距離測定装置

【課題】アクチュエータの負荷を重くせずに検知エリアを拡大することのできる距離測定装置を提供する。
【解決手段】距離測定装置は、投光レンズ１の後方の焦点位置に探査波の走査方向に沿って配置したＬＤ１〜ＬＤ３を備えている。投光レンズ１は左右に移動可能であって、ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３は、それぞれ、検知エリア１、検知エリア２、検知エリア３に対して探査波を送信する。ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３は、検知エリア１と検知エリア２の一部が重なり、検知エリア３と検知エリア２の一部が重なるように配置される。投光レンズ１は、ＬＤ１の探査波が検知エリア１にのみ送波され、ＬＤ２の探査波が検知エリア３にのみ送波され、ＬＤ４の探査波が検知エリア４にのみ送波される長さだけ左右に移動する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車載レーダ装置などに適用される距離測定装置、特に探査波を複数個使用するマルチビーム距離測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を用いた距離測定装置では、従来、単一の光源を設置し、投受光レンズを左右方向に走査することにより、所望の検知エリアを確保していた。
【０００３】
図１に従来の距離測定装置の光学系投受光部の概略図を示す。光源として、レーザダイオードＬＤ１が投光レンズ１の焦点位置に設置されている。探査波である投光ビームは、この例では縦長のファンビーム（扇形に広がるビーム）形状である。投光レンズ１の横には受光レンズ２が一体的に設けられ、受光レンズ２の焦点位置に受光センサＰＤ１が設置されている。
【０００４】
投光レンズ１と受光レンズ２が左から右へ移動することにより投光ビームと受光ビームが同様に左から右に走査される。
【０００５】
上記の構成で、所望の検知エリア１がＹ度、投光レンズ１の焦点距離をｆｍｍ、光源（ＬＤ１）を投光レンズ１の焦点位置に設置したとすると、投光レンズ１の移動量Ｌは、下記のようになる。
【０００６】
Ｌ＝ｆ×ｔａｎ（Ｙ／２）×２（ｍｍ）
受光レンズ２と投光レンズ１とが同期して移動するために、受光センサＰＤ１は投光レンズ１からの投光ビームが照射される方向からの反射光（反射波）を受光することができる。
【０００７】
上記の構成において、検知エリア１を拡大しようとすれば投光レンズ１の移動量を大きくする必要がある。しかし、投光レンズ１の移動量を大きくすれば、同レンズを駆動するためのアクチュエータの負荷が大きくなるという問題があり、また、レンズの移動量が大きいと、端点付近でのビームプロファイルのＦＷＨＭ（ＦｕｌｌＷｉｄｔｈＨａｌｆＭａｘｉｍｕｍ：半値幅）が中心部に比較して大きくなるという問題がある。
【０００８】
そこで、一定の大きさの検知エリア１を確保したままレンズの移動量を小さくしてアクチュエータの負荷を軽減しようとすると、今度はレンズの焦点距離を短くすることが必要になるため、必然的にレンズサイズが小さくなる。このことは、受光センサのＳ／Ｎを低下させることになる。
【０００９】
一方、精度を高めるためには受光センサで取得したデータの更新周期を短縮することが必要であるが、レンズの移動速度（走査速度）を上げることにより更新周期を短縮しようとすれば、アクチュエータの負荷が増大する。例えば、検知エリア１の大きさを変更せず、データの更新周期を３倍にするためには、走査速度を３倍にする必要がある。
【００１０】
以上のような問題は、ミリ波式レーダ装置においても機械的に走査を行う限り同様に生じている。
【００１１】
光学式レーダ装置の光学系に関する先行技術として、特許文献１に、マルチビームを使用するものが提案されている。また、特許文献２では、複数の放射器と単一の反射器を組み合わせ、車速に応じてビーム形状を変更する技術、放射器を切り換えることにより検知エリアを変更する技術が示されている。さらに、特許文献３では、マルチビームを形成するとともに、それらのビームの重なり領域を設けた構成が示されている。
【特許文献１】特開平９−７６８１７号公報
【特許文献２】特開平５−２７３３４０号公報
【特許文献３】特開平５−２０３７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記特許文献１〜３は、いずれも送信装置、受信装置が１つであるため、検知エリアを広げようとすれば、また、精度を高めるためにビームの走査速度を速くしようとすれば、走査を行うためのレンズ駆動用アクチュエータの負荷が大きくなり、発熱、機械的損耗、信頼性低下等の問題が生じる。
【００１３】
この発明は、複数組の送受信装置を設置することにより、アクチュエータの負荷を重くせずに検知エリアを拡大することのできる距離測定装置を提供することを目的とする。
【００１４】
また、この発明は、走査速度を速くしなくても検知精度を高めることのできる距離測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、この発明は以下のように構成される。
【００１６】
この発明に係るマルチビームレーダ装置は、検知エリアに対し探査波を送信した時刻と、検知エリア内にある障害物の反射波を受信した時刻との時間差に基づいて障害物との相対的位置関係を計測する距離測定装置において、探査波及び反射波を走査する走査手段と、探査波及び反射波を走査する水平方向又は垂直方向の走査方向に沿って配置される複数組の送受信装置とを備えている。そして、各組の送受信装置毎に、送信装置から送信された探査波に基づく反射波を受信装置で受信する。
【００１７】
上記構成において、走査手段は、水平方向にのみ走査するか、又は水平方向と垂直方向に順次走査する。いずれの場合も前方の２次元面を走査する。したがって、前者の場合は送信ビーム（探査波）は、垂直方向に長いビーム形状となる。
【００１８】
また、各組の送信装置と受信装置とは対の関係となる。例えば、第１の送信装置から送信される探査波の反射波は、第１の受信装置で受信される。第２の送信装置から送信される探査波の反射波は、第２の受信装置で受信される。また、各組の送受信装置は水平方向又は垂直方向の走査方向に沿って配置されている。したがって、走査位置が任意の位置にあるとき、各組の送受信装置での検知エリアを異なったエリアに設定することができるから、走査装置の移動量を大きくしなくても全体の検知エリアを大きくできる。
【００１９】
この発明の好ましい実施態様では、前記複数組の送受信装置は、複数の送信装置と、該送信装置の数と同数の複数の受信装置とで構成される。しかし、受信装置の数は送信装置の数よりも少なくても良い。その場合は、複数の組の送受信装置において、第１の組の受信装置が第２の組の受信装置を兼用、すなわち、１つの受信装置が複数の送信装置の受信を担当することになる。
【００２０】
この発明は、好ましい構成として、第１の組の送受信装置による検知エリアが第２の組の送受信装置による検知エリアと重なっている。
【００２１】
このように構成では、重なっている検知エリアでは、１回の探査波及び反射波の走査で複数回の計測が可能である。したがって、走査速度を速くしなくてもデータ更新回数を複数回に増やし、これにより計測精度を高くすることができる。
【００２２】
この発明の別の実施態様では、各組の送信装置から探査波を送信するタイミングを組毎に変えることが可能である。また、各組の送信装置において、送信する探査波の波長を組毎に異なる長さに設定し、且つ、各組の受信装置には、それに対応する送信装置から送信される探査波の波長と同一波長を通過させるフィルタを設けることも可能である。
【００２３】
このような構成では、各組の送受信装置でカバーする検知エリア間、特に隣接する検知エリア間の干渉を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２４】
この発明によれば、走査装置を駆動するためのアクチュエータの負荷を大きくしなくても全体の検知エリアを大きくできる。また、各組の送受信装置の検知エリアを重ねることにより、走査装置での走査速度を速くしなくても計測精度を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図２は、この発明の実施形態である距離測定装置（レーザレーダ）の概略ブロック図である。このレーザレーダは、車両に設けられる。
【００２６】
スキャナ１０は、投光レンズ１と、受光レンズ２と、これらのレンズを左右に移動することにより探査波（以下、送波ビームという）と反射波（以下、受波ビームという）とを走査する走査機構部３と、さらに、送波ビームを送信する送信手段であるＬＤ（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ）１、ＬＤ２、ＬＤ３と、受波ビームを受信する受信手段であるＰＤ（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）１、ＰＤ２、ＰＤ３とを備えている。アクチュエータである走査機構部３は、水平方向板バネ、垂直方向板バネ、水平方向駆動用コイル、垂直方向駆動用コイルを備え、これらのコイルに所定の電流を流すことにより、投光レンズ１と受光レンズ２を一体的に支持する支持部材を、水平方向及び垂直方向に移動させる。投光レンズ１と受光レンズ２とで各々形成されるビームは、縦長ファンビーム形状であり、このビームを水平方向と垂直方向に走査していく。
【００２７】
前記投光レンズ１の後方には、ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３が、水平走査方向に沿って配置されている。同様に、受光レンズ２の後方には、ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３が、水平走査方向に沿って配置されている。
【００２８】
ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３は、ＬＤ駆動回路４で駆動され、ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３の受光信号は受光回路５で受信される。また、走査機構部３の水平位置と垂直位置は、水平走査位置検出装置６と垂直走査位置検出装置７でそれぞれ検出される。制御回路８には、上記ＬＤ駆動回路４、受光回路５、水平走査位置検出装置６、垂直走査位置検出装置７が接続され、さらに、車測センサ９とメモリ１０が接続されている。制御回路８は、ＬＤ駆動回路４に駆動用制御信号を送り、受光回路５から障害物の反射信号を受けるとともに、水平走査位置検出装置６、垂直走査位置検出装置７でそのときの水平・垂直位置を取得する。これらの情報から、前方に存在する障害物（先行車両など）までの距離や位置を計測し、さらに、車測センサ９からの車速信号を取得して、図示しない車両制御装置に対し、車間距離制御のための制御信号を出力する。
【００２９】
図３は、ＬＤ１〜ＬＤ３の配置位置と検知エリアの関係を示す図である。図示のように、投光レンズ１の後方の焦点位置に、水平走査方向に沿ってＬＤ１〜ＬＤ３が配置されている。各ＬＤ１〜ＬＤ３の位置は、それらにより送波ビームが送信されるエリア（検知エリア）が、図示のように検知エリア１〜３となるように定められる。図示の例では、検知エリア１がＬＤ１、検知エリア２がＬＤ２、検知エリア３がＬＤ３にそれぞれ対応している。投光レンズ１を水平方向の左右に移動（走査）することにより、各ＬＤ１〜ＬＤ３から送信される送波ビームも左右に走査される。
【００３０】
また、図３に示すように、この実施形態では、検知エリア３の右側と検知エリア２の左側、及び検知エリア１の左側と検知エリア２の右側が重なっている。すなわち、走査中心付近の検知エリアを重ねている。
【００３１】
以上の構成にしたことから、この実施形態では、
（１）全体の検知エリアは、３つのＬＤで分担するために、投光レンズ１の移動量を、図１に示す従来の構成の移動量と同じにしても、検知エリアを拡大できる。すなわち、図１に示す検知エリアと同じ大きさの検知エリアを確保するには、投光レンズ１の移動量は相対的に小さくて良い。
【００３２】
（２）重なり部の検知エリアからは１回の走査により２回の情報が得られるため、図１の構成において投光レンズ１を２倍の走査速度で走査したときと同じ情報量が得られる。すなわち、投光レンズ１を図１に示す走査速度と同じ走査速度で走査すると、得られる情報量は相対的に２倍となる。
【００３３】
図４は、ＰＤ１〜ＰＤ３の配置位置と検知エリアの関係を示す図である。図示のように、受光レンズ２の後方の焦点位置に、水平方向の走査方向に沿ってＰＤ１〜ＰＤ３が配置されている。各ＰＤ１〜ＰＤ３の位置は、それらにより受波ビームが受信されるエリア（検知エリア）が、図示のように検知エリア１〜３となるように定められる。図示の例では、検知エリア１がＰＤ１、検知エリア２がＰＤ２、検知エリア３がＰＤ３にそれぞれ対応している。受光レンズ２を左右に移動（走査）することにより、各ＰＤ１〜ＰＤ３が受信（受波）する受波ビームも左右に走査される。
【００３４】
このように、図３、図４に示すＬＤ１〜ＬＤ３及びＰＤ１〜ＰＤ３の構成においては、ＬＤ１とＰＤ１、ＬＤ２とＰＤ２、ＬＤ３とＰＤ３でそれぞれ一対の組を構成し、ＬＤ１で検知エリア１に対して送信した送波ビームについてはその受波ビームをＰＤ１で受信し、ＬＤ２で検知エリア２に送信した送波ビームについてはその受波ビームをＰＤ２で受信し、ＬＤ３で検知エリア３に送信した送波ビームについてはその受波ビームをＰＤ３で受信する。ＰＤ１〜ＰＤ３を各ＬＤ１〜ＬＤ３に対応させることにより、各ＰＤは全体の検知エリアをカバーする必要がなくなるためＰＤ面積を小さくすることができる。これにより、ＰＤ１〜ＰＤ３のＳ／Ｎを相対的に向上させることができる。
【００３５】
図５は、ＰＤの配置の他の実施例を示す。この実施例では、１個のＰＤのみ使用する。すなわち、ＬＤ１とＰＤ、ＬＤ２とＰＤ、ＬＤ３とＰＤでそれぞれ一対の組を構成し、一つのＰＤが各組の受信装置を兼用している。したがって、一つのＰＤで全体の検知エリアをカバーする。この構成では、図４の構成に対してＳ／Ｎの点では劣るが低コストとなる。
【００３６】
図６は、図３の構成において各ＬＤの駆動タイミングを変える実施例を示す。すなわち、ＬＤ駆動回路４において、各ＬＤ１〜ＬＤ３の駆動タイミングを変えている。このようにすることで、各組での計測に干渉が生じなくなり計測精度を高くすることができる。
【００３７】
図７は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、ＬＤを２個使用し、検知エリア１と検知エリア２とを中央付近で重ねている。図８は、ＰＤの配置位置を示す。図９は、各ＬＤ１、ＬＤ２の駆動タイミングを変えるときの各ＬＤ１、ＬＤ２の駆動タイミングを示している。
【００３８】
図１０、図１１は、図３、図７の構成において、検知エリアの走査中心線を水平走査方向にシフトしたときの状態を示している。検知エリアの走査中心線Ｏは、走査機構部３の制御により水平走査方向にシフト可能であり、車両が車線に沿って右方向に旋回し始めると、走査中心線Ｏを右方向にシフトし、反対に、車両が左方向に旋回し始めると、走査中心線Ｏを左方向にシフトする。このような制御により、検知エリアの重なり部が常に車両の前方中心エリアに位置することになるから、前方に存在する先行車両を高精度で検出し追従させることが可能になる。なお、車両の旋回方向を検出する手段としては、ハンドル角センサ、ジャイロ、ナビゲーションシステム、前方監視カメラ等があり、これらの装置から得られる情報に基づいて道路形状を取得し、走査中心線Ｏを車線に追従させる。
【００３９】
図１２、図１３は、この発明の他の実施形態を示している。この実施形態の距離測定装置の構成は図２に示す構成と同様であり、また、ＬＤ１〜ＬＤ３、ＰＤ１〜ＰＤ３の配置は図３、図４と同様であるが、各ＬＤの探査波の波長が異なっている。すなわち、
ＬＤ１＝λ１、ＬＤ２＝λ２、ＬＤ３＝λ３
に設定されている。また、ＰＤ１〜ＰＤ３の前には、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１〜ＢＰＦ３が配置されている。λ１＝８００ｎｍ、λ２＝８５０ｎｍ、λ３＝９００ｎｍとした場合のＢＰＦ１〜ＢＰＦ３の分光感度特性を図１４に示す。図１４から分かるように、各ＰＤは各々対応するＬＤの波長のみ受光するため、ＬＤ１〜ＬＤ３が同時に駆動されても相互に干渉することがない。このように波長を各組毎に変えることで干渉の問題は生じないため、ＬＤ１〜ＬＤ３の駆動タイミングは同時であってよい。図１５は、この場合のＬＤ１〜ＬＤ３の駆動タイミングを示している。このように各ＬＤを同時駆動することにより、データ更新周期の短縮が可能となる。
【００４０】
なお、上記実施形態では、水平方向の走査方向に沿って複数のＬＤ、ＰＤを配置したが、ビームを横長ファンビーム形状として、垂直方向の走査方向に沿って複数のＬＤ、ＰＤを配置することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】従来の距離測定装置の光学系投受光部の構成図
【図２】この発明の実施形態である距離測定装置の概略構成図
【図３】光学系投光部の構成図
【図４】光学系受光部の構成図
【図５】受光部の他の例の構成図
【図６】投光部の駆動タイミングを示す図
【図７】他の実施形態の光学系投光部の構成図
【図８】他の実施形態の光学系受光部の構成図
【図９】投光部の駆動タイミングを示す図
【図１０】検知エリアの走査中心線を走査方向にシフトしたときの状態を示す図
【図１１】検知エリアの走査中心線を走査方向にシフトしたときの状態を示す図
【図１２】他の実施形態の光学系投光部の構成図
【図１３】他の実施形態の光学系受光部の構成図
【図１４】ＢＰＦ分光感度特性図
【図１５】投光部の駆動タイミングを示す図

【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知エリアに対し探査波を送信した時刻と、検知エリア内にある障害物の反射波を受信した時刻との時間差に基づいて障害物との相対的位置関係を測定する距離測定装置において、
探査波及び反射波を走査する走査手段と、
探査波及び反射波を走査する水平方向又は垂直方向の走査方向に沿って配置される複数組の送受信装置とを備え、各組の送受信装置毎に、送信装置から送信された探査波に基づく反射波を受信装置で受信することを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
第１の組の送受信装置による検知エリアが第２の組の送受信装置による検知エリアと重なっていることを特徴する請求項１記載の距離測定装置。
【請求項３】
各組の送信装置から探査波を送信するタイミングを組毎に変えることを特徴とする請求項１又は２記載の距離測定装置。
【請求項４】
各組の送信装置は、送信する探査波の波長が組毎に異なり、各組の受信装置は、対応する送信装置から送信される探査波の波長と同一波長を通過させるフィルタを備えることを特徴とする請求項１又は２記載の距離測定装置。
【請求項５】
前記複数組の送受信装置は、複数の送信装置と、該送信装置の数と同数の複数の受信装置とで構成したことを特徴とする請求項１記載の距離測定装置。
【請求項６】
前記走査手段は、投受光レンズを走査方向に移動することにより探査波及び反射波を走査するレンズ駆動手段で構成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の距離測定装置。
【請求項７】
前記走査手段は、検知エリアの走査中心線を走査方向にシフト可能にしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の距離測定装置。

【図１】