レーザレーダ装置
【課題】広い画角と長い距離の測距の双方を実現することができるレーザレーダ装置を得ることを目的とする。
【解決手段】変調信号でレーザ光を変調し、変調後のレーザ光を測距対象物に向けて走査するレーザ光送信部１と、視野が異なる複数の受信光学系２１ａ，２１ｂを用いて、測距対象物に対するレーザ光の散乱光を受信し、その散乱光を示す電気信号を出力する散乱光受信部２と、散乱光受信部２から出力された電気信号と変調信号の位相差あるいは時間差を検出するとともに、その記電気信号の振幅を検出する距離強度検出装置３２とを設け、画像処理装置３３が距離強度検出装置３２により検出された位相差あるいは時間差に基づいて測距対象物までの距離を算出する。
【解決手段】変調信号でレーザ光を変調し、変調後のレーザ光を測距対象物に向けて走査するレーザ光送信部１と、視野が異なる複数の受信光学系２１ａ，２１ｂを用いて、測距対象物に対するレーザ光の散乱光を受信し、その散乱光を示す電気信号を出力する散乱光受信部２と、散乱光受信部２から出力された電気信号と変調信号の位相差あるいは時間差を検出するとともに、その記電気信号の振幅を検出する距離強度検出装置３２とを設け、画像処理装置３３が距離強度検出装置３２により検出された位相差あるいは時間差に基づいて測距対象物までの距離を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、測距対象物までの距離を算出するレーザレーダ装置に関するものであり、特に、受信系を走査せずに、受信系の視野内で、送信系を走査する受信スキャンレス型のレーザレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
受信スキャンレス型のレーザレーダ装置では、受信装置の視野によって、レーザレーダ装置が測距する角度範囲（画角）が決まる（例えば、非特許文献１を参照）。
例えば、レーザレーダ装置の受信装置が、一組の受信光学系と受光器から構成されている場合、受信装置における受光器の受光面の長さをｗ、受信装置の受信光学系のＦ値をＦとすると、受信装置の視野角θと受光量を決める開口径Ｄの積は、下記の式（１）のように表される。
【０００３】
ただし、受信光学系のＦ値は１付近に下限があるので、受光器の受光面の長さｗが決まると、視野角θと開口径Ｄの積には上限がある。
このため、レーザレーダ装置の画角を広くすると、受信装置の視野角θが広くなり、開口径Ｄが小さくなるため、測距対象物に対するレーザ光の散乱光の受光量が減少する。これにより、受信ＳＮ比が低くなり、レーザ測距可能な距離が短くなる。
一方、散乱光の受光量を増やすためには開口径Ｄを広くする必要があるが、この場合には、受信装置の視野角θが狭くなるため、レーザレーダ装置の画角が狭くなる。
【０００４】
以下の特許文献１には、式（１）の限界を超える受信装置として、レンズとテーパーによる反射を用いたテーパー集光器から構成されている受信装置が開示されている。
この受信装置は、従来の受光器には到達できなかった光を、反射を用いて折り返すことで受光器に到達させて、視野角を大きくしているものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２６７３１４号公報（段落番号［００１２］、図１）
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】今城他、「受信スキャンレス型ＣＷ変調方式３ＤImagingLADARの開発」、第２７回レーザセンシングシンポジウム予稿集、ｐｐ．１８−１９，２００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のレーザレーダ装置は以上のように構成されているので、受信装置が反射を用いるようにすれば、視野角を大きくすることができる。しかし、光の入射角度が大きくなり過ぎると、反射を繰り返して入射方向に戻ってしまうため、視野と開口径の積には、やはり一定の上限があり、広い画角と長い距離の測距の双方を実現することが困難であるなどの課題があった。
【０００８】
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、広い画角と長い距離の測距の双方を実現することができるレーザレーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るレーザレーダ装置は、変調信号でレーザ光を変調し、変調後のレーザ光を測距対象物に向けて走査するレーザ光送信手段と、視野が異なる複数の受信光学系を用いて、測距対象物に対するレーザ光の散乱光を受信し、その散乱光を示す電気信号を出力する散乱光受信手段と、散乱光受信手段から出力された電気信号と変調信号の時間差あるいは位相差を検出するとともに、その電気信号の振幅を検出する距離強度検出手段とを設け、距離強度算出手段が時間差あるいは位相差から測距対象物までの距離を算出するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、変調信号でレーザ光を変調し、変調後のレーザ光を測距対象物に向けて走査するレーザ光送信手段と、視野が異なる複数の受信光学系を用いて、測距対象物に対するレーザ光の散乱光を受信し、その散乱光を示す電気信号を出力する散乱光受信手段と、散乱光受信手段から出力された電気信号と変調信号の時間差あるいは位相差を検出するとともに、その電気信号の振幅を検出する距離強度検出手段とを設け、距離強度算出手段が時間差あるいは位相差から測距対象物までの距離を算出するように構成したので、広い画角と長い距離の測距の双方を実現することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
【図２】受光器２２ａ，２２ｂの受光面を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
【図６】レーザレーダ装置における受信光学モジュール２３の配置例を示す説明図である。
【図７】レーザレーダ装置における受信光学モジュール２３の配置例を示す説明図である。
【図８】レーザレーダ装置における受信光学モジュール２３の配置例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
図１において、レーザ光送信部１は変調信号でレーザ光を変調し、変調後のレーザ光を測距対象物に向けて走査する処理を実施する。なお、レーザ光送信部１はレーザ光送信手段を構成している。
【００１３】
レーザ光送信部１のレーザ装置１１はレーザ光を発光させる発光器である。
発振器１２は基準となる変調信号を発振させる機能を備えている。変調信号は正弦波でもパルスでも良い。
変調器１３は発振器１２から発振された変調信号でレーザ装置１１から発光されたレーザ光を強度変調し、強度変調後のレーザ光を出力する処理を実施する。
スキャナ１４は例えば反射鏡などから構成されており、図示せぬ制御装置の制御の下で走査角が切り替えられて、変調器１３から出力された強度変調後のレーザ光を空間中に走査する処理を実施する。
角度モニタ装置１５はスキャナ１４の走査角を観測し、その走査角を示すスキャナ角度信号を信号処理部３に出力する処理を実施する。
【００１４】
散乱光受信部２は視野が異なる複数の受信光学系２１ａ，２１ｂを用いて、測距対象物に対するレーザ光の散乱光を受信し、その散乱光を示す電気信号を出力する処理を実施する。なお、散乱光受信部２は散乱光受信手段を構成している。
散乱光受信部２の受信光学系２１ａと受信光学系２１ｂは、互いに異なる視野を有しており、測距対象物に対するレーザ光の散乱光を受信する。
受光器２２ａ，２２ｂは受信光学系２１ａ，２１ｂにより受信された散乱光を電気信号に変換し、その電気信号を信号処理部３に出力する処理を実施する。受光器２２ａ，２２ｂは単素子でもよいし、アレイでもよい。
なお、受信光学系２１ａと受光器２２ａから一組の受信光学モジュール２３ａが構成され、受信光学系２１ｂと受光器２２ｂから一組の受信光学モジュール２３ｂが構成されている。
図１の例では、二組の受信光学モジュールが実装されているものを示しているが、三組以上の受信光学モジュールが実装されていてもよい。
【００１５】
信号処理部３は散乱光受信部２から出力された電気信号などから測距対象物までの距離を算出し、その距離を用いて測距画像を生成する処理を実施する。
信号処理部３の受信信号選択装置３１は複数の受信光学系２１ａ，２１ｂの中で、角度モニタ装置１５から出力されたスキャナ角度信号が示す走査角に対応する視野を有する受信光学系を選択し、その受信光学系により受信された散乱光を示す電気信号を距離強度検出装置３２に与える処理を実施する。
距離強度検出装置３２は受信信号選択装置３１から与えられた電気信号の位相あるいは時間と発振器１２により発振された変調信号の位相あるいは時間から、その電気信号の位相差あるいは時間差を検出するとともに、その電気信号の振幅を検出し、その位相差あるいは時間差に相当する距離信号と振幅に相当する強度信号を画像処理装置３３に与える処理を実施する。変調信号が正弦波の場合、電気信号と変調信号の位相差を検出する。変調信号がパルスの場合、電気信号と変調信号の時間差を検出する。
なお、受信信号選択装置３１及び距離強度検出装置３２から距離強度検出手段が構成されている。
【００１６】
画像処理装置３３は距離強度検出装置から与えられた距離信号である位相差あるいは時間差から測距対象物までの距離を算出し、強度画像と測距画像を生成する処理を実施する。
【００１７】
次に動作について説明する。
レーザ光送信部１は、変調信号でレーザ光を変調し、変調後のレーザ光を測距対象物に向けて走査する。
即ち、レーザ光送信部１の変調器１３は、発振器１２から発振された変調信号でレーザ装置１１から発光されたレーザ光を強度変調し、強度変調後のレーザ光をスキャナ１４に出力する。
【００１８】
レーザ光送信部１のスキャナ１４は、図示せぬ制御装置の制御の下で、散乱光受信部２の視野内で走査角が切り替えられ、変調器１３から出力された強度変調後のレーザ光を空間中に走査する。
これにより、空間中の測距対象物に向けてレーザ光が送信され、その測距対象物に対するレーザ光の散乱光がレーザレーダ装置に戻ってくる。
なお、角度モニタ装置１５は、スキャナ１４の走査角を観測しており、その走査角を示すスキャナ角度信号を信号処理部３に出力する。
【００１９】
散乱光受信部２は、視野が異なる複数の受信光学系２１ａ，２１ｂを用いて、測距対象物に対するレーザ光の散乱光を受信し、その散乱光を示す電気信号を信号処理部３に出力する。
即ち、散乱光受信部２の受光器２２ａ，２２ｂは、視野が異なる受信光学系２１ａ，２１ｂが測距対象物に対するレーザ光の散乱光を受信すると、その散乱光を電気信号に変換し、その電気信号を信号処理部３に出力する。
【００２０】
一般的に、受信光学系と受光器から構成される受信光学モジュール２３ａ，２３ｂの視野角θm1と開口径Ｄm1の積は、下記の式（２）のように表される。
このため、例えば、受光器２２の受光面の長さｗが２ｍｍ、開口径Ｄm1が１０ｍｍ、受信光学系２１のＦ値が１である場合、１つの受信光学モジュール２３の視野角θm1は０．１ｒａｄとなる。
【００２１】
図１のレーザレーダ装置では、二組の受信光学モジュール２３ａ，２３ｂを備えているが、一組の受信光学モジュール２３を備えるだけの場合と比べて、Ｎ組の受信光学モジュール２３を備えることで、散乱光受信部２の全体の視野角θt1を受信光学モジュール２３の台数Ｎに比例して拡大することができ、広範囲の受信視野を得ることができる。その結果、レーザレーダ装置として広い画角を得ることができる。
θt1＝Ｎθm1 （３）
なお、図１のレーザレーダ装置では、二組の受信光学モジュール２３ａ，２３ｂを備えているので、散乱光受信部２の全体の視野角θt1は０．２ｒａｄとなり、一組の受信光学モジュール２３を備えるだけの場合の２倍になる。
【００２２】
信号処理部３の受信信号選択装置３１は、散乱光受信部２から電気信号を受けると、複数の受信光学系２１ａ，２１ｂの中で、角度モニタ装置１５から出力されたスキャナ角度信号が示す走査角に対応する視野を有する受信光学系を選択し、その受信光学系により受信された散乱光を示す電気信号を入力して、その電気信号を距離強度検出装置３２に与える。
例えば、走査角θ１〜θ２に対応する視野を有する受信光学系が受信光学系２１ａであり、走査角θ２〜θ３に対応する視野を有する受信光学系が受信光学系２１ｂである場合（θ１＜θ２＜θ３）、スキャナ角度信号が示す走査角がθ１〜θ２の範囲内であれば、受信光学系２１ａを選択し、スキャナ角度信号が示す走査角がθ２〜θ３の範囲内であれば、受信光学系２１ｂを選択する。
【００２３】
距離強度検出装置３２は、受信信号選択装置３１から電気信号が与えられると、その電気信号の位相あるいは時間と発振器１２により発振された変調信号の位相あるいは時間から、その電気信号の位相差Δφあるいは時間差Δtを検出し、また、その電気信号の振幅を検出する。距離強度検出装置３２は検出した位相差Δφあるいは時間差Δtに相当する距離信号と振幅に相当する強度信号を画像処理装置３３に与える。
位相差あるいは時間差と振幅の検出処理自体は公知の技術であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
画像処理装置３３は、距離強度検出装置３２が距離信号である位相差Δφを検出すると、下記の式（４）に示すように、その位相差Δφに基づいて測距対象物までの距離ｚ（測距対象物の視線方向の距離）を算出する。
ここで、ｃは光速、ｆは変調信号の周波数である。
また、画像処理装置３３は、距離強度検出装置３２が距離信号である時間差Δtを検出すると、下記の式（５）に示すように、その時間差Δtに基づいて測距対象物までの距離ｚ（測距対象物の視線方向の距離）を算出する。
【００２４】
画像処理装置３３は、測距対象物までの距離ｚを算出した後、その距離ｚと強度信号と角度モニタ装置１５から出力されたスキャナ角度信号が示す走査角とを用いて、測距画像と強度画像を生成する。
【００２５】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、変調信号でレーザ光を変調し、変調後のレーザ光を測距対象物に向けて走査するレーザ光送信部１と、視野が異なる複数の受信光学系２１ａ，２１ｂを用いて、測距対象物に対するレーザ光の散乱光を受信し、その散乱光を示す電気信号を出力する散乱光受信部２と、散乱光受信部２から出力された電気信号と変調信号との位相差あるいは時間差を検出するとともに、その電気信号の振幅を検出する距離強度検出装置３２とを設け、画像処理装置３３が距離強度検出装置３２により検出された位相差あるいは時間差に基づいて測距対象物までの距離を算出するように構成したので、広い画角と長い距離の測距の双方を実現することができる効果を奏する。
【００２６】
また、この実施の形態１によれば、複数の受信光学系２１ａ，２２ｂの中で、角度モニタ装置１５から出力されたスキャナ角度信号が示す走査角に対応する視野を有する受信光学系を選択し、その受信光学系により受信された散乱光を示す電気信号を距離強度検出装置３２に与える受信信号選択装置３１を設けているので、測距対象物に対するレーザ光の散乱光以外の光を含む電気信号が距離強度検出装置３２に与えられる可能性が低下する。このため、ノイズの増加を抑えて、受信ＳＮ比の低下を防ぐことができる効果を奏する。
【００２７】
この実施の形態１では、変調器１３が発振器１２から発振された変調信号でレーザ装置１１から発光されたレーザ光を強度変調しているものを示しているが、レーザ装置１１が発振器１２から発振された変調信号を入力して変調光（変調後のレーザ光）を生成し、その変調光をスキャナ１４に出力するようにしてもよい。
例えば、レーザダイオードを用いてレーザ装置１１を構成し、変調信号に同期している駆動電流をレーザ装置１１に注入することで、直接変調光を生成することができる。
【００２８】
この実施の形態１では、スキャナ１４が強度変調後のレーザ光を空間中に走査するものを示しているが、レーザ光の走査は空間的に１次元でも２次元でもよい。
１次元走査の場合、角度モニタ装置１５が１次元のスキャナ走査角度を示すスキャナ角度信号を信号処理部３に出力し、信号処理部３の画像処理装置３３が２次元の測距画像を生成する。
この場合、受光器２２ａ，２２ｂは、図２（ａ）に示すように、スキャン方向に長い受光面を持つことになる。
２次元走査の場合、角度モニタ装置１５が２次元のスキャナ走査角度を示すスキャナ角度信号を信号処理部３に出力し、信号処理部３の画像処理装置３３が３次元の測距画像を生成する。
この場合、受光器２２ａ，２２ｂは、図２（ｂ）に示すように、２次元状に広がった受光面を持つことになる。
【００２９】
この実施の形態１では、二組の受信光学モジュール２３ａ，２３ｂを備えているものを示しているが、複数の受信光学モジュール２３は１列に配置してもよいし、２次元状に配置してもよい。
この実施の形態１では、受信光学モジュール２３ａ，２３ｂにおける受信光学系２１ａ，２１ｂの視野が相互に異なっているものを示しているが、受信光学系２１ａ，２１ｂの視野の一部が重なっていてもよい。
【００３０】
この実施の形態１では、複数の受信光学系２１ａ，２１ｂの中で、角度モニタ装置１５から出力されたスキャナ角度信号が示す走査角に対応する視野を有する受信光学系を選択し、その受信光学系により受信された散乱光を示す電気信号を距離強度検出装置３２に与える受信信号選択装置３１を設けているものを示しているが、受信信号選択装置３１が、複数の受信光学系２１ａ，２１ｂにより受信された散乱光を示す電気信号の中で、信号強度が最も高い電気信号を選択し、その電気信号を距離強度検出装置３２に与えるようにしてもよい。
【００３１】
例えば、受信光学系２１ａ，２１ｂの視野の一部が重なっている領域では、受信信号選択装置３１には複数の受信光学モジュール２３ａ，２３ｂから散乱光を示す電気信号が入力されるが、測距対象物からの散乱光の強度に角度依存性があり、複数の受信光学系２１ａ，２１ｂの中の１つが強い散乱光を受信する場合、受信信号選択装置３１が、最も強い信号を選択することで、受信ＳＮ比を高くすることができる。
【００３２】
図１のレーザレーダ装置では、受信信号選択装置３１が複数の受信光学モジュール２３ａ，２３ｂから出力された電気信号のいずれかを選択して、その選択した電気信号を距離強度検出装置３２に与えるものを示したが、図３に示すように、受信光学モジュール２３ａ，２３ｂと同数の距離強度検出装置３２ａ，３２ｂ（受信光学モジュール２３ａ，２３ｂから出力された電気信号と変調信号の位相差あるいは時間差を検出するとともに、その電気信号の振幅を検出する距離強度検出装置）を実装し、受信信号選択装置３１が、受信光学モジュール２３ａ，２３ｂから出力された電気信号のうち、信号強度が最も強い電気信号と変調信号の位相差あるいは時間差を検出するとともに、その電気信号の振幅を検出している距離強度検出装置３２ａ又は３２ｂの出力信号である距離信号（位相差あるいは時間差を示す信号）と強度信号（振幅を示す信号）を選択して、その距離信号と強度信号を画像処理装置３３に与えるようにしてもよい。
この場合、太陽光などの散乱光が受信光学モジュール２３ａ，２３ｂで受信され、散乱光よりも大きな信号として出力された場合でも、太陽光などの信号は距離強度検出装置３２ａ，３２ｂでカットされるので、信号を正確に選択することができる。
【００３３】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
この実施の形態２では、散乱光受信部２の全体の視野角がθt2であって、散乱光受信部２がＮ台の受信光学モジュール２３が実装しているものを説明するが（図４の例では、Ｎ＝２）、Ｎ台の受信光学モジュール２３における受信光学系２１として、散乱光受信部２の全体の視野角θt2がＮ分割された角度θt2／Ｎの視野角θm2を有する受信光学系２１を使用しているものとする。
【００３４】
一般的に、受信光学系と受光器から構成される受信光学モジュール２３における受信光学系２１の視野角θm2と開口径Ｄm2の積は、上記実施の形態１でも説明したように、式（２）のように表される。
例えば、受光器２２の受光面の長さｗが２ｍｍ、開口径Ｄｍが１０ｍｍ、受信光学系２１のＦ値が１である場合、１つの受信光学モジュール２３における受信光学系２１の視野角θm2は０．１ｒａｄとなる。
【００３５】
このとき、散乱光受信部２の全体の視野角がθt2で固定される場合、複数の受信光学モジュール２３における受信光学系２１の視野角θm2を、全体の視野角θt2をＮ分割した角度θt2／Ｎとすることで、下記の式（６）で示されるように、１つの受信光学モジュール２３における受信光学系２１の視野角θm2を受信光学モジュール２３の台数Ｎに比例して小さくすることができる。
θm2＝θt2／Ｎ （６）
【００３６】
また、１つの受信光学モジュール２３における受信光学系２１が、散乱光受信部２の全体の視野角θt2を持つ場合の開口径をＤt2とすると、下記の式（７）で示されるように、１つの受信光学モジュール２３における受信光学系２１の開口径Ｄm2を受信光学モジュール２３の台数Ｎに比例して大きくすることができる。
例えば、散乱光受信部２の全体の視野角θt2が０．１ｒａｄ、受光器２２の受光面の長さｗが２ｍｍ、受信光学系２１のＦ値が１である受信光学モジュール２３が２台実装される場合、１つの受信光学モジュール２３における受信光学系２１の視野角θm2が０．０５ｒａｄになり、開口径Ｄm2が２０ｍｍになる。
【００３７】
なお、散乱光の受光量Ｉは、受信光学モジュール２３における受信光学系２１の開口径Ｄm2の二乗に比例するので、散乱光の受光量Ｉを受信光学モジュール２３の台数Ｎの二乗に比例して増大させることができる。
また、受信ＳＮ比をＳ、測距対象物までの距離をＬ、測距対象物の反射率をＲとすると、下記の式（８）に示されるように、受信光学モジュール２３の台数Ｎの二乗に比例して受信ＳＮ比を増大させることができる。
【００３８】
また、レーザレーダ装置として検出限界の受信ＳＮ比をＳＬ、測距対象物までの距離の限界値をＬＬとすると、下記の式（９）に示されるように、受信光学モジュール２３の台数Ｎに比例して、より遠方の測距対象物の測距画像を取得することができる。
【００３９】
また、測距対象物の検出可能な最小反射率をＲＬとすると、下記の式（１０）に示されるように、受信光学モジュール２３の台数Ｎの二乗に反比例して、より低反射率の測距対象物の測距画像を取得することができる。
【００４０】
このように、Ｎ台の受信光学モジュール２３における受信光学系２１として、散乱光受信部２の全体の視野角θｔがＮ分割された角度θt2／Ｎの視野角θm2を有する受信光学系２１を使用することで、低反射率あるいは長距離の測距対象物でも検出することが可能になる効果を奏する。
【００４１】
実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、散乱光受信部２の受信光学系２１ａと受信光学系２１ｂが、互いに異なる視野を有しているものを示したが、この実施の形態３では、受信光学系２１ａと受信光学系２１ｂの視野の一部が重なっている例を説明する。
図５はこの発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
信号処理部３の受信信号加算装置３４は受信光学モジュール２３ａにより受信された散乱光を示す電気信号と、受信光学モジュール２３ｂにより受信された散乱光を示す電気信号とを加算し、加算後の電気信号を距離強度検出装置３２に与える処理を実施する。
なお、受信信号加算装置３４及び距離強度検出装置３２から距離強度検出手段が構成されている。
【００４２】
受信光学系２１ａと受信光学系２１ｂの視野の一部が重なっている場合、重なっている視野での散乱光が、複数の受信光学モジュール２３ａ，２３ｂで受信されることになる。
信号処理部３の受信信号加算装置３４では、受信光学モジュール２３ａから出力された電気信号と、受信光学モジュール２３ｂから出力された電気信号とを加算するので、視野が重なっている部分では、１つの受信光学モジュール２３から出力された電気信号を選択する場合よりも、受信信号である電気信号の信号強度を強くすることができる。
【００４３】
信号強度が強くなれば、受信ＳＮ比を高めることができるので、より低反射率の測距対象物、あるいは、より遠方の測距対象物の測距画像を取得することができるようになる。
また、視野が重なっている部分では、信号強度が強くなることから、レーザレーダ装置では、視野が重なっていない領域での低感度の画角と、視野が重なっている領域での高感度の画角とを併せ持つことができる。
これにより、例えば、ある領域だけ反射率が低い測距対象物、あるいは、距離が遠い測距対象物が存在していることが分かっている場合、その領域において、受信光学系２１ａと受信光学系２１ｂの視野を重ねて感度を高めれば、測距対象物から到来する散乱光の受光量を増やすことができる。
【００４４】
ここで、図６、図７及び図８はレーザレーダ装置における受信光学モジュール２３の配置例を示す説明図である。
図６はレーザ光送信部１及び信号処理部３と一体で、レーザレーダ装置の筺体内に受信光学モジュール２３ａ，２３ｂが配置されている例を示している。
図７はレーザ光送信部１及び信号処理部３を収納している筺体から離れている位置に設置されている別々の受信装置の筺体内に受信光学モジュール２３ａ，２３ｂが配置されている例を示している。
図８は受信光学モジュール２３ａについてはレーザ光送信部１及び信号処理部３を収納している筺体内に配置されているが、受信光学モジュール２３ｂについては、その筺体から離れている位置に設置されている受信装置の筺体内に配置されている例を示している。
【００４５】
例えば、測距対象物におけるレーザ光の散乱光強度に角度依存性があり、その散乱光の方向が複数に分かれている場合、図６のような受信光学モジュール２３ａ，２３ｂの隣接配置では、１方向から到来する散乱光を受信するのみで、散乱光の一部しか受信することができない。
これに対して、図７及び図８のように、受信光学モジュール２３ａと受信光学モジュール２３ｂを離して配置している場合には、複数に分かれている散乱光を受信することができる。
【００４６】
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】
【００４７】
１ レーザ光送信部（レーザ光送信手段）、２ 散乱光受信部（散乱光受信手段）、３ 信号処理部、１１ レーザ装置、１２ 発振器、１３ 変調器、１４ スキャナ、１５ 角度モニタ装置、２１ａ，２１ｂ 受信光学系、２２ａ，２２ｂ 受光器、２３ａ，２３ｂ 受信光学モジュール、３１ 受信信号選択装置（距離強度検出手段）、３２，３２ａ，３２ｂ 距離強度検出装置（距離強度検出手段）、３３ 画像処理装置（距離強度算出手段）、３４ 受信信号加算装置（距離強度検出手段）。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、測距対象物までの距離を算出するレーザレーダ装置に関するものであり、特に、受信系を走査せずに、受信系の視野内で、送信系を走査する受信スキャンレス型のレーザレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
受信スキャンレス型のレーザレーダ装置では、受信装置の視野によって、レーザレーダ装置が測距する角度範囲（画角）が決まる（例えば、非特許文献１を参照）。
例えば、レーザレーダ装置の受信装置が、一組の受信光学系と受光器から構成されている場合、受信装置における受光器の受光面の長さをｗ、受信装置の受信光学系のＦ値をＦとすると、受信装置の視野角θと受光量を決める開口径Ｄの積は、下記の式（１）のように表される。
【０００３】
ただし、受信光学系のＦ値は１付近に下限があるので、受光器の受光面の長さｗが決まると、視野角θと開口径Ｄの積には上限がある。
このため、レーザレーダ装置の画角を広くすると、受信装置の視野角θが広くなり、開口径Ｄが小さくなるため、測距対象物に対するレーザ光の散乱光の受光量が減少する。これにより、受信ＳＮ比が低くなり、レーザ測距可能な距離が短くなる。
一方、散乱光の受光量を増やすためには開口径Ｄを広くする必要があるが、この場合には、受信装置の視野角θが狭くなるため、レーザレーダ装置の画角が狭くなる。
【０００４】
以下の特許文献１には、式（１）の限界を超える受信装置として、レンズとテーパーによる反射を用いたテーパー集光器から構成されている受信装置が開示されている。
この受信装置は、従来の受光器には到達できなかった光を、反射を用いて折り返すことで受光器に到達させて、視野角を大きくしているものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２６７３１４号公報（段落番号［００１２］、図１）
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】今城他、「受信スキャンレス型ＣＷ変調方式３ＤImagingLADARの開発」、第２７回レーザセンシングシンポジウム予稿集、ｐｐ．１８−１９，２００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のレーザレーダ装置は以上のように構成されているので、受信装置が反射を用いるようにすれば、視野角を大きくすることができる。しかし、光の入射角度が大きくなり過ぎると、反射を繰り返して入射方向に戻ってしまうため、視野と開口径の積には、やはり一定の上限があり、広い画角と長い距離の測距の双方を実現することが困難であるなどの課題があった。
【０００８】
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、広い画角と長い距離の測距の双方を実現することができるレーザレーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るレーザレーダ装置は、変調信号でレーザ光を変調し、変調後のレーザ光を測距対象物に向けて走査するレーザ光送信手段と、視野が異なる複数の受信光学系を用いて、測距対象物に対するレーザ光の散乱光を受信し、その散乱光を示す電気信号を出力する散乱光受信手段と、散乱光受信手段から出力された電気信号と変調信号の時間差あるいは位相差を検出するとともに、その電気信号の振幅を検出する距離強度検出手段とを設け、距離強度算出手段が時間差あるいは位相差から測距対象物までの距離を算出するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、変調信号でレーザ光を変調し、変調後のレーザ光を測距対象物に向けて走査するレーザ光送信手段と、視野が異なる複数の受信光学系を用いて、測距対象物に対するレーザ光の散乱光を受信し、その散乱光を示す電気信号を出力する散乱光受信手段と、散乱光受信手段から出力された電気信号と変調信号の時間差あるいは位相差を検出するとともに、その電気信号の振幅を検出する距離強度検出手段とを設け、距離強度算出手段が時間差あるいは位相差から測距対象物までの距離を算出するように構成したので、広い画角と長い距離の測距の双方を実現することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
【図２】受光器２２ａ，２２ｂの受光面を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
【図６】レーザレーダ装置における受信光学モジュール２３の配置例を示す説明図である。
【図７】レーザレーダ装置における受信光学モジュール２３の配置例を示す説明図である。
【図８】レーザレーダ装置における受信光学モジュール２３の配置例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
図１において、レーザ光送信部１は変調信号でレーザ光を変調し、変調後のレーザ光を測距対象物に向けて走査する処理を実施する。なお、レーザ光送信部１はレーザ光送信手段を構成している。
【００１３】
レーザ光送信部１のレーザ装置１１はレーザ光を発光させる発光器である。
発振器１２は基準となる変調信号を発振させる機能を備えている。変調信号は正弦波でもパルスでも良い。
変調器１３は発振器１２から発振された変調信号でレーザ装置１１から発光されたレーザ光を強度変調し、強度変調後のレーザ光を出力する処理を実施する。
スキャナ１４は例えば反射鏡などから構成されており、図示せぬ制御装置の制御の下で走査角が切り替えられて、変調器１３から出力された強度変調後のレーザ光を空間中に走査する処理を実施する。
角度モニタ装置１５はスキャナ１４の走査角を観測し、その走査角を示すスキャナ角度信号を信号処理部３に出力する処理を実施する。
【００１４】
散乱光受信部２は視野が異なる複数の受信光学系２１ａ，２１ｂを用いて、測距対象物に対するレーザ光の散乱光を受信し、その散乱光を示す電気信号を出力する処理を実施する。なお、散乱光受信部２は散乱光受信手段を構成している。
散乱光受信部２の受信光学系２１ａと受信光学系２１ｂは、互いに異なる視野を有しており、測距対象物に対するレーザ光の散乱光を受信する。
受光器２２ａ，２２ｂは受信光学系２１ａ，２１ｂにより受信された散乱光を電気信号に変換し、その電気信号を信号処理部３に出力する処理を実施する。受光器２２ａ，２２ｂは単素子でもよいし、アレイでもよい。
なお、受信光学系２１ａと受光器２２ａから一組の受信光学モジュール２３ａが構成され、受信光学系２１ｂと受光器２２ｂから一組の受信光学モジュール２３ｂが構成されている。
図１の例では、二組の受信光学モジュールが実装されているものを示しているが、三組以上の受信光学モジュールが実装されていてもよい。
【００１５】
信号処理部３は散乱光受信部２から出力された電気信号などから測距対象物までの距離を算出し、その距離を用いて測距画像を生成する処理を実施する。
信号処理部３の受信信号選択装置３１は複数の受信光学系２１ａ，２１ｂの中で、角度モニタ装置１５から出力されたスキャナ角度信号が示す走査角に対応する視野を有する受信光学系を選択し、その受信光学系により受信された散乱光を示す電気信号を距離強度検出装置３２に与える処理を実施する。
距離強度検出装置３２は受信信号選択装置３１から与えられた電気信号の位相あるいは時間と発振器１２により発振された変調信号の位相あるいは時間から、その電気信号の位相差あるいは時間差を検出するとともに、その電気信号の振幅を検出し、その位相差あるいは時間差に相当する距離信号と振幅に相当する強度信号を画像処理装置３３に与える処理を実施する。変調信号が正弦波の場合、電気信号と変調信号の位相差を検出する。変調信号がパルスの場合、電気信号と変調信号の時間差を検出する。
なお、受信信号選択装置３１及び距離強度検出装置３２から距離強度検出手段が構成されている。
【００１６】
画像処理装置３３は距離強度検出装置から与えられた距離信号である位相差あるいは時間差から測距対象物までの距離を算出し、強度画像と測距画像を生成する処理を実施する。
【００１７】
次に動作について説明する。
レーザ光送信部１は、変調信号でレーザ光を変調し、変調後のレーザ光を測距対象物に向けて走査する。
即ち、レーザ光送信部１の変調器１３は、発振器１２から発振された変調信号でレーザ装置１１から発光されたレーザ光を強度変調し、強度変調後のレーザ光をスキャナ１４に出力する。
【００１８】
レーザ光送信部１のスキャナ１４は、図示せぬ制御装置の制御の下で、散乱光受信部２の視野内で走査角が切り替えられ、変調器１３から出力された強度変調後のレーザ光を空間中に走査する。
これにより、空間中の測距対象物に向けてレーザ光が送信され、その測距対象物に対するレーザ光の散乱光がレーザレーダ装置に戻ってくる。
なお、角度モニタ装置１５は、スキャナ１４の走査角を観測しており、その走査角を示すスキャナ角度信号を信号処理部３に出力する。
【００１９】
散乱光受信部２は、視野が異なる複数の受信光学系２１ａ，２１ｂを用いて、測距対象物に対するレーザ光の散乱光を受信し、その散乱光を示す電気信号を信号処理部３に出力する。
即ち、散乱光受信部２の受光器２２ａ，２２ｂは、視野が異なる受信光学系２１ａ，２１ｂが測距対象物に対するレーザ光の散乱光を受信すると、その散乱光を電気信号に変換し、その電気信号を信号処理部３に出力する。
【００２０】
一般的に、受信光学系と受光器から構成される受信光学モジュール２３ａ，２３ｂの視野角θm1と開口径Ｄm1の積は、下記の式（２）のように表される。
このため、例えば、受光器２２の受光面の長さｗが２ｍｍ、開口径Ｄm1が１０ｍｍ、受信光学系２１のＦ値が１である場合、１つの受信光学モジュール２３の視野角θm1は０．１ｒａｄとなる。
【００２１】
図１のレーザレーダ装置では、二組の受信光学モジュール２３ａ，２３ｂを備えているが、一組の受信光学モジュール２３を備えるだけの場合と比べて、Ｎ組の受信光学モジュール２３を備えることで、散乱光受信部２の全体の視野角θt1を受信光学モジュール２３の台数Ｎに比例して拡大することができ、広範囲の受信視野を得ることができる。その結果、レーザレーダ装置として広い画角を得ることができる。
θt1＝Ｎθm1 （３）
なお、図１のレーザレーダ装置では、二組の受信光学モジュール２３ａ，２３ｂを備えているので、散乱光受信部２の全体の視野角θt1は０．２ｒａｄとなり、一組の受信光学モジュール２３を備えるだけの場合の２倍になる。
【００２２】
信号処理部３の受信信号選択装置３１は、散乱光受信部２から電気信号を受けると、複数の受信光学系２１ａ，２１ｂの中で、角度モニタ装置１５から出力されたスキャナ角度信号が示す走査角に対応する視野を有する受信光学系を選択し、その受信光学系により受信された散乱光を示す電気信号を入力して、その電気信号を距離強度検出装置３２に与える。
例えば、走査角θ１〜θ２に対応する視野を有する受信光学系が受信光学系２１ａであり、走査角θ２〜θ３に対応する視野を有する受信光学系が受信光学系２１ｂである場合（θ１＜θ２＜θ３）、スキャナ角度信号が示す走査角がθ１〜θ２の範囲内であれば、受信光学系２１ａを選択し、スキャナ角度信号が示す走査角がθ２〜θ３の範囲内であれば、受信光学系２１ｂを選択する。
【００２３】
距離強度検出装置３２は、受信信号選択装置３１から電気信号が与えられると、その電気信号の位相あるいは時間と発振器１２により発振された変調信号の位相あるいは時間から、その電気信号の位相差Δφあるいは時間差Δtを検出し、また、その電気信号の振幅を検出する。距離強度検出装置３２は検出した位相差Δφあるいは時間差Δtに相当する距離信号と振幅に相当する強度信号を画像処理装置３３に与える。
位相差あるいは時間差と振幅の検出処理自体は公知の技術であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
画像処理装置３３は、距離強度検出装置３２が距離信号である位相差Δφを検出すると、下記の式（４）に示すように、その位相差Δφに基づいて測距対象物までの距離ｚ（測距対象物の視線方向の距離）を算出する。
ここで、ｃは光速、ｆは変調信号の周波数である。
また、画像処理装置３３は、距離強度検出装置３２が距離信号である時間差Δtを検出すると、下記の式（５）に示すように、その時間差Δtに基づいて測距対象物までの距離ｚ（測距対象物の視線方向の距離）を算出する。
【００２４】
画像処理装置３３は、測距対象物までの距離ｚを算出した後、その距離ｚと強度信号と角度モニタ装置１５から出力されたスキャナ角度信号が示す走査角とを用いて、測距画像と強度画像を生成する。
【００２５】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、変調信号でレーザ光を変調し、変調後のレーザ光を測距対象物に向けて走査するレーザ光送信部１と、視野が異なる複数の受信光学系２１ａ，２１ｂを用いて、測距対象物に対するレーザ光の散乱光を受信し、その散乱光を示す電気信号を出力する散乱光受信部２と、散乱光受信部２から出力された電気信号と変調信号との位相差あるいは時間差を検出するとともに、その電気信号の振幅を検出する距離強度検出装置３２とを設け、画像処理装置３３が距離強度検出装置３２により検出された位相差あるいは時間差に基づいて測距対象物までの距離を算出するように構成したので、広い画角と長い距離の測距の双方を実現することができる効果を奏する。
【００２６】
また、この実施の形態１によれば、複数の受信光学系２１ａ，２２ｂの中で、角度モニタ装置１５から出力されたスキャナ角度信号が示す走査角に対応する視野を有する受信光学系を選択し、その受信光学系により受信された散乱光を示す電気信号を距離強度検出装置３２に与える受信信号選択装置３１を設けているので、測距対象物に対するレーザ光の散乱光以外の光を含む電気信号が距離強度検出装置３２に与えられる可能性が低下する。このため、ノイズの増加を抑えて、受信ＳＮ比の低下を防ぐことができる効果を奏する。
【００２７】
この実施の形態１では、変調器１３が発振器１２から発振された変調信号でレーザ装置１１から発光されたレーザ光を強度変調しているものを示しているが、レーザ装置１１が発振器１２から発振された変調信号を入力して変調光（変調後のレーザ光）を生成し、その変調光をスキャナ１４に出力するようにしてもよい。
例えば、レーザダイオードを用いてレーザ装置１１を構成し、変調信号に同期している駆動電流をレーザ装置１１に注入することで、直接変調光を生成することができる。
【００２８】
この実施の形態１では、スキャナ１４が強度変調後のレーザ光を空間中に走査するものを示しているが、レーザ光の走査は空間的に１次元でも２次元でもよい。
１次元走査の場合、角度モニタ装置１５が１次元のスキャナ走査角度を示すスキャナ角度信号を信号処理部３に出力し、信号処理部３の画像処理装置３３が２次元の測距画像を生成する。
この場合、受光器２２ａ，２２ｂは、図２（ａ）に示すように、スキャン方向に長い受光面を持つことになる。
２次元走査の場合、角度モニタ装置１５が２次元のスキャナ走査角度を示すスキャナ角度信号を信号処理部３に出力し、信号処理部３の画像処理装置３３が３次元の測距画像を生成する。
この場合、受光器２２ａ，２２ｂは、図２（ｂ）に示すように、２次元状に広がった受光面を持つことになる。
【００２９】
この実施の形態１では、二組の受信光学モジュール２３ａ，２３ｂを備えているものを示しているが、複数の受信光学モジュール２３は１列に配置してもよいし、２次元状に配置してもよい。
この実施の形態１では、受信光学モジュール２３ａ，２３ｂにおける受信光学系２１ａ，２１ｂの視野が相互に異なっているものを示しているが、受信光学系２１ａ，２１ｂの視野の一部が重なっていてもよい。
【００３０】
この実施の形態１では、複数の受信光学系２１ａ，２１ｂの中で、角度モニタ装置１５から出力されたスキャナ角度信号が示す走査角に対応する視野を有する受信光学系を選択し、その受信光学系により受信された散乱光を示す電気信号を距離強度検出装置３２に与える受信信号選択装置３１を設けているものを示しているが、受信信号選択装置３１が、複数の受信光学系２１ａ，２１ｂにより受信された散乱光を示す電気信号の中で、信号強度が最も高い電気信号を選択し、その電気信号を距離強度検出装置３２に与えるようにしてもよい。
【００３１】
例えば、受信光学系２１ａ，２１ｂの視野の一部が重なっている領域では、受信信号選択装置３１には複数の受信光学モジュール２３ａ，２３ｂから散乱光を示す電気信号が入力されるが、測距対象物からの散乱光の強度に角度依存性があり、複数の受信光学系２１ａ，２１ｂの中の１つが強い散乱光を受信する場合、受信信号選択装置３１が、最も強い信号を選択することで、受信ＳＮ比を高くすることができる。
【００３２】
図１のレーザレーダ装置では、受信信号選択装置３１が複数の受信光学モジュール２３ａ，２３ｂから出力された電気信号のいずれかを選択して、その選択した電気信号を距離強度検出装置３２に与えるものを示したが、図３に示すように、受信光学モジュール２３ａ，２３ｂと同数の距離強度検出装置３２ａ，３２ｂ（受信光学モジュール２３ａ，２３ｂから出力された電気信号と変調信号の位相差あるいは時間差を検出するとともに、その電気信号の振幅を検出する距離強度検出装置）を実装し、受信信号選択装置３１が、受信光学モジュール２３ａ，２３ｂから出力された電気信号のうち、信号強度が最も強い電気信号と変調信号の位相差あるいは時間差を検出するとともに、その電気信号の振幅を検出している距離強度検出装置３２ａ又は３２ｂの出力信号である距離信号（位相差あるいは時間差を示す信号）と強度信号（振幅を示す信号）を選択して、その距離信号と強度信号を画像処理装置３３に与えるようにしてもよい。
この場合、太陽光などの散乱光が受信光学モジュール２３ａ，２３ｂで受信され、散乱光よりも大きな信号として出力された場合でも、太陽光などの信号は距離強度検出装置３２ａ，３２ｂでカットされるので、信号を正確に選択することができる。
【００３３】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
この実施の形態２では、散乱光受信部２の全体の視野角がθt2であって、散乱光受信部２がＮ台の受信光学モジュール２３が実装しているものを説明するが（図４の例では、Ｎ＝２）、Ｎ台の受信光学モジュール２３における受信光学系２１として、散乱光受信部２の全体の視野角θt2がＮ分割された角度θt2／Ｎの視野角θm2を有する受信光学系２１を使用しているものとする。
【００３４】
一般的に、受信光学系と受光器から構成される受信光学モジュール２３における受信光学系２１の視野角θm2と開口径Ｄm2の積は、上記実施の形態１でも説明したように、式（２）のように表される。
例えば、受光器２２の受光面の長さｗが２ｍｍ、開口径Ｄｍが１０ｍｍ、受信光学系２１のＦ値が１である場合、１つの受信光学モジュール２３における受信光学系２１の視野角θm2は０．１ｒａｄとなる。
【００３５】
このとき、散乱光受信部２の全体の視野角がθt2で固定される場合、複数の受信光学モジュール２３における受信光学系２１の視野角θm2を、全体の視野角θt2をＮ分割した角度θt2／Ｎとすることで、下記の式（６）で示されるように、１つの受信光学モジュール２３における受信光学系２１の視野角θm2を受信光学モジュール２３の台数Ｎに比例して小さくすることができる。
θm2＝θt2／Ｎ （６）
【００３６】
また、１つの受信光学モジュール２３における受信光学系２１が、散乱光受信部２の全体の視野角θt2を持つ場合の開口径をＤt2とすると、下記の式（７）で示されるように、１つの受信光学モジュール２３における受信光学系２１の開口径Ｄm2を受信光学モジュール２３の台数Ｎに比例して大きくすることができる。
例えば、散乱光受信部２の全体の視野角θt2が０．１ｒａｄ、受光器２２の受光面の長さｗが２ｍｍ、受信光学系２１のＦ値が１である受信光学モジュール２３が２台実装される場合、１つの受信光学モジュール２３における受信光学系２１の視野角θm2が０．０５ｒａｄになり、開口径Ｄm2が２０ｍｍになる。
【００３７】
なお、散乱光の受光量Ｉは、受信光学モジュール２３における受信光学系２１の開口径Ｄm2の二乗に比例するので、散乱光の受光量Ｉを受信光学モジュール２３の台数Ｎの二乗に比例して増大させることができる。
また、受信ＳＮ比をＳ、測距対象物までの距離をＬ、測距対象物の反射率をＲとすると、下記の式（８）に示されるように、受信光学モジュール２３の台数Ｎの二乗に比例して受信ＳＮ比を増大させることができる。
【００３８】
また、レーザレーダ装置として検出限界の受信ＳＮ比をＳＬ、測距対象物までの距離の限界値をＬＬとすると、下記の式（９）に示されるように、受信光学モジュール２３の台数Ｎに比例して、より遠方の測距対象物の測距画像を取得することができる。
【００３９】
また、測距対象物の検出可能な最小反射率をＲＬとすると、下記の式（１０）に示されるように、受信光学モジュール２３の台数Ｎの二乗に反比例して、より低反射率の測距対象物の測距画像を取得することができる。
【００４０】
このように、Ｎ台の受信光学モジュール２３における受信光学系２１として、散乱光受信部２の全体の視野角θｔがＮ分割された角度θt2／Ｎの視野角θm2を有する受信光学系２１を使用することで、低反射率あるいは長距離の測距対象物でも検出することが可能になる効果を奏する。
【００４１】
実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、散乱光受信部２の受信光学系２１ａと受信光学系２１ｂが、互いに異なる視野を有しているものを示したが、この実施の形態３では、受信光学系２１ａと受信光学系２１ｂの視野の一部が重なっている例を説明する。
図５はこの発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
信号処理部３の受信信号加算装置３４は受信光学モジュール２３ａにより受信された散乱光を示す電気信号と、受信光学モジュール２３ｂにより受信された散乱光を示す電気信号とを加算し、加算後の電気信号を距離強度検出装置３２に与える処理を実施する。
なお、受信信号加算装置３４及び距離強度検出装置３２から距離強度検出手段が構成されている。
【００４２】
受信光学系２１ａと受信光学系２１ｂの視野の一部が重なっている場合、重なっている視野での散乱光が、複数の受信光学モジュール２３ａ，２３ｂで受信されることになる。
信号処理部３の受信信号加算装置３４では、受信光学モジュール２３ａから出力された電気信号と、受信光学モジュール２３ｂから出力された電気信号とを加算するので、視野が重なっている部分では、１つの受信光学モジュール２３から出力された電気信号を選択する場合よりも、受信信号である電気信号の信号強度を強くすることができる。
【００４３】
信号強度が強くなれば、受信ＳＮ比を高めることができるので、より低反射率の測距対象物、あるいは、より遠方の測距対象物の測距画像を取得することができるようになる。
また、視野が重なっている部分では、信号強度が強くなることから、レーザレーダ装置では、視野が重なっていない領域での低感度の画角と、視野が重なっている領域での高感度の画角とを併せ持つことができる。
これにより、例えば、ある領域だけ反射率が低い測距対象物、あるいは、距離が遠い測距対象物が存在していることが分かっている場合、その領域において、受信光学系２１ａと受信光学系２１ｂの視野を重ねて感度を高めれば、測距対象物から到来する散乱光の受光量を増やすことができる。
【００４４】
ここで、図６、図７及び図８はレーザレーダ装置における受信光学モジュール２３の配置例を示す説明図である。
図６はレーザ光送信部１及び信号処理部３と一体で、レーザレーダ装置の筺体内に受信光学モジュール２３ａ，２３ｂが配置されている例を示している。
図７はレーザ光送信部１及び信号処理部３を収納している筺体から離れている位置に設置されている別々の受信装置の筺体内に受信光学モジュール２３ａ，２３ｂが配置されている例を示している。
図８は受信光学モジュール２３ａについてはレーザ光送信部１及び信号処理部３を収納している筺体内に配置されているが、受信光学モジュール２３ｂについては、その筺体から離れている位置に設置されている受信装置の筺体内に配置されている例を示している。
【００４５】
例えば、測距対象物におけるレーザ光の散乱光強度に角度依存性があり、その散乱光の方向が複数に分かれている場合、図６のような受信光学モジュール２３ａ，２３ｂの隣接配置では、１方向から到来する散乱光を受信するのみで、散乱光の一部しか受信することができない。
これに対して、図７及び図８のように、受信光学モジュール２３ａと受信光学モジュール２３ｂを離して配置している場合には、複数に分かれている散乱光を受信することができる。
【００４６】
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】
【００４７】
１ レーザ光送信部（レーザ光送信手段）、２ 散乱光受信部（散乱光受信手段）、３ 信号処理部、１１ レーザ装置、１２ 発振器、１３ 変調器、１４ スキャナ、１５ 角度モニタ装置、２１ａ，２１ｂ 受信光学系、２２ａ，２２ｂ 受光器、２３ａ，２３ｂ 受信光学モジュール、３１ 受信信号選択装置（距離強度検出手段）、３２，３２ａ，３２ｂ 距離強度検出装置（距離強度検出手段）、３３ 画像処理装置（距離強度算出手段）、３４ 受信信号加算装置（距離強度検出手段）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調信号でレーザ光を変調し、変調後のレーザ光を測距対象物に向けて走査するレーザ光送信手段と、視野が異なる複数の受信光学系を用いて、上記測距対象物に対する上記レーザ光の散乱光を受信し、上記散乱光を示す電気信号を出力する散乱光受信手段と、上記散乱光受信手段から出力された電気信号と上記変調信号の位相差あるいは時間差を検出するとともに、上記電気信号の振幅を検出する距離強度検出手段と、上記距離強度検出手段により検出された位相差あるいは時間差に基づいて上記測距対象物までの距離を算出する距離強度算出手段とを備えたレーザレーダ装置。
【請求項２】
距離強度検出手段は、複数の受信光学系の中で、レーザ光送信手段によるレーザ光の走査角に対応する視野を有する受信光学系を選択し、上記受信光学系により受信された散乱光を示す電気信号と変調信号の位相差あるいは時間差を検出するとともに、上記電気信号の振幅を検出することを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
【請求項３】
距離強度検出手段は、複数の受信光学系により受信された散乱光を示す電気信号の中で、信号強度が最も高い電気信号を選択し、上記電気信号と変調信号の位相差あるいは時間差を検出するとともに、上記電気信号の振幅を検出することを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
【請求項４】
散乱光受信手段の全体の視野角がθｔである場合、視野角がθｔ／Ｎである受信光学系がＮ台実装されていることを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
【請求項５】
距離強度検出手段は、視野の一部が重なっている複数の受信光学系により受信された散乱光を示す電気信号を加算し、加算後の電気信号と変調信号の位相差あるいは時間差を検出するとともに、上記電気信号の振幅を検出することを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
【請求項１】
変調信号でレーザ光を変調し、変調後のレーザ光を測距対象物に向けて走査するレーザ光送信手段と、視野が異なる複数の受信光学系を用いて、上記測距対象物に対する上記レーザ光の散乱光を受信し、上記散乱光を示す電気信号を出力する散乱光受信手段と、上記散乱光受信手段から出力された電気信号と上記変調信号の位相差あるいは時間差を検出するとともに、上記電気信号の振幅を検出する距離強度検出手段と、上記距離強度検出手段により検出された位相差あるいは時間差に基づいて上記測距対象物までの距離を算出する距離強度算出手段とを備えたレーザレーダ装置。
【請求項２】
距離強度検出手段は、複数の受信光学系の中で、レーザ光送信手段によるレーザ光の走査角に対応する視野を有する受信光学系を選択し、上記受信光学系により受信された散乱光を示す電気信号と変調信号の位相差あるいは時間差を検出するとともに、上記電気信号の振幅を検出することを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
【請求項３】
距離強度検出手段は、複数の受信光学系により受信された散乱光を示す電気信号の中で、信号強度が最も高い電気信号を選択し、上記電気信号と変調信号の位相差あるいは時間差を検出するとともに、上記電気信号の振幅を検出することを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
【請求項４】
散乱光受信手段の全体の視野角がθｔである場合、視野角がθｔ／Ｎである受信光学系がＮ台実装されていることを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
【請求項５】
距離強度検出手段は、視野の一部が重なっている複数の受信光学系により受信された散乱光を示す電気信号を加算し、加算後の電気信号と変調信号の位相差あるいは時間差を検出するとともに、上記電気信号の振幅を検出することを特徴とする請求項１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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１７３０９９（Ｐ２０１２−１７３０９９Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３４６０３（Ｐ２０１１−３４６０３）
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【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２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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