レーザレーダ装置
【課題】広視野な受信系において背景光を除去する。
【解決手段】所定の変調信号でレーザ光を変調し、対象物に向けて走査するレーザ光送信手段（発振器１、レーザ装置２、変調器３およびスキャナ４）と、レーザ光に対する対象物からの散乱光を受光し、電気信号に変換する散乱光受信手段（受信レンズ６および受光器８）と、受光面の前段に配置され、閉じることで対応する位置に入射した光を遮光する複数のシャッター素子を有するシャッター７と、電気信号と変調信号との位相差または時間差に基づいて対象物までの距離を算出する距離・強度算出装置９と、電気信号に基づいて背景光を検出する背景光検出装置１０と、背景光が検出された場合に、シャッター７を制御して、当該背景光が入射する位置に対応するシャッター素子を閉じさせるシャッター制御装置１１とを備えた。
【解決手段】所定の変調信号でレーザ光を変調し、対象物に向けて走査するレーザ光送信手段（発振器１、レーザ装置２、変調器３およびスキャナ４）と、レーザ光に対する対象物からの散乱光を受光し、電気信号に変換する散乱光受信手段（受信レンズ６および受光器８）と、受光面の前段に配置され、閉じることで対応する位置に入射した光を遮光する複数のシャッター素子を有するシャッター７と、電気信号と変調信号との位相差または時間差に基づいて対象物までの距離を算出する距離・強度算出装置９と、電気信号に基づいて背景光を検出する背景光検出装置１０と、背景光が検出された場合に、シャッター７を制御して、当該背景光が入射する位置に対応するシャッター素子を閉じさせるシャッター制御装置１１とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ光の発振時間と反射光の受光時間の差から距離を導出するレーザ距離測定法を用いたレーザレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術のレーザレーダ装置において、受信系に単素子の受光器を用いた場合、背景光（検出対象の散乱光とともに受光器に入射する光）が入射すると、受信信号量が飽和してしまう恐れがある。この場合、本来検出すべき散乱光の信号が検出できず、レーザレーダ装置として機能しなくなる。
また、背景光により受信信号量が増加すると、雑音が上昇し、散乱光の受信信号検出感度が低下する。そのため、レーザレーダ装置の測距可能距離が短くなってしまう。
【０００３】
そこで、上記課題を解決するため、干渉フィルターを用いた装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１に開示された装置では、例えば背景光の１つである太陽光の波長帯域は広く、レーザ光の波長帯域は極めて狭いことを利用し、干渉フィルターを用いてレーザ光の波長のみを透過させている。これにより、太陽光の大部分をカットすることができ、上記課題を解消することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３１１８７５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】平井他、「パルス方式３Ｄ Ｉｍａｇｉｎｇ ＬＡＤＡＲの開発」、第２７回レーザセンシングシンポジウム予稿集、ｐｐ．９０−９１，２００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、干渉フィルターで許容される入射角は狭い。そのため、特許文献１に開示された技術を、受信スキャンレス型のレーザレーダ装置に適用した場合、受信系の視野角が制限されてしまうという課題があった。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、広視野な受信系において背景光を除去可能なレーザレーダ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るレーザレーダ装置は、所定の変調信号でレーザ光を変調し、対象物に向けて走査するレーザ光送信手段と、レーザ光送信手段により走査されたレーザ光に対する対象物からの散乱光を受光し、電気信号に変換する散乱光受信手段と、散乱光受信手段の受光面の前段に配置され、閉じることで対応する位置に入射した光を遮光する複数のシャッター素子を有するシャッターと、散乱光受信手段により変換された電気信号と変調信号との位相差または時間差に基づいて対象物までの距離を算出する距離算出手段と、散乱光受信手段により変換された電気信号に基づいて背景光を検出する背景光検出手段と、背景光検出手段により背景光が検出された場合に、シャッターを制御して、当該背景光が入射する位置に対応するシャッター素子を閉じさせるシャッター制御手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、上記のように構成したので、背景光が入射される位置に対応するシャッター素子を閉じることで背景光を除去することができる。よって、受信信号量の飽和による散乱光の不検出を防ぐことができ、背景光が受信視野内に存在する場合においても、レーザレーダ装置として正常動作を行うことができる。また、背景光による雑音上昇を防ぐことができ、背景光が受信視野内に存在する場合においても、レーザレーダ装置として測距可能距離の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置の全体構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１におけるシャッターの構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１におけるシャッター制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】図４に示す背景光カット用シャッター制御動作による受信信号の変化を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係るレーザレーダ装置の全体構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係るレーザレーダ装置の全体構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置の全体構成を示す図である。
レーザレーダ装置は、図１に示すように、発振器１、レーザ装置２、変調器３、スキャナ４、スキャナ角度モニタ装置５、受信レンズ６、シャッター７、受光器８、距離・強度算出装置（距離算出手段）９、背景光検出装置（背景光検出手段）１０、シャッター制御装置（シャッター制御手段）１１および信号処理装置１２から構成されている。
【００１２】
なお、発振器１、レーザ装置２、変調器３およびスキャナ４は、所定の変調信号でレーザ光を変調し、対象物に向けて走査するレーザ光送信手段を構成する。また、受信レンズ６および受光器８は、レーザ光送信手段により走査されたレーザ光に対する対象物からの散乱光を受光し、電気信号に変換する散乱光受信手段を構成する。
【００１３】
発振器１は、所定のパルス状の変調信号を発振する機能を有するものである。そして、発振器１は、発振した変調信号を変調器３および距離・強度算出装置９に出力する。
レーザ装置２は、所定のレーザ光を発振する機能を有するものである。
変調器３は、発振器１からの変調信号に従って、レーザ装置２からのレーザ光に強度変調をかけてパルス状とする機能を有するものである。
【００１４】
スキャナ４は、変調器３により変調されたレーザ光を、受信レンズ６が当該レーザ光に対する散乱光を受光可能な角度範囲である受信視野内において、２次元走査する機能を有するものである。
スキャナ角度モニタ装置５は、スキャナ４の照射面の角度を読み取る機能を有するものである。そして、スキャナ角度モニタ装置５は、読み取った角度を示すスキャナ角度信号を信号処理装置１２に出力する。
【００１５】
受信レンズ６は、受信視野中心に対して同軸方向に伝搬する対象物からの散乱光を集光する機能を有するものである。なお、受信レンズ６により集光される散乱光には、背景光が含まれる場合がある。
【００１６】
シャッター７は、受光器８の前段に２次元的に配列され、シャッター制御装置１１からのシャッター制御信号に従って閉じることで、対応する位置に入射した光を遮光する機能を有する複数のシャッター素子を有するものである。
【００１７】
受光器８は、受信レンズ６により集光されシャッター７を通過した光を受光して電気信号に変換する機能を有するものである。そして、受光器８は、変換した電気信号を受信信号として距離・強度算出装置９および背景光検出装置１０に出力する。
【００１８】
距離・強度算出装置９は、発振器１からの変調信号と受光器８からの受信信号との時間差に基づいて、レーザ光の伝搬時間を算出することで対象物までの距離を算出する機能を有するものである。そして、距離・強度算出装置９は、算出した距離を示す距離信号を信号処理装置１２に出力する。
また、距離・強度算出装置９は、受光器８からの受信信号に基づいて信号強度を算出する機能も有している。そして、距離・強度算出装置９は、算出した信号強度を示す強度信号を信号処理装置１２に出力する。
【００１９】
背景光検出装置１０は、受光器８からの受信信号に基づいて背景光を検出する機能を有するものである。この背景光検出装置１０は、受光器８からの受信信号から、予め設定された閾値を超えるＤＣ成分を検出することで、背景光を検出する。そして、背景光検出装置１０は、閾値を超えるＤＣ成分を検出した場合には、当該ＤＣ成分の電圧値を示す背景光検出信号をシャッター制御装置１１に出力する。
【００２０】
シャッター制御装置１１は、背景光検出装置１０からの背景光検出信号に従って、シャッター７を制御して、背景光が入射する位置に対応するシャッター素子を閉じさせる機能を有するものである。この際、シャッター制御装置１１は、シャッター素子の開閉を指示するシャッター制御信号をシャッター７に出力する。
【００２１】
信号処理装置１２は、スキャナ角度モニタ装置５からのスキャナ角度信号に基づいてレーザ光の照射方向を算出し、距離・強度算出装置９からの距離信号から距離を抽出し、各レーザ光の照射方向に対する距離をプロットすることで３次元画像を生成する機能を有するものである。また、信号処理装置１２は、距離・強度算出装置９からの強度信号から信号強度を抽出し、各レーザ光の照射方向に対する信号強度をプロットすることで各レーザ光の照射方向からの散乱光強度を示す強度画像を生成する機能も有している。
【００２２】
次に、上記のように構成されたレーザレーダ装置の動作について、図２を参照しながら説明する。
レーザレーダ装置の動作では、図２に示すように、まず、レーザ装置２は所定のレーザ光を発振し、変調器３は、発振器１からの変調信号に基づいて、このレーザ光をパルス状に強度変調する（ステップＳＴ２０１）。
次いで、スキャナ４は、変調器３により変調されたレーザ光を、受信レンズ６が当該レーザ光に対する散乱光を受光可能な角度範囲である受信視野内において、２次元走査する（ステップＳＴ２０２）。なおこの際、スキャナ角度モニタ装置５は、スキャナ４の照射面の角度を読み取り、そのスキャナ角度信号を信号処理装置１２に出力している。
【００２３】
次いで、受信レンズ６は、受信視野中心に対して同軸方向に伝搬する対象物からの散乱光を受光器８の受光面上へ集光し、受光器８は、この集光された光を受光して電気信号に変換し、受信信号として距離・強度算出装置９に出力する（ステップＳＴ２０３）。
次いで、距離・強度算出装置９は、発振器１からの変調信号と受光器８からの受信信号との時間差に基づいて対象物までの距離を算出するとともに、当該受信信号に基づいて信号強度を算出し、その距離信号および強度信号を信号処理装置１２に出力する（ステップＳＴ２０４）。
【００２４】
次いで、信号処理装置１２は、スキャナ角度モニタ装置５からのスキャナ角度信号に基づいてレーザ光の照射方向を算出し、距離・強度算出装置９からの距離信号から距離を抽出し、各レーザ光の照射方向に対する距離をプロットすることで３次元画像を生成する。また、距離・強度算出装置９からの強度信号から信号強度を抽出し、各レーザ光の照射方向に対する信号強度をプロットすることで強度画像を生成する（ステップＳＴ２０５）。
【００２５】
一方、背景光検出装置１０は、受光器８からの受信信号のＤＣ成分を検出しており、予め設定された閾値を超えるＤＣ成分を検出した場合には、当該ＤＣ成分の電圧値を示す背景光検出信号をシャッター制御装置１１に出力する（ステップＳＴ２０６）。なお、閾値としては、背景光が含まれない場合での受信信号のＤＣ成分よりも若干高く、想定する背景光が含まれる場合での受信信号のＤＣ成分より低い値を設定しておく。
【００２６】
次いで、シャッター制御装置１１は、背景光検出信号が入力された場合、シャッター７を制御して、背景光が入射する位置に対応するシャッター素子を閉じさせる（ステップＳＴ２０７）。この際出力されたシャッター制御信号に基づいて、シャッター７では指定されたシャッター素子を開閉する。
【００２７】
次に、ステップＳＴ２０７におけるシャッター制御装置１１のシャッター制御動作について、図３，４を参照しながら説明する。
なお、図３は、２次元状に配列されたシャッター素子を有するシャッター７を示す図であり、各シャッター素子にはそれぞれシャッター素子番号が付与されている。また、図３では、６，７番のシャッター素子位置に背景光が入射されている。
また、シャッター制御装置１１のシャッター制御動作は、図４に示すように、背景光カット用シャッター制御動作と背景光確認用シャッター制御動作の大きく２つに分けられる。まず、背景光カット用シャッター制御動作について説明する。
【００２８】
シャッター制御装置１１の背景光カット用シャッター制御動作では、図４に示すように、レーザレーダ装置の電源が入れられると、まず、初期条件設定としてシャッター７の全シャッター素子を開く（ステップＳＴ４０１）。次いで、背景光検出装置１０から背景光検出信号が入力されているかを判断する（ステップＳＴ４０２）。
【００２９】
このステップＳＴ４０２において、背景光検出信号が入力されていると判断した場合には、１番目のシャッター素子を閉じ（ステップＳＴ４０３）、背景光検出装置１０から背景光検出信号が入力されているかを再び判断する（ステップＳＴ４０４）。
このステップＳＴ４０４において、背景光検出信号が入力されていないと判断した場合には、シーケンスはステップＳＴ４０２に戻る。
【００３０】
一方、ステップＳＴ４０４において、背景光検出信号が入力されていると判断した場合には、シャッター素子を閉じた前後で背景光検出信号の電圧値が減少していないかを判断する（ステップＳＴ４０５）
【００３１】
このステップＳＴ４０５において、シャッター素子を閉じた前後で背景光検出信号の電圧値が減少していないと判断した場合には、直前に閉じたシャッター素子を１つ開き（ステップＳＴ４０６）、次の番号のシャッター素子を閉じる（ステップＳＴ４０７）。その後、シーケンスはステップＳＴ４０４に戻る。
【００３２】
一方、ステップＳＴ４０５において、シャッター素子が閉じた前後で背景光検出信号の電圧値が減少していると判断した場合には、シーケンスはステップＳＴ４０７に遷移し、次の番号のシャッター素子を閉じる。その後、シーケンスはステップＳＴ４０４に戻る。
【００３３】
ここで、図３に示す例に対して上記背景光カット用シャッター制御動作を行った場合、受信信号のＤＣ成分は図５に示すように変化する。
すなわち、例えば図３に示す１番のシャッター素子のように、背景光が入射していないシャッター素子に対しては、閉じてもＤＣ成分に変化はなく、背景光検出信号の電圧値は変化しないため（ステップＳＴ４０３〜ＳＴ４０５）、開いた状態とする（ステップＳＴ４０６）。一方、背景光が入射している６，７番のシャッター素子では、閉じた際に背景光の減少によりＤＣ成分が減少し、背景光検出信号の電圧値が減少するため（ステップＳＴ４０５）、このシャッター素子は閉じた状態とする。
そして、閉じたシャッター素子により背景光が完全に遮光された場合には、背景光検出信号が出力されなくなるため、背景光カット用シャッター制御動作は終了する（ステップＳＴ４０４）。これにより、６，７番のシャッター素子を閉じたままとなる。
【００３４】
以上の背景光カット用シャッター制御動作により、受光器８の前段において、シャッター７により背景光が入射する位置での入射光のみをカットすることができる。よって、背景光が入射した場合でも、受信信号量の飽和や雑音上昇を回避することができる。
【００３５】
一方、上記背景光カット用シャッター制御動作では、背景光が入射した場合にシャッター７の所定のシャッター素子を閉じることで背景光を遮光しているが、背景光が存在しなくなった後も、当該シャッター素子が閉じたままとなる。この場合、背景光が存在しないにも関わらず、受信視野の一部が欠けたレーザレーダ装置として動作することになる。
そこで、一定時間おきに背景光が存在するかを確認するための背景光確認用シャッター制御動作を行う。以下、この動作について説明する。
【００３６】
シャッター制御装置１１の背景光確認用シャッター制御動作では、図４に示すように、ステップＳＴ４０２において、背景光検出信号が入力されていないと判断した場合には、まず、閉じているシャッター素子が存在するかを判断する（ステップＳＴ４０８）。
このステップＳＴ４０８において、閉じているシャッター素子は存在しないと判断した場合には、シーケンスはステップＳＴ４０２に戻る。
【００３７】
一方、ステップＳＴ４０８において、閉じているシャッター素子が存在すると判断した場合には、最後にシャッター素子を閉じてから一定時間が経過したかを判断する（ステップＳＴ４０９）。
このステップＳＴ４０９において、一定時間が経過していないと判断した場合には、シーケンスはステップＳＴ４０２に戻る。
【００３８】
一方、ステップＳＴ４０９において、一定時間が経過したと判断した場合には、閉じているシャッター素子を１つ開き（ステップＳＴ４１０）、シャッター素子を開いた前後で背景光検出信号の電圧値が増加しているかを判断する（ステップＳＴ４１１）。
【００３９】
このステップＳＴ４１１において、シャッター素子を開いた前後で背景光検出信号の電圧値が増加していると判断した場合には、直前に開いたシャッター素子を閉じ（ステップＳＴ４１２）、閉じている全シャッター素子についてステップＳＴ４１０における処理を行ったかを判断する（ステップＳＴ４１３）。
【００４０】
一方、ステップＳＴ４１１において、背景光検出信号の電圧値が増加していないと判断した場合には、シーケンスはステップＳＴ４１３に遷移し、閉じている全シャッター素子についてステップＳＴ４１０における処理を行ったかを判断する。
【００４１】
このステップＳＴ４１３において、ステップＳＴ４１０における処理を行っていないシャッター素子が存在すると判断した場合には、シーケンスはステップＳＴ４１０に遷移し、未処理のシャッター素子を１つ開く。
一方、ステップＳＴ４１３において、全シャッター素子についてステップＳＴ４１０における処理を行ったと判断した場合には、シーケンスはステップＳＴ４０２に遷移する。
【００４２】
ここで、背景光が継続して入射している場合、閉じていたシャッター素子を開くとＤＣ成分が上昇し、背景光検出信号の電圧値が増加するため（ステップＳＴ４１１）、開いたシャッター７を再び閉じる（ステップＳＴ４１２）。この結果、当該シャッター素子は閉じたままとなり、背景光は遮光されたままとなる。
一方、背景光が存在しなくなった場合には、閉じていたシャッター素子を開いてもＤＣ成分は上昇しないため（ステップＳＴ４１１）、当該シャッター素子は開いたままとする。
【００４３】
以上のように、背景光確認用シャッター制御動作では、背景光が入射されなくなった場合には、閉じていたシャッター素子を開くようにする。これにより、シャッター７により受信視野が欠けてしまうことを防ぐことができる。
【００４４】
なお、ステップＳＴ４１０における一定時間とは、背景光の最大移動角速度を予め想定し、この速度と受信レンズ６の焦点距離、シャッター１素子の大きさから算出される、想定スポット移動時間によって予め設定する。移動角速度とは、レーザレーダ装置から見た背景光の単位時間あたりの角度変化量である。また、想定スポット移動時間とは、シャッター７面上における背景光の集光スポットがシャッター１素子分移動する時間である。上記想定スポット移動時間は下式（１）で表される。ここで、想定スポット移動速度をＴ、シャッター１素子の大きさをｄ、焦点距離をｆ、移動角速度をｗとする。
【００４５】
なお、シャッター７による背景光の遮光方法としては、液晶のように透過率を変化させる方法や、デジタルミラーデバイスのように反射角を変化させる方法等、各種方法が適用可能である。
また、シャッター７は、シャッター素子を２次元状に配置したが、１次元状に配置してもよい。
【００４６】
また、発振器１で発振する変調信号はＣＷ変調でもよい。なお、ＣＷ変調の場合には、距離・強度算出装置９では、当該変調信号と受信信号との位相差に基づいて対象物までの距離を算出する。
また、スキャナ４は、２次元走査を行うものとしたが、１次元走査を行うものでもよい。なお、１次元走査を行う場合には、ラインセンサとなり１次元の距離データを取得できる。
【００４７】
また、シャッター制御装置１１は、スキャナ角度信号を用いて散乱光が入射する受光器８の受光面上の位置を特定し、散乱光の受光位置と制御するシャッター素子の位置をずらしてもよい。これにより、散乱光の受光位置と、制御するシャッター素子の位置が重なってしまうことにより、散乱光の受光がシャッター素子により妨げられてしまうことを防ぐことができる。
【００４８】
また、距離・強度算出装置９における変調信号と受信信号との時間差による測定方法としては、レーザ発振時間から受信信号検出時間までのクロック数をカウントする方法、パルス波形を逐次ＡＤ変換してパルスピークを検出する方法や、非特許文献１に示すような時間に比例して増加するランプ電圧とサンプルホールド回路を用いた方法等、各種方法が適用可能である。
【００４９】
以上のように、この実施の形態１によれば、受光系で受光・変換された電気信号から背景光が検出された場合に、当該背景光が入射する位置に対応するシャッター素子を閉じるようにシャッター７を制御するように構成したので、背景光を除去することができ、受信信号量の飽和による散乱光の不検出を防ぐことができるため、背景光が受信視野内に存在する場合においても、レーザレーダ装置として正常動作を行うことができる。また、背景光による雑音上昇を防ぐことができ、背景光が受信視野内に存在する場合においても、レーザレーダ装置として測距可能距離の低下を防ぐことができる。
【００５０】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２に係るレーザレーダ装置の全体構成を示す図である。図６に示す実施の形態２に係るレーザレーダ装置は、図１に示す実施の形態１に係るレーザレーダ装置の受光器８、背景光検出装置１０およびシャッター制御装置１１をそれぞれアレイ状受光器１３、背景光検出装置（背景光検出手段）１０ｂおよびシャッター制御装置（シャッター制御手段）１１ｂに変更し、信号加算装置１４を追加したものである。
【００５１】
アレイ状受光器１３は、アレイ状に配置され、受信レンズ６により集光されシャッター７を通過して対応する位置に入射した光を受光し、電気信号に変換する機能を有する複数の受光素子を有するものである。そして、アレイ状受光器１３の各受光素子は、変換した電気信号を受信信号として信号加算装置１４および背景光検出装置１０ｂに出力する。
【００５２】
信号加算装置１４は、アレイ状受光器１３の各受光素子からの受信信号を加算する機能を有するものである。そして、信号加算装置１４は、加算結果を受信信号として距離・強度算出装置９に出力する。
【００５３】
背景光検出装置１０ｂは、アレイ状受光器１３の各受光素子からの受信信号に基づいて背景光を検出するとともに、当該背景光を受光した受光素子を検出する機能を有するものである。この背景光検出装置１０ｂは、各受光素子からの受信信号から、予め設定された閾値を超えるＤＣ成分を検出することで、背景光を検出する。そして、背景光検出装置１０ｂは、閾値を超えるＤＣ成分を検出した場合には、当該ＤＣ成分の電圧値と該当する受光素子を示す背景光検出信号をシャッター制御装置１１ｂに出力する。
【００５４】
シャッター制御装置１１ｂは、背景光検出装置１０ｂからの背景光検出信号に従って、シャッター７を制御して、背景光検出装置１０ｂにより検出された受光素子に対応するシャッター素子を閉じさせる機能を有するものである。この際、シャッター制御装置１１ｂは、シャッター素子の開閉を指示するシャッター制御信号をシャッター７に出力する。
【００５５】
なお、距離・強度算出装置９は、発振器１からの変調信号と信号加算装置１４からの受信信号との時間差に基づいて、レーザ光の伝搬時間を算出することで対象物までの距離を算出する機能を有する。
その他の装置は、図１に示す実施の形態１における各装置と同じ機能を有する。
【００５６】
ここで、実施の形態２に係るレーザレーダ装置では、実施の形態１に係るレーザレーダ装置と比較して、アレイ状の受光器１３を用いることで、背景光が入射したおおまかな位置を特定することができる。よって、シャッター制御動作回数を減らすことができ、背景光の確認動作を高速化することができるという効果を有する。
【００５７】
すなわち、実施の形態１に係るレーザレーダ装置では、単素子の受光器８を用いているため、背景光が受光面上のどの位置に入射したかを特定することはできない。そのため、シャッター素子の開閉により１つ１つ確認していく必要があり、背景光の確認動作に多くの時間がかかる。
それに対して、実施の形態２に係るレーザレーダ装置では、アレイ状の受光器１３を用いているため、どの受光素子に背景光が入射したのかを各受光素子からの受信信号を判定することで特定することができ、背景光が入射した位置をおおまかに特定できる。よって、シャッター制御動作回数（図４）を減らすことができ、背景光の確認動作を高速化することができる。
【００５８】
例えば、アレイ状受光器１３が１０個の受光素子から構成されており、受光面上に集光される背景光スポットが受光素子サイズよりも小さいとした場合、シャッター制御動作回数（図４）を、単素子と比較して１／１０に減らすことができる。
【００５９】
なお、シャッター７による背景光の遮光方法としては、液晶のように透過率を変化させる方法や、デジタルミラーデバイスのように反射角を変化させる方法等、各種方法が適用可能である。
また、シャッター７は、シャッター素子を２次元状に配置したが、１次元状に配置してもよい。
【００６０】
また、発振器１で発振する変調信号はＣＷ変調でもよい。なお、ＣＷ変調の場合には、距離・強度算出装置９では、当該変調信号と受信信号との位相差から対象物までの距離を算出する。
また、スキャナ４は、２次元走査を行うものとしたが、１次元走査を行うものでもよい。なお、１次元走査を行う場合には、ラインセンサとなり１次元の距離データを取得できる。
【００６１】
また、シャッター制御装置１１は、スキャナ角度信号を用いて散乱光が入射する受光器８の受光面上の位置を特定し、散乱光の受光位置と制御するシャッター素子の位置をずらしてもよい。これにより、散乱光の受光位置と、制御するシャッター素子の位置が重なってしまうことにより、散乱光の受光がシャッター素子により妨げられてしまうことを防ぐことができる。
【００６２】
また、距離・強度算出装置９における変調信号と受信信号との時間差による測定方法としては、レーザ発振時間から受信信号検出時間までのクロック数をカウントする方法、パルス波形を逐次ＡＤ変換してパルスピークを検出する方法や、非特許文献１に示すような時間に比例して増加するランプ電圧とサンプルホールド回路を用いた方法等、各種方法が適用可能である。
【００６３】
以上のように、この実施の形態２によれば、アレイ状の受光器１３を備え、背景光がどの受光素子により受光されたのかを特定するように構成したので、実施の形態１における効果に加えて、背景光の確認動作の高速化を図ることができる。
【００６４】
実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３に係るレーザレーダ装置の全体構成を示す図である。図７に示す実施の形態３に係るレーザレーダ装置は、図６に示す実施の形態２に係るレーザレーダ装置からシャッター７、背景光検出装置１０ｂおよびシャッター制御装置１１ｂを削除し、信号シャッター１５を追加したものである。
【００６５】
信号シャッター１５は、アレイ状受光器１３の各受光素子からの電気信号に基づいて背景光を検出し、当該背景光を受光した受光素子からの電気信号をカットする機能を有するものである。この信号シャッター１５は、各受光素子からの受信信号から、予め設定された閾値を超えるＤＣ成分を検出することで、背景光を検出する。そして、信号シャッター１５は、受信信号から閾値を超えるＤＣ成分を検出した場合には、当該受信信号の出力を停止し、受信信号から閾値を超えるＤＣ成分が検出されない場合には、当該受信信号をそのまま信号加算装置１４に出力する。
【００６６】
なお、信号加算装置１４は、信号シャッター１５を通過した各受信信号を加算する機能を有する。
その他の装置は、図６に示す実施の形態２における各装置と同じ機能を有する。
【００６７】
ここで、実施の形態３に係るレーザレーダ装置では、実施の形態１，２に係るレーザレーダ装置と比較して、物理的なシャッター７では遮光しきれない背景光による影響を回避することができるという効果を有している。
【００６８】
すなわち、実施の形態１，２では、受光器８の前段にシャッター７を配置し、シャッター素子を閉じることで遮光を行っていた。しかし、例えばシャッター７として液晶のような透過率を低下させるものを用いた場合、透過率は０％にはならないため、背景光を完全には遮光できない可能性がある。また、デジタルミラーデバイスのように反射角を変化させるものを用いた場合でも、反射面において散乱光が発生し、当該散乱光が背景光となって受光面に入射してしまうため、背景光を完全には遮光できない可能性がある。
そこで、シャッター７により遮光を行うのではなく、信号シャッター１５を用いて受光素子により変換された電気信号をカットする。これにより、シャッター７では遮光しきれない背景光による影響を回避することが可能となる。
【００６９】
また、実施の形態１の場合と同様に、信号シャッター１５にて背景光カット用シャッター制御動作（図４）を行った場合、背景光が存在しなくなった後も、受信信号をカットしたままとなる。この場合、背景光が存在しないにも関わらず、受信視野の一部が欠けたレーザレーダ装置として動作することになる。
そこで、信号シャッター１５においても、一方時間おきに背景光が存在するかを確認するための背景光確認用シャッター制御動作（図４）を行う。これにより、背景光が入射されなくなった場合に、出力を停止していた受信信号を信号加算装置１４に出力することができ、シャッター７により受信視野が欠けてしまうことを防ぐことができる。
【００７０】
なお、発振器１で発振する変調信号はＣＷ変調でもよい。なお、ＣＷ変調の場合には、距離・強度算出装置９では、当該変調信号と受信信号との位相差に基づいて対象物までの距離を算出する。
また、スキャナ４は、２次元走査を行うものとしたが、１次元走査を行うものでもよい。なお、１次元走査を行う場合には、ラインセンサとなり１次元の距離データを取得できる。
【００７１】
また、距離・強度算出装置９における変調信号と受信信号との時間差による測定方法としては、レーザ発振時間から受信信号検出時間までのクロック数をカウントする方法、パルス波形を逐次ＡＤ変換してパルスピークを検出する方法や、非特許文献１に示すような時間に比例して増加するランプ電圧とサンプルホールド回路を用いた方法等、各種方法が適用可能である。
【００７２】
以上のように、この実施の形態３によれば、シャッター７に代えて、アレイ状受光器１３の各受光素子のうち、背景光が入射する受光素子からの受信信号をカットする信号シャッター１５を用いるように構成したので、実施の形態２と比較して、シャッター７では遮光しきれない背景光による影響を回避することが可能となる。
【００７３】
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】
【００７４】
１ 発振器、２ レーザ装置、３ 変調器、４ スキャナ、５ スキャナ角度モニタ装置、６ 受信レンズ、７ シャッター、８ 受光器、９ 距離・強度算出装置、１０，１０ｂ 背景光検出装置、１１，１１ｂ シャッター制御装置、１２ 信号処理装置、１３ アレイ状受光器、１４ 信号加算装置、１５ 信号シャッター。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ光の発振時間と反射光の受光時間の差から距離を導出するレーザ距離測定法を用いたレーザレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術のレーザレーダ装置において、受信系に単素子の受光器を用いた場合、背景光（検出対象の散乱光とともに受光器に入射する光）が入射すると、受信信号量が飽和してしまう恐れがある。この場合、本来検出すべき散乱光の信号が検出できず、レーザレーダ装置として機能しなくなる。
また、背景光により受信信号量が増加すると、雑音が上昇し、散乱光の受信信号検出感度が低下する。そのため、レーザレーダ装置の測距可能距離が短くなってしまう。
【０００３】
そこで、上記課題を解決するため、干渉フィルターを用いた装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１に開示された装置では、例えば背景光の１つである太陽光の波長帯域は広く、レーザ光の波長帯域は極めて狭いことを利用し、干渉フィルターを用いてレーザ光の波長のみを透過させている。これにより、太陽光の大部分をカットすることができ、上記課題を解消することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３１１８７５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】平井他、「パルス方式３Ｄ Ｉｍａｇｉｎｇ ＬＡＤＡＲの開発」、第２７回レーザセンシングシンポジウム予稿集、ｐｐ．９０−９１，２００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、干渉フィルターで許容される入射角は狭い。そのため、特許文献１に開示された技術を、受信スキャンレス型のレーザレーダ装置に適用した場合、受信系の視野角が制限されてしまうという課題があった。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、広視野な受信系において背景光を除去可能なレーザレーダ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るレーザレーダ装置は、所定の変調信号でレーザ光を変調し、対象物に向けて走査するレーザ光送信手段と、レーザ光送信手段により走査されたレーザ光に対する対象物からの散乱光を受光し、電気信号に変換する散乱光受信手段と、散乱光受信手段の受光面の前段に配置され、閉じることで対応する位置に入射した光を遮光する複数のシャッター素子を有するシャッターと、散乱光受信手段により変換された電気信号と変調信号との位相差または時間差に基づいて対象物までの距離を算出する距離算出手段と、散乱光受信手段により変換された電気信号に基づいて背景光を検出する背景光検出手段と、背景光検出手段により背景光が検出された場合に、シャッターを制御して、当該背景光が入射する位置に対応するシャッター素子を閉じさせるシャッター制御手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、上記のように構成したので、背景光が入射される位置に対応するシャッター素子を閉じることで背景光を除去することができる。よって、受信信号量の飽和による散乱光の不検出を防ぐことができ、背景光が受信視野内に存在する場合においても、レーザレーダ装置として正常動作を行うことができる。また、背景光による雑音上昇を防ぐことができ、背景光が受信視野内に存在する場合においても、レーザレーダ装置として測距可能距離の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置の全体構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１におけるシャッターの構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１におけるシャッター制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】図４に示す背景光カット用シャッター制御動作による受信信号の変化を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係るレーザレーダ装置の全体構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係るレーザレーダ装置の全体構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置の全体構成を示す図である。
レーザレーダ装置は、図１に示すように、発振器１、レーザ装置２、変調器３、スキャナ４、スキャナ角度モニタ装置５、受信レンズ６、シャッター７、受光器８、距離・強度算出装置（距離算出手段）９、背景光検出装置（背景光検出手段）１０、シャッター制御装置（シャッター制御手段）１１および信号処理装置１２から構成されている。
【００１２】
なお、発振器１、レーザ装置２、変調器３およびスキャナ４は、所定の変調信号でレーザ光を変調し、対象物に向けて走査するレーザ光送信手段を構成する。また、受信レンズ６および受光器８は、レーザ光送信手段により走査されたレーザ光に対する対象物からの散乱光を受光し、電気信号に変換する散乱光受信手段を構成する。
【００１３】
発振器１は、所定のパルス状の変調信号を発振する機能を有するものである。そして、発振器１は、発振した変調信号を変調器３および距離・強度算出装置９に出力する。
レーザ装置２は、所定のレーザ光を発振する機能を有するものである。
変調器３は、発振器１からの変調信号に従って、レーザ装置２からのレーザ光に強度変調をかけてパルス状とする機能を有するものである。
【００１４】
スキャナ４は、変調器３により変調されたレーザ光を、受信レンズ６が当該レーザ光に対する散乱光を受光可能な角度範囲である受信視野内において、２次元走査する機能を有するものである。
スキャナ角度モニタ装置５は、スキャナ４の照射面の角度を読み取る機能を有するものである。そして、スキャナ角度モニタ装置５は、読み取った角度を示すスキャナ角度信号を信号処理装置１２に出力する。
【００１５】
受信レンズ６は、受信視野中心に対して同軸方向に伝搬する対象物からの散乱光を集光する機能を有するものである。なお、受信レンズ６により集光される散乱光には、背景光が含まれる場合がある。
【００１６】
シャッター７は、受光器８の前段に２次元的に配列され、シャッター制御装置１１からのシャッター制御信号に従って閉じることで、対応する位置に入射した光を遮光する機能を有する複数のシャッター素子を有するものである。
【００１７】
受光器８は、受信レンズ６により集光されシャッター７を通過した光を受光して電気信号に変換する機能を有するものである。そして、受光器８は、変換した電気信号を受信信号として距離・強度算出装置９および背景光検出装置１０に出力する。
【００１８】
距離・強度算出装置９は、発振器１からの変調信号と受光器８からの受信信号との時間差に基づいて、レーザ光の伝搬時間を算出することで対象物までの距離を算出する機能を有するものである。そして、距離・強度算出装置９は、算出した距離を示す距離信号を信号処理装置１２に出力する。
また、距離・強度算出装置９は、受光器８からの受信信号に基づいて信号強度を算出する機能も有している。そして、距離・強度算出装置９は、算出した信号強度を示す強度信号を信号処理装置１２に出力する。
【００１９】
背景光検出装置１０は、受光器８からの受信信号に基づいて背景光を検出する機能を有するものである。この背景光検出装置１０は、受光器８からの受信信号から、予め設定された閾値を超えるＤＣ成分を検出することで、背景光を検出する。そして、背景光検出装置１０は、閾値を超えるＤＣ成分を検出した場合には、当該ＤＣ成分の電圧値を示す背景光検出信号をシャッター制御装置１１に出力する。
【００２０】
シャッター制御装置１１は、背景光検出装置１０からの背景光検出信号に従って、シャッター７を制御して、背景光が入射する位置に対応するシャッター素子を閉じさせる機能を有するものである。この際、シャッター制御装置１１は、シャッター素子の開閉を指示するシャッター制御信号をシャッター７に出力する。
【００２１】
信号処理装置１２は、スキャナ角度モニタ装置５からのスキャナ角度信号に基づいてレーザ光の照射方向を算出し、距離・強度算出装置９からの距離信号から距離を抽出し、各レーザ光の照射方向に対する距離をプロットすることで３次元画像を生成する機能を有するものである。また、信号処理装置１２は、距離・強度算出装置９からの強度信号から信号強度を抽出し、各レーザ光の照射方向に対する信号強度をプロットすることで各レーザ光の照射方向からの散乱光強度を示す強度画像を生成する機能も有している。
【００２２】
次に、上記のように構成されたレーザレーダ装置の動作について、図２を参照しながら説明する。
レーザレーダ装置の動作では、図２に示すように、まず、レーザ装置２は所定のレーザ光を発振し、変調器３は、発振器１からの変調信号に基づいて、このレーザ光をパルス状に強度変調する（ステップＳＴ２０１）。
次いで、スキャナ４は、変調器３により変調されたレーザ光を、受信レンズ６が当該レーザ光に対する散乱光を受光可能な角度範囲である受信視野内において、２次元走査する（ステップＳＴ２０２）。なおこの際、スキャナ角度モニタ装置５は、スキャナ４の照射面の角度を読み取り、そのスキャナ角度信号を信号処理装置１２に出力している。
【００２３】
次いで、受信レンズ６は、受信視野中心に対して同軸方向に伝搬する対象物からの散乱光を受光器８の受光面上へ集光し、受光器８は、この集光された光を受光して電気信号に変換し、受信信号として距離・強度算出装置９に出力する（ステップＳＴ２０３）。
次いで、距離・強度算出装置９は、発振器１からの変調信号と受光器８からの受信信号との時間差に基づいて対象物までの距離を算出するとともに、当該受信信号に基づいて信号強度を算出し、その距離信号および強度信号を信号処理装置１２に出力する（ステップＳＴ２０４）。
【００２４】
次いで、信号処理装置１２は、スキャナ角度モニタ装置５からのスキャナ角度信号に基づいてレーザ光の照射方向を算出し、距離・強度算出装置９からの距離信号から距離を抽出し、各レーザ光の照射方向に対する距離をプロットすることで３次元画像を生成する。また、距離・強度算出装置９からの強度信号から信号強度を抽出し、各レーザ光の照射方向に対する信号強度をプロットすることで強度画像を生成する（ステップＳＴ２０５）。
【００２５】
一方、背景光検出装置１０は、受光器８からの受信信号のＤＣ成分を検出しており、予め設定された閾値を超えるＤＣ成分を検出した場合には、当該ＤＣ成分の電圧値を示す背景光検出信号をシャッター制御装置１１に出力する（ステップＳＴ２０６）。なお、閾値としては、背景光が含まれない場合での受信信号のＤＣ成分よりも若干高く、想定する背景光が含まれる場合での受信信号のＤＣ成分より低い値を設定しておく。
【００２６】
次いで、シャッター制御装置１１は、背景光検出信号が入力された場合、シャッター７を制御して、背景光が入射する位置に対応するシャッター素子を閉じさせる（ステップＳＴ２０７）。この際出力されたシャッター制御信号に基づいて、シャッター７では指定されたシャッター素子を開閉する。
【００２７】
次に、ステップＳＴ２０７におけるシャッター制御装置１１のシャッター制御動作について、図３，４を参照しながら説明する。
なお、図３は、２次元状に配列されたシャッター素子を有するシャッター７を示す図であり、各シャッター素子にはそれぞれシャッター素子番号が付与されている。また、図３では、６，７番のシャッター素子位置に背景光が入射されている。
また、シャッター制御装置１１のシャッター制御動作は、図４に示すように、背景光カット用シャッター制御動作と背景光確認用シャッター制御動作の大きく２つに分けられる。まず、背景光カット用シャッター制御動作について説明する。
【００２８】
シャッター制御装置１１の背景光カット用シャッター制御動作では、図４に示すように、レーザレーダ装置の電源が入れられると、まず、初期条件設定としてシャッター７の全シャッター素子を開く（ステップＳＴ４０１）。次いで、背景光検出装置１０から背景光検出信号が入力されているかを判断する（ステップＳＴ４０２）。
【００２９】
このステップＳＴ４０２において、背景光検出信号が入力されていると判断した場合には、１番目のシャッター素子を閉じ（ステップＳＴ４０３）、背景光検出装置１０から背景光検出信号が入力されているかを再び判断する（ステップＳＴ４０４）。
このステップＳＴ４０４において、背景光検出信号が入力されていないと判断した場合には、シーケンスはステップＳＴ４０２に戻る。
【００３０】
一方、ステップＳＴ４０４において、背景光検出信号が入力されていると判断した場合には、シャッター素子を閉じた前後で背景光検出信号の電圧値が減少していないかを判断する（ステップＳＴ４０５）
【００３１】
このステップＳＴ４０５において、シャッター素子を閉じた前後で背景光検出信号の電圧値が減少していないと判断した場合には、直前に閉じたシャッター素子を１つ開き（ステップＳＴ４０６）、次の番号のシャッター素子を閉じる（ステップＳＴ４０７）。その後、シーケンスはステップＳＴ４０４に戻る。
【００３２】
一方、ステップＳＴ４０５において、シャッター素子が閉じた前後で背景光検出信号の電圧値が減少していると判断した場合には、シーケンスはステップＳＴ４０７に遷移し、次の番号のシャッター素子を閉じる。その後、シーケンスはステップＳＴ４０４に戻る。
【００３３】
ここで、図３に示す例に対して上記背景光カット用シャッター制御動作を行った場合、受信信号のＤＣ成分は図５に示すように変化する。
すなわち、例えば図３に示す１番のシャッター素子のように、背景光が入射していないシャッター素子に対しては、閉じてもＤＣ成分に変化はなく、背景光検出信号の電圧値は変化しないため（ステップＳＴ４０３〜ＳＴ４０５）、開いた状態とする（ステップＳＴ４０６）。一方、背景光が入射している６，７番のシャッター素子では、閉じた際に背景光の減少によりＤＣ成分が減少し、背景光検出信号の電圧値が減少するため（ステップＳＴ４０５）、このシャッター素子は閉じた状態とする。
そして、閉じたシャッター素子により背景光が完全に遮光された場合には、背景光検出信号が出力されなくなるため、背景光カット用シャッター制御動作は終了する（ステップＳＴ４０４）。これにより、６，７番のシャッター素子を閉じたままとなる。
【００３４】
以上の背景光カット用シャッター制御動作により、受光器８の前段において、シャッター７により背景光が入射する位置での入射光のみをカットすることができる。よって、背景光が入射した場合でも、受信信号量の飽和や雑音上昇を回避することができる。
【００３５】
一方、上記背景光カット用シャッター制御動作では、背景光が入射した場合にシャッター７の所定のシャッター素子を閉じることで背景光を遮光しているが、背景光が存在しなくなった後も、当該シャッター素子が閉じたままとなる。この場合、背景光が存在しないにも関わらず、受信視野の一部が欠けたレーザレーダ装置として動作することになる。
そこで、一定時間おきに背景光が存在するかを確認するための背景光確認用シャッター制御動作を行う。以下、この動作について説明する。
【００３６】
シャッター制御装置１１の背景光確認用シャッター制御動作では、図４に示すように、ステップＳＴ４０２において、背景光検出信号が入力されていないと判断した場合には、まず、閉じているシャッター素子が存在するかを判断する（ステップＳＴ４０８）。
このステップＳＴ４０８において、閉じているシャッター素子は存在しないと判断した場合には、シーケンスはステップＳＴ４０２に戻る。
【００３７】
一方、ステップＳＴ４０８において、閉じているシャッター素子が存在すると判断した場合には、最後にシャッター素子を閉じてから一定時間が経過したかを判断する（ステップＳＴ４０９）。
このステップＳＴ４０９において、一定時間が経過していないと判断した場合には、シーケンスはステップＳＴ４０２に戻る。
【００３８】
一方、ステップＳＴ４０９において、一定時間が経過したと判断した場合には、閉じているシャッター素子を１つ開き（ステップＳＴ４１０）、シャッター素子を開いた前後で背景光検出信号の電圧値が増加しているかを判断する（ステップＳＴ４１１）。
【００３９】
このステップＳＴ４１１において、シャッター素子を開いた前後で背景光検出信号の電圧値が増加していると判断した場合には、直前に開いたシャッター素子を閉じ（ステップＳＴ４１２）、閉じている全シャッター素子についてステップＳＴ４１０における処理を行ったかを判断する（ステップＳＴ４１３）。
【００４０】
一方、ステップＳＴ４１１において、背景光検出信号の電圧値が増加していないと判断した場合には、シーケンスはステップＳＴ４１３に遷移し、閉じている全シャッター素子についてステップＳＴ４１０における処理を行ったかを判断する。
【００４１】
このステップＳＴ４１３において、ステップＳＴ４１０における処理を行っていないシャッター素子が存在すると判断した場合には、シーケンスはステップＳＴ４１０に遷移し、未処理のシャッター素子を１つ開く。
一方、ステップＳＴ４１３において、全シャッター素子についてステップＳＴ４１０における処理を行ったと判断した場合には、シーケンスはステップＳＴ４０２に遷移する。
【００４２】
ここで、背景光が継続して入射している場合、閉じていたシャッター素子を開くとＤＣ成分が上昇し、背景光検出信号の電圧値が増加するため（ステップＳＴ４１１）、開いたシャッター７を再び閉じる（ステップＳＴ４１２）。この結果、当該シャッター素子は閉じたままとなり、背景光は遮光されたままとなる。
一方、背景光が存在しなくなった場合には、閉じていたシャッター素子を開いてもＤＣ成分は上昇しないため（ステップＳＴ４１１）、当該シャッター素子は開いたままとする。
【００４３】
以上のように、背景光確認用シャッター制御動作では、背景光が入射されなくなった場合には、閉じていたシャッター素子を開くようにする。これにより、シャッター７により受信視野が欠けてしまうことを防ぐことができる。
【００４４】
なお、ステップＳＴ４１０における一定時間とは、背景光の最大移動角速度を予め想定し、この速度と受信レンズ６の焦点距離、シャッター１素子の大きさから算出される、想定スポット移動時間によって予め設定する。移動角速度とは、レーザレーダ装置から見た背景光の単位時間あたりの角度変化量である。また、想定スポット移動時間とは、シャッター７面上における背景光の集光スポットがシャッター１素子分移動する時間である。上記想定スポット移動時間は下式（１）で表される。ここで、想定スポット移動速度をＴ、シャッター１素子の大きさをｄ、焦点距離をｆ、移動角速度をｗとする。
【００４５】
なお、シャッター７による背景光の遮光方法としては、液晶のように透過率を変化させる方法や、デジタルミラーデバイスのように反射角を変化させる方法等、各種方法が適用可能である。
また、シャッター７は、シャッター素子を２次元状に配置したが、１次元状に配置してもよい。
【００４６】
また、発振器１で発振する変調信号はＣＷ変調でもよい。なお、ＣＷ変調の場合には、距離・強度算出装置９では、当該変調信号と受信信号との位相差に基づいて対象物までの距離を算出する。
また、スキャナ４は、２次元走査を行うものとしたが、１次元走査を行うものでもよい。なお、１次元走査を行う場合には、ラインセンサとなり１次元の距離データを取得できる。
【００４７】
また、シャッター制御装置１１は、スキャナ角度信号を用いて散乱光が入射する受光器８の受光面上の位置を特定し、散乱光の受光位置と制御するシャッター素子の位置をずらしてもよい。これにより、散乱光の受光位置と、制御するシャッター素子の位置が重なってしまうことにより、散乱光の受光がシャッター素子により妨げられてしまうことを防ぐことができる。
【００４８】
また、距離・強度算出装置９における変調信号と受信信号との時間差による測定方法としては、レーザ発振時間から受信信号検出時間までのクロック数をカウントする方法、パルス波形を逐次ＡＤ変換してパルスピークを検出する方法や、非特許文献１に示すような時間に比例して増加するランプ電圧とサンプルホールド回路を用いた方法等、各種方法が適用可能である。
【００４９】
以上のように、この実施の形態１によれば、受光系で受光・変換された電気信号から背景光が検出された場合に、当該背景光が入射する位置に対応するシャッター素子を閉じるようにシャッター７を制御するように構成したので、背景光を除去することができ、受信信号量の飽和による散乱光の不検出を防ぐことができるため、背景光が受信視野内に存在する場合においても、レーザレーダ装置として正常動作を行うことができる。また、背景光による雑音上昇を防ぐことができ、背景光が受信視野内に存在する場合においても、レーザレーダ装置として測距可能距離の低下を防ぐことができる。
【００５０】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２に係るレーザレーダ装置の全体構成を示す図である。図６に示す実施の形態２に係るレーザレーダ装置は、図１に示す実施の形態１に係るレーザレーダ装置の受光器８、背景光検出装置１０およびシャッター制御装置１１をそれぞれアレイ状受光器１３、背景光検出装置（背景光検出手段）１０ｂおよびシャッター制御装置（シャッター制御手段）１１ｂに変更し、信号加算装置１４を追加したものである。
【００５１】
アレイ状受光器１３は、アレイ状に配置され、受信レンズ６により集光されシャッター７を通過して対応する位置に入射した光を受光し、電気信号に変換する機能を有する複数の受光素子を有するものである。そして、アレイ状受光器１３の各受光素子は、変換した電気信号を受信信号として信号加算装置１４および背景光検出装置１０ｂに出力する。
【００５２】
信号加算装置１４は、アレイ状受光器１３の各受光素子からの受信信号を加算する機能を有するものである。そして、信号加算装置１４は、加算結果を受信信号として距離・強度算出装置９に出力する。
【００５３】
背景光検出装置１０ｂは、アレイ状受光器１３の各受光素子からの受信信号に基づいて背景光を検出するとともに、当該背景光を受光した受光素子を検出する機能を有するものである。この背景光検出装置１０ｂは、各受光素子からの受信信号から、予め設定された閾値を超えるＤＣ成分を検出することで、背景光を検出する。そして、背景光検出装置１０ｂは、閾値を超えるＤＣ成分を検出した場合には、当該ＤＣ成分の電圧値と該当する受光素子を示す背景光検出信号をシャッター制御装置１１ｂに出力する。
【００５４】
シャッター制御装置１１ｂは、背景光検出装置１０ｂからの背景光検出信号に従って、シャッター７を制御して、背景光検出装置１０ｂにより検出された受光素子に対応するシャッター素子を閉じさせる機能を有するものである。この際、シャッター制御装置１１ｂは、シャッター素子の開閉を指示するシャッター制御信号をシャッター７に出力する。
【００５５】
なお、距離・強度算出装置９は、発振器１からの変調信号と信号加算装置１４からの受信信号との時間差に基づいて、レーザ光の伝搬時間を算出することで対象物までの距離を算出する機能を有する。
その他の装置は、図１に示す実施の形態１における各装置と同じ機能を有する。
【００５６】
ここで、実施の形態２に係るレーザレーダ装置では、実施の形態１に係るレーザレーダ装置と比較して、アレイ状の受光器１３を用いることで、背景光が入射したおおまかな位置を特定することができる。よって、シャッター制御動作回数を減らすことができ、背景光の確認動作を高速化することができるという効果を有する。
【００５７】
すなわち、実施の形態１に係るレーザレーダ装置では、単素子の受光器８を用いているため、背景光が受光面上のどの位置に入射したかを特定することはできない。そのため、シャッター素子の開閉により１つ１つ確認していく必要があり、背景光の確認動作に多くの時間がかかる。
それに対して、実施の形態２に係るレーザレーダ装置では、アレイ状の受光器１３を用いているため、どの受光素子に背景光が入射したのかを各受光素子からの受信信号を判定することで特定することができ、背景光が入射した位置をおおまかに特定できる。よって、シャッター制御動作回数（図４）を減らすことができ、背景光の確認動作を高速化することができる。
【００５８】
例えば、アレイ状受光器１３が１０個の受光素子から構成されており、受光面上に集光される背景光スポットが受光素子サイズよりも小さいとした場合、シャッター制御動作回数（図４）を、単素子と比較して１／１０に減らすことができる。
【００５９】
なお、シャッター７による背景光の遮光方法としては、液晶のように透過率を変化させる方法や、デジタルミラーデバイスのように反射角を変化させる方法等、各種方法が適用可能である。
また、シャッター７は、シャッター素子を２次元状に配置したが、１次元状に配置してもよい。
【００６０】
また、発振器１で発振する変調信号はＣＷ変調でもよい。なお、ＣＷ変調の場合には、距離・強度算出装置９では、当該変調信号と受信信号との位相差から対象物までの距離を算出する。
また、スキャナ４は、２次元走査を行うものとしたが、１次元走査を行うものでもよい。なお、１次元走査を行う場合には、ラインセンサとなり１次元の距離データを取得できる。
【００６１】
また、シャッター制御装置１１は、スキャナ角度信号を用いて散乱光が入射する受光器８の受光面上の位置を特定し、散乱光の受光位置と制御するシャッター素子の位置をずらしてもよい。これにより、散乱光の受光位置と、制御するシャッター素子の位置が重なってしまうことにより、散乱光の受光がシャッター素子により妨げられてしまうことを防ぐことができる。
【００６２】
また、距離・強度算出装置９における変調信号と受信信号との時間差による測定方法としては、レーザ発振時間から受信信号検出時間までのクロック数をカウントする方法、パルス波形を逐次ＡＤ変換してパルスピークを検出する方法や、非特許文献１に示すような時間に比例して増加するランプ電圧とサンプルホールド回路を用いた方法等、各種方法が適用可能である。
【００６３】
以上のように、この実施の形態２によれば、アレイ状の受光器１３を備え、背景光がどの受光素子により受光されたのかを特定するように構成したので、実施の形態１における効果に加えて、背景光の確認動作の高速化を図ることができる。
【００６４】
実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３に係るレーザレーダ装置の全体構成を示す図である。図７に示す実施の形態３に係るレーザレーダ装置は、図６に示す実施の形態２に係るレーザレーダ装置からシャッター７、背景光検出装置１０ｂおよびシャッター制御装置１１ｂを削除し、信号シャッター１５を追加したものである。
【００６５】
信号シャッター１５は、アレイ状受光器１３の各受光素子からの電気信号に基づいて背景光を検出し、当該背景光を受光した受光素子からの電気信号をカットする機能を有するものである。この信号シャッター１５は、各受光素子からの受信信号から、予め設定された閾値を超えるＤＣ成分を検出することで、背景光を検出する。そして、信号シャッター１５は、受信信号から閾値を超えるＤＣ成分を検出した場合には、当該受信信号の出力を停止し、受信信号から閾値を超えるＤＣ成分が検出されない場合には、当該受信信号をそのまま信号加算装置１４に出力する。
【００６６】
なお、信号加算装置１４は、信号シャッター１５を通過した各受信信号を加算する機能を有する。
その他の装置は、図６に示す実施の形態２における各装置と同じ機能を有する。
【００６７】
ここで、実施の形態３に係るレーザレーダ装置では、実施の形態１，２に係るレーザレーダ装置と比較して、物理的なシャッター７では遮光しきれない背景光による影響を回避することができるという効果を有している。
【００６８】
すなわち、実施の形態１，２では、受光器８の前段にシャッター７を配置し、シャッター素子を閉じることで遮光を行っていた。しかし、例えばシャッター７として液晶のような透過率を低下させるものを用いた場合、透過率は０％にはならないため、背景光を完全には遮光できない可能性がある。また、デジタルミラーデバイスのように反射角を変化させるものを用いた場合でも、反射面において散乱光が発生し、当該散乱光が背景光となって受光面に入射してしまうため、背景光を完全には遮光できない可能性がある。
そこで、シャッター７により遮光を行うのではなく、信号シャッター１５を用いて受光素子により変換された電気信号をカットする。これにより、シャッター７では遮光しきれない背景光による影響を回避することが可能となる。
【００６９】
また、実施の形態１の場合と同様に、信号シャッター１５にて背景光カット用シャッター制御動作（図４）を行った場合、背景光が存在しなくなった後も、受信信号をカットしたままとなる。この場合、背景光が存在しないにも関わらず、受信視野の一部が欠けたレーザレーダ装置として動作することになる。
そこで、信号シャッター１５においても、一方時間おきに背景光が存在するかを確認するための背景光確認用シャッター制御動作（図４）を行う。これにより、背景光が入射されなくなった場合に、出力を停止していた受信信号を信号加算装置１４に出力することができ、シャッター７により受信視野が欠けてしまうことを防ぐことができる。
【００７０】
なお、発振器１で発振する変調信号はＣＷ変調でもよい。なお、ＣＷ変調の場合には、距離・強度算出装置９では、当該変調信号と受信信号との位相差に基づいて対象物までの距離を算出する。
また、スキャナ４は、２次元走査を行うものとしたが、１次元走査を行うものでもよい。なお、１次元走査を行う場合には、ラインセンサとなり１次元の距離データを取得できる。
【００７１】
また、距離・強度算出装置９における変調信号と受信信号との時間差による測定方法としては、レーザ発振時間から受信信号検出時間までのクロック数をカウントする方法、パルス波形を逐次ＡＤ変換してパルスピークを検出する方法や、非特許文献１に示すような時間に比例して増加するランプ電圧とサンプルホールド回路を用いた方法等、各種方法が適用可能である。
【００７２】
以上のように、この実施の形態３によれば、シャッター７に代えて、アレイ状受光器１３の各受光素子のうち、背景光が入射する受光素子からの受信信号をカットする信号シャッター１５を用いるように構成したので、実施の形態２と比較して、シャッター７では遮光しきれない背景光による影響を回避することが可能となる。
【００７３】
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】
【００７４】
１ 発振器、２ レーザ装置、３ 変調器、４ スキャナ、５ スキャナ角度モニタ装置、６ 受信レンズ、７ シャッター、８ 受光器、９ 距離・強度算出装置、１０，１０ｂ 背景光検出装置、１１，１１ｂ シャッター制御装置、１２ 信号処理装置、１３ アレイ状受光器、１４ 信号加算装置、１５ 信号シャッター。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の変調信号でレーザ光を変調し、対象物に向けて走査するレーザ光送信手段と、
前記レーザ光送信手段により走査されたレーザ光に対する前記対象物からの散乱光を受光し、電気信号に変換する散乱光受信手段と、
前記散乱光受信手段の受光面の前段に配置され、閉じることで対応する位置に入射した光を遮光する複数のシャッター素子を有するシャッターと、
前記散乱光受信手段により変換された電気信号と前記変調信号との位相差または時間差に基づいて前記対象物までの距離を算出する距離算出手段と、
前記散乱光受信手段により変換された電気信号に基づいて背景光を検出する背景光検出手段と、
前記背景光検出手段により背景光が検出された場合に、前記シャッターを制御して、当該背景光が入射する位置に対応するシャッター素子を閉じさせるシャッター制御手段と
を備えたレーザレーダ装置。
【請求項２】
前記散乱光受信手段は、対応する位置に入射した散乱光を受光し、電気信号に変換する複数の受光素子を有する受光器、および、前記各受光素子により変換された電気信号を加算する信号加算装置を備え、
前記背景光検出手段は、前記各受光素子により変換された電気信号に基づいて背景光を検出するとともに、当該背景光を受光した受光素子を検出し、
前記シャッター制御手段は、前記背景光検出手段により検出された受光素子に対応するシャッター素子を閉じさせる
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】
前記シャッター、前記背景光検出手段および前記シャッター制御手段に代えて、前記各受光素子により変換された電気信号に基づいて背景光を検出し、当該背景光を受光した受光素子からの電気信号をカットする信号シャッターを備えた
ことを特徴とする請求項２記載のレーザレーダ装置。
【請求項１】
所定の変調信号でレーザ光を変調し、対象物に向けて走査するレーザ光送信手段と、
前記レーザ光送信手段により走査されたレーザ光に対する前記対象物からの散乱光を受光し、電気信号に変換する散乱光受信手段と、
前記散乱光受信手段の受光面の前段に配置され、閉じることで対応する位置に入射した光を遮光する複数のシャッター素子を有するシャッターと、
前記散乱光受信手段により変換された電気信号と前記変調信号との位相差または時間差に基づいて前記対象物までの距離を算出する距離算出手段と、
前記散乱光受信手段により変換された電気信号に基づいて背景光を検出する背景光検出手段と、
前記背景光検出手段により背景光が検出された場合に、前記シャッターを制御して、当該背景光が入射する位置に対応するシャッター素子を閉じさせるシャッター制御手段と
を備えたレーザレーダ装置。
【請求項２】
前記散乱光受信手段は、対応する位置に入射した散乱光を受光し、電気信号に変換する複数の受光素子を有する受光器、および、前記各受光素子により変換された電気信号を加算する信号加算装置を備え、
前記背景光検出手段は、前記各受光素子により変換された電気信号に基づいて背景光を検出するとともに、当該背景光を受光した受光素子を検出し、
前記シャッター制御手段は、前記背景光検出手段により検出された受光素子に対応するシャッター素子を閉じさせる
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】
前記シャッター、前記背景光検出手段および前記シャッター制御手段に代えて、前記各受光素子により変換された電気信号に基づいて背景光を検出し、当該背景光を受光した受光素子からの電気信号をカットする信号シャッターを備えた
ことを特徴とする請求項２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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１１３６６９（Ｐ２０１３−１１３６６９Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５９０７６（Ｐ２０１１−２５９０７６）
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]