JP6318663B2 - レーザレーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般的には、遠隔測定（探査）技術に関し、特には、いわゆるレーザ光を用いたレーダ（以下、レーザレーダと記載。）装置に関する。

なお、レーザレーダは、ライダー（ＬＩＤＡＲ：Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ＲａｎｇｉｎｇあるいはＬａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏn ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）と呼ばれる場合もあるが、以下ではレーザレーダの呼称を用いる。

一般的に、レーダ装置の用途では、被走査範囲をより高速に走査することが望まれている。

このような高速走査を行うためのデバイスとして、いわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いたデバイスが知られている。

例えば、レーザ光を用いて走査する場合に、走査に用いるレーザ光を偏向するためのミラーをＭＥＭＳ技術で形成し、ミラーの角度を共振動作により正弦波状に変動させる。

これにより、ミラーで反射する際のレーザ光の角度を高速で変化させることができるので、レーザ光を被走査範囲内において高速に走査させることができる。

ここで、等時間間隔にパルス状のレーザ（Ｐｕｌｓｅ Ｌａｓｅｒ）光を発生させ上記共振動作デバイスを利用してレーザ光を走査させる場合を想定すると、走査角度が時間に対して正弦波状に時間変化することになるため、角度に対する分解能に不均一性が発生する。

なお、レーザ光としてＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）光を発生し、レーダ装置の受信手段（図示しない）の測定（探査）タイミングを等時間間隔にする場合にも、同様な不均一性が発生する。

このような不均一性がある場合に角度に対する分解能を確保する方法としては、パルスレーザ光の場合に発光時間間隔を短くすることが考えられる。但し、レーザ光源として例えばファイバアンプ（Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を用いる方式では、発光時間間隔が短くなるに従いレーザ光のピークパワーが減少し、レーザレーダ装置として測定（探査）可能な距離が減少する。

また、上記正弦波状の角度変化に起因する不均一性を補正する別の方法として、光の入射角度に対し逆正弦特性を有する光学系を追加する方法が提案されている。（特許文献１）

特開２００８−１５１８８７号公報

しかし、レーザレーダ装置の実使用状態として、例えば図１に示すようにレーザレーダ装置１００を地面からある高さの位置に設置して斜め下方向に向け、レーザ光１０の走査角度を等速で変化させる場合を想定する。

図において、１０がレーザ光（の軌跡）、１００がレーザレーダ装置、黒丸が測定（探査）対象となる位置（以下、サンプリング点と記載。）を示す。

なお、図においては、８個のサンプリング点とそれらに対応する８つのレーザ光１０の場合を例として示している。

このような場合、角度に対する不均一性を補正しても、レーダ装置からサンプリング点までの距離に対する分解能に不均一性が発生するというという課題がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、正弦波状に角度変化をするデバイスを用いた場合に、距離に対する不均一性を緩和可能なレーザレーダ装置を提供することを目的とする。

本発明に係るレーザレーダ装置は、
レーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光を少なくとも第１の走査方向に偏向して出射する第１の偏向手段と、第１の偏向手段から出射されたレーザ光の一部を第１の走査方向において再偏向して出射する第２の偏向手段とを備え、第２の偏向手段から出射されたレーザ光および第１の偏向手段から出射され前記第２の偏向手段で再偏向されなかったレーザ光により被走査範囲を走査するレーザレーダ装置であって、
第１の走査方向はレーザレーダ装置の走査動作の際において地面と垂直な方向であり、
レーザ光源は、少なくとも第１の走査方向において平行光であるレーザ光を出射し、
第１の偏向手段は、レーザ光源から出射されたレーザ光の偏向角度を第１の走査方向において時間的に正弦波状に変化させ、
第２の偏向手段は、第１の偏向手段から出射されたレーザ光の一部であって第１の走査方向における偏向角度範囲のうち第１の範囲に含まれるレーザ光を、第１の範囲以外の範囲に対応する被走査範囲内に向けて再偏向することを特徴とする。

本発明のレーザレーダ装置によれば、第２の偏向手段によってレーザ光の一部を、前記一部以外のレーザ光に対応する被走査範囲内に向けて再偏向するようにしたので、距離に対する不均一性を緩和することができる。

従来のレーザレーダ装置における、走査角度が正弦波状に変化する場合のサンプリング点の分布の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１における、レーザレーダ装置の送信系の内部構成の概要を示す図である。 従来技術と本発明の実施の形態１における、走査角度の時間変化を示す図である。 従来技術と本発明の実施の形態１との比較における、レーザレーダ装置の評価条件を示す図である。 従来技術と本発明の実施の形態１との比較における、レーザレーダ装置の評価結果である、サンプリング点までの距離の時間変化を示す図である。 従来技術と本発明の実施の形態１との比較における、サンプリング密度関数の距離に対する依存性を示す図である。 従来技術と本発明の実施の形態１のサンプリング密度関数の比を示す図である。 本発明の実施の形態２における、レーザレーダ装置の送信系の内部構成の概要を示す図である。 本発明の実施の形態３における、レーザレーダ装置の送信系の内部構成の概要を示す図である。 本発明の実施の形態４における、レーザレーダ装置の内部構成の概要を示す図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図を用いて説明する。

なお、以下の各実施の形態の図においては、同一ないしは同様なものについては同一ないしは同様の番号を付け、各実施の形態の説明においてその説明を一部省略する場合がある。

また、図の各要素は、本発明を説明するために便宜的に分割したものであり、その実装形態は図の構成、分割、名称等に限定されない。また、分割の仕方自体も図に示した分割に限定されない。

また、図中および以下の説明の記載における「・・手段」は、例えば「・・機能単位」、「・・回路」、「・・デバイス」、「・・装置」、「・・処理」、「・・ステップ」と置換えてもよい。

実施の形態１.

以下に、本発明の各実施の形態１について図２ないし図７を用いて説明する。

なお、一般性を損なわないで本発明を分かりやすくするために、以下の説明においては、上記図１に示したように特定の１つの走査方向（以下、第１の走査方向と記載。）に関する動作および構成について説明する。

但し、上記の場合に限定されるものではなく、他の走査方向、例えば第１の走査方向と垂直な方向を第２の走査方向とする構成および動作としてもよい。または、第１の走査方向のほかに走査方向を有する構成および動作としてもよい。

図２は、本発明の実施の形態１における、レーザレーダ装置の送信系の内部構成の概要を示す図である。

図において、１はレーザ光源、２はレーザ発光手段、３はコリメート（Ｃｏｌｌｉｍｎａｔｅ）手段、４は第１の偏向手段、５は第２の偏向手段、６は制御手段、１０はレーザ光、２０はレーザ光（平行光）、２００はレーザレーダ装置、矢印は光の進行方向、円弧状の矢印は第１の偏向手段の偏向角度の変化、丸数字の１ないし４は偏向角度の異なるレーザ光（平行光）２０の例、を示す。

なお、図中の要素の一部を含まない光学系を各種定義することが可能であり、例えば、レーザ発光手段を含めないようにして、狭義の光学系を定義することができる。

また、図示しない要素を含む広義の光学系およびレーザレーダ装置を各種定義することも可能であり、例えば（１）電源、（２）入出力インターフェース、（３）後述する受信手段、を含むことが可能である。

レーザ光源１は、平行光のレーザ光２０を出射する。

また、レーザ光源１は、レーザ発光手段１０およびコリメート手段２を備える。

レーザ光（平行光）２０は、少なくとも第１の走査方向についてみた場合に平行光となっているものとする。

レーザ発光手段２は、レーザ光１０を発する。

レーザ発光手段２の実装としては、従来および新規な各種のレーザ装置が適用可能であり、例えば（１）半導体レーザ、（２）ファイバアンプ方式のレーザ、が適用可能である。

コリメート手段３は、レーザ発光手段２から出射されたレーザ光１０を、少なくとも第１の走査方向について平行光にして出射する。

コリメート手段３の実装としては、各種手段が適用可能であり、例えばいわゆる光学レンズが適用可能である。

第１の偏向手段４は、レーザ発光手段２から出射されたレーザ光（平行光）２０を、少なくとも第１の走査方向において偏向する。

また、第１の偏向手段４は、共振動作により、レーザ光（平行光）２０の偏向角度を周期的に変化させる。

共振動作制御および角度変更制御に関する制御方法の実装は、各種方法が適用可能であり、例えば（１）第１の偏向手段４自体に制御機能を備えるようにする方法、（２）制御手段６からの制御信号に基づいて動作を制御する方法、などが適用可能である。

また、上記（２）の場合に、例えば（２−１）制御手段６からの一方向性の制御、（２−２）第１の偏向手段４の制御機能と制御手段６との間の双方向の制御、などが適用可能である。

第１の偏向手段４の実装としては、例えば（１）上記ＭＥＭＳ技術により作成された反射ミラー（以下、ＭＥＭＳミラーと記載。）、（２）共振動作を用いた他の方式のミラー、を適用可能である。

本実施の形態においては、一般性を損なわずに説明をわかりやすくするため、第１の偏向手段４としてＭＥＭＳミラーを用い、ＭＥＭＳミラーの角度、即ち偏向角度、が走査角度範囲の中心の角度、または共振していない時の角度、を中心に、正弦波状に対称的に増減するものとして説明する。

第２の偏向手段５は、第１の偏向手段４で偏向されたレーザ光（平行光）２０の一部について、再度第１の走査方向について偏向する。

即ち、第２の偏向手段５は、第１の偏向手段から出射されたレーザ光（平行光）２０の一部であって第１の走査方向における偏向角度範囲のうち第１の範囲に含まれるレーザ光を、第１の範囲以外の範囲に対応する被走査範囲内に向けて再偏向する。

本実施の形態には、第２の偏向手段５の例として、平らな反射面を有するミラー５を用いている。

ミラー５の反射面の実装形態としては、従来および新規な各種材料および構造を適用でき、例えば（１）金およびアルミにより例示される金属の膜、（２）誘電体の多層膜、を適用可能である。

図２においては、ミラー５は、反射面が、走査角度範囲の中心の角度（または、共振していない時の角度）と略平行になるよう配置されている場合の例となっている。

従って、第１の偏向手段（ＭＥＭＳミラー）４から出射されたレーザ光（平行光）２０のうち、第１の偏向手段（ＭＥＭＳミラー）４の第１の走査方向における偏向角度範囲の半分の範囲に含まれるレーザ光を、再偏向する。

制御手段６は、図においては独立したブロックで示しているが、各種信号線（図示しない）などにより、レーザレーダ装置２００の各部に対し必要な制御をする。

なお、制御手段６の実装としては、各種実装形態が可能であり、同一または別々のハードウェアまたはソフトウェア、またはそれらの組合せ、が適用可能である。

次に、レーザレーダ装置２００の送信系の動作原理について説明する。

動作原理をわかりやすくするために、以下の説明では、第１の偏向手段（ＭＥＭＳミラー）４における偏光角度の変化は理想的な正弦波状の変化をし、また、偏向角度が０度を基準として図２の上側へ偏向する場合を正の角度として、負の角度範囲を第１の範囲、正の角度範囲を第２の範囲として偏向する場合について説明する。

図３は、従来技術と本発明の実施の形態１における、走査角度の時間変化を示す図である。

図において、横軸は時間（ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｕｎｉｔ：任意単位）、縦軸は最大角度を１として規格化した走査角度、実線は第２の偏向手段（ＭＥＭＳミラー）５がある場合、点線は第２の偏向手段（ミラー）５がない場合、丸数字は図２の丸数字と対応する偏向角度の異なるレーザ（平行光）光２０、を示す。

レーザ光源１から出射されたレーザ光（平行光）２０は、第１の偏向手段（ＭＥＭＳミラー）４の角度に応じて、例えば丸数字の１乃至４で示す４つの走査方向に偏向されて、レーザレーダ装置２００から出射される。

丸数字１の場合、レーザ光（平行光）２０は、第２の範囲のうち最大走査角度の場合に対応し、第２の偏向手段（ミラー）５による再偏向を受けずにレーザレーダ装置２００から出射される。

丸数字２の場合、第２の範囲内であり偏向角度の絶対値は小さいが、上記数字の１と同様であり、レーザ光（平行光）２０は第２の偏向手段（ミラー）５による再偏向を受けずにレーザレーダ装置２００から出射される。

丸数字３の場合、偏向角度の絶対値は小さいが、第１の範囲、即ち負の偏向角度、で第１の偏向手段４から出射される。さらに、第２の偏向手段（ミラー）５により再偏向されて、レーザレーダ装置２００から出射される。

この場合、レーザ光（平行光）２０が第２の偏向手段（ミラー）５により反射される位置は、第１の偏向手段（ＭＥＭＳミラー）４から遠い位置となる。

丸数字４の場合、第１の範囲内であり負の最大偏向角度に近い角度の場合に対応し、上記丸数字３の場合と同様に、第２の偏向手段（ミラー）５により再偏向されてレーザレーダ装置２００から出射される。

従って、丸数字１および２を含む正の角度範囲（第２の範囲）においては、第２の偏向手段（ミラー）５がある場合とない場合とで角度変化が一致し、丸数字３および４を含む負の角度範囲（第１の範囲）においては、第２の偏向手段（ミラー）５がある場合に、正の角度範囲（第２の範囲）側に折り返されているのがわかる。

従って、図３において、第２の偏向手段（ミラー）５により、第１の偏向手段（ＭＥＭＳミラー）４から出射されたレーザ光の一部であって第１の走査方向における偏向角度範囲のうち第１の範囲に含まれるレーザ光が、第２の範囲内に向けて再偏向される。

図４は、従来技術と本発明の実施の形態１との比較における、レーザレーダ装置の評価条件を示す図である。

図４は、図１と同様に、レーザレーダ装置の実使用状態としてレーザレーダ装置１００をある高さに設置し斜め下方向に向け、レーザ光を走査させる場合となっている。

図において、２０はレーザ光（平行光）、２００はレーザレーダ装置、ｈはレーザレーダ装置の基準点（例えばレーザレーダ装置２００の出射口の位置。）の設置高さ、θｇはレーザレーダ装置２００走査角度範囲の２分の１の範囲、θＦはレーザレーダ装置２００の俯角、Ｌはレーザレーダ装置２００の基準点から被走査対象の位置（サンプリング点：図中では地面上の一点。）までの距離、を示す。

なお、図においては、走査角度範囲の両端の角度に対応する２つのレーザ光（平行光）２０を示しているが、必要なサンプリング点の数に対応して走査範囲内で異なった角度で出射される。

また、図４においては、図３の実線で示した角度変化範囲のうち走査角度がゼロに近い領域が近距離を走査し、走査角度が大きい領域が遠距離を走査するように、レーザレーダ装置２００を設置ないしは設定して使用する場合を想定している。

また、本比較では、同じ走査角度範囲を走査するものとして比較する。

表１に、比較条件の値を示す。

ここで、ωは偏向角度の時間変化の周期を表す角周波数である。

図５は、従来技術と本発明の実施の形態１との比較における、レーザレーダ装置の評価結果である、サンプリング点までの距離の時間変化を示す図である。

図において、点線が第２の偏向手段（ミラー）５がない場合、実線が第２の偏向手段（ミラー）５がある場合を示す。

第２の偏向手段（ミラー）５がない場合とある場合とにおける距離Ｌの時間変化は、以下のように表わされる。

サンプリング点の間隔は、地面における走査速度の逆数に比例するので、サンプリング点の間隔を示す指標として、サンプリング密度関数ｆ（Ｌ）を以下のように定義する。

ここでＶ_Ｌは走査速度である。

第２の偏向手段（ミラー）５がない場合とある場合とにおけるサンプリング密度関数ｆ(Ｌ)は、以下のように表わされる。

図６は、従来技術と本発明の実施の形態１との比較における、サンプリング密度関数の距離に対する依存性を示す図である。

図７は、従来技術と本発明の実施の形態１のサンプリング密度関数の比を示す図である。
図において、点線が第２の偏向手段（ミラー）５がない場合、実線が第２の偏向手段（ミラー）５がある場合を示す。

また、比は、ミラーがある場合（図６の実線）をミラーがない場合（図６の点線）で割った比を示す。

図６および図７から、本発明により、近距離側におけるサンプリングの密度が小さくなり、遠距離側におけるサンプリング密度が大きくなっており、従って、距離に対する不均一性が緩和されていることがわかる。

例えば、図６より、遠距離側においてサンプリング密度が１．４倍程度改善され、従って、距離に対する不均一性が緩和されていることがわかる。

以上のように、本実施の形態のレーザレーダ装置によれば、距離に対する不均一性を緩和することができる。

また、特許文献１に記載の逆正弦波特性の光学系のような、レーザ光のビーム幅を拡げる効果のある光学系、を用いていないので、第１の走査方向において平行光のままでレーザ光２０がレーザレーザ装置から出射される。

これにより、図１および図４に示すようにレーザレーダ装置をある高さに設置し斜め下方向に向け、レーザ光を走査させる場合に、距離測定、特に遠方の距離測定、において、レーザ光２０のビーム幅が拡がることにより分解能が劣化することを抑制することができる。

また、ファイバアンプを用いたパルスレーザをレーザ光源として使用する場合、パルス発振周波数を高くするとレーザ光のピークパワーが減少するというトレードオフが存在し測定可能距離が減少する課題があるが、本実施の形態のレーザレーダ装置によれば、上記不均一性の緩和により発振周波数を低くでき、従ってレーザ光のピークパワーを増加することができる。
レーザレーダ装置としての測定可能距離はピークパワーの平方根に比例するので、最大測定距離を延伸することができる。図４ないし図７に示す場合では、最大測定距離を１．１８倍に延伸することができる。

実施の形態２.

以下に、本発明の各実施の形態２について図８および図９を用いて説明する。

なお、上記実施の形態１の図２の構成と同一または同様な構成要素については、その説明を省略する場合がある。

図８は、本発明の実施の形態２における、レーザレーダ装置の送信系の内部構成の概要を示す図である。

図において、７はプリズム、８はプリズムの一面に形成された反射面、を示す。

上記実施の形態１の図２と主に異なる点は、第２の偏向手段５が、反射面８を有する光学プリズム７に置き換わっている点である。

プリズム７は、少なくとも第１の走査方向における断面形状が三角形となっている。

また、プリズム７は、入射したレーザ光（平行光）２０の進行方向を、反射面８に向かうように入射面において屈折させる。

反射面８は、プリズム７に入射したレーザ光（平行光）２０を反射する。

また、プリズム７は、反射面８で反射したレーザ光（平行光）２０の進行方向を再度屈折により変更して、出射する。
プリズム７の実装としては、例えば、ＢＫ_７で例示される透過率の高い材質で形成した光学プリズムが適用可能である。

図８は、第１の偏向手段４から出射された前記レーザ光（平行光）２０の一部が入射する入射面と、反射面８と、のなす角度が、反射面８で反射したレーザ光が出射する出射面と、反射面８と、のなす角度に等しくなるように、プリズム７を構成する場合の例を示している。
なお、必ずしも上記両角度が等しくなるように構成する必要はなく、上記の場合に限定されない。

また、反射面８の実装としては、プリズム７自体に反射面を設けても、プリズム７とは別に反射面８用の構造を形成してもよい。

プリズム７とは別に反射面８を形成する場合、例えば上記実施の形態１のミラー５と同様に、従来および新規な各種材料および構造を適用でき、例えば（１）金、アルミといった金属膜、（２）誘電体の多層膜、を適用可能である。

レーザレーダ装置２００のその他の構成要素の構成および動作は、上記実施の形態１と同様である。

レーザレーダ装置２００の動作は、プリズム７における屈折を除けば上記実施の形態１と同様に考えることができるので、以下では詳細な動作説明は省略する。

以上のように、本実施の形態のレーザレーダ装置によれば、上位機実施の形態１と同様に、距離に対する不均一性を緩和したレーザレーダ装置を提供することができる。

また、本実施の形態のレーザレーダ装置では、プリズム７の入射面と反射面８とのなす角度が、反射面８で反射したレーザ光が出射する出射面と反射面８とのなす角度に等しくなるように、構成しているので、上記実施の形態１と同様な走査特性を得ることができる。
また、プリズム７により、レーザ光（平行光）２０の反射面８への入射角度を大きくすることができるので、実施の形態１のミラー５の場合に比べて第２の偏向手段の大きさを小さくすることができ、従って送信系全体およびレーザレーダ装置の大きさを小さくすることができる

なお、プリズム７の入射面および出射面には、ＡＲ（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コートをしてもよく、表面反射によるレーザ光の損失を低減することができる。

また、本発明の実施の形態おいては、プリズム７の断面形状が、走査方向において三角形となっているが、例えば図９に示すように台形となっていてもよく、図８に示した三角形の断面形状に限定されない。

実施の形態３.

以下に、本発明の各実施の形態３について、図１０を用いて説明する。

なお、上記実施の形態１の図２および上記実施の形態２の図８の構成と同一または同様な要素については、その説明を省略する場合がある。

図１０は、本発明の実施の形態４における、レーザレーダ装置の内部構成の概要を示す図である。

上記実施の形態１と主に異なる点は、送信系においてレーザ光を変調するための構成要素、および受信系の構成要素が追加されている点である。

図において、３０はレーザ光（変調光）、４０は反射光、９１は発振手段、９２は変調信号、９３は変調手段、９４は集光手段、９５は受信手段、９６は距離信号および強度信号の少なくとも一方、９７は信号処理手段、９８は偏向角度信号または操作角度信号、を示す。

なお、上記各実施の形態の送信系と同様に、受信系においても狭義または広義の受信系を定義することができる。
また、図において、発振器９１および変調器９３を変調手段と、発振器９１、集光手段９４および受信手段９５を広義の受信手段、として定義してもよい。

発振手段９１は、レーザ発光手段からのレーザ光１０を変調するための変調信号９２を、変調手段９３および９受信手段９５に出力する。

発振手段９１の実装としては、従来および新規な各種信号発生器および信号発生回路を適用可能である。

変調信号９２としては、各種の信号を適用可能であり、例えば受信系にける（１）測定タイミング検出用の信号、（２）反射光の位相検出用の信号、（３）被走査対象物との間の光の伝搬における伝搬歪を補正するための信号、（３）それらの組合せを適用することができる。

変調手段９３は、発振手段９１からの変調信号９２に従って、レーザ発光手段１０が発したレーザ光１０を変調する。

変調手段９３の実装としては、従来および新規な各種光変調器を適用可能であり、例えば変調信号に電気信号を用いる場合、電気光学効果を用いた変調器を適用することができる。

また、変調の対象としては、従来および新規な各種変調対象に適用可能であり、例えばレーザ光１０の（１）強度、（３）位相、（３）偏波面、（４）それらの組合せ、に対して変調を適用することができる。

集光手段９４は、受光した反射光４０を集光する。

集光手段９４の実装としては、いわゆる各種光学レンズが適用可能である。

受信手段９５は、集光手段９４により集光された反射光４０を受光し、反射光４０をもとに、被走査対象との間の距離の情報を表す距離信号９６を生成する。

また、受信手段９５は、生成した距離信号９６を信号処理手段９７に出力する。

なお、受光した反射光４０に関する距離の情報を含んでいればよく、各種の信号の種類および形式が適用可能であり、例えば（１）反射光の強度信号を距離信号の代わりに出力する、（２）強度信号および距離信号を出力する、（３）その他の信号と合せて出力する、が適用できる。

信号処理手段９７は、受信手段９５からの距離信号９６と、第１の偏向手段４の偏光角度または走査角度の情報を含む信号である偏向角度信号または走査角度信号９８と、を入力する。

また、信号処理手段９７は、各種の情報処理、例えば、強度信号、距離信号、偏向角度信号または走査角度信号を用いて2次元分布画像を生成、を行う。

偏向角度信号または走査角度信号９８の生成手段の実装としては、各種の生成手段および入手方法が適用可能であり、例えば（１）第１の偏向手段４に偏光角度を検出する検出機能を持たせる、（２）第１の偏向手段４の偏光角度を別途検出する検出器を設ける、（３）偏向角度を検出して走査角度に変換する検出器を設ける、（４）第１の偏向手段４の偏光角度を制御する制御手段６から制御信号を得る、ことできる。

本実施の形態の図１０は、上記（１）または（２）の場合の構成および動作を想定した例となっている。

制御手段６は、変調手段および受信系を含め、レーザレーダ装置２００の各種構成要素の動作を制御する。

次に、レーザレーダ装置２００の動作原理を説明する。

レーザ発光手段２が発したレーザ光１０は、変調手段９３に向けて出射される。

変調手段９３は、発振手段９１からの変調信号９２に基づいて、レーザ光１０を変調する。

コリメート手段３は、変調手段９３からの変調されたレーザ光３０を、平行光にする。

第１の偏向手段４は、コリメート手段３からのレーザ光（平行光）２０を偏向する。
第２の偏向手段５は、第１の偏向手段４で偏向されたレーザ光（平行光）２０の一部を偏向する。

なお、本実施の形態におけるレーザ光（平行光）２０は、上記各実施に形態のレーザ光（平行光）２０と異なり、変調後のレーザ光である。

第１の偏向手段４および第２の偏向手段５で偏向されたレーザ光（平行光）２０は、そのままレーザレーダ装置２００から出射される。
出射されたレーザ光（平行光）２０は、走査範囲内にある被走査対象、例えば図１および図４に示す地面、によって反射され、その一部が反射光４０となってレーザレーダ装置２００の集光手段９４に到達する。

集光手段９４は、入射した反射光４０を、受信手段９５の受光部（図示しない）に向けて集光させる。

受信手段９５は、例えば、受光した反射光４０を電気信号（図示しない）に変換し、さらに電気信号を曲亭タイミングに従ってサンプリングし、発振手段９１からの変調信号９２と上記電気信号とをもとに信号処理を行って、サンプリングしたタイミングにおける被走査対象との間の距離の情報を有する距離信号９６を生成する。

なお、電気信号への変換処理とサンプリング処理とは、順序が逆であってもよく、レーザレーダ装置２００の実装形態に依存する。

また、受信手段９５は、受光した反射光の強度を示す強度信号を生成し、距離信号とともに信号処理手段９７に出力する。

信号処理手段９７は、第１の偏向手段４（ＭＥＭＳミラー）４の偏向角度情報、または偏向角度に対応した走査角度情報、と、距離情報とをもとに各種の情報処理、例えば2次元の距離分布画像および強度分布画像の生成、をする。

以上のように、本実施の形態のレーザレーダ装置２によれば、上記実施の形態１と同様な効果を奏する。

なお、本発明の実施の形態おいては、送信系の構成に上記実施の形態１の図２に示した構成を用いているが、上記実施の形態２の図８または図９に示した構成を適用してもよく、図１０の構成に限定されない。

また、本発明の実施の形態おいては、レーザ発光手段２と変調手段９３とが分離している構成、いわゆる外部変調方式、となっているが、変調されたレーザ光を出射できればよく、例えば（１）一体的な構成、（２）レーザ発光手段２において直接的に変調を行う、いわゆる直接変調方式の構成、としてもよく図の構成に限定されない。

また、本発明の実施の形態おいては、集光手段９４として、１個の光学レンズを用いているが、複数のレンズを有する光学系により集光できればよく、レンズの個数および形状は図の構成に限定されない。

なお、上記各実施の形態では、第１の偏向手段および第２の偏向手段で偏向されたレーザ光２０が直接レーザレーダ装置の装置２００から外部へ出射されており、従って第１の偏向手段４における偏向角度とレーザレーダ装置２００としての走査角度とが一致している場合となっているが、前記第１の偏向手段から出射されたレーザ光の一部であって前記第１の走査方向における偏向角度範囲のうち第１の範囲に含まれるレーザ光を、第２の偏向手段によって第１の範囲以外の範囲に対応する被走査範囲内に向けて再偏向されればよく、上記両角度または角度範囲が必ずしも一致しなくてもよい。

例えば、第２の偏向手段５で再偏向されたレーザ光（平行光）２０の全てが、第１の範囲以外の範囲に対応する被走査範囲内に向けて再偏向される必要はなく、例えば設計上の余裕をもたせて広めの範囲に再偏向するなど、上記各実施の形態および動作に限定されない。

また、上記各実施の形態では、第１の範囲と第１の範囲以外の範囲とで偏向角度範囲を半分ずつとし、両範囲に対応する走査角度および範囲が重なる場合について説明したが、距離に対する不均一が緩和されればよく、必ずしも同一である必要はない。

また、上記各実施の形態では、第１の偏向手段４における偏向角度および走査角度が理想的な正弦波状の時間変化をする場合について説明したが、必ずしも理想的な時間変化形状である必要はなく、上記各実施の形態に限定されない。

また、上記各実施の形態では、第２の偏向手段５として、再偏向のための反射面を有するミラーおよびプリズムのいずれか１方を用いた場合について説明したが、例えば走査角度範囲を３つ以上の範囲に分割し各々で再偏向の仕方を異なるようにしてもよく、上記各実施の形態および動作に限定されない。

また、上記各実施の形態では、送信系でパルス状のレーザ光を出射することにより測定タイミングを決定する場合を想定して説明しているが、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ）光を出射するようにしてもよく、上記各実施の形態および動作に限定されない。

この場合、図１０に示すような受信系において、被走査対象物において反射された光を受信してサンプリングすることにより、レーザレーダ装置として同様な測定結果を得ることができる。

また、上記各実施の形態では、第１の範囲を偏向角度範囲（走査角度範囲）の半分の範囲とし固定的に用いているが、（１）第１の範囲と第１の範囲以外の範囲との境界の角度を角度範囲の中心の角度とは異なる角度にする、（２）第１の範囲を時間的に変更する、（３）第１の範囲を使用状態に応じて設定可能とする、など上記各実施の形態および動作に限定されない。

また、上記各実施の形態における装置の構成、機能および処理の分割のしかたは一例であり、装置の実装においては、同一または別々のハードウェアまたはソフトウェアまたはそれらの組合せとしてもよく、図に示す分割の仕方に限定されない。また、等価な機能を実現できればよく各実施の形態に限定されない。

また、図の各部の間を結ぶ矢印によって運ばれる信号、データ、情報の内容は、分割のしかたによってその属性が変わることがあり、その場合、矢印によって運ばれる信号、データ、情報が、明示的に実装される情報か黙示的に実装される情報か、また、明示的に規定される情報か否か、といった属性が異なってもよい。

また、上記各実施の形態における各種処理または動作は、（１）実質的に等価（または相当する）処理（または動作）に変形して実装する、（２）実質的に等価な複数の処理に分割して実装する、（３）複数のブロックに共通する処理はそれらを含むブロックの処理として実装する、（４）あるブロックがまとめて実装する、など本発明の課題及び効果の範囲で各種変形が可能である。

また、上記各実施の形態における各種選択肢および変形例を、他の実施の形態に適用し、新たな実施の形態とすることができる。

１ レーザ光源、２レーザ発光手段、３ コリメート（Ｃｏｌｌｉｍｎａｔｅ）手段、４ 第１の偏向手段、５ 第２の偏向手段、６ 制御手段、７ プリズム、８ 反射面、１０レーザ光、２０レーザ光（平行光）、３０ レーザ光（変調光）、４０ 反射光、９１ 発振手段、９２ 変調信号、９３ 変調手段、９４ 集光手段、９５ 受信手段、９６ 距離信号および強度信号の少なくとも一方、９７ 信号処理手段、９８ 偏向角度信号または操作角度信号、１００および２００ レーザレーダ装置

Claims (8)

1. レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を少なくとも第１の走査方向に偏向して出射する第１の偏向手段と、前記第１の偏向手段から出射されたレーザ光の一部を前記第１の走査方向において再偏向して出射する第２の偏向手段とを備え、前記第２の偏向手段から出射されたレーザ光、および前記第１の偏向手段から出射され前記第２の偏向手段で再偏向されなかったレーザ光、により被走査範囲を走査するレーザレーダ装置であって、
   前記第１の走査方向は、前記レーザレーダ装置の走査動作の際において地面と垂直な方向であり、
   前記レーザ光源は、前記少なくとも第１の走査方向において平行光である前記レーザ光を出射し、
   前記第１の偏向手段は、前記レーザ光源から出射されたレーザ光の偏向角度を前記第１の走査方向において時間的に正弦波状に変化させ、
   前記第２の偏向手段は、前記第１の偏向手段から出射されたレーザ光の一部であって前記第１の走査方向における偏向角度範囲のうち第１の範囲に含まれるレーザ光を、前記第１の範囲以外の範囲に対応する被走査範囲内に向けて再偏向する、
   レーザレーダ装置。
   
2. 前記第２の偏向手段は、
   前記再偏向のための反射面を有するミラーおよびプリズムのいずれか１方を少なくとも有する
   請求項１に記載のレーザレーダ装置。
3. 前記ミラーは、前記偏向角度範囲の中央の角度で前記第１の偏向手段から出射されるレーザ光の出射方向、に対して平行に配置された反射面を有する
   請求項２に記載のレーザレーダ装置。
4. 前記プリズムは、前記第１の走査方向における断面形状が三角形または台形であり、前記第１の偏向手段から出射された前記レーザ光の前記一部が入射する入射面と前記反射面とのなす角度が、前記反射面で反射したレーザ光が出射する出射面と前記反射面とのなす角度、に等しい
   請求項２に記載のレーザレーダ装置。
5. 前記第１の範囲は、前記第１の走査方向における前記偏向角度範囲の両端の偏向角度のうちいずれか一方を含む範囲である、
   請求項１または請求項２に記載のレーザレーダ装置。
6. 前記レーザ光源は、
   レーザ光を発するレーザ発光手段と、
   前記レーザ発光手段が発した前記レーザ光を前記少なくとも第１の走査方向において平行光にして出射するコリメート手段と、
   を備える
   請求項１に記載のレーザレーダ装置。
7. 前記第１および第２の偏向手段から出射され前記被走査範囲内の走査対象物において反射されたレーザ光を受光し、前記受光した光をもとに前記走査対象物との間の距離の情報を生成する受信手段、
   をさらに備える
   請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のレーザレーダ装置。
8. 前記受信手段は、前記第１の範囲における前記少なくとも第１の走査方向の被走査範囲と前記第１の範囲以外の範囲における前記少なくとも第１の走査方向の被走査範囲とが等しい場合に、前記第１の範囲と前記第１の範囲以外の範囲とにおいて、前記受光した光をサンプリングする際のレーザ光の偏向角度が異なるようサンプリングのタイミングを設定する
   請求項７に記載のレーザレーダ装置。

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