(57)【要約】【課題】時間的損失がなく、全測距領域においてゲインコントロールを行うことができるレーザスキャン装置を提供する。【解決手段】次回測距領域の反射光を受光するように、ゲイン調整用受光素子１６を測定用受光素子１３の周囲に設ける。距離計測部１１は、ゲイン調整用受光素子１６において検出した受光強度から照射強度に対する反射強度の割合を算出し、測定用受光素子１３で検出した受光強度が飽和しない理想的な補正ゲインを求める。距離計測部１１は、ゲイン制御部１９に、求めた補正ゲインを設定する。これにより、時間的損失無く略全測距領域においてゲイン調整を行うことができる。【選択図】図１
2007183246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向にスキャンしながら測距領域にレーザ光を照射し、該レーザ光の照射タイミングと反射光の受光タイミングとに基づいて物体との距離を計測する測距動作を所定角度スキャンする毎に行うレーザスキャン装置であって、
前記レーザ光の照射方向からの反射光を受光し、反射強度を検出する測定用受光素子と、
前記測距領域からスキャン方向に前記所定角度ずれた先行領域からの反射光を受光し、該先行領域の反射強度を検出するゲイン調整用受光素子と、
前記測定用受光素子、およびゲイン調整用受光素子が検出した反射強度を増幅する増幅回路と、
レーザ光照射強度、および前記ゲイン調整用受光素子が受光した反射光の強度に基づいて、次の測距動作における前記増幅回路のゲインを調整するゲイン調整手段と、
を備えたレーザスキャン装置。
【請求項２】
前記ゲイン調整用受光素子は、所定方向のうちいずれか一つのスキャン方向である往路方向の先行領域からの反射光を受光する往路用受光素子と、前記往路方向と反対向きのスキャン方向である復路方向の先行領域からの反射光を受光する復路用受光素子と、からなり、
前記ゲイン調整手段は、前記往路方向にスキャンしている時はレーザ光照射強度、および前記往路用受光素子が検出した反射強度に基づいて、次の測距動作における前記増幅回路のゲインを調整し、
前記復路方向にスキャンしている時はレーザ光照射強度、および前記復路用受光素子が検出した反射強度に基づいて次の測距動作における前記増幅回路のゲインを調整する請求項１に記載のレーザスキャン装置。
【請求項３】
前記測定用受光素子、および前記ゲイン調整用受光素子に替えて、前記測距領域、所定方向のうちいずれか一つのスキャン方向である往路方向の先行領域、ならびに前記往路方向と反対向きのスキャン方向である復路方向の先行領域、を含む複数領域の反射光を同時に受光する１次元受光素子を備え、
前記増幅回路は、前記測距領域に対応する反射光の受光強度を前記測定用受光素子が検出した反射強度として増幅し、
前記ゲイン調整手段は、前記先行領域に対応する反射光の受光強度をゲイン調整用受光素子が検出した反射強度として用いることを特徴とする請求項１に記載のレーザスキャン装置。
【請求項４】
前記測定用受光素子、および前記ゲイン調整用受光素子に替えて、前記測距領域、ならびに複数のスキャン方向の先行領域、を含む複数領域の反射光を同時に受光する２次元受光素子を備え、
前記増幅回路は、前記測距領域に対応する反射光の受光強度を前記測定用受光素子が検出した反射強度として増幅し、
前記ゲイン調整手段は、前記先行領域に対応する反射光の受光強度をゲイン調整用受光素子が検出した反射強度として用いることを特徴とする請求項１に記載のレーザスキャン装置。
【請求項５】
前記ゲイン調整用受光素子は、前記反射強度を対数スケールで出力する対数変換型素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のレーザスキャン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザを照射し、反射光の強度を測定することで物体との距離を算出するレーザスキャン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車による交通事故を防止するため、近年、近赤外線レーザビームで前方をスキャンするレーザスキャン装置を用い、その反射光を受信して前方の物体（先行車、障害物、歩行者等）の有無およびその距離を検出する光学式測距装置が実用化されている。
【０００３】
図１０にレーザスキャン装置の構成を示す。距離計測部１０１は、投光部１０２にレーザを照射するように指示する。投光部１０２が照射したレーザの反射光は、受光素子１０３で受光され、受光した光の強度に応じた電気信号に変換される。この電気信号は増幅回路１０４で増幅される。増幅された電気信号は受光強度記録部１０５に入力され、受光強度が記録される。受光強度記録部１０５は、図１１（Ａ）に示すように、時間軸における受光強度のピークを検出して、受光のタイミングを距離計測部１０１に出力する。距離計測部１０１は、投光部１０２のレーザ照射タイミングと、受光強度記録部１０５の受光タイミングの遅延時間を測定して、その遅延時間から物体との距離を測定することができる。
【０００４】
ここで、受光強度記録部１０５は、受光強度を所定段階（例えば０〜２５５）で表し、記録できる受光強度（ＭＡＸ）を超えるの信号が入力される場合（飽和状態）は、図１１（Ｂ）に示すようにすべて受光強度を最大（ＭＡＸ）として記録する。この様な状態となると、ピークを検出できなくなる。したがって、物体との距離を測定できない、あるいは誤差が生じるという問題があった。
【０００５】
この問題を解決するために、例えば電気信号が飽和したことを検出し、増幅器のゲインを下げることが提案されている（例えば特許文献１参照）。また、最大ゲインでの測定とゲインを下げた場合の測定とを交互に行い、反射光が強い物体と弱い物体の両方を検出できるようにしたレーダ装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。また、領域毎に、安定した受信強度となるようにゲインコントロールし、この安定した受信強度の領域内のスキャン中心角度を測定対象とする手法が提案されている（例えば特許文献３参照）。
【特許文献１】実開平５−２３１７６号公報
【特許文献２】特開平７−１４６３６８号公報
【特許文献３】特開平８−２２０２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１、特許文献２、特許文献３は、いずれも測距に先立ち、測距領域で予め受光強度を測定して、その後に受信信号が飽和しないようにゲインコントロールを行うことが記載されている。
【０００７】
しかしながら、上記のようにゲインコントロールを行うための予備測定を行うと、その分の時間がロスとなり、測距の時間的効率が低下する。頻繁にゲインコントロールを行う（例えば測定毎）と、正確に距離測定を行うことが可能となるが、予備測定と本測定とで倍の時間が必要となり、効率は半分に低下する。
【０００８】
この発明は、時間的損失がなく、略全測距領域においてゲインコントロールを行うことができるレーザスキャン装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、所定方向にスキャンしながら測距領域にレーザ光を照射し、該レーザ光の照射タイミングと反射光の受光タイミングとに基づいて物体との距離を計測する測距動作を所定角度スキャンする毎に行うレーザスキャン装置であって、前記レーザ光の照射方向からの反射光を受光し、反射強度を検出する測定用受光素子と、前記測距領域からスキャン方向に前記所定角度ずれた先行領域からの反射光を受光し、該先行領域の反射強度を検出するゲイン調整用受光素子と、前記測定用受光素子、およびゲイン調整用受光素子が検出した反射強度を増幅する増幅回路と、レーザ光照射強度、および前記ゲイン調整用受光素子が受光した反射光の強度に基づいて、次の測距動作における前記増幅回路のゲインを調整するゲイン調整手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
この発明では、測定用受光素子の周囲にゲイン調整用受光素子を設置する。測定用受光素子は、レーザ光照射方向周辺の集光する領域である測距領域の反射光を受光する。ゲイン調整用受光素子は次の測距動作における測距領域の反射強度、すなわち測距領域からスキャン方向に所定角度ずれた先行領域の反射強度を検出する。ゲイン調整手段は、先行領域におけるレーザ光照射強度とゲイン調整用受光素子の受光強度から照射強度に対する受光強度の割合を算出し、増幅回路のゲイン調整を行う。例えば、照射強度の分布が正規分布であれば、測距領域と先行領域との角度差である先行領域に対する照射角度によって先行領域の照射強度を算出することができる。したがって、先行領域における照射強度と受光強度の割合を算出することができ、これに基づいて次の測距動作で測定用受光素子において受光強度が飽和しないように補正ゲインを設定することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、上記発明において、前記ゲイン調整用受光素子は、所定方向のうちいずれか一つのスキャン方向である往路方向の先行領域からの反射光を受光する往路用受光素子と、前記往路方向と反対向きのスキャン方向である復路方向の先行領域からの反射光を受光する復路用受光素子と、からなり、前記ゲイン調整手段は、前記往路方向にスキャンしている時はレーザ光照射強度、および前記往路用受光素子が検出した反射強度に基づいて、次の測距動作における前記増幅回路のゲインを調整し、前記復路方向にスキャンしている時はレーザ光照射強度、および前記復路用受光素子が検出した反射強度に基づいて次の測距動作における前記増幅回路のゲインを調整することを特徴とする。
【００１２】
この発明では、ある一方向にスキャンする場合の先行領域の反射光を受光する素子と、その反対向きにスキャンする場合の先行領域の反射光を受光する素子と、複数のゲイン調整用受光素子を設置する。これにより、双方向のスキャンにおいてゲイン調整を行うことができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、上記発明において、前記測定用受光素子、および前記ゲイン調整用受光素子に替えて、前記測距領域、所定方向のうちいずれか一つのスキャン方向である往路方向の先行領域、ならびに前記往路方向と反対向きのスキャン方向である復路方向の先行領域、を含む複数領域の反射光を同時に受光する１次元受光素子を備え、前記増幅回路は、前記測距領域に対応する反射光の受光強度を前記測定用受光素子が検出した反射強度として増幅し、前記ゲイン調整手段は、前記先行領域に対応する反射光の受光強度をゲイン調整用受光素子が検出した反射強度として用いることを特徴とする。
【００１４】
この発明では、測定用の受光素子として、ある一方向にスキャンする場合の先行領域とその反対向きにスキャンする場合の先行領域とを含む複数の領域の反射光を同時に検出することができる１次元受光素子を用いる。１次元受光素子は、測定用の領域（測距領域）、および次の測距動作において測距領域となる先行領域の反射光を受光する。ゲイン調整手段は、先行領域におけるレーザ光照射強度と受光強度から照射強度に対する受光強度の割合を算出し、増幅回路のゲイン調整を行う。例えば、照射強度の分布が正規分布であれば、先行領域に対する照射角度によって先行領域の照射強度を算出することができる。したがって、先行領域における照射強度と受光強度の割合を算出することができ、これに基づいて次の測距動作のおける測距領域において受光強度が飽和しないように補正ゲインを設定することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、上記発明において、前記測定用受光素子、および前記ゲイン調整用受光素子に替えて、前記測距領域、ならびに複数のスキャン方向の先行領域、を含む複数領域の反射光を同時に受光する２次元受光素子を備え、前記増幅回路は、前記測距領域に対応する反射光の受光強度を前記測定用受光素子が検出した反射強度として増幅し、前記ゲイン調整手段は、前記先行領域に対応する反射光の受光強度をゲイン調整用受光素子が検出した反射強度として用いることを特徴とする。
【００１６】
この発明では、測定用の受光素子として、複数のスキャン方向の先行領域（２次元領域）の反射光を同時に検出することができる２次元受光素子を用いる。２次元受光素子において、測定用の領域（測距領域）と、次の測距動作における測距領域となる先行領域と、を設定する。ゲイン調整手段は、先行領域におけるレーザ光照射強度と受光強度から増幅回路のゲイン調整を行う。２次元受光素子を用いることで、例えば斜め方向にスキャンする場合であっても次の測距動作における測距領域において受光強度が飽和しない理想的な補正ゲインを設定することができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、上記発明において、前記ゲイン調整用受光素子は、前記反射強度を対数スケールで出力する対数変換型素子であることを特徴とする。
【００１８】
この発明では、ゲイン調整用受光素子として、検出した反射光の強度に応じて対数スケールで出力する対数変換型素子を用いる。対数変換型素子を用いることで、反射光の強度が上昇するにつれて出力値を緩やかに上昇させる特性となり、極めて強い反射光を受光したとしても飽和することがない。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、測定用受光素子で物体との測距を行うと同時に、ゲイン調整用受光素子で次の測距領域における反射強度を測定してゲイン調整量を算出することで、時間的損失無く略全測距領域においてゲイン調整を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
この実施形態のレーザスキャン装置は、車載用の前方撮影装置に用いられるものであり、自動車の前方に設置され、自動車前方にレーザ光（例えば近赤外線レーザビーム）を照射し、物体からの反射光を受光素子であるフォトダイオードで検出することにより物体の存在およびその方向、距離を検出する。
【００２１】
図１（Ａ）は、この発明の実施形態であるレーザスキャン装置の概略構造図である。以下の説明において、紙面の上側をＹ方向、下側を−Ｙ方向、右側をＸ方向、左側を−Ｘ方向と記載する。半導体赤外線レーザ素子を含む投光部１２および赤外線に感度を有する測定用受光素子１３は、光軸が図中Ｙ方向に並行になるように設けられている。投光部１２、測定用受光素子１３の光軸方向には、それぞれの集光用のレンズ５１、５２が設けられている。レンズ５１、５２は、同じフレーム５６に取り付けられている。同図は、装置の静止状態を示しており、この状態で、投光部１２の光軸とレンズ５１の光軸は一致しており、測定用受光素子１３とレンズ５２の光軸は一致している。また、投光部１２、測定用受光素子１３は、レンズ５１、５２の焦点に設けられている。したがって、投光部１２が発生した赤外線はレンズ５１によってＹ方向にビーム状に照射される。測定用受光素子１３は、Ｙ方向から到来したレーザビームを受光する。
【００２２】
フレーム５６は、略コ字形をしており、前面パネル５６ｂと左右の脚部５６ａからなっている。レンズ５１、５２は、前面パネルに形成された開口部に取り付けられている。両脚部５６ａは、板バネ状の弾性体で構成されている。両脚部５６ａが弾性体であることにより、前面パネル５６ｂおよびこれに取り付けられたレンズ５１、５２は左右に揺動可能になっている。
【００２３】
前面パネル５６ｂ中央部の投光部１２側の面には電磁コイル５３が設けられている。電磁コイル５３の左右の投光部１２、測定用受光素子１３の光軸付近には、この光軸を妨げないように永久磁石５４、５５が設けられている。永久磁石５４、５５は、同図に示すようにレンズ側と素子側で極性が逆になるように設けられている。
【００２４】
電磁コイル５３には、図示しない駆動回路から交番電流が印加される。これにより、電磁コイル５３には交番磁界が発生する。電磁コイル５３は、交番磁界の極性に応じて右または左に吸引される。すなわち、図１（Ａ）の例では、電磁コイル５３の永久磁石５４、５５側の極性がＮのとき、電磁コイル５３は、永久磁石５４方向に吸引され、極性がＳのとき、電磁コイル５３は、永久磁石５５方向に吸引される。
【００２５】
この吸引により、フレーム５６の前面パネル５６ｂ全体が左右に移動する。フレーム５６の両脚部５６ａは板バネ状の弾性体で構成されているため、上記吸引が解除されたとき、その弾性力によりフレーム５６を図１（Ａ）の状態に復帰させる。したがって、電磁コイル５３の交番電流による吸引力と両脚部５６ａの弾性力により、フレーム５６の前面パネル５６ｂ、すなわち、レンズ５１、５２は、同図（Ｂ）に示すような三角波状の角度変化で左右（Ｘ，−Ｘ方向）に揺動する。ここで、この図における角度は、投光部１２とレンズ５１の中心線、または測定用受光素子１３とレンズ５２の中心を結ぶ線のＹ方向、すなわち光軸に対する角度である。
【００２６】
上述したように、投光部１２、測定用受光素子１３は、レンズ５１、５２の焦点（焦点面）に設けられているため、上記投光部１２とレンズ５１の中心を結ぶ線は、照射光のビーム方向となり、測定用受光素子１３とレンズ５２の中心を結ぶ線は、受光方向となる。
【００２７】
フレーム５６の側方には、角度センサ５８が設けられており、フレーム５６の揺動角度を検出する。
【００２８】
なお、図１（Ｃ）に示すように水平方向の末端で、垂直方向の照射角が変更されるようにしてもよい。レーザは、水平照射範囲の末端で、垂直方向の照射角度を変更するように設定される。垂直方向に照射角度を変更することで２次元スキャンを行うことができる。なお、水平方向にのみ１次元でスキャンする場合、レンズの特性を調整して自動車前方にさらに縦長のレーザビームを照射し、垂直方向の照射範囲を確保すればよい。
【００２９】
ここで、このレーザスキャン装置には、測定用受光素子１３の直近（図１（Ａ）の構成では左側）にゲイン調整用受光素子１６が設けられている。図２に測定用受光素子１３、およびゲイン調整用受光素子１６の受光を示す。ゲイン調整用受光素子１６は、測定用受光素子１３と同様にレンズ５２の焦点面に設けられているが、測定用受光素子１３とレンズ５２の中心を結ぶ線から左側にずれて設けられている。したがって、ゲイン調整用受光素子１６の光軸、すなわち集光方向は測定用受光素子１３の集光方向からずれることとなる。
【００３０】
この設置態様において、左から右（−ＸからＸ方向）にスキャンするときには、測定用受光素子１３が現時点で集光する領域（測距領域と言う）の次の領域（先行領域と言う）からの光をゲイン調整用受光素子１６が先行して集光する。図３（Ａ）はレーザ光の照射強度の分布図であり、図３（Ｂ）は測距領域、先行領域の関係を示す図である。図２では、測距領域と先行領域がほとんど重なって描かれているが、これは測距領域と先行領域が共通のレンズ５２を用いて反射光を集光している為である。図３（Ｂ）に示すように、測距領域、先行領域共に扇状の広がりを持ち、レーザスキャン装置から離れるに従って重複部分は減少する。なお、測距領域と先行領域の間に隙間ができると、物体の検出漏れを生じる可能性がある。このため、測距領域と先行領域は互いに重複するように設定している。レーザ光はビームではあるが完全に点照射ではなく、光量は図３（Ａ）に示すように光軸を中心とする正規分布となる。したがって、ゲイン調整用受光素子１６は測距領域より弱い照射強度の反射光を受光していることとなる。ゲイン調整用受光素子１６が受光する測距領域より弱い反射光は、図３（Ｂ）に示すように、現時点の測距領域からスキャン方向に所定角度ずれた先行領域から反射された光である。この先行領域における照射強度は、図３（Ａ）に示した分布から求めることができる。照射強度は正規分布となるため、光軸からの角度を求めることで算出できる。
【００３１】
このように、先行領域の反射光をゲイン調整用受光素子１６が先行して受光しておくことで、次にその領域において測距を行うときに、測定用受光素子１３に接続するアンプ（増幅回路）のゲインを受光強度の飽和が発生しないように調整することができる。すなわち、ゲイン調整用受光素子１６が受光した先行領域の反射光の強度と、先行領域における照射強度とに基づいて、次に測距領域となる領域における照射強度に対する反射光の強度（受光強度）の割合を求めることができる。したがって、光軸中心のフルパワーで照射した場合の受光強度を予測することができ、測距を行うときのゲインを調整することができる。
【００３２】
次に、図４を参照してレーザスキャン装置の構成について詳細に説明する。図４は、レーザスキャン装置の構成を示すブロック図である。同図に示すように、このレーザスキャン装置１は、距離計測部１１、投光部１２、測定用受光素子１３、増幅回路１４、受光強度記録部１５、ゲイン調整用受光素子１６、増幅回路１７、受光強度記録部１８、およびゲイン制御部１９を備えている。距離計測部１１には投光部１２、受光強度記録部１５、受光強度記録部１８、およびゲイン制御部１９が接続されている。また、ゲイン制御部１９には増幅回路１４、および増幅回路１７が接続されており、増幅回路１４には測定用受光素子１３と受光強度記録部１５が接続され、増幅回路１７にはゲイン調整用受光素子１６と受光強度記録部１８が接続されている。
【００３３】
距離計測部１１は、投光部１２にレーザ照射指示を行う。また、受光強度記録部１５、および受光強度記録部１８から受光強度の情報を時間継続的に受信する。距離計測部１１は、受光強度の情報から受光のタイミングを知ることができ、レーザ照射のタイミングと受光のタイミングの時間差を演算することで、物体との距離を求める。また、距離計測部１１は、ゲイン制御部１９に、増幅回路１４と増幅回路１７のゲインを調整するよう指示する。
【００３４】
投光部１２は、上述したように半導体赤外線レーザ素子により構成され、距離計測部１１の指示に基づいて自動車前方にレーザを照射する。レーザは、水平に所定の角度（例えば左右２０度）で走査して照射されるように調整される。照射角度の調整は、電磁コイル５３への交番電流を制御することで行われる。
【００３５】
測定用受光素子１３、およびゲイン調整用受光素子１６は、受光した反射光の強度に応じたレベルの電気信号を出力する。ゲイン調整用受光素子１６は、測定用受光素子１３の直近に設置されている（図１（Ａ）、および図２参照）。上述したように、測距領域からの反射光は測定用受光素子１３に受光され、先行領域からの反射光はゲイン調整用受光素子１６に受光される。
【００３６】
増幅回路１４、および増幅回路１７は、それぞれに接続された受光素子が出力する電気信号を増幅するアンプであり、ゲイン制御部１９によってゲインが調整される。
【００３７】
受光強度記録部１５、および受光強度記録部１８は、それぞれに接続された増幅回路が出力するゲイン調整された電気信号の強度をそれぞれ記録する。また、記録した受光強度の情報を距離計測部１１に送信する。これらの受光強度記録部は、受光強度を所定段階（例えば０〜２５５）で表す。受光強度記録部１５は、測定用受光素子１３が受光した測距領域の受光強度を記録し、受光強度記録部１８は、ゲイン調整用受光素子１６が受光した先行領域の反射光の受光強度を記録する。受光強度記録部１５、および受光強度記録部１８は、受光強度の情報を距離計測部１１に出力する。
【００３８】
ゲイン制御部１９は、距離計測部１１の指示に従い、増幅回路１４、および増幅回路１７のゲインを調整する。先行領域の照射強度は、測距領域の照射強度に比べて弱いが、突発的に反射率の高い物体が有った場合、ゲイン調整用受光素子１６が極めて強い反射光を受光して受光強度の飽和が発生する可能性が有る。このため、増幅回路１７のゲインを調整する際、直前の計測によって推定されるゲインよりも低いゲインとして飽和対策をすることが望ましい。
【００３９】
距離計測部１１は、受光強度記録部１５から受信した受光強度があらかじめ設定した強度以上となった場合、物体が存在すると判定する。さらに、時間軸において受光強度のピークを割り出し、これを受光タイミングとする。距離計測部１１は、投光部１２にレーザ照射を指示したタイミング（照射タイミング）と受光タイミングの時間差を演算することで物体との距離を求める。また、照射タイミングまたは受光タイミングにおけるレーザ照射角度から物体の存在する方向を判定することができる。このようにして距離計測部１１は、照射タイミング、受光タイミング、および照射方向から周囲の物体の方向と距離情報を得ることができる。
【００４０】
距離計測部１１は例えば車両制御部（図示せず）などに接続され、物体の方向、距離情報を出力する。これらの情報は車両制御部において、自車の速度を一定にコントロールする定車間距離コントロール（先行車に追従走行）や障害物との接触を避けるための緊急停止等に用いられる。
【００４１】
距離計測部１１は、測距領域の照射角度と先行領域の照射角度の差、および図３（Ａ）に示した照射強度分布に基づいて先行領域における照射強度を知ることができる。測距領域の照射角度と先行領域の照射角度の差を求めるには、前回測距領域の角度と今回測距領域の角度を角度センサ５８から読み出し、この角度差を測距領域の照射角度と先行領域の照射角度の差とすればよい。
【００４２】
ここで算出した先行領域における照射強度と受光強度記録部１８から受信した反射光の強度とから、先行領域における照射強度に対する反射光の強度の割合を知ることができる。距離計測部１１は、この割合を用いて次のタイミングに測距を行う領域での補正ゲイン（受光強度の飽和が発生しないゲイン）を増幅回路１４に設定する。つまり、測定用受光素子１３で物体との測距を行うと同時に、ゲイン調整用受光素子１６で次の測距領域における反射強度を測定してゲイン調整量を算出することで、時間的損失無く略測距全領域においてゲイン調整を行うことができる。なお、算出した補正ゲインに基づいて距離計測を行った際に飽和を生じた場合、より低いゲインを設定して再計測すればよい。
【００４３】
この動作を時系列で表すと図５の様になる。図５は、照射タイミング、受光タイミング、距離演算、ゲイン調整を時系列で表した図である。同図に示すように、レーザスキャン装置１は、レーザ照射を行い（照射タイミング）、反射光を受光する（受光タイミング）。そして、照射強度と先行領域の反射強度から補正ゲインを求め、調整する。また、照射タイミングと受光タイミングの時間差に基づいて物体との距離を演算する。これらの一連の動作を１回の測距動作とする。この測距動作を所定角度スキャンする毎に行う。なお、最初の測距動作では、予備的にゲイン調整を行う。このゲイン調整は、擬似測定によって行う。擬似測定は以下の測距動作の詳細な説明において述べる。
【００４４】
図６を参照してレーザスキャン装置の測距動作を詳細に説明する。図６のフローチャートは、レーザスキャン装置１における測距動作を示すフローチャートである。この動作は、各測距領域毎に行うものである。まず、距離計測部１１は、スキャンの先頭であるか否かを判断する（ｓ１１）。スキャンの先頭とは、スキャン方向に対して最初の距離計測を指す。Ｘ方向のスキャンから−Ｘ方向のスキャンに切替える場合、−Ｘ方向のスキャンの１回目の計測はスキャンの先頭に相当する。スキャンの先頭であると判断した場合はゲイン調整用の擬似測定を行う（ｓ１２）。この擬似測定は、スキャンの先頭の測距領域が先行領域となる角度において予備的にレーザを照射し、ゲイン調整用受光素子１６で受光強度を測定するものである。
【００４５】
擬似測定の後、またはｓ１１においてスキャンの先頭でないと判断した場合、距離計測部１１は、前回のゲイン調整用受光素子１６で測定した最大受光強度を求める（ｓ１３）。また、角度センサ５８を用いて前回の測距領域と今回の測距領域の角度差を求める（ｓ１４）。なお、スキャンの先頭である場合には予め定めた角度差を入力すればよい。
【００４６】
その後、測距領域への照射強度と角度差から先行領域における照射強度（前回の先行領域の照射強度）を算出する（ｓ１５）。上述したように、測距領域の照射角度と先行領域の照射角度の差、および図３（Ａ）に示した照射強度分布に基づいて先行領域における照射強度を算出することができる。この前回の先行領域の照射強度とｓ１３で求めた前回の先行領域の受光強度から照射強度に対する反射光の強度の割合を求め、今回の測距領域での受光強度の飽和を生じないゲイン（補正ゲイン）を算出する（ｓ１６）。
【００４７】
その後、距離計測部１１は、算出した補正ゲインをゲイン制御部１９に設定し（ｓ１７）、投光部１２から今回の測距領域へレーザを照射するとともに、照射タイミングを記録する（ｓ１８）。測定用受光素子１３は測距領域の反射光を受光する（ｓ１９）。測定用受光素子１３の出力電気信号は増幅回路１４で補正ゲインにて増幅され、受光強度記録部１５を介して距離計測部１１に受信される。距離計測部１１は、受光強度記録部１５から受信した受光強度があらかじめ設定した強度以上となった場合、時間軸において受光強度のピークを割り出し、これを受光タイミングとする（ｓ２０）。最後に距離計測部１１は、照射タイミングと受光タイミングの時間差から物体との距離を算出する（ｓ２１）。
【００４８】
以上のようにして、測定用受光素子１３で物体との測距を行うとともに、ゲイン調整用受光素子１６で次の測距領域における反射強度を測定して補正ゲインを算出することで、時間的損失無く略測距全領域においてゲイン調整を行うことができる。なお、測定用受光素子１３で検出した受光強度が飽和した場合に、ゲイン調整用受光素子１６で検出した受光強度を用いて物体との距離を算出するようにしてもよい。照射タイミングと、ゲイン調整用受光素子１６で検出した受光強度のピークのタイミングの時間差から物体との距離を算出すればよい。
【００４９】
なお、以上の実施形態では、Ｘ方向の１方向スキャンの場合について、先行領域の反射光を受光する例について説明したが、Ｘ，−Ｘ方向の往復スキャンを行う場合は、図７（Ａ）のようにゲイン調整用受光素子１６を設置すればよい。また、上下方向（Ｚ，−Ｚ方向）を含む２次元スキャンを行う場合は同図（Ｂ）のようにゲイン調整用受光素子１６を設置すればよい。
【００５０】
図７は、図１（Ａ）におけるレーザスキャン装置の受光素子のレイアウトを−Ｙ方向から見た背面図である。この図において紙面の上側をＺ方向、下側を−Ｚ方向、右側をＸ方向、左側を−Ｘ方向と記載する。同図（Ａ）に測定用受光素子１３の左右にゲイン調整用受光素子１６を設置した例を示す。測定用受光素子１３の左側（−Ｘ側）に設置したゲイン調整用受光素子１６Ｌは、図２に示したようにＸ方向にスキャンを行う場合に先行領域の反射光を受光する。一方で測定用受光素子１３の右側（Ｘ側）に設置したゲイン調整用受光素子１６Ｒは、逆方向である−Ｘ方向にスキャンを行う場合に先行領域の反射光を受光する。すなわち、Ｘ方向にスキャンする場合には、ゲイン調整用受光素子１６Ｌの受光強度に基づいてゲイン調整を行い、−Ｘ方向にスキャンを行う場合には、ゲイン調整用受光素子１６Ｒの受光強度に基づいてゲイン調整を行う。したがって、左右どちらの方向にレーザスキャンを行ってもゲイン調整を行うことができる。
【００５１】
同図（Ｂ）に測定用受光素子１３の上下左右にゲイン調整用受光素子１６を設置した例を示す。測定用受光素子１３の上側（Ｚ側）に設置したゲイン調整用受光素子１６Ｕは、図１（Ｃ）に示す垂直方向（Ｚ，−Ｚ方向）にレーザ照射角度を変更する場合において、−Ｚ方向の先行領域の反射光を受光する。また、測定用受光素子１３の下側（−Ｚ方向）に設置したゲイン調整用受光素子１６Ｄは、垂直方向にレーザ照射角度を変更する場合において、Ｚ方向の先行領域の反射光を受光する。したがって、垂直方向のスキャンを行ってもゲイン調整を行うことができる。上述したように、水平照射方向の末端で、垂直方向の照射角が変更されるので、この末端で照射する場合は、上下に設置したゲイン調整用受光素子１６Ｕ、１６Ｄを用いてゲイン調整を行う。
【００５２】
なお、レーザスキャン装置を以下のように構成してもよい。図８は他の実施例におけるレーザスキャン装置の構成を示すブロック図である。なお、図４に示したレーザスキャン装置と同様の構成部については同様の符号を付し、その説明を省略する。同図（Ａ）は、ゲイン調整用受光素子１６に替えてゲイン調整用対数変換型受光素子２６を備えたレーザスキャン装置２の構成を示すブロック図である。ゲイン調整用対数変換型受光素子２６は、増幅回路１７に接続されている。なお、この例において増幅回路１７とゲイン制御部１９は接続されていない。
【００５３】
同図（Ａ）に示すゲイン調整用対数変換型受光素子２６は、受光した反射光の強度に応じた電気信号を対数スケールで出力する素子である。すなわち、反射光の強度が上昇するにつれて出力値を対数的に緩やかに上昇させる特性となる。対数スケールで出力することにより、極めて強い反射光を受光したとしても飽和することなくピークを検出することができる。したがって、増幅回路１７のゲインは固定することができる。距離計測部１１は、上述したように、ゲイン測定領域における照射強度とゲイン調整用対数変換型受光素子２６で検出した受光強度から照射強度に対する反射光の強度の割合を求め、これを基に増幅回路１４に設定する補正ゲインを算出する。なお、測定用受光素子１３についても対数変換型受光素子に替えて受光強度を検出してもよいが、本実施例においては線形スケールの受光素子を用い、受光強度の検出精度を高くする。高い検出精度とすることで、例えば受光強度の違いによる物体の種類の違いを検出することも可能である。
【００５４】
同図（Ｂ）は、レーザスキャン装置１の測定用受光素子１３、およびゲイン調整用受光素子１６に替えて、１次元受光素子３３を備えたレーザスキャン装置３の構成を示すブロック図である。１次元受光素子３３は、増幅回路１４に接続されている。増幅回路１４は、受光強度記録部１５、および受光強度記録部１８に接続されている。
【００５５】
同図（Ｂ）に示す１次元受光素子３３は、複数のフォトダイオード等を直線状に配列して構成され、複数の測距領域の反射光を同時に検出することができる。この１次元受光素子３３において、配列するフォトダイオードの数に応じて測距領域を任意に変更することが可能である。例えば図３に示した５つの測距領域のうち、複数の測距領域をまとめて１つの測距領域として受光強度を検出することが可能である。また、さらに詳細に測距領域を分割することも可能である。
【００５６】
図９は、受光素子のレイアウトを−Ｙ方向から見た背面図である。この図において紙面の上側をＺ方向、下側を−Ｚ方向、右側をＸ方向、左側を−Ｘ方向と記載する。同図（Ａ）においては、増幅器１４は、測距領域に対応する領域３３１の検出強度を受光強度記録部１５に出力し、次回測距を行う予定の領域に対応する検出強度をゲイン測定領域３６１における受光強度として受光強度記録部１８に出力する。距離計測部１１は、ゲイン測定領域３６１における照射強度と受光強度から照射強度に対する反射光の強度の割合を求め、これを基に増幅回路１４に設定する補正ゲインを算出する。算出した補正ゲインをゲイン制御部１９に設定する。１次元受光素子を用いることにより、変更した測距領域に対応した位置の受光強度に基づいて柔軟にゲイン調整を行うことができる。
【００５７】
なお、上記１次元受光素子３３に替えて、同図（Ｂ）に示すような２次元受光素子１３０を用いることも可能である。この場合、受光素子のうち測距領域に対応する領域１３１の周囲にゲイン測定領域１６１を設定する。２次元受光素子は、複数のフォトダイオード等をマトリクス状に配列して構成され、複数の測距領域の反射光を同時に検出することができる。２次元受光素子を用いることで、スキャン方向は水平、垂直の方向に制限されることがなくなる。例えば斜め方向のスキャンを行う場合においても、次回の測距領域に対応する領域の受光強度を先行して検出することができ、測距時においてゲイン調整を行うことができる。
【００５８】
なお、本発明の実施形態では、レーザスキャン装置を自動車に適用した例を示したが、自動車以外に、鉄道車両、船舶等に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】投光部と受光素子を詳細に説明する図
【図２】反射光の方向を示す図
【図３】照射角度と照射強度を示す図
【図４】レーザスキャン装置の構成を示す図
【図５】照射タイミング、受光タイミング、距離演算、ゲイン調整を時系列で表した図
【図６】レーザスキャン装置１における測距動作を示すフローチャート
【図７】ゲイン調整用受光素子の配置態様を説明する図
【図８】他の実施例におけるレーザスキャン装置の構成を示す図
【図９】１次元、および２次元受光素子の配置態様を説明する図
【図１０】従来のレーザスキャン装置の構成を示すブロック図
【図１１】受光強度と時間の関係を示す図
【符号の説明】
【００６０】
１−レーザスキャン装置
１１−距離計測部
１２−投光部
１３−測定用受光素子
１４，１７−増幅回路
１５，１８−受光強度記録部
１６−ゲイン調整用受光素子
１９−ゲイン制御部
【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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