(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を受光して信号を出力する受光素子を複数有する受信部と、
前記受信部が出力した前記信号を用いて、レーザ光の散乱光を受信したか否かを判定する判定部と、
前記受信部が有する前記複数の受光素子を少なくとも２つの素子群に分け、前記複数の受光素子に印加する電圧を前記素子群ごとに設定する状態切り替え部とを備え、
前記状態切り替え部は、第１素子群と第２素子群のうち一方の素子群に属する受光素子に対しては受光素子がノンアクティブ状態となる閾値以下の電圧を設定するとともに他方の素子群に属する受光素子に対しては受光素子がアクティブ状態となる前記閾値より高い電圧を設定し、前記判定部が前記散乱光を受信したと判定した場合に、前記第１素子群に属する受光素子に設定している電圧と、前記第２素子群に属する受光素子に設定している電圧とを入れ替えることを特徴とするレーザ受信装置。
【請求項２】
前記受信部が有する前記複数の受光素子から前記判定部への出力をオンオフする出力切り替えスイッチを、前記複数の受光素子ごとに複数有する出力切り替え装置を備え、
前記出力切り替え装置は、前記閾値より高い電圧が設定されている前記受光素子に対応する前記出力切り替えスイッチをオンにし、前記閾値以下の電圧が設定されている前記受光素子に対応する前記出力切り替えスイッチをオフにすることを特徴とする請求項１記載のレーザ受信装置。
【請求項３】
前記判定部が前記散乱光を受信したと判定してからの時間を計測する復帰時間計測装置を備え、
前記復帰時間計測装置による計測時間が第１の復帰時間に達すると、前記状態切り替え部が、前記第１素子群に属する受光素子に設定している電圧と、前記第２素子群に属する受光素子に設定している電圧とを入れ替えることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザ受信装置。
【請求項４】
前記受信部は、
前記複数の受光素子と、
前記複数の受光素子がそれぞれ出力する前記信号を加算して出力する加算器とを有し、
前記状態切り替え部は、
前記複数の受光素子に印加されるバイアス電圧を出力するバイアス電圧印加装置と、
前記バイアス電圧印加装置が出力した前記バイアス電圧を、前記複数の受光素子ごとに調整するバイアス電圧切り替え装置とを有することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のレーザ受信装置。
【請求項５】
前記第１素子群に属する受光素子と、前記第２素子群に属する受光素子とが、交互にアレイ状に並ぶことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のレーザ受信装置。
【請求項６】
前記第１素子群に属する受光素子は、前記第２素子群に属する受光素子よりも多く、
測定開始時に、前記第１素子群に属する受光素子には前記閾値より高い電圧が設定され、前記第２素子群に属する受光素子には前記閾値以下の電圧が設定されることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のレーザ受信装置。
【請求項７】
前記状態切り替え部は、前記受信部が有する前記複数の受光素子に対して第３素子群を設定し、前記第３素子群に属する受光素子に常時前記閾値より高い電圧を設定することを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載のレーザ受信装置。
【請求項８】
前記状態切り替え部は、前記判定部が前記散乱光を受信したと判定した際に、当該散乱光より１つ前の前記散乱光を受信したと判定されてからの経過時間を算出し、前記経過時間が第２の復帰時間以下の場合、前記経過時間が前記第２の復帰時間を超えるまでは前記第１素子群及び前記第２素子群に属する受光素子に前記閾値以下の電圧を設定し、その後、１つ前の前記散乱光を受信したときに設定していた電圧を設定することを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載のレーザ受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばレーザ光の発振時刻と散乱光の受光時刻との差から距離を算出するために、レーザ光の散乱光を受信するレーザ受信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、受光手段としてシングルフォトンアバランシェダイオード（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ、以下ＳＰＡＤと称す）と呼ばれる受光素子をアレイ状に複数備えた光学的測距装置が記載されている。ＳＰＡＤ素子は、受光した光を電気信号に変換して出力するものである。そして、特許文献１の光学的測距装置では、各ＳＰＡＤ素子が出力した電気信号を加算するなどの処理を行い、レーザ光を照射した時刻からの経過時間に基づき、距離を算出していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４―７７６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＳＰＡＤ素子は、光を受光して電気信号を出力した後に、アフターパルスと呼ばれる信号を遅れて出力することがある。このため、レーザ光の散乱光を受光した後のアフターパルスにより誤検知が発生し、ターゲットからの散乱光を正確にとらえることができないという課題があった。
なお、このようなアフターパルスは、光電子増倍管等、ＳＰＡＤ素子以外の受光素子においても同様に問題となる現象である。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、アフターパルスの影響を抑えてターゲットからの散乱光をとらえることのできるレーザ受信装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るレーザ受信装置は、光を受光して信号を出力する受光素子を複数有する受信部と、受信部が出力した信号を用いて、レーザ光の散乱光を受信したか否かを判定する判定部と、受信部が有する複数の受光素子を少なくとも２つの素子群に分け、複数の受光素子に印加する電圧を素子群ごとに設定する状態切り替え部とを備え、状態切り替え部は、第１素子群と第２素子群のうち一方の素子群に属する受光素子に対しては受光素子がノンアクティブ状態となる閾値以下の電圧を設定するとともに他方の素子群に属する受光素子に対しては受光素子がアクティブ状態となる閾値より高い電圧を設定し、判定部が散乱光を受信したと判定した場合に、第１素子群に属する受光素子に設定している電圧と、第２素子群に属する受光素子に設定している電圧とを入れ替えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、アフターパルスの影響を抑えてターゲットからの散乱光をとらえることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーザ受信装置を用いて構成されたレーザレーダ装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１において、各ＳＰＡＤ素子の状態が切り替わる様子を説明する図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係るレーザ受信装置を用いて構成されたレーザレーダ装置の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係るレーザ受信装置を用いて構成されたレーザレーダ装置の構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態３において、各ＳＰＡＤ素子の状態が切り替わる様子を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１に、この発明の実施の形態１に係るレーザ受信装置を用いて構成されたレーザレーダ装置の構成を示す。レーザレーダ装置は、レーザ装置１と、発振器２と、変調器３と、送信光学系４と、スキャナ５と、角度モニタ装置６と、受信レンズ７と、ＳＰＡＤアレイ受信機８と、バイアス電圧印加装置９と、バイアス電圧切り替え装置１０と、加算回路（加算器）１１と、散乱光検出判定回路（判定部）１２と、距離測定装置１３と、強度測定装置１４と、信号処理装置１５とを有する。ＳＰＡＤアレイ受信機８と、バイアス電圧印加装置９と、バイアス電圧切り替え装置１０と、加算回路１１と、散乱光検出判定回路１２とが、実施の形態１に係るレーザ受信装置を構成する。
【００１０】
レーザ装置１は、レーザ光を発振させる。
発振器２は、パルス変調信号を出力する。
変調器３は、発振器２が出力したパルス変調信号に従い、レーザ装置１が発振させたレーザ光にパルス強度変調をかける。
送信光学系４は、変調器３がパルス強度変調をかけたレーザ光の拡がりを調整し、平行ビームのレーザ光として出力する。送信光学系４は、レンズ等を有する。
スキャナ５は、送信光学系４が出力したレーザ光を、受信レンズ７が当該レーザ光に対する散乱光を受光可能な角度範囲である受信視野内において、水平方向と垂直方向に２次元スキャンする。
角度モニタ装置６は、スキャナ５の角度をモニタし、スキャナ角度信号として出力する。
【００１１】
受信レンズ７は、入射してくる光をＳＰＡＤアレイ受信機８上に集光する。受信レンズ７のこの働きにより、スキャナ５がスキャンしたレーザ光が照射されたターゲットからの散乱光は、ＳＰＡＤアレイ受信機８上に集光される。
ＳＰＡＤアレイ受信機８には、複数のＳＰＡＤ素子がアレイ状に配置されており、各ＳＰＡＤ素子は、受光した光を電気信号に変換して出力する。
バイアス電圧印加装置９は、ＳＰＡＤアレイ受信機８が有する各ＳＰＡＤ素子に印加するバイアス電圧を、出力する。
バイアス電圧切り替え装置１０は、アレイ状に複数の電圧切り替えスイッチを有している。バイアス電圧切り替え装置１０の各電圧切り替えスイッチは、ＳＰＡＤアレイ受信機８の各ＳＰＡＤ素子とそれぞれ対応しており、バイアス電圧印加装置９からＳＰＡＤ素子へのバイアス電圧出力を、ＳＰＡＤ素子ごとにオンオフすることが可能となっている。バイアス電圧印加装置９とバイアス電圧切り替え装置１０とで、状態切り替え部が構成される。
【００１２】
加算回路１１は、ＳＰＡＤアレイ受信機８の各ＳＰＡＤ素子が出力した電気信号を、加算して出力する。ＳＰＡＤアレイ受信機８と加算回路１１とで、受信部が構成される。
散乱光検出判定回路１２は、加算回路１１が出力した加算結果と、予め外部より設定された閾値とを比較して、加算結果が閾値を超える場合、その加算結果を受信信号として距離測定装置１３及び強度測定装置１４に出力するとともに、散乱光検出信号をバイアス電圧切り替え装置１０に出力する。
このように、各ＳＰＡＤ素子が出力した電気信号の加算結果を、散乱光検出判定回路１２で閾値と比較し、閾値を超えた場合に、散乱光を検出したと判定する。当該加算結果が当該閾値以下の場合は、散乱光を検出していないと判定される。閾値との比較対象を、各ＳＰＡＤ素子が出力した電気信号の加算結果とすることで、外乱の影響をなるべく抑えたうえで、散乱光の検出を判定できる。
【００１３】
距離測定装置１３は、発振器２からパルス変調信号が入力されてから、散乱光検出判定回路１２から受信信号が入力されるまでの時間を計測する。そして、計測した時間に基づき距離を算出し、距離信号として出力する。
強度測定装置１４は、散乱光検出判定回路１２が出力した受信信号の強度を測定し、強度信号として出力する。
信号処理装置１５は、角度モニタ装置６が出力したスキャナ角度信号と、距離測定装置１３が出力した距離信号と、強度測定装置１４が出力した強度信号とに基づき、距離画像及び強度画像を生成する。距離画像とは、距離信号が示す距離値を画素値としたものであり、また、強度画像とは、強度信号が示す強度値を画素値としたものである。
【００１４】
次に、上記のように構成されたレーザレーダ装置の動作について説明する。
レーザ装置１が、レーザ光を発振させる。また、発振器２が、パルス変調信号を出力する。
変調器３は、発振器２が出力したパルス変調信号に従い、レーザ装置１が発振させたレーザ光にパルス強度変調をかける。
【００１５】
続いて、送信光学系４が、変調器３がパルス強度変調をかけたレーザ光の拡がりを調整し、平行ビームのレーザ光として出力する。
続いて、スキャナ５が、送信光学系４が出力したレーザ光を、受信レンズ７が当該レーザ光に対する散乱光を受光可能な角度範囲である受信視野内において、水平方向と垂直方向に２次元スキャンする。
角度モニタ装置６は、スキャナ５の角度をモニタし、スキャナ角度信号として出力する。
【００１６】
受信レンズ７は、入射してくる光をＳＰＡＤアレイ受信機８上に集光するものであり、スキャナ５がスキャンしたレーザ光が照射されたターゲットからの散乱光がある場合、当該散乱光はＳＰＡＤアレイ受信機８上に集光される。
【００１７】
なお、バイアス電圧切り替え装置１０は、初期状態として、アレイ状に配置されたＳＰＡＤ素子それぞれに対応する電圧切り替えスイッチのオンオフ状態を、隣接するＳＰＡＤ素子同士で異なるように設定している。つまり、あるＳＰＡＤ素子に対応する電圧切り替えスイッチをオン状態として、当該ＳＰＡＤ素子にはバイアス電圧印加装置９が出力するバイアス電圧が印加される一方、当該ＳＰＡＤ素子に隣接するＳＰＡＤ素子に対応する電圧切り替えスイッチはオフ状態として、バイアス電圧印加装置９が出力するバイアス電圧が印加されないようにしている。
これにより、各ＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態は、例えば図２（ａ）に示すように、アクティブ状態にあるＳＰＡＤ素子とノンアクティブ状態にあるＳＰＡＤ素子とが交互に並んだものとなる。図２では、アクティブ状態にあるＳＰＡＤ素子を白で、ノンアクティブ状態にあるＳＰＡＤ素子をドット柄で示している。図２において、点線で区切られたブロック１つが、１つのＳＰＡＤ素子に相当する。アクティブ状態にあるＳＰＡＤ素子には、バイアス電圧印加装置９が出力するバイアス電圧が印加されており、光を受光すると、電気信号を出力する。一方、ノンアクティブ状態にあるＳＰＡＤ素子には、バイアス電圧印加装置９が出力するバイアス電圧が印加されておらず、光を受光しても、電気信号は出力しない。さらにノンアクティブ状態にあるＳＰＡＤ素子からは、アフターパルスが発生することはない。
【００１８】
また、バイアス電圧切り替え装置１０は、散乱光検出判定回路１２から散乱光検出信号が入力されると、各ＳＰＡＤ素子に対応する電圧切り替えスイッチのオンオフ状態を切り替える。例えば各ＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態が図２（ａ）に示すものとなるようにバイアス電圧切り替え装置１０の各電圧切り替えスイッチが設定されている際に、散乱光検出信号が入力されると、オン状態の電圧切り替えスイッチをオフ状態に、オフ状態の電圧切り替えスイッチをオン状態にして、各ＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態を、図２（ｂ）に示すものに切り替える。同様に、ＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態が図２（ｂ）に示すものである場合に、バイアス電圧切り替え装置１０に散乱光検出信号が入力されると、バイアス電圧切り替え装置１０は、各ＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態を図２（ａ）に示すものに切り替える。このように、バイアス電圧切り替え装置１０は、ＳＰＡＤアレイ受信機８のＳＰＡＤ素子を、第１素子群、第２素子群に分けて、素子群ごとにＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態を設定する。同一の素子群に属する各ＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態は、同じ状態に設定され、また、第１素子群と第２素子群とは互いに異なるアクティブノンアクティブ状態に設定される。
【００１９】
受信レンズ７により光がＳＰＡＤアレイ受信機上に集光されると、バイアス電圧切り替え装置１０によってアクティブ状態にあるＳＰＡＤ素子は、光を受けて電気信号を出力する。
続いて、加算回路１１が、ＳＰＡＤアレイ受信機８の各ＳＰＡＤ素子が出力した電気信号を、加算して出力する。
続いて、散乱光検出判定回路１２が、加算回路１１が出力した加算結果と、予め外部より設定された閾値とを比較して、加算結果が閾値を超える場合、その加算結果を受信信号として距離測定装置１３及び強度測定装置１４に出力するとともに、散乱光検出信号をバイアス電圧切り替え装置１０に出力する。当然、加算結果が閾値以下であれば、散乱光検出判定回路１２が受信信号及び散乱光検出信号を出力することはない。
【００２０】
続いて、距離測定装置１３が、発振器２からパルス変調信号が入力されてから、散乱光検出判定回路１２から受信信号が入力されるまでの時間を計測する。そして、計測した時間に基づき距離を算出し、距離信号として出力する。
また、強度測定装置１４は、散乱光検出判定回路１２が出力した受信信号の強度を測定し、強度信号として出力する。
続いて、信号処理装置１５が、角度モニタ装置６が出力したスキャナ角度信号と、距離測定装置１３が出力した距離信号と、強度測定装置１４が出力した強度信号とに基づき、距離画像及び強度画像を生成する。
【００２１】
また、既に述べたが、バイアス電圧切り替え装置１０は、散乱光検出判定回路１２から散乱光検出信号が入力されると、各ＳＰＡＤ素子に対応する電圧切り替えスイッチのオンオフ状態を切り替える。従って、それまでアクティブ状態にあったＳＰＡＤ素子がノンアクティブ状態になり、それまでノンアクティブ状態にあったＳＰＡＤ素子がアクティブ状態になる。
これにより、散乱光を受光して電気信号を出力したＳＰＡＤ素子は、ノンアクティブ状態に切り替わり、アフターパルスを発生しない。一方で、ノンアクティブ状態にあったＳＰＡＤ素子が、アクティブ状態に切り替わるため、アクティブ状態に切り替わったこれらのＳＰＡＤ素子によって、次の散乱光を検出することが可能となる。つまり、アフターパルスが発生することなく、次の散乱光を検出できる。
【００２２】
以上のように、この実施の形態１に係るレーザ受信装置によれば、バイアス電圧切り替え装置１０が、一部のＳＰＡＤ素子をアクティブ状態に、それ以外のＳＰＡＤ素子をノンアクティブ状態にするとともに、散乱光検出信号が入力された場合には、アクティブ状態にあるＳＰＡＤ素子をノンアクティブ状態に、ノンアクティブ状態にあるＳＰＡＤ素子をアクティブ状態に切り替える。この切り替えにより、散乱光を受光して電気信号を出力したＳＰＡＤ素子は、ノンアクティブ状態となり、アフターパルスを発生しない。一方で、ノンアクティブ状態からアクティブ状態に切り替わったＳＰＡＤ素子によって、次の散乱光を検出することが可能である。従って、アフターパルスの影響を抑えてターゲットからの散乱光をとらえることができる。
【００２３】
特に、雨、霧、細かい目の網等が、レーザレーダ装置とターゲットとの間に存在する場合は、これら雨、霧、細かい目の網等のターゲット以外の物体を経由した散乱光も受光される。このため、ターゲットからの散乱光を受光する際に、これらターゲット以外の物体からの散乱光を受光したことで発生するアフターパルスの影響を受ける恐れがあったが、上記のようにＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態を切り替えることにより、そうした影響についても抑えることができる。
【００２４】
なお、上記では、図２に示すようにアクティブ状態のＳＰＡＤ素子とノンアクティブ状態のＳＰＡＤ素子とが交互に並ぶようにしたために、全ＳＰＡＤ素子のうちアクティブ状態にあるＳＰＡＤ素子の比率が５０％となっているが、これ以外の比率としてもよい。後述する実施の形態２においても、同様である。
例えば、レーザレーダ装置による測定開始後に最初に検出される散乱光である第１散乱光を感度良く測定したい場合、測定開始時にアクティブ状態にあるＳＰＡＤ素子をノンアクティブ状態にあるＳＰＡＤ素子よりも多く、例えば全ＳＰＡＤ素子のうちの８０％とすることが考えられる。
測定開始時にアクティブ状態にあるＳＰＡＤ素子とノンアクティブ状態にあるＳＰＡＤ素子とをそれぞれ５０％ずつの比率とした場合は、第１散乱光とそれに続く第２散乱光とを、同程度の感度で測定可能である。
【００２５】
また、バイアス電圧切り替え装置１０は、電圧切り替えスイッチをオフ状態にしてＳＰＡＤ素子へのバイアス電圧を完全にカットすることで当該ＳＰＡＤ素子をノンアクティブ状態にするのではなく、バイアス電圧印加装置９が出力するバイアス電圧を増減させることで、ＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態を切り替えるように構成してもよい。つまり、バイアス電圧が印加されていても、当該バイアス電圧が閾値以下のものであれば、ＳＰＡＤ素子はノンアクティブ状態となり、光を受光しても電気信号は出力せず、アフターパルスが発生することもない。このようにすることで、バイアス電圧を完全にカットする場合よりも、高速な切り替え動作が可能となる。後述する実施の形態２，３においても、同様である。
【００２６】
また、上記では、全ＳＰＡＤ素子を対象にアクティブノンアクティブ状態を切り替える場合を示した。しかしながら、アクティブノンアクティブ状態を切り替えるＳＰＡＤ素子を限定してもよい。
例えば、先見情報として、全ＳＰＡＤ素子の中でもアフターパルスを出しやすいＳＰＡＤ素子、出しにくいＳＰＡＤ素子が予め判明している場合、アフターパルスを出しやすいＳＰＡＤ素子のみを対象にアクティブノンアクティブ状態を切り替え、アフターパルスを出しにくいＳＰＡＤ素子については常時アクティブ状態とする。つまり、アフターパルスを出しやすいＳＰＡＤ素子により第１素子群及び第２素子群が構成され、アフターパルスを出しにくいＳＰＡＤ素子により第３素子群が構成される。このようにすることで、散乱光を受光する際にアクティブ状態にあるＳＰＡＤ素子を多くできるため、高感度な測定が可能となる。後述する実施の形態２，３においても、同様である。
【００２７】
また、散乱光検出判定回路１２がｎ番目の散乱光検出信号を出力してから次に（ｎ＋１）番目の散乱光検出信号を出力するまでの時間が短いと、各ＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態が短時間のうちに２度切り替わる（ｎは自然数）。このため、ｎ番目の散乱光を受光したときにアクティブ状態にあったＳＰＡＤ素子が、ｎ番目の散乱光によるアフターパルスの発生が止まる前に、（ｎ＋１）番目の散乱光検出信号によって再びアクティブ状態となり、アフターパルスを出力する可能性がある。
【００２８】
そこで、バイアス電圧切り替え装置１０を、散乱光検出信号が入力された際に、当該散乱光検出信号より１つ前の散乱光検出信号が入力された時刻からの経過時間を算出するように構成する。そして、その経過時間が予め外部より設定した第２の復帰時間Ｔ２以下であった場合、１つ前の散乱光検出信号が入力された時刻から第２の復帰時間Ｔ２分の時間が過ぎるまでは全ＳＰＡＤ素子をノンアクティブ状態にする。その後で、各ＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態を、１つ前の散乱光を受光したときの状態に復帰させる。このようにすることで、１つ前の散乱光を受光して電気信号を出力したＳＰＡＤ素子が、誤検知の元となるアフターパルスを出力するのを防ぐことができる。後述する実施の形態３においても、同様である。
第２の復帰時間Ｔ２は、ＳＰＡＤ素子が散乱光を受光したタイミングから、アフターパルスを出力しなくなるまでの時間を超えるように設定するとよい。このようにすることで、ＳＰＡＤ素子を、アフターパルスを出力しなくなった状態で復帰させることができる。
【００２９】
また、上記では、スキャナ５が２次元スキャンを行うものとしたが、１次元スキャンを行うものでもよい。スキャナ５が１次元スキャンを行う場合、信号処理装置１５が生成する距離画像及び強度画像は、２次元ではなく１次元の画像となる。後述する実施の形態２，３においても、同様である。
【００３０】
また、上記では、レーザ受信装置を他の各装置と組み合わせることで１台のレーザレーダ装置として一体的に構成したものを示した。しかしながら、このように一体的に構成するに限らず、それぞれが別個に分離した構成であってもよい。後述する実施の形態２，３においても、同様である。
【００３１】
また、上記では、レーザ受信装置を、距離画像及び強度画像を生成するレーザレーダ装置に組み込まれるものとして説明した。しかしながら、レーザ受信装置は、散乱光検出判定回路１２によって何らかの物体の存在の有無を判定するセンサのような装置として利用することも可能である。後述する実施の形態２，３においても、同様である。
【００３２】
また、上記では、加算回路１１を備えるものとした。しかしながら、加算回路１１を省略して、ＳＰＡＤアレイ受信機８の各ＳＰＡＤ素子が出力した電気信号が、散乱光検出判定回路１２にそのまま入力されるようにしてもよい。この場合、散乱光検出判定回路１２は、同じタイミングで第２の閾値を超える電気信号の数をカウントし、そのカウント結果が第３の閾値を超えると、カウント結果を受信信号として出力するとともに、散乱光検出信号を出力する。後述する実施の形態２，３においても、同様である。
【００３３】
また、上記では、受光した光を電気信号に変換して出力するものとしてＳＰＡＤ素子を用いる構成を示したが、光電子増倍管等、ＳＰＡＤ素子以外の受光素子を用いてもよい。後述する実施の形態２，３においても、同様である。
【００３４】
実施の形態２．
図３に、この発明の実施の形態２に係るレーザ受信装置を用いて構成されたレーザレーダ装置の構成を示す。このレーザレーダ装置は、レーザ装置１と、発振器２と、変調器３と、送信光学系４と、スキャナ５と、角度モニタ装置６と、受信レンズ７と、ＳＰＡＤアレイ受信機８と、バイアス電圧印加装置９と、バイアス電圧切り替え装置１０と、加算回路１１と、散乱光検出判定回路１２と、距離測定装置１３と、強度測定装置１４と、信号処理装置１５と、出力切り替え装置１６とを有する。つまり、実施の形態２に示すレーザレーダ装置は、実施の形態１に示すレーザレーダ装置に、出力切り替え装置１６を追加したものである。ＳＰＡＤアレイ受信機８と、バイアス電圧印加装置９と、バイアス電圧切り替え装置１０と、加算回路１１と、散乱光検出判定回路１２と、出力切り替え装置１６とが、実施の形態２に係るレーザ受信装置を構成する。
なお、図３において、図１と同一又は相当の部分については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
【００３５】
出力切り替え装置１６は、アレイ状に複数の出力切り替えスイッチを有している。出力切り替え装置１６の各出力切り替えスイッチは、ＳＰＡＤアレイ受信機８の各ＳＰＡＤ素子とそれぞれ対応しており、各ＳＰＡＤ素子から加算回路１１への電気信号の出力を、ＳＰＡＤ素子ごとにオンオフすることが可能となっている。
出力切り替え装置１６は、バイアス電圧切り替え装置１０と同期しており、初期状態においてバイアス電圧印加装置９からのバイアス電圧が印加されているＳＰＡＤ素子に対応する出力切り替えスイッチをオン状態とし、バイアス電圧印加装置９からのバイアス電圧が印加されていないＳＰＡＤ素子に対応する出力切り替えスイッチをオフ状態とする。
また、散乱光検出判定回路１２から散乱光検出信号が入力された場合、バイアス電圧切り替え装置１０と同期して、各出力切り替えスイッチのオンオフ状態を切り替える。
【００３６】
以上のように、この実施の形態２に係るレーザ受信装置によれば、実施の形態１で示した効果に加えて、ノンアクティブ状態にあるＳＰＡＤ素子からの信号出力をオフにすることができる。従って、ノンアクティブ状態にあるＳＰＡＤ素子が例えば雑音を出力する場合に、この雑音が加算回路１１で加算され、結果としてＳＮ比が低下してしまうのを防ぐことができる。
【００３７】
なお，散乱光検出判定回路１２がｎ番目の散乱光検出信号を出力してから次に（ｎ＋１）番目の散乱光検出信号を出力するまでの時間が短いと、各ＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態が短時間のうちに２度切り替わる。このため、ｎ番目の散乱光を受光したときにアクティブ状態にあったＳＰＡＤ素子が、ｎ番目の散乱光によるアフターパルスの発生が止まる前に、（ｎ＋１）番目の散乱光検出信号によって再びアクティブ状態となり、アフターパルスを出力する可能性がある。
【００３８】
そこで、バイアス電圧切り替え装置１０及び出力切り替え装置１６を、散乱光検出信号が入力された際に、当該散乱光検出信号より１つ前の散乱光検出信号が入力された時刻からの経過時間を算出するように構成する。そして、その経過時間が予め外部より設定した第２の復帰時間Ｔ２以下であった場合、１つ前の散乱光検出信号が入力された時刻から第２の復帰時間Ｔ２分の時間が過ぎるまでは全ＳＰＡＤ素子をノンアクティブ状態にするとともに全ＳＰＡＤ素子からの信号出力をオフにする。その後で、各ＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態及び各出力切り替えスイッチのオンオフ状態を、１つ前の散乱光を受光したときの状態に復帰させる。このようにすることで、１つ前の散乱光を受光して電気信号を出力したＳＰＡＤ素子が、誤検知の元となるアフターパルスを出力するのを防ぐことができる。
第２の復帰時間Ｔ２は、ＳＰＡＤ素子が散乱光を受光したタイミングから、アフターパルスを出力しなくなるまでの時間を超えるように設定するとよい。このようにすることで、ＳＰＡＤ素子を、アフターパルスを出力しなくなった状態で復帰させることができる。
【００３９】
また、上記では、バイアス電圧切り替え装置１０を備えるものとしたが、バイアス電圧切り替え装置１０を省略してもよい。この場合、アフターパルスの発生自体を抑えるのではなく、各ＳＰＡＤ素子から加算回路１１への電気信号の出力を出力切り替え装置１６によりオンオフすることで、アフターパルスが加算回路１１へ入力されるのを防ぐ。このようにすることでも、アフターパルスの影響を抑えてターゲットからの散乱光をとらえることは可能である。
【００４０】
実施の形態３．
図４に、この発明の実施の形態３に係るレーザ受信装置を用いて構成されたレーザレーダ装置の構成を示す。このレーザレーダ装置は、レーザ装置１と、発振器２と、変調器３と、送信光学系４と、スキャナ５と、角度モニタ装置６と、受信レンズ７と、ＳＰＡＤアレイ受信機８と、バイアス電圧印加装置９と、バイアス電圧切り替え装置１０と、加算回路１１と、散乱光検出判定回路１２と、距離測定装置１３と、強度測定装置１４と、信号処理装置１５と、復帰時間計測装置１７とを有する。つまり、実施の形態３に示すレーザレーダ装置は、実施の形態１に示すレーザレーダ装置に、復帰時間計測装置１７を追加したものである。ＳＰＡＤアレイ受信機８と、バイアス電圧印加装置９と、バイアス電圧切り替え装置１０と、加算回路１１と、散乱光検出判定回路１２と、復帰時間計測装置１７とが、実施の形態３に係るレーザ受信装置を構成する。
なお、図４において、図１と同一又は相当の部分については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
【００４１】
復帰時間計測装置１７は、散乱光検出判定回路１２から散乱光検出信号が入力されると時間計測を開始して、計測時間が第１の復帰時間Ｔ１に達すると、バイアス電圧切り替え装置１０に復帰信号を出力する。第１の復帰時間Ｔ１は、予め外部より設定される。
【００４２】
バイアス電圧切り替え装置１０は、散乱光検出判定回路１２から散乱光検出信号が入力されるか、または、復帰時間計測装置１７から復帰信号が入力されるかすると、各ＳＰＡＤ素子に対応する電圧切り替えスイッチのオンオフ状態を切り替える。
バイアス電圧切り替え装置１０は、初期状態として、アレイ状に配置されたＳＰＡＤ素子それぞれに対応する電圧切り替えスイッチのオンオフ状態を、一部のＳＰＡＤ素子に対応する電圧切り替えスイッチはオン状態、それ以外のＳＰＡＤ素子に対応する電圧切り替えスイッチはオフ状態に設定している。従って、この初期状態において、各ＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態は、例えば図５（ａ）に示すようになる。図５では、アクティブ状態にあるＳＰＡＤ素子を白で、ノンアクティブ状態にあるＳＰＡＤ素子をドット柄で示している。
【００４３】
そして、各ＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態が図５（ａ）に示すものとなるようにバイアス電圧切り替え装置１０の各電圧切り替えスイッチが設定されている際に、散乱光検出信号又は復帰信号が入力されると、オン状態の電圧切り替えスイッチをオフ状態に、オフ状態の電圧切り替えスイッチをオン状態にして、各ＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態を、図５（ｂ）に示すものに切り替える。同様に、ＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態が図５（ｂ）に示すものである場合に、バイアス電圧切り替え装置１０に散乱光検出信号又は復帰信号が入力されると、バイアス電圧切り替え装置１０は、各ＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態を図５（ａ）に示すものに切り替える。
【００４４】
なお、復帰時間計測装置１７は、散乱光検出信号が入力されて時間計測を実行している最中に、再度の散乱光検出信号が入力された場合、実行中の時間計測を中止して、当該再度の散乱光検出信号が入力された時点から時間計測を新たにやり直す。
【００４５】
このように、散乱光が検出されてＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態が切り替わった後、第１の復帰時間Ｔ１として設定した一定時間が経過すると、ＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態が、当該散乱光を検出した際の状態に戻る。従って、散乱光の検出と当該散乱光の次の散乱光の検出との時間間隔が、第１の復帰時間Ｔ１以上開いている場合、どちらの散乱光においても、同等の感度で測定可能となる。
【００４６】
特に、バイアス電圧切り替え装置１０は、復帰信号が入力されると、アクティブ状態にあるＳＰＡＤ素子の比率が高い方のパターンにＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態を設定するよう、構成されているとよい。図５（ａ）に示すＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態のパターンと、図５（ｂ）に示すＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態のパターンとで切り替えが行われるのであれば、図５（ａ）のパターンの方が、散乱光を受光する際にアクティブ状態にあるＳＰＡＤ素子が多く、散乱光に対する感度が高い。従って、復帰信号が入力された際に、ＳＰＡＤ素子が図５（ｂ）に示すアクティブノンアクティブ状態にあるならば、バイアス電圧切り替え装置１０は、ＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態を図５（ａ）に示すものに切り替える。一方、復帰信号が入力された際に、ＳＰＡＤ素子が図５（ａ）に示すアクティブノンアクティブ状態にあるならば、バイアス電圧切り替え装置１０は、そのアクティブノンアクティブ状態を保つようにし、図５（ｂ）に示すものには切り替えない。このようにすることで、より多くの場合で、高感度での測定が可能となる。
【００４７】
実施の形態３に係るレーザ受信装置と異なり、復帰時間計測装置１７を有しない実施の形態１に係るレーザ受信装置の場合、全ＳＰＡＤ素子のうち８０％のＳＰＡＤ素子がアクティブ状態にある際に散乱光を検出して、ＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態が切り替わると、全ＳＰＡＤ素子のうち２０％のＳＰＡＤ素子しかアクティブ状態にない状態が、第１の復帰時間Ｔ１を過ぎようとも保持され続けることになる。このため、次の散乱光に対する感度が低くなる。
なお、第１の復帰時間Ｔ１は、ＳＰＡＤ素子が散乱光を受光したタイミングから、アフターパルスを出力しなくなるまでの時間を超えるように設定するとよい。このようにすることで、ＳＰＡＤ素子を、アフターパルスを出力しなくなった状態で復帰させることができる。
【００４８】
以上のように、この実施の形態３に係るレーザ受信装置によれば、ＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態が切り替わってから第１の復帰時間Ｔ１が過ぎると、再度ＳＰＡＤ素子のアクティブノンアクティブ状態が切り替わる。従って、実施の形態１で示した効果に加えて、散乱光と当該散乱光の次の散乱光とを同等の感度で測定することができるようになる。
【００４９】
なお、上記では、図１で示した実施の形態１に係るレーザ受信装置に復帰時間計測装置１７を追加した構成の図４を用いて、実施の形態３に係るレーザ受信装置を説明した。しかしながら、図３で示した実施の形態２に係るレーザ受信装置に復帰時間計測装置１７を追加した構成としてもよい。このように構成しても、同等の効果が得られる。
【００５０】
さらに、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１  レーザ装置、２  発振器、３  変調器、４  送信光学系、５  スキャナ、６  角度モニタ装置、７  受信レンズ、８  ＳＰＡＤアレイ受信機、９  バイアス電圧印加装置、１０  バイアス電圧切り替え装置、１１  加算回路（加算器）、１２  散乱光検出判定回路（判定部）、１３  距離測定装置、１４  強度測定装置、１５  信号処理装置、１６  出力切り替え装置、１７  復帰時間計測装置。
【図１】
0006333189.tif 000002
【図２】
0006333189.tif 000003
【図３】
0006333189.tif 000004
【図４】
0006333189.tif 000005
【図５】
0006333189.tif 000006