レーザレーダ装置
【課題】検出物体の検出精度を高め得るレーザレーダ装置を提供する。
【解決手段】所定の回動角度において検出される受光波形が前回の同一回動角度において検出された波形に一致するとみなされる検出状態が継続して検出される場合に、この受光波形がその回動角度の背景波形として設定される。そして、遠距離側の受光波形の検出時間Ｔｆがその回動角度における背景波形の検出時間Ｔｏに相当する、２つの波形が検出されるとき、この遠距離側の受光波形と背景波形との比率に基づいて、近距離側の受光波形に応じて検出される検出物体の回動方向長さが演算されて測定される。
【解決手段】所定の回動角度において検出される受光波形が前回の同一回動角度において検出された波形に一致するとみなされる検出状態が継続して検出される場合に、この受光波形がその回動角度の背景波形として設定される。そして、遠距離側の受光波形の検出時間Ｔｆがその回動角度における背景波形の検出時間Ｔｏに相当する、２つの波形が検出されるとき、この遠距離側の受光波形と背景波形との比率に基づいて、近距離側の受光波形に応じて検出される検出物体の回動方向長さが演算されて測定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を用いて検出物体までの距離や方位を検出するレーザレーダ装置に関する技術として、下記特許文献１に示すレーザレーダ走査装置が知られている。このレーザレーダ走査装置では、レーザダイオードからレーザ光が出力されると、スリットを通過し光アイソレータを透過したレーザ光が凹面鏡によって略平行光線に変換され、空間に向けて照射される。このレーザ光が検出物体によって反射されてその反射光の一部が再び凹面鏡に入射されると、この反射光は、凹面鏡にて光アイソレータへ向けて集光するように反射されて、当該光アイソレータにてフォトダイオードへ向けて反射される。これにより、フォトダイオードが入力されたレーザ光に応じた電気信号を出力することで、レーザ光を出力してからその反射光を検出するまでの時間を測定することによって、検出物体までの距離を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２７８９７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、装置内から外方の空間に向けて照射されるレーザ光は、略平行光に変換されてはいるものの、その光軸に直交する断面の径（以下、レーザスポット径ともいう）が遠距離ほど徐々に大きくなるように広がってしまう。そのため、レーザの発光面が極小に設定されていても、例えば、３０ｍ先では２０〜３０ｃｍほどのレーザスポット径になってしまう場合がある。
【０００５】
レーザレーダ装置では、検出物体からの反射光の光量しか検出しないため、例えば、第１の検出物体と、この第１の検出物体よりも大きさが大きく反射率が低い第２の検出物体とからの反射光量が等しい場合には、双方の大きさの違いを認識することが困難である。このため、本来検出不要な大きさの物体、例えば、小鳥や落ち葉であっても検出してしまう可能性があり、レーザスポット径が大きくなる遠方の検出物体では、この現象がさらに顕著になる。
【０００６】
また、レーザ光の出射方向を変化させて周囲の検出物体からの反射光を検出する場合、遠方の検出物体に対してはレーザ走査間隔が大きくなる。そのため、例えば、レーザ光の発光タイミングを０．２５°毎で変化させる場合、３０ｍ先ではレーザ走査間隔が約１３ｃｍになることから、小さな検出物体であっても出射方向変化前後にて同距離での反射光が検出されると当該検出物体の大きさが約２６ｃｍとして認識されてしまう。このように、発光タイミングによる誤差（角度分解能による誤差）やレーザスポット径の広がりによる誤差のために、本来検出不要な大きさの物体を検出してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、検出物体の検出精度を高め得るレーザレーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項１のレーザレーダ装置では、レーザ光を発生するレーザ光発生手段と、前記レーザ光発生手段から前記レーザ光が発生されたときに、当該レーザ光が検出物体にて反射した反射光を波形として検出する光検出手段と、所定の中心軸を中心として回動可能に構成された偏向手段を備えるとともに、当該偏向手段により前記レーザ光を空間に向けて偏向させ、かつ前記反射光を前記光検出手段に向けて偏向する回動偏向手段と、前記回動偏向手段を駆動する駆動手段と、前記レーザ光発生手段での前記レーザ光の発生からこのレーザ光が前記検出物体にて反射された反射光が前記光検出手段により検出されるまでの検出時間に基づいて前記検出物体までの距離を測定する距離測定手段と、を備えたレーザレーダ装置であって、所定の回動角度において前記光検出手段により検出される波形が前回の同一回動角度において検出された波形に一致するとみなされる検出状態が継続して検出される場合にこの波形をその回動角度の背景波形として設定する設定手段と、遠距離側の波形の前記検出時間がその回動角度における前記背景波形の前記検出時間に相当する、２つの波形が前記光検出手段により検出されるとき、この遠距離側の波形と前記背景波形との比率に基づいて、近距離側の波形に応じて検出される前記検出物体の大きさを測定する測定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載のレーザレーダ装置において、前記測定手段は、前記遠距離側の波形の振幅値と前記背景波形の振幅値との比率に基づいて、前記近距離側の波形に応じて検出される前記検出物体の大きさを測定することを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１に記載のレーザレーダ装置において、前記測定手段は、前記遠距離側の波形が所定の閾値以上となる状態の時間と前記背景波形が前記所定の閾値以上となる状態の時間との比率に基づいて、前記近距離側の波形に応じて検出される前記検出物体の大きさを測定することを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置において、前記測定手段により測定された前記検出物体の大きさが検出対象外である場合にこの検出物体の検出を無効にする無効手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項４に記載のレーザレーダ装置において、前記検出対象となる前記検出物体の大きさは、前記距離測定手段により測定される距離に応じて設定されることを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置において、前記測定手段は、前記距離測定手段による前記検出物体までの測定距離での前記レーザ光の断面寸法を演算する断面寸法演算手段を備え、前記検出物体の一部により第１の回動角度にて前記２つの波形が前記光検出手段により検出され、この検出物体の残部により前記第１の回動角度から所定角度回動した間の全ての回動角度にて１つの波形が前記光検出手段により検出されるとき、前記１つの波形が検出される回動角度の数と、前記２つの波形の前記比率と、前記断面寸法とに基づいて、当該検出物体の回動方向に沿う長さを測定することを特徴とする。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項６に記載のレーザレーダ装置において、前記断面寸法演算手段は、前記レーザ光の広がりに応じて前記測定距離での前記断面寸法を演算することを特徴とする。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項１、４〜７のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置において、前記光検出手段により検出される波形が所定の光量を超えているか否かを判定するための閾値が複数設定されており、光量を縦軸とし時間を横軸とする座標において、１つの前記閾値が前記光検出手段により検出される波形と交わる交点を面積演算用交点とするとき、前記測定手段は、前記複数の閾値のうちの２つ以上の閾値と前記遠距離側の波形とが交わる複数の前記面積演算用交点により囲まれる多角形状の領域の面積である第１遠距離側面積と、前記２つ以上の閾値と前記背景波形とが交わる複数の前記面積演算用交点により囲まれる多角形状の領域の面積である第１背景側面積と、の比率に基づいて、前記近距離側の波形に応じて検出される前記検出物体の大きさを測定することを特徴とする。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項８に記載のレーザレーダ装置において、前記測定手段は、前記第１遠距離側面積を構成する最小の閾値での２つの前記面積演算用交点とこれら両面積演算用交点から前記横軸にそれぞれ下ろした垂線の足とにより囲まれる四角形状の領域の面積を当該第１遠距離側面積に加えた合計面積と、前記第１背景側面積を構成する最小の閾値での２つの前記面積演算用交点とこれら両面積演算用交点から前記横軸にそれぞれ下ろした垂線の足とにより囲まれる四角形状の領域の面積を当該第１背景側面積に加えた合計面積と、の比率に基づいて、前記近距離側の波形に応じて検出される前記検出物体の大きさを測定することを特徴とする。
【００１７】
請求項１０の発明は、請求項８または９に記載のレーザレーダ装置において、前記光検出手段による検出が想定される光量の波形と前記閾値とが交わる２つの交点間の距離が、光量毎に閾値に応じて判定用距離として予めそれぞれ測定されて記憶され、前記測定手段は、所定の前記閾値が前記遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での前記判定用距離との距離差が、他の閾値での前記距離差よりも大きくなる前記面積演算用交点を除いて、前記第１遠距離側面積および前記第１背景側面積を演算することを特徴とする。
【００１８】
請求項１１の発明は、請求項１０に記載のレーザレーダ装置において、前記測定手段は、所定の前記閾値が前記遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での前記判定用距離とが一致するとみなされる閾値が１つのみの場合には、前記第１遠距離側面積を、当該１つの閾値での前記交点間を結ぶ線分と、この１つの閾値での光量と同じ光量であって他の閾値に対応する前記判定用距離を全長とする線分と、の２つの線分の一方を上底とし他方を下底とする台形状の領域の面積に基づいて演算することを特徴とする。
【００１９】
請求項１２の発明は、請求項１、４〜７のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置において、前記光検出手段により検出される波形が所定の光量を超えているか否かを判定するための閾値が複数設定されており、光量を縦軸とし時間を横軸とする座標において、１つの前記閾値が前記光検出手段により検出される波形と交わる交点を面積演算用交点とするとき、前記測定手段は、前記複数の閾値のうちの２つの閾値と前記遠距離側の波形とが交わる４つの前記面積演算用交点のうち近距離側の２つを結ぶ直線および遠距離側の２つを結ぶ直線の２つの直線と、前記横軸とにより囲まれる三角形状の領域の面積である第２遠距離側面積と、前記２つの閾値と前記背景波形とが交わる４つの前記面積演算用交点のうち近距離側の２つを結ぶ直線および遠距離側の２つを結ぶ直線の２つの直線と、前記横軸とにより囲まれる三角形状の領域の面積である第２背景側面積と、の比率に基づいて、前記近距離側の波形に応じて検出される前記検出物体の大きさを測定することを特徴とする。
【００２０】
請求項１３の発明は、請求項１２に記載のレーザレーダ装置において、前記光検出手段による検出が想定される光量の波形と前記閾値とが交わる２つの交点間の距離が、光量毎に閾値に応じて判定用距離として予めそれぞれ測定されて記憶され、前記測定手段は、所定の前記閾値が前記遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と同じ閾値および光量での前記判定用距離との距離差が、他の閾値での前記距離差よりも大きくなる前記面積演算用交点を除いて、前記第２遠距離側面積および前記第２背景側面積を演算することを特徴とする。
【００２１】
請求項１４の発明は、請求項１３に記載のレーザレーダ装置において、前記測定手段は、所定の前記閾値が前記遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での前記判定用距離とが一致するとみなされる閾値が１つのみの場合には、前記第２遠距離側面積を、当該１つの閾値での前記交点間を結ぶ第１の線分と、この１つの閾値での光量と同じ光量であって他の１つの閾値に対応する前記判定用距離を全長とし前記第１の線分と垂直二等分線が一致する第２の線分と、の双方の端点を通過し前記横軸を底辺とする二等辺三角形からなる領域の面積に基づいて演算することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１の発明では、所定の回動角度において光検出手段により検出される波形が前回の同一回動角度において検出された波形に一致するとみなされる検出状態が継続して検出される場合に、設定手段により、この波形がその回動角度の背景波形として設定される。そして、遠距離側の波形の検出時間がその回動角度における背景波形の検出時間に相当する、２つの波形が光検出手段により検出されるとき、この遠距離側の波形と背景波形との比率に基づいて、測定手段により、近距離側の波形に応じて検出される検出物体の大きさが測定される。
【００２３】
所定の回動角度において光検出手段により検出される波形が前回の同一回動角度において検出された波形に一致するとみなされる検出状態が継続して検出されると、この波形は、常にその場所に位置する壁などの物体（以下、単に背景ともいう）からの反射光によるものと推定できる。また、２つの波形が検出される場合とは、出射されたレーザ光の一部が検出物体にて反射されて近距離側の波形として検出された後に、そのレーザ光の残部が出射方向後方の物体にて反射されて遠距離側の波形として検出される場合である。
【００２４】
そのため、２つの波形が検出されるときに遠距離側の波形の検出時間がその回動角度における背景波形の検出時間に相当する場合には、出射されたレーザ光は、その一部が検出物体にて反射され、その残部が検出物体よりも遠距離にある背景にて反射されたことが推定される。この場合、近距離側である検出物体がレーザ光の光軸に直交する断面（以下、スポット断面ともいう）に占める面積が小さくなるほど、すなわち検出物体が小さいほど、遠距離側の波形は、背景波形に近づくように変化する。このため、遠距離側の波形と背景波形との比率に基づいて、近距離側の波形に応じて検出される検出物体の大きさを測定することができる。
したがって、スポット断面よりも小さな検出物体の大きさを測定することができるので、検出物体の検出精度を高めることができる。
【００２５】
請求項２の発明では、測定手段により、遠距離側の波形の振幅値と背景波形の振幅値との比率に基づいて、近距離側の波形に応じて検出される検出物体の大きさが測定される。このように両波形の振幅値の比率に基づいて検出物体がスポット断面に占める面積比を演算することで、検出物体の大きさを容易に測定することができる。
【００２６】
請求項３の発明では、測定手段により、遠距離側の波形が所定の閾値以上となる状態の時間と背景波形が所定の閾値以上となる状態の時間との比率に基づいて、近距離側の波形に応じて検出される検出物体の大きさが測定される。
【００２７】
検出物体がスポット断面に占める面積が小さくなるほど、遠距離側の波形が上記所定の閾値以上となる状態の時間は、背景波形が上記所定の閾値以上となる状態の時間に近づくように変化する。このため、遠距離側の波形が上記所定の閾値以上となる状態の時間と背景波形が上記所定の閾値以上となる状態の時間との比率に基づいて検出物体がスポット断面に占める面積比を演算することで、検出物体の大きさを容易に測定することができる。
【００２８】
請求項４の発明では、測定手段により測定された検出物体の大きさが検出対象外である場合に、この検出物体の検出が無効手段により無効となるので、検出不要な大きさの物体の検出を防止することができる。
【００２９】
請求項５の発明では、検出対象となる検出物体の大きさは、距離測定手段により測定される距離に応じて設定されるため、例えば、遠距離での検出対象の大きさを近距離よりも大きく設定することで、所望の大きさの検出物体を検出するとともに、検出不要な大きさの物体の検出を確実に防止することができる。
【００３０】
請求項６の発明では、検出物体の一部により第１の回動角度にて２つの波形が検出され、この検出物体の残部により第１の回動角度から所定角度回動した間の全ての回動角度にて１つの波形が検出されるとき、１つの波形が検出される回動角度の数と、２つの波形の比率と、レーザ光の断面寸法とに基づいて、当該検出物体の回動方向に沿う長さ（以下、回動方向長さともいう）が測定される。
【００３１】
検出物体の回動方向長さがスポット断面の回動方向長さよりも十分に長い場合、検出物体の回動方向中央部（以下、全照射部ともいう）では、その回動角度におけるスポット断面の全てが照射される。また、検出物体の回動方向端部（以下、一部照射部ともいう）では、スポット断面の全てが照射される場合を除き、その回動角度におけるスポット断面の一部が照射されてその残部が背景等に照射される。そのため、全照射部に対応する回動角度では、背景波形が検出されることなく１つの波形が略同一の検出時間にてそれぞれ検出され、一部照射部位に対応する回動角度では、上述のように２つの波形が検出されることとなる。
【００３２】
このため、１つの波形が検出される回動角度の数（全照射部の数）により、検出物体のうち全照射部が占める回動方向長さが求められる。また、２つの波形の比率から算出される一部照射部がスポット断面に占める面積比と、このスポット断面の断面寸法とにより、検出物体のうち一部照射部が占める回動方向長さが求められる。その結果、これら全照射部が占める回動方向長さと一部照射部が占める回動方向長さとにより、検出物体の回動方向長さを正確に測定することができる。
【００３３】
請求項７の発明では、断面寸法演算手段により、レーザ光の広がりに応じて測定距離でのスポット断面の断面寸法が演算されるので、予めレーザ光の広がりを把握することでその測定距離でのスポット断面の断面寸法を容易に演算することができる。
【００３４】
請求項８の発明では、測定手段により、複数の閾値のうちの２つ以上の閾値と遠距離側の波形とが交わる複数の面積演算用交点により囲まれる多角形状の領域の面積である第１遠距離側面積と、上記２つ以上の閾値と背景波形とが交わる複数の面積演算用交点により囲まれる多角形状の領域の面積である第１背景側面積と、の比率に基づいて、近距離側の波形に応じて検出される検出物体の大きさが測定される。
【００３５】
上述のような各面積演算用交点により囲まれる多角形状の領域は、対応する波形の形状を反映した領域となる。特に、面積演算用交点の数が多いほど、すなわち、閾値の数が多いほど、対応する波形の形状が上記領域として反映されることとなる。このため、それぞれ領域の面積を第１遠距離側面積および第１背景側面積として算出しこれら両面積の比率を用いることで、遠距離側の波形と背景波形との比率を精度良く算出でき、検出物体の大きさの測定精度を向上させることができる。
【００３６】
請求項９の発明では、測定手段により、第１遠距離側面積を構成する最小の閾値での２つの面積演算用交点とこれら両面積演算用交点から横軸にそれぞれ下ろした垂線の足とにより囲まれる四角形状の領域の面積を当該第１遠距離側面積に加えた合計面積と、第１背景側面積を構成する最小の閾値での２つの面積演算用交点とこれら両面積演算用交点から横軸にそれぞれ下ろした垂線の足とにより囲まれる四角形状の領域の面積を当該第１背景側面積に加えた合計面積と、の比率に基づいて、近距離側の波形に応じて検出される検出物体の大きさが測定される。
【００３７】
請求項８の発明に対して、最小の閾値での２つの面積演算用交点と上記垂線の足とにより囲まれる四角形状の領域の面積をさらに加えた合計面積の比率を用いるので、上記多角形状の領域に上記四角形状の領域を加えた領域は、上記多角形状の領域のみと比較して、対応する波形の形状をより反映した領域となる。このため、それぞれの合計面積の比率を用いることで、遠距離側の波形と背景波形との比率をより精度良く算出でき、検出物体の大きさの測定精度をより向上させることができる。
【００３８】
請求項１０の発明では、測定手段にて、所定の閾値が遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での判定用距離との距離差が、他の閾値での距離差よりも大きくなる面積演算用交点を除いて、第１遠距離側面積および第１背景側面積が演算される。
【００３９】
通常の受光波形であれば、その受光波形と所定の閾値とが交わる２つの交点間の距離が、同じ閾値および光量でほぼ一定となることが想定される。すなわち、判定用距離との距離差が他の閾値での距離差よりも大きくなる面積演算用交点は、受光波形に含まれる異常な成分と閾値との交点である可能性が高いことが想定される。このため、上述のような面積演算用交点を除いて第１遠距離側面積および第１背景側面積を演算することで、遠距離側の波形と背景波形との比率をさらに精度良く算出して、検出物体の大きさの測定精度を確実に向上させることができる。
【００４０】
請求項１１の発明では、所定の閾値が遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での判定用距離とが一致するとみなされる閾値が１つのみの場合には、測定手段により、第１遠距離側面積は、当該１つの閾値での交点間を結ぶ線分と、この１つの閾値での光量と同じ光量であって他の閾値に対応する判定用距離を全長とする線分と、の２つの線分の一方を上底とし他方を下底とする台形状の領域の面積に基づいて演算される。
【００４１】
ノイズなどの影響により遠距離側の波形が乱れると、複数の閾値を設定している場合でも、所定の閾値が遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での判定用距離とが一致するとみなされる閾値が１つだけであり、他の閾値では判定用距離との距離差が大きくなる場合がある。この場合、２つの面積演算用交点だけでは、遠距離側の波形の形状が反映される多角形状の領域を想定することができない。
【００４２】
そこで、判定用距離と一致するとみなされる１つの閾値での交点間距離を基準として、他の閾値に対応する判定用距離からこの他の閾値での交点間距離を推定する。そして、このように推定した交点間距離を全長とする線分と、基準となる当該１つの閾値での交点間を結ぶ線分と、の２つの線分の一方を上底とし他方を下底とする台形状の領域に基づいて、第１遠距離側面積を演算する。このように他の閾値での交点間距離を推定することで、ノイズなどの影響により遠距離側の波形が乱れた場合であっても、第１遠距離側面積を演算することができる。
【００４３】
請求項１２の発明では、測定手段により、複数の閾値のうちの２つの閾値と遠距離側の波形とが交わる４つの面積演算用交点のうち近距離側の２つを結ぶ直線および遠距離側の２つを結ぶ直線の２つの直線と、横軸とにより囲まれる三角形状の領域の面積である第２遠距離側面積と、２つの閾値と背景波形とが交わる４つの面積演算用交点のうち近距離側の２つを結ぶ直線および遠距離側の２つを結ぶ直線の２つの直線と、横軸とにより囲まれる三角形状の領域の面積である第２背景側面積と、の比率に基づいて、近距離側の波形に応じて検出される検出物体の大きさが測定される。
【００４４】
上述のような三角形状の領域は、対応する波形の形状を反映した領域となる。特に、少なくとも２つの閾値を設定するだけで、対応する波形の形状を反映した領域が区画されることとなる。このため、それぞれ領域の面積を第２遠距離側面積および第２背景側面積として算出しこれら両面積の比率を用いることで、遠距離側の波形と背景波形との比率を精度良く算出でき、検出物体の大きさの測定精度を向上させることができる。
【００４５】
請求項１３の発明では、測定手段にて、所定の閾値が遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と同じ閾値および光量での判定用距離との距離差が、他の閾値での距離差よりも大きくなる面積演算用交点を除いて、第２遠距離側面積および第２背景側面積が演算される。
【００４６】
通常の受光波形であれば、その波形と所定の閾値とが交わる２つの交点間の距離が、同じ閾値および光量でほぼ一定となることが想定される。すなわち、判定用距離との距離差が他の閾値での距離差よりも大きくなる面積演算用交点は、受光波形に含まれる異常な成分と閾値との交点である可能性が高いことが想定される。このため、上述のような面積演算用交点を除いて第２遠距離側面積および第２背景側面積を演算することで、遠距離側の波形と背景波形との比率をさらに精度良く算出して、検出物体の大きさの測定精度を確実に向上させることができる。
【００４７】
請求項１４の発明では、所定の閾値が遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での判定用距離とが一致するとみなされる閾値が１つのみの場合には、測定手段により、第２遠距離側面積は、当該１つの閾値での交点間を結ぶ第１の線分と、この１つの閾値での光量と同じ光量であって他の１つの閾値に対応する判定用距離を全長とし上記第１の線分と垂直二等分線が一致する第２の線分と、の双方の端点を通過し前記横軸を底辺とする二等辺三角形からなる領域の面積に基づいて演算される。
【００４８】
ノイズなどの影響により遠距離側の波形が乱れると、複数の閾値を設定している場合でも、所定の閾値が遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での判定用距離とが一致するとみなされる閾値が１つだけであり、他の閾値では判定用距離との距離差が大きくなる場合がある。この場合、２つの面積演算用交点だけでは、遠距離側の波形の形状が反映される三角形状の領域を想定することができない。
【００４９】
そこで、判定用距離と一致するとみなされる１つの閾値での交点間距離を基準として、他の閾値に対応する判定用距離からこの他の閾値での交点間距離を推定する。このとき、上記第１の線分と第２の線分の双方の端点を通過し横軸を底辺とする二等辺三角形からなる領域は、対応する波形の形状を反映した領域となるので、この領域の面積に基づいて第２遠距離側面積を演算する。このように他の閾値での交点間距離を推定することで、ノイズなどの影響により遠距離側の波形が乱れた場合であっても、第２遠距離側面積を演算することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本第１実施形態に係るレーザレーダ装置を概略的に例示する断面図である。
【図２】２つの受光波形が検出される状況を説明するための説明図である。
【図３】図３（Ａ）は、検出物体および背景が検出される状態を例示する波形図であり、図３（Ｂ）は、背景のみが検出される状態を例示する波形図である。
【図４】第１実施形態に係る制御回路における検出処理の流れを例示するフローチャートの一部である。
【図５】第１実施形態に係る制御回路における検出処理の流れを例示するフローチャートの一部である。
【図６】第１実施形態に係る制御回路における検出処理の流れを例示するフローチャートの一部である。
【図７】図７（Ａ）〜（Ｄ）は、各スポット断面において検出物体にてレーザ光が反射される領域と背景にてレーザ光が反射される領域とを例示する説明図である。
【図８】図８（Ａ）〜（Ｃ）は、各スポット断面において検出物体にてレーザ光が反射される領域と背景にてレーザ光が反射される領域とを例示する説明図である。
【図９】図９（Ａ），（Ｂ）は、各スポット断面において検出物体にてレーザ光が反射される領域と背景にてレーザ光が反射される領域とを例示する説明図である。
【図１０】第２実施形態に係る制御回路における検出処理の流れを例示するフローチャートの一部である。
【図１１】第１遠距離側面積および第１背景側面積を説明するための説明図である。
【図１２】光量と判定用距離との関係を閾値毎に示す光量−判定用距離マップの一例を示す説明図である。
【図１３】ノイズ等が含まれる波形と閾値とが交わる面積演算用交点を示す説明図である。
【図１４】他の波形が重なった波形と閾値とが交わる面積演算用交点を示す説明図である。
【図１５】交点間距離と判定用距離とが一致するとみなされる閾値が１つもない波形を例示する説明図である。
【図１６】交点間距離と判定用距離とが一致するとみなされる閾値が１つもない波形を例示する説明図である。
【図１７】第３実施形態に係る制御回路における検出処理の流れを例示するフローチャートの一部である。
【図１８】第２遠距離側面積および第２背景側面積を説明するための説明図である。
【図１９】ノイズ等が含まれる波形と閾値とが交わる状態での第１の線分および第２の線分を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
［第１実施形態］
以下、本発明のレーザレーダ装置を具現化した第１実施形態について図を参照して説明する。
図１に示すように、レーザレーダ装置１は、レーザダイオード１０と、検出物体からの反射光Ｌ３を受光するフォトダイオード２０と、レーザダイオード１０およびフォトダイオード２０を制御する制御回路７０とを備え、検出物体までの距離や方位を検出する装置として構成されている。レーザダイオード１０は、「レーザ光発生手段」の一例に相当するものであり、制御回路７０の制御により図略のレーザ駆動回路からパルス電流を供給されてパルスレーザ光（レーザ光Ｌ０）を投光するものである。
【００５２】
フォトダイオード２０は、「光検出手段」の一例に相当するものであり、レーザダイオード１０からレーザ光Ｌ０が発生したときに、このレーザ光Ｌ０が検出物体によって反射した反射光Ｌ３等を検出し受光信号に変換して制御回路７０に出力する構成をなしている。なお、検出物体からの反射光については所定領域のものが取り込まれる構成となっており、図１の例では、符号Ｌ３で示す２つのライン間の領域の反射光が取り込まれるようになっている。
【００５３】
また、レーザ光Ｌ０の光軸上にはレンズ６０及びミラー３０が設けられている。レンズ６０は、コリメートレンズとして構成されるものであり、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ０を略平行光に変換する。
【００５４】
ミラー３０は、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ０の透過と、検出物体側からの反射光Ｌ３の反射を実現するものである。具体的には、レーザ光Ｌ０の光軸に対し所定角度で傾斜してなる反射面３１を有するとともに、反射面３１と交差する方向の貫通路３２を備えている。本構成では、レーザ光Ｌ０の光軸と反射光Ｌ３の光軸とを一致させる構成としており、ミラー３０は、共通の光軸上に配されて貫通路３２を介してレーザ光Ｌ０を通過させる一方、反射面３１により反射光Ｌ３をフォトダイオード２０に向けて反射する構成をなしている。
【００５５】
なお、上述したように、レーザダイオード１０から貫通路３２までのレーザ光Ｌ０の光路上に、レーザ光Ｌ０を略平行光に変換するレンズ６０が設けられているが、このレンズ６０は、貫通路３２においてほぼすべての光を通過させる略平行光を発生させる形態とすると良い。逆に、貫通路３２に着目した場合、当該貫通路３２は、レンズ６０によって略平行光とされたレーザ光Ｌ０のほぼすべての光を通過させるサイズとすると良い。
【００５６】
また、ミラー３０を通過するレーザ光Ｌ０の光軸上には、回動偏向機構４０が設けられている。この回動偏向機構４０は、レーザ光Ｌ０の光軸方向に延びる中心軸を中心として回動可能に配設されるとともに、この中心軸上に焦点位置が設定される凹面鏡４１によってレーザ光Ｌ０を空間に向けて反射させ且つ反射光Ｌ３をミラーに向けて偏向させている。なお、回動偏向機構４０および凹面鏡４１は、特許請求の範囲に記載の「回動偏向手段」および「偏向手段」の一例に相当する。
【００５７】
さらに、回動偏向機構４０を回転駆動するモータ５０が設けられている。このモータ５０は、「駆動手段」の一例に相当するものであり、軸４２を回転させることで、軸４２と連結された回動可能な凹面鏡４１を回転駆動する構成となっている。モータ５０は、ここではステップモータによって構成されている。ステップモータは、種々のものを利用でき、１ステップ毎の角度が小さいものを使用すれば、緻密な回動が可能となる。また、モータ５０としてステップモータ以外の駆動手段を用いてもよい。例えばサーボモータ等を用いても良いし、定常回転するモータを用い、凹面鏡４１が測距したい方向を向くタイミングに同期させてパルスレーザ光を出力することで、所望の方向の検出を可能としてもよい。なお、本第１実施形態では、図１に示すように、モータ５０の軸４２の回転角度、即ち凹面鏡４１の回転角度を検出する回転角度センサ５２が設けられており、この回転角度センサ５２は、凹面鏡４１の回転角度に対応する角度信号、すなわち、レーザ光の出射方向に対応する角度信号を制御回路７０に出力する。当該回転角度センサ５２は、ロータリーエンコーダなど、軸４２の回転角度を検出しうるものであれば様々な種類のものを使用でき、また、検出対象となるモータ５０の種類も特に限定されず、様々な種類のものに適用できる。
【００５８】
また、本第１実施形態では、レーザダイオード１０、フォトダイオード２０、ミラー３０、レンズ６０、回動偏向機構４０、モータ５０や制御回路７０等がケース３内に収容され、防塵や衝撃保護が図られている。ケース３における凹面鏡４１の周囲には、当該凹面鏡４１を取り囲むようにレーザ光Ｌ０及び反射光Ｌ３の通過を可能とする導光部４が形成されている。導光部４は、凹面鏡４１に入光するレーザ光Ｌ０の光軸を中心とした環状形態で、ほぼ３６０°に亘って構成されており、この導光部４を閉塞する形態でレーザ光が透過可能なガラス板等からなる窓部５が配され、防塵が図られている。
【００５９】
窓部５は、凹面鏡４１に入光するレーザ光Ｌ０の光軸と直交する仮想平面に対し全周にわたり傾斜した構成となっている。即ち、凹面鏡４１から空間に向かうレーザ光Ｌ０に対して板面が傾斜した構成をなしている。従って、凹面鏡４１から空間に向かうレーザ光Ｌ０が窓部５にて反射してもノイズ光となりにくくなっている。
【００６０】
制御回路７０は、例えば、マイコンやメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等）等から構成されており、上述したレーザダイオード１０およびフォトダイオード２０等を制御することで、検出物体までの距離や方向を検出する検出処理を所定のコンピュータプログラムにより実行する機能を有するものである。
【００６１】
次に、本第１実施形態に係るレーザレーダ装置１の制御回路７０における検出処理について説明する。この検出処理では、検出すべき大きさの検出物体を検出するために、フォトダイオード２０から入力される受光信号に基づいて、検出物体の回動方向に沿う長さ（以下、回動方向長さともいう）が測定される。まず、この測定方法について、図２および図３を用いて説明する。
【００６２】
検出物体までの距離や方向を検出するため、モータ５０の回転駆動により凹面鏡４１が所定角度回動してレーザ光の出射方向が所定角度変化する際に、回転角度センサ５２からの角度信号に応じて演算される凹面鏡４１の回動角度（以下、単に回動角度ともいう）毎に、フォトダイオード２０から受光信号が制御回路７０に入力される。ここで、所定の回動角度において入力される受光信号により検出される受光波形が前回の同一回動角度において検出された受光波形に一致するとみなされる検出状態が継続して検出されると、この受光波形（以下、背景波形ともいう）は、常にその場所に位置する壁などの物体（以下、背景ともいう）からの反射光によるものと推定できる。
【００６３】
また、図２に例示するように、出射されたレーザ光の一部Ｌ０ａが検出物体Ｓａにて反射され、そのレーザ光の残部Ｌ０ｂが出射方向後方の背景Ｓｂにて反射される場合には、図３（Ａ）に例示するように、受光信号に２つの受光波形が含まれることとなる。そのため、図３（Ａ），（Ｂ）に例示するように、２つの受光波形が検出されるときに遠距離側の受光波形の検出時間Ｔｆがその回動角度における背景波形の検出時間Ｔｏに相当する場合には、出射されたレーザ光は、その一部が検出物体にて反射され、その残部が検出物体よりも遠距離にある背景にて反射されたことが推定される。この場合、近距離側である検出物体（検出時間Ｔｎ）がレーザ光の光軸に直交する断面（以下、スポット断面ともいう）に占める面積が小さくなるほど、すなわち検出物体が小さくなるほど、遠距離側の受光波形は、背景波形に近づくように変化する。このため、遠距離側の受光波形の振幅値Ｈｆと背景波形の振幅値Ｈｏとの比率に基づいて、近距離側の受光波形に応じて検出される検出物体の大きさ（回動方向長さ）を測定することができる。なお、図２では、説明の便宜上、レーザ光Ｌ０ａ，Ｌ０ｂ等を拡大して図示している。
【００６４】
以下、検出処理の具体的な流れについて図４〜図６のフローチャートを用いて説明する。
まず、図４のステップＳ１０１において、レーザ発光処理がなされる。この処理では、タイミング信号発生部にて生成された発光トリガに応じた所定のパルス幅の発光信号がレーザ駆動回路に出力される。これにより、レーザ駆動回路に駆動制御されて、レーザダイオード１０から上記所定のパルス幅に応じた時間間隔のパルスレーザ光（レーザ光Ｌ０）が出力される。このレーザ光Ｌ０は、ある程度の広がり角をもった拡散光として投光され、レンズ６０を通過することで略平行光に変換される。レンズ６０を通過したレーザ光Ｌ０は、ミラー３０に形成された貫通路３２を通過して凹面鏡４１に入射し、この凹面鏡４１にて略平行光として反射され空間に向けて照射される。
【００６５】
次に、ステップＳ１０３において、レーザ受光処理がなされる。レーザ光Ｌ０が検出物体等によって反射光として反射された場合には、この反射光は、凹面鏡４１にて集光されてミラー３０を介してフォトダイオード２０へ向けて反射される。これにより、上記レーザ受光処理では、フォトダイオード２０から反射光の受光に応じた受光信号が制御回路７０に入力される。
【００６６】
続いて、ステップＳ１０５にて記憶処理がなされて、フォトダイオード２０からの受光信号がその回動角度とともにメモリ等に記憶される。そして、ステップＳ１０７にて回転角度センサ５２から入力される角度信号に基づいてレーザ光の出射方向が一周したか否かについて判定される。ここで、レーザ光の出射方向が一周していなければ（Ｓ１０７でＮｏ）、ステップＳ１０９にて回動処理がなされて、モータ５０が１ステップ分だけ回転駆動する。これにより、凹面鏡４１が単位角度回動してレーザ光の出射方向が単位角度変化する。そして、レーザ光の出射方向が一周するまで、上記ステップＳ１０１からの処理が繰り返される。
【００６７】
そして、レーザ光の出射方向が一周して、この一周分における各受光信号がメモリ等に記憶されると（Ｓ１０７でＹｅｓ）、ステップＳ１１１において、受光信号抽出処理がなされる。この処理では、基準となる回動角度から一周する回動角度までの各受光信号が当該処理を実施するごとに順に１つずつ抽出される。
【００６８】
次に、ステップＳ１１３にて、抽出された回動角度での受光信号に受光波形が含まれるか否かについて判定される。ここで、受光信号が所定の閾値を超えない場合には受光波形が含まれないとして（Ｓ１１３でＮｏ）、ステップＳ１１５にて、現段階で抽出された回動角度よりもモータ５０の１ステップ分だけ逆回動方向の回動角度（以下、前抽出回動角度ともいう）での受光信号に背景波形と異なる受光波形が含まれたか否かについて判定される。そして、前抽出回動角度での受光信号に背景波形と異なる受光波形が含まれていなければ（Ｓ１１５でＮｏ）、ステップＳ１１７にて一周全ての受光信号が抽出されたか否かについて判定され、一周全ての受光信号が抽出されるまで、Ｎｏと判定されて上記ステップＳ１１１からの処理が繰り返される。
【００６９】
ここで、ステップＳ１１３において、抽出された回動角度での受光信号が所定の閾値以上になることから受光信号に受光波形が含まれると判定されると（Ｓ１１３でＹｅｓ）、図５のステップＳ１１９にて受光信号に含まれる受光波形が１つのみか否かについて判定される。そして、検出物体または背景からの反射光のみを受光したことから受光信号に含まれる受光波形が１つのみの場合には、Ｓ１１９にてＹｅｓと判定される。
【００７０】
続いて、ステップＳ１２１にてこの受光波形が前回の同一回動角度において検出された受光波形に一致するとみなされるか否かについて判定される。ここで、受光波形の検出時間や振幅値が前回のものと異なることから両波形が一致するとみなされない場合には、検出物体からの反射光を検出したとして、ステップＳ１２１にてＮｏと判定される。そして、ステップＳ１２３にて検出時間記憶処理がなされて、上記受光波形の検出時間がその回動角度とともにメモリに記憶されると、上記ステップＳ１１７における判定処理がなされる。
【００７１】
一方、ステップＳ１２１において、受光波形が前回の同一回動角度において検出された受光波形に一致するとみなされる場合には（Ｓ１２１でＹｅｓ）、ステップＳ１２５にてこの受光波形が背景波形であるか否かについて判定される。ここで、抽出された受光波形が、その回動角度において前回検出された受光波形に一致するとみなされる状態が継続する場合には、背景波形であるとしてステップＳ１２５にてＹｅｓと判定される。そして、ステップＳ１２７にて背景波形設定処理がなされ、抽出された受光波形が背景波形として設定されてメモリに記憶される。このように背景波形が設定されるか、ステップＳ１２５にてＮｏと判定されると、上記ステップＳ１１５における判定処理がなされる。なお、上記背景波形設定処理では、現段階における波形が新たな背景波形として設定されるが、これに限らず、例えば、現段階における波形と前回以前での背景波形とを平均化することで新たな背景波形が設定されてもよい。また、ステップＳ１２７を実行する制御回路７０は、特許請求の範囲に記載の「設定手段」の一例に相当し得る。
【００７２】
また、上述したステップＳ１１９において、受光信号に含まれる受光波形が２つの場合には、図２に例示したように出射されたレーザ光の一部が検出物体にて反射されその残部が出射方向後方の物体にて反射される場合が推定されて、Ｎｏと判定される。そして、ステップＳ１２９において、各受光波形のうち遠距離側の受光波形が背景波形であるか否かについて判定される。ここで、図３（Ａ）に例示するように、遠距離側の受光波形の検出時間Ｔｆがその回動角度における背景波形の検出時間Ｔｏに相当する場合には（Ｓ１２９でＹｅｓ）、上述したように、近距離側の受光波形は検出物体からの反射光によるものと推定できる。この場合、ステップＳ１３１にて検出時間記憶処理がなされて、上記受光波形における近距離側の検出時間Ｔｎがその回動角度とともにメモリに記憶されると、上記ステップＳ１１７における判定処理がなされる。一方、受光信号に含まれる２つの受光波形のうち遠距離側が背景波形と推定されない場合には、ステップＳ１２９にてＮｏと判定されて、上記ステップＳ１１７における判定処理がなされる。
【００７３】
このように、一周全ての受光信号が抽出されるまでに、検出物体からの反射光を受光する場合には、ステップＳ１２３またはステップＳ１３１にて、この反射光の受光に応じた受光波形の検出時間がその回動角度とともにメモリに記憶されることとなる。
【００７４】
また、上述したステップＳ１１５にて前抽出回動角度での受光信号に背景波形と異なる受光波形が含まれている場合には、前抽出回動角度のみ、または前抽出回動角度から逆回動方向に所定角度回動した角度範囲において、検出物体からの反射光を受光していることが推定される。この場合にはステップＳ１１５にてＹｅｓと判定されて、図６のステップＳ１３３にて波形検出回動角度範囲において両回動方向端部以外で受光信号に２つの受光波形が含まれる回動角度があるか否かについて判定される。ここで、波形検出回動角度範囲は、前抽出回動角度から逆回動方向に所定角度回動した間の全ての回動角度にて略同一の検出時間の受光波形が検出される回動角度の範囲として設定されている。
【００７５】
この波形検出回動角度において両回動方向端部以外で受光信号に２つの受光波形が含まれる回動角度がない場合には（Ｓ１３３でＮｏ）、１つの検出物体からの反射光を受光したとして、ステップＳ１３５における第１回動方向長さ測定処理により、以下のように検出物体の回動方向長さＸが演算されて測定される。なお、ステップＳ１３５および後述するステップＳ１４１を実行する制御回路７０は、特許請求の範囲に記載の「距離測定手段」，「測定手段」および「断面寸法演算手段」の一例に相当し得る。
【００７６】
ここで、図７および図８を用いて、検出物体の回動方向長さＸの演算方法について説明する。図７，８および後述する図９では、レーザ光のスポット断面を回動角度毎に正方形状の領域で例示するとともに、この正方形状の領域のうち斜線領域は、スポット断面のうち検出物体にてレーザ光が反射される領域を例示し、斜線無領域は、背景にてレーザ光が反射される領域を例示している。なお、この斜線無領域には、２つの受光波形が検出される場合を除き、何も反射されない領域も含まれるものとする。また、図７〜図９では、現時点における回動角度でのスポット断面をＬｎにて示し、前抽出回動角度でのスポット断面をＬｎ−１、前抽出回動角度よりも逆回動方向の単位回動角度でのスポット断面を順にＬｎ−２，Ｌｎ−３・・・Ｌｎ−ｋ・・・にて示している。
【００７７】
まず、検出物体の大きさがスポット断面よりも小さいことから、図７（Ａ）に例示するようにスポット断面Ｌｎ−１の一部のみが検出物体により反射される場合には、前抽出回動角度にて２つの受光波形が検出され、前抽出回動角度よりもモータ５０の１ステップ分だけ逆回動方向の回動角度では検出物体による受光波形が検出されないこととなる。
【００７８】
この場合には、ステップＳ１３５では、前抽出回動角度において、遠距離側の受光波形の振幅値Ｈｆと背景波形の振幅値Ｈｏとの比率に基づいて、近距離側の受光波形に応じて検出される検出物体がスポット断面Ｌｎ−１に占める面積比が演算される（図３参照）。次に、この近距離側の受光波形の検出時間Ｔｎにより検出物体までの距離が演算される。続いて、この演算距離でのスポット断面の寸法（レーザスポット径）が演算される。この断面寸法の演算は、レーザ光の広がりを考慮して予め演算距離と断面寸法との関係が予め設定されたマップなどを利用して上記演算距離に基づいて実施される。このように演算された断面寸法と面積比とにより、検出物体の回動方向長さＸが演算される。例えば、検出時間Ｔｎにより検出物体までの距離が３０ｍと演算され上記マップによりこの距離でのスポット断面の寸法が２０ｃｍ×２０ｃｍであると演算される場合に、遠距離側の受光波形の振幅値Ｈｆが背景波形の振幅値Ｈｏに対して４０％であると、検出物体の回動方向長さはＸ＝８ｃｍとして演算される。
【００７９】
また、検出物体の大きさとスポット断面の大きさとの差が小さいことから、図７（Ｂ）に例示するようにスポット断面Ｌｎ−１，Ｌｎ−２の一部のみが検出物体によりそれぞれ反射される場合には、前抽出回動角度とこの前抽出回動角度よりもモータ５０の１ステップ分だけ逆回動方向の回動角度にて２つの受光波形がそれぞれ検出され、前抽出回動角度よりもモータ５０の２ステップ分だけ逆回動方向の回動角度では検出物体による受光波形が検出されないこととなる。
【００８０】
この場合には、ステップＳ１３５では、上記両回動角度において、遠距離側の受光波形の振幅値Ｈｆと背景波形の振幅値Ｈｏとの比率に基づいて、近距離側の受光波形に応じて検出される検出物体がスポット断面Ｌｎ−１，Ｌｎ−２に占める面積比がそれぞれ演算される。次に、この近距離側の受光波形の検出時間Ｔｎにより検出物体までの距離と、この演算距離でのスポット断面の寸法が演算される。このように演算された断面寸法と面積比とにより、検出物体の回動方向長さＸが演算される。例えば、検出時間Ｔｎにより検出物体までの距離が３０ｍと演算され上記マップによりこの距離でのスポット断面の寸法が２０ｃｍ×２０ｃｍであると演算される場合に、上記両回動角度において、遠距離側の受光波形の振幅値が背景波形の振幅値に対して６０％および３０％であると、検出物体の回動方向長さはＸ＝１２＋６＝１８ｃｍとして演算される。
【００８１】
また、検出物体の大きさがスポット断面よりも十分に大きい場合には、図７（Ｃ）に例示するようにスポット断面Ｌｎ−１，Ｌｎ−ｋの一部が検出物体の回動方向端部（以下、一部照射部ともいう）により反射され、スポット断面Ｌｎ−２，・・・Ｌｎ−ｋ＋１での全てが検出物体の回動方向中央部（以下、全照射部ともいう）により反射される。このため、一部照射部に対応する両回動角度では２つの受光波形がそれぞれ検出され、全照射部に対応する回動角度では背景波形が検出されることなく１つの波形がそれぞれ検出されることとなる。
【００８２】
この場合には、ステップＳ１３５では、一部照射部に対応する両回動角度において、遠距離側の受光波形の振幅値Ｈｆと背景波形の振幅値Ｈｏとの比率に基づいて、近距離側の受光波形に応じて検出される検出物体がスポット断面Ｌｎ−１，Ｌｎ−ｋに占める面積比がそれぞれ演算される。次に、この近距離側の受光波形の検出時間Ｔｎにより検出物体までの距離と、この演算距離でのスポット断面の寸法が演算される。このように演算された断面寸法および面積比と全照射部に対応する回動角度の数とにより、検出物体の回動方向長さＸが演算される。例えば、検出時間Ｔｎにより検出物体までの距離が３０ｍと演算され上記マップによりこの距離でのスポット断面の寸法が２０ｃｍ×２０ｃｍであると演算される場合に、一部照射部に対応する両回動角度にて遠距離側の受光波形の振幅値Ｈｆが背景波形の振幅値Ｈｏに対して６０％および３０％であり、全照射部に対応する回動角度の数が２つ（ｋ＝４）であると、検出物体の回動方向長さはＸ＝１２＋２０＋２０＋６＝５８ｃｍとして演算される。
【００８３】
上述のようにステップＳ１３５にて検出物体の回動方向長さＸが演算されると、ステップＳ１３７にてこの回動方向長さＸが所定の閾値Ｘｏ以上であるか否かについて判定される。なお、所定の閾値Ｘｏは、検出すべき物体の最小の回動方向長さであって、測定される距離に応じて、例えば、遠距離での検出対象の大きさを近距離よりも大きくするように設定されており、具体的には、検出物体までの距離が３０ｍでは１０ｃｍに設定されている。
【００８４】
ここで、検出物体の回動方向長さＸが、例えば、図７（Ｂ）に例示するように１８ｃｍとして演算される場合には、ステップＳ１３７にてＹｅｓと判定されて、ステップＳ１３９にて出力処理がなされて、当該検出物体に関する距離、回動角度（出射方向）や回動方向長さＸ等が所定の外部装置等に出力される。そして、上記ステップＳ１１７における判定処理がなされる。
【００８５】
一方、検出物体の回動方向長さＸが、例えば、図７（Ａ）に例示するように８ｃｍとして演算される場合には、ステップＳ１３７にてＮｏと判定されて、ステップＳ１３９の出力処理がなされることなく、上記ステップＳ１１７における判定処理がなされる。すなわち、回動方向長さＸが所定の閾値Ｘｏ未満である検出物体は、検出不要な大きさの物体であるとして、その検出が無効となる。
【００８６】
このように、本第１実施形態では、スポット断面よりも小さな検出物体の回動方向長さＸを測定することができる。従来では、スポット断面毎の反射光の有無により検出物体の大きさ（回動方向長さ）を測定していた。すなわち、検出物体の回動方向長さＸは、図７（Ａ）の例では、１つの回動角度での反射光の受光のみをもってその測定距離でのスポット断面の寸法に基づいて２０ｃｍと測定され、図７（Ｂ）の例では、２つの回動角度での反射光の受光のみをもって４０ｃｍと測定していた。このため、本第１実施形態では、従来技術では測定不可能であった、スポット断面よりも小さな検出物体の回動方向長さＸを高精度に測定することができる。
【００８７】
また、図７（Ｄ）に例示するように、図７（Ｃ）に対してスポット断面Ｌｎ−１の一部が落ち葉のように検出不要な大きさの検出不要物により反射され残部が背景により反射される場合、従来では、このスポット断面からの反射光を受光することで、当該スポット断面の寸法分が検出物体の大きさ（回動方向長さ）に加算されてしまっていた。本第１実施形態では、検出不要物がスポット断面に占める面積比のみが検出物体の大きさ（回動方向長さ）に加算されることとなるので、従来よりも、検出物体の回動方向長さＸの演算に関する誤差を小さくすることができる。
【００８８】
上述したステップＳ１３３にて波形検出回動角度範囲において両回動方向端部以外で受光信号に２つの受光波形が含まれる回動角度がある場合には（Ｓ１３３でＹｅｓ）、ステップＳ１４１にて第２回動方向長さ測定処理がなされる。この処理では、例えば、図８（Ａ）〜（Ｃ）のいずれかに例示するように、両回動方向端部のスポット断面Ｌｎ−１，Ｌｎ−５に加えてスポット断面Ｌｎ−３にて２つの受光波形が検出される場合が複数パターン想定される状態にて、回動方向長さＸが測定される。
【００８９】
上述のようにスポット断面Ｌｎ−３で２つの受光波形が検出される場合では、図８（Ａ）に例示するようにスポット断面Ｌｎ−３の一部が２つの検出物体の一部照射部によりそれぞれ反射される状態と、図８（Ｂ）に例示するようにスポット断面Ｌｎ−３の一部が２つの検出物体のいずれかの一部照射部のみにより反射される状態と、図８（Ｃ）に例示するようにスポット断面Ｌｎ−３の一部が２つの検出物体の間に存在する検出物体により反射される状態と、のいずれの状態か判別することができない。
【００９０】
そこで、本第１実施形態では、上記検出状態の場合、２つの検出物体を検出しているとして、それぞれの検出物体の回動方向長さＸが演算される。具体的には、スポット断面Ｌｎ−３での上記面積比から求められる回動方向長さの半分を、スポット断面Ｌｎ−１，Ｌｎ−２に相当する回動方向長さと、スポット断面Ｌｎ−４，Ｌｎ−５により相当する回動方向長さと、にそれぞれ加算することで、２つの検出物体の回動方向長さＸがそれぞれ演算される。そして、このように演算された回動方向長さＸが所定の閾値Ｘｏ以上である場合には（Ｓ１３７でＹｅｓ）、ステップＳ１３９にてその回動方向長さＸに対応する検出物体に関する距離、回動角度（出射方向）や回動方向長さＸ等が上記外部装置等に出力される。
【００９１】
以上説明したように、本第１実施形態に係るレーザレーダ装置１では、所定の回動角度において検出される受光波形が前回の同一回動角度において検出された波形に一致するとみなされる検出状態が継続して検出される場合に、この受光波形がその回動角度の背景波形として設定される。そして、遠距離側の受光波形の検出時間Ｔｆがその回動角度における背景波形の検出時間Ｔｏに相当する、２つの波形が検出されるとき、この遠距離側の受光波形と背景波形との比率に基づいて、近距離側の受光波形に応じて検出される検出物体の回動方向長さ（大きさ）が演算されて測定される。
【００９２】
このように、遠距離側の受光波形と背景波形との比率に基づいて、近距離側の波形に応じて検出される検出物体の大きさが測定されるため、スポット断面よりも小さな検出物体の大きさを測定することができるので、検出物体の検出精度を高めることができる。
【００９３】
また、本第１実施形態に係るレーザレーダ装置１では、遠距離側の受光波形の振幅値Ｈｆと背景波形の振幅値Ｈｏとの比率に基づいて、近距離側の波形に応じて検出される検出物体の大きさが測定される。このように遠距離側の受光波形の振幅値Ｈｆと背景波形の振幅値Ｈｏとの比率に基づいて検出物体がスポット断面に占める面積比を算出することで、検出物体の大きさを容易に測定することができる。
【００９４】
さらに、本第１実施形態に係るレーザレーダ装置１では、測定された検出物体の大きさが検出対象外である場合に、この検出物体の検出が無効となるので、検出不要な大きさの物体の検出を防止することができる。
【００９５】
さらにまた、本第１実施形態に係るレーザレーダ装置１では、検出対象となる検出物体の大きさは、測定される距離に応じて設定されるため、上述したように遠距離での検出対象の大きさを近距離よりも大きく設定することで、所望の大きさの検出物体を検出するとともに、検出不要な大きさの物体の検出を確実に防止することができる。
【００９６】
また、本第１実施形態に係るレーザレーダ装置１では、検出物体の一部照射部により２つの波形が検出され、全照射部により前抽出回動角度から所定角度回動した間の全ての回動角度にて１つの波形が検出されるとき、１つの波形が検出される回動角度の数と、２つの波形の比率と、レーザ光の断面寸法とに基づいて、当該検出物体の回動方向長さＸが測定される。このように、検出物体のうち全照射部の回動方向長さと一部照射部の回動方向長さとをそれぞれ演算することで、検出物体の回動方向長さＸを正確に測定することができる。
【００９７】
さらに、本第１実施形態に係るレーザレーダ装置１では、レーザ光の広がりに応じて測定距離でのスポット断面の断面寸法が演算されるので、予めレーザ光の広がりを把握することでその測定距離でのスポット断面の断面寸法を容易に演算することができる。
【００９８】
［第２実施形態］
以下、本発明のレーザレーダ装置を具現化した第２実施形態について図を参照して説明する。図１０は、第２実施形態に係る制御回路７０における検出処理の流れを例示するフローチャートの一部である。図１１は、第１遠距離側面積および第１背景側面積を説明するための説明図である。図１２は、光量と判定用距離Ｙとの関係を閾値毎に示す光量−判定用距離マップの一例を示す説明図である。図１３は、ノイズ等が含まれる波形と閾値とが交わる面積演算用交点Ｐを示す説明図である。図１４は、他の波形が重なった波形と閾値とが交わる面積演算用交点Ｐを示す説明図である。図１５および図１６は、交点間距離と判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が１つもない波形を例示する説明図である。
【００９９】
本第２実施形態に係るレーザレーダ装置１では、上述した検出物体の回動方向長さＸの演算方法を変更するために、図６に示すフローチャートに代えて図１０に示すフローチャートを採用する点が、上記第１実施形態に係るレーザレーダ装置と異なる。したがって、上述した第１実施形態のレーザレーダ装置と実質的に同一の構成部分には同一符号を付し、説明を省略する。
【０１００】
本第２実施形態では、検出物体の回動方向長さＸを、遠距離側の受光波形の形状と背景波形の形状との比較に基づいて演算する。この演算方法について、以下に説明する。
まず、図１１に示すように、光量を縦軸とし時間を横軸とする座標において、検出波形が所定の光量を超えているか否かを判定するための３つの閾値（値の小さな閾値からＬｔｈ１，Ｌｔｈ２，Ｌｔｈ３）を予め設定する。
【０１０１】
そして、検出物体の回動方向長さＸの演算時（上記ステップＳ１３５またはステップＳ１４１に相当する処理時）には、まず、上記座標において、１つの閾値が検出波形と交わる交点を面積演算用交点Ｐとし、これら複数の面積演算用交点Ｐにより囲まれる多角形状の領域の面積を、遠距離側の受光波形Ｗ１に関して第１遠距離側面積として演算するとともに、背景波形Ｗ２に関して第１背景側面積として演算する。次に、最小の閾値Ｌｔｈ１での２つの面積演算用交点Ｐ１ａ，Ｐ１ｂとこれら両面積演算用交点Ｐ１ａ，Ｐ１ｂから横軸にそれぞれ下ろした垂線の足Ｐ０ａ，Ｐ０ｂとにより囲まれる四角形状の領域の面積を、遠距離側の受光波形Ｗ１に関して遠距離側矩形面積として演算するとともに、背景波形Ｗ２に関して背景側矩形面積として演算する。
【０１０２】
続いて、遠距離側矩形面積を第１遠距離側面積に加えた合計面積（図１１にてクロスハッチング領域Ｓ１にて示す）と、背景側矩形面積を第１背景側面積に加えた合計面積（図１１にてクロスハッチング領域Ｓ１とハッチング領域Ｓ２とにて示す）とを演算する。これら２つの合計面積の比率は、それぞれ、遠距離側の受光波形Ｗ１の形状を反映した領域の面積と、背景波形Ｗ２の形状を反映した領域の面積との比率となるので、この比率に基づいて、近距離側の受光波形に応じて検出される検出物体がスポット断面に占める面積比を求めることができる。そして、この面積比と当該スポット断面の断面寸法とにより、検出物体の回動方向長さＸが演算される。
【０１０３】
ここで、上記座標では、閾値Ｌｔｈ１と検出波形が交わる面積演算用交点Ｐ１ａ，Ｐ１ｂとし、閾値Ｌｔｈ２と検出波形が交わる面積演算用交点Ｐ２ａ，Ｐ２ｂとし、閾値Ｌｔｈ３と検出波形が交わる面積演算用交点Ｐ３ａ，Ｐ３ｂとする。なお、例えば、遠距離側の受光波形Ｗ１において、閾値Ｌｔｈ３との交点がない場合には、第１遠距離側面積は、面積演算用交点Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂの４点により囲まれる台形状の領域の面積として演算される。また、第１背景側面積および背景側矩形面積は、上述のように都度演算することなく、背景波形として記録する際に、予め演算するようにしてもよい。
【０１０４】
また、本第２実施形態では、上記座標において、フォトダイオード２０による検出が想定される光量の波形と各閾値Ｌｔｈ１，Ｌｔｈ２，Ｌｔｈ３とがそれぞれ交わる２つの交点間の距離が、光量毎に閾値に応じて判定用距離Ｙとして予めそれぞれ測定されて記憶されている。この測定では、所定の基準物体に対してレーザダイオード１０からのレーザ光を照射することで、フォトダイオード２０にて検出される受光波形が閾値を超える状態の時間が、上記座標における交点間の距離（判定用距離Ｙ）として、３つの閾値にてそれぞれ測定される。そして、基準物体の位置を変えるなどして、光量毎に各閾値での判定用距離Ｙが測定される。この測定結果は、図１２に例示するように、光量と判定用距離Ｙとの関係を閾値毎に示す光量−判定用距離マップとして制御回路７０のメモリ等に予め記憶されている。
【０１０５】
通常の受光波形であれば、その受光波形と所定の閾値とが交わる２つの交点間の距離は、同じ閾値および光量でほぼ一定となることが想定される。すなわち、判定用距離Ｙとの距離差が他の閾値での距離差よりも大きくなる面積演算用交点Ｐは、受光波形に含まれる異常な成分との交点である可能性が高いことが想定される。このため、本第２実施形態では、判定用距離Ｙを判定基準として、上述のような異常な成分での面積演算用交点を除いて第１遠距離側面積および第１背景側面積を演算する処理がなされる。
【０１０６】
また、図１３に例示するように、ノイズ等の影響により、所定の閾値が遠距離側の受光波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が１つだけであり（図１３のＹ２参照）、他の閾値では判定用距離Ｙとの距離差が大きくなる場合がある（図１３のＹ’１参照）。なお、図１３に例示する場合では、閾値Ｌｔｈ３と遠距離側の受光波形との交点が存在しないものとする。この場合、距離差が大きくなる面積演算用交点Ｐ１ａ，Ｐ１ｂを除くと、２つの面積演算用交点Ｐ２ａ，Ｐ２ｂだけでは、遠距離側の受光波形の形状が反映される多角形状の領域を想定することができない。
【０１０７】
また、図１４に例示するように、２つの波形が重なること等により、所定の閾値が遠距離側の受光波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が１つだけであり（図１４のＹ３α，Ｙ３β参照）、他の閾値では判定用距離Ｙとの距離差が大きくなる場合がある（図１４のＹ’１，Ｙ’２参照）。この場合、距離差が大きくなる面積演算用交点Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂを除くと、２つの面積演算用交点Ｐ３ａα，Ｐ３ｂα、または、２つの面積演算用交点Ｐ３ａβ，Ｐ３ｂβだけでは、遠距離側の受光波形の形状が反映される多角形状の領域を想定することができない。
【０１０８】
そこで、本第２実施形態では、判定用距離Ｙと一致するとみなされる交点間距離等を基準として、上記光量−判定用距離マップから他の閾値での交点間距離（例えば、図１３のＹ１参照）を推定する。そして、このように推定した交点間距離を全長とする線分と、基準となる交点間距離を全長とする線分と、の２つの線分の一方を上底とし他方を下底とする台形状の領域に基づいて、第１遠距離側面積を演算する処理がなされる。
【０１０９】
以下、本第２実施形態に係る検出処理の具体的な流れについて図１０のフローチャート等を用いて説明する。
上記第１実施形態と同様に、前抽出回動角度での受光信号に背景波形と異なる受光波形が含まれていることから、図４のステップＳ１１５にてＹｅｓと判定されると、図１０のステップＳ１３３にて波形検出回動角度範囲において両回動方向端部以外で受光信号に２つの受光波形が含まれる回動角度があるか否かについて判定される。
【０１１０】
この波形検出回動角度において両回動方向端部以外で受光信号に２つの受光波形が含まれる回動角度がない場合には（Ｓ１３３でＮｏ）、１つの検出物体からの反射光を受光したとして、ステップＳ２０１にて交点間距離演算処理がなされる。この処理では、各閾値Ｌｔｈ１，Ｌｔｈ２，Ｌｔｈ３毎に、受光波形が閾値を超える状態の時間、すなわち、上記座標における面積演算用交点間での交点間距離がそれぞれ算出される。
【０１１１】
次に、ステップＳ２０３において、各交点間距離とその光量での判定用距離Ｙとがほぼ一致するか否かについて判定される。ここで、遠距離側の受光波形にノイズ等が含まれないために、各交点間距離と、その光量および閾値から上記光量−判定用距離マップ（図１２参照）に基づいて求められる判定用距離Ｙとがほぼ一致する場合には、ステップＳ２０３にてＹｅｓと判定される。
【０１１２】
そして、ステップＳ２０５において、面積演算処理がなされる。この処理では、上記座標において、遠距離側の受光波形での各面積演算用交点Ｐにより囲まれる多角形状の領域の面積である第１遠距離側面積と、遠距離側矩形面積とが上述のようにして演算される（図１１参照）。また、上記座標において、背景波形での各面積演算用交点Ｐにより囲まれる多角形状の領域の面積である第１背景側面積と、背景側矩形面積とが上述のようにして演算される（図１１参照）。
【０１１３】
次に、ステップＳ２０７において、回動方向長さ測定処理がなされる。この処理では、第１遠距離側面積および遠距離側矩形面積の合計面積と、第１背景側面積および背景側矩形面積の合計面積との比率に基づいて、近距離側の受光波形に応じて検出される検出物体がスポット断面に占める面積比が演算される。続いて、この近距離側の受光波形の検出時間Ｔｎにより検出物体までの距離に基づいてスポット断面の断面寸法が演算され、この断面寸法と上記面積比とにより、検出物体の回動方向長さＸが演算される。そして、上記第１実施形態と同様にステップＳ１３７以降の処理がなされる。
【０１１４】
一方、３つの閾値での交点間距離のうち少なくともいずれか１つにおいて、対応する判定用距離Ｙとの距離差が、他の閾値での上記距離差よりも大きくなる場合には、ステップＳ２０３にてＮｏと判定される。そして、ステップＳ２０９にて、その光量において交点間距離と判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が２つか否かについて判定される。
【０１１５】
ここで、交点間距離と判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が２つである場合には（Ｓ２０９でＹｅｓ）、ステップＳ２１１にて、面積演算処理がなされる。この処理では、上記座標において、上記距離差が大きくなる面積演算用交点を除き、遠距離側の受光波形での各面積演算用交点Ｐにより囲まれる多角形状の領域の面積である第１遠距離側面積と、遠距離側矩形面積とが上述のようにして演算される。なお、ノイズ等が含まれない背景波形を採用することで、第１背景側面積および背景側矩形面積は、ステップＳ２０５と同様にして演算される。このように第１遠距離側面積等が演算されると、ステップＳ２０７にて上述のように検出物体の回動方向長さＸが演算される。
【０１１６】
また、交点間距離と判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が２つでない場合には（Ｓ２０９でＮｏ）、ステップＳ２１３にて、その光量において交点間距離と判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が１つか否かについて判定される。ここで、交点間距離と判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が１つである場合には、ステップＳ２１３にてＹｅｓと判定されて、ステップＳ２１５にて交点間距離推定処理がなされる。この処理では、上述したように、判定用距離Ｙと一致するとみなされる交点間距離等を基準として、上記光量−判定用距離マップから他の閾値での交点間距離が推定される（図１３および図１４参照）。
【０１１７】
そして、ステップＳ２１７にて、面積演算処理がなされる。この処理では、上記座標において、上述のように推定された交点間距離を全長とする線分（例えば図１３のＹ１）と、基準となる交点間距離を全長とする線分（例えば図１３のＹ２）と、の２つの線分の一方を上底とし他方を下底とする台形状の領域に基づいて、第１遠距離側面積が演算される。なお、ノイズ等が含まれない背景波形を採用することで、第１背景側面積および背景側矩形面積は、ステップＳ２０５と同様にして演算される。このように第１遠距離側面積等が演算されると、ステップＳ２０７にて上述のように検出物体の回動方向長さＸが演算される。
【０１１８】
一方、その光量において交点間距離と判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が１つもない場合には、ステップＳ２１３にてＮｏと判定されて、回動方向長さＸを測定することなく、図４のステップＳ１１７以降の処理がなされる。ここで、ステップＳ２１３にてＮｏと判定される場合とは、例えば、図１５に例示するように、閾値Ｌｔｈ２と受光波形との交点間距離Ｙ２が、上記光量−判定用距離マップにおいて閾値Ｌｔｈ３が存在しない場合に、閾値Ｌｔｈ２に対応して出現可能な最大の判定用距離Ｙよりも大きい場合があげられる。また、図１６に例示するように、各閾値での交点間距離Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３が対応する判定用距離Ｙとの間で対応が取れていない場合があげられる。
【０１１９】
上述した図１０のステップＳ１３３にて、波形検出回動角度範囲において両回動方向端部以外で受光信号に２つの受光波形が含まれる回動角度がある場合には（Ｓ１３３でＹｅｓ）、上記第１実施形態と同様に、ステップＳ１４１にて第２回動方向長さ測定処理がなされる。なお、この処理では、上述したステップＳ２０１以降の処理と同様に、第１遠距離側面積および遠距離側矩形面積の合計面積と、第１背景側面積および背景側矩形面積の合計面積との比率に基づいて、スポット断面に占める面積比を演算してもよい。
【０１２０】
以上説明したように、本第２実施形態に係るレーザレーダ装置１では、遠距離側矩形面積を第１遠距離側面積に加えた合計面積と、背景側矩形面積を第１背景側面積に加えた合計面積と、の比率に基づいて、近距離側の波形に応じて検出される検出物体の大きさが測定される。
【０１２１】
上述のような各面積演算用交点Ｐにより囲まれる多角形状の領域は、対応する波形の形状を反映した領域となる。このため、それぞれ領域の面積を第１遠距離側面積および第１背景側面積として算出しこれら両面積を用いることで、遠距離側の受光波形と背景波形との比率を精度良く算出でき、検出物体の大きさの測定精度を向上させることができる。特に、最小の閾値Ｌｔｈ１での２つの面積演算用交点Ｐ１ａ，Ｐ１ｂと上記垂線の足Ｐ０ａ，Ｐ０ｂとにより囲まれる四角形状の領域の面積をさらに加えた合計面積の比率を用いるので、上記多角形状の領域に上記四角形状の領域を加えた領域は、上記多角形状の領域のみと比較して、対応する波形の形状をより反映した領域となる。このため、それぞれの合計面積の比率を用いることで、遠距離側の受光波形と背景波形との比率をより精度良く算出でき、検出物体の大きさの測定精度をより向上させることができる。
【０１２２】
また、本第２実施形態に係るレーザレーダ装置１では、所定の閾値が遠距離側の受光波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での判定用距離との距離差が、他の閾値での距離差よりも大きくなる面積演算用交点を除いて、第１遠距離側面積および第１背景側面積が演算される。
【０１２３】
これにより、受光波形に含まれる異常な成分と閾値との交点を除いて第１遠距離側面積および第１背景側面積が演算されるので、遠距離側の受光波形と背景波形との比率がさらに精度良く算出されて、検出物体の大きさの測定精度を確実に向上させることができる。
【０１２４】
さらに、本第２実施形態に係るレーザレーダ装置１では、所定の閾値が遠距離側の受光波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での判定用距離とが一致するとみなされる閾値が１つのみの場合には、第１遠距離側面積は、当該１つの閾値での交点間を結ぶ線分と、この１つの閾値での光量と同じ光量であって他の閾値に対応する判定用距離を全長とする線分と、の２つの線分の一方を上底とし他方を下底とする台形状の領域の面積に基づいて演算される。
【０１２５】
このように他の閾値での交点間距離を推定することで、ノイズなどの影響により遠距離側の受光波形が乱れた場合であっても、第１遠距離側面積を演算することができる。
【０１２６】
上記第２実施形態の第１変形例として、閾値を４つ以上採用してもよい。これにより、面積演算用交点Ｐの数が多いほど、すなわち、閾値の数が多いほど、対応する波形の形状が上記領域として反映されることとなるので、遠距離側の受光波形と背景波形との比率をより精度良く算出することができる。なお、使用環境によっては、閾値を２つ採用するようにしてもよい。
【０１２７】
上記第２実施形態の第２変形例として、閾値Ｌｔｈ１が他の閾値に対して十分に小さい等の場合には、遠距離側矩形面積および背景側矩形面積を考慮することなく、第１遠距離側面積および第１背景側面積のみの比率を用いることで、遠距離側の受光波形と背景波形との比率を算出してもよい。これにより、上記検出処理における制御回路７０の演算負荷を低減することができる。
【０１２８】
［第３実施形態］
以下、本発明のレーザレーダ装置を具現化した第３実施形態について図を参照して説明する。図１７は、第３実施形態に係る制御回路７０における検出処理の流れを例示するフローチャートの一部である。図１８は、第２遠距離側面積および第２背景側面積を説明するための説明図である。図１９は、ノイズ等が含まれる波形と閾値とが交わる状態での第１の線分および第２の線分を示す説明図である。
【０１２９】
本第３実施形態に係るレーザレーダ装置１では、上述した検出物体の回動方向長さＸの演算方法を変更するために、図６に示すフローチャートに代えて図１７に示すフローチャートを採用する点が、上記第１実施形態に係るレーザレーダ装置と異なる。したがって、上述した第１実施形態のレーザレーダ装置と実質的に同一の構成部分には同一符号を付し、説明を省略する。
【０１３０】
本第３実施形態では、検出物体の回動方向長さＸを、遠距離側の受光波形の形状を反映した三角形状の領域の面積と背景波形の形状を反映した三角形状の領域の面積との比較に基づいて演算する。この演算方法について、以下に説明する。
検出物体の回動方向長さＸの演算時（上記ステップＳ１３５またはステップＳ１４１に相当する処理時）には、図１８に示すように、上記第２実施形態にて述べた光量を縦軸とし時間を横軸とする座標において、２つの閾値Ｌｔｈ１，Ｌｔｈ２と受光波形とが交わる４つの面積演算用交点Ｐのうち近距離側の２つ（Ｐ１ａ，Ｐ２ａ）を結ぶ直線と遠距離側の２つ（Ｐ１ｂ，Ｐ２ｂ）を結ぶ直線の２つの直線とを求める。そしてこれら２つの直線と横軸とにより囲まれる三角形状の領域の面積を、遠距離側の受光波形Ｗ１に関して第２遠距離側面積（図１８にてクロスハッチング領域Ｓ３にて示す）として演算するとともに、背景波形Ｗ２に関して第２背景側面積（図１８にてクロスハッチング領域Ｓ３とハッチング領域Ｓ４とにて示す）として演算する。これら２つの面積の比率は、それぞれ、遠距離側の受光波形Ｗ１の形状を反映した領域の面積と、背景波形Ｗ２の形状を反映した領域の面積との比率となるので、この比率に基づいて、近距離側の受光波形に応じて検出される検出物体がスポット断面に占める面積比を求めることができる。そして、この面積比と当該スポット断面の断面寸法とにより、検出物体の回動方向長さＸが演算される。なお、第２背景側面積は、上述のように都度演算することなく、背景波形として記録する際に、予め演算するようにしてもよい。
【０１３１】
また、本第３実施形態では、上記第２実施形態と同様に、想定される受光波形と各閾値Ｌｔｈ１，Ｌｔｈ２との交点間の距離が、光量毎に閾値に応じて判定用距離Ｙとして予めそれぞれ測定されて上記光量−判定用距離マップとして制御回路７０のメモリ等に記憶されている。
【０１３２】
また、上記第２実施形態にて述べたように、ノイズ等の影響により、所定の閾値が遠距離側の受光波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が１つだけであり（図１９のＹ２参照）、他の閾値では判定用距離Ｙとの距離差が大きくなる場合がある（図１９のＹ’１参照）。
【０１３３】
この場合、本第３実施形態では、判定用距離Ｙと一致するとみなされる交点間を結ぶ線分を第１の線分とし、この交点間距離等を基準として、上記光量−判定用距離マップから他の閾値での交点間距離を推定する。そして、このように推定された判定用距離を全長とし上記第１の線分と垂直二等分線が一致する第２の線分（図１９のＹ１参照）と、上記第１の線分（図１９のＹ２参照）と、の双方の端点を通過し横軸を底辺とする二等辺三角形からなる領域に基づいて、第２遠距離側面積を演算する処理がなされる。
【０１３４】
以下、本第３実施形態に係る検出処理の具体的な流れについて図１７のフローチャート等を用いて説明する。
上記第１実施形態と同様に、前抽出回動角度での受光信号に背景波形と異なる受光波形が含まれていることから、図４のステップＳ１１５にてＹｅｓと判定されると、図１７のステップＳ１３３にて波形検出回動角度範囲において両回動方向端部以外で受光信号に２つの受光波形が含まれる回動角度があるか否かについて判定される。
【０１３５】
この波形検出回動角度において両回動方向端部以外で受光信号に２つの受光波形が含まれる回動角度がない場合には（Ｓ１３３でＮｏ）、１つの検出物体からの反射光を受光したとして、ステップＳ３０１にて交点間距離演算処理がなされる。この処理では、各閾値Ｌｔｈ１，Ｌｔｈ２毎に、受光波形が閾値を超える状態の時間、すなわち、上記座標における面積演算用交点間での交点間距離がそれぞれ算出される。
【０１３６】
次に、ステップＳ３０３において、各交点間距離とその光量での判定用距離Ｙとがほぼ一致するか否かについて判定され、各交点間距離とその光量および閾値から上記光量−判定用距離マップに基づいて求められる判定用距離Ｙとがほぼ一致する場合には、ステップＳ３０３にてＹｅｓと判定される。
【０１３７】
そして、ステップＳ３０５において、面積演算処理がなされる。この処理では、上記座標において、近距離側の２つの面積演算用交点（Ｐ１ａ，Ｐ２ａ）を結ぶ直線と、遠距離側の２つの面積演算用交点（Ｐ１ｂ，Ｐ２ｂ）を結ぶ直線とを求める。そして、これら両直線と横軸とにより囲まれる三角形状の領域の面積を、遠距離側の受光波形Ｗ１に関して第２遠距離側面積として演算するとともに、背景波形Ｗ２に関して第２背景側面積として演算する（図１８参照）。
【０１３８】
次に、ステップＳ３０７において、回動方向長さ測定処理がなされる。この処理では、第２遠距離側面積と第２背景側面積との比率に基づいて、近距離側の受光波形に応じて検出される検出物体がスポット断面に占める面積比が演算される。続いて、この近距離側の受光波形の検出時間Ｔｎにより検出物体までの距離に基づいてスポット断面の断面寸法が演算され、この断面寸法と上記面積比とにより、検出物体の回動方向長さＸが演算される。そして、上記第１実施形態と同様にステップＳ１３７以降の処理がなされる。
【０１３９】
一方、２つの閾値での交点間距離のうち少なくともいずれか１つにおいて、対応する判定用距離Ｙとの距離差が、他の閾値での上記距離差よりも大きくなる場合には、ステップＳ３０３にてＮｏと判定される。そして、ステップＳ３０９にて、その光量において交点間距離と判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が１つか否かについて判定される。
【０１４０】
ここで、交点間距離と判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が１つある場合には（Ｓ３０９でＹｅｓ）、ステップＳ３１１にて交点間距離推定処理がなされる。この処理では、上述したように、判定用距離Ｙと一致するとみなされる交点間距離等を基準として、上記光量−判定用距離マップから他の閾値での交点間距離が推定される（図１９参照）。
【０１４１】
そして、ステップＳ３１３にて、面積演算処理がなされる。この処理では、上記座標において、上述のように判定用距離Ｙと一致するとみなされる交点間を結ぶ線分を第１の線分（例えば図１９のＹ２）と、上述のように推定された判定用距離を全長とし上記第１の線分と垂直二等分線が一致する第２の線分（例えば図１９のＹ１）とを求める。そして、これら両線分の端点をそれぞれ通過し横軸を底辺とする二等辺三角形からなる領域に基づいて、第２遠距離側面積が演算される。なお、ノイズ等が含まれない背景波形を採用することで、第２背景側面積は、ステップＳ３０５と同様にして演算される。このように第２遠距離側面積が演算されると、ステップＳ３０７にて上述のように検出物体の回動方向長さＸが演算される。
【０１４２】
一方、上記第２実施形態にて述べたように、その光量において交点間距離と判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が１つもない場合には、ステップＳ３０９にてＮｏと判定されて、回動方向長さＸを測定することなく、図４のステップＳ１１７以降の処理がなされる。
【０１４３】
上述した図１７のステップＳ１３３にて、波形検出回動角度範囲において両回動方向端部以外で受光信号に２つの受光波形が含まれる回動角度がある場合には（Ｓ１３３でＹｅｓ）、上記第１実施形態と同様に、ステップＳ１４１にて第２回動方向長さ測定処理がなされる。なお、この処理では、上述したステップＳ３０１以降の処理と同様に、第２遠距離側面積と第２背景側面積との比率に基づいて、スポット断面に占める面積比を演算してもよい。
【０１４４】
以上説明したように、本第３実施形態に係るレーザレーダ装置１では、第２遠距離側面積と、第２背景側面積と、の比率に基づいて、近距離側の波形に応じて検出される検出物体の大きさが測定される。
【０１４５】
上述のような三角形状の領域は、対応する波形の形状を反映した領域となる。特に、少なくとも２つの閾値を設定するだけで、対応する波形の形状を反映した領域が区画されることとなる。このため、それぞれ領域の面積を第２遠距離側面積および第２背景側面積として算出しこれら両面積の比率を用いることで、遠距離側の受光波形と背景波形との比率を精度良く算出でき、検出物体の大きさの測定精度を向上させることができる。
【０１４６】
また、本第３実施形態に係るレーザレーダ装置１では、所定の閾値が遠距離側の受光波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での判定用距離とが一致するとみなされる閾値が１つのみの場合には、第２遠距離側面積は、第１の線分および第２の線分の双方の端点を通過し上記横軸を底辺とする二等辺三角形からなる領域の面積に基づいて演算される。
【０１４７】
このように他の閾値での交点間距離を推定することで、ノイズなどの影響により遠距離側の受光波形が乱れた場合であっても、第２遠距離側面積を演算することができる。
【０１４８】
上記第３実施形態の第１変形例として、閾値を３つ以上採用してもよい。この場合、判定用距離Ｙにより一致するとみなされる４つの面積演算用交点Ｐに基づいて、第２遠距離側面積および第２背景側面積を演算してもよい。また、上記第２実施形態と同様に、判定用距離Ｙとの距離差が大きくなる異常な成分での面積演算用交点を除いて第２遠距離側面積および第２背景側面積を演算することができる。
【０１４９】
上記第３実施形態の第２変形例として、上述のように第２遠距離側面積および第２背景側面積に基づいて検出物体の回動方向長さＸを演算するとともに、上記第２実施形態にて述べたように第１遠距離側面積および第１背景側面積等に基づいて検出物体の回動方向長さＸを演算してもよい。この場合、それぞれ演算された回動方向長さＸを比較することで、より精度の高い回動方向長さＸを演算することができる。また、それぞれの測定精度を有効に活用するために、同じ閾値および光量での判定用距離とが一致するとみなされる閾値が３つ以上の場合には、第１遠距離側面積および第１背景側面積等に基づいて検出物体の回動方向長さＸを演算し、同じ閾値および光量での判定用距離とが一致するとみなされる閾値が２つの場合には、第２遠距離側面積および第２背景側面積に基づいて検出物体の回動方向長さＸを演算してもよい。
【０１５０】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記各実施形態と同等の作用・効果が得られる。
（１）上記回動方向長さ測定処理では、近距離側の受光波形に応じて検出される検出物体がスポット断面に占める面積比を、遠距離側の受光波形の振幅値Ｈｆと背景波形の振幅値Ｈｏとの比率に基づいて演算することに限らず、例えば、遠距離側の波形が所定の閾値以上となる状態の時間と背景波形が所定の閾値以上となる状態の時間との比率に基づいて演算してもよい。検出物体がスポット断面に占める面積が小さくなるほど、遠距離側の波形が上記所定の閾値以上となる状態の時間は、背景波形が上記所定の閾値以上となる状態の時間に近づくように変化する。このため、遠距離側の波形が上記所定の閾値以上となる状態の時間と背景波形が上記所定の閾値以上となる状態の時間との比率に基づいて検出物体がスポット断面に占める面積比が演算でき、検出物体の大きさを容易に測定することができる。
【０１５１】
（２）ステップＳ１０７，Ｓ１１７では、基準となる回動角度から一周するまでを判定基準とすることに限らず、例えば、半周するまでを判定基準としてもよいし、複数周するまでを判定基準としてもよい。
【０１５２】
（３）ステップＳ１４１の第２回動方向長さ測定処理では、両回動方向端部以外で２つの受光波形が検出されるスポット断面での上記面積比が１に近い場合、すなわち、このスポット断面での遠距離側の受光波形の振幅値Ｈｆが背景波形に対して十分に小さい場合には、このスポット断面での受光波形が１つであるとして、第１回動方向長さ測定処理と同様にして回動方向長さＸを演算してもよい。
【０１５３】
また、第２回動方向長さ測定処理では、高いセキュリティ性が求められる使用環境であれば、上記面積比に関わらず第１回動方向長さ測定処理と同様にして回動方向長さＸを演算して検出物体の回動方向長さＸが大きくなるように演算することで、検出物体の検出頻度を高めてもよい。
【０１５４】
また、両回動方向端部以外で２つの受光波形が検出されるスポット断面が連続する場合では、図９（Ａ）に例示するようにスポット断面Ｌｎ−３の一部が２つの検出物体のうちの一方の一部照射部により反射され、スポット断面Ｌｎ−４の一部が２つの検出物体のうちの他方の一部照射部により反射される状態と、図９（Ｂ）に例示するようにスポット断面Ｌｎ−３，Ｌｎ−４の一部が２つの検出物体の間に存在する検出物体により反射される状態と、のいずれの状態か判別することができない。
【０１５５】
そこで、このような場合、第２回動方向長さ測定処理では、要求されるセキュリティ性等に応じて処理を変更してもよい。具体的には、例えば、高いセキュリティ性が求められる使用環境であれば、上記面積比に関わらず第１回動方向長さ測定処理と同様にして回動方向長さＸを演算して検出物体の回動方向長さＸが大きくなるように演算することで、検出物体の検出頻度を高めてもよい。また、高いセキュリティ性が求められない使用環境であれば、上記面積比等に応じて複数の検出物体を検出しているものとして各検出物体の回動方向長さＸを演算することで、検出不要な大きさの検出物体の検出を確実に防止するようにしてもよい。
【０１５６】
（４）ステップＳ１３５，Ｓ１４１における回動方向長さ測定処理では、レーザ光の出射方向の単位角度変化（レーザ走査間隔）の設定値に応じて、現段階の回動角度におけるスポット断面が同一距離での前抽出回動角度におけるスポット断面と一部重なる場合には、その重なり分を、演算された回動方向長さＸから減算するようにしてもよい。これにより、検出物体の回動方向長さＸをより正確に演算して測定することができる。
【符号の説明】
【０１５７】
１…レーザレーダ装置
１０…レーザダイオード（レーザ光発生手段）
２０…フォトダイオード（光検出手段）
４０…回動偏向機構（回動偏向手段）
５０…モータ（駆動手段）
７０…制御回路（距離測定手段，設定手段，測定手段，断面寸法演算手段）
Ｌ…スポット断面
Ｈｆ，Ｈｏ…振幅値
Ｔｆ，Ｔｎ，Ｔｏ…検出時間
Ｘ…回動方向長さ
Ｐ…面積演算用交点
Ｙ…判定用距離
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を用いて検出物体までの距離や方位を検出するレーザレーダ装置に関する技術として、下記特許文献１に示すレーザレーダ走査装置が知られている。このレーザレーダ走査装置では、レーザダイオードからレーザ光が出力されると、スリットを通過し光アイソレータを透過したレーザ光が凹面鏡によって略平行光線に変換され、空間に向けて照射される。このレーザ光が検出物体によって反射されてその反射光の一部が再び凹面鏡に入射されると、この反射光は、凹面鏡にて光アイソレータへ向けて集光するように反射されて、当該光アイソレータにてフォトダイオードへ向けて反射される。これにより、フォトダイオードが入力されたレーザ光に応じた電気信号を出力することで、レーザ光を出力してからその反射光を検出するまでの時間を測定することによって、検出物体までの距離を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２７８９７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、装置内から外方の空間に向けて照射されるレーザ光は、略平行光に変換されてはいるものの、その光軸に直交する断面の径（以下、レーザスポット径ともいう）が遠距離ほど徐々に大きくなるように広がってしまう。そのため、レーザの発光面が極小に設定されていても、例えば、３０ｍ先では２０〜３０ｃｍほどのレーザスポット径になってしまう場合がある。
【０００５】
レーザレーダ装置では、検出物体からの反射光の光量しか検出しないため、例えば、第１の検出物体と、この第１の検出物体よりも大きさが大きく反射率が低い第２の検出物体とからの反射光量が等しい場合には、双方の大きさの違いを認識することが困難である。このため、本来検出不要な大きさの物体、例えば、小鳥や落ち葉であっても検出してしまう可能性があり、レーザスポット径が大きくなる遠方の検出物体では、この現象がさらに顕著になる。
【０００６】
また、レーザ光の出射方向を変化させて周囲の検出物体からの反射光を検出する場合、遠方の検出物体に対してはレーザ走査間隔が大きくなる。そのため、例えば、レーザ光の発光タイミングを０．２５°毎で変化させる場合、３０ｍ先ではレーザ走査間隔が約１３ｃｍになることから、小さな検出物体であっても出射方向変化前後にて同距離での反射光が検出されると当該検出物体の大きさが約２６ｃｍとして認識されてしまう。このように、発光タイミングによる誤差（角度分解能による誤差）やレーザスポット径の広がりによる誤差のために、本来検出不要な大きさの物体を検出してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、検出物体の検出精度を高め得るレーザレーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項１のレーザレーダ装置では、レーザ光を発生するレーザ光発生手段と、前記レーザ光発生手段から前記レーザ光が発生されたときに、当該レーザ光が検出物体にて反射した反射光を波形として検出する光検出手段と、所定の中心軸を中心として回動可能に構成された偏向手段を備えるとともに、当該偏向手段により前記レーザ光を空間に向けて偏向させ、かつ前記反射光を前記光検出手段に向けて偏向する回動偏向手段と、前記回動偏向手段を駆動する駆動手段と、前記レーザ光発生手段での前記レーザ光の発生からこのレーザ光が前記検出物体にて反射された反射光が前記光検出手段により検出されるまでの検出時間に基づいて前記検出物体までの距離を測定する距離測定手段と、を備えたレーザレーダ装置であって、所定の回動角度において前記光検出手段により検出される波形が前回の同一回動角度において検出された波形に一致するとみなされる検出状態が継続して検出される場合にこの波形をその回動角度の背景波形として設定する設定手段と、遠距離側の波形の前記検出時間がその回動角度における前記背景波形の前記検出時間に相当する、２つの波形が前記光検出手段により検出されるとき、この遠距離側の波形と前記背景波形との比率に基づいて、近距離側の波形に応じて検出される前記検出物体の大きさを測定する測定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載のレーザレーダ装置において、前記測定手段は、前記遠距離側の波形の振幅値と前記背景波形の振幅値との比率に基づいて、前記近距離側の波形に応じて検出される前記検出物体の大きさを測定することを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１に記載のレーザレーダ装置において、前記測定手段は、前記遠距離側の波形が所定の閾値以上となる状態の時間と前記背景波形が前記所定の閾値以上となる状態の時間との比率に基づいて、前記近距離側の波形に応じて検出される前記検出物体の大きさを測定することを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置において、前記測定手段により測定された前記検出物体の大きさが検出対象外である場合にこの検出物体の検出を無効にする無効手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項４に記載のレーザレーダ装置において、前記検出対象となる前記検出物体の大きさは、前記距離測定手段により測定される距離に応じて設定されることを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置において、前記測定手段は、前記距離測定手段による前記検出物体までの測定距離での前記レーザ光の断面寸法を演算する断面寸法演算手段を備え、前記検出物体の一部により第１の回動角度にて前記２つの波形が前記光検出手段により検出され、この検出物体の残部により前記第１の回動角度から所定角度回動した間の全ての回動角度にて１つの波形が前記光検出手段により検出されるとき、前記１つの波形が検出される回動角度の数と、前記２つの波形の前記比率と、前記断面寸法とに基づいて、当該検出物体の回動方向に沿う長さを測定することを特徴とする。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項６に記載のレーザレーダ装置において、前記断面寸法演算手段は、前記レーザ光の広がりに応じて前記測定距離での前記断面寸法を演算することを特徴とする。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項１、４〜７のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置において、前記光検出手段により検出される波形が所定の光量を超えているか否かを判定するための閾値が複数設定されており、光量を縦軸とし時間を横軸とする座標において、１つの前記閾値が前記光検出手段により検出される波形と交わる交点を面積演算用交点とするとき、前記測定手段は、前記複数の閾値のうちの２つ以上の閾値と前記遠距離側の波形とが交わる複数の前記面積演算用交点により囲まれる多角形状の領域の面積である第１遠距離側面積と、前記２つ以上の閾値と前記背景波形とが交わる複数の前記面積演算用交点により囲まれる多角形状の領域の面積である第１背景側面積と、の比率に基づいて、前記近距離側の波形に応じて検出される前記検出物体の大きさを測定することを特徴とする。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項８に記載のレーザレーダ装置において、前記測定手段は、前記第１遠距離側面積を構成する最小の閾値での２つの前記面積演算用交点とこれら両面積演算用交点から前記横軸にそれぞれ下ろした垂線の足とにより囲まれる四角形状の領域の面積を当該第１遠距離側面積に加えた合計面積と、前記第１背景側面積を構成する最小の閾値での２つの前記面積演算用交点とこれら両面積演算用交点から前記横軸にそれぞれ下ろした垂線の足とにより囲まれる四角形状の領域の面積を当該第１背景側面積に加えた合計面積と、の比率に基づいて、前記近距離側の波形に応じて検出される前記検出物体の大きさを測定することを特徴とする。
【００１７】
請求項１０の発明は、請求項８または９に記載のレーザレーダ装置において、前記光検出手段による検出が想定される光量の波形と前記閾値とが交わる２つの交点間の距離が、光量毎に閾値に応じて判定用距離として予めそれぞれ測定されて記憶され、前記測定手段は、所定の前記閾値が前記遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での前記判定用距離との距離差が、他の閾値での前記距離差よりも大きくなる前記面積演算用交点を除いて、前記第１遠距離側面積および前記第１背景側面積を演算することを特徴とする。
【００１８】
請求項１１の発明は、請求項１０に記載のレーザレーダ装置において、前記測定手段は、所定の前記閾値が前記遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での前記判定用距離とが一致するとみなされる閾値が１つのみの場合には、前記第１遠距離側面積を、当該１つの閾値での前記交点間を結ぶ線分と、この１つの閾値での光量と同じ光量であって他の閾値に対応する前記判定用距離を全長とする線分と、の２つの線分の一方を上底とし他方を下底とする台形状の領域の面積に基づいて演算することを特徴とする。
【００１９】
請求項１２の発明は、請求項１、４〜７のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置において、前記光検出手段により検出される波形が所定の光量を超えているか否かを判定するための閾値が複数設定されており、光量を縦軸とし時間を横軸とする座標において、１つの前記閾値が前記光検出手段により検出される波形と交わる交点を面積演算用交点とするとき、前記測定手段は、前記複数の閾値のうちの２つの閾値と前記遠距離側の波形とが交わる４つの前記面積演算用交点のうち近距離側の２つを結ぶ直線および遠距離側の２つを結ぶ直線の２つの直線と、前記横軸とにより囲まれる三角形状の領域の面積である第２遠距離側面積と、前記２つの閾値と前記背景波形とが交わる４つの前記面積演算用交点のうち近距離側の２つを結ぶ直線および遠距離側の２つを結ぶ直線の２つの直線と、前記横軸とにより囲まれる三角形状の領域の面積である第２背景側面積と、の比率に基づいて、前記近距離側の波形に応じて検出される前記検出物体の大きさを測定することを特徴とする。
【００２０】
請求項１３の発明は、請求項１２に記載のレーザレーダ装置において、前記光検出手段による検出が想定される光量の波形と前記閾値とが交わる２つの交点間の距離が、光量毎に閾値に応じて判定用距離として予めそれぞれ測定されて記憶され、前記測定手段は、所定の前記閾値が前記遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と同じ閾値および光量での前記判定用距離との距離差が、他の閾値での前記距離差よりも大きくなる前記面積演算用交点を除いて、前記第２遠距離側面積および前記第２背景側面積を演算することを特徴とする。
【００２１】
請求項１４の発明は、請求項１３に記載のレーザレーダ装置において、前記測定手段は、所定の前記閾値が前記遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での前記判定用距離とが一致するとみなされる閾値が１つのみの場合には、前記第２遠距離側面積を、当該１つの閾値での前記交点間を結ぶ第１の線分と、この１つの閾値での光量と同じ光量であって他の１つの閾値に対応する前記判定用距離を全長とし前記第１の線分と垂直二等分線が一致する第２の線分と、の双方の端点を通過し前記横軸を底辺とする二等辺三角形からなる領域の面積に基づいて演算することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１の発明では、所定の回動角度において光検出手段により検出される波形が前回の同一回動角度において検出された波形に一致するとみなされる検出状態が継続して検出される場合に、設定手段により、この波形がその回動角度の背景波形として設定される。そして、遠距離側の波形の検出時間がその回動角度における背景波形の検出時間に相当する、２つの波形が光検出手段により検出されるとき、この遠距離側の波形と背景波形との比率に基づいて、測定手段により、近距離側の波形に応じて検出される検出物体の大きさが測定される。
【００２３】
所定の回動角度において光検出手段により検出される波形が前回の同一回動角度において検出された波形に一致するとみなされる検出状態が継続して検出されると、この波形は、常にその場所に位置する壁などの物体（以下、単に背景ともいう）からの反射光によるものと推定できる。また、２つの波形が検出される場合とは、出射されたレーザ光の一部が検出物体にて反射されて近距離側の波形として検出された後に、そのレーザ光の残部が出射方向後方の物体にて反射されて遠距離側の波形として検出される場合である。
【００２４】
そのため、２つの波形が検出されるときに遠距離側の波形の検出時間がその回動角度における背景波形の検出時間に相当する場合には、出射されたレーザ光は、その一部が検出物体にて反射され、その残部が検出物体よりも遠距離にある背景にて反射されたことが推定される。この場合、近距離側である検出物体がレーザ光の光軸に直交する断面（以下、スポット断面ともいう）に占める面積が小さくなるほど、すなわち検出物体が小さいほど、遠距離側の波形は、背景波形に近づくように変化する。このため、遠距離側の波形と背景波形との比率に基づいて、近距離側の波形に応じて検出される検出物体の大きさを測定することができる。
したがって、スポット断面よりも小さな検出物体の大きさを測定することができるので、検出物体の検出精度を高めることができる。
【００２５】
請求項２の発明では、測定手段により、遠距離側の波形の振幅値と背景波形の振幅値との比率に基づいて、近距離側の波形に応じて検出される検出物体の大きさが測定される。このように両波形の振幅値の比率に基づいて検出物体がスポット断面に占める面積比を演算することで、検出物体の大きさを容易に測定することができる。
【００２６】
請求項３の発明では、測定手段により、遠距離側の波形が所定の閾値以上となる状態の時間と背景波形が所定の閾値以上となる状態の時間との比率に基づいて、近距離側の波形に応じて検出される検出物体の大きさが測定される。
【００２７】
検出物体がスポット断面に占める面積が小さくなるほど、遠距離側の波形が上記所定の閾値以上となる状態の時間は、背景波形が上記所定の閾値以上となる状態の時間に近づくように変化する。このため、遠距離側の波形が上記所定の閾値以上となる状態の時間と背景波形が上記所定の閾値以上となる状態の時間との比率に基づいて検出物体がスポット断面に占める面積比を演算することで、検出物体の大きさを容易に測定することができる。
【００２８】
請求項４の発明では、測定手段により測定された検出物体の大きさが検出対象外である場合に、この検出物体の検出が無効手段により無効となるので、検出不要な大きさの物体の検出を防止することができる。
【００２９】
請求項５の発明では、検出対象となる検出物体の大きさは、距離測定手段により測定される距離に応じて設定されるため、例えば、遠距離での検出対象の大きさを近距離よりも大きく設定することで、所望の大きさの検出物体を検出するとともに、検出不要な大きさの物体の検出を確実に防止することができる。
【００３０】
請求項６の発明では、検出物体の一部により第１の回動角度にて２つの波形が検出され、この検出物体の残部により第１の回動角度から所定角度回動した間の全ての回動角度にて１つの波形が検出されるとき、１つの波形が検出される回動角度の数と、２つの波形の比率と、レーザ光の断面寸法とに基づいて、当該検出物体の回動方向に沿う長さ（以下、回動方向長さともいう）が測定される。
【００３１】
検出物体の回動方向長さがスポット断面の回動方向長さよりも十分に長い場合、検出物体の回動方向中央部（以下、全照射部ともいう）では、その回動角度におけるスポット断面の全てが照射される。また、検出物体の回動方向端部（以下、一部照射部ともいう）では、スポット断面の全てが照射される場合を除き、その回動角度におけるスポット断面の一部が照射されてその残部が背景等に照射される。そのため、全照射部に対応する回動角度では、背景波形が検出されることなく１つの波形が略同一の検出時間にてそれぞれ検出され、一部照射部位に対応する回動角度では、上述のように２つの波形が検出されることとなる。
【００３２】
このため、１つの波形が検出される回動角度の数（全照射部の数）により、検出物体のうち全照射部が占める回動方向長さが求められる。また、２つの波形の比率から算出される一部照射部がスポット断面に占める面積比と、このスポット断面の断面寸法とにより、検出物体のうち一部照射部が占める回動方向長さが求められる。その結果、これら全照射部が占める回動方向長さと一部照射部が占める回動方向長さとにより、検出物体の回動方向長さを正確に測定することができる。
【００３３】
請求項７の発明では、断面寸法演算手段により、レーザ光の広がりに応じて測定距離でのスポット断面の断面寸法が演算されるので、予めレーザ光の広がりを把握することでその測定距離でのスポット断面の断面寸法を容易に演算することができる。
【００３４】
請求項８の発明では、測定手段により、複数の閾値のうちの２つ以上の閾値と遠距離側の波形とが交わる複数の面積演算用交点により囲まれる多角形状の領域の面積である第１遠距離側面積と、上記２つ以上の閾値と背景波形とが交わる複数の面積演算用交点により囲まれる多角形状の領域の面積である第１背景側面積と、の比率に基づいて、近距離側の波形に応じて検出される検出物体の大きさが測定される。
【００３５】
上述のような各面積演算用交点により囲まれる多角形状の領域は、対応する波形の形状を反映した領域となる。特に、面積演算用交点の数が多いほど、すなわち、閾値の数が多いほど、対応する波形の形状が上記領域として反映されることとなる。このため、それぞれ領域の面積を第１遠距離側面積および第１背景側面積として算出しこれら両面積の比率を用いることで、遠距離側の波形と背景波形との比率を精度良く算出でき、検出物体の大きさの測定精度を向上させることができる。
【００３６】
請求項９の発明では、測定手段により、第１遠距離側面積を構成する最小の閾値での２つの面積演算用交点とこれら両面積演算用交点から横軸にそれぞれ下ろした垂線の足とにより囲まれる四角形状の領域の面積を当該第１遠距離側面積に加えた合計面積と、第１背景側面積を構成する最小の閾値での２つの面積演算用交点とこれら両面積演算用交点から横軸にそれぞれ下ろした垂線の足とにより囲まれる四角形状の領域の面積を当該第１背景側面積に加えた合計面積と、の比率に基づいて、近距離側の波形に応じて検出される検出物体の大きさが測定される。
【００３７】
請求項８の発明に対して、最小の閾値での２つの面積演算用交点と上記垂線の足とにより囲まれる四角形状の領域の面積をさらに加えた合計面積の比率を用いるので、上記多角形状の領域に上記四角形状の領域を加えた領域は、上記多角形状の領域のみと比較して、対応する波形の形状をより反映した領域となる。このため、それぞれの合計面積の比率を用いることで、遠距離側の波形と背景波形との比率をより精度良く算出でき、検出物体の大きさの測定精度をより向上させることができる。
【００３８】
請求項１０の発明では、測定手段にて、所定の閾値が遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での判定用距離との距離差が、他の閾値での距離差よりも大きくなる面積演算用交点を除いて、第１遠距離側面積および第１背景側面積が演算される。
【００３９】
通常の受光波形であれば、その受光波形と所定の閾値とが交わる２つの交点間の距離が、同じ閾値および光量でほぼ一定となることが想定される。すなわち、判定用距離との距離差が他の閾値での距離差よりも大きくなる面積演算用交点は、受光波形に含まれる異常な成分と閾値との交点である可能性が高いことが想定される。このため、上述のような面積演算用交点を除いて第１遠距離側面積および第１背景側面積を演算することで、遠距離側の波形と背景波形との比率をさらに精度良く算出して、検出物体の大きさの測定精度を確実に向上させることができる。
【００４０】
請求項１１の発明では、所定の閾値が遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での判定用距離とが一致するとみなされる閾値が１つのみの場合には、測定手段により、第１遠距離側面積は、当該１つの閾値での交点間を結ぶ線分と、この１つの閾値での光量と同じ光量であって他の閾値に対応する判定用距離を全長とする線分と、の２つの線分の一方を上底とし他方を下底とする台形状の領域の面積に基づいて演算される。
【００４１】
ノイズなどの影響により遠距離側の波形が乱れると、複数の閾値を設定している場合でも、所定の閾値が遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での判定用距離とが一致するとみなされる閾値が１つだけであり、他の閾値では判定用距離との距離差が大きくなる場合がある。この場合、２つの面積演算用交点だけでは、遠距離側の波形の形状が反映される多角形状の領域を想定することができない。
【００４２】
そこで、判定用距離と一致するとみなされる１つの閾値での交点間距離を基準として、他の閾値に対応する判定用距離からこの他の閾値での交点間距離を推定する。そして、このように推定した交点間距離を全長とする線分と、基準となる当該１つの閾値での交点間を結ぶ線分と、の２つの線分の一方を上底とし他方を下底とする台形状の領域に基づいて、第１遠距離側面積を演算する。このように他の閾値での交点間距離を推定することで、ノイズなどの影響により遠距離側の波形が乱れた場合であっても、第１遠距離側面積を演算することができる。
【００４３】
請求項１２の発明では、測定手段により、複数の閾値のうちの２つの閾値と遠距離側の波形とが交わる４つの面積演算用交点のうち近距離側の２つを結ぶ直線および遠距離側の２つを結ぶ直線の２つの直線と、横軸とにより囲まれる三角形状の領域の面積である第２遠距離側面積と、２つの閾値と背景波形とが交わる４つの面積演算用交点のうち近距離側の２つを結ぶ直線および遠距離側の２つを結ぶ直線の２つの直線と、横軸とにより囲まれる三角形状の領域の面積である第２背景側面積と、の比率に基づいて、近距離側の波形に応じて検出される検出物体の大きさが測定される。
【００４４】
上述のような三角形状の領域は、対応する波形の形状を反映した領域となる。特に、少なくとも２つの閾値を設定するだけで、対応する波形の形状を反映した領域が区画されることとなる。このため、それぞれ領域の面積を第２遠距離側面積および第２背景側面積として算出しこれら両面積の比率を用いることで、遠距離側の波形と背景波形との比率を精度良く算出でき、検出物体の大きさの測定精度を向上させることができる。
【００４５】
請求項１３の発明では、測定手段にて、所定の閾値が遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と同じ閾値および光量での判定用距離との距離差が、他の閾値での距離差よりも大きくなる面積演算用交点を除いて、第２遠距離側面積および第２背景側面積が演算される。
【００４６】
通常の受光波形であれば、その波形と所定の閾値とが交わる２つの交点間の距離が、同じ閾値および光量でほぼ一定となることが想定される。すなわち、判定用距離との距離差が他の閾値での距離差よりも大きくなる面積演算用交点は、受光波形に含まれる異常な成分と閾値との交点である可能性が高いことが想定される。このため、上述のような面積演算用交点を除いて第２遠距離側面積および第２背景側面積を演算することで、遠距離側の波形と背景波形との比率をさらに精度良く算出して、検出物体の大きさの測定精度を確実に向上させることができる。
【００４７】
請求項１４の発明では、所定の閾値が遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での判定用距離とが一致するとみなされる閾値が１つのみの場合には、測定手段により、第２遠距離側面積は、当該１つの閾値での交点間を結ぶ第１の線分と、この１つの閾値での光量と同じ光量であって他の１つの閾値に対応する判定用距離を全長とし上記第１の線分と垂直二等分線が一致する第２の線分と、の双方の端点を通過し前記横軸を底辺とする二等辺三角形からなる領域の面積に基づいて演算される。
【００４８】
ノイズなどの影響により遠距離側の波形が乱れると、複数の閾値を設定している場合でも、所定の閾値が遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での判定用距離とが一致するとみなされる閾値が１つだけであり、他の閾値では判定用距離との距離差が大きくなる場合がある。この場合、２つの面積演算用交点だけでは、遠距離側の波形の形状が反映される三角形状の領域を想定することができない。
【００４９】
そこで、判定用距離と一致するとみなされる１つの閾値での交点間距離を基準として、他の閾値に対応する判定用距離からこの他の閾値での交点間距離を推定する。このとき、上記第１の線分と第２の線分の双方の端点を通過し横軸を底辺とする二等辺三角形からなる領域は、対応する波形の形状を反映した領域となるので、この領域の面積に基づいて第２遠距離側面積を演算する。このように他の閾値での交点間距離を推定することで、ノイズなどの影響により遠距離側の波形が乱れた場合であっても、第２遠距離側面積を演算することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本第１実施形態に係るレーザレーダ装置を概略的に例示する断面図である。
【図２】２つの受光波形が検出される状況を説明するための説明図である。
【図３】図３（Ａ）は、検出物体および背景が検出される状態を例示する波形図であり、図３（Ｂ）は、背景のみが検出される状態を例示する波形図である。
【図４】第１実施形態に係る制御回路における検出処理の流れを例示するフローチャートの一部である。
【図５】第１実施形態に係る制御回路における検出処理の流れを例示するフローチャートの一部である。
【図６】第１実施形態に係る制御回路における検出処理の流れを例示するフローチャートの一部である。
【図７】図７（Ａ）〜（Ｄ）は、各スポット断面において検出物体にてレーザ光が反射される領域と背景にてレーザ光が反射される領域とを例示する説明図である。
【図８】図８（Ａ）〜（Ｃ）は、各スポット断面において検出物体にてレーザ光が反射される領域と背景にてレーザ光が反射される領域とを例示する説明図である。
【図９】図９（Ａ），（Ｂ）は、各スポット断面において検出物体にてレーザ光が反射される領域と背景にてレーザ光が反射される領域とを例示する説明図である。
【図１０】第２実施形態に係る制御回路における検出処理の流れを例示するフローチャートの一部である。
【図１１】第１遠距離側面積および第１背景側面積を説明するための説明図である。
【図１２】光量と判定用距離との関係を閾値毎に示す光量−判定用距離マップの一例を示す説明図である。
【図１３】ノイズ等が含まれる波形と閾値とが交わる面積演算用交点を示す説明図である。
【図１４】他の波形が重なった波形と閾値とが交わる面積演算用交点を示す説明図である。
【図１５】交点間距離と判定用距離とが一致するとみなされる閾値が１つもない波形を例示する説明図である。
【図１６】交点間距離と判定用距離とが一致するとみなされる閾値が１つもない波形を例示する説明図である。
【図１７】第３実施形態に係る制御回路における検出処理の流れを例示するフローチャートの一部である。
【図１８】第２遠距離側面積および第２背景側面積を説明するための説明図である。
【図１９】ノイズ等が含まれる波形と閾値とが交わる状態での第１の線分および第２の線分を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
［第１実施形態］
以下、本発明のレーザレーダ装置を具現化した第１実施形態について図を参照して説明する。
図１に示すように、レーザレーダ装置１は、レーザダイオード１０と、検出物体からの反射光Ｌ３を受光するフォトダイオード２０と、レーザダイオード１０およびフォトダイオード２０を制御する制御回路７０とを備え、検出物体までの距離や方位を検出する装置として構成されている。レーザダイオード１０は、「レーザ光発生手段」の一例に相当するものであり、制御回路７０の制御により図略のレーザ駆動回路からパルス電流を供給されてパルスレーザ光（レーザ光Ｌ０）を投光するものである。
【００５２】
フォトダイオード２０は、「光検出手段」の一例に相当するものであり、レーザダイオード１０からレーザ光Ｌ０が発生したときに、このレーザ光Ｌ０が検出物体によって反射した反射光Ｌ３等を検出し受光信号に変換して制御回路７０に出力する構成をなしている。なお、検出物体からの反射光については所定領域のものが取り込まれる構成となっており、図１の例では、符号Ｌ３で示す２つのライン間の領域の反射光が取り込まれるようになっている。
【００５３】
また、レーザ光Ｌ０の光軸上にはレンズ６０及びミラー３０が設けられている。レンズ６０は、コリメートレンズとして構成されるものであり、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ０を略平行光に変換する。
【００５４】
ミラー３０は、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ０の透過と、検出物体側からの反射光Ｌ３の反射を実現するものである。具体的には、レーザ光Ｌ０の光軸に対し所定角度で傾斜してなる反射面３１を有するとともに、反射面３１と交差する方向の貫通路３２を備えている。本構成では、レーザ光Ｌ０の光軸と反射光Ｌ３の光軸とを一致させる構成としており、ミラー３０は、共通の光軸上に配されて貫通路３２を介してレーザ光Ｌ０を通過させる一方、反射面３１により反射光Ｌ３をフォトダイオード２０に向けて反射する構成をなしている。
【００５５】
なお、上述したように、レーザダイオード１０から貫通路３２までのレーザ光Ｌ０の光路上に、レーザ光Ｌ０を略平行光に変換するレンズ６０が設けられているが、このレンズ６０は、貫通路３２においてほぼすべての光を通過させる略平行光を発生させる形態とすると良い。逆に、貫通路３２に着目した場合、当該貫通路３２は、レンズ６０によって略平行光とされたレーザ光Ｌ０のほぼすべての光を通過させるサイズとすると良い。
【００５６】
また、ミラー３０を通過するレーザ光Ｌ０の光軸上には、回動偏向機構４０が設けられている。この回動偏向機構４０は、レーザ光Ｌ０の光軸方向に延びる中心軸を中心として回動可能に配設されるとともに、この中心軸上に焦点位置が設定される凹面鏡４１によってレーザ光Ｌ０を空間に向けて反射させ且つ反射光Ｌ３をミラーに向けて偏向させている。なお、回動偏向機構４０および凹面鏡４１は、特許請求の範囲に記載の「回動偏向手段」および「偏向手段」の一例に相当する。
【００５７】
さらに、回動偏向機構４０を回転駆動するモータ５０が設けられている。このモータ５０は、「駆動手段」の一例に相当するものであり、軸４２を回転させることで、軸４２と連結された回動可能な凹面鏡４１を回転駆動する構成となっている。モータ５０は、ここではステップモータによって構成されている。ステップモータは、種々のものを利用でき、１ステップ毎の角度が小さいものを使用すれば、緻密な回動が可能となる。また、モータ５０としてステップモータ以外の駆動手段を用いてもよい。例えばサーボモータ等を用いても良いし、定常回転するモータを用い、凹面鏡４１が測距したい方向を向くタイミングに同期させてパルスレーザ光を出力することで、所望の方向の検出を可能としてもよい。なお、本第１実施形態では、図１に示すように、モータ５０の軸４２の回転角度、即ち凹面鏡４１の回転角度を検出する回転角度センサ５２が設けられており、この回転角度センサ５２は、凹面鏡４１の回転角度に対応する角度信号、すなわち、レーザ光の出射方向に対応する角度信号を制御回路７０に出力する。当該回転角度センサ５２は、ロータリーエンコーダなど、軸４２の回転角度を検出しうるものであれば様々な種類のものを使用でき、また、検出対象となるモータ５０の種類も特に限定されず、様々な種類のものに適用できる。
【００５８】
また、本第１実施形態では、レーザダイオード１０、フォトダイオード２０、ミラー３０、レンズ６０、回動偏向機構４０、モータ５０や制御回路７０等がケース３内に収容され、防塵や衝撃保護が図られている。ケース３における凹面鏡４１の周囲には、当該凹面鏡４１を取り囲むようにレーザ光Ｌ０及び反射光Ｌ３の通過を可能とする導光部４が形成されている。導光部４は、凹面鏡４１に入光するレーザ光Ｌ０の光軸を中心とした環状形態で、ほぼ３６０°に亘って構成されており、この導光部４を閉塞する形態でレーザ光が透過可能なガラス板等からなる窓部５が配され、防塵が図られている。
【００５９】
窓部５は、凹面鏡４１に入光するレーザ光Ｌ０の光軸と直交する仮想平面に対し全周にわたり傾斜した構成となっている。即ち、凹面鏡４１から空間に向かうレーザ光Ｌ０に対して板面が傾斜した構成をなしている。従って、凹面鏡４１から空間に向かうレーザ光Ｌ０が窓部５にて反射してもノイズ光となりにくくなっている。
【００６０】
制御回路７０は、例えば、マイコンやメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等）等から構成されており、上述したレーザダイオード１０およびフォトダイオード２０等を制御することで、検出物体までの距離や方向を検出する検出処理を所定のコンピュータプログラムにより実行する機能を有するものである。
【００６１】
次に、本第１実施形態に係るレーザレーダ装置１の制御回路７０における検出処理について説明する。この検出処理では、検出すべき大きさの検出物体を検出するために、フォトダイオード２０から入力される受光信号に基づいて、検出物体の回動方向に沿う長さ（以下、回動方向長さともいう）が測定される。まず、この測定方法について、図２および図３を用いて説明する。
【００６２】
検出物体までの距離や方向を検出するため、モータ５０の回転駆動により凹面鏡４１が所定角度回動してレーザ光の出射方向が所定角度変化する際に、回転角度センサ５２からの角度信号に応じて演算される凹面鏡４１の回動角度（以下、単に回動角度ともいう）毎に、フォトダイオード２０から受光信号が制御回路７０に入力される。ここで、所定の回動角度において入力される受光信号により検出される受光波形が前回の同一回動角度において検出された受光波形に一致するとみなされる検出状態が継続して検出されると、この受光波形（以下、背景波形ともいう）は、常にその場所に位置する壁などの物体（以下、背景ともいう）からの反射光によるものと推定できる。
【００６３】
また、図２に例示するように、出射されたレーザ光の一部Ｌ０ａが検出物体Ｓａにて反射され、そのレーザ光の残部Ｌ０ｂが出射方向後方の背景Ｓｂにて反射される場合には、図３（Ａ）に例示するように、受光信号に２つの受光波形が含まれることとなる。そのため、図３（Ａ），（Ｂ）に例示するように、２つの受光波形が検出されるときに遠距離側の受光波形の検出時間Ｔｆがその回動角度における背景波形の検出時間Ｔｏに相当する場合には、出射されたレーザ光は、その一部が検出物体にて反射され、その残部が検出物体よりも遠距離にある背景にて反射されたことが推定される。この場合、近距離側である検出物体（検出時間Ｔｎ）がレーザ光の光軸に直交する断面（以下、スポット断面ともいう）に占める面積が小さくなるほど、すなわち検出物体が小さくなるほど、遠距離側の受光波形は、背景波形に近づくように変化する。このため、遠距離側の受光波形の振幅値Ｈｆと背景波形の振幅値Ｈｏとの比率に基づいて、近距離側の受光波形に応じて検出される検出物体の大きさ（回動方向長さ）を測定することができる。なお、図２では、説明の便宜上、レーザ光Ｌ０ａ，Ｌ０ｂ等を拡大して図示している。
【００６４】
以下、検出処理の具体的な流れについて図４〜図６のフローチャートを用いて説明する。
まず、図４のステップＳ１０１において、レーザ発光処理がなされる。この処理では、タイミング信号発生部にて生成された発光トリガに応じた所定のパルス幅の発光信号がレーザ駆動回路に出力される。これにより、レーザ駆動回路に駆動制御されて、レーザダイオード１０から上記所定のパルス幅に応じた時間間隔のパルスレーザ光（レーザ光Ｌ０）が出力される。このレーザ光Ｌ０は、ある程度の広がり角をもった拡散光として投光され、レンズ６０を通過することで略平行光に変換される。レンズ６０を通過したレーザ光Ｌ０は、ミラー３０に形成された貫通路３２を通過して凹面鏡４１に入射し、この凹面鏡４１にて略平行光として反射され空間に向けて照射される。
【００６５】
次に、ステップＳ１０３において、レーザ受光処理がなされる。レーザ光Ｌ０が検出物体等によって反射光として反射された場合には、この反射光は、凹面鏡４１にて集光されてミラー３０を介してフォトダイオード２０へ向けて反射される。これにより、上記レーザ受光処理では、フォトダイオード２０から反射光の受光に応じた受光信号が制御回路７０に入力される。
【００６６】
続いて、ステップＳ１０５にて記憶処理がなされて、フォトダイオード２０からの受光信号がその回動角度とともにメモリ等に記憶される。そして、ステップＳ１０７にて回転角度センサ５２から入力される角度信号に基づいてレーザ光の出射方向が一周したか否かについて判定される。ここで、レーザ光の出射方向が一周していなければ（Ｓ１０７でＮｏ）、ステップＳ１０９にて回動処理がなされて、モータ５０が１ステップ分だけ回転駆動する。これにより、凹面鏡４１が単位角度回動してレーザ光の出射方向が単位角度変化する。そして、レーザ光の出射方向が一周するまで、上記ステップＳ１０１からの処理が繰り返される。
【００６７】
そして、レーザ光の出射方向が一周して、この一周分における各受光信号がメモリ等に記憶されると（Ｓ１０７でＹｅｓ）、ステップＳ１１１において、受光信号抽出処理がなされる。この処理では、基準となる回動角度から一周する回動角度までの各受光信号が当該処理を実施するごとに順に１つずつ抽出される。
【００６８】
次に、ステップＳ１１３にて、抽出された回動角度での受光信号に受光波形が含まれるか否かについて判定される。ここで、受光信号が所定の閾値を超えない場合には受光波形が含まれないとして（Ｓ１１３でＮｏ）、ステップＳ１１５にて、現段階で抽出された回動角度よりもモータ５０の１ステップ分だけ逆回動方向の回動角度（以下、前抽出回動角度ともいう）での受光信号に背景波形と異なる受光波形が含まれたか否かについて判定される。そして、前抽出回動角度での受光信号に背景波形と異なる受光波形が含まれていなければ（Ｓ１１５でＮｏ）、ステップＳ１１７にて一周全ての受光信号が抽出されたか否かについて判定され、一周全ての受光信号が抽出されるまで、Ｎｏと判定されて上記ステップＳ１１１からの処理が繰り返される。
【００６９】
ここで、ステップＳ１１３において、抽出された回動角度での受光信号が所定の閾値以上になることから受光信号に受光波形が含まれると判定されると（Ｓ１１３でＹｅｓ）、図５のステップＳ１１９にて受光信号に含まれる受光波形が１つのみか否かについて判定される。そして、検出物体または背景からの反射光のみを受光したことから受光信号に含まれる受光波形が１つのみの場合には、Ｓ１１９にてＹｅｓと判定される。
【００７０】
続いて、ステップＳ１２１にてこの受光波形が前回の同一回動角度において検出された受光波形に一致するとみなされるか否かについて判定される。ここで、受光波形の検出時間や振幅値が前回のものと異なることから両波形が一致するとみなされない場合には、検出物体からの反射光を検出したとして、ステップＳ１２１にてＮｏと判定される。そして、ステップＳ１２３にて検出時間記憶処理がなされて、上記受光波形の検出時間がその回動角度とともにメモリに記憶されると、上記ステップＳ１１７における判定処理がなされる。
【００７１】
一方、ステップＳ１２１において、受光波形が前回の同一回動角度において検出された受光波形に一致するとみなされる場合には（Ｓ１２１でＹｅｓ）、ステップＳ１２５にてこの受光波形が背景波形であるか否かについて判定される。ここで、抽出された受光波形が、その回動角度において前回検出された受光波形に一致するとみなされる状態が継続する場合には、背景波形であるとしてステップＳ１２５にてＹｅｓと判定される。そして、ステップＳ１２７にて背景波形設定処理がなされ、抽出された受光波形が背景波形として設定されてメモリに記憶される。このように背景波形が設定されるか、ステップＳ１２５にてＮｏと判定されると、上記ステップＳ１１５における判定処理がなされる。なお、上記背景波形設定処理では、現段階における波形が新たな背景波形として設定されるが、これに限らず、例えば、現段階における波形と前回以前での背景波形とを平均化することで新たな背景波形が設定されてもよい。また、ステップＳ１２７を実行する制御回路７０は、特許請求の範囲に記載の「設定手段」の一例に相当し得る。
【００７２】
また、上述したステップＳ１１９において、受光信号に含まれる受光波形が２つの場合には、図２に例示したように出射されたレーザ光の一部が検出物体にて反射されその残部が出射方向後方の物体にて反射される場合が推定されて、Ｎｏと判定される。そして、ステップＳ１２９において、各受光波形のうち遠距離側の受光波形が背景波形であるか否かについて判定される。ここで、図３（Ａ）に例示するように、遠距離側の受光波形の検出時間Ｔｆがその回動角度における背景波形の検出時間Ｔｏに相当する場合には（Ｓ１２９でＹｅｓ）、上述したように、近距離側の受光波形は検出物体からの反射光によるものと推定できる。この場合、ステップＳ１３１にて検出時間記憶処理がなされて、上記受光波形における近距離側の検出時間Ｔｎがその回動角度とともにメモリに記憶されると、上記ステップＳ１１７における判定処理がなされる。一方、受光信号に含まれる２つの受光波形のうち遠距離側が背景波形と推定されない場合には、ステップＳ１２９にてＮｏと判定されて、上記ステップＳ１１７における判定処理がなされる。
【００７３】
このように、一周全ての受光信号が抽出されるまでに、検出物体からの反射光を受光する場合には、ステップＳ１２３またはステップＳ１３１にて、この反射光の受光に応じた受光波形の検出時間がその回動角度とともにメモリに記憶されることとなる。
【００７４】
また、上述したステップＳ１１５にて前抽出回動角度での受光信号に背景波形と異なる受光波形が含まれている場合には、前抽出回動角度のみ、または前抽出回動角度から逆回動方向に所定角度回動した角度範囲において、検出物体からの反射光を受光していることが推定される。この場合にはステップＳ１１５にてＹｅｓと判定されて、図６のステップＳ１３３にて波形検出回動角度範囲において両回動方向端部以外で受光信号に２つの受光波形が含まれる回動角度があるか否かについて判定される。ここで、波形検出回動角度範囲は、前抽出回動角度から逆回動方向に所定角度回動した間の全ての回動角度にて略同一の検出時間の受光波形が検出される回動角度の範囲として設定されている。
【００７５】
この波形検出回動角度において両回動方向端部以外で受光信号に２つの受光波形が含まれる回動角度がない場合には（Ｓ１３３でＮｏ）、１つの検出物体からの反射光を受光したとして、ステップＳ１３５における第１回動方向長さ測定処理により、以下のように検出物体の回動方向長さＸが演算されて測定される。なお、ステップＳ１３５および後述するステップＳ１４１を実行する制御回路７０は、特許請求の範囲に記載の「距離測定手段」，「測定手段」および「断面寸法演算手段」の一例に相当し得る。
【００７６】
ここで、図７および図８を用いて、検出物体の回動方向長さＸの演算方法について説明する。図７，８および後述する図９では、レーザ光のスポット断面を回動角度毎に正方形状の領域で例示するとともに、この正方形状の領域のうち斜線領域は、スポット断面のうち検出物体にてレーザ光が反射される領域を例示し、斜線無領域は、背景にてレーザ光が反射される領域を例示している。なお、この斜線無領域には、２つの受光波形が検出される場合を除き、何も反射されない領域も含まれるものとする。また、図７〜図９では、現時点における回動角度でのスポット断面をＬｎにて示し、前抽出回動角度でのスポット断面をＬｎ−１、前抽出回動角度よりも逆回動方向の単位回動角度でのスポット断面を順にＬｎ−２，Ｌｎ−３・・・Ｌｎ−ｋ・・・にて示している。
【００７７】
まず、検出物体の大きさがスポット断面よりも小さいことから、図７（Ａ）に例示するようにスポット断面Ｌｎ−１の一部のみが検出物体により反射される場合には、前抽出回動角度にて２つの受光波形が検出され、前抽出回動角度よりもモータ５０の１ステップ分だけ逆回動方向の回動角度では検出物体による受光波形が検出されないこととなる。
【００７８】
この場合には、ステップＳ１３５では、前抽出回動角度において、遠距離側の受光波形の振幅値Ｈｆと背景波形の振幅値Ｈｏとの比率に基づいて、近距離側の受光波形に応じて検出される検出物体がスポット断面Ｌｎ−１に占める面積比が演算される（図３参照）。次に、この近距離側の受光波形の検出時間Ｔｎにより検出物体までの距離が演算される。続いて、この演算距離でのスポット断面の寸法（レーザスポット径）が演算される。この断面寸法の演算は、レーザ光の広がりを考慮して予め演算距離と断面寸法との関係が予め設定されたマップなどを利用して上記演算距離に基づいて実施される。このように演算された断面寸法と面積比とにより、検出物体の回動方向長さＸが演算される。例えば、検出時間Ｔｎにより検出物体までの距離が３０ｍと演算され上記マップによりこの距離でのスポット断面の寸法が２０ｃｍ×２０ｃｍであると演算される場合に、遠距離側の受光波形の振幅値Ｈｆが背景波形の振幅値Ｈｏに対して４０％であると、検出物体の回動方向長さはＸ＝８ｃｍとして演算される。
【００７９】
また、検出物体の大きさとスポット断面の大きさとの差が小さいことから、図７（Ｂ）に例示するようにスポット断面Ｌｎ−１，Ｌｎ−２の一部のみが検出物体によりそれぞれ反射される場合には、前抽出回動角度とこの前抽出回動角度よりもモータ５０の１ステップ分だけ逆回動方向の回動角度にて２つの受光波形がそれぞれ検出され、前抽出回動角度よりもモータ５０の２ステップ分だけ逆回動方向の回動角度では検出物体による受光波形が検出されないこととなる。
【００８０】
この場合には、ステップＳ１３５では、上記両回動角度において、遠距離側の受光波形の振幅値Ｈｆと背景波形の振幅値Ｈｏとの比率に基づいて、近距離側の受光波形に応じて検出される検出物体がスポット断面Ｌｎ−１，Ｌｎ−２に占める面積比がそれぞれ演算される。次に、この近距離側の受光波形の検出時間Ｔｎにより検出物体までの距離と、この演算距離でのスポット断面の寸法が演算される。このように演算された断面寸法と面積比とにより、検出物体の回動方向長さＸが演算される。例えば、検出時間Ｔｎにより検出物体までの距離が３０ｍと演算され上記マップによりこの距離でのスポット断面の寸法が２０ｃｍ×２０ｃｍであると演算される場合に、上記両回動角度において、遠距離側の受光波形の振幅値が背景波形の振幅値に対して６０％および３０％であると、検出物体の回動方向長さはＸ＝１２＋６＝１８ｃｍとして演算される。
【００８１】
また、検出物体の大きさがスポット断面よりも十分に大きい場合には、図７（Ｃ）に例示するようにスポット断面Ｌｎ−１，Ｌｎ−ｋの一部が検出物体の回動方向端部（以下、一部照射部ともいう）により反射され、スポット断面Ｌｎ−２，・・・Ｌｎ−ｋ＋１での全てが検出物体の回動方向中央部（以下、全照射部ともいう）により反射される。このため、一部照射部に対応する両回動角度では２つの受光波形がそれぞれ検出され、全照射部に対応する回動角度では背景波形が検出されることなく１つの波形がそれぞれ検出されることとなる。
【００８２】
この場合には、ステップＳ１３５では、一部照射部に対応する両回動角度において、遠距離側の受光波形の振幅値Ｈｆと背景波形の振幅値Ｈｏとの比率に基づいて、近距離側の受光波形に応じて検出される検出物体がスポット断面Ｌｎ−１，Ｌｎ−ｋに占める面積比がそれぞれ演算される。次に、この近距離側の受光波形の検出時間Ｔｎにより検出物体までの距離と、この演算距離でのスポット断面の寸法が演算される。このように演算された断面寸法および面積比と全照射部に対応する回動角度の数とにより、検出物体の回動方向長さＸが演算される。例えば、検出時間Ｔｎにより検出物体までの距離が３０ｍと演算され上記マップによりこの距離でのスポット断面の寸法が２０ｃｍ×２０ｃｍであると演算される場合に、一部照射部に対応する両回動角度にて遠距離側の受光波形の振幅値Ｈｆが背景波形の振幅値Ｈｏに対して６０％および３０％であり、全照射部に対応する回動角度の数が２つ（ｋ＝４）であると、検出物体の回動方向長さはＸ＝１２＋２０＋２０＋６＝５８ｃｍとして演算される。
【００８３】
上述のようにステップＳ１３５にて検出物体の回動方向長さＸが演算されると、ステップＳ１３７にてこの回動方向長さＸが所定の閾値Ｘｏ以上であるか否かについて判定される。なお、所定の閾値Ｘｏは、検出すべき物体の最小の回動方向長さであって、測定される距離に応じて、例えば、遠距離での検出対象の大きさを近距離よりも大きくするように設定されており、具体的には、検出物体までの距離が３０ｍでは１０ｃｍに設定されている。
【００８４】
ここで、検出物体の回動方向長さＸが、例えば、図７（Ｂ）に例示するように１８ｃｍとして演算される場合には、ステップＳ１３７にてＹｅｓと判定されて、ステップＳ１３９にて出力処理がなされて、当該検出物体に関する距離、回動角度（出射方向）や回動方向長さＸ等が所定の外部装置等に出力される。そして、上記ステップＳ１１７における判定処理がなされる。
【００８５】
一方、検出物体の回動方向長さＸが、例えば、図７（Ａ）に例示するように８ｃｍとして演算される場合には、ステップＳ１３７にてＮｏと判定されて、ステップＳ１３９の出力処理がなされることなく、上記ステップＳ１１７における判定処理がなされる。すなわち、回動方向長さＸが所定の閾値Ｘｏ未満である検出物体は、検出不要な大きさの物体であるとして、その検出が無効となる。
【００８６】
このように、本第１実施形態では、スポット断面よりも小さな検出物体の回動方向長さＸを測定することができる。従来では、スポット断面毎の反射光の有無により検出物体の大きさ（回動方向長さ）を測定していた。すなわち、検出物体の回動方向長さＸは、図７（Ａ）の例では、１つの回動角度での反射光の受光のみをもってその測定距離でのスポット断面の寸法に基づいて２０ｃｍと測定され、図７（Ｂ）の例では、２つの回動角度での反射光の受光のみをもって４０ｃｍと測定していた。このため、本第１実施形態では、従来技術では測定不可能であった、スポット断面よりも小さな検出物体の回動方向長さＸを高精度に測定することができる。
【００８７】
また、図７（Ｄ）に例示するように、図７（Ｃ）に対してスポット断面Ｌｎ−１の一部が落ち葉のように検出不要な大きさの検出不要物により反射され残部が背景により反射される場合、従来では、このスポット断面からの反射光を受光することで、当該スポット断面の寸法分が検出物体の大きさ（回動方向長さ）に加算されてしまっていた。本第１実施形態では、検出不要物がスポット断面に占める面積比のみが検出物体の大きさ（回動方向長さ）に加算されることとなるので、従来よりも、検出物体の回動方向長さＸの演算に関する誤差を小さくすることができる。
【００８８】
上述したステップＳ１３３にて波形検出回動角度範囲において両回動方向端部以外で受光信号に２つの受光波形が含まれる回動角度がある場合には（Ｓ１３３でＹｅｓ）、ステップＳ１４１にて第２回動方向長さ測定処理がなされる。この処理では、例えば、図８（Ａ）〜（Ｃ）のいずれかに例示するように、両回動方向端部のスポット断面Ｌｎ−１，Ｌｎ−５に加えてスポット断面Ｌｎ−３にて２つの受光波形が検出される場合が複数パターン想定される状態にて、回動方向長さＸが測定される。
【００８９】
上述のようにスポット断面Ｌｎ−３で２つの受光波形が検出される場合では、図８（Ａ）に例示するようにスポット断面Ｌｎ−３の一部が２つの検出物体の一部照射部によりそれぞれ反射される状態と、図８（Ｂ）に例示するようにスポット断面Ｌｎ−３の一部が２つの検出物体のいずれかの一部照射部のみにより反射される状態と、図８（Ｃ）に例示するようにスポット断面Ｌｎ−３の一部が２つの検出物体の間に存在する検出物体により反射される状態と、のいずれの状態か判別することができない。
【００９０】
そこで、本第１実施形態では、上記検出状態の場合、２つの検出物体を検出しているとして、それぞれの検出物体の回動方向長さＸが演算される。具体的には、スポット断面Ｌｎ−３での上記面積比から求められる回動方向長さの半分を、スポット断面Ｌｎ−１，Ｌｎ−２に相当する回動方向長さと、スポット断面Ｌｎ−４，Ｌｎ−５により相当する回動方向長さと、にそれぞれ加算することで、２つの検出物体の回動方向長さＸがそれぞれ演算される。そして、このように演算された回動方向長さＸが所定の閾値Ｘｏ以上である場合には（Ｓ１３７でＹｅｓ）、ステップＳ１３９にてその回動方向長さＸに対応する検出物体に関する距離、回動角度（出射方向）や回動方向長さＸ等が上記外部装置等に出力される。
【００９１】
以上説明したように、本第１実施形態に係るレーザレーダ装置１では、所定の回動角度において検出される受光波形が前回の同一回動角度において検出された波形に一致するとみなされる検出状態が継続して検出される場合に、この受光波形がその回動角度の背景波形として設定される。そして、遠距離側の受光波形の検出時間Ｔｆがその回動角度における背景波形の検出時間Ｔｏに相当する、２つの波形が検出されるとき、この遠距離側の受光波形と背景波形との比率に基づいて、近距離側の受光波形に応じて検出される検出物体の回動方向長さ（大きさ）が演算されて測定される。
【００９２】
このように、遠距離側の受光波形と背景波形との比率に基づいて、近距離側の波形に応じて検出される検出物体の大きさが測定されるため、スポット断面よりも小さな検出物体の大きさを測定することができるので、検出物体の検出精度を高めることができる。
【００９３】
また、本第１実施形態に係るレーザレーダ装置１では、遠距離側の受光波形の振幅値Ｈｆと背景波形の振幅値Ｈｏとの比率に基づいて、近距離側の波形に応じて検出される検出物体の大きさが測定される。このように遠距離側の受光波形の振幅値Ｈｆと背景波形の振幅値Ｈｏとの比率に基づいて検出物体がスポット断面に占める面積比を算出することで、検出物体の大きさを容易に測定することができる。
【００９４】
さらに、本第１実施形態に係るレーザレーダ装置１では、測定された検出物体の大きさが検出対象外である場合に、この検出物体の検出が無効となるので、検出不要な大きさの物体の検出を防止することができる。
【００９５】
さらにまた、本第１実施形態に係るレーザレーダ装置１では、検出対象となる検出物体の大きさは、測定される距離に応じて設定されるため、上述したように遠距離での検出対象の大きさを近距離よりも大きく設定することで、所望の大きさの検出物体を検出するとともに、検出不要な大きさの物体の検出を確実に防止することができる。
【００９６】
また、本第１実施形態に係るレーザレーダ装置１では、検出物体の一部照射部により２つの波形が検出され、全照射部により前抽出回動角度から所定角度回動した間の全ての回動角度にて１つの波形が検出されるとき、１つの波形が検出される回動角度の数と、２つの波形の比率と、レーザ光の断面寸法とに基づいて、当該検出物体の回動方向長さＸが測定される。このように、検出物体のうち全照射部の回動方向長さと一部照射部の回動方向長さとをそれぞれ演算することで、検出物体の回動方向長さＸを正確に測定することができる。
【００９７】
さらに、本第１実施形態に係るレーザレーダ装置１では、レーザ光の広がりに応じて測定距離でのスポット断面の断面寸法が演算されるので、予めレーザ光の広がりを把握することでその測定距離でのスポット断面の断面寸法を容易に演算することができる。
【００９８】
［第２実施形態］
以下、本発明のレーザレーダ装置を具現化した第２実施形態について図を参照して説明する。図１０は、第２実施形態に係る制御回路７０における検出処理の流れを例示するフローチャートの一部である。図１１は、第１遠距離側面積および第１背景側面積を説明するための説明図である。図１２は、光量と判定用距離Ｙとの関係を閾値毎に示す光量−判定用距離マップの一例を示す説明図である。図１３は、ノイズ等が含まれる波形と閾値とが交わる面積演算用交点Ｐを示す説明図である。図１４は、他の波形が重なった波形と閾値とが交わる面積演算用交点Ｐを示す説明図である。図１５および図１６は、交点間距離と判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が１つもない波形を例示する説明図である。
【００９９】
本第２実施形態に係るレーザレーダ装置１では、上述した検出物体の回動方向長さＸの演算方法を変更するために、図６に示すフローチャートに代えて図１０に示すフローチャートを採用する点が、上記第１実施形態に係るレーザレーダ装置と異なる。したがって、上述した第１実施形態のレーザレーダ装置と実質的に同一の構成部分には同一符号を付し、説明を省略する。
【０１００】
本第２実施形態では、検出物体の回動方向長さＸを、遠距離側の受光波形の形状と背景波形の形状との比較に基づいて演算する。この演算方法について、以下に説明する。
まず、図１１に示すように、光量を縦軸とし時間を横軸とする座標において、検出波形が所定の光量を超えているか否かを判定するための３つの閾値（値の小さな閾値からＬｔｈ１，Ｌｔｈ２，Ｌｔｈ３）を予め設定する。
【０１０１】
そして、検出物体の回動方向長さＸの演算時（上記ステップＳ１３５またはステップＳ１４１に相当する処理時）には、まず、上記座標において、１つの閾値が検出波形と交わる交点を面積演算用交点Ｐとし、これら複数の面積演算用交点Ｐにより囲まれる多角形状の領域の面積を、遠距離側の受光波形Ｗ１に関して第１遠距離側面積として演算するとともに、背景波形Ｗ２に関して第１背景側面積として演算する。次に、最小の閾値Ｌｔｈ１での２つの面積演算用交点Ｐ１ａ，Ｐ１ｂとこれら両面積演算用交点Ｐ１ａ，Ｐ１ｂから横軸にそれぞれ下ろした垂線の足Ｐ０ａ，Ｐ０ｂとにより囲まれる四角形状の領域の面積を、遠距離側の受光波形Ｗ１に関して遠距離側矩形面積として演算するとともに、背景波形Ｗ２に関して背景側矩形面積として演算する。
【０１０２】
続いて、遠距離側矩形面積を第１遠距離側面積に加えた合計面積（図１１にてクロスハッチング領域Ｓ１にて示す）と、背景側矩形面積を第１背景側面積に加えた合計面積（図１１にてクロスハッチング領域Ｓ１とハッチング領域Ｓ２とにて示す）とを演算する。これら２つの合計面積の比率は、それぞれ、遠距離側の受光波形Ｗ１の形状を反映した領域の面積と、背景波形Ｗ２の形状を反映した領域の面積との比率となるので、この比率に基づいて、近距離側の受光波形に応じて検出される検出物体がスポット断面に占める面積比を求めることができる。そして、この面積比と当該スポット断面の断面寸法とにより、検出物体の回動方向長さＸが演算される。
【０１０３】
ここで、上記座標では、閾値Ｌｔｈ１と検出波形が交わる面積演算用交点Ｐ１ａ，Ｐ１ｂとし、閾値Ｌｔｈ２と検出波形が交わる面積演算用交点Ｐ２ａ，Ｐ２ｂとし、閾値Ｌｔｈ３と検出波形が交わる面積演算用交点Ｐ３ａ，Ｐ３ｂとする。なお、例えば、遠距離側の受光波形Ｗ１において、閾値Ｌｔｈ３との交点がない場合には、第１遠距離側面積は、面積演算用交点Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂの４点により囲まれる台形状の領域の面積として演算される。また、第１背景側面積および背景側矩形面積は、上述のように都度演算することなく、背景波形として記録する際に、予め演算するようにしてもよい。
【０１０４】
また、本第２実施形態では、上記座標において、フォトダイオード２０による検出が想定される光量の波形と各閾値Ｌｔｈ１，Ｌｔｈ２，Ｌｔｈ３とがそれぞれ交わる２つの交点間の距離が、光量毎に閾値に応じて判定用距離Ｙとして予めそれぞれ測定されて記憶されている。この測定では、所定の基準物体に対してレーザダイオード１０からのレーザ光を照射することで、フォトダイオード２０にて検出される受光波形が閾値を超える状態の時間が、上記座標における交点間の距離（判定用距離Ｙ）として、３つの閾値にてそれぞれ測定される。そして、基準物体の位置を変えるなどして、光量毎に各閾値での判定用距離Ｙが測定される。この測定結果は、図１２に例示するように、光量と判定用距離Ｙとの関係を閾値毎に示す光量−判定用距離マップとして制御回路７０のメモリ等に予め記憶されている。
【０１０５】
通常の受光波形であれば、その受光波形と所定の閾値とが交わる２つの交点間の距離は、同じ閾値および光量でほぼ一定となることが想定される。すなわち、判定用距離Ｙとの距離差が他の閾値での距離差よりも大きくなる面積演算用交点Ｐは、受光波形に含まれる異常な成分との交点である可能性が高いことが想定される。このため、本第２実施形態では、判定用距離Ｙを判定基準として、上述のような異常な成分での面積演算用交点を除いて第１遠距離側面積および第１背景側面積を演算する処理がなされる。
【０１０６】
また、図１３に例示するように、ノイズ等の影響により、所定の閾値が遠距離側の受光波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が１つだけであり（図１３のＹ２参照）、他の閾値では判定用距離Ｙとの距離差が大きくなる場合がある（図１３のＹ’１参照）。なお、図１３に例示する場合では、閾値Ｌｔｈ３と遠距離側の受光波形との交点が存在しないものとする。この場合、距離差が大きくなる面積演算用交点Ｐ１ａ，Ｐ１ｂを除くと、２つの面積演算用交点Ｐ２ａ，Ｐ２ｂだけでは、遠距離側の受光波形の形状が反映される多角形状の領域を想定することができない。
【０１０７】
また、図１４に例示するように、２つの波形が重なること等により、所定の閾値が遠距離側の受光波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が１つだけであり（図１４のＹ３α，Ｙ３β参照）、他の閾値では判定用距離Ｙとの距離差が大きくなる場合がある（図１４のＹ’１，Ｙ’２参照）。この場合、距離差が大きくなる面積演算用交点Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂを除くと、２つの面積演算用交点Ｐ３ａα，Ｐ３ｂα、または、２つの面積演算用交点Ｐ３ａβ，Ｐ３ｂβだけでは、遠距離側の受光波形の形状が反映される多角形状の領域を想定することができない。
【０１０８】
そこで、本第２実施形態では、判定用距離Ｙと一致するとみなされる交点間距離等を基準として、上記光量−判定用距離マップから他の閾値での交点間距離（例えば、図１３のＹ１参照）を推定する。そして、このように推定した交点間距離を全長とする線分と、基準となる交点間距離を全長とする線分と、の２つの線分の一方を上底とし他方を下底とする台形状の領域に基づいて、第１遠距離側面積を演算する処理がなされる。
【０１０９】
以下、本第２実施形態に係る検出処理の具体的な流れについて図１０のフローチャート等を用いて説明する。
上記第１実施形態と同様に、前抽出回動角度での受光信号に背景波形と異なる受光波形が含まれていることから、図４のステップＳ１１５にてＹｅｓと判定されると、図１０のステップＳ１３３にて波形検出回動角度範囲において両回動方向端部以外で受光信号に２つの受光波形が含まれる回動角度があるか否かについて判定される。
【０１１０】
この波形検出回動角度において両回動方向端部以外で受光信号に２つの受光波形が含まれる回動角度がない場合には（Ｓ１３３でＮｏ）、１つの検出物体からの反射光を受光したとして、ステップＳ２０１にて交点間距離演算処理がなされる。この処理では、各閾値Ｌｔｈ１，Ｌｔｈ２，Ｌｔｈ３毎に、受光波形が閾値を超える状態の時間、すなわち、上記座標における面積演算用交点間での交点間距離がそれぞれ算出される。
【０１１１】
次に、ステップＳ２０３において、各交点間距離とその光量での判定用距離Ｙとがほぼ一致するか否かについて判定される。ここで、遠距離側の受光波形にノイズ等が含まれないために、各交点間距離と、その光量および閾値から上記光量−判定用距離マップ（図１２参照）に基づいて求められる判定用距離Ｙとがほぼ一致する場合には、ステップＳ２０３にてＹｅｓと判定される。
【０１１２】
そして、ステップＳ２０５において、面積演算処理がなされる。この処理では、上記座標において、遠距離側の受光波形での各面積演算用交点Ｐにより囲まれる多角形状の領域の面積である第１遠距離側面積と、遠距離側矩形面積とが上述のようにして演算される（図１１参照）。また、上記座標において、背景波形での各面積演算用交点Ｐにより囲まれる多角形状の領域の面積である第１背景側面積と、背景側矩形面積とが上述のようにして演算される（図１１参照）。
【０１１３】
次に、ステップＳ２０７において、回動方向長さ測定処理がなされる。この処理では、第１遠距離側面積および遠距離側矩形面積の合計面積と、第１背景側面積および背景側矩形面積の合計面積との比率に基づいて、近距離側の受光波形に応じて検出される検出物体がスポット断面に占める面積比が演算される。続いて、この近距離側の受光波形の検出時間Ｔｎにより検出物体までの距離に基づいてスポット断面の断面寸法が演算され、この断面寸法と上記面積比とにより、検出物体の回動方向長さＸが演算される。そして、上記第１実施形態と同様にステップＳ１３７以降の処理がなされる。
【０１１４】
一方、３つの閾値での交点間距離のうち少なくともいずれか１つにおいて、対応する判定用距離Ｙとの距離差が、他の閾値での上記距離差よりも大きくなる場合には、ステップＳ２０３にてＮｏと判定される。そして、ステップＳ２０９にて、その光量において交点間距離と判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が２つか否かについて判定される。
【０１１５】
ここで、交点間距離と判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が２つである場合には（Ｓ２０９でＹｅｓ）、ステップＳ２１１にて、面積演算処理がなされる。この処理では、上記座標において、上記距離差が大きくなる面積演算用交点を除き、遠距離側の受光波形での各面積演算用交点Ｐにより囲まれる多角形状の領域の面積である第１遠距離側面積と、遠距離側矩形面積とが上述のようにして演算される。なお、ノイズ等が含まれない背景波形を採用することで、第１背景側面積および背景側矩形面積は、ステップＳ２０５と同様にして演算される。このように第１遠距離側面積等が演算されると、ステップＳ２０７にて上述のように検出物体の回動方向長さＸが演算される。
【０１１６】
また、交点間距離と判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が２つでない場合には（Ｓ２０９でＮｏ）、ステップＳ２１３にて、その光量において交点間距離と判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が１つか否かについて判定される。ここで、交点間距離と判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が１つである場合には、ステップＳ２１３にてＹｅｓと判定されて、ステップＳ２１５にて交点間距離推定処理がなされる。この処理では、上述したように、判定用距離Ｙと一致するとみなされる交点間距離等を基準として、上記光量−判定用距離マップから他の閾値での交点間距離が推定される（図１３および図１４参照）。
【０１１７】
そして、ステップＳ２１７にて、面積演算処理がなされる。この処理では、上記座標において、上述のように推定された交点間距離を全長とする線分（例えば図１３のＹ１）と、基準となる交点間距離を全長とする線分（例えば図１３のＹ２）と、の２つの線分の一方を上底とし他方を下底とする台形状の領域に基づいて、第１遠距離側面積が演算される。なお、ノイズ等が含まれない背景波形を採用することで、第１背景側面積および背景側矩形面積は、ステップＳ２０５と同様にして演算される。このように第１遠距離側面積等が演算されると、ステップＳ２０７にて上述のように検出物体の回動方向長さＸが演算される。
【０１１８】
一方、その光量において交点間距離と判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が１つもない場合には、ステップＳ２１３にてＮｏと判定されて、回動方向長さＸを測定することなく、図４のステップＳ１１７以降の処理がなされる。ここで、ステップＳ２１３にてＮｏと判定される場合とは、例えば、図１５に例示するように、閾値Ｌｔｈ２と受光波形との交点間距離Ｙ２が、上記光量−判定用距離マップにおいて閾値Ｌｔｈ３が存在しない場合に、閾値Ｌｔｈ２に対応して出現可能な最大の判定用距離Ｙよりも大きい場合があげられる。また、図１６に例示するように、各閾値での交点間距離Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３が対応する判定用距離Ｙとの間で対応が取れていない場合があげられる。
【０１１９】
上述した図１０のステップＳ１３３にて、波形検出回動角度範囲において両回動方向端部以外で受光信号に２つの受光波形が含まれる回動角度がある場合には（Ｓ１３３でＹｅｓ）、上記第１実施形態と同様に、ステップＳ１４１にて第２回動方向長さ測定処理がなされる。なお、この処理では、上述したステップＳ２０１以降の処理と同様に、第１遠距離側面積および遠距離側矩形面積の合計面積と、第１背景側面積および背景側矩形面積の合計面積との比率に基づいて、スポット断面に占める面積比を演算してもよい。
【０１２０】
以上説明したように、本第２実施形態に係るレーザレーダ装置１では、遠距離側矩形面積を第１遠距離側面積に加えた合計面積と、背景側矩形面積を第１背景側面積に加えた合計面積と、の比率に基づいて、近距離側の波形に応じて検出される検出物体の大きさが測定される。
【０１２１】
上述のような各面積演算用交点Ｐにより囲まれる多角形状の領域は、対応する波形の形状を反映した領域となる。このため、それぞれ領域の面積を第１遠距離側面積および第１背景側面積として算出しこれら両面積を用いることで、遠距離側の受光波形と背景波形との比率を精度良く算出でき、検出物体の大きさの測定精度を向上させることができる。特に、最小の閾値Ｌｔｈ１での２つの面積演算用交点Ｐ１ａ，Ｐ１ｂと上記垂線の足Ｐ０ａ，Ｐ０ｂとにより囲まれる四角形状の領域の面積をさらに加えた合計面積の比率を用いるので、上記多角形状の領域に上記四角形状の領域を加えた領域は、上記多角形状の領域のみと比較して、対応する波形の形状をより反映した領域となる。このため、それぞれの合計面積の比率を用いることで、遠距離側の受光波形と背景波形との比率をより精度良く算出でき、検出物体の大きさの測定精度をより向上させることができる。
【０１２２】
また、本第２実施形態に係るレーザレーダ装置１では、所定の閾値が遠距離側の受光波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での判定用距離との距離差が、他の閾値での距離差よりも大きくなる面積演算用交点を除いて、第１遠距離側面積および第１背景側面積が演算される。
【０１２３】
これにより、受光波形に含まれる異常な成分と閾値との交点を除いて第１遠距離側面積および第１背景側面積が演算されるので、遠距離側の受光波形と背景波形との比率がさらに精度良く算出されて、検出物体の大きさの測定精度を確実に向上させることができる。
【０１２４】
さらに、本第２実施形態に係るレーザレーダ装置１では、所定の閾値が遠距離側の受光波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での判定用距離とが一致するとみなされる閾値が１つのみの場合には、第１遠距離側面積は、当該１つの閾値での交点間を結ぶ線分と、この１つの閾値での光量と同じ光量であって他の閾値に対応する判定用距離を全長とする線分と、の２つの線分の一方を上底とし他方を下底とする台形状の領域の面積に基づいて演算される。
【０１２５】
このように他の閾値での交点間距離を推定することで、ノイズなどの影響により遠距離側の受光波形が乱れた場合であっても、第１遠距離側面積を演算することができる。
【０１２６】
上記第２実施形態の第１変形例として、閾値を４つ以上採用してもよい。これにより、面積演算用交点Ｐの数が多いほど、すなわち、閾値の数が多いほど、対応する波形の形状が上記領域として反映されることとなるので、遠距離側の受光波形と背景波形との比率をより精度良く算出することができる。なお、使用環境によっては、閾値を２つ採用するようにしてもよい。
【０１２７】
上記第２実施形態の第２変形例として、閾値Ｌｔｈ１が他の閾値に対して十分に小さい等の場合には、遠距離側矩形面積および背景側矩形面積を考慮することなく、第１遠距離側面積および第１背景側面積のみの比率を用いることで、遠距離側の受光波形と背景波形との比率を算出してもよい。これにより、上記検出処理における制御回路７０の演算負荷を低減することができる。
【０１２８】
［第３実施形態］
以下、本発明のレーザレーダ装置を具現化した第３実施形態について図を参照して説明する。図１７は、第３実施形態に係る制御回路７０における検出処理の流れを例示するフローチャートの一部である。図１８は、第２遠距離側面積および第２背景側面積を説明するための説明図である。図１９は、ノイズ等が含まれる波形と閾値とが交わる状態での第１の線分および第２の線分を示す説明図である。
【０１２９】
本第３実施形態に係るレーザレーダ装置１では、上述した検出物体の回動方向長さＸの演算方法を変更するために、図６に示すフローチャートに代えて図１７に示すフローチャートを採用する点が、上記第１実施形態に係るレーザレーダ装置と異なる。したがって、上述した第１実施形態のレーザレーダ装置と実質的に同一の構成部分には同一符号を付し、説明を省略する。
【０１３０】
本第３実施形態では、検出物体の回動方向長さＸを、遠距離側の受光波形の形状を反映した三角形状の領域の面積と背景波形の形状を反映した三角形状の領域の面積との比較に基づいて演算する。この演算方法について、以下に説明する。
検出物体の回動方向長さＸの演算時（上記ステップＳ１３５またはステップＳ１４１に相当する処理時）には、図１８に示すように、上記第２実施形態にて述べた光量を縦軸とし時間を横軸とする座標において、２つの閾値Ｌｔｈ１，Ｌｔｈ２と受光波形とが交わる４つの面積演算用交点Ｐのうち近距離側の２つ（Ｐ１ａ，Ｐ２ａ）を結ぶ直線と遠距離側の２つ（Ｐ１ｂ，Ｐ２ｂ）を結ぶ直線の２つの直線とを求める。そしてこれら２つの直線と横軸とにより囲まれる三角形状の領域の面積を、遠距離側の受光波形Ｗ１に関して第２遠距離側面積（図１８にてクロスハッチング領域Ｓ３にて示す）として演算するとともに、背景波形Ｗ２に関して第２背景側面積（図１８にてクロスハッチング領域Ｓ３とハッチング領域Ｓ４とにて示す）として演算する。これら２つの面積の比率は、それぞれ、遠距離側の受光波形Ｗ１の形状を反映した領域の面積と、背景波形Ｗ２の形状を反映した領域の面積との比率となるので、この比率に基づいて、近距離側の受光波形に応じて検出される検出物体がスポット断面に占める面積比を求めることができる。そして、この面積比と当該スポット断面の断面寸法とにより、検出物体の回動方向長さＸが演算される。なお、第２背景側面積は、上述のように都度演算することなく、背景波形として記録する際に、予め演算するようにしてもよい。
【０１３１】
また、本第３実施形態では、上記第２実施形態と同様に、想定される受光波形と各閾値Ｌｔｈ１，Ｌｔｈ２との交点間の距離が、光量毎に閾値に応じて判定用距離Ｙとして予めそれぞれ測定されて上記光量−判定用距離マップとして制御回路７０のメモリ等に記憶されている。
【０１３２】
また、上記第２実施形態にて述べたように、ノイズ等の影響により、所定の閾値が遠距離側の受光波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が１つだけであり（図１９のＹ２参照）、他の閾値では判定用距離Ｙとの距離差が大きくなる場合がある（図１９のＹ’１参照）。
【０１３３】
この場合、本第３実施形態では、判定用距離Ｙと一致するとみなされる交点間を結ぶ線分を第１の線分とし、この交点間距離等を基準として、上記光量−判定用距離マップから他の閾値での交点間距離を推定する。そして、このように推定された判定用距離を全長とし上記第１の線分と垂直二等分線が一致する第２の線分（図１９のＹ１参照）と、上記第１の線分（図１９のＹ２参照）と、の双方の端点を通過し横軸を底辺とする二等辺三角形からなる領域に基づいて、第２遠距離側面積を演算する処理がなされる。
【０１３４】
以下、本第３実施形態に係る検出処理の具体的な流れについて図１７のフローチャート等を用いて説明する。
上記第１実施形態と同様に、前抽出回動角度での受光信号に背景波形と異なる受光波形が含まれていることから、図４のステップＳ１１５にてＹｅｓと判定されると、図１７のステップＳ１３３にて波形検出回動角度範囲において両回動方向端部以外で受光信号に２つの受光波形が含まれる回動角度があるか否かについて判定される。
【０１３５】
この波形検出回動角度において両回動方向端部以外で受光信号に２つの受光波形が含まれる回動角度がない場合には（Ｓ１３３でＮｏ）、１つの検出物体からの反射光を受光したとして、ステップＳ３０１にて交点間距離演算処理がなされる。この処理では、各閾値Ｌｔｈ１，Ｌｔｈ２毎に、受光波形が閾値を超える状態の時間、すなわち、上記座標における面積演算用交点間での交点間距離がそれぞれ算出される。
【０１３６】
次に、ステップＳ３０３において、各交点間距離とその光量での判定用距離Ｙとがほぼ一致するか否かについて判定され、各交点間距離とその光量および閾値から上記光量−判定用距離マップに基づいて求められる判定用距離Ｙとがほぼ一致する場合には、ステップＳ３０３にてＹｅｓと判定される。
【０１３７】
そして、ステップＳ３０５において、面積演算処理がなされる。この処理では、上記座標において、近距離側の２つの面積演算用交点（Ｐ１ａ，Ｐ２ａ）を結ぶ直線と、遠距離側の２つの面積演算用交点（Ｐ１ｂ，Ｐ２ｂ）を結ぶ直線とを求める。そして、これら両直線と横軸とにより囲まれる三角形状の領域の面積を、遠距離側の受光波形Ｗ１に関して第２遠距離側面積として演算するとともに、背景波形Ｗ２に関して第２背景側面積として演算する（図１８参照）。
【０１３８】
次に、ステップＳ３０７において、回動方向長さ測定処理がなされる。この処理では、第２遠距離側面積と第２背景側面積との比率に基づいて、近距離側の受光波形に応じて検出される検出物体がスポット断面に占める面積比が演算される。続いて、この近距離側の受光波形の検出時間Ｔｎにより検出物体までの距離に基づいてスポット断面の断面寸法が演算され、この断面寸法と上記面積比とにより、検出物体の回動方向長さＸが演算される。そして、上記第１実施形態と同様にステップＳ１３７以降の処理がなされる。
【０１３９】
一方、２つの閾値での交点間距離のうち少なくともいずれか１つにおいて、対応する判定用距離Ｙとの距離差が、他の閾値での上記距離差よりも大きくなる場合には、ステップＳ３０３にてＮｏと判定される。そして、ステップＳ３０９にて、その光量において交点間距離と判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が１つか否かについて判定される。
【０１４０】
ここで、交点間距離と判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が１つある場合には（Ｓ３０９でＹｅｓ）、ステップＳ３１１にて交点間距離推定処理がなされる。この処理では、上述したように、判定用距離Ｙと一致するとみなされる交点間距離等を基準として、上記光量−判定用距離マップから他の閾値での交点間距離が推定される（図１９参照）。
【０１４１】
そして、ステップＳ３１３にて、面積演算処理がなされる。この処理では、上記座標において、上述のように判定用距離Ｙと一致するとみなされる交点間を結ぶ線分を第１の線分（例えば図１９のＹ２）と、上述のように推定された判定用距離を全長とし上記第１の線分と垂直二等分線が一致する第２の線分（例えば図１９のＹ１）とを求める。そして、これら両線分の端点をそれぞれ通過し横軸を底辺とする二等辺三角形からなる領域に基づいて、第２遠距離側面積が演算される。なお、ノイズ等が含まれない背景波形を採用することで、第２背景側面積は、ステップＳ３０５と同様にして演算される。このように第２遠距離側面積が演算されると、ステップＳ３０７にて上述のように検出物体の回動方向長さＸが演算される。
【０１４２】
一方、上記第２実施形態にて述べたように、その光量において交点間距離と判定用距離Ｙとが一致するとみなされる閾値が１つもない場合には、ステップＳ３０９にてＮｏと判定されて、回動方向長さＸを測定することなく、図４のステップＳ１１７以降の処理がなされる。
【０１４３】
上述した図１７のステップＳ１３３にて、波形検出回動角度範囲において両回動方向端部以外で受光信号に２つの受光波形が含まれる回動角度がある場合には（Ｓ１３３でＹｅｓ）、上記第１実施形態と同様に、ステップＳ１４１にて第２回動方向長さ測定処理がなされる。なお、この処理では、上述したステップＳ３０１以降の処理と同様に、第２遠距離側面積と第２背景側面積との比率に基づいて、スポット断面に占める面積比を演算してもよい。
【０１４４】
以上説明したように、本第３実施形態に係るレーザレーダ装置１では、第２遠距離側面積と、第２背景側面積と、の比率に基づいて、近距離側の波形に応じて検出される検出物体の大きさが測定される。
【０１４５】
上述のような三角形状の領域は、対応する波形の形状を反映した領域となる。特に、少なくとも２つの閾値を設定するだけで、対応する波形の形状を反映した領域が区画されることとなる。このため、それぞれ領域の面積を第２遠距離側面積および第２背景側面積として算出しこれら両面積の比率を用いることで、遠距離側の受光波形と背景波形との比率を精度良く算出でき、検出物体の大きさの測定精度を向上させることができる。
【０１４６】
また、本第３実施形態に係るレーザレーダ装置１では、所定の閾値が遠距離側の受光波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での判定用距離とが一致するとみなされる閾値が１つのみの場合には、第２遠距離側面積は、第１の線分および第２の線分の双方の端点を通過し上記横軸を底辺とする二等辺三角形からなる領域の面積に基づいて演算される。
【０１４７】
このように他の閾値での交点間距離を推定することで、ノイズなどの影響により遠距離側の受光波形が乱れた場合であっても、第２遠距離側面積を演算することができる。
【０１４８】
上記第３実施形態の第１変形例として、閾値を３つ以上採用してもよい。この場合、判定用距離Ｙにより一致するとみなされる４つの面積演算用交点Ｐに基づいて、第２遠距離側面積および第２背景側面積を演算してもよい。また、上記第２実施形態と同様に、判定用距離Ｙとの距離差が大きくなる異常な成分での面積演算用交点を除いて第２遠距離側面積および第２背景側面積を演算することができる。
【０１４９】
上記第３実施形態の第２変形例として、上述のように第２遠距離側面積および第２背景側面積に基づいて検出物体の回動方向長さＸを演算するとともに、上記第２実施形態にて述べたように第１遠距離側面積および第１背景側面積等に基づいて検出物体の回動方向長さＸを演算してもよい。この場合、それぞれ演算された回動方向長さＸを比較することで、より精度の高い回動方向長さＸを演算することができる。また、それぞれの測定精度を有効に活用するために、同じ閾値および光量での判定用距離とが一致するとみなされる閾値が３つ以上の場合には、第１遠距離側面積および第１背景側面積等に基づいて検出物体の回動方向長さＸを演算し、同じ閾値および光量での判定用距離とが一致するとみなされる閾値が２つの場合には、第２遠距離側面積および第２背景側面積に基づいて検出物体の回動方向長さＸを演算してもよい。
【０１５０】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記各実施形態と同等の作用・効果が得られる。
（１）上記回動方向長さ測定処理では、近距離側の受光波形に応じて検出される検出物体がスポット断面に占める面積比を、遠距離側の受光波形の振幅値Ｈｆと背景波形の振幅値Ｈｏとの比率に基づいて演算することに限らず、例えば、遠距離側の波形が所定の閾値以上となる状態の時間と背景波形が所定の閾値以上となる状態の時間との比率に基づいて演算してもよい。検出物体がスポット断面に占める面積が小さくなるほど、遠距離側の波形が上記所定の閾値以上となる状態の時間は、背景波形が上記所定の閾値以上となる状態の時間に近づくように変化する。このため、遠距離側の波形が上記所定の閾値以上となる状態の時間と背景波形が上記所定の閾値以上となる状態の時間との比率に基づいて検出物体がスポット断面に占める面積比が演算でき、検出物体の大きさを容易に測定することができる。
【０１５１】
（２）ステップＳ１０７，Ｓ１１７では、基準となる回動角度から一周するまでを判定基準とすることに限らず、例えば、半周するまでを判定基準としてもよいし、複数周するまでを判定基準としてもよい。
【０１５２】
（３）ステップＳ１４１の第２回動方向長さ測定処理では、両回動方向端部以外で２つの受光波形が検出されるスポット断面での上記面積比が１に近い場合、すなわち、このスポット断面での遠距離側の受光波形の振幅値Ｈｆが背景波形に対して十分に小さい場合には、このスポット断面での受光波形が１つであるとして、第１回動方向長さ測定処理と同様にして回動方向長さＸを演算してもよい。
【０１５３】
また、第２回動方向長さ測定処理では、高いセキュリティ性が求められる使用環境であれば、上記面積比に関わらず第１回動方向長さ測定処理と同様にして回動方向長さＸを演算して検出物体の回動方向長さＸが大きくなるように演算することで、検出物体の検出頻度を高めてもよい。
【０１５４】
また、両回動方向端部以外で２つの受光波形が検出されるスポット断面が連続する場合では、図９（Ａ）に例示するようにスポット断面Ｌｎ−３の一部が２つの検出物体のうちの一方の一部照射部により反射され、スポット断面Ｌｎ−４の一部が２つの検出物体のうちの他方の一部照射部により反射される状態と、図９（Ｂ）に例示するようにスポット断面Ｌｎ−３，Ｌｎ−４の一部が２つの検出物体の間に存在する検出物体により反射される状態と、のいずれの状態か判別することができない。
【０１５５】
そこで、このような場合、第２回動方向長さ測定処理では、要求されるセキュリティ性等に応じて処理を変更してもよい。具体的には、例えば、高いセキュリティ性が求められる使用環境であれば、上記面積比に関わらず第１回動方向長さ測定処理と同様にして回動方向長さＸを演算して検出物体の回動方向長さＸが大きくなるように演算することで、検出物体の検出頻度を高めてもよい。また、高いセキュリティ性が求められない使用環境であれば、上記面積比等に応じて複数の検出物体を検出しているものとして各検出物体の回動方向長さＸを演算することで、検出不要な大きさの検出物体の検出を確実に防止するようにしてもよい。
【０１５６】
（４）ステップＳ１３５，Ｓ１４１における回動方向長さ測定処理では、レーザ光の出射方向の単位角度変化（レーザ走査間隔）の設定値に応じて、現段階の回動角度におけるスポット断面が同一距離での前抽出回動角度におけるスポット断面と一部重なる場合には、その重なり分を、演算された回動方向長さＸから減算するようにしてもよい。これにより、検出物体の回動方向長さＸをより正確に演算して測定することができる。
【符号の説明】
【０１５７】
１…レーザレーダ装置
１０…レーザダイオード（レーザ光発生手段）
２０…フォトダイオード（光検出手段）
４０…回動偏向機構（回動偏向手段）
５０…モータ（駆動手段）
７０…制御回路（距離測定手段，設定手段，測定手段，断面寸法演算手段）
Ｌ…スポット断面
Ｈｆ，Ｈｏ…振幅値
Ｔｆ，Ｔｎ，Ｔｏ…検出時間
Ｘ…回動方向長さ
Ｐ…面積演算用交点
Ｙ…判定用距離
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発生するレーザ光発生手段と、
前記レーザ光発生手段から前記レーザ光が発生されたときに、当該レーザ光が検出物体にて反射した反射光を波形として検出する光検出手段と、
所定の中心軸を中心として回動可能に構成された偏向手段を備えるとともに、当該偏向手段により前記レーザ光を空間に向けて偏向させ、かつ前記反射光を前記光検出手段に向けて偏向する回動偏向手段と、
前記回動偏向手段を駆動する駆動手段と、
前記レーザ光発生手段での前記レーザ光の発生からこのレーザ光が前記検出物体にて反射された反射光が前記光検出手段により検出されるまでの検出時間に基づいて前記検出物体までの距離を測定する距離測定手段と、
を備えたレーザレーダ装置であって、
所定の回動角度において前記光検出手段により検出される波形が前回の同一回動角度において検出された波形に一致するとみなされる検出状態が継続して検出される場合にこの波形をその回動角度の背景波形として設定する設定手段と、
遠距離側の波形の前記検出時間がその回動角度における前記背景波形の前記検出時間に相当する、２つの波形が前記光検出手段により検出されるとき、この遠距離側の波形と前記背景波形との比率に基づいて、近距離側の波形に応じて検出される前記検出物体の大きさを測定する測定手段と、
を備えることを特徴とするレーザレーダ装置。
【請求項２】
前記測定手段は、前記遠距離側の波形の振幅値と前記背景波形の振幅値との比率に基づいて、前記近距離側の波形に応じて検出される前記検出物体の大きさを測定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】
前記測定手段は、前記遠距離側の波形が所定の閾値以上となる状態の時間と前記背景波形が前記所定の閾値以上となる状態の時間との比率に基づいて、前記近距離側の波形に応じて検出される前記検出物体の大きさを測定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４】
前記測定手段により測定された前記検出物体の大きさが検出対象外である場合にこの検出物体の検出を無効にする無効手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。
【請求項５】
前記検出対象となる前記検出物体の大きさは、前記距離測定手段により測定される距離に応じて設定され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。
【請求項６】
前記測定手段は、
前記距離測定手段による前記検出物体までの測定距離での前記レーザ光の断面寸法を演算する断面寸法演算手段を備え、
前記検出物体の一部により第１の回動角度にて前記２つの波形が前記光検出手段により検出され、この検出物体の残部により前記第１の回動角度から所定角度回動した間の全ての回動角度にて１つの波形が前記光検出手段により検出されるとき、
前記１つの波形が検出される回動角度の数と、前記２つの波形の前記比率と、前記断面寸法とに基づいて、当該検出物体の回動方向に沿う長さを測定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。
【請求項７】
前記断面寸法演算手段は、前記レーザ光の広がりに応じて前記測定距離での前記断面寸法を演算することを特徴とする請求項６に記載のレーザレーダ装置。
【請求項８】
前記光検出手段により検出される波形が所定の光量を超えているか否かを判定するための閾値が複数設定されており、
光量を縦軸とし時間を横軸とする座標において、１つの前記閾値が前記光検出手段により検出される波形と交わる交点を面積演算用交点とするとき、
前記測定手段は、
前記複数の閾値のうちの２つ以上の閾値と前記遠距離側の波形とが交わる複数の前記面積演算用交点により囲まれる多角形状の領域の面積である第１遠距離側面積と、
前記２つ以上の閾値と前記背景波形とが交わる複数の前記面積演算用交点により囲まれる多角形状の領域の面積である第１背景側面積と、の比率に基づいて、
前記近距離側の波形に応じて検出される前記検出物体の大きさを測定することを特徴とする請求項１、４〜７のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。
【請求項９】
前記測定手段は、
前記第１遠距離側面積を構成する最小の閾値での２つの前記面積演算用交点とこれら両面積演算用交点から前記横軸にそれぞれ下ろした垂線の足とにより囲まれる四角形状の領域の面積を当該第１遠距離側面積に加えた合計面積と、
前記第１背景側面積を構成する最小の閾値での２つの前記面積演算用交点とこれら両面積演算用交点から前記横軸にそれぞれ下ろした垂線の足とにより囲まれる四角形状の領域の面積を当該第１背景側面積に加えた合計面積と、の比率に基づいて、
前記近距離側の波形に応じて検出される前記検出物体の大きさを測定することを特徴とする請求項８に記載のレーザレーダ装置。
【請求項１０】
前記光検出手段による検出が想定される光量の波形と前記閾値とが交わる２つの交点間の距離が、光量毎に閾値に応じて判定用距離として予めそれぞれ測定されて記憶され、
前記測定手段は、
所定の前記閾値が前記遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での前記判定用距離との距離差が、他の閾値での前記距離差よりも大きくなる前記面積演算用交点を除いて、
前記第１遠距離側面積および前記第１背景側面積を演算することを特徴とする請求項８または９に記載のレーザレーダ装置。
【請求項１１】
前記測定手段は、
所定の前記閾値が前記遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での前記判定用距離とが一致するとみなされる閾値が１つのみの場合には、
前記第１遠距離側面積を、
当該１つの閾値での前記交点間を結ぶ線分と、この１つの閾値での光量と同じ光量であって他の閾値に対応する前記判定用距離を全長とする線分と、の２つの線分の一方を上底とし他方を下底とする台形状の領域の面積に基づいて演算することを特徴とする請求項１０に記載のレーザレーダ装置。
【請求項１２】
前記光検出手段により検出される波形が所定の光量を超えているか否かを判定するための閾値が複数設定されており、
光量を縦軸とし時間を横軸とする座標において、１つの前記閾値が前記光検出手段により検出される波形と交わる交点を面積演算用交点とするとき、
前記測定手段は、
前記複数の閾値のうちの２つの閾値と前記遠距離側の波形とが交わる４つの前記面積演算用交点のうち近距離側の２つを結ぶ直線および遠距離側の２つを結ぶ直線の２つの直線と、前記横軸とにより囲まれる三角形状の領域の面積である第２遠距離側面積と、
前記２つの閾値と前記背景波形とが交わる４つの前記面積演算用交点のうち近距離側の２つを結ぶ直線および遠距離側の２つを結ぶ直線の２つの直線と、前記横軸とにより囲まれる三角形状の領域の面積である第２背景側面積と、の比率に基づいて、
前記近距離側の波形に応じて検出される前記検出物体の大きさを測定することを特徴とする請求項１、４〜７のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。
【請求項１３】
前記光検出手段による検出が想定される光量の波形と前記閾値とが交わる２つの交点間の距離が、光量毎に閾値に応じて判定用距離として予めそれぞれ測定されて記憶され、
前記測定手段は、
所定の前記閾値が前記遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と同じ閾値および光量での前記判定用距離との距離差が、他の閾値での前記距離差よりも大きくなる前記面積演算用交点を除いて、
前記第２遠距離側面積および前記第２背景側面積を演算することを特徴とする請求項１２に記載のレーザレーダ装置。
【請求項１４】
前記測定手段は、
所定の前記閾値が前記遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での前記判定用距離とが一致するとみなされる閾値が１つのみの場合には、
前記第２遠距離側面積を、
当該１つの閾値での前記交点間を結ぶ第１の線分と、この１つの閾値での光量と同じ光量であって他の１つの閾値に対応する前記判定用距離を全長とし前記第１の線分と垂直二等分線が一致する第２の線分と、の双方の端点を通過し前記横軸を底辺とする二等辺三角形からなる領域の面積に基づいて演算することを特徴とする請求項１３に記載のレーザレーダ装置。
【請求項１】
レーザ光を発生するレーザ光発生手段と、
前記レーザ光発生手段から前記レーザ光が発生されたときに、当該レーザ光が検出物体にて反射した反射光を波形として検出する光検出手段と、
所定の中心軸を中心として回動可能に構成された偏向手段を備えるとともに、当該偏向手段により前記レーザ光を空間に向けて偏向させ、かつ前記反射光を前記光検出手段に向けて偏向する回動偏向手段と、
前記回動偏向手段を駆動する駆動手段と、
前記レーザ光発生手段での前記レーザ光の発生からこのレーザ光が前記検出物体にて反射された反射光が前記光検出手段により検出されるまでの検出時間に基づいて前記検出物体までの距離を測定する距離測定手段と、
を備えたレーザレーダ装置であって、
所定の回動角度において前記光検出手段により検出される波形が前回の同一回動角度において検出された波形に一致するとみなされる検出状態が継続して検出される場合にこの波形をその回動角度の背景波形として設定する設定手段と、
遠距離側の波形の前記検出時間がその回動角度における前記背景波形の前記検出時間に相当する、２つの波形が前記光検出手段により検出されるとき、この遠距離側の波形と前記背景波形との比率に基づいて、近距離側の波形に応じて検出される前記検出物体の大きさを測定する測定手段と、
を備えることを特徴とするレーザレーダ装置。
【請求項２】
前記測定手段は、前記遠距離側の波形の振幅値と前記背景波形の振幅値との比率に基づいて、前記近距離側の波形に応じて検出される前記検出物体の大きさを測定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】
前記測定手段は、前記遠距離側の波形が所定の閾値以上となる状態の時間と前記背景波形が前記所定の閾値以上となる状態の時間との比率に基づいて、前記近距離側の波形に応じて検出される前記検出物体の大きさを測定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４】
前記測定手段により測定された前記検出物体の大きさが検出対象外である場合にこの検出物体の検出を無効にする無効手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。
【請求項５】
前記検出対象となる前記検出物体の大きさは、前記距離測定手段により測定される距離に応じて設定され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。
【請求項６】
前記測定手段は、
前記距離測定手段による前記検出物体までの測定距離での前記レーザ光の断面寸法を演算する断面寸法演算手段を備え、
前記検出物体の一部により第１の回動角度にて前記２つの波形が前記光検出手段により検出され、この検出物体の残部により前記第１の回動角度から所定角度回動した間の全ての回動角度にて１つの波形が前記光検出手段により検出されるとき、
前記１つの波形が検出される回動角度の数と、前記２つの波形の前記比率と、前記断面寸法とに基づいて、当該検出物体の回動方向に沿う長さを測定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。
【請求項７】
前記断面寸法演算手段は、前記レーザ光の広がりに応じて前記測定距離での前記断面寸法を演算することを特徴とする請求項６に記載のレーザレーダ装置。
【請求項８】
前記光検出手段により検出される波形が所定の光量を超えているか否かを判定するための閾値が複数設定されており、
光量を縦軸とし時間を横軸とする座標において、１つの前記閾値が前記光検出手段により検出される波形と交わる交点を面積演算用交点とするとき、
前記測定手段は、
前記複数の閾値のうちの２つ以上の閾値と前記遠距離側の波形とが交わる複数の前記面積演算用交点により囲まれる多角形状の領域の面積である第１遠距離側面積と、
前記２つ以上の閾値と前記背景波形とが交わる複数の前記面積演算用交点により囲まれる多角形状の領域の面積である第１背景側面積と、の比率に基づいて、
前記近距離側の波形に応じて検出される前記検出物体の大きさを測定することを特徴とする請求項１、４〜７のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。
【請求項９】
前記測定手段は、
前記第１遠距離側面積を構成する最小の閾値での２つの前記面積演算用交点とこれら両面積演算用交点から前記横軸にそれぞれ下ろした垂線の足とにより囲まれる四角形状の領域の面積を当該第１遠距離側面積に加えた合計面積と、
前記第１背景側面積を構成する最小の閾値での２つの前記面積演算用交点とこれら両面積演算用交点から前記横軸にそれぞれ下ろした垂線の足とにより囲まれる四角形状の領域の面積を当該第１背景側面積に加えた合計面積と、の比率に基づいて、
前記近距離側の波形に応じて検出される前記検出物体の大きさを測定することを特徴とする請求項８に記載のレーザレーダ装置。
【請求項１０】
前記光検出手段による検出が想定される光量の波形と前記閾値とが交わる２つの交点間の距離が、光量毎に閾値に応じて判定用距離として予めそれぞれ測定されて記憶され、
前記測定手段は、
所定の前記閾値が前記遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での前記判定用距離との距離差が、他の閾値での前記距離差よりも大きくなる前記面積演算用交点を除いて、
前記第１遠距離側面積および前記第１背景側面積を演算することを特徴とする請求項８または９に記載のレーザレーダ装置。
【請求項１１】
前記測定手段は、
所定の前記閾値が前記遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での前記判定用距離とが一致するとみなされる閾値が１つのみの場合には、
前記第１遠距離側面積を、
当該１つの閾値での前記交点間を結ぶ線分と、この１つの閾値での光量と同じ光量であって他の閾値に対応する前記判定用距離を全長とする線分と、の２つの線分の一方を上底とし他方を下底とする台形状の領域の面積に基づいて演算することを特徴とする請求項１０に記載のレーザレーダ装置。
【請求項１２】
前記光検出手段により検出される波形が所定の光量を超えているか否かを判定するための閾値が複数設定されており、
光量を縦軸とし時間を横軸とする座標において、１つの前記閾値が前記光検出手段により検出される波形と交わる交点を面積演算用交点とするとき、
前記測定手段は、
前記複数の閾値のうちの２つの閾値と前記遠距離側の波形とが交わる４つの前記面積演算用交点のうち近距離側の２つを結ぶ直線および遠距離側の２つを結ぶ直線の２つの直線と、前記横軸とにより囲まれる三角形状の領域の面積である第２遠距離側面積と、
前記２つの閾値と前記背景波形とが交わる４つの前記面積演算用交点のうち近距離側の２つを結ぶ直線および遠距離側の２つを結ぶ直線の２つの直線と、前記横軸とにより囲まれる三角形状の領域の面積である第２背景側面積と、の比率に基づいて、
前記近距離側の波形に応じて検出される前記検出物体の大きさを測定することを特徴とする請求項１、４〜７のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。
【請求項１３】
前記光検出手段による検出が想定される光量の波形と前記閾値とが交わる２つの交点間の距離が、光量毎に閾値に応じて判定用距離として予めそれぞれ測定されて記憶され、
前記測定手段は、
所定の前記閾値が前記遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と同じ閾値および光量での前記判定用距離との距離差が、他の閾値での前記距離差よりも大きくなる前記面積演算用交点を除いて、
前記第２遠距離側面積および前記第２背景側面積を演算することを特徴とする請求項１２に記載のレーザレーダ装置。
【請求項１４】
前記測定手段は、
所定の前記閾値が前記遠距離側の波形と交わる２つの交点間の距離と、同じ閾値および光量での前記判定用距離とが一致するとみなされる閾値が１つのみの場合には、
前記第２遠距離側面積を、
当該１つの閾値での前記交点間を結ぶ第１の線分と、この１つの閾値での光量と同じ光量であって他の１つの閾値に対応する前記判定用距離を全長とし前記第１の線分と垂直二等分線が一致する第２の線分と、の双方の端点を通過し前記横軸を底辺とする二等辺三角形からなる領域の面積に基づいて演算することを特徴とする請求項１３に記載のレーザレーダ装置。
【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１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【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１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１１−１６４０８２（Ｐ２０１１−１６４０８２Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２５８３３（Ｐ２０１０−１２５８３３）
【出願日】平成２２年６月１日（２０１０．６．１）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１日（２０１０．６．１）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
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