手段の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記光走査手段の各走査位置毎に前記レーザ光源駆動手段の送光パルスの波形データを一定時間間隔で所定量づつずらして前記Ａ／Ｄ変換手段の受光出力の波形データとの相関値を演算する相関値演算手段とを備え、前記相関値が最大となった時のずれ量に基づいて走査領域内の物体までの距離を演算する構成とした。
【００１７】
かかる構成では、光走査手段の各走査位置でレーザ光源駆動手段から複数の送光パルスをレーザ光源に出力してレーザ光源から複数のレーザ光を発射する。受光出力加算手段の出力をＡ／Ｄ変換手段でＡ／Ｄ変換して受光出力の波形データを得る。そして、送光パルスの波形データを所定量ずつずらして受光出力の波形データとの相関値を演算する。送光パルスの波形データと受光出力の波形データとが一致すると相関値は最大となる。そのときのずれ量が時間に比例し、このずれ量に基づいて走査領域内の物体までの距離を演算する。
【００１８】
請求項５の発明は、前記光走査手段の各走査位置に応じて前記レーザ光源駆動手段の送光パルス数を可変制御し、各走査位置に応じてレーザ光の発射回数を可変制御する構成とした。
【００１９】
具体的には請求項６のように、前記光走査手段を各走査位置で固定してレーザ光を発射し各走査位置において受光出力が検出されるレーザ光発射回数を予め求めて作成した各走査位置と送光パルス数の対応関係を示す発射パルス数テーブルを記憶する発射パルス数テーブル記憶手段を設け、前記光走査手段の走査位置情報が入力した時に前記発射パルス数テーブル記憶手段に記憶された発射パルス数テーブルに基づいて前記レーザ光源駆動手段の送光パルス数を決定する構成とした。
【００２０】
かかる構成では、レーザ光の走査位置に応じてレーザ光の発射回数を可変制御し、レーザ光の照射を必要最小限にする。これにより、例えば室内の監視装置に適用した場合に、人間に対するレーザ光の悪影響を低減できるようになる。
【００２１】
請求項７の発明は、前記光走査手段を各走査位置で固定してレーザ光を発射し各走査位置において前記受光手段の各受光素子の中で受光出力が最大の受光素子位置を予め求めて作成した各走査位置と各受光素子位置の対応関係を示す変換テーブルを記憶する変換テーブル記憶手段を設け、前記制御手段は、前記光走査手段の走査位置情報が入力した時に前記変換テーブル記憶手段に記憶した変換テーブルに基づいて選択する複数の受光素子位置を決定する構成とした。
【００２２】
この場合、請求項８のように、前記変換テーブルを定期的に更新するようにすれば、経年変化等による受光手段における受光位置のずれを補正できる。
請求項９のように、前記光走査手段に、半導体マイクロマシン技術により製造される半導体ミラーを使用すれば、走査型レーザレーダを小型化及び軽量化することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に、本発明に係る走査型レーザレーダの第１実施形態の構成図を示し、測距装置に適用した場合について説明する。
【００２４】
図１において、本実施形態の走査型レーザレーダ１は、レーザ光を発光するレーザ光源２と、レーザ光源２を駆動するレーザ駆動回路３と、レーザ光を走査する走査ミラー４と、走査ミラー４を駆動制御する走査ミラーコントローラ５と、多数の受光素子がマトリクス状に配列され可視光カット用の光学フィルタ６及び結像レンズ７を介して走査ミラー４によるレーザ光の走査領域内の光学画像が結像される受光手段としての受光素子アレイ８と、受光素子アレイ８の各受光素子の受光出力を選択的に切替え入力する受光素子選択手段としてのマルチプレクサ９と、マルチプレクサ９からの出力を加算する受光出力加算手段としての受光出力加算アンプ１０と、受光出力加算アンプ１０の出力に基づいて測距データを測定するデータ測定回路１１と、前記レーザ駆動回路３、走査ミラーコントローラ５及びマルチプレクサ９の動作を制御すると共にデータ測定回路１１の測定データに基づいて物体までの距離を演算する測距制御回路１２と、マルチプレクサ制御用に走査ミラーコントローラ５の走査位置情報を受光素子位置情報に変換するための変換テーブルを記憶する変換テーブル記憶手段としての変換テーブルメモリ１３とを備えて構成される。図中、Ａは、走査領域内に存在する物体を示す。
【００２５】
前記レーザ駆動回路３は、測距制御回路１２からの動作開始指令で駆動し、レーザ光源２に周期的に送光パルスを出力する。これにより、レーザ光源２は送光パルスの入力毎にレーザ光を走査ミラー４に対して発射する。
【００２６】
前記走査ミラー４としては、例えば本出願人が先に特許第２７２２３１４号等で提案した半導体マイクロマシン技術を応用して製造される半導体ミラーを用いる。この半導体ミラーの構造は特許第２７２２３１４号等で詳述されているので、ここでは図２に従ってその構造を簡単に説明する。
【００２７】
図２は本実施形態で使用する半導体ミラー４の平面図である。走査ミラー４は、互いに直交する一対のトーションバー２１Ａ，２１Ｂと２２Ａ，２２Ｂ及びこれら一対のトーションバー２１Ａ，２１Ｂと２２Ａ，２２Ｂによりそれぞれ軸支される可動板２３，２４が、枠部２５と一体に半導体基板に形成されている。内側可動板２３表面にはミラー２６を有し、内側可動板２３のミラー２６周囲及び外側可動板２４上に、それぞれ駆動コイル２７，２８を有する。また、静磁界を発生する一対の磁石２９Ａ，２９Ｂと３０Ａ，３０Ｂを、例えば枠部２５の外側に対向配置する。尚、図中のＮ，Ｓは、各磁石２９Ａ，２９Ｂと３０Ａ，３０Ｂの磁極を示している。また、各駆動コイル２７，２８は、図示しないがトーションバー部分を介して枠部２５側に引き出されて電極端子（図示せず）に接続し駆動電流が供給されるようになっている。
【００２８】
この走査ミラー４の駆動原理は特許第２７２２３１４号等で詳述されており、ここでは簡単に説明する。
例えば内側可動板２３上の駆動コイル２７に電流を流すと磁界が発生し、この磁界と磁石２９Ａと２９Ｂにより形成せれる静磁界との相互作用によりトーションバー２１Ａ，２１Ｂと平行な可動板２３の対辺部に互いに逆方向の電磁力が作用し、可動板２３がトーションバー２１Ａ，２１Ｂを中心として回動し、回動により発生するトーションバー２１Ａ，２１Ｂのばね力と発生した電磁力とが釣合う位置まで可動板２３は回動する。駆動コイル２７に交流電流を流せば可動板２３は揺動するのでレーザ光を走査できる。そして、発生する電磁力は、駆動コイルに流す電流値に比例するので、駆動コイルの電流値を制御することにより走査ミラー４の揺動角度（レーザ光の走査角度）を制御できる。駆動コイル２８に電流を流せば、同様にして可動板２４がトーションバー２２Ａ，２２Ｂを中心として回動する。従って、両駆動コイル２７，２８への電流供給を制御することにより、走査ミラー４でレーザ光を２次元走査することが可能である。
【００２９】
尚、本発明における走査ミラーとしては、上述の半導体ミラーに限らず従来と同様のポリゴンミラーや機械的なガルバノミラー等を用いてもよい。
前記走査ミラーコントローラ５は、測距制御回路１２からの動作開始指令で駆動し、駆動コイル２７，２８の電流供給を制御して走査ミラー４を揺動駆動すると共に、走査ミラー４に供給する駆動電流値に基づいて走査ミラー４の走査位置情報を測距制御回路１２に送る。ここで、走査ミラー４及び走査ミラーコントローラ５で光走査手段を構成する。
【００３０】
前記マルチプレクサ９は、受光素子アレイ８の受光素子の中から、走査ミラーコントローラ５からの走査位置情報に基づいて測距制御回路１２が指定した複数の受光素子の出力を選択して入力し受光出力加算アンプ１０に出力する。
【００３１】
前記データ測定回路１１は、レーザ駆動回路３から送光パルス発生情報が入力し、図３のように送光パルスの発生から受光出力加算アンプ１０からの加算受光出力が入力するまでの時間Ｔに基づいて物体Ａまでの距離演算に使用するデータを測定する。このデータ測定回路１１の構成例を図４及び図５に示す。
【００３２】
図４は、図３の時間Ｔをカウンタで計数しその計数値を測定データとして出力するカウンタ方式であり、レーザ駆動回路３からの送光パルス発生情報の入力でクロックの計数動作を開始し、受光出力加算アンプ１０からの加算受光出力の入力で計数動作を停止するカウンタ４１を備え、時間Ｔを示すカウンタ４１の計数値を計測時間を示す測定データとして測距制御回路１２に出力する構成である。尚、カウンタ４１は、加算受光出力の入力以前に次の送光パルス発生情報が入力した場合にはカウント値をリセットすると共にカウント動作を開始する。
【００３３】
図５は、図３の時間Ｔを電圧に変換して電圧値を測定データとして出力する時間−電圧変換方式であり、レーザ駆動回路３からの送光パルス発生情報の入力でセットされて出力を発生し、受光出力加算アンプ１０からの加算受光出力の入力でリセットされて出力を停止するフリップフロップ５１と、抵抗を介して入力するフリップフロップ５１の出力を積分する積分器５２とを備え、送光パルスが発生してから加算受光出力が入力するまでの間のフリップフロップ５１の出力を積分器４２で積分することで、時間Ｔを電圧値に変換してこの電圧値を計測時間を示す測定データとして測距制御回路１２に出力する構成である。また、積分器５２は、加算受光出力の入力毎に常開のスイッチ５２ａがＯＮして積分値がリセットされる構成である。尚、積分器５２は、加算受光出力の入力以前に次の送光パルス発生情報が入力した場合も常開のスイッチ５２ａがＯＮして積分値がリセットされる構成になっている。ここで、データ測定回路１１が経過時間計測手段に相当する。
【００３４】
前記測距制御回路１２は、電源投入によりレーザ駆動回路３及び走査ミラーコントローラ５に動作開始指令を出力する。また、測距制御回路１２は、走査ミラーコントローラ５からの走査位置情報の入力により変換テーブルメモリ１３内の変換テーブルを参照し、入力した走査位置情報に対応する受光素子位置及び予め定めたその周囲の受光素子位置を決定しその選択指令をマルチプレクサ９に出力して受光出力加算アンプ１０で加算する受光出力を選択制御する。また、レーザ駆動回路３からの送光パルス発生情報の入力毎に、データ測定回路１１の出力状態を監視し、次の送光パルス発生情報入力以前にデータ測定回路１１の出力値がリセットされた場合は、受光出力によるリセットと判断してデータ測定回路１１のデータ値に基づいて測距動作を実行し、次の送光パルス発生情報入力と同時にデータ測定回路１１の出力値がリセットされた場合は、送光パルスによるリセットと判断してデータ測定回路１１のデータ値を無効として測距動作を行わない構成である。従って、測距制御回路１２が制御手段及び距離演算手段の機能を備える。
【００３５】
次に、第１実施形態の走査型レーザレーダ１の動作を説明する。
電源を投入すると測距制御回路１２からレーザ駆動回路３及び走査ミラーコントローラ５に動作開始指令が出力され、レーザ駆動回路３から周期的に送光パルスが発生し、レーザ光源２からレーザ光が間欠的に走査ミラー４に照射される。また、走査ミラーコントローラ５により走査ミラー４を駆動し、例えば走査角±３０°の範囲でレーザ光を２次元走査する。レーザ光の走査範囲内に物体Ａが存在すれば、レーザ光は物体Ａで反射され、その散乱光は光学フィルタ６で可視光がカットされ結像レンズ７を介して受光素子アレイ８に入射し、物体Ａの光学画像が受光素子アレイ８上に結像される。
【００３６】
受光素子アレイ８は、受光領域が走査ミラー４の走査領域と対応するよう形成されており、受光領域に図６のように所定数の受光素子８ａがマトリクス状に配列されている。尚、受光素子としては、通常アバランシェフォトダイオードを用いるがＰＩＮフォトダイオードを用いてもよい。そして、走査ミラー４でレーザ光を２次元走査した時の図７に示す走査面の各レーザスポット位置（図中斜線で示す）と、このレーザスポット位置からの反射光を受光する受光素子アレイ８の各受光素子位置とを予め対応させている。この対応関係は変換テーブルとして変換テーブルメモリ１３に記憶されている。
【００３７】
変換テーブルは、図７の走査面における全てのレーザスポット位置毎に、走査ミラー４の走査位置（レーザスポット位置）を固定し、その走査位置で出力が最大となる受光素子位置を調べることにより作成する。この操作により得られたレーザスポット位置と受光素子位置の対応関係を変換テーブルとして変換テーブルメモリ１３に記憶させる。
【００３８】
今、走査ミラー４により走査されたレーザ光が図７の走査面内の走査位置Ｓｘｙにある時、この走査位置Ｓｘｙでの反射光が受光される受光素子アレイ８上の受光素子位置が図６のＤｘｙとする。この場合、走査ミラーコントローラ５から走査位置Ｓｘｙを示す走査位置情報が測距制御回路１２に入力すると、測距制御回路１２は、変換テーブルメモリ１３内の変換テーブルにより走査位置Ｓｘｙに対応する受光素子アレイ８上の受光素子位置Ｄｘｙを得る。そして、この受光素子位置Ｄｘｙとその周囲の受光素子位置Ｄ（ｘ＋１）ｙ、Ｄ（ｘ−１）ｙ、Ｄｘ（ｙ＋１）、Ｄｘ（ｙ−１）の選択指令をマルチプレクサ９に出力し、マルチプレクサ９は前記各位置Ｄｘｙ、Ｄ（ｘ＋１）ｙ、Ｄ（ｘ−１）ｙ、Ｄｘ（ｙ＋１）、Ｄｘ（ｙ−１）の受光素子の出力を選択して入力し、受光出力加算アンプ１０に出力する。
【００３９】
ここで、位置Ｄｘｙだけでなくその周囲の位置Ｄ（ｘ＋１）ｙ、Ｄ（ｘ−１）ｙ、Ｄｘ（ｙ＋１）、Ｄｘ（ｙ−１）も選択して加算する理由は、レーザスポットが走査位置Ｓｘｙとその周囲の走査位置Ｓ（ｘ＋１）ｙ、Ｓ（ｘ−１）ｙ、Ｓｘ（ｙ＋１）、Ｓｘ（ｙ−１）の境界近傍を含む場合、位置Ｄｘｙの周囲の位置Ｄ（ｘ＋１）ｙ、Ｄ（ｘ−１）ｙ、Ｄｘ（ｙ＋１）、Ｄｘ（ｙ−１）の受光素子の出力を加算することにより、十分な受光レベルを確保するためである。これにより、走査ミラー４に半導体ミラーのようなミラー面積の小さいものを使用しても受光信号を検出するのに十分は受光レベルを確保できる。
【００４０】
受光出力加算アンプ１０は、入力する受光出力を加算し、その加算受光出力をデータ測定回路１１に入力する。データ測定回路１１は、図４の構成であればカウンタ４１の計数値を測定データとして測距制御回路１２に出力し、図５の構成であれば積分器５２の電圧データを測定データとして測距制御回路１２に出力する。この走査位置において反射光が受光されれば、データ測定回路１１のデータ値は次の送光パルス発生情報の入力以前に受光出力でリセットされる。測距制御回路１２は、次の送光パルス発生情報の入力以前にデータ測定回路１１のデータ値がリセットされたか否かに基づいて物体Ａからの反射光の有無を判断し、次の送光パルス発生情報の入力以前にデータ値がリセットされた時には、データ測定回路１１の測定データに基づいて物体Ａまでの距離を演算する。
【００４１】
かかる構成によれば、画角の広い結像レンズを使用して受光系の視野角を拡大した場合でも、走査領域内の極めて狭いレーザスポット範囲からの入射光に限定して受光の有無を監視するので、従来の同軸型と同等以上のＳ／Ｎ比を得ることができ、十分な物体検出精度を確保できる。また、物体の監視視野を大幅に拡大できる。更に、変換テーブルを使用することにより、結像レンズ７の収差による誤差、レーザ光の送光と受光の光軸の不一致による誤差、走査ミラーに対するレーザ光の入射角による光学歪による誤差等を補正して、正確な受光位置を得ることができ、物体検出や測距の精度が向上する。更には、走査ミラー４として半導体ミラーを使用すれば、レーザレーダの小型化及び軽量化を図ることができるので、移動体に搭載する車載装置に利用する場合に有効である。変換テーブルの更新を定期的に実施すれば、経時変化等による受光位置のずれ等を較正でき、物体検出や測距の精度を維持することができる。
【００４２】
尚、走査ミラー４の走査は、２次元に限らず１次元でもよいことは言うまでもない。
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
【００４３】
図８に、第２実施形態の構成図を示す。尚、第１実施形態と同一要素には同一符号を付す。
図８において、第２実施形態の走査型レーザレーダ１は、第１実施形態の構成に加えて、Ａ／Ｄ変換器１４と、サンプリングクロック発生器１５と、波形データメモリ１６とを備える。
【００４４】
Ａ／Ｄ変換器１４は、サンプリングクロック発生器１５のサンプリングクロックの入力毎に受光出力加算アンプ１０の出力値をサンプリングして、受光出力加算アンプ１０からのアナログ信号をディジタル信号に変換して測距制御回路１２に送る。ここで、Ａ／Ｄ変換器１４及びサンプリングクロック発生器１５でＡ／Ｄ変換手段を構成する。
【００４５】
測距制御回路１２は、走査ミラーコントローラ５からの走査位置情報に基づいてＡ／Ｄ変換器１４から入力するディジタル信号から走査ミラー４の１走査周期における受光出力の波形データを作成して波形データメモリ１６に記憶する。また、測距制御回路１２は、次の波形データが入力する毎に、波形データメモリ１６に記憶されている波形データと加算平均し、波形データメモリ１６内の波形データを加算平均処理した新たな波形データに書き換えて更新する。ここで、本実施形態の測距制御回路１２は加算平均処理手段の機能を備える。
【００４６】
尚、第２実施形態の測距制御回路１２は、第１実施形態のデータ測定回路１１の機能を備える。測距制御回路１２は、レーザ駆動回路３からの送光パルス発生情報と波形データメモリ１６に記憶した波形データ情報に基づいて送光パルスの発生から受光出力が発生するまでの時間を計測し、計測値に基づいて物体Ａまでの距離を演算する。
【００４７】
次に、第２実施形態の動作を説明する。
走査ミラー４によりレーザ光を走査し、受光素子アレイ８の受光出力を受光出力加算アンプ１０で加算するまでは第１実施形態と同様の動作である。第２実施形態では、受光出力加算アンプ１０からの出力信号をＡ／Ｄ変換器１４でディジタル信号に変換し測距制御回路１２に入力する。測距制御回路１２は、走査ミラーコントローラ５からの走査位置情報に基づいて走査ミラー４の１走査周期の波形データを得て、新たな波形データを得る毎に波形データメモリ１６に記憶した波形データと加算平均して波形データメモリ１６の波形データを更新する。
【００４８】
例えば、サンプリングクロック周波数を１ＧＨｚとした場合、走査ミラー４の１走査周期では、図９（Ａ）のような１ｎｓｅｃ毎のサンプリングデータによる受信波形データが得られる。この受信波形データを加算平均処理することにより、波形データに含まれるノイズ成分が低減されレーザ光の反射光成分が大きくなり、図９の（Ｂ）のような受光出力の明確な受信波形データが得られる。
【００４９】
測距制御回路１２は、予め設定した所定回数の加算平均処理した波形データを用い、その波形データに受光出力が存在する場合には、受光出力が得られた走査ミラー４の走査位置に対する送光パルス発生情報と波形データの受光出力情報とに基づいて時間Ｔを演算し、物体Ａまでの距離を演算する。
【００５０】
かかる第２実施形態の構成によれば、移動体以外の例えば道路面や室内等の物体監視に使用する走査速度が低速で十分なレーザレーダとして本発明の走査型レーザレーダを利用する場合に、走査速度が高速（１ｋＨｚ以上が一般的である）である図２のような半導体ミラーを走査ミラー４として使用しても、十分なＳ／Ｎ比が得られ、高精度且つ広範囲な物体監視ができる。そして、半導体ミラーを使用することにより、この種の低速走査用レーザレーダの小型・軽量化を図ることができる。
【００５１】
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
図１０に、第３実施形態の構成図を示す。尚、第２実施形態と同一要素には同一符号を付す。
【００５２】
図１０において、第３実施形態の走査型レーザレーダ１は、第２実施形態の波形データメモリ１６を除いて、複数パルス発生回路１７、Ａ／Ｄ変換値メモリ１８及び発射パルス数テーブル記憶手段としての発射パルス数テーブルメモリ１９を加えた構成である。
【００５３】
複数パルス発生回路１７は、例えば図１１に示すように、複数のスイッチ素子（例えばパワーＭＯＳＦＥＴ等）１７−１〜１７−ｉ、コンデンサＣ１〜Ｃｉ等を備え、走査ミラー４の各走査位置毎に図１２に示すようにレーザ駆動回路３から例えば一定間隔で順次出力される複数のトリガパルスＴｐ１〜Ｔｐｉによりスイッチ素子１７−１〜１７−ｉが順次ＯＮすることにより、送信区間において複数の送光パルスＩｐを発生してレーザ光源２に出力する構成である。ここで、複数パルス発生回路１７及びレーザ駆動回路３でレーザ光源駆動手段を構成する。
【００５４】
Ａ／Ｄ変換値メモリ１８は、Ａ／Ｄ変換器１４からの受光出力のディジタル値を記憶し、走査ミラー４の各走査位置毎の受光出力状態を記憶する。
本実施形態の測距制御回路１２は、走査ミラーコントローラ５からの走査位置情報に基づいて走査位置が変わる毎にＡ／Ｄ変換値メモリ１８に記憶された受光波形を取込み、レーザ駆動回路３からのトリガパルス発生情報から得られるレーザ光の送光波形と取込んだ受光波形との相関値を演算し、相関値が予め設定した閾値以上のときに受光出力ありと判断し、相関値が最大となるずれ量に基づいて物体まで距離を演算する。ここで、本実施形態の測距制御回路１２は相関値演算手段の機能を備える。
【００５５】
発射パルス数テーブルメモリ１９は、走査ミラー４の走査方向と発射パルス数の対応関係を記憶するものである。この発射パルス数テーブルは、走査ミラー４の走査位置（前述のレーザスポット位置）を固定し、発射パルス数を可変して受光出力が得られる発射パルス数を調べる。この操作を図７の走査面における全てのレーザスポット位置について行い作成する。反射率の高い物体に対しては少ない発射パルス数が設定され、反射率の低い物体に対しては多い発射パルス数が設定される。
【００５６】
尚、この発射パルス数テーブルは、本発明の走査型レーザレーダを、監視領域の環境がほとんど変化しない屋内等の監視装置に利用する場合に使用するものであり、車載装置等のような屋外で使用する場合には不用である。車載装置等のような屋外で使用する場合には、走査ミラー４の走査方向に関係なく受光出力が十分得られる予め設定した一定数の複数の送光パルスを発射するような構成とする。
【００５７】
次に、本発明の第３実施形態を車載装置に適用する場合について説明する。
電源を投入すると測距制御回路１２からレーザ駆動回路３及び走査ミラーコントローラ５に動作開始指令が出力され、走査ミラー４の各走査位置でレーザ駆動回路３から予め設定された複数のトリガパルスが発生し、複数パルス発生回路１７からの複数の送光パルスＩｐに入力によりレーザ光源２から複数のレーザ光が走査ミラー４に照射される。従って、走査ミラー４の各走査位置に対して複数のレーザ光が照射される。また、レーザ駆動回路３からはトリガパルス発生情報が測距制御回路１２に入力する。
【００５８】
一方、受光系では第１及び第２実施形態と同様にして走査ミラー４の走査位置情報に基づいてマルチプレクサ９により受光素子アレイ８の出力が選択され、選択された受光出力を受光出力加算アンプ１０で加算し、加算受光出力をＡ／Ｄ変換器１４でディジタル信号に変換してＡ／Ｄ変換値メモリ１８に記憶する。測距制御回路１２は、走査ミラー４の走査位置が変わる毎にＡ／Ｄ変換値メモリ１８内の受光波形を取込み、その走査位置に対するレーザ光の送光波形と取込んだ受光波形の相関値を演算する。具体的には、送光波形を１サンプリングクロック毎に所定量Δｔずらしながら受光波形との相関値を求める。受光出力が存在すれば図１３に示すように送光波形と受光波形とが一致した時に相関値は最大となり、その時のずれ量は送光パルスの発生から受光出力が得られるまでの時間Ｔに比例するので、このずれ量から時間Ｔを求め、物体Ａまでの距離を演算する。受光出力がなければ送光波形と受光波形との相関値は閾値以上になることはなく、受光出力なしと判断して距離の演算は行わない。
【００５９】
かかる第３実施形態のように、走査ミラー４の各走査位置に対して複数回レーザ光を照射し、その時の送光波形と受光波形の相関値に基づいて受光出力の有無を判定する構成とすれば、レーザ光を１回だけ照射する場合に比較してレーザ光をｎ回照射すれば（ｎ−（ｎ）１／２）倍にＳ／Ｎ比が向上し、物体の検出精度及び測距精度を向上できる。レーザ光をｎ回照射した場合、信号成分は照射パルス数に比例するがノイズ成分は相互に打ち消し（ｎ）１／２倍にしかならないためである。
【００６０】
監視領域の環境がほとんど変化しない屋内等の監視装置に利用する場合には、走査ミラー４の走査位置情報に基づいて発射パルス数テーブルメモリ１９に記憶された発射パルス数テーブルからその走査位置での発射パルス数を決定し、各走査位置毎に設定された必要最小限の数のレーザ光を発射するようにする。これにより、レーザ光の人間に対する悪影響を低減でき安全性を向上できる。
【００６１】
尚、第３実施形態では、複数パルス発生回路１７内のスイッチ素子１７−１〜１７−ｉを全てＯＮさせて複数の送光パルスを生成する構成としたが、一部をＯＮさせないようにすることにより、送光パルス列に例えば「１００１１・・・」のようにコード変調をかけて送信するようにしてもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、多数の受光素子からなる受光手段に結像レンズを用いてレーザ光の走査領域の光学画像を結像させると共に、レーザ光の走査位置に合わせて受光素子を限定してその反射光による受光出力を取出す構成としたので、受光系の視野を広げても十分なＳ／Ｎ比を確保でき、走査型レーザレーダの監視領域を拡大できる。
【００６３】
また、受光出力をディジタル加算平均処理したり、或いは、走査位置毎に複数のレーザ光を発射しその時の送信パルス波形と受光出力波形の相関値を求めたりして、受光出力を得る構成とすることで、速い走査速度の必要がない低速走査型の監視装置に適用した場合に、光走査手段に走査速度の速い半導体ミラーを使用しても十分なＳ／Ｎ比が得られるようになる。
【００６４】
また、走査位置に応じてレーザ光の発射数を可変制御し、レーザ光の発射数を必要最小限とすることで、人間に対するレーザ光の悪影響を低減でき、安全性を向上できる。
【００６５】
また、光走査手段に極めて小型、軽量の半導体ミラーを使用すれば、走査型レーザレーダを格段に小型化及び軽量化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る走査型レーザレーダの第１実施形態の構成図
【図２】同上実施形態の走査ミラーに用いる半導体ミラーの平面図
【図３】送光パルスと受信信号の関係を示す図
【図４】データ測定回路の一例を示す構成図
【図５】データ測定回路の別の例を示す構成図
【図６】受光素子アレイを示す図
【図７】レーザ光の走査面とレーザスポットの関係を示す図
【図８】本発明に係る走査型レーザレーダの第２実施形態の構成図
【図９】（Ａ）は１走査周期の受信波形図、（Ｂ）は加算平均処理後の受信波形図
【図１０】本発明に係る走査型レーザレーダの第３実施形態の構成図
【図１１】複数パルス発生回路の要部回路図
【図１２】トリガパルスと送光パルスの関係を示す図
【図１３】送光波形、受光波形及び相関値の関係を示す図
【符号の説明】
１    走査型レーザレーダ
２    レーザ光源
３    レーザ駆動回路
４    走査ミラー
５    走査ミラーコントローラ
６    光学フィルタ
７    結像レンズ
８    受光素子アレイ
９    マルチプレクサ
１０    受光出力加算アンプ
１１    データ測定回路
１２    測距制御回路
１３    変換テーブルメモリ
１４    Ａ／Ｄ変換器
１５    サンプリングクロック発生器
１６    波形データメモリ
１７    複数パルス発生回路
１８    Ａ／Ｄ変換値メモリ
１９    発射パルス数テーブルメモリ
【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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