(57)【要約】  従来のレーザレーダ装置では、ビーム送信時のスキャナの角度と、ビーム受信時のスキャナの角度とが変化することにより、受信視野とビーム到来方向との間にずれが発生し、受信感度が劣化するという課題があった。  本発明のレーザレーダ装置は、レーザ光を発生する光源と、レーザ光を変調して送信光とする変調器と、変調器が変調した送信光をターゲットに照射し、ターゲットからの反射光を受信光として受信し、送信光及び受信光を走査するスキャナと、スキャナが出力した受信光を受信する受光器と、スキャナと受光器との間に設けられ、送信光と受信光との間に生じる遅延時間に応じて、スキャナによる送信光の送信角度と受信光の受信角度とのずれにより生じる光軸ずれを補正する補正器と、遅延時間に応じて光軸ずれの量を算出し、光軸ずれの量から補正器を制御する制御信号を生成する制御器とを備える。
2018131083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発生する光源と、
前記レーザ光を変調して送信光とする変調器と、
前記変調器が変調した前記送信光をターゲットに照射し、前記ターゲットからの反射光を受信光として受信し、前記送信光及び前記受信光を走査するスキャナと、
前記スキャナが出力した前記受信光を受信する受光器と、
前記スキャナと前記受光器との間に設けられ、前記送信光と前記受信光との間に生じる遅延時間に応じて、前記スキャナによる前記送信光の送信角度と前記受信光の受信角度とのずれにより生じる光軸ずれを補正する補正器と、
前記遅延時間に応じて前記光軸ずれの量を算出し、前記光軸ずれの量から前記補正器を制御する制御信号を生成する制御器と、
を備えることを特徴とするレーザレーダ装置。
【請求項２】
前記制御器は、前記変調器からパルス変調のタイミングを示す信号を受信し、前記スキャナから前記送信光及び前記受信光を走査するときの角速度を受信し、前記タイミング及び前記角速度から、前記光軸ずれ量を算出することを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ装置。
【請求項３】
前記補正器は、電気信号により前記受信光を偏向する偏向器であることを特徴とする請求項２に記載のレーザレーダ装置。
【請求項４】
前記補正器は、ミラー及びピエゾアクチュエータを備えることを特徴と請求項２に記載のレーザレーダ装置。
【請求項５】
前記制御器は、前記送信角度と前記受信角度とのずれから前記受信光の位置ずれを算出し、前記位置ずれから前記ミラーの移動量を算出することを特徴とする請求項４に記載のレーザレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下の特許文献１に示すレーザレーダ装置による距離計測では、レーザ光をターゲットに照射してから、そのターゲットに反射されて戻ってきたレーザ光の反射光を受光し、この受信光と送信光のローカル光とのヘテロダイン検波により、受信信号を取得し、レーザ照射開始時間との時間差からターゲットまでの距離を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１６−１０５０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のレーザレーダ装置は、以上のように動作するので、高感度受信可能なコヒーレント方式を用いてスキャンをする場合において、ビーム送信時のスキャナの角度（送信角度）と、ビーム受信時のスキャナの角度（受信角度）が変化することにより、受信視野とビーム到来方向との間にずれが発生し、受信感度が劣化するという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のレーザレーダ装置は、レーザ光を発生する光源と、レーザ光を変調して送信光とする変調器と、変調器が変調した送信光をターゲットに照射し、ターゲットからの反射光を受信光として受信し、送信光及び受信光を走査するスキャナと、スキャナが出力した受信光を受信する受光器と、スキャナと受光器との間に設けられ、送信光と受信光との間に生じる遅延時間に応じて、スキャナによる送信光の送信角度と受信光の受信角度とのずれにより生じる光軸ずれを補正する補正器と、遅延時間に応じて光軸ずれの量を算出し、光軸ずれの量から補正器を制御する制御信号を生成する制御器とを備える。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、ビーム送信時のスキャナの角度とビーム受信時のスキャナの角度とが変化することにより生じる光軸ずれを補正することができる。これにより、スキャナで送信光及び受信光をスキャンしても、スキャンしない場合と同等のＳＮ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ）比で測距可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置の一構成例を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る制御器８ａの動作フローを示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１にかかる印加電圧算出部８２２ａが算出した印加電圧の一例を示す電圧波形図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置の一構成例を示す構成図である。
【図５】制御器８ｂの動作フローを示すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態２にかかるミラーの移動量Δｄと受信光の位置変化量Δｘとの関係を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態２にかかる印加電圧算出部８２２ｂが算出した印加電圧の一例を示す電圧波形図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
実施の形態１.
図１は、この発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置の一構成例を示す構成図である。
本レーザレーダ装置は、レーザ光源１、光分配器２、変調器３、光アンプ４、送信光学部５、送受分離部６、スキャナ７、制御器８ａ、AO（Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｏｐｔｉｃ）偏向器９ａ、受信光学部１０、光カプラ１１、受光器１２、距離算出部１３、及び距離画像生成部１４を備える。
【０００９】
レーザ光源１（光源の一例）は、光分配器２にレーザ光を出力するレーザ光源である。例えば、レーザ光源にはＩＴＬＡ（Ｉｎｔｅｇｒａｂｌｅ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｌａｓｅｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）等が用いられる。なお、レーザ光源１にレーザ光を出力する光ファイバが備わっている場合は、光分配器２を使用せず、その光ファイバと光カプラ１１とを直接接続して使用してもよい。
【００１０】
光分配器２は、レーザ光源１が出力したレーザ光をローカル光及び送信光の２つに分割し、ローカル光を光カプラ１１に出力し、送信光を変調器３に出力する光分配器である。例えば、光分配器２には光カプラ等が用いられる。
【００１１】
変調器３（変調器の一例）は、一定の周期でトリガ信号を発生する信号発生器を内蔵し、そのトリガ信号にしたがって、光分配器２が出力した送信光をパルス変調し、変調した送信光を光アンプ４に出力する変調器である。変調器３は、信号生成器が生成したトリガ信号を制御器８aに出力する。ここで、トリガ信号は、パルスの立ち上がり時間を示すので、実質、測距開始時間を示す。例えば、変調器には、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）強度変調器が用いられる。なお、変調器３は、信号発生器が内蔵されず外部にあって、外からトリガ信号が入力される構成であっても良い。その場合は、別途、変調器３の外部に信号発生器が必要になる。
【００１２】
光アンプ４は、変調器３がパルス変調した送信光を増幅し、送信光学部５に出力する光アンプである。例えば、光アンプ４には、ＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、ＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、ＷＧＡ（Ｗａｖｅ  Ｇｕｉｄｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）等が用いられる。
【００１３】
送信光学部５は、光アンプ４が増幅した送信光を、所望のビーム径及び拡がり角に整形し、整形した送信光を送受分離部６に出力する送信光学部である。例えば、送信光学部５には、コリメートレンズ、集光レンズ等が用いられる。
【００１４】
送受分離部６は、送信光の経路と受信光の経路とを分離する送受信分離部である。送受分離部６は、送信光学部５が出力した送信光をスキャナ７に出力し、スキャナ７が出力した受信光をＡＯ偏向器９ａに出力する。
【００１５】
例えば、送受分離部６は、偏光ビームスプリッタ６１及び１／４波長板６２を備える。送信光は、偏光ビームスプリッタ６１を透過し、スキャナ７に出力される。受信光は、偏光ビームスプリッタで反射し、ＡＯ偏向器９ａに出力される。さらに、偏光ビームスプリッタから出力される光が直線偏光であり、それを円偏光にする必要がある場合には、偏光ビームスプリッタの後段に１／４波長板を挿入する。他にも、送受分離部６は、１／２波長板等が用いられる。
【００１６】
スキャナ７（スキャナの一例）は、送信光をターゲットに照射し、ターゲットからの反射光を受信光として受光し、受光可能な角度範囲を走査（スキャン）するスキャナである。ここで、受信可能な角度範囲を受信視野という。走査は、１次元走査と２次元走査のどちらでもよい。例えば、スキャナ７には、ポリゴンスキャナ、ガルバノスキャナ等が用いられる。
【００１７】
制御器８ａ（制御器の一例）は、スキャナ７から受信するスキャナの角速度及び変調器３から受信する測定開始時間を用いて、光軸ずれを補正する制御信号を生成し、その制御信号をＡＯ偏向器９ａに出力する制御器である。制御器８ａは、ＣＰＵ８１（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、メモリ８２ａ、及び電圧波形生成器８３を備える。
【００１８】
ＣＰＵ８１は、メモリ８２ａに保存されるプログラムを実行するＣＰＵである。
メモリ８２ａは、光軸ずれ算出部８２１a、及び印加電圧算出部８２２ａを備えるメモリである。ここで、光軸ずれ算出部８２１a、及び印加電圧算出部８２２ａは、ＣＰＵ８１で実行されるプログラムである。
【００１９】
電圧波形生成器８３は、印加電圧算出部８２２ａが算出した印加電圧にしたがって、電圧波形を生成し、生成した電圧波形をＡＯ偏向器９ａに出力する電圧波形生成器である。例えば、電圧波形生成器８３は、信号発生器、任意波形発生器などが用いられる。
【００２０】
ＡＯ偏向器９ａ（補正器の一例）は、制御器８ａが出力した制御信号に従って、光軸ずれを補正するように、スキャナ７が出力した受信光を偏光するＡＯ偏向器である。なお、１次元走査の場合は、ＡＯ偏向器を１個使用し、２次元走査の場合は、ＡＯ偏向器を２個使用することで、光軸ずれを補正する。ＡＯ偏向器は、機械式と比較して動作周波数が高いので、高速で応答可能である。さらに、熱を発生せず、低電圧で動作可能であるという特徴がある。
【００２１】
受信光学部１０は、ＡＯ偏向器９ａが偏光した受信光を集光し、光カプラ１１に出力する受信部である。例えば、受信部には、コリメートレンズ、集光レンズ等が用いられる。
【００２２】
光カプラ１１は、光分配器２が出力するローカル光と、受信光学部９が出力する受信光を合波し、その合波光を受光器１２に出力する光分配器である。例えば、光カプラ１１には、４ポートカプラ、光合波器等が用いられる。
【００２３】
受光器１２（受光器の一例）は、光カプラ１１が合波した光を電気信号に変換する受光器である。例えば、受光器１２には、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）、バランスドレシーバ等の光検出器が用いられる。
【００２４】
距離算出部１３は、変調器３が出力するトリガ信号を受信した時間と受光器１２が出力した電気信号を受信したとの時間差に基づいて、レーザ光の伝搬遅延時間を算出することで、ターゲットまでの距離を算出する。ここで、変調器３が出力するトリガ信号を受信した時間とは、０ｍ先のターゲットからの受信信号を取得した時間を意味する。例えば、距離算出部１３は、ＣＰＵを実装している半導体集積回路、ワンチップマイコン、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ-Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）などで構成される。
【００２５】
距離画像生成部１４は、距離算出部１３が出力する距離値を基に、各送信光の照射方向に対する距離をプロットすることで、距離画像を生成する。例えば、距離画像生成部１４は、ＣＰＵを実装している半導体集積回路、ワンチップマイコン、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣなどで構成される。
【００２６】
次に、この発明の実施の形態１にかかるレーザレーダ装置の動作について説明する。
レーザ光源１は、ターゲットに照射するためのレーザ光を光分配器２に出力する。
光分配器２は、レーザ光源１が出力したレーザ光を、ローカル光及び送信光の２つに分割し、ローカル光を光カプラ１１に出力し、送信光を変調器３に出力する。
【００２７】
変調器３は、光分配器２が出力する送信光をパルス変調し、パルス変調した送信光を光アンプ４に出力する。また、変調器３は、測距を開始するタイミングを示すトリガ信号を制御器８ａに出力する。
【００２８】
光アンプ４は、変調器３がパルス変調した送信光を増幅し、増幅した送信光を送信光学部５に出力する。
【００２９】
送信光学部５は、光アンプ４が増幅した送信光を所望のビーム径及び拡がり角に整形し、整形した送信光を送受分離部６に出力する。
【００３０】
送受分離部６は、送信光学部５が所望のビーム形状に成形した送信光をスキャナ７に出力する。
【００３１】
スキャナ７は、送信光を反射し、ターゲットに向けて照射する。照射された送信光は、ターゲットで反射される。スキャナ７は、その反射光を受信光として受信するとともに反射し、送受分離部６に出力する。また、スキャナ７は、スキャナの角速度（ω［ｒａｄ/ｓ］）を制御器８ａに出力する。また、スキャナ７は、角度信号を距離画像生成部１４に出力する。ここで、角度信号とは、自身のミラー角度を示す信号である。
【００３２】
送受分離部６は、スキャナ７が出力した受信光をＡＯ偏向器９ａに出力する。
【００３３】
ここで、制御器８ａの動作について説明する。
【００３４】
図２は、この発明の実施の形態１に係る制御器８ａの動作フローを示すフローチャートである。
ステップＳＴ１において、光軸ずれ算出部８２１は、スキャナ７から角速度ωを受信し、光軸ずれθ［ｒａｄ］を算出する。遅延時間（測距開始時間からの経過時間）をｔ［ｓ］とし、スキャナの回転数をＮＲ［ｒｐｍ］、光軸ずれθ［ｒａｄ］を補正するために必要なＡＯ偏向器への印加電圧をＶ［Ｖ］、比例定数をＡとすると、それぞれの関係は以下の式で表される。
【００３５】
【数１】
2018131083.tif 000003
【００３６】
【数２】
2018131083.tif 000004
【００３７】
【数３】
2018131083.tif 000005
【００３８】
【数４】
2018131083.tif 000006
【００３９】
式（３）において、スキャナの回転方向が時計回りの場合は、符号は負であり、スキャナの回転方向が反時計回りの場合は、符号は正である。なお、スキャナ７は、角速度の代わりに回転数を出力し、光軸ずれ算出部８２１は、回転数から角速度を算出するようにしても良い。
【００４０】
ステップＳＴ２において、印加電圧算出部８２２ａは、ＡＯ偏向器９ａの印加電圧ＶとＡＯ偏向器９ａの出射光の振れ角の関係を示すテーブルに基づいて、ＡＯ偏向器９ａが光軸ずれθを補正する印加電圧を算出する。なお、光軸ずれθとＡＯ偏向器９ａの印加電圧Ｖとの関係を記憶しておき、θから直接、Ｖを算出しても良い。
【００４１】
図３は、この発明の実施の形態１にかかる印加電圧算出部８２２ａが算出した印加電圧の一例を示す電圧波形図である。なお、図３は、例としてスキャナ７が時計回りに回転している場合を示したものである。
図３において、電圧Ｖ０［Ｖ］は、光軸ずれθ=０［ｒａｄ］の場合のＡＯ偏向器９ａの印加電圧である。最小電圧Ｖｍｉｎ［Ｖ］は、最大距離を測定した場合のＡＯ偏向器９ａの印加電圧である。ｔ０［ｓ］は、測距開始時間（変調器３のトリガ信号）である。最大遅延時間ｔ１［ｓ］は、最大測距距離をＬｍａｘ［ｍ］、光速をｃ［ｍ/ｓ］とすると、次式で表せる。
【００４２】
【数５】
2018131083.tif 000007
【００４３】
レーザの周期Ｔ［ｓ］は、レーザの繰り返し周波数をｆ［Ｈｚ］とすると次式で表せる。
【００４４】
【数６】
2018131083.tif 000008
【００４５】
時間ｔ０［ｓ］〜Ｔ［ｓ］の時間内では、最小電圧Ｖｍｉｎ［Ｖ］から電圧Ｖ０［Ｖ］に徐々に電圧を上昇させる、あるいは電圧Ｖ０［Ｖ］で一定にしてもよい。このように、時間に応じて制御電圧を変化させるので、時間に対して光軸のずれ量θが変化しても、それに応じて補正量を変化させることができる。言い換えれば、時間と測定距離とは対応しているので、測定距離に対して生じる光軸ずれ量θが異なっても、光軸ずれを補正することができる。
【００４６】
ステップＳＴ３において、電圧波形生成器８３は、印加電圧算出部８２２ａが算出した印加電圧を生成し、生成した印加電圧をＡＯ偏向器９ａに出力し、フローを終了する。
【００４７】
ＡＯ偏向器９ａは、制御器８ａが出力した印加電圧にしたがって、送受分離部６が出力する受信光を偏光し、光軸ずれを補正する。ＡＯ偏向器９ａは、偏光した受信光を受信光学部１０に出力する。
【００４８】
受信光学部１０は、ＡＯ偏向器９ａが偏光した受信光を集光し、光カプラ１１に出力する。
【００４９】
光カプラ１１は、光分配器２が出力したローカル光と、受信光学部１０が出力した受信光とを合波し、合波した光を受光器１２に出力する。
【００５０】
受光器１２は、光カプラ１１が出力した合波光を電気信号に変換し、変換した電気信号を距離算出部１３に出力する。
【００５１】
距離算出部１３は、変調器３が出力するトリガ信号を受信した時間と受光器１２が出力した電気信号を受信したとの時間差ｔｎ［ｓ］から、ターゲットまでの距離Ｌｎ［ｍ］を算出する。Ｌｎは以下の式で表される。距離算出部１３は、算出したＬｎを距離画像生成部１４に出力する。
【００５２】
【数７】
2018131083.tif 000009
【００５３】
なお、トリガ信号を受信する時間とレーザ光を出射する時間とで差（＝オフセット時間）が生じる場合、時間差ｔｎ［ｓ］は、トリガ信号を受信した時間ｔｔｒｇ［ｓ］、オフセット時間ｔｏｆｆ［ｓ］と受光器１２が出力した電気信号を受信した時間ｔｒ［ｓ］を用いて、以下の式で表される。
【００５４】
【数８】
2018131083.tif 000010
【００５５】
距離画像生成部１４は、取得した距離値のデータＬｎ［ｍ］に基づいて、ターゲットの２次元あるいは３次元情報を示す距離画像を生成する。取得した距離値の各データに関して、距離値Ｌｎ及びスキャナ７の角度信号から３次元データに変換し、距離画像を生成する。
【００５６】
以上で明らかなように、この発明の実施の形態１によれば、スキャナ７の角速度から光軸ずれを算出し、ＡＯ偏向器９ａを用いて、遅延時間に応じてビーム送信時のスキャナの角度とビーム受信時のスキャナの角度とが変化することにより生じる光軸ずれを補正するため、測定距離に応じて光軸ずれを補正できる。これにより、スキャナ７がスキャンしても、スキャンしない場合と同等のＳＮ比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）で測距が可能となる。
【００５７】
なお、ここでは、ＡＯ偏向器を１個用いて１次元の光軸ずれを補正する場合を示したが、ＡＯ偏向器を２個用いて、２次元方向の光軸ずれを補正しても良い。
【００５８】
また、受信光の光軸ずれを補正するためにＡＯ偏向器９ａを用いているが、その代わりに、ＫＴＮ（ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３）スキャナもしくはＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ-Ｅｌｅｃｔｒｏ-Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーを用いても良い。ＫＴＮスキャナでは、ＫＴＮ結晶に電圧を印加することで屈折率を変化させることができるため、高速動作が必要とされる場合においても、光軸ずれを補正することができる。さらに、ＫＴＮスキャナはＡＯ偏向器に比べて透過率が高いため、受信効率の低下を阻止できる。
【００５９】
実施の形態２.
上記実施の形態１では、光軸ずれを補正するためにＡＯ偏向器を使用した場合のレーザレーダ装置について説明したが、実施の形態２では、ＡＯ偏向器の代わりに、ミラー及びピエゾアクチュエータを使用し、ピエゾアクチュエータに電圧を印加することで、物理的な変位を与え、光軸ずれを補正するレーザレーダ装置について説明する。
【００６０】
図４は、この発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置の一構成例を示す構成図である。図４において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
制御器８ａの代わりに制御器８ｂを用いている点、ＡＯ偏向器９ａの代わりにミラー１５及びピエゾアクチュエータ９ｂを用いている点、送受分離部６とミラー１５との間に受信光学部１０が位置する点、光カプラ１１とミラー１５との間に光ファイバ１７を加えている点が図１と異なる。
【００６１】
制御器８ｂは、スキャナ７から受信するスキャナの角速度及び変調器３から受信する測定開始時間を用いて、光軸ずれを補正する制御信号を生成し、その制御信号をピエゾアクチュエータ９ｂに出力する制御器である。制御器８ｂは、ＣＰＵ８１（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、メモリ８２ｂ、及び電圧波形生成器８３を備える。
メモリ８２ｂは、光軸ずれ算出部８２１ｂ、印加電圧算出部８２２ｂ、位置変化算出部８２３ｂ、及びミラー移動量算出部８２４ｂを備えるメモリである。ここで、光軸ずれ算出部８２１ｂ、印加電圧算出部８２２ｂ、位置変化算出部８２３ｂ、及びミラー移動量算出部８２４ｂは、ＣＰＵ８１で実行されるプログラムである。
【００６２】
ピエゾアクチュエータ９ｂは、制御器８ａが出力した制御信号に基づいて、ミラー１５を移動させ、光軸ずれを補正するアクチュエータである。
【００６３】
ミラー１５は、受信光学部１０が集光した受信光を反射させ、光ファイバ１７に結合させるためのミラーである。例えば、ミラー１５は、金属コーティング付きミラーのように、使用するレーザ光源の波長に依存せず、反射するミラーを用いる。
【００６４】
次にこの発明の実施の形態２にかかるレーザレーダ装置の動作について説明する。実施の形態１と同様の動作については説明を省略する。
【００６５】
レーザ光源１からスキャナ７までの動作は実施の形態１と同様であるため、説明を省略し、制御器８ｂの動作から説明する。
【００６６】
図５は、制御器８ｂの動作フローを示すフローチャートである。
ステップＳＴ１において、光軸ずれ算出部８２１ｂは、スキャナ７から角速度ωを受信し、実施の形態１と同様の方法で、光軸ずれθ［ｒａｄ］を算出する。つまり、角速度ωと遅延時間ｔとからθを算出する。
【００６７】
ステップＳＴ２において、位置変化算出部８２３ｂは、光軸ずれθ［ｒａｄ］、受信光学部１０のレンズの焦点距離ｆ［ｍ］から、光軸ずれによる受信光の位置変化量Δｘ［ｍ］を近似的に以下の式で算出する。位置変化算出部８２３ｂは、算出したΔｘをミラー移動量算出部８２４ｂに出力する。
【００６８】
【数９】
2018131083.tif 000011
【００６９】
ステップＳＴ３において、ミラー移動量算出部８２４ｂは、位置変化算出部８２３ｂが算出したΔｘから、光軸ずれを補正するミラー移動量Δｄ［ｍ］を算出し、算出したΔｄを印加電圧算出部８２２ｂに出力する。
【００７０】
図６は、この発明の実施の形態２にかかるミラーの移動量Δｄと受信光の位置変化量Δｘとの関係を示す説明図である。実線が光軸ずれのない場合の受信光を示し、破線が光軸ずれのある場合の受信光を示す。光軸ずれがある場合、光軸ずれがない場合に比べて、ミラー１５で反射する点がずれるため、反射光の位置ずれが生じ、光ファイバ１７に光が結合しなくなる（入らなくなる）。ピエゾアクチュエータ９ｂでミラー１５を動かすことにより、ミラー１５で反射した光を光ファイバ１７に結合させる。
例えば、ミラー面への入射角をπ／４［ｒａｄ］とした場合、光軸ずれを補正するミラーの移動量Δｄ［ｍ]は、次式で表せる。
【００７１】
【数１０】
2018131083.tif 000012
【００７２】
ステップＳＴ４において、印加電圧算出部８２２ｂは、ピエゾアクチュエータ９ｂへの印加電圧Ｖと移動量Δｄとの関係を示すテーブルに基づいて、ピエゾアクチュエータ９ｂを制御する電圧を算出する。印加電圧算出部８２２ｂは、算出した制御電圧Ｖを電圧波形生成器８３に出力する。ミラー面への入射角がφ［ｒａｄ］の場合、光軸ずれを補正するミラーの移動量Δｄ［ｍ］は、次式で表せる。
【００７３】
【数１１】
2018131083.tif 000013
【００７４】
図７は、この発明の実施の形態２にかかる印加電圧算出部８２２ｂが算出した印加電圧の一例を示す電圧波形図である。図７において、縦軸が印加電圧であり、横軸が時間である。
図７に示すように、印加電圧算出部８２２ｂは、時間ｔ０［ｓ］で印加電圧をＶ０［Ｖ］とし、最大測距時間ｔ１［ｓ］で印加電圧をＶｍａｘ［Ｖ］に設定する。ｔ０は、変調器３が出力したトリガ信号を制御器８ｂが受信した時間であり、実質、測距開始時間である。印加電圧Ｖｍａｘ［Ｖ］は、最大測距距離Ｌｍａｘ［ｍ］を測定した場合に生じる光軸ずれを補正するために必要なピエゾアクチュエータの印加電圧である。ここで、最大測距距離Ｌｍａｘ［ｍ］は、予めメモリ８２ｂに保存されている。このように、時間に応じて制御電圧を変化させるので、実施の形態１の場合と同様に、全ての測定距離に対して光軸ずれを補正することができる。なお、図７の印加電圧波形は、例として三角波の場合を示したが、正弦波でも良い。正弦波の変曲点以外を使用すれば、近似的に三角波とみなせるためである。
【００７５】
ステップＳＴ５において、電圧波形生成器８３は、印加電圧算出部８２２ｂが算出した制御電圧を生成し、ピエゾアクチュエータ９ｂに出力し、フローを終了する。
【００７６】
ピエゾアクチュエータ９ｂは、電圧波形生成器８３が出力した制御信号にしたがって、ミラー１５を移動させ、光軸ずれを補正する。光軸ずれが補正された受信光は光ファイバ１７に入力される。光ファイバ１７は、入力された受信光を光カプラ１１に出力する。
【００７７】
光カプラ１１以降の動作は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００７８】
以上で説明したように、実施の形態２によれば、ピエゾアクチュエータ９ｂを使用し、ミラー１５により受信光を反射するとともに光軸ずれを補正するため、受信光の反射率が高くすることができ、受信効率の低下を阻止できるという効果を奏する。また、ピエゾアクチュエータ９ｂ及びミラー１５を用いた場合は、受信光の波長に依存せず、光軸ずれを補正できるため、レーザ光源１の出力波長の自由度が上るという効果もある。レーザ光源１が出力波長を切り替えた場合や、複数の波長の光を出力した場合でも、本構成では対応できる。
【００７９】
ＡＯ偏向器を用いた場合、使用する波長はＡＯ偏向器で制限される。一方、ピエゾアクチュエータを用いた場合、ミラーにより光軸の位置ずれを補正するため、波長に依存しない。したがって、波長を切り替えることが可能なレーザ光源を使用した場合でも、光軸ずれを補正することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１  レーザ光源、２  光分配器、３  変調器、４  光アンプ、５  送信光学部、６  送受分離部、７  スキャナ、  ８ａ  ８ｂ  制御器、９ａ  ＡＯ偏向器、９ｂ  ピエゾアクチュエータ、１０  受信光学部、１１  光カプラ、１２  受光器、１３  距離算出部、１４  距離画像生成部、１５  ミラー、１７  光ファイバ、６１  偏光ビームスプリッタ、６２  １／４波長板、８１  ＣＰＵ、８２ａ  ８２ｂ  メモリ、８３  電圧波形生成器、８２１ａ  ８２１ｂ  光軸ずれ算出部、８２２ａ  ８２２ｂ  印加電圧算出部、８２３ｂ  位置変化算出部、８２４ｂ  ミラー移動量算出部。
【図１】
2018131083.tif 000014
【図２】
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【図３】
2018131083.tif 000016
【図４】
2018131083.tif 000017
【図５】
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【図６】
2018131083.tif 000019
【図７】
2018131083.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成29年8月23日(2017.8.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明のレーザレーダ装置は、レーザ光を発生する光源と、レーザ光を変調して送信光とする変調器と、変調器が変調した送信光をターゲットに照射し、ターゲットからの反射光を受信光として受信し、送信光及び受信光を走査するスキャナと、スキャナが出力した受信光を受信する受光器と、スキャナと受光器との間に設けられ、送信光と受信光との間に生じる遅延時間に応じてスキャナが出力した受信光を偏向することにより、スキャナによる送信光の送信角度と受信光の受信角度とのずれにより生じる光軸ずれを補正するＡＯ偏向器と、遅延時間に応じて光軸ずれの量を算出し、光軸ずれの量からＡＯ偏向器を制御する制御信号を生成する制御器とを備えたことを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発生する光源と、
前記レーザ光を変調して送信光とする変調器と、
前記変調器が変調した前記送信光をターゲットに照射し、前記ターゲットからの反射光を受信光として受信し、前記送信光及び前記受信光を走査するスキャナと、
前記スキャナが出力した前記受信光を受信する受光器と、
前記スキャナと前記受光器との間に設けられ、前記送信光と前記受信光との間に生じる遅延時間に応じて前記スキャナが出力した前記受信光を偏向することにより、前記スキャナによる前記送信光の送信角度と前記受信光の受信角度とのずれにより生じる光軸ずれを補正するＡＯ偏向器と、
前記遅延時間に応じて前記光軸ずれの量を算出し、前記光軸ずれの量から前記ＡＯ偏向器を制御する制御信号を生成する制御器と、
を備えることを特徴とするレーザレーダ装置。
【請求項２】
前記光源が出力した前記レーザ光と前記ＡＯ偏向器が補正した前記受信光とを合波する光カプラと、
前記光カプラが合波した光を電気信号に変換する受光器と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ装置。
【請求項３】
前記制御器は、前記変調器からパルス変調のタイミングを示す信号を受信し、前記スキャナから前記送信光及び前記受信光を走査するときの角速度を受信し、前記タイミング及び前記角速度から、前記光軸ずれ量を算出することを特徴とする請求項２に記載のレーザレーダ装置。
【国際調査報告】
2018131083.tif 000021
2018131083.tif 000022
2018131083.tif 000023
2018131083.tif 000024