JP2018109560A - 走査式距離測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 １つの受光素子における非検知領域を減少させ、検知漏れを生じ難くする。
【解決手段】 所定の間隔でレーザ光を投光する投光部２Ａと、複数の受光素子３Ｂを有し、投光部が投光したレーザ光の反射光を受光し、該反射光の受光強度信号を出力する受光部３Ａと、少なくとも前記投光部からの投光を投光走査させる走査動作部１Ａと、受光部が所定の間隔で投光されたレーザ光に対応する反射光を受光し、出力する時系列の受光強度信号を、受光素子毎に積算する積算部４１と、積算部が行った積算に基づいて、受光素子毎に対象物までの距離を算出する距離算出部４２と、を備え、積算部は、一の受光素子が出力した一つの受光強度信号を積算した後他の受光素子が出力した一つの受光強度信号を積算する走査式距離測定装置１００を提供する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、走査式距離測定装置に関し、特にレーザ光を投光し、その反射光を受光して距離を測定する走査式距離測定装置に関する。

従来から、レーザ光を投光走査し、その反射光を受光して距離を測定したり障害物を検出したりする技術が知られている。例えば、特許文献１は、反射物体によって反射された反射波の検出感度を向上した車両用レーダ装置を開示する。この車両用レーダ装置は、隣接して照射される所定個数のレーザ光に基づいて出力される所定個数の受光信号を積算して、積算信号を出力する。所定個数の受光信号を積算することによって、反射物体からの反射波に対応する受光信号成分が増幅される。従って、反射物体からの反射波の検出感度を向上できる。このとき、積算すべき受光信号の範囲を、受光信号を１個分ずつずらしながら複数設定する。これにより、積算信号による角度分解能の低下を最小限に抑制することができる。

また、特許文献２は、検知可能距離の短縮等の検出性能の低下を防止しながら、受光信号の積算処理の演算処理負荷を低減した積算型の車両用レーダ装置を開示する。この車両用レーダ装置では、隣接して照射される複数のレーザ光に対応する複数の受光信号を積算する積算処理を実施する。これにより、反射物体の検出感度を向上できる。ただし、この積算処理では、各積算対象受信信号範囲において、同一のサンプリングタイミングのデジタルデータを積算するため、サンプリング数が多くなるほど演算量が増加する。そこで、遅延ブロックによりレーザ光の照射時期を基準として、受光信号のサンプリング開始時期の遅延時間を調節する。これにより、演算負荷を低減するため、サンプリング数を検出距離全体カバーするのに必要なサンプリング数よりも少なくしても、適宜、その遅延時間を変更することにより、上述した検出距離全体に渡って反射物体を検出できる。

また、特許文献３は、検出領域内に複数の障害物が存在する場合、移動する障害物が存在する場合及び車両の走行状態の変化、障害物の挙動に関わらず、適正に障害物を検出し、かつ評価する車両の障害物検出装置を開示する。この障害物検出装置は、車速、操舵角から横加速度、タイヤスリップ角、タイヤスリップ比、前後加速度、操舵角、あるいは、ヨーレイト等を算出する。たとえば、そのヨーレイトが所定値より大きい場合には、車両の運転状態が不安定であると判定して、扇型ビームによりスキャンする領域を重複させる重なり幅を大きい値に設定し、そうでない場合には通常の値を設定して、小領域の拡がり角を与える。

特開２００４−１７７３５０号公報 特開２００５−３００２３３号公報 特開平０５−２０３７３８公報

上述した技術においては、受光した反射光のノイズの影響を低減すると共に対象物からの反射光に対応する受信強度信号を増幅するため受光素子が出力する信号を複数回積算するところ、隣接して照射される所定個数のレーザ光に対応して、複数の受光素子がある中で同じ受光素子が連続して出力する方が、同じ障害物からの反射光に対応する信号を積算しやすいため、通常同じ受光素子から複数回連続して出力した受光強度信号に基づいて距離の測定を行う。しかし、走査式の場合、他の受光素子からの出力信号を取得している間に動く走査角度分反射光を受光できない領域が発生し、その領域がその受光素子にとっての所謂非検知領域となる。
そこで、本発明は、１つの受光素子における非検知領域を減少させ、検知漏れを生じ難くする走査式距離測定装置を提供する。

上記課題を解決するために、所定の間隔でレーザ光を投光する投光部と、複数の受光素子を有し、投光部が投光したレーザ光の反射光を受光し、その反射光の受光強度信号を出力する受光部と、少なくとも投光部からの投光を投光走査させる走査動作部と、受光部が所定の間隔で投光されたレーザ光に対応する反射光を受光し、出力する時系列の受光強度信号を、受光素子毎に積算する積算部と、積算部が行った積算に基づいて、受光素子毎に対象物までの距離を算出する距離算出部と、を備え、積算部は、一の受光素子が出力した一つの受光強度信号を積算した後他の受光素子が出力した一つの受光強度信号を積算する、走査式距離測定装置が提供される。
これによれば、一の受光素子が出力した受光強度信号を積算した後、他の受光素子が出力した受光強度信号を積算することで、連続して同じ受光素子が出力せず、その分他の受光素子からの出力信号を取得している時間が短くなり、１つの受光素子出力１回当たりの非検知領域を減少させ、検知漏れを生じ難くする走査式距離測定装置を提供することができる。

さらに、複数の受光素子の出力から１つの受光素子の出力を選択するマルチプレクサをさらに備え、マルチプレクサは、一の受光素子の出力を選択した後他の受光素子の出力を選択することを特徴としてもよい。
これによれば、受光素子の出力を容易に切り替えることができる。

さらに、投光部は、複数の投光素子を一列に備える投光素子アレイを有し、受光部は、投光素子アレイの複数の投光素子と同じ方向に複数の受光素子が一列に並ぶ受光素子アレイを有し、走査動作部は、投光素子アレイにおいて複数の投光素子が並ぶ方向および受光素子アレイにおいて複数の受光素子が並ぶ方向と直交する方向に、投光部および受光部を走査動作させると共に、マルチプレクサは、受光素子アレイから一の受光素子を選択し、投光部は、マルチプレクサにより選択される受光素子が反射光を受光する投光素子にレーザ光を投光させることを特徴としてもよい。
これによれば、一次元の投光部および受光部により二次元の領域の距離を測定することができる。

本発明によれば、１つの受光素子における非検知領域を減少させ、検知漏れを生じ難くする走査式距離測定装置を提供することができる。

本発明に係る第一実施例の走査式距離測定装置の、（Ａ）上面図、（Ｂ）正面図、（Ｃ）斜視図、（Ｄ）側面図。 本発明に係る第一実施例の走査式距離測定装置においてカバー等を取り除いた場合の、（Ａ）上面図、（Ｂ）正面図、（Ｃ）図１（Ｃ）と同じ方向から見た斜視図、（Ｄ）底面図。 本発明に係る第一実施例の走査式距離測定装置のブロック図。 本発明に係る第一実施例の走査式距離測定装置の、（Ａ）側面模式図、（Ｂ）正面模式図。 本発明に係る第一実施例の走査式距離測定装置の、（Ａ）レーザダイオードモジュールの模式図、（Ｂ）フォトダイオードモジュールの模式図。 本発明に係る第一実施例の走査式距離測定装置の投光部の回路図。 本発明に係る第一実施例の走査式距離測定装置の受光部の回路図。 本発明に係る第一実施例の走査式距離測定装置を車両に設置した場合を示す説明図。 本発明に係る第一実施例の走査式距離測定装置の走査動作を示す説明図。 本発明に係る第一実施例の走査式距離測定装置における投受光方法を示す説明図。 本発明に係る第一実施例の走査式距離測定装置における投受光のタイミングを説明する説明図。 本発明に係る第一実施例の走査式距離測定装置における非検知領域を説明する説明図。 本発明に係る第一実施例の走査式距離測定装置の積算部の積算方法を説明する説明図。 本発明に係る第二実施例の走査式距離測定装置のブロック図。 本発明に係る第二実施例の走査式距離測定装置の、（Ａ）レーザダイオードモジュールの模式図、（Ｂ）フォトダイオードモジュールの模式図。 本発明に係る第二実施例の走査式距離測定装置の投光部の回路図。 本発明に係る第二実施例の走査式距離測定装置の受光部の回路図。 本発明に係る第二実施例の走査式距離測定装置における投受光方法を示す説明図。 本発明に係る第二実施例の走査式距離測定装置における投受光のタイミングを説明する説明図。 本発明に係る第二実施例の走査式距離測定装置における非検知領域を説明する説明図。

以下では、図面を参照し、各実施例について説明する。
＜第一実施例＞
図１乃至図１３を参照し、本実施例における走査式距離測定装置１００を説明する。走査式距離測定装置１００は、移動体に設置され、対象物ＯＢＪまでの距離を検出する。なお、本明細書では、移動体として地上を移動する車両（自動車、電車、自動二輪車など）を例に説明するが、水上を移動する船舶や空中を移動する飛行体のようなものであってもよい。

走査式距離測定装置１００は、レーザ光を発光してから反射光を受光するまでの時間差と、発光したレーザ光の投光方向に基づいて、測定対象物までの距離や方向を測定する。レーザ光は、指向性や収束性に優れた光である。走査方向は、レーザ光を投光走査する方向である。本実施例では、後述するように発光するレーザダイオードと受光するフォトダイオードが一次元に配列されたレーザダイオードアレイとフォトダイオードアレイを配列方向に対して垂直な方向に投光する方向および受光する方向を一次元方向に変化させることで、１回の走査（スキャン）で面（二次元）の走査を行う。

図１に示すように、走査式距離測定装置１００は、正面視でアーチ状のレーザレーダカバー９０と、後述するレーザダイオードやフォトダイオードなどの構成要素を内に有するほぼ直方体のレーザレーダ筐体９１と備える。レーザレーダカバー９０は、レーザ光およびその反射光（電磁波）を透過する材質からなり、レーザダイオードから発せられるレーザ光を対象物ＯＢＪに投光すると共に、その対象物ＯＢＪからの反射光を受光することを可能とする。

図２は、レーザレーダカバー９０とレーザレーダ筐体９１を取り除いて、内部に含まれる主な構成要素のみを表した図である。図２（Ａ）は、上面図であり、アーチ状のレーザレーダカバー９０の方から見た図である。走査式距離測定装置１００は、レーザ光を発光するレーザダイオードモジュール（ＬＤモジュール）２０と、反射光を受光するフォトダイオードモジュール（ＰＤモジュール）３０と、レーザダイオードモジュール２０が発光したレーザ光をモータ１３により回転されながら投光すると共に反射光をフォトダイオードモジュール３０に導光する回転ミラー１０とを備える。

レーザダイオードモジュール２０は、レーザ光を実際に発光するレーザダイオードアレイ２１と、広がったレーザ光を集光させ、レーザ光の拡がり角を狭める集光レンズ２２から構成される。フォトダイオードモジュール３０は、図４に示すように、レーザ光の反射光を実際に受光して電気信号に変換するフォトダイオードアレイ３１と、反射光をフォトダイオードアレイ３１に導光する２つの固定ミラー３３と、反射光の光路上に位置し反射光をフォトダイオードアレイ３１に結像する受光レンズ３２から構成される。回転ミラー１０は、レーザダイオードモジュール２０が発光したレーザ光を回転しながら反射し投光する投光ミラー１１と、投光ミラー１１と同軸で回転し、回転しながら対象物で反射した反射光をフォトダイオードモジュール３０に導光する受光ミラー１２と有する。このように、ミラーが回転することによりレーザ光を投光し、反射光を受光することにより走査する方式を回転ミラー方式と呼ぶ。

図２（Ａ）の上部にあるレーザダイオードモジュール２０は、図視右方向へ発光すると投光ミラー１１に当たり、回転ミラー１０は図視手前側（レーザレーダカバー９０側）へレーザ光を投光する。図視手前側から奥行き方向への反射光は、本図下部にある受光ミラー１２に当たり図視左方向へ反射され、固定ミラー３３へ導光する。図２（Ｂ）を参照すると、本図中央部にあるレーザダイオードアレイ２１から図視右方向へ発光したレーザ光は、集光レンズ２２で集光し、拡がり角を狭めた後、投光ミラー１１に反射して、図視上方へ（レーザレーダカバー９０方向へ）投光される。図２（Ｄ）を参照すると、図視上方から（レーザレーダカバー９０方向から）くる反射光は、受光ミラー１２に当たり図視右方向の固定ミラー３３の方へ反射され、その後受光レンズ３２を通過し、さらに、次の固定ミラー３３で反射されフォトダイオードモジュール３０に受光される。

図３のブロック図を参照し、走査式距離測定装置１００をより詳細に説明する。走査式距離測定装置１００は、上述したレーザダイオードモジュール（ＬＤモジュール）２０を含む投光部２Ａと、フォトダイオードモジュール（ＰＤモジュール）３０を含む受光部３Ａと、回転ミラー１０等を含む走査動作部１Ａと、これらの構成要素を制御すると共に外部機構に対して測定した距離を出力する制御部４０とを備える。

投光部２Ａは、投光素子であるレーザダイオード２Ｂを２つ有するレーザダイオードモジュール２０と充電回路２３を備えて、所定の時間の間隔でレーザ光を投光する。２つのレーザダイオード２Ｂは、図５（Ａ）に示すように、垂直な方向（Ｚ軸方向）に並べて配置され、対象物ＯＢＪの垂直な方向に渡って投光するように構成されている。充電回路２３は、図６に示すように、電源Ｖ＿ＬＤから電力の供給を受けて充電するキャパシタＣと、それぞれのレーザダイオード２ＢとキャパシタＣの間に配置されて、キャパシタＣからレーザダイオード２Ｂへの電力の供給を制御するスイッチング素子であるＦＥＴとを備える。ＦＥＴをオンオフする制御信号ＬＤ１＿ｔｒｉｇおよび制御信号ＬＤ２＿ｔｒｉｇは、制御部４０により制御される。

投光部２Ａは、キャパシタＣの充電完了後、２つのレーザダイオード２Ｂの内のいずれかに対応するＦＥＴをオンすることによりレーザダイオード２Ｂに電力を供給し、レーザ光を投光する。したがって、投光部２Ａは、２つのレーザダイオード２Ｂを同時に投光することはない。１つのレーザダイオード２Ｂが投光する時間とその投光をするためにキャパシタＣが行う充電時間を比べると後者の方が長いため、投光部２Ａは、所定の時間をおいてレーザ光を投光することになる。充電時間と投光時間などの関係は後述する。

受光部３Ａは、受光素子であるフォトダイオード３Ｂを２つ有するフォトダイオードモジュール３０とＡＤ変換部３４を備えて、投光部２Ａが投光したレーザ光の反射光を受光し、その反射光の受光強度信号を制御部４０に出力する。２つのフォトダイオード３Ｂは、図５（Ｂ）に示すように、垂直な方向（Ｚ軸方向）に並べて配置され、対象物ＯＢＪの垂直な方向に渡って受光するように構成されている。フォトダイオード３Ｂは、図７に示すように、光エネルギーを電気エネルギーに変換するフォトダイオードなどの素子（たとえば、アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）、その素子からの電流出力を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプＴＩＡ、その電圧信号を増幅する可変ゲインアンプＶＧＡなどから構成される。ＡＤ変換部３４は、フォトダイオード３Ｂが受光した光信号をデジタル信号に変換する。

走査動作部１Ａは、上述したようにモータ１３により回転を駆動される回転ミラー１０と、モータ１３の回転を駆動するモータ駆動回路１４と、回転ミラー１０におけるミラーの位置（回転角度）を検出するミラー位置検出部１５と、を備える。走査動作部１Ａは、回転ミラー１０を水平方向（レーザダイオード２Ｂやフォトダイオード３Ｂが並んでいる方向とは直交する方向）に回転させ、投受光を水平方向に走査するように動作する。なお、走査動作部１Ａは、本実施例では、投光ミラー１１と受光ミラー１２が同軸で回転するので両方を回転駆動するが、従来技術１および２のように、投光側にのみ回転するミラーを有し、受光側には回転するミラーを有さない構成であってもよい。

制御部４０は、走査動作部１Ａを駆動すると共にミラー位置を検出し、所定のミラー位置において、投光部２Ａに投光させると共にその反射光を受光した受光部３Ａから信号（受光強度信号）を読み出す。制御部４０は、受光部３Ａから信号を読み出すと、さらに走査動作部１Ａを単位時間当たり所定の角度回転駆動しながら、投受光を繰り返す。走査式距離測定装置１００は、この繰り返しにより、水平方向に所定の視野角を以って走査して、その視野角の内にある対象物ＯＢＪの距離を測定する。走査式距離測定装置１００は、たとえば、図８に示すように、車両ＣＲの前後左右に設けられ、走査範囲ＳＡ（たとえば、１４０度）の水平方向視野角を以ってほぼ全方位に存在する対象物ＯＢＪの距離を測定することができる。

制御部４０は、受光部３Ａが所定の時間間隔で投光されたレーザ光に対応する反射光を受光し、出力する時系列の受光強度信号を、受光素子であるフォトダイオード３Ｂ毎に積算する積算部４１と、積算部４１が行った積算に基づいて、受光素子毎に対象物ＯＢＪまでの距離を算出する距離算出部４２を備える。なお、制御部４０は、制御プログラムなどを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、受光した信号やミラー位置などのデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、これらのデータやプログラムを外部の機構とやり取りするためのネットワークアダプター、その他電源監視などの制御を行うマイクロコンピュータである。

積算部４１は、図１３に示すように、複数回に亘る受光から得られる時系列の受光強度信号の和を求める、すなわち積算する。たとえば、１回目の投受光では、本図の「受光１−１」に示されるような受光強度信号を得る。また、２回目の投受光では「受光１−２」、Ｎ回目の投受光では「受光１−ｎ」に示されるような受光強度信号を得る。受光する信号の中にはランダムノイズが含まれるので、１〜Ｎ回目の受光強度信号はすべて異なるが、本図右側のグラフおよびこのグラフを表す（１）式に示すようにこれらを積算することで、信号成分を減ずることなくノイズ成分を低減させ、感度を向上させることができる。
・・・ （１）

本図に示す時刻ｔは、投光から受光するまでに要する時間なので、距離算出部４２は、積算した受光強度が最も大きい時間の時間ｔに基づき、１つの受光素子毎に対象物までの距離を算出する。たとえば、測定対象部を１００メートル以下の離れたものとすると、ｔｍａｘはおおよそ７００ナノ秒である。

図９乃至図１２を参照し、走査式距離測定装置１００における走査動作と投受光のタイミングについて詳述する。図９は、走査式距離測定装置１００が走査範囲ＳＡを走査する場合の走査動作を示す。走査式距離測定装置１００は、図５で示したようにＺ軸方向（垂直な方向）に並んだ、２つのレーザダイオード２Ｂにより順に投光し、２つのフォトダイオード３Ｂにより受光する。図９の下方向（Ｚ軸のマイナス方向）の実線矢印は、上述したように、２つのレーザダイオード２Ｂは、同時には発光しないので、２つの内上段にあるレーザダイオード２Ｂが最初に発光し、次に下段にあるレーザダイオード２Ｂが発光することを示す。

そうすると、上段のレーザダイオード２Ｂが投光したレーザ光の反射光は、上段のフォトダイオード３Ｂが受光し、下段のレーザダイオード２Ｂが投光したレーザ光の反射光は、下段のフォトダイオード３Ｂが受光するので、上段のレーザダイオード２Ｂおよびフォトダイオード３Ｂが最初に投受光し、次に下段のレーザダイオード２Ｂおよびフォトダイオード３Ｂが投受光することになる。そして、下段のレーザダイオード２Ｂおよびフォトダイオード３Ｂが投受光した後、次に上段のレーザダイオード２Ｂおよびフォトダイオード３Ｂが投受光するので、走査方向は、点線矢印のように右斜め上向きになる。なお、上段から下段のレーザダイオード２Ｂおよびフォトダイオード３Ｂが投受光する間にも回転ミラー１０は回転しているので、実際の走査方向は、実線矢印のように下方向（Ｚ軸のマイナス方向）ではなく、厳密には右斜め下向きになるが、図面簡略化のため実線矢印のように表す。

走査式距離測定装置１００は、このような上段と下段の投受光が交互に繰り返されながら、回転ミラー１０が走査範囲ＳＡに亘って水平方向右側の方向（Ｘ軸方向プラス方向）へ走査を移動させ、全体としてラスタスキャンのように走査する。より具体的には、回転ミラー１０は、本実施例では、１つの投受光から次の投受光の間に角度０．２５度だけ回転する。、たとえば上段のレーザダイオード２Ｂが投光し、それに対応して上段のフォトダイオード３Ｂが受光する。その後、下段のレーザダイオード２Ｂが投光し、それに対応して下段のフォトダイオード３Ｂが受光するまでに、回転ミラー１０は０．２５度だけ回転する。再び、上段のレーザダイオード２Ｂが投光し、上段のフォトダイオード３Ｂが投受光するまでに、さらに回転ミラー１０は、０．２５度だけ回転する。よって、上段のフォトダイオード３Ｂの受光から次の上段のフォトダイオードの受光まで回転ミラーは０．５度回転することになる。

図９では、例として、走査式距離測定装置１００の視野の中において、左下の領域にサッカーボール、左上と右下の領域に人間、ほぼ中央上段に車が存在するものとして表されている。

図１０は、このような視野においてどのような非検知領域が生じるのか、従来技術の走査式距離測定装置と本発明にかかる走査式距離測定装置１００とを対比したものである。一般的に、走査式距離測定装置では、受光した反射光のノイズの影響を低減すると共に対象物からの反射光に対応する受信強度信号を増幅するため受光素子が出力する信号を複数回積算する。従来技術の走査式距離測定装置は、複数の受光素子がある中で同じ受光素子が連続して出力する方が、同じ対象物からの反射光に対応する信号を積算しやすく、対象物とノイズを区別しやすくなるため、通常同じ受光素子から複数回（本図では２回）連続して出力した受光強度信号に基づいて距離の測定を行う。

従来技術の走査式距離測定装置では、まず上段のレーザダイオードおよびフォトダイオードは、「投受光１−１」次いで「投受光１−２」のように投受光を２回連続して行い、その２回分の受光強度信号を積算した結果に基づいて距離を算出する。次に、下段のレーザダイオードおよびフォトダイオードが、「投受光２−１」次いで「投受光２−２」のように投受光を２回連続して行い、その２回分の受光強度信号を積算した結果に基づいて距離を算出する。さらに、次に、上段のレーザダイオードおよびフォトダイオードが、「投受光１−２」次いで「投受光１−２」のように投受光を２回連続して行い、その２回分の受光強度信号を積算した結果に基づいて距離を算出する。この場合、１回目の「投受光１−２」と２回目の「投受光１−１」の間に、回転ミラー１０が回転しているので、図１０中央の図にグレーで示す投受光できない領域（非検知領域）が生ずる。また、図１０に示す従来技術では、隣り合う「投受光１−１」の領域と「投受光１−２」の領域は、一部重なり合っている。

この時のキャパシタＣの充電と投受光のタイミングは、図１１の上側のグラフに示すようになる。本図は、１０μ秒毎に充電と投受光（と信号の読み出し）を行う例であるが、まず０〜５μ秒の間にキャパシタＣを充電する。その電力を使用して、上段のレーザダイオード（図中ＬＤ１）が投光する。続いて、フォトダイオード（図中ＰＤ１）が受光する。これらの投光、受光および読み出しは、５〜１０μ秒の間に行われる（「投受光１−１」）。そして、１０〜１５μ秒の間にキャパシタＣを充電する。その電力を使用して、同じ上段のレーザダイオード（図中ＬＤ１）が投光する。続いて、フォトダイオード（図中ＰＤ１）が受光する。これらの投光、受光および読み出しは、１５〜２０μ秒の間に行われる（「投受光１−２」）。すなわち、従来技術の走査式距離測定装置の場合、このように、同じ上段（または下段）のレーザダイオードおよびフォトダイオードが２回連続して投受光を行う。よって、受光により得られる信号も、同じ受光素子からの信号を連続して積算することになる。

本発明にかかる走査式距離測定装置１００では、図１０の右側の図に示すように、まず上段のレーザダイオード２Ｂおよびフォトダイオード３Ｂは、「投受光１−１」のように投受光を１回行い、次に、下段のレーザダイオード２Ｂおよびフォトダイオード３Ｂが、「投受光２−１」のように投受光を１回行う。さらに、次に、上段のレーザダイオード２Ｂおよびフォトダイオード３Ｂが、「投受光１−２」のように投受光を１回行い、「投受光１−１」と「投受光１−２」の２回分の受光強度信号を積算した結果に基づいて距離を算出する。次に、下段のレーザダイオード２Ｂおよびフォトダイオード３Ｂが、「投受光２−２」のように投受光を１回行い、「投受光２−１」と「投受光２−２」の２回分の受光強度信号を積算した結果に基づいて距離を算出する。この場合、「投受光１−１」と「投受光１−２」の間および「投受光２−１」と「投受光２−２」の間に、回転ミラー１０が回転しているので、従来技術の走査式距離測定装置と同様、グレーで示す投受光できない領域（非検知領域）が生ずる。

この時のキャパシタＣの充電と投受光のタイミングは、図１１に示すように、まず０〜５μ秒の間にキャパシタＣを充電する。その電力を使用して、上段のレーザダイオード２Ｂ（図中ＬＤ１）が投光する。続いて、フォトダイオード３Ｂ（図中ＰＤ１）が受光する。この受光に続いて、、制御部４０は受光強度信号をフォトダイオード３Ｂから読み出す。これらの投光、受光および読み出しは、５〜１０μ秒の間に行われる（「投受光１−１」）。、積算部４１は、以前上段のフォトダイオード３Ｂから得た受光強度信号と積算する。そして、１０〜１５μ秒の間にキャパシタＣを充電する。その電力を使用して、下段のレーザダイオード２Ｂ（図中ＬＤ２）が投光する。続いて、フォトダイオード３Ｂ（図中ＰＤ２）が受光する。この投受光は１５〜２０μ秒の間に行われる（「投受光２−１」）。この受光に続いて、制御部４０は受光強度信号をフォトダイオード３Ｂから読み出す。これらの投光、受光および読み出しは、１５〜２０μ秒の間に行われる（「投受光２−１」）。積算部４１は、以前下段のフォトダイオード３Ｂから得た受光強度信号と積算する。

すなわち、本発明にかかる走査式距離測定装置１００の場合、このように、上段と下段のレーザダイオード２Ｂおよびフォトダイオード３Ｂが交互に投受光を行い、それぞれのフォトダイオード３Ｂから得た受光強度信号をそれぞれ積算する。この場合、積算部４１は、上段のフォトダイオード３Ｂから得た受光強度信号の積算と下段のフォトダイオード３Ｂから得た受光強度信号の積算と交互に行うことになる。

本発明にかかる走査式距離測定装置１００においても非検知領域は生ずるものの、走査式距離測定装置１００における非検知領域の１回当たりの領域の大きさは、従来技術の走査式距離測定装置における非検知領域の１回当たりの領域の大きさに比べ、小さい。この１回当たりの非検知領域の大きさ違いは、図１２に示すように、比較的小さな対象物の検知漏れを防止する。なお、図１２において黒くマスクされた部分は、非検知領域を示す。従来技術の走査式距離測定装置においては、比較的大きな対象物である車は、１回当たりの非検知領域となる領域が大きくても、検知漏れとなることは少ない。しかし、人間程度の大きさになると、検知できる場合もあれば（上段の人間）、検知できない場合もある（下段の人間）。さらに、小さなサッカーボールは、より検知できない場合が増加すると推測される。一方、走査式距離測定装置１００においては、１回当たりの非検知領域となる領域が小さくなることにより、サッカーボールでさえ検知できる場合が多くなる。

このように、走査式距離測定装置１００の積算部４１は、一の受光素子であるフォトダイオード３Ｂが出力した受光強度信号を積算した後他の受光素子であるフォトダイオード３Ｂが出力した受光強度信号を積算する。これによれば、連続して同じ受光素子が出力せず、その分他の受光素子からの出力信号を取得している時間が短くなり、１つの受光素子出力１回当たりの非検知領域を減少させ、検知漏れを生じ難くする走査式距離測定装置１００を提供することができる。

＜第二実施例＞
図１４乃至図２０を参照し、本実施例における走査式距離測定装置１００’を説明する。なお、上記実施例との重複記載を避けるため、同じ構成要素には同じ符号を付し、異なる点を中心に説明する。走査式距離測定装置１００’は、２つのレーザダイオードモジュール２０を含む投光部２Ａ’と、フォトダイオードモジュール３０’を含む受光部３Ａ’と、回転ミラー１０等を含む走査動作部１Ａと、これらの構成要素を制御すると共に外部機構に対して測定した距離を出力する制御部４０とを備える。

投光部２Ａ’は、レーザダイオード２Ｂを２つ有するレーザダイオードモジュール２０と充電回路２３を備える投光部２Ａの組を２組有するレーザダイオードアレイ２１（投光素子アレイ）を有し、所定の時間の間隔でレーザ光を投光する。投光部２Ａ’は、図１５（Ａ）に示すように、２つのレーザダイオード２Ｂが垂直な方向（Ｚ軸方向）に並んだレーザダイオードモジュール２０がさらに垂直な方向に並べて、合計４つのレーザダイオード２Ｂが配置され、対象物ＯＢＪの縦方向に投光するように構成されている。充電回路２３は、図１６に示すように、図６に示した充電回路２３がそれぞれの投光部２Ａに全く同様に設けられている。制御部４０は、それぞれのＦＥＴをオンオフする制御信号ＬＤ１＿ｔｒｉｇ、制御信号ＬＤ２＿ｔｒｉｇ、制御信号ＬＤ３＿ｔｒｉｇ、および制御信号ＬＤ４＿ｔｒｉｇを制御する。

投光部２Ａ’は、それぞれのレーザダイオードモジュール２０に対して１つの充電回路２３を有しているので、レーザダイオードモジュール２０内で２つのレーザダイオード２Ｂを同時に投光することはないが、２つのレーザダイオードモジュール２０の間では、同時に投光することができる。

受光部３Ａ’は、フォトダイオード３Ｂを４つ有するフォトダイオードモジュール３０’とＡＤ変換部３４を備えて、投光部２Ａ’が投光したレーザ光の反射光を受光し、その反射光の受光強度信号を制御部４０に出力する。４つのフォトダイオード３Ｂは、図１５（Ｂ）に示すように、垂直な方向（Ｚ軸方向）に並べて配置されたフォトダイオードアレイ３１（受光素子アレイ）を形成し、対象物ＯＢＪの縦方向から受光するように構成されている。フォトダイオードアレイ３１は、レーザダイオードアレイ２１の複数のレーザダイオード２Ｂと同じ方向に複数のフォトダイオード３Ｂが一列に並んで構成されている。

フォトダイオード３Ｂは、図１７に示すように、光エネルギーを電気エネルギーに変換するフォトダイオードなどの素子（たとえば、アバランシェフォトダイオードＡＰＤ）、その素子からの電流出力を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプＴＩＡ、４つのフォトダイオード３Ｂの電圧信号の出力から１つのフォトダイオード３Ｂの出力を選択するマルチプレクサ３５と、選択された電圧信号を増幅する可変ゲインアンプＶＧＡなどから構成される。

図１８乃至図２０を参照し、走査式距離測定装置１００’における走査動作と投受光のタイミングについて詳述する。図１８は、図９と同様な走査範囲ＳＡにおいてどのような非検知領域が生じるのか、従来技術の走査式距離測定装置と本発明にかかる走査式距離測定装置１００’とを対比したものである。

従来技術の走査式距離測定装置では、まず最上段のレーザダイオードおよびフォトダイオードは、「投受光１−１」次いで「投受光１−２」のように投受光を２回連続して行い、その２回分の受光強度信号を積算した結果に基づいて距離を算出する。中下段のレーザダイオードおよびフォトダイオードは、「投受光１−２」の前に「投受光３−１」、次いで「投受光１−２」の後に「投受光３−２」のように投受光を２回連続して行い、その２回分の受光強度信号を積算した結果に基づいて距離を算出する。さらに、次に、中上段のレーザダイオードおよびフォトダイオードが、「投受光２−１」次いで「投受光２−２」のように投受光を２回連続して行い、その２回分の受光強度信号を積算した結果に基づいて距離を算出する。さらに、最下段のレーザダイオードおよびフォトダイオードは、「投受光２−２」の前に「投受光４−１」、次いで「投受光２−２」の後に「投受光４−２」のように投受光を２回連続して行い、その２回分の受光強度信号を積算した結果に基づいて距離を算出する。そして、最上段のレーザダイオードおよびフォトダイオードは、「投受光１−１」次いで「投受光１−２」のように投受光を２回連続して行い、その２回分の受光強度信号を積算した結果に基づいて距離を算出する。この場合、１回目の「投受光１−２」と２回目の「投受光１−１」の間に、回転ミラー１０が回転しているので、グレーで示す投受光できない領域（非検知領域）が生ずる。各段でも同様に非検知領域が生ずることになる。

この時のキャパシタＣ１／Ｃ２の充電と投受光のタイミングは、図１９に示すようになる。本図は、まず０〜５μ秒の間にキャパシタＣ１を充電する。その電力を使用して、最上段のレーザダイオード（図中ＬＤ１）が投光する。続いて、フォトダイオード（図中ＰＤ１）受光する。これらの投光、受光は、５〜１０μ秒の間に行われる（「投受光１−１」）。また、５〜１０μ秒の間にキャパシタＣ２を充電する。その電力を使用して、中下段のレーザダイオード（図中ＬＤ３）が投光する。続いて、フォトダイオード（図中ＰＤ３）が受光する。これらの投光、受光は１０〜１５μ秒の間に行われる（「投受光３−１」）。

そして、１０〜１５μ秒の間にキャパシタＣ１を充電する。その電力を使用して、同じ最上段のレーザダイオード（図中ＬＤ１）が投光する。続いて、フォトダイオード（図中ＰＤ１）が受光する。これらの投光、受光は１０〜１５μ秒の間に行われる（「投受光１−２」）。また、１５〜２０μ秒の間にキャパシタＣ２を充電する。その電力を使用して、中下段のレーザダイオード（図中ＬＤ３）が投光する。続いて、フォトダイオード（図中ＰＤ３）が受光する。これらの投光、受光は、２０〜２５μ秒の間に行われる（「投受光３−２」）。

そして、２０〜２５μ秒の間にキャパシタＣ１を充電する。その電力を使用して、中上段のレーザダイオード（図中ＬＤ２）が投光する。続いて、フォトダイオード（図中ＰＤ２）が受光する。これらの投光、受光は、２５〜３０μ秒の間に行われる（「投受光２−１」）。また、２５〜３０μ秒の間にキャパシタＣ２を充電する。、その電力を使用して、最下段のレーザダイオード（図中ＬＤ４）が投光する。続いて、フォトダイオード（図中ＰＤ４）が受光する。これらの投光、受光は、３０〜３５μ秒の間に行われる（「投受光４−１」）。すなわち、従来技術の走査式距離測定装置の場合、このように、同じ段のレーザダイオードおよびフォトダイオードが２回連続して投受光を行う。よって、マルチプレクサ３５により選択される信号も、同じ受光素子からの信号を連続して選択することになるし、その結果、同じ受光素子からの信号を連続して積算することになる。また、投光部２Ａは、マルチプレクサ３５により選択される受光素子が反射光を受光する投光素子にレーザ光を投光させてもよい。

本発明にかかる走査式距離測定装置１００’では、図１８および図１９に示すように、まず最上段のレーザダイオード２Ｂおよびフォトダイオード３Ｂは、「投受光１−１」のように投受光を１回行い、その「投受光１−１」を行っている間にキャパシタＣ２を充電する。キャパシタＣ２の充電が終わると、中下段のレーザダイオード２Ｂおよびフォトダイオード３Ｂは、「投受光３−１」を１回行い、その「投受光３−１」を行っている間にキャパシタＣ１を充電する。キャパシタＣ１の充電が終わると、中上段のレーザダイオード２Ｂおよびフォトダイオード３Ｂは、「投受光２−１」を１回行い、その「投受光２−１」を行っている間にキャパシタＣ２を充電する。キャパシタＣ２の充電が終わると、最下段のレーザダイオード２Ｂおよびフォトダイオード３Ｂは、「投受光４−１」を行い、その「投受光４−１」を行っている間にキャパシタＣ１を充電する。

次に、キャパシタＣ１の充電が終わると、最上段のレーザダイオード２Ｂおよびフォトダイオード３Ｂは、「投受光１−２」のように投受光を１回行い、「投受光１−１」と「投受光１−２」の２回分の受光強度信号を積算した結果に基づいてて距離を算出する。。次に、同様に、中下段のレーザダイオード２Ｂおよびフォトダイオード３Ｂは、「投受光３−２」を１回行い、「投受光３−１」と「投受光３−２」の２回分の受光強度信号を積算した結果に基づいて距離を算出する。。上記実施例と同様に、「投受光１−１」と「投受光１−２」の間および「投受光３−１」と「投受光３−２」の間などには、回転ミラー１０が回転しているので、従来技術の走査式距離測定装置と同様、グレーで示す投受光できない領域（非検知領域）が生ずる。

本発明にかかる走査式距離測定装置１００’においても非検知領域は生ずるものの、走査式距離測定装置１００’における非検知領域の１回当たりの領域の大きさは、従来技術の走査式距離測定装置における非検知領域の１回当たりの領域の大きさに比べ、小さい。この１回当たりの非検知領域の大きさ違いは、図２０に示すように、比較的小さな対象物の検知漏れを防止する。従来技術の走査式距離測定装置においては、比較的大きな対象物である車は、１回当たりの非検知領域となる領域が大きくても、検知漏れとなることは少ない。しかし、人間程度の大きさになると、検知できる場合もあれば（中上段の人間）、検知できない場合もある（中下段の人間）。さらに、小さなサッカーボールは、より検知できない場合が増加する。一方、走査式距離測定装置１００’においては、１回当たりの非検知領域となる領域が小さくなることにより、サッカーボールでさえ検知できる場合が多くなる。

上述したように、走査式距離測定装置１００’のマルチプレクサ３５は、一の受光素子の出力を選択した後他の受光素子の出力を選択する。これによれば、受光素子の出力を容易に切り替えることができる。また、走査式距離測定装置１００’の積算部４１は、一の受光素子であるフォトダイオード３Ｂが出力した受光強度信号を積算した後他の受光素子であるフォトダイオード３Ｂが出力した受光強度信号を積算する。これによれば、連続して同じ受光素子が出力せず、その分他の受光素子からの出力信号を取得している時間が短くなり、１つの受光素子出力１回当たりの非検知領域を減少させ、検知漏れを生じ難くすることができる。

また、投光部２Ａは、複数の投光素子２Ｂを一列に備える投光素子アレイ２１を有し、受光部３Ａは、投光素子アレイ２１の複数の投光素子２Ｂと同じ方向に複数の受光素子３Ｂが一列に並ぶ受光素子アレイ３１を有し、マルチプレクサ３５は、受光素子アレイ３１から一の受光素子３Ｂを選択し、投光部２Ａは、マルチプレクサ３５により選択される受光素子３Ｂが反射光を受光する投光素子２Ｂにレーザ光を投光させてもよい。これによれば、一次元の投光部２Ａおよび受光部３Ａにより１回の走査により二次元の領域の距離を測定することができる。

なお、本発明は、例示した実施例に限定するものではなく、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。

１００ 走査式距離測定装置
１Ａ 走査動作部
１０ 回転ミラー
１１ 投光ミラー
１２ 受光ミラー
１３ モータ
１４ モータ駆動回路
１５ ミラー位置検出部
２Ａ 投光部
２Ｂ レーザダイオード（ＬＤ、投光素子）
２０ レーザダイオードモジュール（ＬＤモジュール）
２１ レーザダイオードアレイ（投光素子アレイ）
２２ 集光レンズ
２３ 充電回路
３Ａ 受光部
３Ｂ フォトダイオード（ＰＤ、受光素子）
３０ フォトダイオードモジュール（ＰＤモジュール）
３１ フォトダイオードアレイ（受光素子アレイ）
３２ 受光レンズ
３３ 固定ミラー
３４ ＡＤ変換部
３５ マルチプレクサ
４０ 制御部
４１ 積算部
４２ 距離算出部
９０ レーザレーダカバー
９１ レーザレーダ筐体
ＣＲ 車両（移動体）
ＯＢＪ 対象物
ＳＡ 走査範囲

Claims (3)

1. 所定の間隔でレーザ光を投光する投光部と、
   複数の受光素子を有し、前記投光部が投光したレーザ光の反射光を受光し、該反射光の受光強度信号を出力する受光部と、
   少なくとも前記投光部からの投光を投光走査させる走査動作部と、
   前記受光部が前記所定の間隔で投光されたレーザ光に対応する反射光を受光し、出力する時系列の受光強度信号を、前記受光素子毎に積算する積算部と、
   前記積算部が行った積算に基づいて、前記受光素子毎に対象物までの距離を算出する距離算出部と、
   を備え、
   前記積算部は、一の前記受光素子が出力した一つの受光強度信号を積算した後他の前記受光素子が出力した一つの受光強度信号を積算する、
   走査式距離測定装置。
2. 前記複数の受光素子の出力から１つの前記受光素子の出力を選択するマルチプレクサをさらに備え、
   前記マルチプレクサは、一の前記受光素子の出力を選択した後他の前記受光素子の出力を選択することを特徴とする請求項１に記載の走査式距離測定装置。
3. 前記投光部は、前記複数の投光素子を一列に備える投光素子アレイを有し、
   前記受光部は、前記投光素子アレイの前記複数の投光素子と同じ方向に前記複数の受光素子が一列に並ぶ受光素子アレイを有し、
   前記走査動作部は、前記投光素子アレイにおいて前記複数の投光素子が並ぶ方向および前記受光素子アレイにおいて前記複数の受光素子が並ぶ方向と直交する方向に、前記投光部および前記受光部を走査動作させると共に、前記マルチプレクサは、前記受光素子アレイから一の前記受光素子を選択し、前記投光部は、前記マルチプレクサにより選択される前記受光素子が反射光を受光する前記投光素子にレーザ光を投光させることを特徴とする請求項２に記載の走査式距離測定装置。