レーザレーダシステム、レーザ測距装置および制御装置
【課題】広視野な受信系においてクロストークによる誤りを回避する。
【解決手段】レーザ測距装置１，２は、制御装置３による制御に従って、所定の変調信号でレーザ光を変調し、対象物に向けて走査するレーザ光送信手段（レーザ装置１１、変調器１２およびスキャナ１３）と、対象物からの散乱光を受光し、電気信号に変換する散乱光受信手段（受信レンズ１５および受光器１６）と、電気信号と変調信号との時間差または位相差に基づいて対象物までの距離を算出する距離算出装置１７とを備え、制御装置３は、各レーザ測距装置１，２によるレーザ光の重なりを回避するように、または、当該重なる領域を指定するように、当該各レーザ光の所定諸言を同期させる。
【解決手段】レーザ測距装置１，２は、制御装置３による制御に従って、所定の変調信号でレーザ光を変調し、対象物に向けて走査するレーザ光送信手段（レーザ装置１１、変調器１２およびスキャナ１３）と、対象物からの散乱光を受光し、電気信号に変換する散乱光受信手段（受信レンズ１５および受光器１６）と、電気信号と変調信号との時間差または位相差に基づいて対象物までの距離を算出する距離算出装置１７とを備え、制御装置３は、各レーザ測距装置１，２によるレーザ光の重なりを回避するように、または、当該重なる領域を指定するように、当該各レーザ光の所定諸言を同期させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ光の発振時間と反射光の受光時間との差から距離を導出するレーザ距離測定法を用いたレーザレーダシステム、レーザ測距装置および制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術のレーザ測距装置では、レーザ光を走査して照射し、レーザ走査範囲における対象物の多点からの散乱光を単素子の受光器により受信し、レーザ光の照射から受信までの時間を計測することで、対象物までの測距を行っている。さらに、レーザ走査角度および測距結果から３次元画像を取得している（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７１２７５号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】平井他、「パルス方式３Ｄ Ｉｍａｇｉｎｇ ＬＡＤＡＲの開発」、第２７回レーザセンシングシンポジウム予稿集、ｐｐ．９０−９１，２００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された従来技術において、図１５に示すように、上記レーザ測距装置１０１，１０２を複数台配置して隙間なく広範囲な空間の３次元画像を取得する場合、各レーザ測距装置１０１，１０２の視野（レーザ光の照射方向）が重なる場合がある。
【０００６】
この場合、例えば、レーザ測距装置１０２によるレーザ光（第２のレーザ光）に対する第２’の散乱光が、レーザ測距装置１０１により受信されてしまうというクロストークと呼ばれる現象が発生する。これにより、レーザ測距装置１０１では誤った測距結果を出力してしまうという課題があった。
【０００７】
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、広視野な受信系においてクロストークによる誤りを回避することができるレーザレーダシステム、レーザ測距装置および制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るレーザレーダシステムは、対象物の測距を行う複数のレーザ測距装置と、各レーザ測距装置を制御する制御装置とを備え、レーザ測距装置は、制御装置による制御に従って、所定の変調信号でレーザ光を変調し、対象物に向けて走査するレーザ光送信手段と、レーザ光送信手段により走査されたレーザ光に対する対象物からの散乱光を受光し、電気信号に変換する散乱光受信手段と、散乱光受信手段により変換された電気信号と変調信号との時間差または位相差に基づいて対象物までの距離を算出する距離算出手段とを備え、制御装置は、各レーザ測距装置によるレーザ光の重なりを回避するように、または、当該重なる領域を指定するように、当該各レーザ光の所定諸言を同期させるものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、上記のように構成したので、広視野な受信系においてクロストークによる誤りを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーザレーダシステムの全体構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるレーザ測距装置の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るレーザレーダシステムの動作を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１に係るレーザレーダシステムによるパルス変調タイミングを示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係るレーザレーダシステムによるパルス変調の繰り返し周期を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係るレーザレーダシステムの全体構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２におけるレーザ測距装置の構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係るレーザレーダシステムの動作を示すフローチャートである。
【図９】この発明の実施の形態２におけるシャッターの動作を説明する図である。
【図１０】この発明の実施の形態２における各レーザ測距装置の視野の重なりを示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態２におけるシャッターの動作を説明する図である。
【図１２】この発明の実施の形態３におけるレーザ測距装置の構成を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態４におけるレーザ測距装置の構成を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態４におけるシャッターの動作を説明する図である。
【図１５】従来のレーザレーダシステムの動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
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システムの全体構成を示す図である。
レーザレーダシステムは、図１に示すように、複数台（図１では２台）のレーザ測距装置１，２および制御装置３から構成されている。
【００１２】
レーザ測距装置１，２は、制御装置３による制御に従って、レーザ距離測定法を用い、レーザ光の発振時間と反射光の受光時間との差から距離を導出する機能を有するものである。
制御装置３は、各レーザ測距装置１，２によるレーザ光の重なりを回避するように、当該各レーザ光の所定諸言を同期させる機能を有するものである。この制御装置３では、レーザ測距装置１，２ごとに異なるパルス変調タイミングを指定する変調制御信号（第１，２の変調制御信号）を生成する。そして、制御装置３は、生成した各変調制御信号を対応するレーザ測距装置１，２に出力する。
【００１３】
なお、図１では、レーザ測距装置１は、自ら照射したレーザ光（第１のレーザ光）に対する対象物からの第１の散乱光を受光している。同様に、レーザ測距装置２は、自ら照射したレーザ光（第２のレーザ光）に対する対象物からの第２の散乱光を受光している。また、レーザ測距装置１には、レーザ測距装置２によりクロストーク領域に照射された第２のレーザ光に対する対象物からの第２’の散乱光も入射されている。なお、クロストーク領域とは、図１に示すように各レーザ測距装置１，２の視野が重なる領域である。
【００１４】
次に、レーザ測距装置１の構成について、図２を参照しながら説明する。なお、以下では、レーザ測距装置１の構成について説明するが、その他のレーザ測距装置２についても同様に構成されている。
レーザ測距装置１は、図１に示すように、レーザ装置１１、変調器１２、スキャナ１３、スキャナ角度モニタ装置１４、受信レンズ１５、受光器１６、距離算出装置（距離算出手段）１７および信号処理装置１８から構成されている。
【００１５】
なお、レーザ装置１１、変調器１２およびスキャナ１３は、制御装置３による制御に従って、所定の変調信号でレーザ光を変調し、対象物に向けて走査するレーザ光送信手段を構成する。なお実施の形態１では、変調信号として制御装置３からの変調制御信号を用いる。また、受信レンズ１５および受光器１６は、レーザ光送信手段により走査されたレーザ光に対する対象物からの散乱光を受光し、電気信号に変換する散乱光受信手段を構成する。
【００１６】
レーザ装置１１は、所定のレーザ光を発振する機能を有するものである。
変調器１２は、制御装置３からの変調制御信号に従って、レーザ装置１１からのレーザ光に強度変調をかけてパルス状とする機能を有するものである。
【００１７】
スキャナ１３は、所定のスキャナ制御信号に従って、変調器１２により変調されたレーザ光を、受信レンズ１５が当該レーザ光の反射光を受光可能な角度範囲である受信視野内において、２次元走査する機能を有するものである。
スキャナ角度モニタ装置１４は、スキャナ１３の照射面の角度を読み取る機能を有するものである。そして、スキャナ角度モニタ装置１４は、読み取った角度を示すスキャナ角度信号を信号処理装置１８に出力する。
【００１８】
受信レンズ１５は、受信視野中心に対して同軸方向に伝搬する対象物からの散乱光を集光する機能を有するものである。
受光器１６は、受信レンズ１５により集光された光を受光して電気信号に変換する機能を有するものである。そして、受光器１６は、変換した電気信号を受信信号として距離算出装置１７に出力する。
【００１９】
距離算出装置１７は、制御装置３からの変調制御信号と受光器１６からの受信信号との時間差に基づいて、レーザ光の伝搬時間を算出することで対象物までの距離を算出する機能を有するものである。そして、距離算出装置１７は、算出した距離を示す距離信号を信号処理装置１８に出力する。
【００２０】
信号処理装置１８は、スキャナ角度モニタ装置１４からのスキャナ角度信号に基づいてレーザ光の照射方向を算出し、距離算出装置１７からの距離信号から距離を抽出し、各レーザ光の照射方向に対する距離をプロットすることで３次元画像を生成する機能を有するものである。
【００２１】
次に、上記のように構成されたレーザレーダシステムの動作について、図３を参照しながら説明する。
レーザレーダシステムの動作では、図３に示すように、まず、制御装置３は、レーザ測距装置１，２ごとにパルス変調タイミングを指定する変調制御信号を生成・出力する（ステップＳＴ３０１）。なお、パルス変調タイミングは、レーザ測距装置１，２ごとに異なるように設定する。この制御装置３によるパルス変調タイミングに関しては後述する。
【００２２】
次いで、レーザ装置１１は所定のレーザ光を発振し、変調器１２は、制御装置３からの変調制御信号に基づいて、このレーザ光をパルス状に強度変調する（ステップＳＴ３０２）。
次いで、スキャナ１３は、所定のスキャナ制御信号に従って、変調器１２により変調されたレーザ光を、受信レンズ１５が当該レーザ光の反射光を受光可能な角度範囲である受信視野内において、２次元走査する（ステップＳＴ３０３）。なおこの際、スキャナ角度モニタ装置１４は、スキャナ１３の照射面の角度を読み取り、そのスキャナ角度信号を信号処理装置１８に出力している。
【００２３】
次いで、受信レンズ１５は、受信視野中心に対して同軸方向に伝搬する対象物からの散乱光を受光器１６の受光面上へ集光し、受光器１６は、この集光された光を受光して電気信号に変換し、受信信号として距離算出装置１７に出力する（ステップＳＴ３０４）。
次いで、距離算出装置１７は、制御装置３からの変調制御信号と受光器１６からの受信信号との時間差に基づいて対象物までの距離を算出し、その距離信号を信号処理装置１８に出力する（ステップＳＴ３０５）。
【００２４】
次いで、信号処理装置１８は、スキャナ角度モニタ装置１４からのスキャナ角度信号に基づいてレーザ光の照射方向を算出し、距離算出装置１７からの距離信号から距離を抽出し、各レーザ光の照射方向に対する距離をプロットすることで３次元画像を生成する（ステップＳＴ３０６）。
【００２５】
ここで、上記動作を行うレーザレーダシステムにおいて、複数あるレーザ測距装置１，２は、単一の制御装置３によりパルス変調タイミングが制御されている。以下では、この制御装置３によるパルス変調タイミングについて、図４を参照しながら説明する。
図４では、クロストークが発生する可能性のある２台のレーザ測距装置１，２に対するパルス変調タイミングについて示し、図４（ａ）はレーザ測距装置１に対するパルス変調タイミングについて、図４（ｂ）はレーザ測距装置２に対するパルス変調タイミングについてそれぞれ示している。
【００２６】
クロストークが発生する可能性のある２台のレーザ測距装置１，２では、図４に示すように、交互にパルス変調を行う。なお、上記２台のレーザ測距装置１，２で交互に行うパルス変調の間隔（例えばレーザ測距装置１によるパルス変調光（レーザ光）が照射されるタイミングから、レーザ測距装置２によるパルス変調光（レーザ光）が照射されるタイミングまでの時間）は、図４に示すように、それぞれの距離算出装置１７で予め設定されている測距可能時間ゲートの範囲外とする。
【００２７】
これにより、例えばレーザ測距装置２からのパルス変調光によりレーザ測距装置１でクロストークが発生したとしても、図４（ａ）に示すように、当該クロストークによる第２’の散乱光はレーザ測距装置１の距離算出装置１７の測距可能時間ゲートの範囲外となる。そのため、距離算出装置１７においてクロストークによる誤った距離信号が出力されることはない。
【００２８】
なお、距離算出装置１７における変調制御信号と受信信号との時間差による距離算出方法としては、レーザ発振時間から受信信号検出時間までのクロック数をカウントする方法、パルス波形を逐次ＡＤ変換してパルスピークを検出する方法や、非特許文献１に示すような時間に比例して増加するランプ電圧とサンプルホールド回路を用いた方法等、各種方法が適用可能である。
【００２９】
また、受光器１６は、単素子の受光素子でもよいし、アレイ状の受光素子でもよい。なお、アレイ状の受光素子を用いる場合には、後段に信号加算装置を追加して、各素子からの受信信号を１つの受信信号にまとめるようにする。
【００３０】
また、制御装置３で生成・出力する変調制御信号はＣＷ変調でもよい。なお、ＣＷ変調の場合には、制御装置３では、パルス変調タイミングを制御するのではなく、変調周波数をレーザ測距装置１，２ごとに変え、当該変調周波数を指定する変調制御信号を出力する。また、距離算出装置１７では、制御装置３からの変調制御信号に従って、変調周波数のみを検波することでクロストークによる誤りを回避し、当該変調制御信号と受信信号との位相差に基づいて対象物までの距離を算出する。
このＣＷ変調を用いた場合、変調タイミングを制御する必要がないため、図４に示すような、一方のレーザ測距装置１（２）の距離計測が終わるまで他方のレーザ測距装置２（１）が待機する必要がなくなる。よって、各レーザ測距装置１，２の動作を高速化することができる。
【００３１】
また、スキャナ１３は、２次元走査を行うものとしたが、１次元走査を行うものでもよい。なお、１次元走査を行うスキャナ１３を用いた場合には、ラインセンサとなり１次元の距離データを取得できる。
【００３２】
また、制御装置３は、パルス変調タイミングを制御するのではなく、パルス変調の繰り返し周期を制御するようにしてもよい。この場合、制御装置３は、レーザ測距装置１，２ごとにパルス変調の繰り返し周期を変え、当該パルス変調の繰り返し周期を指定する変調制御信号を出力する。また、スキャナ１３は、レーザパルス光を２回照射するたびに照射面の角度を変え、２次元走査を行う。また、信号処理装置１８は、上記２回照射されたレーザパルス光に基づく距離信号を比較し、異なる場合にはクロストークであるとして無視し、同一である場合には真値であるとしてその距離を抽出する。
【００３３】
すなわち、レーザ測距装置１，２ごとにパルス変調の繰り返し周期を変えた場合、図５に示すように、複数回の測距におけるクロストークによる散乱光（第２’の散乱光）の受信タイミングは異なる。そのため、各点における測距を２回ずつ行い、異なる距離信号を出力した場合には、クロストークによる散乱光を検出したとして無視し、同一の距離信号を出力した場合には、真値であるとして信号処理装置１８にて距離を抽出する。これにより、クロストークによる誤った距離値が出力されることを防ぐことができる。
また、この手法では、動作開始時に各レーザ測距装置１，２のパルス変調の繰り返し周期を設定するだけでよく、動作中には各レーザ測距装置１，２の同期を取る必要がない。よって、動作開始後に同期用ケーブルを取り外すことで、各レーザ測距装置１，２を可搬にでき、任意の場所に配置することが可能となる。
【００３４】
以上のように、この実施の形態１によれば、制御装置３にて、レーザ測距装置１，２ごとに異なるパルス変調タイミングを指定する変調制御信号を生成・出力するように構成したので、広視野な受信系においてクロストークによる誤りを回避することができる。
【００３５】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２に係るレーザレーダシステムの全体構成を示す図である。図６に示す実施の形態２に係るレーザレーダシステムは、図１に示す実施の形態１に係るレーザレーダシステムの複数のレーザ測距装置１，２および制御装置３を複数のレーザ測距装置１ｂ，２ｂおよび制御装置３ｂに変更したものである。
【００３６】
レーザ測距装置１ｂ，２ｂは、制御装置３ｂによる制御に従って、レーザ距離測定法を用い、レーザ光の発振時間と反射光の受光時間との差から距離を導出する機能を有するものである。
制御装置３ｂは、各レーザ測距装置１ｂ，２ｂによるレーザ光の重なる領域を指定するように、当該各レーザ光の所定諸言を同期させる機能を有するものである。この制御装置３ｂでは、各レーザ測距装置１ｂ，２ｂに同一の照射方向を指定するスキャナ制御信号を生成する。そして、制御装置３ｂは、生成したスキャナ制御信号を各レーザ測距装置１ｂ，２ｂに出力する。
【００３７】
次に、レーザ測距装置１ｂの構成について、図７を参照しながら説明する。なお、以下では、レーザ測距装置１ｂの構成について説明するが、その他のレーザ測距装置２ｂについても同様に構成されている。この図７に示す実施の形態２におけるレーザ測距装置１ｂは、図２に示す実施の形態１におけるレーザ測距装置１に、発振器１９、クロストーク領域判別装置（クロストーク領域判別手段）２０、シャッター２１およびシャッター制御装置（シャッター制御手段）２２を追加したものである。
【００３８】
発振器１９は、所定のパルス状の変調信号を発振する機能を有するものである。そして、発振器１９は、発振した変調信号を変調器１２および距離算出装置１７に出力する。
【００３９】
クロストーク領域判別装置２０は、制御装置３ｂからのスキャナ制御信号に基づいて他のレーザ測距装置２ｂによるレーザ光の照射方向を算出し、当該レーザ光の照射方向が、自機１ｂの予め設定されたクロストーク領域に重なるかを判別する機能を有するものである。そして、クロストーク領域判別装置２０は、他のレーザ測距装置２ｂによるレーザ光の照射方向が自機１ｂのクロストーク領域に重なると判別した場合には、その旨を示すクロストーク信号をシャッター制御装置２２に出力する。
【００４０】
シャッター２１は、受光器１６の前段に２次元的に配列され、シャッター制御装置２２からのシャッター制御信号に従って閉じることで、対応する位置に入射した光を遮光する機能を有する複数のシャッター素子を有するものである。
【００４１】
シャッター制御装置２２は、クロストーク領域判別装置２０からのクロストーク信号に従って、シャッター２１を制御する機能を有するものである。このシャッター制御装置２２は、クロストーク信号が入力された場合には、クロストーク領域からの散乱光が集光（入射）する位置に対応する全てのシャッター素子を閉じるよう指示するシャッター制御信号を生成する。一方、シャッター制御装置２２は、クロストーク信号が入力されない場合には、全てのシャッター素子を開くよう指示するシャッター制御信号を生成する。そして、シャッター制御装置２２は、生成したシャッター制御信号をシャッター２１に出力する。
【００４２】
なお、変調器１２は、発振器１９からの変調信号に従って、レーザ装置１１からのレーザ光に強度変調をかけてパルス状とする機能を有する。
また、距離算出装置１７は、発振器１９からの変調信号と受光器１６からの受信信号との時間差に基づいて、レーザ光の伝搬時間を算出することで対象物までの距離を算出する機能を有する。
その他の装置は、図２に示す実施の形態１における各装置と同じ機能を有する。
【００４３】
次に、上記のように構成されたレーザレーダシステムの動作について、図８を参照しながら説明する。
レーザレーダシステムの動作では、図８に示すように、まず、制御装置３ｂは、レーザ測距装置１ｂ，２ｂによるレーザ光の照射方向を指定するスキャナ制御信号を生成・出力する（ステップＳＴ８０１）。
【００４４】
次いで、レーザ装置１１は所定のレーザ光を発振し、変調器１２は、発振器１９からの変調信号に基づいて、このレーザ光をパルス状に強度変調する（ステップＳＴ８０２）。
次いで、スキャナ１３は、制御装置３ｂからのスキャナ制御信号に従って、変調器１２により変調されたレーザ光を、受信レンズ１５が当該レーザ光の反射光を受光可能な角度範囲である受信視野内において、２次元走査する（ステップＳＴ８０３）。
【００４５】
次いで、クロストーク領域判別装置２０は、制御装置３ｂからのスキャナ制御信号に基づいて他のレーザ測距装置２ｂ（１ｂ）によるレーザ光の照射方向を算出し、当該レーザ光の照射方向が、自機１ｂ（２ｂ）の予め設定されたクロストーク領域に重なるかを判別する（ステップＳＴ８０４）。
【００４６】
このステップＳＴ８０４において、クロストーク領域判別装置２０は、他のレーザ測距装置２ｂ（１ｂ）によるレーザ光の照射方向が自機１ｂ（２ｂ）のクロストーク領域に重なると判別した場合には、クロストーク信号をシャッター制御装置２２に出力する（ステップＳＴ８０５）。
一方、ステップＳＴ８０４において、クロストーク領域判別装置２０は、他のレーザ測距装置２ｂ（１ｂ）によるレーザ光の照射方向が自機１ｂ（２ｂ）のクロストーク領域には重ならないと判別した場合には、シャッター制御装置２２へのクロストーク信号の出力を停止する（ステップＳＴ８０６）。
【００４７】
次いで、シャッター制御装置２２は、クロストーク領域判別装置２０からクロストーク信号が入力された場合、クロストーク領域からの散乱光が集光する位置に対応する全てのシャッター素子を閉じるよう指示するシャッター制御信号をシャッター２１に出力する（ステップＳＴ８０７）。
一方、シャッター制御装置２２は、クロストーク領域判別装置２０からのクロストーク信号が入力されない場合、全てのシャッター素子を開くよう指示するシャッター制御信号をシャッター２１に出力する（ステップＳＴ８０８）。
次いで、シャッター２１は、シャッター制御装置２２からのシャッター制御信号に従って、指定された位置のシャッター素子を開閉する（ステップＳＴ８０９）。
【００４８】
次いで、受信レンズ１５は、受信視野中心に対して同軸方向に伝搬する対象物からの散乱光を受光器１６の受光面上へ集光し、受光器１６は、この集光された光を受光して電気信号に変換し、受信信号として距離算出装置１７に出力する（ステップＳＴ８１０）。
次いで、距離算出装置１７は、発振器１９からの変調信号と受光器１６からの受信信号との時間差に基づいて対象物までの距離を算出し、その距離信号を信号処理装置１８に出力する（ステップＳＴ８１１）。
【００４９】
次いで、信号処理装置１８は、スキャナ角度モニタ装置１４からのスキャナ角度信号に基づいてレーザ光の照射方向を算出し、距離算出装置１７からの距離信号から距離を抽出し、各レーザ光の照射方向に対する距離をプロットすることで３次元画像を生成する（ステップＳＴ８１２）。
【００５０】
ここで、上記動作を行うレーザレーダシステムにおいて、複数あるレーザ測距装置１ｂ，２ｂは、単一の制御装置３ｂから出力される同一のスキャナ制御信号を用いてレーザ光を走査している。そのため、図６に示すように、各レーザ測距装置１ｂ，２ｂの走査方向は同期しており、レーザ光は同じ方向を照射する。
そして、例えばレーザ測距装置２ｂによるレーザ光の照射方向がレーザ測距装置１ｂのクロストーク領域に重なる場合、レーザ測距装置２ｂによるレーザ光に対する第２’の散乱光がレーザ測距装置１ｂの受信系に入射される。また、レーザ測距装置１ｂ自身によるレーザ光に対する第１の散乱光も同時に入射される。この際、図９に示すように、第１の散乱光と第２’の散乱光は異なる角度からレーザ測距装置１ｂの受信系に入射し、受信レンズ１５により受光器１６の受光面上の異なる位置に集光される。
【００５１】
そこで、レーザ測距装置２ｂによるレーザ光の照射方向がレーザ測距装置１ｂのクロストーク領域に重なる場合、レーザ測距装置１ｂのクロストーク領域判別装置２０にてクロストーク信号を出力し、クロストーク領域内からの散乱光が集光する位置に対応するシャッター素子を閉じる。
これにより、第２’の散乱光を遮光することができ、距離算出装置１７においてクロストークによる誤った距離信号が出力されることを防ぐことができる。
【００５２】
なお、図１０に示すように、レーザ測距装置１ｂにおけるクロストーク領域θｃは、例えば各レーザ測距装置１ｂ，２ｂの視野中心方向が平行に配置されている場合、測距可能距離をＬ、視野角をθｓ、レーザ測距装置間距離をｄとすると、下式（１）で表される。ただし視野角θｓはsinθｓ＝θｓとみなせるほど十分に小さいとする。
【００５３】
また、図１１に示すように、上記クロストーク領域からの散乱光が集光する領域ｈｃは、受信レンズ１５の焦点距離をｆとすると、下式（２）で表される。
【００５４】
なお、シャッター２１による散乱光の遮光方法としては、液晶のように透過率を変化させる方法や、デジタルミラーデバイスのように反射角を変化させる方法等、各種方法が適用可能である。
また、シャッター２１は、シャッター素子を２次元状に配置したが、１次元状に配置してもよいし、１つのシャッター素子によりクロストーク領域からの散乱光が集光する領域を遮光するようにしてもよい。ここで、シャッター２１を１次元状配置、または１つのシャッター素子によりクロストーク領域からの散乱光を遮光する構成とすることで、部品点数を減らすことが可能となり、また、シャッター制御装置２２による制御信号の生成量を減少させることが可能となり、動作を高速化することが可能となる。
【００５５】
また、発振器１９で生成・出力する変調信号はＣＷ変調でもよい。なお、ＣＷ変調の場合には、距離算出装置１７では、当該変調信号と受信信号との位相差に基づいて対象物までの距離を算出する。
【００５６】
また、距離算出装置１７における変調信号と受信信号との時間差による距離算出方法としては、レーザ発振時間から受信信号検出時間までのクロック数をカウントする方法、パルス波形を逐次ＡＤ変換してパルスピークを検出する方法や、非特許文献１に示すような時間に比例して増加するランプ電圧とサンプルホールド回路を用いた方法等、各種方法が適用可能である。
【００５７】
また、受光器１６は、単素子の受光素子でもよいし、アレイ状の受光素子でもよい。なお、アレイ状の受光素子を用いる場合には、後段に信号加算装置を追加して、各素子からの受信信号を１つの受信信号にまとめるようにする。
【００５８】
また、スキャナ１３は、２次元走査を行うものとしたが、１次元走査を行うものでもよい。なお、１次元走査を行うスキャナ１３を用いた場合には、ラインセンサとなり１次元の距離データを取得できる。
【００５９】
以上のように、この実施の形態２によれば、制御装置３ｂにて、各レーザ測距装置１ｂ，２ｂに同一の照射方向を指定するスキャナ制御信号を生成し、各レーザ測距装置１ｂ，２ｂは、スキャナ制御信号に基づき、自機１ｂ（２ｂ）と他のレーザ測距装置２ｂ（１ｂ）によるレーザ光の照射方向が重なる場合には、当該照射方向が重なる領域からの散乱光が集光する位置に対応するシャッター素子を閉じるように構成したので、広視野な受信系においてクロストークによる誤りを回避することができる。
【００６０】
実施の形態３．
図１２はこの発明の実施の形態３におけるレーザ測距装置１ｂの構成を示す図である。なお、以下では、レーザ測距装置１ｂの構成について説明するが、その他のレーザ測距装置２ｂについても同様に構成されている。
図１２に示す実施の形態３におけるレーザ測距装置１ｂは、図７に示す実施の形態２に係るレーザ測距装置１ｂの受光器１６、シャッター２１およびシャッター制御装置２２をそれぞれアレイ状受光器２３、信号シャッター２４およびシャッター制御装置（シャッター制御手段）２２ｂに変更し、信号加算装置２５を追加したものである。
【００６１】
アレイ状受光器２３は、アレイ状に配置され、受信レンズ１５により集光され対応する位置に入射した光を受光し、電気信号に変換する機能を有する複数の受光素子を有するものである。そして、アレイ状受光器２３の各受光素子は、変換した電気信号を受信信号として距離算出装置１７側に出力する。
【００６２】
信号シャッター２４は、アレイ状受光器２３の後段に配置され、シャッター制御装置２２ｂからのシャッター制御信号に従って、指定された受信信号をカットする機能を有するものである。
【００６３】
シャッター制御装置２２ｂは、クロストーク領域判別装置２０からのクロストーク信号に従って、信号シャッター２４を制御する機能を有するものである。このシャッター制御装置２２ｂは、クロストーク信号が入力された場合には、クロストーク領域からの散乱光が集光する位置に対応する受光素子からの受信信号をカットするよう指示するシャッター制御信号を生成する。一方、シャッター制御装置２２ｂは、クロストーク信号が入力されない場合には、全ての受光素子からの受信信号をカットせず、そのまま出力するよう指示するシャッター制御信号を生成する。そして、シャッター制御装置２２ｂは、生成したシャッター制御信号を信号シャッター２４に出力する。
【００６４】
信号加算装置２５は、信号シャッター２４を通過した各受信信号を加算する機能を有するものである。そして、信号加算装置２５は、加算結果を受信信号として距離算出装置１７に出力する。
なお、距離算出装置１７は、発振器１９からの変調信号と信号加算装置２５からの受信信号との時間差に基づいて、レーザ光の伝搬時間を算出することで対象物までの距離を算出する機能を有する。
その他の装置は、図７に示す実施の形態２における各装置と同じ機能を有する。
【００６５】
ここで、実施の形態３に係るレーザレーダシステムでは、実施の形態２に係るレーザレーダシステムと比較して、物理的なシャッター２１では遮光しきれない背景光による影響を回避することができるという効果を有している。
【００６６】
すなわち、実施の形態２では、受光器１６の前段にシャッター２１を配置し、シャッター素子を閉じることで遮光を行っていた。しかし、例えばシャッター２１として液晶のような透過率を低下させるものを用いた場合、透過率は０％にはならないため、背景光を完全には遮光できない可能性がある。また、デジタルミラーデバイスのように反射角を変化させるものを用いた場合でも、反射面において散乱光が発生し、当該散乱光が背景光となって受光面に入射してしまうため、背景光を完全には遮光できない可能性がある。
そこで、シャッター２１により遮光を行うのではなく、信号シャッター２４を用いて受光素子により変換された電気信号をカットする。これにより、シャッター２１では遮光しきれない背景光による影響を回避することが可能となる。
また、信号シャッター２４では物理的な動作を伴わないことから、光を遮光するシャッター２１と比較して、シャッター動作を高速化することが可能であり、また、小型化することが可能となる。
【００６７】
なお、信号シャッター２４による受信信号のカット方法としては、スイッチのように電気的接続のＯＮ／ＯＦＦにより受光素子からの受信信号をカットする方法や、バイアス印加電圧をカットすることで対応する受光素子を不動作にして受信信号を出力させない方法等、各種方法が適用可能である。
【００６８】
また、発振器１９で生成・出力する変調信号はＣＷ変調でもよい。なお、ＣＷ変調の場合には、距離算出装置１７では、当該変調信号と受信信号との位相差に基づいて対象物までの距離を算出する。
【００６９】
また、距離算出装置１７における変調信号と受信信号との時間差による距離算出方法としては、レーザ発振時間から受信信号検出時間までのクロック数をカウントする方法、パルス波形を逐次ＡＤ変換してパルスピークを検出する方法や、非特許文献１に示すような時間に比例して増加するランプ電圧とサンプルホールド回路を用いた方法等、各種方法が適用可能である。
【００７０】
また、スキャナ１３は、２次元走査を行うものとしたが、１次元走査を行うものでもよい。なお、１次元走査を行うスキャナ１３を用いた場合には、ラインセンサとなり１次元の距離データを取得できる。
【００７１】
以上のように、この実施の形態３によれば、シャッター２１に代えて、アレイ状受光器２３の各受光素子からの受信信号のうち、指定された信号をカットする信号シャッター２４を用いるように構成したので、実施の形態２と比較して、シャッター２１では遮光しきれない背景光による影響を回避することが可能となる。
【００７２】
実施の形態４．
図１３はこの発明の実施の形態４におけるレーザ測距装置１ｂの構成を示す図である。なお、以下では、レーザ測距装置１ｂの構成について説明するが、その他のレーザ測距装置２ｂについても同様に構成されている。
図１３に示す実施の形態４におけるレーザ測距装置１ｂは、図７に示す実施の形態２に係るレーザ測距装置１ｂのクロストーク領域判別装置２０およびシャッター制御装置２２を集光位置算出装置（入射位置算出手段）２６およびシャッター制御装置（シャッター制御手段）２２ｃに変更したものである。
【００７３】
集光位置算出装置２６は、制御装置３ｂからのスキャナ制御信号に基づいて自機１ｂによるレーザ光の照射方向を算出し、当該レーザ光に対する散乱光が集光（入射）する受光器１６の受光面上の位置を算出する機能を有するものである。そして、集光位置算出装置２６は、算出した集光（入射）位置を示す集光位置信号をシャッター制御装置２２ｃに出力する。
【００７４】
シャッター制御装置２２ｃは、集光位置算出装置２６からの集光位置信号に従って、シャッター２１を制御する機能を有するものである。このシャッター制御装置２２ｃは、集光位置信号により指定された位置に対応する全てのシャッター素子を開き、その他の全てのシャッター素子を閉じるよう指示するシャッター制御信号を生成する。そして、シャッター制御装置２２ｃは、生成したシャッター制御信号をシャッター２１に出力する。
その他の装置は、図７に示す実施の形態２における各装置と同じ機能を有する。
【００７５】
ここで、実施の形態４に係るレーザレーダシステムでは、実施の形態２に係るレーザレーダシステムと比較して、受光器１６の受光面に集光しないクロストークによる散乱光を減衰させることができ、クロストークによる誤りを回避することができるという効果を有している。
【００７６】
例えばクロストークによる散乱光が受信視野外から入射した場合、当該散乱光は受光面には集光されず、受信レンズ１５を支持するレンズ鏡筒や、レーザ測距装置筐体の壁面に当たり、その位置から再び散乱光が生成される。また、受信レンズ１５表面においても、再び散乱光が生成される可能性がある。そして、当該散乱光が受光面に照射された場合、自機１ｂでクロストークとして誤った距離信号を出力してしまう。
また、上記散乱光は、受光面において集光しないため、実施の形態２，３に係るレーザレーダシステムのように、シャッター２１や信号シャッター２４により受光面上の一部の領域での遮光や信号をカットすることではクロストークを回避できない。
【００７７】
そこで、クロストークによる散乱光を減衰させるため、図１４に示すように、自機１ｂによるレーザ光の照射方向から伝搬する散乱光のみを通過させるようにシャッター素子を開き、その他のシャッター素子を全て閉じておく。これにより、クロストークによる散乱光の受光量を大幅に減衰させることができる。
例えば、クロストークによる散乱光が受光面全体に照射されるとし、シャッター素子が１００×１００素子の２次元配列で構成されているとし、レーザ光の照射方向から伝搬する散乱光の集光スポットサイズがシャッター素子以下とすると、上記動作によりクロストークによる散乱光の受光量を１／１００００に減衰させることができる。
そして、クロストークによる散乱光による受光量を減衰させた結果、クロストークによる受信信号も減衰する。そのため、受信信号が距離算出装置１７の検出限界を下回る場合には、誤った距離信号を出力することはなく、クロストークによる誤りを回避することが可能となる。
【００７８】
なお、集光位置算出装置２６において算出される、レーザ光の照射方向から伝搬する散乱光の受光面上の集光位置ｈＬは、レーザ照射方向をθＬ、受信レンズ１５の焦点距離をｆとすると、下式（３）で表される。
ｈＬ＝ｆ×θＬ （３）
【００７９】
なお、シャッター２１は、シャッター素子を２次元状に配置したが、１次元状に配置してもよい。ここで、シャッター２１を１次元状配置とすることで、部品点数を減らすことが可能となり、また、シャッター制御装置２２ｃにおける制御信号の生成量を減少させることが可能となり、動作を高速化することが可能となる
【００８０】
また、発振器１９で生成・出力する変調信号はＣＷ変調でもよい。なお、ＣＷ変調の場合には、距離算出装置１７では、当該変調信号と受信信号との位相差に基づいて対象物までの距離を算出する。
【００８１】
また、距離算出装置１７における変調制御信号と受信信号との時間差による距離算出方法としては、レーザ発振時間から受信信号検出時間までのクロック数をカウントする方法、パルス波形を逐次ＡＤ変換してパルスピークを検出する方法や、非特許文献１に示すような時間に比例して増加するランプ電圧とサンプルホールド回路を用いた方法等、各種方法が適用可能である。
【００８２】
また、スキャナ１３は、２次元走査を行うものとしたが、１次元走査を行うものでもよい。なお、１次元走査を行うスキャナ１３を用いた場合には、ラインセンサとなり１次元の距離データを取得できる。
【００８３】
以上のように、この実施の形態４によれば、集光位置算出装置２６にて、自機によるレーザ光に対する散乱光が集光する位置を算出し、当該集光位置に該当する全てのシャッター素子を開き、その他の全てのシャッター素子を閉じるように構成したので、実施の形態２と比較して、受光器１６の受光面に集光しないクロストークによる散乱光を減衰させることができ、クロストークによる誤りを回避することができる。
【００８４】
なお、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】
【００８５】
１，１ｂ，２，２ｂ レーザ測距装置、３，３ｂ 制御装置、１１ レーザ装置、１２ 変調器、１３ スキャナ、１４ スキャナ角度モニタ装置、１５ 受信レンズ、１６ 受光器、１７ 距離算出装置、１８ 信号処理装置、１９ 発振器、２０ クロストーク領域判別装置、２１ シャッター、２２，２２ｂ，２２ｃ シャッター制御装置、２３ アレイ状受光器、２４ 信号シャッター、２５ 信号加算装置、２６ 集光位置算出装置。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ光の発振時間と反射光の受光時間との差から距離を導出するレーザ距離測定法を用いたレーザレーダシステム、レーザ測距装置および制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術のレーザ測距装置では、レーザ光を走査して照射し、レーザ走査範囲における対象物の多点からの散乱光を単素子の受光器により受信し、レーザ光の照射から受信までの時間を計測することで、対象物までの測距を行っている。さらに、レーザ走査角度および測距結果から３次元画像を取得している（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７１２７５号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】平井他、「パルス方式３Ｄ Ｉｍａｇｉｎｇ ＬＡＤＡＲの開発」、第２７回レーザセンシングシンポジウム予稿集、ｐｐ．９０−９１，２００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された従来技術において、図１５に示すように、上記レーザ測距装置１０１，１０２を複数台配置して隙間なく広範囲な空間の３次元画像を取得する場合、各レーザ測距装置１０１，１０２の視野（レーザ光の照射方向）が重なる場合がある。
【０００６】
この場合、例えば、レーザ測距装置１０２によるレーザ光（第２のレーザ光）に対する第２’の散乱光が、レーザ測距装置１０１により受信されてしまうというクロストークと呼ばれる現象が発生する。これにより、レーザ測距装置１０１では誤った測距結果を出力してしまうという課題があった。
【０００７】
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、広視野な受信系においてクロストークによる誤りを回避することができるレーザレーダシステム、レーザ測距装置および制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るレーザレーダシステムは、対象物の測距を行う複数のレーザ測距装置と、各レーザ測距装置を制御する制御装置とを備え、レーザ測距装置は、制御装置による制御に従って、所定の変調信号でレーザ光を変調し、対象物に向けて走査するレーザ光送信手段と、レーザ光送信手段により走査されたレーザ光に対する対象物からの散乱光を受光し、電気信号に変換する散乱光受信手段と、散乱光受信手段により変換された電気信号と変調信号との時間差または位相差に基づいて対象物までの距離を算出する距離算出手段とを備え、制御装置は、各レーザ測距装置によるレーザ光の重なりを回避するように、または、当該重なる領域を指定するように、当該各レーザ光の所定諸言を同期させるものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、上記のように構成したので、広視野な受信系においてクロストークによる誤りを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーザレーダシステムの全体構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるレーザ測距装置の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るレーザレーダシステムの動作を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１に係るレーザレーダシステムによるパルス変調タイミングを示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係るレーザレーダシステムによるパルス変調の繰り返し周期を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係るレーザレーダシステムの全体構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２におけるレーザ測距装置の構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係るレーザレーダシステムの動作を示すフローチャートである。
【図９】この発明の実施の形態２におけるシャッターの動作を説明する図である。
【図１０】この発明の実施の形態２における各レーザ測距装置の視野の重なりを示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態２におけるシャッターの動作を説明する図である。
【図１２】この発明の実施の形態３におけるレーザ測距装置の構成を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態４におけるレーザ測距装置の構成を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態４におけるシャッターの動作を説明する図である。
【図１５】従来のレーザレーダシステムの動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
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システムの全体構成を示す図である。
レーザレーダシステムは、図１に示すように、複数台（図１では２台）のレーザ測距装置１，２および制御装置３から構成されている。
【００１２】
レーザ測距装置１，２は、制御装置３による制御に従って、レーザ距離測定法を用い、レーザ光の発振時間と反射光の受光時間との差から距離を導出する機能を有するものである。
制御装置３は、各レーザ測距装置１，２によるレーザ光の重なりを回避するように、当該各レーザ光の所定諸言を同期させる機能を有するものである。この制御装置３では、レーザ測距装置１，２ごとに異なるパルス変調タイミングを指定する変調制御信号（第１，２の変調制御信号）を生成する。そして、制御装置３は、生成した各変調制御信号を対応するレーザ測距装置１，２に出力する。
【００１３】
なお、図１では、レーザ測距装置１は、自ら照射したレーザ光（第１のレーザ光）に対する対象物からの第１の散乱光を受光している。同様に、レーザ測距装置２は、自ら照射したレーザ光（第２のレーザ光）に対する対象物からの第２の散乱光を受光している。また、レーザ測距装置１には、レーザ測距装置２によりクロストーク領域に照射された第２のレーザ光に対する対象物からの第２’の散乱光も入射されている。なお、クロストーク領域とは、図１に示すように各レーザ測距装置１，２の視野が重なる領域である。
【００１４】
次に、レーザ測距装置１の構成について、図２を参照しながら説明する。なお、以下では、レーザ測距装置１の構成について説明するが、その他のレーザ測距装置２についても同様に構成されている。
レーザ測距装置１は、図１に示すように、レーザ装置１１、変調器１２、スキャナ１３、スキャナ角度モニタ装置１４、受信レンズ１５、受光器１６、距離算出装置（距離算出手段）１７および信号処理装置１８から構成されている。
【００１５】
なお、レーザ装置１１、変調器１２およびスキャナ１３は、制御装置３による制御に従って、所定の変調信号でレーザ光を変調し、対象物に向けて走査するレーザ光送信手段を構成する。なお実施の形態１では、変調信号として制御装置３からの変調制御信号を用いる。また、受信レンズ１５および受光器１６は、レーザ光送信手段により走査されたレーザ光に対する対象物からの散乱光を受光し、電気信号に変換する散乱光受信手段を構成する。
【００１６】
レーザ装置１１は、所定のレーザ光を発振する機能を有するものである。
変調器１２は、制御装置３からの変調制御信号に従って、レーザ装置１１からのレーザ光に強度変調をかけてパルス状とする機能を有するものである。
【００１７】
スキャナ１３は、所定のスキャナ制御信号に従って、変調器１２により変調されたレーザ光を、受信レンズ１５が当該レーザ光の反射光を受光可能な角度範囲である受信視野内において、２次元走査する機能を有するものである。
スキャナ角度モニタ装置１４は、スキャナ１３の照射面の角度を読み取る機能を有するものである。そして、スキャナ角度モニタ装置１４は、読み取った角度を示すスキャナ角度信号を信号処理装置１８に出力する。
【００１８】
受信レンズ１５は、受信視野中心に対して同軸方向に伝搬する対象物からの散乱光を集光する機能を有するものである。
受光器１６は、受信レンズ１５により集光された光を受光して電気信号に変換する機能を有するものである。そして、受光器１６は、変換した電気信号を受信信号として距離算出装置１７に出力する。
【００１９】
距離算出装置１７は、制御装置３からの変調制御信号と受光器１６からの受信信号との時間差に基づいて、レーザ光の伝搬時間を算出することで対象物までの距離を算出する機能を有するものである。そして、距離算出装置１７は、算出した距離を示す距離信号を信号処理装置１８に出力する。
【００２０】
信号処理装置１８は、スキャナ角度モニタ装置１４からのスキャナ角度信号に基づいてレーザ光の照射方向を算出し、距離算出装置１７からの距離信号から距離を抽出し、各レーザ光の照射方向に対する距離をプロットすることで３次元画像を生成する機能を有するものである。
【００２１】
次に、上記のように構成されたレーザレーダシステムの動作について、図３を参照しながら説明する。
レーザレーダシステムの動作では、図３に示すように、まず、制御装置３は、レーザ測距装置１，２ごとにパルス変調タイミングを指定する変調制御信号を生成・出力する（ステップＳＴ３０１）。なお、パルス変調タイミングは、レーザ測距装置１，２ごとに異なるように設定する。この制御装置３によるパルス変調タイミングに関しては後述する。
【００２２】
次いで、レーザ装置１１は所定のレーザ光を発振し、変調器１２は、制御装置３からの変調制御信号に基づいて、このレーザ光をパルス状に強度変調する（ステップＳＴ３０２）。
次いで、スキャナ１３は、所定のスキャナ制御信号に従って、変調器１２により変調されたレーザ光を、受信レンズ１５が当該レーザ光の反射光を受光可能な角度範囲である受信視野内において、２次元走査する（ステップＳＴ３０３）。なおこの際、スキャナ角度モニタ装置１４は、スキャナ１３の照射面の角度を読み取り、そのスキャナ角度信号を信号処理装置１８に出力している。
【００２３】
次いで、受信レンズ１５は、受信視野中心に対して同軸方向に伝搬する対象物からの散乱光を受光器１６の受光面上へ集光し、受光器１６は、この集光された光を受光して電気信号に変換し、受信信号として距離算出装置１７に出力する（ステップＳＴ３０４）。
次いで、距離算出装置１７は、制御装置３からの変調制御信号と受光器１６からの受信信号との時間差に基づいて対象物までの距離を算出し、その距離信号を信号処理装置１８に出力する（ステップＳＴ３０５）。
【００２４】
次いで、信号処理装置１８は、スキャナ角度モニタ装置１４からのスキャナ角度信号に基づいてレーザ光の照射方向を算出し、距離算出装置１７からの距離信号から距離を抽出し、各レーザ光の照射方向に対する距離をプロットすることで３次元画像を生成する（ステップＳＴ３０６）。
【００２５】
ここで、上記動作を行うレーザレーダシステムにおいて、複数あるレーザ測距装置１，２は、単一の制御装置３によりパルス変調タイミングが制御されている。以下では、この制御装置３によるパルス変調タイミングについて、図４を参照しながら説明する。
図４では、クロストークが発生する可能性のある２台のレーザ測距装置１，２に対するパルス変調タイミングについて示し、図４（ａ）はレーザ測距装置１に対するパルス変調タイミングについて、図４（ｂ）はレーザ測距装置２に対するパルス変調タイミングについてそれぞれ示している。
【００２６】
クロストークが発生する可能性のある２台のレーザ測距装置１，２では、図４に示すように、交互にパルス変調を行う。なお、上記２台のレーザ測距装置１，２で交互に行うパルス変調の間隔（例えばレーザ測距装置１によるパルス変調光（レーザ光）が照射されるタイミングから、レーザ測距装置２によるパルス変調光（レーザ光）が照射されるタイミングまでの時間）は、図４に示すように、それぞれの距離算出装置１７で予め設定されている測距可能時間ゲートの範囲外とする。
【００２７】
これにより、例えばレーザ測距装置２からのパルス変調光によりレーザ測距装置１でクロストークが発生したとしても、図４（ａ）に示すように、当該クロストークによる第２’の散乱光はレーザ測距装置１の距離算出装置１７の測距可能時間ゲートの範囲外となる。そのため、距離算出装置１７においてクロストークによる誤った距離信号が出力されることはない。
【００２８】
なお、距離算出装置１７における変調制御信号と受信信号との時間差による距離算出方法としては、レーザ発振時間から受信信号検出時間までのクロック数をカウントする方法、パルス波形を逐次ＡＤ変換してパルスピークを検出する方法や、非特許文献１に示すような時間に比例して増加するランプ電圧とサンプルホールド回路を用いた方法等、各種方法が適用可能である。
【００２９】
また、受光器１６は、単素子の受光素子でもよいし、アレイ状の受光素子でもよい。なお、アレイ状の受光素子を用いる場合には、後段に信号加算装置を追加して、各素子からの受信信号を１つの受信信号にまとめるようにする。
【００３０】
また、制御装置３で生成・出力する変調制御信号はＣＷ変調でもよい。なお、ＣＷ変調の場合には、制御装置３では、パルス変調タイミングを制御するのではなく、変調周波数をレーザ測距装置１，２ごとに変え、当該変調周波数を指定する変調制御信号を出力する。また、距離算出装置１７では、制御装置３からの変調制御信号に従って、変調周波数のみを検波することでクロストークによる誤りを回避し、当該変調制御信号と受信信号との位相差に基づいて対象物までの距離を算出する。
このＣＷ変調を用いた場合、変調タイミングを制御する必要がないため、図４に示すような、一方のレーザ測距装置１（２）の距離計測が終わるまで他方のレーザ測距装置２（１）が待機する必要がなくなる。よって、各レーザ測距装置１，２の動作を高速化することができる。
【００３１】
また、スキャナ１３は、２次元走査を行うものとしたが、１次元走査を行うものでもよい。なお、１次元走査を行うスキャナ１３を用いた場合には、ラインセンサとなり１次元の距離データを取得できる。
【００３２】
また、制御装置３は、パルス変調タイミングを制御するのではなく、パルス変調の繰り返し周期を制御するようにしてもよい。この場合、制御装置３は、レーザ測距装置１，２ごとにパルス変調の繰り返し周期を変え、当該パルス変調の繰り返し周期を指定する変調制御信号を出力する。また、スキャナ１３は、レーザパルス光を２回照射するたびに照射面の角度を変え、２次元走査を行う。また、信号処理装置１８は、上記２回照射されたレーザパルス光に基づく距離信号を比較し、異なる場合にはクロストークであるとして無視し、同一である場合には真値であるとしてその距離を抽出する。
【００３３】
すなわち、レーザ測距装置１，２ごとにパルス変調の繰り返し周期を変えた場合、図５に示すように、複数回の測距におけるクロストークによる散乱光（第２’の散乱光）の受信タイミングは異なる。そのため、各点における測距を２回ずつ行い、異なる距離信号を出力した場合には、クロストークによる散乱光を検出したとして無視し、同一の距離信号を出力した場合には、真値であるとして信号処理装置１８にて距離を抽出する。これにより、クロストークによる誤った距離値が出力されることを防ぐことができる。
また、この手法では、動作開始時に各レーザ測距装置１，２のパルス変調の繰り返し周期を設定するだけでよく、動作中には各レーザ測距装置１，２の同期を取る必要がない。よって、動作開始後に同期用ケーブルを取り外すことで、各レーザ測距装置１，２を可搬にでき、任意の場所に配置することが可能となる。
【００３４】
以上のように、この実施の形態１によれば、制御装置３にて、レーザ測距装置１，２ごとに異なるパルス変調タイミングを指定する変調制御信号を生成・出力するように構成したので、広視野な受信系においてクロストークによる誤りを回避することができる。
【００３５】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２に係るレーザレーダシステムの全体構成を示す図である。図６に示す実施の形態２に係るレーザレーダシステムは、図１に示す実施の形態１に係るレーザレーダシステムの複数のレーザ測距装置１，２および制御装置３を複数のレーザ測距装置１ｂ，２ｂおよび制御装置３ｂに変更したものである。
【００３６】
レーザ測距装置１ｂ，２ｂは、制御装置３ｂによる制御に従って、レーザ距離測定法を用い、レーザ光の発振時間と反射光の受光時間との差から距離を導出する機能を有するものである。
制御装置３ｂは、各レーザ測距装置１ｂ，２ｂによるレーザ光の重なる領域を指定するように、当該各レーザ光の所定諸言を同期させる機能を有するものである。この制御装置３ｂでは、各レーザ測距装置１ｂ，２ｂに同一の照射方向を指定するスキャナ制御信号を生成する。そして、制御装置３ｂは、生成したスキャナ制御信号を各レーザ測距装置１ｂ，２ｂに出力する。
【００３７】
次に、レーザ測距装置１ｂの構成について、図７を参照しながら説明する。なお、以下では、レーザ測距装置１ｂの構成について説明するが、その他のレーザ測距装置２ｂについても同様に構成されている。この図７に示す実施の形態２におけるレーザ測距装置１ｂは、図２に示す実施の形態１におけるレーザ測距装置１に、発振器１９、クロストーク領域判別装置（クロストーク領域判別手段）２０、シャッター２１およびシャッター制御装置（シャッター制御手段）２２を追加したものである。
【００３８】
発振器１９は、所定のパルス状の変調信号を発振する機能を有するものである。そして、発振器１９は、発振した変調信号を変調器１２および距離算出装置１７に出力する。
【００３９】
クロストーク領域判別装置２０は、制御装置３ｂからのスキャナ制御信号に基づいて他のレーザ測距装置２ｂによるレーザ光の照射方向を算出し、当該レーザ光の照射方向が、自機１ｂの予め設定されたクロストーク領域に重なるかを判別する機能を有するものである。そして、クロストーク領域判別装置２０は、他のレーザ測距装置２ｂによるレーザ光の照射方向が自機１ｂのクロストーク領域に重なると判別した場合には、その旨を示すクロストーク信号をシャッター制御装置２２に出力する。
【００４０】
シャッター２１は、受光器１６の前段に２次元的に配列され、シャッター制御装置２２からのシャッター制御信号に従って閉じることで、対応する位置に入射した光を遮光する機能を有する複数のシャッター素子を有するものである。
【００４１】
シャッター制御装置２２は、クロストーク領域判別装置２０からのクロストーク信号に従って、シャッター２１を制御する機能を有するものである。このシャッター制御装置２２は、クロストーク信号が入力された場合には、クロストーク領域からの散乱光が集光（入射）する位置に対応する全てのシャッター素子を閉じるよう指示するシャッター制御信号を生成する。一方、シャッター制御装置２２は、クロストーク信号が入力されない場合には、全てのシャッター素子を開くよう指示するシャッター制御信号を生成する。そして、シャッター制御装置２２は、生成したシャッター制御信号をシャッター２１に出力する。
【００４２】
なお、変調器１２は、発振器１９からの変調信号に従って、レーザ装置１１からのレーザ光に強度変調をかけてパルス状とする機能を有する。
また、距離算出装置１７は、発振器１９からの変調信号と受光器１６からの受信信号との時間差に基づいて、レーザ光の伝搬時間を算出することで対象物までの距離を算出する機能を有する。
その他の装置は、図２に示す実施の形態１における各装置と同じ機能を有する。
【００４３】
次に、上記のように構成されたレーザレーダシステムの動作について、図８を参照しながら説明する。
レーザレーダシステムの動作では、図８に示すように、まず、制御装置３ｂは、レーザ測距装置１ｂ，２ｂによるレーザ光の照射方向を指定するスキャナ制御信号を生成・出力する（ステップＳＴ８０１）。
【００４４】
次いで、レーザ装置１１は所定のレーザ光を発振し、変調器１２は、発振器１９からの変調信号に基づいて、このレーザ光をパルス状に強度変調する（ステップＳＴ８０２）。
次いで、スキャナ１３は、制御装置３ｂからのスキャナ制御信号に従って、変調器１２により変調されたレーザ光を、受信レンズ１５が当該レーザ光の反射光を受光可能な角度範囲である受信視野内において、２次元走査する（ステップＳＴ８０３）。
【００４５】
次いで、クロストーク領域判別装置２０は、制御装置３ｂからのスキャナ制御信号に基づいて他のレーザ測距装置２ｂ（１ｂ）によるレーザ光の照射方向を算出し、当該レーザ光の照射方向が、自機１ｂ（２ｂ）の予め設定されたクロストーク領域に重なるかを判別する（ステップＳＴ８０４）。
【００４６】
このステップＳＴ８０４において、クロストーク領域判別装置２０は、他のレーザ測距装置２ｂ（１ｂ）によるレーザ光の照射方向が自機１ｂ（２ｂ）のクロストーク領域に重なると判別した場合には、クロストーク信号をシャッター制御装置２２に出力する（ステップＳＴ８０５）。
一方、ステップＳＴ８０４において、クロストーク領域判別装置２０は、他のレーザ測距装置２ｂ（１ｂ）によるレーザ光の照射方向が自機１ｂ（２ｂ）のクロストーク領域には重ならないと判別した場合には、シャッター制御装置２２へのクロストーク信号の出力を停止する（ステップＳＴ８０６）。
【００４７】
次いで、シャッター制御装置２２は、クロストーク領域判別装置２０からクロストーク信号が入力された場合、クロストーク領域からの散乱光が集光する位置に対応する全てのシャッター素子を閉じるよう指示するシャッター制御信号をシャッター２１に出力する（ステップＳＴ８０７）。
一方、シャッター制御装置２２は、クロストーク領域判別装置２０からのクロストーク信号が入力されない場合、全てのシャッター素子を開くよう指示するシャッター制御信号をシャッター２１に出力する（ステップＳＴ８０８）。
次いで、シャッター２１は、シャッター制御装置２２からのシャッター制御信号に従って、指定された位置のシャッター素子を開閉する（ステップＳＴ８０９）。
【００４８】
次いで、受信レンズ１５は、受信視野中心に対して同軸方向に伝搬する対象物からの散乱光を受光器１６の受光面上へ集光し、受光器１６は、この集光された光を受光して電気信号に変換し、受信信号として距離算出装置１７に出力する（ステップＳＴ８１０）。
次いで、距離算出装置１７は、発振器１９からの変調信号と受光器１６からの受信信号との時間差に基づいて対象物までの距離を算出し、その距離信号を信号処理装置１８に出力する（ステップＳＴ８１１）。
【００４９】
次いで、信号処理装置１８は、スキャナ角度モニタ装置１４からのスキャナ角度信号に基づいてレーザ光の照射方向を算出し、距離算出装置１７からの距離信号から距離を抽出し、各レーザ光の照射方向に対する距離をプロットすることで３次元画像を生成する（ステップＳＴ８１２）。
【００５０】
ここで、上記動作を行うレーザレーダシステムにおいて、複数あるレーザ測距装置１ｂ，２ｂは、単一の制御装置３ｂから出力される同一のスキャナ制御信号を用いてレーザ光を走査している。そのため、図６に示すように、各レーザ測距装置１ｂ，２ｂの走査方向は同期しており、レーザ光は同じ方向を照射する。
そして、例えばレーザ測距装置２ｂによるレーザ光の照射方向がレーザ測距装置１ｂのクロストーク領域に重なる場合、レーザ測距装置２ｂによるレーザ光に対する第２’の散乱光がレーザ測距装置１ｂの受信系に入射される。また、レーザ測距装置１ｂ自身によるレーザ光に対する第１の散乱光も同時に入射される。この際、図９に示すように、第１の散乱光と第２’の散乱光は異なる角度からレーザ測距装置１ｂの受信系に入射し、受信レンズ１５により受光器１６の受光面上の異なる位置に集光される。
【００５１】
そこで、レーザ測距装置２ｂによるレーザ光の照射方向がレーザ測距装置１ｂのクロストーク領域に重なる場合、レーザ測距装置１ｂのクロストーク領域判別装置２０にてクロストーク信号を出力し、クロストーク領域内からの散乱光が集光する位置に対応するシャッター素子を閉じる。
これにより、第２’の散乱光を遮光することができ、距離算出装置１７においてクロストークによる誤った距離信号が出力されることを防ぐことができる。
【００５２】
なお、図１０に示すように、レーザ測距装置１ｂにおけるクロストーク領域θｃは、例えば各レーザ測距装置１ｂ，２ｂの視野中心方向が平行に配置されている場合、測距可能距離をＬ、視野角をθｓ、レーザ測距装置間距離をｄとすると、下式（１）で表される。ただし視野角θｓはsinθｓ＝θｓとみなせるほど十分に小さいとする。
【００５３】
また、図１１に示すように、上記クロストーク領域からの散乱光が集光する領域ｈｃは、受信レンズ１５の焦点距離をｆとすると、下式（２）で表される。
【００５４】
なお、シャッター２１による散乱光の遮光方法としては、液晶のように透過率を変化させる方法や、デジタルミラーデバイスのように反射角を変化させる方法等、各種方法が適用可能である。
また、シャッター２１は、シャッター素子を２次元状に配置したが、１次元状に配置してもよいし、１つのシャッター素子によりクロストーク領域からの散乱光が集光する領域を遮光するようにしてもよい。ここで、シャッター２１を１次元状配置、または１つのシャッター素子によりクロストーク領域からの散乱光を遮光する構成とすることで、部品点数を減らすことが可能となり、また、シャッター制御装置２２による制御信号の生成量を減少させることが可能となり、動作を高速化することが可能となる。
【００５５】
また、発振器１９で生成・出力する変調信号はＣＷ変調でもよい。なお、ＣＷ変調の場合には、距離算出装置１７では、当該変調信号と受信信号との位相差に基づいて対象物までの距離を算出する。
【００５６】
また、距離算出装置１７における変調信号と受信信号との時間差による距離算出方法としては、レーザ発振時間から受信信号検出時間までのクロック数をカウントする方法、パルス波形を逐次ＡＤ変換してパルスピークを検出する方法や、非特許文献１に示すような時間に比例して増加するランプ電圧とサンプルホールド回路を用いた方法等、各種方法が適用可能である。
【００５７】
また、受光器１６は、単素子の受光素子でもよいし、アレイ状の受光素子でもよい。なお、アレイ状の受光素子を用いる場合には、後段に信号加算装置を追加して、各素子からの受信信号を１つの受信信号にまとめるようにする。
【００５８】
また、スキャナ１３は、２次元走査を行うものとしたが、１次元走査を行うものでもよい。なお、１次元走査を行うスキャナ１３を用いた場合には、ラインセンサとなり１次元の距離データを取得できる。
【００５９】
以上のように、この実施の形態２によれば、制御装置３ｂにて、各レーザ測距装置１ｂ，２ｂに同一の照射方向を指定するスキャナ制御信号を生成し、各レーザ測距装置１ｂ，２ｂは、スキャナ制御信号に基づき、自機１ｂ（２ｂ）と他のレーザ測距装置２ｂ（１ｂ）によるレーザ光の照射方向が重なる場合には、当該照射方向が重なる領域からの散乱光が集光する位置に対応するシャッター素子を閉じるように構成したので、広視野な受信系においてクロストークによる誤りを回避することができる。
【００６０】
実施の形態３．
図１２はこの発明の実施の形態３におけるレーザ測距装置１ｂの構成を示す図である。なお、以下では、レーザ測距装置１ｂの構成について説明するが、その他のレーザ測距装置２ｂについても同様に構成されている。
図１２に示す実施の形態３におけるレーザ測距装置１ｂは、図７に示す実施の形態２に係るレーザ測距装置１ｂの受光器１６、シャッター２１およびシャッター制御装置２２をそれぞれアレイ状受光器２３、信号シャッター２４およびシャッター制御装置（シャッター制御手段）２２ｂに変更し、信号加算装置２５を追加したものである。
【００６１】
アレイ状受光器２３は、アレイ状に配置され、受信レンズ１５により集光され対応する位置に入射した光を受光し、電気信号に変換する機能を有する複数の受光素子を有するものである。そして、アレイ状受光器２３の各受光素子は、変換した電気信号を受信信号として距離算出装置１７側に出力する。
【００６２】
信号シャッター２４は、アレイ状受光器２３の後段に配置され、シャッター制御装置２２ｂからのシャッター制御信号に従って、指定された受信信号をカットする機能を有するものである。
【００６３】
シャッター制御装置２２ｂは、クロストーク領域判別装置２０からのクロストーク信号に従って、信号シャッター２４を制御する機能を有するものである。このシャッター制御装置２２ｂは、クロストーク信号が入力された場合には、クロストーク領域からの散乱光が集光する位置に対応する受光素子からの受信信号をカットするよう指示するシャッター制御信号を生成する。一方、シャッター制御装置２２ｂは、クロストーク信号が入力されない場合には、全ての受光素子からの受信信号をカットせず、そのまま出力するよう指示するシャッター制御信号を生成する。そして、シャッター制御装置２２ｂは、生成したシャッター制御信号を信号シャッター２４に出力する。
【００６４】
信号加算装置２５は、信号シャッター２４を通過した各受信信号を加算する機能を有するものである。そして、信号加算装置２５は、加算結果を受信信号として距離算出装置１７に出力する。
なお、距離算出装置１７は、発振器１９からの変調信号と信号加算装置２５からの受信信号との時間差に基づいて、レーザ光の伝搬時間を算出することで対象物までの距離を算出する機能を有する。
その他の装置は、図７に示す実施の形態２における各装置と同じ機能を有する。
【００６５】
ここで、実施の形態３に係るレーザレーダシステムでは、実施の形態２に係るレーザレーダシステムと比較して、物理的なシャッター２１では遮光しきれない背景光による影響を回避することができるという効果を有している。
【００６６】
すなわち、実施の形態２では、受光器１６の前段にシャッター２１を配置し、シャッター素子を閉じることで遮光を行っていた。しかし、例えばシャッター２１として液晶のような透過率を低下させるものを用いた場合、透過率は０％にはならないため、背景光を完全には遮光できない可能性がある。また、デジタルミラーデバイスのように反射角を変化させるものを用いた場合でも、反射面において散乱光が発生し、当該散乱光が背景光となって受光面に入射してしまうため、背景光を完全には遮光できない可能性がある。
そこで、シャッター２１により遮光を行うのではなく、信号シャッター２４を用いて受光素子により変換された電気信号をカットする。これにより、シャッター２１では遮光しきれない背景光による影響を回避することが可能となる。
また、信号シャッター２４では物理的な動作を伴わないことから、光を遮光するシャッター２１と比較して、シャッター動作を高速化することが可能であり、また、小型化することが可能となる。
【００６７】
なお、信号シャッター２４による受信信号のカット方法としては、スイッチのように電気的接続のＯＮ／ＯＦＦにより受光素子からの受信信号をカットする方法や、バイアス印加電圧をカットすることで対応する受光素子を不動作にして受信信号を出力させない方法等、各種方法が適用可能である。
【００６８】
また、発振器１９で生成・出力する変調信号はＣＷ変調でもよい。なお、ＣＷ変調の場合には、距離算出装置１７では、当該変調信号と受信信号との位相差に基づいて対象物までの距離を算出する。
【００６９】
また、距離算出装置１７における変調信号と受信信号との時間差による距離算出方法としては、レーザ発振時間から受信信号検出時間までのクロック数をカウントする方法、パルス波形を逐次ＡＤ変換してパルスピークを検出する方法や、非特許文献１に示すような時間に比例して増加するランプ電圧とサンプルホールド回路を用いた方法等、各種方法が適用可能である。
【００７０】
また、スキャナ１３は、２次元走査を行うものとしたが、１次元走査を行うものでもよい。なお、１次元走査を行うスキャナ１３を用いた場合には、ラインセンサとなり１次元の距離データを取得できる。
【００７１】
以上のように、この実施の形態３によれば、シャッター２１に代えて、アレイ状受光器２３の各受光素子からの受信信号のうち、指定された信号をカットする信号シャッター２４を用いるように構成したので、実施の形態２と比較して、シャッター２１では遮光しきれない背景光による影響を回避することが可能となる。
【００７２】
実施の形態４．
図１３はこの発明の実施の形態４におけるレーザ測距装置１ｂの構成を示す図である。なお、以下では、レーザ測距装置１ｂの構成について説明するが、その他のレーザ測距装置２ｂについても同様に構成されている。
図１３に示す実施の形態４におけるレーザ測距装置１ｂは、図７に示す実施の形態２に係るレーザ測距装置１ｂのクロストーク領域判別装置２０およびシャッター制御装置２２を集光位置算出装置（入射位置算出手段）２６およびシャッター制御装置（シャッター制御手段）２２ｃに変更したものである。
【００７３】
集光位置算出装置２６は、制御装置３ｂからのスキャナ制御信号に基づいて自機１ｂによるレーザ光の照射方向を算出し、当該レーザ光に対する散乱光が集光（入射）する受光器１６の受光面上の位置を算出する機能を有するものである。そして、集光位置算出装置２６は、算出した集光（入射）位置を示す集光位置信号をシャッター制御装置２２ｃに出力する。
【００７４】
シャッター制御装置２２ｃは、集光位置算出装置２６からの集光位置信号に従って、シャッター２１を制御する機能を有するものである。このシャッター制御装置２２ｃは、集光位置信号により指定された位置に対応する全てのシャッター素子を開き、その他の全てのシャッター素子を閉じるよう指示するシャッター制御信号を生成する。そして、シャッター制御装置２２ｃは、生成したシャッター制御信号をシャッター２１に出力する。
その他の装置は、図７に示す実施の形態２における各装置と同じ機能を有する。
【００７５】
ここで、実施の形態４に係るレーザレーダシステムでは、実施の形態２に係るレーザレーダシステムと比較して、受光器１６の受光面に集光しないクロストークによる散乱光を減衰させることができ、クロストークによる誤りを回避することができるという効果を有している。
【００７６】
例えばクロストークによる散乱光が受信視野外から入射した場合、当該散乱光は受光面には集光されず、受信レンズ１５を支持するレンズ鏡筒や、レーザ測距装置筐体の壁面に当たり、その位置から再び散乱光が生成される。また、受信レンズ１５表面においても、再び散乱光が生成される可能性がある。そして、当該散乱光が受光面に照射された場合、自機１ｂでクロストークとして誤った距離信号を出力してしまう。
また、上記散乱光は、受光面において集光しないため、実施の形態２，３に係るレーザレーダシステムのように、シャッター２１や信号シャッター２４により受光面上の一部の領域での遮光や信号をカットすることではクロストークを回避できない。
【００７７】
そこで、クロストークによる散乱光を減衰させるため、図１４に示すように、自機１ｂによるレーザ光の照射方向から伝搬する散乱光のみを通過させるようにシャッター素子を開き、その他のシャッター素子を全て閉じておく。これにより、クロストークによる散乱光の受光量を大幅に減衰させることができる。
例えば、クロストークによる散乱光が受光面全体に照射されるとし、シャッター素子が１００×１００素子の２次元配列で構成されているとし、レーザ光の照射方向から伝搬する散乱光の集光スポットサイズがシャッター素子以下とすると、上記動作によりクロストークによる散乱光の受光量を１／１００００に減衰させることができる。
そして、クロストークによる散乱光による受光量を減衰させた結果、クロストークによる受信信号も減衰する。そのため、受信信号が距離算出装置１７の検出限界を下回る場合には、誤った距離信号を出力することはなく、クロストークによる誤りを回避することが可能となる。
【００７８】
なお、集光位置算出装置２６において算出される、レーザ光の照射方向から伝搬する散乱光の受光面上の集光位置ｈＬは、レーザ照射方向をθＬ、受信レンズ１５の焦点距離をｆとすると、下式（３）で表される。
ｈＬ＝ｆ×θＬ （３）
【００７９】
なお、シャッター２１は、シャッター素子を２次元状に配置したが、１次元状に配置してもよい。ここで、シャッター２１を１次元状配置とすることで、部品点数を減らすことが可能となり、また、シャッター制御装置２２ｃにおける制御信号の生成量を減少させることが可能となり、動作を高速化することが可能となる
【００８０】
また、発振器１９で生成・出力する変調信号はＣＷ変調でもよい。なお、ＣＷ変調の場合には、距離算出装置１７では、当該変調信号と受信信号との位相差に基づいて対象物までの距離を算出する。
【００８１】
また、距離算出装置１７における変調制御信号と受信信号との時間差による距離算出方法としては、レーザ発振時間から受信信号検出時間までのクロック数をカウントする方法、パルス波形を逐次ＡＤ変換してパルスピークを検出する方法や、非特許文献１に示すような時間に比例して増加するランプ電圧とサンプルホールド回路を用いた方法等、各種方法が適用可能である。
【００８２】
また、スキャナ１３は、２次元走査を行うものとしたが、１次元走査を行うものでもよい。なお、１次元走査を行うスキャナ１３を用いた場合には、ラインセンサとなり１次元の距離データを取得できる。
【００８３】
以上のように、この実施の形態４によれば、集光位置算出装置２６にて、自機によるレーザ光に対する散乱光が集光する位置を算出し、当該集光位置に該当する全てのシャッター素子を開き、その他の全てのシャッター素子を閉じるように構成したので、実施の形態２と比較して、受光器１６の受光面に集光しないクロストークによる散乱光を減衰させることができ、クロストークによる誤りを回避することができる。
【００８４】
なお、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】
【００８５】
１，１ｂ，２，２ｂ レーザ測距装置、３，３ｂ 制御装置、１１ レーザ装置、１２ 変調器、１３ スキャナ、１４ スキャナ角度モニタ装置、１５ 受信レンズ、１６ 受光器、１７ 距離算出装置、１８ 信号処理装置、１９ 発振器、２０ クロストーク領域判別装置、２１ シャッター、２２，２２ｂ，２２ｃ シャッター制御装置、２３ アレイ状受光器、２４ 信号シャッター、２５ 信号加算装置、２６ 集光位置算出装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の測距を行う複数のレーザ測距装置と、前記各レーザ測距装置を制御する制御装置とを備えたレーザレーダシステムであって、
前記レーザ測距装置は、
前記制御装置による制御に従って、所定の変調信号でレーザ光を変調し、前記対象物に向けて走査するレーザ光送信手段と、
前記レーザ光送信手段により走査されたレーザ光に対する前記対象物からの散乱光を受光し、電気信号に変換する散乱光受信手段と、
前記散乱光受信手段により変換された電気信号と前記変調信号との時間差または位相差に基づいて前記対象物までの距離を算出する距離算出手段とを備え、
前記制御装置は、
前記各レーザ測距装置によるレーザ光の重なりを回避するように、または、当該重なる領域を指定するように、当該各レーザ光の所定諸言を同期させる
ことを特徴とするレーザレーダシステム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記レーザ測距装置ごとに異なるパルス変調タイミングを指定する変調制御信号を生成し、
前記レーザ光送信手段は、前記変調信号に代えて前記制御装置により生成された変調制御信号を用いる
ことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダシステム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記各レーザ測距装置に同一の照射方向を指定する制御信号を生成し、
前記各レーザ測距装置は、
前記散乱光受信手段の受光面の前段に配置され、閉じることで対応する位置に入射した光を遮光する複数のシャッター素子を有するシャッターと、
前記制御信号に基づいて、自機と他のレーザ測距装置によるレーザ光の照射方向が重なるかを判別するクロストーク領域判別手段と、
前記クロストーク領域判別手段により照射方向が重なると判別された場合に、前記シャッターを制御して、前記照射方向が重なる領域からの散乱光が入射する位置に対応するシャッター素子を閉じさせるシャッター制御手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダシステム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記各レーザ測距装置に同一の照射方向を指定する制御信号を生成し、
前記散乱光受信手段は、対応する位置に入射した散乱光を受光し、電気信号に変換する複数の受光素子を有する受光器を備え、
前記各レーザ測距装置は、
前記受光器の後段に配置され、指定された受光素子からの電気信号をカットする信号シャッターと、
前記制御信号に基づいて、自機と他のレーザ測距装置によるレーザ光の照射方向が重なるかを判別するクロストーク領域判別手段と、
前記クロストーク領域判別手段により照射方向が重なると判別された場合に、前記信号シャッターを制御して、前記照射方向が重なる領域からの散乱光が入射する位置に対応する受光素子からの電気信号をカットさせるシャッター制御手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダシステム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記各レーザ測距装置に同一の照射方向を指定する制御信号を生成し、
前記各レーザ測距装置は、
前記散乱光受信手段の受光面の前段に配置され、閉じることで対応する位置に入射した光を遮光する複数のシャッター素子を有するシャッターと、
前記制御信号に基づいて自機によるレーザ光の照射方向を算出し、当該レーザ光に対する散乱光が入射する位置を算出する入射位置算出手段と、
前記シャッターを制御して、前記入射位置算出手段により算出された散乱光の入射位置に対応するシャッター素子を開かせ、それ以外のシャッター素子を閉じさせるシャッター制御手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダシステム。
【請求項６】
対象物の測距を行うレーザ測距装置であって、
制御装置による、複数の前記レーザ測距装置によるレーザ光の重なりを回避するように、または、当該重なる領域を指定するように、当該各レーザ光の所定諸言を同期させる制御に従って、所定の変調信号でレーザ光を変調し、前記対象物に向けて走査するレーザ光送信手段と、
前記レーザ光送信手段により走査されたレーザ光に対する前記対象物からの散乱光を受光し、電気信号に変換する散乱光受信手段と、
前記散乱光受信手段により変換された電気信号と前記変調信号との時間差または位相差に基づいて前記対象物までの距離を算出する距離算出手段とを備えた
ことを特徴とするレーザ測距装置。
【請求項７】
対象物の測距を行う複数のレーザ測距装置を制御する制御装置であって、
前記各レーザ測距装置によるレーザ光の重なりを回避するように、または、当該重なる領域を指定するように、当該各レーザ光の所定諸言を同期させる
ことを特徴とする制御装置。
【請求項１】
対象物の測距を行う複数のレーザ測距装置と、前記各レーザ測距装置を制御する制御装置とを備えたレーザレーダシステムであって、
前記レーザ測距装置は、
前記制御装置による制御に従って、所定の変調信号でレーザ光を変調し、前記対象物に向けて走査するレーザ光送信手段と、
前記レーザ光送信手段により走査されたレーザ光に対する前記対象物からの散乱光を受光し、電気信号に変換する散乱光受信手段と、
前記散乱光受信手段により変換された電気信号と前記変調信号との時間差または位相差に基づいて前記対象物までの距離を算出する距離算出手段とを備え、
前記制御装置は、
前記各レーザ測距装置によるレーザ光の重なりを回避するように、または、当該重なる領域を指定するように、当該各レーザ光の所定諸言を同期させる
ことを特徴とするレーザレーダシステム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記レーザ測距装置ごとに異なるパルス変調タイミングを指定する変調制御信号を生成し、
前記レーザ光送信手段は、前記変調信号に代えて前記制御装置により生成された変調制御信号を用いる
ことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダシステム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記各レーザ測距装置に同一の照射方向を指定する制御信号を生成し、
前記各レーザ測距装置は、
前記散乱光受信手段の受光面の前段に配置され、閉じることで対応する位置に入射した光を遮光する複数のシャッター素子を有するシャッターと、
前記制御信号に基づいて、自機と他のレーザ測距装置によるレーザ光の照射方向が重なるかを判別するクロストーク領域判別手段と、
前記クロストーク領域判別手段により照射方向が重なると判別された場合に、前記シャッターを制御して、前記照射方向が重なる領域からの散乱光が入射する位置に対応するシャッター素子を閉じさせるシャッター制御手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダシステム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記各レーザ測距装置に同一の照射方向を指定する制御信号を生成し、
前記散乱光受信手段は、対応する位置に入射した散乱光を受光し、電気信号に変換する複数の受光素子を有する受光器を備え、
前記各レーザ測距装置は、
前記受光器の後段に配置され、指定された受光素子からの電気信号をカットする信号シャッターと、
前記制御信号に基づいて、自機と他のレーザ測距装置によるレーザ光の照射方向が重なるかを判別するクロストーク領域判別手段と、
前記クロストーク領域判別手段により照射方向が重なると判別された場合に、前記信号シャッターを制御して、前記照射方向が重なる領域からの散乱光が入射する位置に対応する受光素子からの電気信号をカットさせるシャッター制御手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダシステム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記各レーザ測距装置に同一の照射方向を指定する制御信号を生成し、
前記各レーザ測距装置は、
前記散乱光受信手段の受光面の前段に配置され、閉じることで対応する位置に入射した光を遮光する複数のシャッター素子を有するシャッターと、
前記制御信号に基づいて自機によるレーザ光の照射方向を算出し、当該レーザ光に対する散乱光が入射する位置を算出する入射位置算出手段と、
前記シャッターを制御して、前記入射位置算出手段により算出された散乱光の入射位置に対応するシャッター素子を開かせ、それ以外のシャッター素子を閉じさせるシャッター制御手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダシステム。
【請求項６】
対象物の測距を行うレーザ測距装置であって、
制御装置による、複数の前記レーザ測距装置によるレーザ光の重なりを回避するように、または、当該重なる領域を指定するように、当該各レーザ光の所定諸言を同期させる制御に従って、所定の変調信号でレーザ光を変調し、前記対象物に向けて走査するレーザ光送信手段と、
前記レーザ光送信手段により走査されたレーザ光に対する前記対象物からの散乱光を受光し、電気信号に変換する散乱光受信手段と、
前記散乱光受信手段により変換された電気信号と前記変調信号との時間差または位相差に基づいて前記対象物までの距離を算出する距離算出手段とを備えた
ことを特徴とするレーザ測距装置。
【請求項７】
対象物の測距を行う複数のレーザ測距装置を制御する制御装置であって、
前記各レーザ測距装置によるレーザ光の重なりを回避するように、または、当該重なる領域を指定するように、当該各レーザ光の所定諸言を同期させる
ことを特徴とする制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−１１３６７０（Ｐ２０１３−１１３６７０Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５９０８４（Ｐ２０１１−２５９０８４）
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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