受光装置、レーザレーダ装置および乗り物
【課題】測定精度の低下または対象物の誤検出が十分に防止された受光装置およびそれを備えたレーザレーダ装置ならびにそのレーザレーダ装置を備えた乗り物を提供する。
【解決手段】ＡＰＤ８１にバイアス電圧Ｖｂａが印加される。ＡＰＤ８１に光が入射すると、ＡＰＤ８１には入射光量Ｐに応じた電流が流れる。コンデンサ８３はＡＰＤ８１の出力電流の直流成分を除去し、入射光電流Ｉｄを出力する。Ｉ−Ｖ変換回路８４は入射光電流Ｉｄを入射光電圧Ｖｄに変換する。増幅回路８５は入射光電圧Ｖｄを増幅し、受光パルスＶａを出力する。反転増幅回路８６は受光パルスＶａを反転増幅し、反転増幅電圧Ｖｉａを出力する。半波整流回路８７は反転増幅電圧Ｖｉａを半波整流し、ノイズレベルＶｎＤＣを出力する。バイアス制御回路８８はノイズレベルＶｎＤＣに基づいてバイアス電圧Ｖｂａを負帰還で制御する。
【解決手段】ＡＰＤ８１にバイアス電圧Ｖｂａが印加される。ＡＰＤ８１に光が入射すると、ＡＰＤ８１には入射光量Ｐに応じた電流が流れる。コンデンサ８３はＡＰＤ８１の出力電流の直流成分を除去し、入射光電流Ｉｄを出力する。Ｉ−Ｖ変換回路８４は入射光電流Ｉｄを入射光電圧Ｖｄに変換する。増幅回路８５は入射光電圧Ｖｄを増幅し、受光パルスＶａを出力する。反転増幅回路８６は受光パルスＶａを反転増幅し、反転増幅電圧Ｖｉａを出力する。半波整流回路８７は反転増幅電圧Ｖｉａを半波整流し、ノイズレベルＶｎＤＣを出力する。バイアス制御回路８８はノイズレベルＶｎＤＣに基づいてバイアス電圧Ｖｂａを負帰還で制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を受光する受光装置およびそれを備えたレーザレーダ装置ならびにそのレーザレーダ装置を備えた乗り物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両から対象物までの距離を測定するために、種々の車両用のレーザレーダが提案されている。レーザレーダでは、送光部から対象物にレーザ光が照射され、対象物からの反射光が受光部で受光される。送光部によるレーザ光の発射から受光部による反射光の受光までに要した時間を測定することにより対象物までの距離が算出される。
【０００３】
このようなレーザレーダでは、太陽光等の外来光が受光部に入射すると、測定精度が低下する。そこで、特許文献１に記載の車両用レーザレーダでは、送光から受光までの時間差により対象物までの距離を計測するとともに、受光部の受光信号における外来光による直流変動分を検出し、計測された距離を直流変動分に基づいて補正している。
【特許文献１】特開平５−１１９１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の従来のレーザレーダでは、外来光が高周波成分を含む場合には、受光部の受光信号に高周波のノイズ成分が重畳される。それにより、受光信号のＳ／Ｎ（信号対雑音比）が低下する。また、外来光によるノイズ成分が対象物からの反射光による成分と誤判定される可能性がある。その結果、距離の測定精度の低下または対象物の誤検出が生じることがある。例えば、車両が夕陽に向かって走行する場合には、レーザレーダの受光部に強い外来光が入射する。このような場合には、距離の測定精度の低下または対象物の誤検出が顕著となる。
【０００５】
本発明の目的は、測定精度の低下または対象物の誤検出が十分に防止された受光装置およびそれを備えたレーザレーダ装置ならびにそのレーザレーダ装置を備えた乗り物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）第１の発明に係る受光装置は、送光装置により発射されて検出対象物で反射されたレーザ光を受ける受光装置であって、検出対象物で反射されたレーザ光を受けるアバランシェフォトダイオードと、アバランシェフォトダイオードにバイアス電圧を印加するバイアス印加回路と、アバランシェフォトダイオードの出力電流を、直流成分が除去された電圧に変換する変換部とを備え、バイアス印加回路は、変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の成分を整流することによりノイズレベルを生成する整流部と、整流部により生成されたノイズレベルに基づいてバイアス電圧を負帰還で制御するバイアス制御回路とを含むアバランシェフォトダイオードにバイアス電圧を印加するバイアス印加回路とを備え、バイアス印加回路は、アバランシェフォトダイオードの出力電流を直流成分が除去された電圧に変換する変換部と、変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の高周波成分を整流することによりノイズレベルを生成する整流部と、整流部により生成されたノイズレベルに基づいてバイアス電圧を負帰還で制御するバイアス制御回路とを含むものである。
【０００７】
その受光装置においては、バイアス印加回路によりアバランシェフォトダイオードにバイアス電圧が印加される。検出対象物で反射されたレーザ光がアバランシェフォトダイオードにより受光される。アバランシェフォトダイオードの出力電流は、変換部により直流成分が除去された電圧に変換される。
【０００８】
ここで、変換部により得られる電圧には、レーザ光に起因するパルス成分および外来光に起因するノイズ成分が含まれる。この電圧からは直流成分が除去されているので、高周波のノイズ成分は正負に変化する。
【０００９】
変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の成分が整流部により整流されることによりノイズレベルが生成される。それにより、高周波のノイズ成分がレーザ光に起因するパルス成分の影響を受けることなくノイズレベルとして正確に検出される。
【００１０】
さらに、整流部により生成されたノイズレベルに基づいてバイアス電圧がバイアス制御回路により負帰還で制御される。この場合、ノイズレベルが高くなると、アバランシェフォトダイオードに印加されるバイアス電圧が低下する。それにより、アバランシェフォトダイオードの増倍率が低下し、変換部により得られる電圧が低下する。その結果、変換部により得られる電圧に含まれるノイズ成分が低減される。
【００１１】
また、環境温度が変動すると、アバランシェフォトダイオードの増倍率が変動し、変換部により得られる電圧が変動する。この場合も、変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の成分が整流部により整流されることによりノイズレベルが生成される。それにより、環境温度の変動によるノイズ成分がレーザ光に起因するパルス成分の影響を受けることなくノイズレベルとして正確に検出される。さらに、整流部により生成されたノイズレベルに基づいてバイアス電圧がバイアス制御回路により負帰還で制御される。その結果、アバランシェフォトダイオードの増倍率の変動が抑制される。
【００１２】
このようにして、検出対象物で反射されたレーザ光に起因する成分に影響を受けることなくノイズ成分を十分に低減することができる。したがって、レーザ光に起因するパルス成分を正確に検出することができる。その結果、変換部により得られる電圧に基づいて検出対象物に関する情報を高精度で測定することができるとともに、検出対象物の誤検出の発生を防止することができる。
【００１３】
（２）変換部は、アバランシェフォトダイオードの出力電流の直流成分を除去する除去回路と、除去回路の出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、電流電圧変換回路の出力電圧を増幅する増幅回路とを含んでもよい。
【００１４】
この場合、除去回路によりアバランシェフォトダイオードの出力電流の直流成分が除去される。それにより、外来光に起因する高周波のノイズ電流は正負に変化する。直流成分が除去された出力電流は電流電圧変換回路により電圧に変換され、増幅回路により増幅される。それにより、増幅回路の出力電圧はレーザ光に起因するパルス成分および正負に変化する高周波のノイズ成分を含む。整流部およびバイアス制御回路によりバイアス電圧が負帰還で制御されることにより、増幅回路の出力電圧のノイズ成分が低減される。
【００１５】
（３）整流部は、変換部により得られる電圧を反転増幅する反転増幅回路と、反転増幅回路の出力電圧の正の成分を半波整流することによりノイズレベルを生成する半波整流回路とを含んでもよい。
【００１６】
この場合、反転増幅回路の出力電圧に含まれるレーザ光に起因するパルス成分は負極性となる。それにより、反転増幅回路の出力電圧の正の成分を半波整流することによりレーザ光に起因するパルス成分の影響を受けずにノイズ成分に対応するノイズレベルを正確に生成することができる。
【００１７】
（４）バイアス制御回路は、整流部により生成されるノイズレベルの反転成分を基準バイアス電圧に加算することによりバイアス電圧を生成してもよい。
【００１８】
この場合、ノイズ成分が大きくなると、ノイズレベルの反転成分は低くなり、ノイズ成分が小さくなると、ノイズレベルの反転成分は高くなる。それにより、ノイズレベルの反転成分を基準バイアス電圧に加算することによりバイアス電圧を負帰還で制御することができる。
【００１９】
（５）アバランシェフォトダイオードは、送光装置により発射されたレーザ光の一部を受けるように配置されてもよい。
【００２０】
この場合、変換部により得られる電圧には、送光装置により発射されたレーザ光の一部に起因するパルス成分が含まれる。それにより、送光装置により発射されたレーザ光に起因するパルス成分および検出対象物で反射されたレーザ光に起因するパルス成分を正確に検出することができる。その結果、変換部により得られる電圧に含まれるパルス成分に基づいて検出対象物までの距離を高精度で測定することができるとともに、検出対象物の誤検出の発生を防止することができる。
【００２１】
（６）第２の発明に係るレーザレーダ装置は、レーザ光を発射する送光装置と、光を受ける受光装置とを備え、受光装置は、送光装置により発射されて検出対象物で反射されたレーザ光を受けるアバランシェフォトダイオードと、アバランシェフォトダイオードにバイアス電圧を印加するバイアス印加回路と、アバランシェフォトダイオードの出力電流を、直流成分が除去された電圧に変換する変換部とを含み、バイアス印加回路は、変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の成分を整流することによりノイズレベルを生成する整流部と、整流部により生成されたノイズレベルに基づいてバイアス電圧を負帰還で制御するバイアス制御回路とを含むものである。
【００２２】
そのレーザレーダ装置においては、送光装置によりレーザ光が発射され、受光装置により光が受光される。受光装置のバイアス印加回路によりアバランシェフォトダイオードにバイアス電圧が印加される。検出対象物で反射されたレーザ光がアバランシェフォトダイオードにより受光される。アバランシェフォトダイオードの出力電流は、変換部により直流成分が除去された電圧に変換される。
【００２３】
ここで、変換部により得られる電圧には、レーザ光に起因するパルス成分および外来光に起因するノイズ成分が含まれる。この電圧からは直流成分が除去されているので、高周波のノイズ成分は正負に変化する。
【００２４】
変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の成分が整流部により整流されることによりノイズレベルが生成される。それにより、高周波のノイズ成分がレーザ光に起因するパルス成分の影響を受けることなくノイズレベルとして正確に検出される。
【００２５】
さらに、整流部により生成されたノイズレベルに基づいてバイアス電圧がバイアス制御回路により負帰還で制御される。この場合、ノイズレベルが高くなると、アバランシェフォトダイオードに印加されるバイアス電圧が低下する。それにより、アバランシェフォトダイオードの増倍率が低下し、変換部により得られる電圧が低下する。その結果、変換部により得られる電圧に含まれるノイズ成分が低減される。
【００２６】
また、環境温度が変動すると、アバランシェフォトダイオードの増倍率が変動し、変換部により得られる電圧が変動する。この場合も、変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の成分が整流部により整流されることによりノイズレベルが生成される。それにより、環境温度の変動によるノイズ成分がレーザ光に起因するパルス成分の影響を受けることなくノイズレベルとして正確に検出される。さらに、整流部により生成されたノイズレベルに基づいてバイアス電圧がバイアス制御回路により負帰還で制御される。その結果、アバランシェフォトダイオードの増倍率の変動が抑制される。
【００２７】
このようにして、検出対象物で反射されたレーザ光に起因する成分に影響を受けることなくノイズ成分を十分に低減することができる。したがって、レーザ光に起因するパルス成分を正確に検出することができる。その結果、変換部により得られる電圧に基づいて検出対象物に関する情報を高精度で測定することができるとともに、検出対象物の誤検出の発生を防止することができる。
【００２８】
（７）受光装置のアバランシェフォトダイオードは、送光装置により発射されたレーザ光の一部を受けるように配置され、受光装置の変換部により得られる電圧において送光装置により発射されたレーザ光に起因するパルス成分および検出対象物で反射されたレーザ光に起因するパルス成分の時間間隔に基づいて送光装置から検出対象物までの距離を算出する距離算出部をさらに備えてもよい。
【００２９】
この場合、送光装置により発射されたレーザ光に起因するパルス成分および検出対象物で反射されたレーザ光に起因するパルス成分を正確に検出することができる。したがって、送光装置により発射されたレーザ光に起因するパルス成分および検出対象物で反射されたレーザ光に起因するパルス成分の時間間隔に基づいて送光装置から検出対象物までの距離を高精度で測定することができるとともに、検出対象物の誤検出の発生を防止することができる。
【００３０】
（８）送光装置は一定の周期でパルス状のレーザ光を発射し、レーザ光の発射周期は、レーザ光の発光時間の１０００倍以上であってもよい。
【００３１】
この場合、ノイズ成分の時間に比べてレーザ光に起因するパルス成分の時間が著しく短いので、レーザ光に起因するパルス成分の影響を受けずにノイズ成分を正確に検出することができる。
【００３２】
（９）送光装置は、レーザ光を出射するレーザダイオードと、レーザダイオードにより出射されたレーザ光の進行方向を平面内で回転させるレーザ光回転系とを含んでもよい。
【００３３】
この場合、送光装置によりレーザ光が全方位に発射されるので、レーザレーダ装置の全方位に存在する検出対象物に関する情報を高精度で測定することができる。
【００３４】
（１０）レーザレーダ装置は、レーザ光回転系によるレーザ光の進行方向の回転角度を検出する角度検出部と、受光装置の変換部により得られる電圧において検出対象物で反射されたレーザ光に起因するパルス成分を検出するパルス検出部と、パルス検出部によるパルス成分の検出時に角度検出部により検出されたレーザ光の進行方向の角度に基づいて検出対象物の方位を算出する方位算出部とをさらに備えてもよい。
【００３５】
この場合、パルス検出部によるパルス成分の検出時に角度検出部により検出されたレーザ光の進行方向の角度に基づいて検出対象物の方位を高精度で測定することができるとともに、検出対象物の誤検出の発生を防止することができる。
【００３６】
（１１）第３の発明に係る乗り物は、本体部と、本体部を移動させる駆動部と、本体部に設けられる第２の発明に係るレーザレーダ装置と、レーザレーダ装置の変換部により得られる電圧に基づく情報を乗員に報知する報知部とを備えたものである。
【００３７】
その乗り物においては、駆動部により移動する本体部にレーザレーダ装置が設けられる。そのレーザレーダ装置の変換部により得られる電圧に基づく情報が乗員に報知部により報知される。それにより、乗員は、乗り物の周囲における検出対象物に関する情報を得ることができる。特に、レーザレーダ装置においては、検出対象物で反射されたレーザ光に起因する成分に影響を受けることなくノイズ成分を十分に低減することができる。したがって、レーザ光に起因するパルス成分を正確に検出することができる。その結果、変換部により得られる電圧に基づいて検出対象物に関する情報を高精度で測定することができるとともに、検出対象物の誤検出の発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、検出対象物で反射されたレーザ光に起因する成分に影響を受けることなくノイズ成分を十分に低減することができる。したがって、レーザ光に起因するパルス成分を正確に検出することができる。その結果、変換部により得られる電圧に基づいて検出対象物に関する情報を高精度で測定することができるとともに、検出対象物の誤検出の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
（１）レーザレーダ装置の信号処理系
図１は本発明の一実施の形態に係るレーザレーダ装置の信号処理系の構成を示すブロック図である。このレーザレーダ装置は、例えば乗り物に搭載される。
【００４０】
図１のレーザレーダ装置１は、検出対象物１０までの距離および検出対象物１０の方位を検出するために用いられる。ここで、検出対象物１０の方位は、基準方向からの角度で表される。基準方向は、例えば進行方向に垂直な方向に定められる。なお、基準方向は、これに限定されず、進行方向と平行な方向でもよく、または任意の方向に定めることができる。
【００４１】
送光装置７０は、レーザ光を発射する。以下、送光装置７０から発射されるレーザ光を発射光ＥＬと呼ぶ。モータ３０は、送光装置７０からの発射光ＥＬの方向を水平面内で３６０度回転させるために後述する反射鏡を回転させる。エンコーダ４０は、モータ３０の回転角度に対応するエンコーダパルスＥＰを出力するとともに、モータ３０の１回転ごとに原点パルスＯＰを出力する。モータ回転数制御部２０は、エンコーダ４０から出力されるエンコーダパルスＥＰに基づいてモータ３０の回転速度を一定に制御する。
【００４２】
発光間隔パルス生成部５０は、エンコーダ４０から出力されるエンコーダパルスＥＰを逓倍することにより発光間隔パルスＥＩを生成する。発光トリガ生成部６０は、発光間隔パルス生成部５０により生成される発光間隔パルスＥＩに同期して発光トリガＥＴを生成する。送光装置７０は、発光間隔パルス生成部５０により生成される発光トリガＥＴに同期して発射光ＥＬを発射する。
【００４３】
受光装置８０は、検出対象物１０からの反射光ＲＬを受光するとともに、送光装置７０からの発射光ＥＬおよび外来光ＤＩを受光し、受光パルスＶａを出力する。
【００４４】
信号処理部９０は、発光トリガ生成部６０により生成される発光トリガＥＴおよび受光装置８０から出力される受光パルスＶａに基づいて２値化信号ＢＳを出力する。
【００４５】
距離生成部１００は、発光トリガ生成部６０により生成される発光トリガＥＴおよび信号処理部９０から出力される２値化信号ＢＳに基づいて距離を示す距離信号ＤＳを生成するとともに、距離の生成を示す距離生成信号ＤＧを出力する。
【００４６】
一方、角度生成部１１０は、エンコーダ４０から出力される原点パルスＯＰ、発光トリガ生成部６０により生成される発光トリガＥＴおよび距離生成部１００により生成される距離生成信号ＤＧに基づいて角度を示す角度信号ＡＳを生成する。
【００４７】
レーダ画像生成部１２０は、距離生成部１００により生成される距離信号ＤＳおよび角度生成部１１０により生成される角度信号ＡＳに基づいて後述するレーダ画像をディスプレイの画面に表示する。
【００４８】
発光間隔パルス生成部５０、発光トリガ生成部６０、信号処理部９０、距離生成部１００、角度生成部１１０およびレーダ画像生成部１２０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）およびメモリ等のハードウエアおよびプログラム等のソフトウエアにより実現される。
【００４９】
なお、発光間隔パルス生成部５０、発光トリガ生成部６０、信号処理部９０、距離生成部１００、角度生成部１１０およびレーダ画像生成部１２０の一部または全てが論理回路等のハードウエアにより実現されてもよい。
【００５０】
（２）レーザレーダ装置の光学系
図２（ａ）は図１のレーザレーダ装置１の光学系の構成を示す模式図、図２（ｂ）はレーザレーダ装置１の反射鏡２５０の構成を示す斜視図である。
【００５１】
図２（ａ）において、円筒状の保持体２００の底部の中心に送光装置７０が取り付けられる。送光装置７０は、レーザダイオード（以下、ＬＤと呼ぶ）７１および保持部材７２からなる。ＬＤ７１は、レーザ光を鉛直上方に出射するように保持部材７２により保持される。本実施の形態では、ＬＤ７１として、例えば波長８７０ｎｍの近赤外パルスレーザが用いられる。
【００５２】
保持体２００の内部には、中心に開口部を有する反射鏡２１０が水平面に対して４５度の角度で傾斜するように取り付けられる。保持体２００の側壁には、受光装置８０が設けられる。受光装置８０は、アバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤと呼ぶ）８１、保持部材８１ａおよび後述する複数の回路からなる。ＡＰＤ８１は、光軸が水平方向を向くように保持部材８１ａにより保持される。
【００５３】
保持体２００の内部で反射鏡２１０の上方には、投受光レンズ２２０が取り付けられる。投受光レンズ２２０の中心軸は鉛直方向を向いている。
【００５４】
保持体２００の上端部の内周面には、複数のベアリング２３０を介して保護カバー２４０が鉛直方向の軸の周りで回転可能に取り付けられる。図２（ｂ）に示すように、保護カバー２４０に反射鏡２５０が鉛直方向に対して４５度の角度で傾斜するように固定される。保護カバー２４０は、反射鏡２５０に入射する光が減衰することを防止するために設けられる。
【００５５】
図２（ａ）において、保持体２００の上端部の外周面から水平方向に突出するようにモータ保持部２０１が一体的に形成される。モータ３０は、回転軸が鉛直方向を向くようにモータ保持部２０１に保持される。モータ３０の回転軸にはプーリ３１が取り付けられる。プーリ３１と保護カバー２４０とはベルト３２により連結されている。モータ３０の回転に伴って保護カバー２４０が回転する。それにより、反射鏡２５０が水平面に対して４５度傾斜した状態で鉛直方向の軸の周りで回転する。
【００５６】
送光装置７０のＬＤ７１から鉛直上方に出射されるレーザ光（発射光ＥＬ）は、反射鏡２１０の開口部および投受光レンズ２２０を透過し、反射鏡２５０により反射され、水平方向に進行する。モータ３０により反射鏡２５０が回転することにより、発射光ＥＬの進行方向は鉛直方向の軸を中心として３６０度回転する。
【００５７】
検出対象物１０からの反射光ＲＬは、反射鏡２５０により下方に反射され、投受光レンズ２２０により集光される。集光された反射光ＲＬは、反射鏡２１０により反射され、受光装置８０のＡＰＤ８１に入射する。また、外来光ＤＩも、同様に、反射鏡２５０により下方に反射され、投受光レンズ２２０により集光される。集光された外来光は、反射鏡２１０により反射され、受光装置８０のＡＰＤ８１に入射する。この場合、ＬＤ７１からの発射光ＥＬの一部は投受光レンズ２２０の表面で乱反射され、ＡＰＤ８１に入射する。
【００５８】
（３）レーザレーダ装置の動作
図３は図１のレーザレーダ装置１の動作を説明するためのタイミング図である。以下、図３を参照しながら図１のレーザレーダ装置１の動作を説明する。
【００５９】
図３の横軸は時間である。１段目および２段目に原点パルスＯＰおよびエンコーダパルスＥＰが示される。また、３段目〜５段目には発光間隔パルスＥＩ、発光トリガＥＴおよび発光パルスＥｍがそれぞれ示されている。発光間隔パルスＥＩ、発光トリガＥＴおよび発光パルスＥｍは、エンコーダパルスＥＰに比べて時間軸上で拡大されている。さらに、６段目および７段目には受光パルスＶａおよび２値化信号ＢＳがそれぞれ示されている。受光パルスＶａおよび２値化信号ＢＳは、発光パルスＥｍに比べて時間軸上でさらに拡大されている。
【００６０】
図１のモータ３０が所定角度回転するごとに、エンコーダ４０はエンコーダパルスＥＰを出力する。本実施の形態では、エンコーダパルスＥＰは、モータ３０が６°回転するごとに生成される。したがって、モータ３０が１回転すると、エンコーダ４０は６０個のエンコーダパルスＥＰを生成する。また、モータ３０が１回転するごとに、エンコーダ４０は原点パルスＯＰを出力する。したがって、原点パルスＯＰの周期Ｔ１はモータ３０の１回転の周期に相当する。本実施の形態では、エンコーダ４０は、６０個のエンコーダパルスＥＰの生成ごとに原点パルスＯＰを生成する。
【００６１】
モータ回転数制御部２０は、エンコーダパルスＥＰに応答してモータ３０の回転数を一定に制御する。この場合、モータ回転数制御部２０は、原点パルスＯＰの周期Ｔ１が一定になるようにモータ３０を制御する。
【００６２】
発光間隔パルス生成部５０は、エンコーダパルスＥＰを逓倍することにより発光間隔パルスＥＩを生成する。本実施の形態では、発光間隔パルスＥＩの周期Ｔ２はエンコーダパルスＥＰの周期の２０倍である。ここで、発光間隔パルスＥＩの周期Ｔ２の間にモータ３０が回転する角度（以下、単位角度と呼ぶ）をΔθとする。本実施の形態では、単位角度Δθは０．３°である。この場合、発光間隔パルスＥＩは、モータ３０が０．３°回転するごとに生成される。以下、発光間隔パルスＥＩの周期Ｔ２を発光間隔Ｔ２と呼ぶ。
【００６３】
発光トリガ生成部６０は、発光間隔パルスＥＩの立ち上がりに同期して立ち下がる発光トリガＥＴを生成する。
【００６４】
送光装置７０は、発光トリガＥＴの立ち下りに同期して立ち上がる発光パルスＥｍを生成し、発光パルスＥｍに同期してレーザ光を発射光ＥＬとし発射する。これにより、モータ３０が単位角度Δθ回転するごとに、発射光ＥＬが発射される。
【００６５】
送光装置７０のＬＤ７１からの発射光ＥＬは、検出対象物１０に照射される。一部の発射光ＥＬは、受光装置８０のＡＰＤ８１に入射する。したがって、送光装置７０からの発射光ＥＬが受光装置８０により受光された後、検出対象物１０からの反射光ＲＬが受光装置８０により受光される。この場合、受光装置８０による発射光ＥＬの受光時点から反射光ＲＬの受光時点までの時間がレーザレーダ装置１から検出対象物１０までの距離に比例する。
【００６６】
発光間隔Ｔ２は、送光装置７０のＬＤ７１の発光時間（発光パルスＥｍの幅）の１０００倍以上１０００００倍以下であることが好ましい。例えば、ＬＤ７１の発光時間が１０ｎｓである場合には、発光間隔Ｔ２は１０μｓ以上１ｍｓ以下であることが好ましい。
【００６７】
上記のように、受光装置８０のＡＰＤ８１には、送光装置７０からの発射光ＥＬ、検出対象物１０からの反射光ＲＬおよび外来光ＤＩが入射する。後述するように、受光装置８０から出力される受光パルスＶａにおいて外来光ＤＩに起因するノイズ成分が低減される。したがって、受光装置８０から出力される受光パルスＶａには、発射光ＥＬのパルス成分および反射光ＲＬのパルス成分が含まれる。
【００６８】
信号処理部９０は、単位時間Δｔごとに受光パルスＶａのレベルを予め定められたしきい値と比較することにより２値化信号を生成する。この２値化信号は、受光パルスＶａのレベルがしきい値よりも高いときに論理値“１”となり、受光パルスＶａのレベルがしきい値以下のときに論理値“０”となる。例えば、信号処理部９０は、１ｎｓごとに論理値“１”および論理値“０”を判定する。さらに、信号処理部９０は、２値化信号において連続する複数の論理値“１”からなる各ブロックのうち中央位置の論理値“１”を維持し、他の論理値“１”を論理値“０”に置き換えることにより２値化信号ＢＳを生成する。図３においては、２値化信号ＢＳの論理値“１”が黒で塗りつぶされた太線で表されている。
【００６９】
距離生成部１００は、発光トリガＥＴに応答して、２値化信号ＢＳの隣り合う論理値“１”の時間間隔Ｔ３に基づいてレーザレーダ装置１から検出対象物１０までの距離を算出し、算出された距離を示す距離信号ＤＳを生成する。
【００７０】
具体的には、発光トリガＥＴの生成時の論理値“１”から次の論理値“１”までの論理値の個数をｍとし、光の速度をｃとすると、レーザレーダ装置１から検出対象物１０までの距離Ｄは次式により算出される。
【００７１】
Ｄ＝Δｔ・ｍ・ｃ／２
角度生成部１１０は、原点パルスＯＰ、発光トリガＥＴおよび距離生成信号ＤＧに基づいて角度θ[°]を算出し、角度θを表す角度信号ＡＳを生成する。
【００７２】
具体的には、角度生成部１１０は、原点パルスＯＰに応答して角度θを０°にリセットし、発光トリガＥＴごとに角度θに単位角度Δθを積算する。距離生成部１００により距離生成信号ＤＧが与えられたときに、角度生成部１１０は、角度θを示す角度信号ＡＳを出力する。
【００７３】
（４）受光装置８０の構成
図４は図１の受光装置８０の構成を示すブロック図である。
【００７４】
図４に示すように、受光装置８０は、ＡＰＤ８１、抵抗８２、コンデンサ８３、Ｉ−Ｖ（電流−電圧）変換回路８４、増幅回路８５、反転増幅回路８６、半波整流回路８７およびバイアス制御回路８８を含む。反転増幅回路８６、半波整流回路８７およびバイアス制御回路８８がバイアス印加回路８１０を構成する。
【００７５】
ＡＰＤ８１はノードＮ１とノードＮ２との間に接続される。抵抗８２はノードＮ２と接地端子との間に接続される。コンデンサ８３はノードＮ２とＩ−Ｖ変換回路８４との間に接続される。
【００７６】
ノードＮ１にはバイアス制御回路８８からバイアス電圧Ｖｂａが出力される。それにより、ＡＰＤ８１にバイアス電圧Ｖｂａが印加される。ＡＰＤ８１に印加されるバイアス電圧Ｖｂａが増加するとＡＰＤ８１の増倍率は増加し、ＡＰＤ８１に印加されるバイアス電圧Ｖｂａが減少するとＡＰＤ８１の増倍率は減少する。
【００７７】
ＡＰＤ８１に光が入射すると、ＡＰＤ８１には入射光量Ｐに応じた電流が流れる。コンデンサ８３は、ＡＰＤ８１の出力電流の高周波成分を通過させる。それにより、ＡＰＤ８１の出力電流の直流成分が除去される。以下、コンデンサ８３の出力電流を入射光電流Ｉｄと呼ぶ。
【００７８】
Ｉ−Ｖ変換回路８４は、入射光電流Ｉｄを入射光電圧Ｖｄに変換する。増幅回路８５は、入射光電圧Ｖｄを増幅し、受光パルスＶａを出力する。反転増幅回路８６は、受光パルスＶａを反転増幅し、反転増幅電圧Ｖｉａを出力する。半波整流回路８７は、反転増幅電圧Ｖｉａを半波整流し、ノイズレベルＶｎＤＣを出力する。バイアス制御回路８８は、ノイズレベルＶｎＤＣに基づいてバイアス電圧ＶｂａをノードＮ１に出力する。受光装置８０の各部の構成および動作の詳細については後述する。
【００７９】
図５は受光装置８０から出力される受光パルスＶａおよび信号処理部９０により生成される２値化信号ＢＳを示す波形図であり、（ａ）は受光パルスＶａに外来光ＤＩによるノイズ成分が重畳された場合を示し、（ｂ）は受光パルスＶａのノイズ成分が低減された場合を示す。図５の横軸は時間である。
【００８０】
図５（ａ），（ｂ）に示すように、受光パルスＶａのレベルをしきい値ＴＨと比較することにより２値化信号ＢＳが得られる。これにより、発射光ＥＬによるパルスＰｅおよび反射光ＲＬによるパルスＰｒが生成される。発射光ＥＬによるパルスＰｅおよび反射光ＲＬによるパルスＰｒに基づいてレーザレーダ装置１から検出対象物１０までの距離が算出される。
【００８１】
図５（ａ）に示すように、受光パルスＶａに外来光ＤＩによるノイズ成分が重畳された場合には、発射光ＥＬによるパルスＰｅおよび反射光ＲＬによるパルスＰｒに加えてノイズ成分によるパルスＰｎ１〜Ｐｎ４が生成される。この場合、パルスＰｎ１，Ｐｎ４により距離の算出精度が悪化し、パルスＰｎ２，Ｐｎ３により検出対象物の誤検出が発生する。
【００８２】
本実施の形態では、受光装置８０においてＡＰＤ８１のバイアス電圧Ｖｂａが制御されることにより、図５（ｂ）に示すように、受光パルスＶａに重畳されるノイズ成分が低減される。それにより、発射光ＥＬによるパルスＰｅおよび反射光ＲＬによるパルスＰｒのみが生成される。
【００８３】
その結果、距離の算出精度が向上するとともに、検出対象物の誤検出の発生が防止される。
【００８４】
（５）受光装置８０の各部の動作
以下、図６〜図１１を参照しながら受光装置８０の各部の動作を説明する。
【００８５】
図６はＡＰＤ８１の動作を説明するための図である。図６の（ａ）はＡＰＤ８１の機能を示すブロック図、（ｂ）はＡＰＤ８１への入射光量を示す波形図、（ｃ）はコンデンサ８３から出力される入射光電流を示す波形図である。
【００８６】
ＡＰＤ８１には、バイアス電圧Ｖｂａが印加される。ここで、ＡＰＤ８１の増倍率Ｍは、次式で表される。
【００８７】
Ｍ＝ｆ１（Ｖｂａ）
上式において、ｆ１（Ｖｂａ）は増加関数である。送光装置７０からの発射光ＥＬおよび検出対象物１０からの反射光ＲＬと共に外来光ＤＩがＡＰＤ８１に入射すると、ＡＰＤ８１にはその入射光量Ｐおよび増倍率Ｍで決まる入射光電流が流れる。コンデンサ８３によりＡＰＤ８１の入射光電流の直流成分が除去される。それにより、コンデンサ８３からは次式で表される入射光電流Ｉｄが出力される。
【００８８】
Ｉｄ＝ｆ２（Ｍ，Ｐ）
上式の関数ｆ２（Ｍ，Ｐ）は次式で表される。
【００８９】
ｆ２（Ｍ，Ｐ）＝ｋ１Ｐ（１／２）{ｆ１（Ｖｂａ）｝１＋Ｘ
上式において、ｋ１は比例定数であり、Ｘは過剰雑音指数である。
【００９０】
入射光電流Ｉｄには、発射光ＥＬによるパルス電流Ｐｅｉ、反射光ＲＬによるパルス電流Ｐｒｉおよび外来光ＤＩによるノイズ電流ｎｉが含まれる。ノイズ電流ｎｉは正負に変化する。ノイズ電流ｎｉは入射光量Ｐおよび増倍率Ｍのそれぞれが大きくなると増加する。
【００９１】
図７はＩ−Ｖ変換回路８４の動作を説明するための図である。図６の（ａ）はＩ−Ｖ変換回路８４の機能を示すブロック図、（ｂ）はＩ−Ｖ変換回路８４に与えられる入射光電流を示す波形図、（ｃ）はＩ−Ｖ変換回路８４から出力される入射光電圧を示す波形図である。
【００９２】
Ｉ−Ｖ変換回路８４には、コンデンサ８３から出力される入射光電流Ｉｄが与えられる。Ｉ−Ｖ変換回路８４は、入射光電流Ｉｄを電圧に変換する。それにより、Ｉ−Ｖ変換回路８４からは入射光電流Ｉｄの大きさに比例した入射光電圧Ｖｄが出力される。入射光電圧Ｖｄには、発射光ＥＬによる正のパルス電圧Ｐｅｖ、反射光ＲＬによる正のパルス電圧Ｐｒｖおよび外来光ＤＩによるノイズ電圧ｎｖが含まれる。ノイズ電圧ｎｖは正負に変化する。
【００９３】
Ｉ−Ｖ変換回路８４の入力インピーダンスをＺｉｎとし、Ｉ−Ｖ変換回路８４の電圧増幅率をＡｖ１とすると、入射光電圧Ｖｄは次式で表される。
【００９４】
Ｖｄ＝ＺｉｎＡｖ１Ｉｄ …(１)
入射光電流Ｉｄに含まれるノイズ電流ｎｉが大きくなれば、入射光電圧Ｖｄに含まれるノイズ電圧ｎｖは増加する。
【００９５】
図８は増幅回路８５の動作を説明するための図である。図８の（ａ）は増幅回路８５の機能を示すブロック図、（ｂ）は増幅回路８５に与えられる入射光電圧を示す波形図、（ｃ）は増幅回路８５から出力される受光パルスを示す波形図である。
【００９６】
増幅回路８５には、Ｉ−Ｖ変換回路８４から出力される入射光電圧Ｖｄが与えられる。増幅回路８５は、入射光電圧Ｖｄを増幅し、受光パルスＶａを出力する。受光パルスＶａには、発射光ＥＬによる正のパルス成分ＰＥＶ、反射光ＲＬによる正のパルス成分ＰＲＶおよび外来光ＤＩによるノイズ成分ＮＶが含まれる。ノイズ成分ＮＶは正負に変化する。
【００９７】
入射光電圧Ｖｄが大きくなれば、受光パルスＶａは増加する。増幅回路８５の電圧増幅率をＡｖ２とすると、受光パルスＶａは次式で表される。
【００９８】
Ｖａ＝Ａｖ２Ｖｄ …(２)
図９は反転増幅回路８６の動作を説明するための図である。図９の（ａ）は反転増幅回路８６の機能を示すブロック図、（ｂ）は反転増幅回路８６に与えられる受光パルスを示す波形図、（ｃ）は反転増幅回路８６から出力される反転増幅電圧を示す波形図である。
【００９９】
反転増幅回路８６には、増幅回路８５から出力される受光パルスＶａが与えられる。反転増幅回路８６は、受光パルスＶａを反転増幅し、反転増幅電圧Ｖｉａを出力する。反転増幅電圧Ｖｉａには、発射光ＥＬによる負のパルス成分ＰＥＶ、反射光ＲＬによる負のパルス成分ＰＲＶおよび外来光ＤＩによるノイズ成分ＮＶが含まれる。ノイズ成分ＮＶは正負に変化する。
【０１００】
受光パルスＶａが大きくなれば、反転増幅電圧Ｖｉａも増加する。反転増幅回路８６の電圧増幅率をＡｖ３とすると、反転増幅電圧Ｖｉａは次式で表される。
【０１０１】
Ｖｉａ＝−Ａｖ３Ｖａ …(３)
図１０は半波整流回路８７の動作を説明するための図である。図１０の（ａ）は半波整流回路８７の機能を示すブロック図、（ｂ）は半波整流回路８７から出力されるノイズレベルを示す波形図である。
【０１０２】
半波整流回路８７には、反転増幅回路８６から出力される反転増幅電圧Ｖｉａが与えられる。半波整流回路８７は、反転増幅電圧Ｖｉａを半波整流することにより反転増幅電圧Ｖｉａの実効値の直流電圧であるノイズレベルＶｎＤＣを出力する。ノイズレベルＶｎＤＣは次式で表される。
【０１０３】
ＶｎＤＣ＝ｆ３（Ｖｉａ）
反転増幅電圧Ｖｉａの実効値をＶｉａＲＭＳとすると、上式の関数ｆ３（Ｖｉａ）は次式で表される。
【０１０４】
ｆ３（Ｖｉａ）＝ＶｉａＲＭＳ
したがって、ノイズレベルＶｎＤＣは次式のようになる。
【０１０５】
ＶｎＤＣ＝ＶｉａＲＭＳ …(４)
発射光ＥＬによるパルス成分ＰＥＶおよび反射光ＲＬによるパルス成分ＰＲＶは負であるため、パルス成分ＰＥＶ，ＰＲＶの影響を受けることなくノイズ成分ＮＶからノイズレベルＶｎＤＣを正確に生成することができる。
【０１０６】
図１１はバイアス制御回路８８の動作を説明するための図である。図１１の（ａ）はバイアス制御回路８８の機能を示すブロック図、（ｂ）はバイアス制御回路８８に与えられるノイズレベルを示す波形図である。
【０１０７】
バイアス制御回路８８には、半波整流回路８７から出力されるノイズレベルＶｎＤＣおよびバイアス基準電圧Ｖｒｅｆが与えられる。バイアス制御回路８８は、ノイズレベルＶｎＤＣに比例する値とバイアス基準電圧Ｖｒｅｆとの加算値をバイアス電圧Ｖｂａとして出力する。バイアス電圧Ｖｂａは次式で表される。
【０１０８】
Ｖｂａ＝ｆ４（Ｖｒｅｆ，ＶｎＤＣ）
電圧増幅率をＡｖ４とすると、上式の関数ｆ４（Ｖｒｅｆ，ＶｎＤＣ）は次式で表される。
【０１０９】
ｆ４（Ｖｒｅｆ，ＶｉｎＤＣ）＝−Ａｖ４ＶｎＤＣ＋Ｖｒｅｆ …(５)
上式（１）〜（５）からバイアス電圧Ｖｂａは次式で表される。
【０１１０】
Ｖｂａ＝−Ａｖ４Ａｖ３Ａｖ２Ａｖ１ＺｉｎｉｄＲＭＳ＋Ｖｒｅｆ …(６)
ここで、ｉｄＲＭＳは入射光電流Ｉｄの実効値である。
【０１１１】
上式から、バイアス電圧Ｖｂａは、外来光ＤＩが強くなることによりノイズ電流が増加するにつれて小さくなる。それにより、増倍率Ｍが小さくなる。したがって、受光装置８０は、外来光ＤＩの強さに応じて増倍率Ｍが変化する負帰還制御回路として働く。
【０１１２】
（６）レーダ画像生成部１２０の表示
図１２は図１のレーダ画像生成部１２０によるレーダ画像の表示例を示す模式図である。
【０１１３】
図１のレーダ画像生成部１２０は、距離生成部１００により生成された距離信号ＤＳおよび角度生成部１１０により生成された角度信号ＡＳに基づいて、検出対象物１０までの距離Ｄおよび角度θをディスプレイ３５０の画面上にレーダ画像として表示する。
【０１１４】
図１２の表示例では、検出対象物が右前方の角度θの方向で距離Ｄの位置に存在することが画像で表示されている。実際には、角度θおよび距離Ｄは数値で表示される。
【０１１５】
（７）レーザレーダ装置１の効果
本実施の形態に係るレーザレーダ装置１では、反転増幅電圧Ｖｉａに含まれる発射光ＥＬおよび反射光ＲＬに起因するパルス成分ＰＥＶ，ＰＲＶは負極性となり、ノイズ成分ＮＶは正負に変化する。それにより、反転増幅電圧Ｖｉａの正の成分を半波整流することにより発射光ＥＬおよび反射光ＲＬに起因するパルス成分ＰＥＶ，ＰＲＶの影響を受けずにノイズ成分ＮＶに対応するノイズレベルＶｎＤＣを正確に生成することができる。また、ＬＤ７１の発光間隔が発光時間に比べて十分に大きいため、ノイズレベルＶｎＤＣが発射光ＥＬおよび反射光ＲＬに起因するパルス成分ＰＥＶ，ＰＲＶの影響をさらに受けにくい。
【０１１６】
このノイズレベルＶｎＤＣに基づいてバイアス電圧Ｖｂａが負帰還で制御される。この場合、外来光ＤＩに起因するノイズレベルＶｎＤＣが高くなると、ＡＰＤ８１に印加されるバイアス電圧Ｖｂａが低下する。それにより、ＡＰＤ８１の増倍率Ｍが低下し、ノイズレベルＶｎＤＣが低下する。その結果、受光パルスＶａに含まれるノイズ成分ＮＶが低減される。
【０１１７】
また、環境温度が変動すると、ＡＰＤ８１の増倍率Ｍが変動し、受光パルスＶａが変動する。この場合も、受光パルスＶａにおいて発射光ＥＬおよび反射光ＲＬに起因するパルス成分ＰＥＶ，ＰＲＶとは逆極性の成分が半波整流されることによりノイズレベルＶｎＤＣが生成される。それにより、環境温度の変動によるノイズ成分が発射光ＥＬおよび反射光ＲＬに起因するパルス成分ＰＥＶ，ＰＲＶの影響を受けることなくノイズレベルＶｎＤＣとして正確に検出される。このノイズレベルＶｎＤＣに基づいてバイアス電圧Ｖｂａが負帰還で制御される。その結果、ＡＰＤ８１の増倍率Ｍの変動が抑制される。
【０１１８】
このようにして、発射光ＥＬおよび反射光ＲＬに起因するパルス成分ＰＥＶ，ＰＲＶの影響を受けることなくノイズ成分ＮＶを十分に低減することができる。したがって、発射光ＥＬおよび反射光ＲＬに起因するパルス成分ＰＥＶ，ＰＲＶを正確に検出することができる。その結果、受光パルスＶａに基づいて検出対象物１０の距離および角度を高精度で測定することができるとともに、検出対象物１０の誤検出の発生を防止することができる。
【０１１９】
（８）レーザレーダ装置を備えた乗り物
次に、上記実施の形態に係るレーザレーダ装置１を備えた乗り物の例として自動二輪車について説明する。
【０１２０】
図１３はレーザレーダ装置１を備えた自動二輪車を示す模式図である。
【０１２１】
図１３の自動二輪車３００においては、車体３１０の前部下方に前輪３２０が設けられ、後部下方に後輪３３０が設けられている。車体３１０の中央部には、ＥＣＵ（電子制御装置）３４０が設けられている。車体３１０の前端部および後端部に上記実施の形態に係るレーザレーダ装置１がそれぞれ取り付けられている。
【０１２２】
また、車体３１０においてハンドル３６０の後方下部にディスプレイ３５０が設けられている。
【０１２３】
前端部のレーザレーダ装置１は、主として自動二輪車３００の前方および側方の物体の距離および角度を測定する。後端部のレーザレーダ装置１は、主として自動二輪車３００の後方および側方の物体の距離および物体の角度を測定する。前端部および後端部のレーザレーダ装置１により測定された距離および角度はＥＣＵ３４０に与えられる。
【０１２４】
ＥＣＵ３４０は、前端部および後端部のレーザレーダ装置１により測定された距離および角度をディスプレイ３５０にレーダ画像として表示させる。それにより、乗員は、周囲の物体までの距離および物体の方位を視覚的に認識することができる。
【０１２５】
（９）請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
【０１２６】
上記実施の形態では、ＡＰＤ８１がアバランシェフォトダイオードの例であり、バイアス印加回路８１０がバイアス印加回路の例であり、コンデンサ８３およびＩ−Ｖ変換回路８４が変換部の例であり、反転増幅回路８６および半波整流回路８７が整流部の例であり、バイアス制御回路８８がバイアス制御回路の例である。
【０１２７】
また、コンデンサ８３が除去回路の例であり、Ｉ−Ｖ変換回路８４が電流電圧変換回路の例であり、増幅回路８５が増幅回路の例である。
【０１２８】
さらに、距離生成部１００が距離算出部の例であり、モータ３０および反射鏡２５０がレーザ光回転系の例であり、エンコーダ４０が角度検出部の例であり、信号処理部９０および距離生成部１００がパルス検出部の例であり、角度生成部１１０が方位算出部の例である。
【０１２９】
また、車体３０１が本体部の例であり、後輪３３０が駆動部の例であり、ディスプレイ３５０が報知部の例である。
【０１３０】
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
【０１３１】
（１０）他の実施の形態
上記実施の形態では、除去回路としてコンデンサ８３を用いているが、除去回路としてコンデンサ８３の代わりに低域通過フィルタを用いてもよい。また、除去回路と電流電圧変換回路とが逆に設けられてもよい。
【０１３２】
さらに、Ｉ−Ｖ変換回路８４から出力される入射光電圧Ｖｄのレベルが高い場合には、増幅回路８５を設けなくてもよい。
【０１３３】
また、送光装置７０のＬＤ７１として、種々の波長のレーザ素子を用いることができる。
【０１３４】
また、報知部としてディスプレイ３５０の代わりに音声で検出対象物１０の距離および角度を報知する音声出力装置を用いてもよい。
【０１３５】
上記のレーザレーダ装置１は、自動二輪車に限らず、４輪の自動車、３輪の自動車、電動自転車、滑走艇、水上バイク、電動車椅子等の種々の乗り物に用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
本発明は、レーザ光を用いて検出対象物までの距離等の情報を測定するために利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】本発明の一実施の形態に係るレーザレーダ装置の信号処理系の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は図１のレーザレーダ装置の光学系の構成を示す模式図、（ｂ）はレーザレーダ装置の反射鏡の構成を示す斜視図である。
【図３】図１のレーザレーダ装置の動作を説明するためのタイミング図である。
【図４】図１の受光装置の構成を示すブロック図である。
【図５】受光装置から出力される受光パルスおよび信号処理部により生成される２値化信号を示す波形図である。
【図６】ＡＰＤの動作を説明するための図である。
【図７】Ｉ−Ｖ変換回路の動作を説明するための図である。
【図８】増幅回路の動作を説明するための図である。
【図９】反転増幅回路の動作を説明するための図である。
【図１０】半波整流回路の動作を説明するための図である。
【図１１】バイアス制御回路の動作を説明するための図である。
【図１２】図１のレーダ画像生成部によるレーダ画像の表示例を示す模式図である。
【図１３】レーザレーダ装置を備えた自動二輪車を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１３８】
１ レーザレーダ装置
１０ 検出対象物
２０ モータ回転数制御部
３０ モータ
３１ プーリ
３２ ベルト
４０ エンコーダ
５０ 発光間隔パルス生成部
６０ 発光トリガ生成部
７０ 送光装置
７１ レーザダイオード（ＬＤ）
７２ 保持部材
８０ 受光装置
８１ アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）
８１ａ 保持部材
８２ 抵抗
８３ コンデンサ
８４ Ｉ−Ｖ変換回路
８５ 増幅回路
８６ 反転増幅回路
８７ 半波整流回路
８８ バイアス制御回路
９０ 信号処理部
１００ 距離生成部
１１０ 角度生成部
１２０ レーダ画像生成部
２００ 保持体
２０１ モータ保持部
２１０ 反射鏡
２２０ 投受光レンズ
２３０ ベアリング
２４０ 保護カバー
２５０ 反射鏡
３００ 自動二輪車
３１０ 車体
３２０ 前輪
３３０ 後輪
３４０ ＥＣＵ
３５０ ディスプレイ
ＥＬ 発射光
ＲＬ 反射光
ＤＩ 外来光
ＡＳ 角度信号
ＢＳ ２値化信号
ＤＧ 距離生成信号
ＤＳ 距離信号
ＥＩ 発光間隔パルス
ＥＰ エンコーダパルス
ＥＴ 発光トリガ
ＯＰ 原点パルス
Ｉｄ 入射光電流
Ｖａ 受光パルス
Ｖｄ 入射光電圧
Ｖｂａ バイアス電圧
Ｖｉａ 反転増幅電圧
ＶｉａＲＭＳ 反転増幅電圧の実効値
ＶｎＤＣ ノイズレベル
Ｖｒｅｆ バイアス基準電圧
ＮＶ ノイズ成分
ＰＥＶ，ＰＲＶ パルス成分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を受光する受光装置およびそれを備えたレーザレーダ装置ならびにそのレーザレーダ装置を備えた乗り物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両から対象物までの距離を測定するために、種々の車両用のレーザレーダが提案されている。レーザレーダでは、送光部から対象物にレーザ光が照射され、対象物からの反射光が受光部で受光される。送光部によるレーザ光の発射から受光部による反射光の受光までに要した時間を測定することにより対象物までの距離が算出される。
【０００３】
このようなレーザレーダでは、太陽光等の外来光が受光部に入射すると、測定精度が低下する。そこで、特許文献１に記載の車両用レーザレーダでは、送光から受光までの時間差により対象物までの距離を計測するとともに、受光部の受光信号における外来光による直流変動分を検出し、計測された距離を直流変動分に基づいて補正している。
【特許文献１】特開平５−１１９１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の従来のレーザレーダでは、外来光が高周波成分を含む場合には、受光部の受光信号に高周波のノイズ成分が重畳される。それにより、受光信号のＳ／Ｎ（信号対雑音比）が低下する。また、外来光によるノイズ成分が対象物からの反射光による成分と誤判定される可能性がある。その結果、距離の測定精度の低下または対象物の誤検出が生じることがある。例えば、車両が夕陽に向かって走行する場合には、レーザレーダの受光部に強い外来光が入射する。このような場合には、距離の測定精度の低下または対象物の誤検出が顕著となる。
【０００５】
本発明の目的は、測定精度の低下または対象物の誤検出が十分に防止された受光装置およびそれを備えたレーザレーダ装置ならびにそのレーザレーダ装置を備えた乗り物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）第１の発明に係る受光装置は、送光装置により発射されて検出対象物で反射されたレーザ光を受ける受光装置であって、検出対象物で反射されたレーザ光を受けるアバランシェフォトダイオードと、アバランシェフォトダイオードにバイアス電圧を印加するバイアス印加回路と、アバランシェフォトダイオードの出力電流を、直流成分が除去された電圧に変換する変換部とを備え、バイアス印加回路は、変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の成分を整流することによりノイズレベルを生成する整流部と、整流部により生成されたノイズレベルに基づいてバイアス電圧を負帰還で制御するバイアス制御回路とを含むアバランシェフォトダイオードにバイアス電圧を印加するバイアス印加回路とを備え、バイアス印加回路は、アバランシェフォトダイオードの出力電流を直流成分が除去された電圧に変換する変換部と、変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の高周波成分を整流することによりノイズレベルを生成する整流部と、整流部により生成されたノイズレベルに基づいてバイアス電圧を負帰還で制御するバイアス制御回路とを含むものである。
【０００７】
その受光装置においては、バイアス印加回路によりアバランシェフォトダイオードにバイアス電圧が印加される。検出対象物で反射されたレーザ光がアバランシェフォトダイオードにより受光される。アバランシェフォトダイオードの出力電流は、変換部により直流成分が除去された電圧に変換される。
【０００８】
ここで、変換部により得られる電圧には、レーザ光に起因するパルス成分および外来光に起因するノイズ成分が含まれる。この電圧からは直流成分が除去されているので、高周波のノイズ成分は正負に変化する。
【０００９】
変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の成分が整流部により整流されることによりノイズレベルが生成される。それにより、高周波のノイズ成分がレーザ光に起因するパルス成分の影響を受けることなくノイズレベルとして正確に検出される。
【００１０】
さらに、整流部により生成されたノイズレベルに基づいてバイアス電圧がバイアス制御回路により負帰還で制御される。この場合、ノイズレベルが高くなると、アバランシェフォトダイオードに印加されるバイアス電圧が低下する。それにより、アバランシェフォトダイオードの増倍率が低下し、変換部により得られる電圧が低下する。その結果、変換部により得られる電圧に含まれるノイズ成分が低減される。
【００１１】
また、環境温度が変動すると、アバランシェフォトダイオードの増倍率が変動し、変換部により得られる電圧が変動する。この場合も、変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の成分が整流部により整流されることによりノイズレベルが生成される。それにより、環境温度の変動によるノイズ成分がレーザ光に起因するパルス成分の影響を受けることなくノイズレベルとして正確に検出される。さらに、整流部により生成されたノイズレベルに基づいてバイアス電圧がバイアス制御回路により負帰還で制御される。その結果、アバランシェフォトダイオードの増倍率の変動が抑制される。
【００１２】
このようにして、検出対象物で反射されたレーザ光に起因する成分に影響を受けることなくノイズ成分を十分に低減することができる。したがって、レーザ光に起因するパルス成分を正確に検出することができる。その結果、変換部により得られる電圧に基づいて検出対象物に関する情報を高精度で測定することができるとともに、検出対象物の誤検出の発生を防止することができる。
【００１３】
（２）変換部は、アバランシェフォトダイオードの出力電流の直流成分を除去する除去回路と、除去回路の出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、電流電圧変換回路の出力電圧を増幅する増幅回路とを含んでもよい。
【００１４】
この場合、除去回路によりアバランシェフォトダイオードの出力電流の直流成分が除去される。それにより、外来光に起因する高周波のノイズ電流は正負に変化する。直流成分が除去された出力電流は電流電圧変換回路により電圧に変換され、増幅回路により増幅される。それにより、増幅回路の出力電圧はレーザ光に起因するパルス成分および正負に変化する高周波のノイズ成分を含む。整流部およびバイアス制御回路によりバイアス電圧が負帰還で制御されることにより、増幅回路の出力電圧のノイズ成分が低減される。
【００１５】
（３）整流部は、変換部により得られる電圧を反転増幅する反転増幅回路と、反転増幅回路の出力電圧の正の成分を半波整流することによりノイズレベルを生成する半波整流回路とを含んでもよい。
【００１６】
この場合、反転増幅回路の出力電圧に含まれるレーザ光に起因するパルス成分は負極性となる。それにより、反転増幅回路の出力電圧の正の成分を半波整流することによりレーザ光に起因するパルス成分の影響を受けずにノイズ成分に対応するノイズレベルを正確に生成することができる。
【００１７】
（４）バイアス制御回路は、整流部により生成されるノイズレベルの反転成分を基準バイアス電圧に加算することによりバイアス電圧を生成してもよい。
【００１８】
この場合、ノイズ成分が大きくなると、ノイズレベルの反転成分は低くなり、ノイズ成分が小さくなると、ノイズレベルの反転成分は高くなる。それにより、ノイズレベルの反転成分を基準バイアス電圧に加算することによりバイアス電圧を負帰還で制御することができる。
【００１９】
（５）アバランシェフォトダイオードは、送光装置により発射されたレーザ光の一部を受けるように配置されてもよい。
【００２０】
この場合、変換部により得られる電圧には、送光装置により発射されたレーザ光の一部に起因するパルス成分が含まれる。それにより、送光装置により発射されたレーザ光に起因するパルス成分および検出対象物で反射されたレーザ光に起因するパルス成分を正確に検出することができる。その結果、変換部により得られる電圧に含まれるパルス成分に基づいて検出対象物までの距離を高精度で測定することができるとともに、検出対象物の誤検出の発生を防止することができる。
【００２１】
（６）第２の発明に係るレーザレーダ装置は、レーザ光を発射する送光装置と、光を受ける受光装置とを備え、受光装置は、送光装置により発射されて検出対象物で反射されたレーザ光を受けるアバランシェフォトダイオードと、アバランシェフォトダイオードにバイアス電圧を印加するバイアス印加回路と、アバランシェフォトダイオードの出力電流を、直流成分が除去された電圧に変換する変換部とを含み、バイアス印加回路は、変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の成分を整流することによりノイズレベルを生成する整流部と、整流部により生成されたノイズレベルに基づいてバイアス電圧を負帰還で制御するバイアス制御回路とを含むものである。
【００２２】
そのレーザレーダ装置においては、送光装置によりレーザ光が発射され、受光装置により光が受光される。受光装置のバイアス印加回路によりアバランシェフォトダイオードにバイアス電圧が印加される。検出対象物で反射されたレーザ光がアバランシェフォトダイオードにより受光される。アバランシェフォトダイオードの出力電流は、変換部により直流成分が除去された電圧に変換される。
【００２３】
ここで、変換部により得られる電圧には、レーザ光に起因するパルス成分および外来光に起因するノイズ成分が含まれる。この電圧からは直流成分が除去されているので、高周波のノイズ成分は正負に変化する。
【００２４】
変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の成分が整流部により整流されることによりノイズレベルが生成される。それにより、高周波のノイズ成分がレーザ光に起因するパルス成分の影響を受けることなくノイズレベルとして正確に検出される。
【００２５】
さらに、整流部により生成されたノイズレベルに基づいてバイアス電圧がバイアス制御回路により負帰還で制御される。この場合、ノイズレベルが高くなると、アバランシェフォトダイオードに印加されるバイアス電圧が低下する。それにより、アバランシェフォトダイオードの増倍率が低下し、変換部により得られる電圧が低下する。その結果、変換部により得られる電圧に含まれるノイズ成分が低減される。
【００２６】
また、環境温度が変動すると、アバランシェフォトダイオードの増倍率が変動し、変換部により得られる電圧が変動する。この場合も、変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の成分が整流部により整流されることによりノイズレベルが生成される。それにより、環境温度の変動によるノイズ成分がレーザ光に起因するパルス成分の影響を受けることなくノイズレベルとして正確に検出される。さらに、整流部により生成されたノイズレベルに基づいてバイアス電圧がバイアス制御回路により負帰還で制御される。その結果、アバランシェフォトダイオードの増倍率の変動が抑制される。
【００２７】
このようにして、検出対象物で反射されたレーザ光に起因する成分に影響を受けることなくノイズ成分を十分に低減することができる。したがって、レーザ光に起因するパルス成分を正確に検出することができる。その結果、変換部により得られる電圧に基づいて検出対象物に関する情報を高精度で測定することができるとともに、検出対象物の誤検出の発生を防止することができる。
【００２８】
（７）受光装置のアバランシェフォトダイオードは、送光装置により発射されたレーザ光の一部を受けるように配置され、受光装置の変換部により得られる電圧において送光装置により発射されたレーザ光に起因するパルス成分および検出対象物で反射されたレーザ光に起因するパルス成分の時間間隔に基づいて送光装置から検出対象物までの距離を算出する距離算出部をさらに備えてもよい。
【００２９】
この場合、送光装置により発射されたレーザ光に起因するパルス成分および検出対象物で反射されたレーザ光に起因するパルス成分を正確に検出することができる。したがって、送光装置により発射されたレーザ光に起因するパルス成分および検出対象物で反射されたレーザ光に起因するパルス成分の時間間隔に基づいて送光装置から検出対象物までの距離を高精度で測定することができるとともに、検出対象物の誤検出の発生を防止することができる。
【００３０】
（８）送光装置は一定の周期でパルス状のレーザ光を発射し、レーザ光の発射周期は、レーザ光の発光時間の１０００倍以上であってもよい。
【００３１】
この場合、ノイズ成分の時間に比べてレーザ光に起因するパルス成分の時間が著しく短いので、レーザ光に起因するパルス成分の影響を受けずにノイズ成分を正確に検出することができる。
【００３２】
（９）送光装置は、レーザ光を出射するレーザダイオードと、レーザダイオードにより出射されたレーザ光の進行方向を平面内で回転させるレーザ光回転系とを含んでもよい。
【００３３】
この場合、送光装置によりレーザ光が全方位に発射されるので、レーザレーダ装置の全方位に存在する検出対象物に関する情報を高精度で測定することができる。
【００３４】
（１０）レーザレーダ装置は、レーザ光回転系によるレーザ光の進行方向の回転角度を検出する角度検出部と、受光装置の変換部により得られる電圧において検出対象物で反射されたレーザ光に起因するパルス成分を検出するパルス検出部と、パルス検出部によるパルス成分の検出時に角度検出部により検出されたレーザ光の進行方向の角度に基づいて検出対象物の方位を算出する方位算出部とをさらに備えてもよい。
【００３５】
この場合、パルス検出部によるパルス成分の検出時に角度検出部により検出されたレーザ光の進行方向の角度に基づいて検出対象物の方位を高精度で測定することができるとともに、検出対象物の誤検出の発生を防止することができる。
【００３６】
（１１）第３の発明に係る乗り物は、本体部と、本体部を移動させる駆動部と、本体部に設けられる第２の発明に係るレーザレーダ装置と、レーザレーダ装置の変換部により得られる電圧に基づく情報を乗員に報知する報知部とを備えたものである。
【００３７】
その乗り物においては、駆動部により移動する本体部にレーザレーダ装置が設けられる。そのレーザレーダ装置の変換部により得られる電圧に基づく情報が乗員に報知部により報知される。それにより、乗員は、乗り物の周囲における検出対象物に関する情報を得ることができる。特に、レーザレーダ装置においては、検出対象物で反射されたレーザ光に起因する成分に影響を受けることなくノイズ成分を十分に低減することができる。したがって、レーザ光に起因するパルス成分を正確に検出することができる。その結果、変換部により得られる電圧に基づいて検出対象物に関する情報を高精度で測定することができるとともに、検出対象物の誤検出の発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、検出対象物で反射されたレーザ光に起因する成分に影響を受けることなくノイズ成分を十分に低減することができる。したがって、レーザ光に起因するパルス成分を正確に検出することができる。その結果、変換部により得られる電圧に基づいて検出対象物に関する情報を高精度で測定することができるとともに、検出対象物の誤検出の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
（１）レーザレーダ装置の信号処理系
図１は本発明の一実施の形態に係るレーザレーダ装置の信号処理系の構成を示すブロック図である。このレーザレーダ装置は、例えば乗り物に搭載される。
【００４０】
図１のレーザレーダ装置１は、検出対象物１０までの距離および検出対象物１０の方位を検出するために用いられる。ここで、検出対象物１０の方位は、基準方向からの角度で表される。基準方向は、例えば進行方向に垂直な方向に定められる。なお、基準方向は、これに限定されず、進行方向と平行な方向でもよく、または任意の方向に定めることができる。
【００４１】
送光装置７０は、レーザ光を発射する。以下、送光装置７０から発射されるレーザ光を発射光ＥＬと呼ぶ。モータ３０は、送光装置７０からの発射光ＥＬの方向を水平面内で３６０度回転させるために後述する反射鏡を回転させる。エンコーダ４０は、モータ３０の回転角度に対応するエンコーダパルスＥＰを出力するとともに、モータ３０の１回転ごとに原点パルスＯＰを出力する。モータ回転数制御部２０は、エンコーダ４０から出力されるエンコーダパルスＥＰに基づいてモータ３０の回転速度を一定に制御する。
【００４２】
発光間隔パルス生成部５０は、エンコーダ４０から出力されるエンコーダパルスＥＰを逓倍することにより発光間隔パルスＥＩを生成する。発光トリガ生成部６０は、発光間隔パルス生成部５０により生成される発光間隔パルスＥＩに同期して発光トリガＥＴを生成する。送光装置７０は、発光間隔パルス生成部５０により生成される発光トリガＥＴに同期して発射光ＥＬを発射する。
【００４３】
受光装置８０は、検出対象物１０からの反射光ＲＬを受光するとともに、送光装置７０からの発射光ＥＬおよび外来光ＤＩを受光し、受光パルスＶａを出力する。
【００４４】
信号処理部９０は、発光トリガ生成部６０により生成される発光トリガＥＴおよび受光装置８０から出力される受光パルスＶａに基づいて２値化信号ＢＳを出力する。
【００４５】
距離生成部１００は、発光トリガ生成部６０により生成される発光トリガＥＴおよび信号処理部９０から出力される２値化信号ＢＳに基づいて距離を示す距離信号ＤＳを生成するとともに、距離の生成を示す距離生成信号ＤＧを出力する。
【００４６】
一方、角度生成部１１０は、エンコーダ４０から出力される原点パルスＯＰ、発光トリガ生成部６０により生成される発光トリガＥＴおよび距離生成部１００により生成される距離生成信号ＤＧに基づいて角度を示す角度信号ＡＳを生成する。
【００４７】
レーダ画像生成部１２０は、距離生成部１００により生成される距離信号ＤＳおよび角度生成部１１０により生成される角度信号ＡＳに基づいて後述するレーダ画像をディスプレイの画面に表示する。
【００４８】
発光間隔パルス生成部５０、発光トリガ生成部６０、信号処理部９０、距離生成部１００、角度生成部１１０およびレーダ画像生成部１２０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）およびメモリ等のハードウエアおよびプログラム等のソフトウエアにより実現される。
【００４９】
なお、発光間隔パルス生成部５０、発光トリガ生成部６０、信号処理部９０、距離生成部１００、角度生成部１１０およびレーダ画像生成部１２０の一部または全てが論理回路等のハードウエアにより実現されてもよい。
【００５０】
（２）レーザレーダ装置の光学系
図２（ａ）は図１のレーザレーダ装置１の光学系の構成を示す模式図、図２（ｂ）はレーザレーダ装置１の反射鏡２５０の構成を示す斜視図である。
【００５１】
図２（ａ）において、円筒状の保持体２００の底部の中心に送光装置７０が取り付けられる。送光装置７０は、レーザダイオード（以下、ＬＤと呼ぶ）７１および保持部材７２からなる。ＬＤ７１は、レーザ光を鉛直上方に出射するように保持部材７２により保持される。本実施の形態では、ＬＤ７１として、例えば波長８７０ｎｍの近赤外パルスレーザが用いられる。
【００５２】
保持体２００の内部には、中心に開口部を有する反射鏡２１０が水平面に対して４５度の角度で傾斜するように取り付けられる。保持体２００の側壁には、受光装置８０が設けられる。受光装置８０は、アバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤと呼ぶ）８１、保持部材８１ａおよび後述する複数の回路からなる。ＡＰＤ８１は、光軸が水平方向を向くように保持部材８１ａにより保持される。
【００５３】
保持体２００の内部で反射鏡２１０の上方には、投受光レンズ２２０が取り付けられる。投受光レンズ２２０の中心軸は鉛直方向を向いている。
【００５４】
保持体２００の上端部の内周面には、複数のベアリング２３０を介して保護カバー２４０が鉛直方向の軸の周りで回転可能に取り付けられる。図２（ｂ）に示すように、保護カバー２４０に反射鏡２５０が鉛直方向に対して４５度の角度で傾斜するように固定される。保護カバー２４０は、反射鏡２５０に入射する光が減衰することを防止するために設けられる。
【００５５】
図２（ａ）において、保持体２００の上端部の外周面から水平方向に突出するようにモータ保持部２０１が一体的に形成される。モータ３０は、回転軸が鉛直方向を向くようにモータ保持部２０１に保持される。モータ３０の回転軸にはプーリ３１が取り付けられる。プーリ３１と保護カバー２４０とはベルト３２により連結されている。モータ３０の回転に伴って保護カバー２４０が回転する。それにより、反射鏡２５０が水平面に対して４５度傾斜した状態で鉛直方向の軸の周りで回転する。
【００５６】
送光装置７０のＬＤ７１から鉛直上方に出射されるレーザ光（発射光ＥＬ）は、反射鏡２１０の開口部および投受光レンズ２２０を透過し、反射鏡２５０により反射され、水平方向に進行する。モータ３０により反射鏡２５０が回転することにより、発射光ＥＬの進行方向は鉛直方向の軸を中心として３６０度回転する。
【００５７】
検出対象物１０からの反射光ＲＬは、反射鏡２５０により下方に反射され、投受光レンズ２２０により集光される。集光された反射光ＲＬは、反射鏡２１０により反射され、受光装置８０のＡＰＤ８１に入射する。また、外来光ＤＩも、同様に、反射鏡２５０により下方に反射され、投受光レンズ２２０により集光される。集光された外来光は、反射鏡２１０により反射され、受光装置８０のＡＰＤ８１に入射する。この場合、ＬＤ７１からの発射光ＥＬの一部は投受光レンズ２２０の表面で乱反射され、ＡＰＤ８１に入射する。
【００５８】
（３）レーザレーダ装置の動作
図３は図１のレーザレーダ装置１の動作を説明するためのタイミング図である。以下、図３を参照しながら図１のレーザレーダ装置１の動作を説明する。
【００５９】
図３の横軸は時間である。１段目および２段目に原点パルスＯＰおよびエンコーダパルスＥＰが示される。また、３段目〜５段目には発光間隔パルスＥＩ、発光トリガＥＴおよび発光パルスＥｍがそれぞれ示されている。発光間隔パルスＥＩ、発光トリガＥＴおよび発光パルスＥｍは、エンコーダパルスＥＰに比べて時間軸上で拡大されている。さらに、６段目および７段目には受光パルスＶａおよび２値化信号ＢＳがそれぞれ示されている。受光パルスＶａおよび２値化信号ＢＳは、発光パルスＥｍに比べて時間軸上でさらに拡大されている。
【００６０】
図１のモータ３０が所定角度回転するごとに、エンコーダ４０はエンコーダパルスＥＰを出力する。本実施の形態では、エンコーダパルスＥＰは、モータ３０が６°回転するごとに生成される。したがって、モータ３０が１回転すると、エンコーダ４０は６０個のエンコーダパルスＥＰを生成する。また、モータ３０が１回転するごとに、エンコーダ４０は原点パルスＯＰを出力する。したがって、原点パルスＯＰの周期Ｔ１はモータ３０の１回転の周期に相当する。本実施の形態では、エンコーダ４０は、６０個のエンコーダパルスＥＰの生成ごとに原点パルスＯＰを生成する。
【００６１】
モータ回転数制御部２０は、エンコーダパルスＥＰに応答してモータ３０の回転数を一定に制御する。この場合、モータ回転数制御部２０は、原点パルスＯＰの周期Ｔ１が一定になるようにモータ３０を制御する。
【００６２】
発光間隔パルス生成部５０は、エンコーダパルスＥＰを逓倍することにより発光間隔パルスＥＩを生成する。本実施の形態では、発光間隔パルスＥＩの周期Ｔ２はエンコーダパルスＥＰの周期の２０倍である。ここで、発光間隔パルスＥＩの周期Ｔ２の間にモータ３０が回転する角度（以下、単位角度と呼ぶ）をΔθとする。本実施の形態では、単位角度Δθは０．３°である。この場合、発光間隔パルスＥＩは、モータ３０が０．３°回転するごとに生成される。以下、発光間隔パルスＥＩの周期Ｔ２を発光間隔Ｔ２と呼ぶ。
【００６３】
発光トリガ生成部６０は、発光間隔パルスＥＩの立ち上がりに同期して立ち下がる発光トリガＥＴを生成する。
【００６４】
送光装置７０は、発光トリガＥＴの立ち下りに同期して立ち上がる発光パルスＥｍを生成し、発光パルスＥｍに同期してレーザ光を発射光ＥＬとし発射する。これにより、モータ３０が単位角度Δθ回転するごとに、発射光ＥＬが発射される。
【００６５】
送光装置７０のＬＤ７１からの発射光ＥＬは、検出対象物１０に照射される。一部の発射光ＥＬは、受光装置８０のＡＰＤ８１に入射する。したがって、送光装置７０からの発射光ＥＬが受光装置８０により受光された後、検出対象物１０からの反射光ＲＬが受光装置８０により受光される。この場合、受光装置８０による発射光ＥＬの受光時点から反射光ＲＬの受光時点までの時間がレーザレーダ装置１から検出対象物１０までの距離に比例する。
【００６６】
発光間隔Ｔ２は、送光装置７０のＬＤ７１の発光時間（発光パルスＥｍの幅）の１０００倍以上１０００００倍以下であることが好ましい。例えば、ＬＤ７１の発光時間が１０ｎｓである場合には、発光間隔Ｔ２は１０μｓ以上１ｍｓ以下であることが好ましい。
【００６７】
上記のように、受光装置８０のＡＰＤ８１には、送光装置７０からの発射光ＥＬ、検出対象物１０からの反射光ＲＬおよび外来光ＤＩが入射する。後述するように、受光装置８０から出力される受光パルスＶａにおいて外来光ＤＩに起因するノイズ成分が低減される。したがって、受光装置８０から出力される受光パルスＶａには、発射光ＥＬのパルス成分および反射光ＲＬのパルス成分が含まれる。
【００６８】
信号処理部９０は、単位時間Δｔごとに受光パルスＶａのレベルを予め定められたしきい値と比較することにより２値化信号を生成する。この２値化信号は、受光パルスＶａのレベルがしきい値よりも高いときに論理値“１”となり、受光パルスＶａのレベルがしきい値以下のときに論理値“０”となる。例えば、信号処理部９０は、１ｎｓごとに論理値“１”および論理値“０”を判定する。さらに、信号処理部９０は、２値化信号において連続する複数の論理値“１”からなる各ブロックのうち中央位置の論理値“１”を維持し、他の論理値“１”を論理値“０”に置き換えることにより２値化信号ＢＳを生成する。図３においては、２値化信号ＢＳの論理値“１”が黒で塗りつぶされた太線で表されている。
【００６９】
距離生成部１００は、発光トリガＥＴに応答して、２値化信号ＢＳの隣り合う論理値“１”の時間間隔Ｔ３に基づいてレーザレーダ装置１から検出対象物１０までの距離を算出し、算出された距離を示す距離信号ＤＳを生成する。
【００７０】
具体的には、発光トリガＥＴの生成時の論理値“１”から次の論理値“１”までの論理値の個数をｍとし、光の速度をｃとすると、レーザレーダ装置１から検出対象物１０までの距離Ｄは次式により算出される。
【００７１】
Ｄ＝Δｔ・ｍ・ｃ／２
角度生成部１１０は、原点パルスＯＰ、発光トリガＥＴおよび距離生成信号ＤＧに基づいて角度θ[°]を算出し、角度θを表す角度信号ＡＳを生成する。
【００７２】
具体的には、角度生成部１１０は、原点パルスＯＰに応答して角度θを０°にリセットし、発光トリガＥＴごとに角度θに単位角度Δθを積算する。距離生成部１００により距離生成信号ＤＧが与えられたときに、角度生成部１１０は、角度θを示す角度信号ＡＳを出力する。
【００７３】
（４）受光装置８０の構成
図４は図１の受光装置８０の構成を示すブロック図である。
【００７４】
図４に示すように、受光装置８０は、ＡＰＤ８１、抵抗８２、コンデンサ８３、Ｉ−Ｖ（電流−電圧）変換回路８４、増幅回路８５、反転増幅回路８６、半波整流回路８７およびバイアス制御回路８８を含む。反転増幅回路８６、半波整流回路８７およびバイアス制御回路８８がバイアス印加回路８１０を構成する。
【００７５】
ＡＰＤ８１はノードＮ１とノードＮ２との間に接続される。抵抗８２はノードＮ２と接地端子との間に接続される。コンデンサ８３はノードＮ２とＩ−Ｖ変換回路８４との間に接続される。
【００７６】
ノードＮ１にはバイアス制御回路８８からバイアス電圧Ｖｂａが出力される。それにより、ＡＰＤ８１にバイアス電圧Ｖｂａが印加される。ＡＰＤ８１に印加されるバイアス電圧Ｖｂａが増加するとＡＰＤ８１の増倍率は増加し、ＡＰＤ８１に印加されるバイアス電圧Ｖｂａが減少するとＡＰＤ８１の増倍率は減少する。
【００７７】
ＡＰＤ８１に光が入射すると、ＡＰＤ８１には入射光量Ｐに応じた電流が流れる。コンデンサ８３は、ＡＰＤ８１の出力電流の高周波成分を通過させる。それにより、ＡＰＤ８１の出力電流の直流成分が除去される。以下、コンデンサ８３の出力電流を入射光電流Ｉｄと呼ぶ。
【００７８】
Ｉ−Ｖ変換回路８４は、入射光電流Ｉｄを入射光電圧Ｖｄに変換する。増幅回路８５は、入射光電圧Ｖｄを増幅し、受光パルスＶａを出力する。反転増幅回路８６は、受光パルスＶａを反転増幅し、反転増幅電圧Ｖｉａを出力する。半波整流回路８７は、反転増幅電圧Ｖｉａを半波整流し、ノイズレベルＶｎＤＣを出力する。バイアス制御回路８８は、ノイズレベルＶｎＤＣに基づいてバイアス電圧ＶｂａをノードＮ１に出力する。受光装置８０の各部の構成および動作の詳細については後述する。
【００７９】
図５は受光装置８０から出力される受光パルスＶａおよび信号処理部９０により生成される２値化信号ＢＳを示す波形図であり、（ａ）は受光パルスＶａに外来光ＤＩによるノイズ成分が重畳された場合を示し、（ｂ）は受光パルスＶａのノイズ成分が低減された場合を示す。図５の横軸は時間である。
【００８０】
図５（ａ），（ｂ）に示すように、受光パルスＶａのレベルをしきい値ＴＨと比較することにより２値化信号ＢＳが得られる。これにより、発射光ＥＬによるパルスＰｅおよび反射光ＲＬによるパルスＰｒが生成される。発射光ＥＬによるパルスＰｅおよび反射光ＲＬによるパルスＰｒに基づいてレーザレーダ装置１から検出対象物１０までの距離が算出される。
【００８１】
図５（ａ）に示すように、受光パルスＶａに外来光ＤＩによるノイズ成分が重畳された場合には、発射光ＥＬによるパルスＰｅおよび反射光ＲＬによるパルスＰｒに加えてノイズ成分によるパルスＰｎ１〜Ｐｎ４が生成される。この場合、パルスＰｎ１，Ｐｎ４により距離の算出精度が悪化し、パルスＰｎ２，Ｐｎ３により検出対象物の誤検出が発生する。
【００８２】
本実施の形態では、受光装置８０においてＡＰＤ８１のバイアス電圧Ｖｂａが制御されることにより、図５（ｂ）に示すように、受光パルスＶａに重畳されるノイズ成分が低減される。それにより、発射光ＥＬによるパルスＰｅおよび反射光ＲＬによるパルスＰｒのみが生成される。
【００８３】
その結果、距離の算出精度が向上するとともに、検出対象物の誤検出の発生が防止される。
【００８４】
（５）受光装置８０の各部の動作
以下、図６〜図１１を参照しながら受光装置８０の各部の動作を説明する。
【００８５】
図６はＡＰＤ８１の動作を説明するための図である。図６の（ａ）はＡＰＤ８１の機能を示すブロック図、（ｂ）はＡＰＤ８１への入射光量を示す波形図、（ｃ）はコンデンサ８３から出力される入射光電流を示す波形図である。
【００８６】
ＡＰＤ８１には、バイアス電圧Ｖｂａが印加される。ここで、ＡＰＤ８１の増倍率Ｍは、次式で表される。
【００８７】
Ｍ＝ｆ１（Ｖｂａ）
上式において、ｆ１（Ｖｂａ）は増加関数である。送光装置７０からの発射光ＥＬおよび検出対象物１０からの反射光ＲＬと共に外来光ＤＩがＡＰＤ８１に入射すると、ＡＰＤ８１にはその入射光量Ｐおよび増倍率Ｍで決まる入射光電流が流れる。コンデンサ８３によりＡＰＤ８１の入射光電流の直流成分が除去される。それにより、コンデンサ８３からは次式で表される入射光電流Ｉｄが出力される。
【００８８】
Ｉｄ＝ｆ２（Ｍ，Ｐ）
上式の関数ｆ２（Ｍ，Ｐ）は次式で表される。
【００８９】
ｆ２（Ｍ，Ｐ）＝ｋ１Ｐ（１／２）{ｆ１（Ｖｂａ）｝１＋Ｘ
上式において、ｋ１は比例定数であり、Ｘは過剰雑音指数である。
【００９０】
入射光電流Ｉｄには、発射光ＥＬによるパルス電流Ｐｅｉ、反射光ＲＬによるパルス電流Ｐｒｉおよび外来光ＤＩによるノイズ電流ｎｉが含まれる。ノイズ電流ｎｉは正負に変化する。ノイズ電流ｎｉは入射光量Ｐおよび増倍率Ｍのそれぞれが大きくなると増加する。
【００９１】
図７はＩ−Ｖ変換回路８４の動作を説明するための図である。図６の（ａ）はＩ−Ｖ変換回路８４の機能を示すブロック図、（ｂ）はＩ−Ｖ変換回路８４に与えられる入射光電流を示す波形図、（ｃ）はＩ−Ｖ変換回路８４から出力される入射光電圧を示す波形図である。
【００９２】
Ｉ−Ｖ変換回路８４には、コンデンサ８３から出力される入射光電流Ｉｄが与えられる。Ｉ−Ｖ変換回路８４は、入射光電流Ｉｄを電圧に変換する。それにより、Ｉ−Ｖ変換回路８４からは入射光電流Ｉｄの大きさに比例した入射光電圧Ｖｄが出力される。入射光電圧Ｖｄには、発射光ＥＬによる正のパルス電圧Ｐｅｖ、反射光ＲＬによる正のパルス電圧Ｐｒｖおよび外来光ＤＩによるノイズ電圧ｎｖが含まれる。ノイズ電圧ｎｖは正負に変化する。
【００９３】
Ｉ−Ｖ変換回路８４の入力インピーダンスをＺｉｎとし、Ｉ−Ｖ変換回路８４の電圧増幅率をＡｖ１とすると、入射光電圧Ｖｄは次式で表される。
【００９４】
Ｖｄ＝ＺｉｎＡｖ１Ｉｄ …(１)
入射光電流Ｉｄに含まれるノイズ電流ｎｉが大きくなれば、入射光電圧Ｖｄに含まれるノイズ電圧ｎｖは増加する。
【００９５】
図８は増幅回路８５の動作を説明するための図である。図８の（ａ）は増幅回路８５の機能を示すブロック図、（ｂ）は増幅回路８５に与えられる入射光電圧を示す波形図、（ｃ）は増幅回路８５から出力される受光パルスを示す波形図である。
【００９６】
増幅回路８５には、Ｉ−Ｖ変換回路８４から出力される入射光電圧Ｖｄが与えられる。増幅回路８５は、入射光電圧Ｖｄを増幅し、受光パルスＶａを出力する。受光パルスＶａには、発射光ＥＬによる正のパルス成分ＰＥＶ、反射光ＲＬによる正のパルス成分ＰＲＶおよび外来光ＤＩによるノイズ成分ＮＶが含まれる。ノイズ成分ＮＶは正負に変化する。
【００９７】
入射光電圧Ｖｄが大きくなれば、受光パルスＶａは増加する。増幅回路８５の電圧増幅率をＡｖ２とすると、受光パルスＶａは次式で表される。
【００９８】
Ｖａ＝Ａｖ２Ｖｄ …(２)
図９は反転増幅回路８６の動作を説明するための図である。図９の（ａ）は反転増幅回路８６の機能を示すブロック図、（ｂ）は反転増幅回路８６に与えられる受光パルスを示す波形図、（ｃ）は反転増幅回路８６から出力される反転増幅電圧を示す波形図である。
【００９９】
反転増幅回路８６には、増幅回路８５から出力される受光パルスＶａが与えられる。反転増幅回路８６は、受光パルスＶａを反転増幅し、反転増幅電圧Ｖｉａを出力する。反転増幅電圧Ｖｉａには、発射光ＥＬによる負のパルス成分ＰＥＶ、反射光ＲＬによる負のパルス成分ＰＲＶおよび外来光ＤＩによるノイズ成分ＮＶが含まれる。ノイズ成分ＮＶは正負に変化する。
【０１００】
受光パルスＶａが大きくなれば、反転増幅電圧Ｖｉａも増加する。反転増幅回路８６の電圧増幅率をＡｖ３とすると、反転増幅電圧Ｖｉａは次式で表される。
【０１０１】
Ｖｉａ＝−Ａｖ３Ｖａ …(３)
図１０は半波整流回路８７の動作を説明するための図である。図１０の（ａ）は半波整流回路８７の機能を示すブロック図、（ｂ）は半波整流回路８７から出力されるノイズレベルを示す波形図である。
【０１０２】
半波整流回路８７には、反転増幅回路８６から出力される反転増幅電圧Ｖｉａが与えられる。半波整流回路８７は、反転増幅電圧Ｖｉａを半波整流することにより反転増幅電圧Ｖｉａの実効値の直流電圧であるノイズレベルＶｎＤＣを出力する。ノイズレベルＶｎＤＣは次式で表される。
【０１０３】
ＶｎＤＣ＝ｆ３（Ｖｉａ）
反転増幅電圧Ｖｉａの実効値をＶｉａＲＭＳとすると、上式の関数ｆ３（Ｖｉａ）は次式で表される。
【０１０４】
ｆ３（Ｖｉａ）＝ＶｉａＲＭＳ
したがって、ノイズレベルＶｎＤＣは次式のようになる。
【０１０５】
ＶｎＤＣ＝ＶｉａＲＭＳ …(４)
発射光ＥＬによるパルス成分ＰＥＶおよび反射光ＲＬによるパルス成分ＰＲＶは負であるため、パルス成分ＰＥＶ，ＰＲＶの影響を受けることなくノイズ成分ＮＶからノイズレベルＶｎＤＣを正確に生成することができる。
【０１０６】
図１１はバイアス制御回路８８の動作を説明するための図である。図１１の（ａ）はバイアス制御回路８８の機能を示すブロック図、（ｂ）はバイアス制御回路８８に与えられるノイズレベルを示す波形図である。
【０１０７】
バイアス制御回路８８には、半波整流回路８７から出力されるノイズレベルＶｎＤＣおよびバイアス基準電圧Ｖｒｅｆが与えられる。バイアス制御回路８８は、ノイズレベルＶｎＤＣに比例する値とバイアス基準電圧Ｖｒｅｆとの加算値をバイアス電圧Ｖｂａとして出力する。バイアス電圧Ｖｂａは次式で表される。
【０１０８】
Ｖｂａ＝ｆ４（Ｖｒｅｆ，ＶｎＤＣ）
電圧増幅率をＡｖ４とすると、上式の関数ｆ４（Ｖｒｅｆ，ＶｎＤＣ）は次式で表される。
【０１０９】
ｆ４（Ｖｒｅｆ，ＶｉｎＤＣ）＝−Ａｖ４ＶｎＤＣ＋Ｖｒｅｆ …(５)
上式（１）〜（５）からバイアス電圧Ｖｂａは次式で表される。
【０１１０】
Ｖｂａ＝−Ａｖ４Ａｖ３Ａｖ２Ａｖ１ＺｉｎｉｄＲＭＳ＋Ｖｒｅｆ …(６)
ここで、ｉｄＲＭＳは入射光電流Ｉｄの実効値である。
【０１１１】
上式から、バイアス電圧Ｖｂａは、外来光ＤＩが強くなることによりノイズ電流が増加するにつれて小さくなる。それにより、増倍率Ｍが小さくなる。したがって、受光装置８０は、外来光ＤＩの強さに応じて増倍率Ｍが変化する負帰還制御回路として働く。
【０１１２】
（６）レーダ画像生成部１２０の表示
図１２は図１のレーダ画像生成部１２０によるレーダ画像の表示例を示す模式図である。
【０１１３】
図１のレーダ画像生成部１２０は、距離生成部１００により生成された距離信号ＤＳおよび角度生成部１１０により生成された角度信号ＡＳに基づいて、検出対象物１０までの距離Ｄおよび角度θをディスプレイ３５０の画面上にレーダ画像として表示する。
【０１１４】
図１２の表示例では、検出対象物が右前方の角度θの方向で距離Ｄの位置に存在することが画像で表示されている。実際には、角度θおよび距離Ｄは数値で表示される。
【０１１５】
（７）レーザレーダ装置１の効果
本実施の形態に係るレーザレーダ装置１では、反転増幅電圧Ｖｉａに含まれる発射光ＥＬおよび反射光ＲＬに起因するパルス成分ＰＥＶ，ＰＲＶは負極性となり、ノイズ成分ＮＶは正負に変化する。それにより、反転増幅電圧Ｖｉａの正の成分を半波整流することにより発射光ＥＬおよび反射光ＲＬに起因するパルス成分ＰＥＶ，ＰＲＶの影響を受けずにノイズ成分ＮＶに対応するノイズレベルＶｎＤＣを正確に生成することができる。また、ＬＤ７１の発光間隔が発光時間に比べて十分に大きいため、ノイズレベルＶｎＤＣが発射光ＥＬおよび反射光ＲＬに起因するパルス成分ＰＥＶ，ＰＲＶの影響をさらに受けにくい。
【０１１６】
このノイズレベルＶｎＤＣに基づいてバイアス電圧Ｖｂａが負帰還で制御される。この場合、外来光ＤＩに起因するノイズレベルＶｎＤＣが高くなると、ＡＰＤ８１に印加されるバイアス電圧Ｖｂａが低下する。それにより、ＡＰＤ８１の増倍率Ｍが低下し、ノイズレベルＶｎＤＣが低下する。その結果、受光パルスＶａに含まれるノイズ成分ＮＶが低減される。
【０１１７】
また、環境温度が変動すると、ＡＰＤ８１の増倍率Ｍが変動し、受光パルスＶａが変動する。この場合も、受光パルスＶａにおいて発射光ＥＬおよび反射光ＲＬに起因するパルス成分ＰＥＶ，ＰＲＶとは逆極性の成分が半波整流されることによりノイズレベルＶｎＤＣが生成される。それにより、環境温度の変動によるノイズ成分が発射光ＥＬおよび反射光ＲＬに起因するパルス成分ＰＥＶ，ＰＲＶの影響を受けることなくノイズレベルＶｎＤＣとして正確に検出される。このノイズレベルＶｎＤＣに基づいてバイアス電圧Ｖｂａが負帰還で制御される。その結果、ＡＰＤ８１の増倍率Ｍの変動が抑制される。
【０１１８】
このようにして、発射光ＥＬおよび反射光ＲＬに起因するパルス成分ＰＥＶ，ＰＲＶの影響を受けることなくノイズ成分ＮＶを十分に低減することができる。したがって、発射光ＥＬおよび反射光ＲＬに起因するパルス成分ＰＥＶ，ＰＲＶを正確に検出することができる。その結果、受光パルスＶａに基づいて検出対象物１０の距離および角度を高精度で測定することができるとともに、検出対象物１０の誤検出の発生を防止することができる。
【０１１９】
（８）レーザレーダ装置を備えた乗り物
次に、上記実施の形態に係るレーザレーダ装置１を備えた乗り物の例として自動二輪車について説明する。
【０１２０】
図１３はレーザレーダ装置１を備えた自動二輪車を示す模式図である。
【０１２１】
図１３の自動二輪車３００においては、車体３１０の前部下方に前輪３２０が設けられ、後部下方に後輪３３０が設けられている。車体３１０の中央部には、ＥＣＵ（電子制御装置）３４０が設けられている。車体３１０の前端部および後端部に上記実施の形態に係るレーザレーダ装置１がそれぞれ取り付けられている。
【０１２２】
また、車体３１０においてハンドル３６０の後方下部にディスプレイ３５０が設けられている。
【０１２３】
前端部のレーザレーダ装置１は、主として自動二輪車３００の前方および側方の物体の距離および角度を測定する。後端部のレーザレーダ装置１は、主として自動二輪車３００の後方および側方の物体の距離および物体の角度を測定する。前端部および後端部のレーザレーダ装置１により測定された距離および角度はＥＣＵ３４０に与えられる。
【０１２４】
ＥＣＵ３４０は、前端部および後端部のレーザレーダ装置１により測定された距離および角度をディスプレイ３５０にレーダ画像として表示させる。それにより、乗員は、周囲の物体までの距離および物体の方位を視覚的に認識することができる。
【０１２５】
（９）請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
【０１２６】
上記実施の形態では、ＡＰＤ８１がアバランシェフォトダイオードの例であり、バイアス印加回路８１０がバイアス印加回路の例であり、コンデンサ８３およびＩ−Ｖ変換回路８４が変換部の例であり、反転増幅回路８６および半波整流回路８７が整流部の例であり、バイアス制御回路８８がバイアス制御回路の例である。
【０１２７】
また、コンデンサ８３が除去回路の例であり、Ｉ−Ｖ変換回路８４が電流電圧変換回路の例であり、増幅回路８５が増幅回路の例である。
【０１２８】
さらに、距離生成部１００が距離算出部の例であり、モータ３０および反射鏡２５０がレーザ光回転系の例であり、エンコーダ４０が角度検出部の例であり、信号処理部９０および距離生成部１００がパルス検出部の例であり、角度生成部１１０が方位算出部の例である。
【０１２９】
また、車体３０１が本体部の例であり、後輪３３０が駆動部の例であり、ディスプレイ３５０が報知部の例である。
【０１３０】
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
【０１３１】
（１０）他の実施の形態
上記実施の形態では、除去回路としてコンデンサ８３を用いているが、除去回路としてコンデンサ８３の代わりに低域通過フィルタを用いてもよい。また、除去回路と電流電圧変換回路とが逆に設けられてもよい。
【０１３２】
さらに、Ｉ−Ｖ変換回路８４から出力される入射光電圧Ｖｄのレベルが高い場合には、増幅回路８５を設けなくてもよい。
【０１３３】
また、送光装置７０のＬＤ７１として、種々の波長のレーザ素子を用いることができる。
【０１３４】
また、報知部としてディスプレイ３５０の代わりに音声で検出対象物１０の距離および角度を報知する音声出力装置を用いてもよい。
【０１３５】
上記のレーザレーダ装置１は、自動二輪車に限らず、４輪の自動車、３輪の自動車、電動自転車、滑走艇、水上バイク、電動車椅子等の種々の乗り物に用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
本発明は、レーザ光を用いて検出対象物までの距離等の情報を測定するために利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】本発明の一実施の形態に係るレーザレーダ装置の信号処理系の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は図１のレーザレーダ装置の光学系の構成を示す模式図、（ｂ）はレーザレーダ装置の反射鏡の構成を示す斜視図である。
【図３】図１のレーザレーダ装置の動作を説明するためのタイミング図である。
【図４】図１の受光装置の構成を示すブロック図である。
【図５】受光装置から出力される受光パルスおよび信号処理部により生成される２値化信号を示す波形図である。
【図６】ＡＰＤの動作を説明するための図である。
【図７】Ｉ−Ｖ変換回路の動作を説明するための図である。
【図８】増幅回路の動作を説明するための図である。
【図９】反転増幅回路の動作を説明するための図である。
【図１０】半波整流回路の動作を説明するための図である。
【図１１】バイアス制御回路の動作を説明するための図である。
【図１２】図１のレーダ画像生成部によるレーダ画像の表示例を示す模式図である。
【図１３】レーザレーダ装置を備えた自動二輪車を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１３８】
１ レーザレーダ装置
１０ 検出対象物
２０ モータ回転数制御部
３０ モータ
３１ プーリ
３２ ベルト
４０ エンコーダ
５０ 発光間隔パルス生成部
６０ 発光トリガ生成部
７０ 送光装置
７１ レーザダイオード（ＬＤ）
７２ 保持部材
８０ 受光装置
８１ アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）
８１ａ 保持部材
８２ 抵抗
８３ コンデンサ
８４ Ｉ−Ｖ変換回路
８５ 増幅回路
８６ 反転増幅回路
８７ 半波整流回路
８８ バイアス制御回路
９０ 信号処理部
１００ 距離生成部
１１０ 角度生成部
１２０ レーダ画像生成部
２００ 保持体
２０１ モータ保持部
２１０ 反射鏡
２２０ 投受光レンズ
２３０ ベアリング
２４０ 保護カバー
２５０ 反射鏡
３００ 自動二輪車
３１０ 車体
３２０ 前輪
３３０ 後輪
３４０ ＥＣＵ
３５０ ディスプレイ
ＥＬ 発射光
ＲＬ 反射光
ＤＩ 外来光
ＡＳ 角度信号
ＢＳ ２値化信号
ＤＧ 距離生成信号
ＤＳ 距離信号
ＥＩ 発光間隔パルス
ＥＰ エンコーダパルス
ＥＴ 発光トリガ
ＯＰ 原点パルス
Ｉｄ 入射光電流
Ｖａ 受光パルス
Ｖｄ 入射光電圧
Ｖｂａ バイアス電圧
Ｖｉａ 反転増幅電圧
ＶｉａＲＭＳ 反転増幅電圧の実効値
ＶｎＤＣ ノイズレベル
Ｖｒｅｆ バイアス基準電圧
ＮＶ ノイズ成分
ＰＥＶ，ＰＲＶ パルス成分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送光装置により発射されて検出対象物で反射されたパルス状のレーザ光を受ける受光装置であって、
前記検出対象物で反射されたレーザ光を受けるアバランシェフォトダイオードと、
前記アバランシェフォトダイオードにバイアス電圧を印加するバイアス印加回路と、
前記アバランシェフォトダイオードの出力電流を、直流成分が除去された電圧に変換する変換部とを備え、
前記バイアス印加回路は、
前記変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の成分を整流することによりノイズレベルを生成する整流部と、
前記整流部により生成されたノイズレベルに基づいて前記バイアス電圧を負帰還で制御するバイアス制御回路とを含むことを特徴とする受光装置。
【請求項２】
前記変換部は、
前記アバランシェフォトダイオードの出力電流の直流成分を除去する除去回路と、
前記除去回路の出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、
前記電流電圧変換回路の出力電圧を増幅する増幅回路とを含むことを特徴とする請求項１記載の受光装置。
【請求項３】
前記整流部は、
前記変換部により得られる電圧を反転増幅する反転増幅回路と、
前記反転増幅回路の出力電圧の正の成分を半波整流することにより前記ノイズレベルを生成する半波整流回路とを含むことを特徴とする請求項１または２記載の受光装置。
【請求項４】
前記バイアス制御回路は、
前記整流部により生成されるノイズレベルの反転成分を基準バイアス電圧に加算することにより前記バイアス電圧を生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の受光装置。
【請求項５】
前記アバランシェフォトダイオードは、前記送光装置により発射されたレーザ光の一部を受けるように配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の受光装置。
【請求項６】
検出対象物にレーザ光を発射する送光装置と、
光を受ける受光装置とを備え、
前記受光装置は、
前記送光装置により発射されて検出対象物で反射されたレーザ光を受けるアバランシェフォトダイオードと、
前記アバランシェフォトダイオードにバイアス電圧を印加するバイアス印加回路と、
前記アバランシェフォトダイオードの出力電流を、直流成分が除去された電圧に変換する変換部とを含み、
前記バイアス印加回路は、
前記変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の成分を整流することによりノイズレベルを生成する整流部と、
前記整流部により生成されたノイズレベルに基づいて前記バイアス電圧を負帰還で制御するバイアス制御回路とを含むことを特徴とするレーザレーダ装置。
【請求項７】
前記受光装置の前記アバランシェフォトダイオードは、前記送光装置により発射されたレーザ光の一部を受けるように配置され、
前記受光装置の前記変換部により得られる電圧において前記送光装置により発射されたレーザ光に起因するパルス成分および前記検出対象物で反射されたレーザ光に起因するパルス成分の時間間隔に基づいて前記送光装置から検出対象物までの距離を算出する距離算出部をさらに備えたことを特徴とする請求項６記載のレーザレーダ装置。
【請求項８】
前記送光装置は一定の周期でパルス状のレーザ光を発射し、前記レーザ光の発射周期は、レーザ光の発光時間の１０００倍以上であることを特徴とする請求項６または７記載のレーザレーダ装置。
【請求項９】
前記送光装置は、
レーザ光を出射するレーザダイオードと、
前記レーザダイオードにより出射されたレーザ光の進行方向を平面内で回転させるレーザ光回転系とを含むことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のレーザレーダ装置。
【請求項１０】
前記レーザ光回転系によるレーザ光の進行方向の回転角度を検出する角度検出部と、
前記受光装置の前記変換部により得られる電圧において検出対象物で反射されたレーザ光に起因するパルス成分を検出するパルス検出部と、
前記パルス検出部によるパルス成分の検出時に前記角度検出部により検出されたレーザ光の進行方向の角度に基づいて検出対象物の方位を算出する方位算出部とをさらに備えたことを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載のレーザレーダ装置。
【請求項１１】
本体部と、
前記本体部を移動させる駆動部と、
前記本体部に設けられる請求項６〜１０のいずれかに記載のレーザレーダ装置と、
前記レーザレーダ装置の前記変換部により得られる電圧に基づく情報を乗員に報知する報知部とを備えたことを特徴とする乗り物。
【請求項１】
送光装置により発射されて検出対象物で反射されたパルス状のレーザ光を受ける受光装置であって、
前記検出対象物で反射されたレーザ光を受けるアバランシェフォトダイオードと、
前記アバランシェフォトダイオードにバイアス電圧を印加するバイアス印加回路と、
前記アバランシェフォトダイオードの出力電流を、直流成分が除去された電圧に変換する変換部とを備え、
前記バイアス印加回路は、
前記変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の成分を整流することによりノイズレベルを生成する整流部と、
前記整流部により生成されたノイズレベルに基づいて前記バイアス電圧を負帰還で制御するバイアス制御回路とを含むことを特徴とする受光装置。
【請求項２】
前記変換部は、
前記アバランシェフォトダイオードの出力電流の直流成分を除去する除去回路と、
前記除去回路の出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、
前記電流電圧変換回路の出力電圧を増幅する増幅回路とを含むことを特徴とする請求項１記載の受光装置。
【請求項３】
前記整流部は、
前記変換部により得られる電圧を反転増幅する反転増幅回路と、
前記反転増幅回路の出力電圧の正の成分を半波整流することにより前記ノイズレベルを生成する半波整流回路とを含むことを特徴とする請求項１または２記載の受光装置。
【請求項４】
前記バイアス制御回路は、
前記整流部により生成されるノイズレベルの反転成分を基準バイアス電圧に加算することにより前記バイアス電圧を生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の受光装置。
【請求項５】
前記アバランシェフォトダイオードは、前記送光装置により発射されたレーザ光の一部を受けるように配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の受光装置。
【請求項６】
検出対象物にレーザ光を発射する送光装置と、
光を受ける受光装置とを備え、
前記受光装置は、
前記送光装置により発射されて検出対象物で反射されたレーザ光を受けるアバランシェフォトダイオードと、
前記アバランシェフォトダイオードにバイアス電圧を印加するバイアス印加回路と、
前記アバランシェフォトダイオードの出力電流を、直流成分が除去された電圧に変換する変換部とを含み、
前記バイアス印加回路は、
前記変換部により得られる電圧においてレーザ光に起因するパルス成分とは逆極性の成分を整流することによりノイズレベルを生成する整流部と、
前記整流部により生成されたノイズレベルに基づいて前記バイアス電圧を負帰還で制御するバイアス制御回路とを含むことを特徴とするレーザレーダ装置。
【請求項７】
前記受光装置の前記アバランシェフォトダイオードは、前記送光装置により発射されたレーザ光の一部を受けるように配置され、
前記受光装置の前記変換部により得られる電圧において前記送光装置により発射されたレーザ光に起因するパルス成分および前記検出対象物で反射されたレーザ光に起因するパルス成分の時間間隔に基づいて前記送光装置から検出対象物までの距離を算出する距離算出部をさらに備えたことを特徴とする請求項６記載のレーザレーダ装置。
【請求項８】
前記送光装置は一定の周期でパルス状のレーザ光を発射し、前記レーザ光の発射周期は、レーザ光の発光時間の１０００倍以上であることを特徴とする請求項６または７記載のレーザレーダ装置。
【請求項９】
前記送光装置は、
レーザ光を出射するレーザダイオードと、
前記レーザダイオードにより出射されたレーザ光の進行方向を平面内で回転させるレーザ光回転系とを含むことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のレーザレーダ装置。
【請求項１０】
前記レーザ光回転系によるレーザ光の進行方向の回転角度を検出する角度検出部と、
前記受光装置の前記変換部により得られる電圧において検出対象物で反射されたレーザ光に起因するパルス成分を検出するパルス検出部と、
前記パルス検出部によるパルス成分の検出時に前記角度検出部により検出されたレーザ光の進行方向の角度に基づいて検出対象物の方位を算出する方位算出部とをさらに備えたことを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載のレーザレーダ装置。
【請求項１１】
本体部と、
前記本体部を移動させる駆動部と、
前記本体部に設けられる請求項６〜１０のいずれかに記載のレーザレーダ装置と、
前記レーザレーダ装置の前記変換部により得られる電圧に基づく情報を乗員に報知する報知部とを備えたことを特徴とする乗り物。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−２１５８７８（Ｐ２００８−２１５８７８Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５０３１７（Ｐ２００７−５０３１７）
【出願日】平成１９年２月２８日（２００７．２．２８）
【出願人】（００００１００７６）ヤマハ発動機株式会社 (3,045)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２８日（２００７．２．２８）
【出願人】（００００１００７６）ヤマハ発動機株式会社 (3,045)
【Ｆターム（参考）】
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