JPH10197635A - レーザー測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 雪や雨等の悪環境によって距離検出性能が低
下した場合には、感度を向上させて距離検出性能を維持
させる。 【解決手段】 投光部２４から出射されたレーザーパル
スＬは光走査部２５によって走査される。対象物で反射
して戻ってきたレーザーパルスＬは受光素子２９で受光
され、受光回路３０で増幅された受光信号ｂは積分器３
３で積分される。一定パルス数の受光信号ｂが積分され
ると、ゲート回路３４が開いて積分値ｆが出力され、し
きい値判定部３５でしきい値Ｖthと比較される。積分値
ｆがしきい値Ｖthよりも大きい場合には、検出信号ｃが
出力され、距離算出部３６で距離が演算される。雪や雨
などで計測環境が悪化すると、環境条件検出部３７で検
出され、光走査部２５による走査速度を遅くすると共
に、それに対応するようにゲート回路３４を開く周期を
長くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザー測距装置
（レーザーレーダ）に関する。

【０００２】

【背景技術】パルスエコー方式のレーザー測距装置で
は、レーザー測距装置からレーザーパルスを出射し、対
象物で反射して戻ってくるレーザーパルスを受光し、発
光から受光までの遅延時間から対象物までの距離を演算
する。しかし、雨や雪、窓汚れなどの悪い環境条件下で
は、レーザーパルスの受光レベルが低下するため、測距
不能になることがある。

【０００３】そこで、受光部におけるしきい値を変化さ
せることにより、悪環境下でも測距可能にしたレーザー
測距装置が提案されている。このようなレーザー測距装
置を図１に示す。このレーザー測距装置１は、半導体レ
ーザー素子（ＬＤ）２及び半導体レーザー素子駆動回路
（ＬＤ駆動回路）３からなる投光部４、光走査部（スキ
ャナ）５、フォトダイオード（ＰＤ）のような受光素子
６と受光回路７からなる受光部８、しきい値判定部９、
距離算出部１０、タイミング生成部１１および環境条件
検出部１２から構成されている。

【０００４】しかして、タイミング生成部１１から半導
体レーザー素子駆動回路３へ発光タイミング信号ａが出
力されると、半導体レーザー素子駆動回路３は半導体レ
ーザー素子２をパルス発光させ、半導体レーザー素子２
から出射されたレーザーパルスＬは光走査部５で左右に
走査される。対象物で反射したレーザーパルスＬが受光
素子６で受光されると受光素子６からは受光信号ｂが出
力され、受光回路７で増幅される。この増幅された受光
信号ｂは、図２の区間Ａ１に示すように、しきい値判定
部９で所定のしきい値Ｖth0と比較され、受光信号ｂが
しきい値Ｖth0よりも大きいと距離算出部１０へ検出信
号ｃが出力される。一方、タイミング生成部１１から距
離算出部１０へも発光タイミング信号ａが出力されてお
り、距離算出部１０は、レーザーパルスＬの発光から受
光までの遅延時間を計測し遅延時間から対象物までの距
離を算出して出力する。

【０００５】また、環境条件検出部１２は、雪、雨、レ
ーザー測距装置１の窓の汚れ、レーザー測距装置１の前
方の車両の窓の汚れなどの悪環境を監視しており、環境
条件検出部１２が環境条件が悪化していると判断する
と、しきい値判定部９へ環境条件の悪化を知らせる信号
ｄを出力する。この信号ｄを受信すると、しきい値判定
部９はしきい値を小さくすることによって感度を向上さ
せる。すなわち、図２の区間Ａ２のように、悪環境によ
って受光信号ｂが小さくなった場合には、受光信号ｂを
しきい値Ｖth0と比較したのでは、検出信号ｃが出力さ
れず、対象物までの距離を算出できないが、悪環境を検
出するとしきい値をＶth1に小さくすることによって感
度を高くし、検出信号ｃを距離算出部１０へ出力させ、
対象物までの距離を求めることができるようにする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなレーザー
測距装置にあっては、悪環境下でも対象物までの距離を
求めることができる。しかし、さらに悪環境になった場
合には、それ以上検出性能を改善することができなかっ
た。つまり、しきい値をさらに小さくすると、外来雑音
や受光回路の熱雑音等によっても検出信号を出力するの
で、かえって検出性能を悪くする結果となる。

【０００７】本発明は叙上の背景技術に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、環境条件の悪化
によって距離の検出性能が低下した場合でも、環境条件
の悪化を検出してより一層感度を向上させ、安定した距
離検出性能を得ることができるレーザー測距装置を提供
することにある。

【０００８】

【発明の開示】本発明のレーザー測距装置は、レーザー
光を出射する投光部と、投光部から出射されたレーザー
光を走査させる光走査部と、対象物で反射されたレーザ
ー光を受光することによって対象物までの距離を検出す
る受光部と、環境条件を検出する手段とを備え、前記環
境条件検出手段によって検出された環境条件に応じて、
前記受光部におけるレーザー光の検出時間を変更するこ
とを特徴としている。

【０００９】特に、前記受光部は、受光量に応じて出力
される受光信号を所定の検出時間の間積分し、この積分
値を所定のしきい値と比較することによってレーザー光
を検出するものである。

【００１０】ここで、受光部におけるレーザー光の検出
時間を変更するには、前記光走査部によるレーザー光の
走査速度を変化させればよい。あるいは、前記投光部に
おける発光周期を変化させてもよい。

【００１１】このようなレーザー測距装置にあっては、
環境条件に応じて検出時間を変更しているので、レーザ
ー測距装置の計測環境条件が悪くなった場合でも、検出
時間を長くすることによって計測感度を向上させること
ができ、対象物までの距離の計測性能を高くすることが
できる。

【００１２】しかも、環境条件に応じて検出時間を変更
する方法によれば、従来例のように外来雑音や熱雑音に
よる制約もなく、環境条件が非常に悪くなった場合にも
検出性能を高くすることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）図３は本発明の一実施形態によるレ
ーザー測距装置２１の構成を示す概略ブロック図であ
る。このレーザー測距装置２１は、半導体レーザー素子
２２及び半導体レーザー素子２２を駆動する半導体レー
ザー素子駆動回路２３からなる投光部２４と、半導体レ
ーザー素子２２から出射されたレーザーパルスＬを検知
領域で走査させる光走査部（スキャナ）２５と、発光タ
イミング信号ａを生成するタイミング生成部２８とを備
えている。半導体レーザー素子駆動回路２３は、タイミ
ング生成部２８から一定周期毎に出力される発光タイミ
ング信号ａと同期して半導体レーザー素子２２をパルス
発光させる。光走査部２５は、レーザーパルスＬを反射
させるためのミラー２６とミラー２６を回転させるミラ
ー駆動部２７とからなり、例えば、サーボモータで回転
するポリゴンミラーや圧電振動子で回転振動するミラー
付きの振動板などで構成されている。半導体レーザー素
子２２から出射されたレーザーパルスＬは、光走査部２
５のミラー２６で反射され、所定の検知領域を走査され
る。

【００１４】ここで、レーザー測距装置２１における通
常の状態での投光動作を図４により具体的に説明する。
半導体レーザー素子２２は、タイミング生成部２８及び
半導体レーザー素子駆動回路２３により２μsec毎に発
光している。一方、光走査部２５は、２００mradの測定
レンジにわたって５０msecの周期でレーザーパルスＬを
走査する。レーザーパルスＬは２５μsec毎に発光して
いるので、この１走査の５０msecの間に半導体レーザー
素子２２は２０００回発光し、２０００パルスの距離測
定が実行される。この１走査内における２０００パルス
のうち、２０１〜１８００番までの１６００パルスは距
離計測に使用され、端点エリア（１〜２００番パルスお
よび１８０１〜２０００番パルス）では距離計測は行な
われない。距離計測に使用される１６００パルス（２０
１〜１８００番パルス）は２０パルス毎の８０領域に分
割される。

【００１５】なお、詳細は省略するが、端点エリアは、
走査方向検出装置によりレーザーパルスＬの走査方向
（光出射方向）を検出する際に、走査方向の基準となる
走査領域の端領域を検出するためのものである。

【００１６】レーザー測距装置２１は、さらに、フォト
ダイオード（ＰＤ）のような受光素子２９と受光回路３
０と信号処理部３１からなる受光部３２を備えている。
半導体レーザー素子２２から出射され光走査部２５によ
り走査されたレーザーパルスＬは、前方に向けて投射さ
れ、対象物で反射された後、レーザー測距装置２１に向
けて戻ってきて受光素子２９で受光される。受光素子２
９から出力される受光信号ｂは受光回路３０で増幅され
て出力される。

【００１７】信号処理部３１は、積分器３３、ゲート回
路３４、しきい値判定部３５及び距離算出部３６から構
成されている。しかして、受光回路３０から出力された
受光信号ｂは、図５（ａ）（ｂ）に示すように、積分器
３３において積分され、積分値ｅとして出力される。ゲ
ート回路３４は、図５（ｃ）に示すように、８０領域に
分割された各１領域分（通常は、２０パルス）毎に開か
れるので、ゲート回路３４からは図５（ｄ）のように一
定周期で１領域分の積分値（ゲート出力）ｆがしきい値
判定部３５へ出力される。１領域分の積分値が出力され
ると、積分器３３の積分値は０にクリアされる。しきい
値判定部３５では、ゲート回路３４から出力された積分
値（ゲート出力）ｆをしきい値Ｖthと比較し、受光信号
ｂの積分値ｆがしきい値Ｖth以上であれば、受光素子２
９がレーザーパルスＬを受光したと判断して距離算出部
３６へ検出信号を出力する。一方、タイミング生成部２
８から距離算出部３６へも発光タイミング信号ａが出力
されており、距離算出部３６は、レーザーパルスＬの発
光から対象物で反射して戻ってきたレーザーパルスＬの
受光までの遅延時間を計測し遅延時間に基づいて対象物
までの距離を算出する。

【００１８】また、レーザー測距装置２１は、雪、雨、
レーザー測距装置２１の窓の汚れ、レーザー測距装置２
１の前方の車両の窓の汚れなどの悪環境を監視する環境
条件検出部３７と、検出時間を制御する検出時間制御部
３８とを備えている。本発明は、測距環境条件の変化に
応じて１領域に含まれるレーザーパルス数を変化させる
ことにより検出時間を変更するものである。特に、この
実施形態では、環境条件の変化に応じてレーザーパルス
Ｌの走査速度を変化させて検出時間を変更するようにな
っており、検出時間制御部３８は、ミラー駆動部２７に
よる走査速度とゲート回路３４を開く周期を制御する。

【００１９】しかして、環境条件検出部３７が計測環境
条件の悪化したことを検出すると、環境条件の悪化を検
出時間制御部３８に伝える。環境条件が悪くなったこと
を知ると、検出時間制御部３８は、光走査部２５による
走査速度を遅くすると共に、それに応じて１領域分毎の
積分値を出力するようにゲート回路３４を開く周期も長
くする。例えば、レーザーパルスＬの走査速度を１／２
にすると、走査領域を８０領域に分割された各領域では
レーザーパルスＬが２０サンプルから４０サンプルへ増
加する。これに対応してゲート回路３４が開くタイミン
グも２倍になる。こうしてトータルの検出時間が２倍に
なる結果、しきい値判定部３５へ出力される積分値ｆが
大きくなって感度が√２倍に向上し、悪環境下でも対象
物の距離を測距可能となる。

【００２０】さらに、環境条件が悪くなった場合でも、
走査速度をさらに遅くすると共にそれに応じてゲート回
路３４を開く周期をさらに長くし、検知時間をより長く
することによって感度を向上させ、安定した距離性能を
確保することが可能となる。

【００２１】また、図２で説明したようなしきい値を変
化させる方法によれば、信号レベルがノイズレベルに近
い場合には、しきい値を変化させても信号とノイズを分
離することは困難であるが、本発明の方法によれば、検
出時間を長くすることによってノイズの積分値と信号の
積分値との差を大きくできるので、より測距性能が高く
なる。

【００２２】（第２の実施形態）図６に示すものは、本
発明の別な実施形態であって、環境条件の変化に応じて
（レーザーパルスＬの走査速度はそのままで）ゲート回
路３４を開く周期を変化させるようにしたレーザー測距
装置４１である。すなわち、環境条件検出部３７が計測
環境条件の悪化したことを検出すると、環境条件検出部
３７は環境条件の悪化を検出時間制御部３８に伝える。
環境条件が悪くなったことを知ると、検出時間制御部３
８は、ゲート回路３４を開く周期を長くする。例えば、
ゲート回路３４を開く周期を２倍にすると、積分器３３
で積分されるレーザーパルス数が２０パルスから４０パ
ルスへと２倍に増加するので、しきい値判定部３５へ出
力される積分値が大きくなって感度が増大し、悪環境下
でも対象物の距離を測距可能となる。

【００２３】この実施形態では、ゲート回路３４を開く
周期だけを変更しているので、感度を向上させられる反
面、環境条件の悪い時には対象物を検出できる方向が減
少する（例えば、ゲート回路３４を開く周期を２倍にす
ると、４０パルスで１領域となるので、全体としては８
０領域から４０領域に減少する）が、第１の実施形態で
は、対象物を検出できる方向も変わらず、検出方向の分
解能が低下しない特徴がある。

【００２４】（第３の実施形態）図７に示すものは、本
発明のさらに別な実施形態であって、環境条件の変化に
応じて半導体レーザー素子２２の発光周期を変化させる
ようにしたレーザー測距装置４２である。すなわち、検
出時間制御部３８は、環境条件検出部３７からの信号に
応じてタイミング生成部２８を制御し、タイミング生成
部２８から出力させる発光タイミング信号ａの周期を変
化させるようにしたものである。例えば、環境条件検出
部３７が計測環境条件の悪化したことを検出すると、環
境条件の悪化を検出時間制御部３８に伝える。環境条件
が悪くなったことを知ると、検出時間制御部３８は、発
光タイミング信号ａの周期が２倍になるようにタイミン
グ生成部２８を制御する。この結果、１走査のレーザー
パルス数が２０００パルスから４０００パルスに増加
し、積分器３３で積分される１領域分のレーザーパルス
Ｌも２０パルスから４０パルスに増加するので、しきい
値判定部３５へ出力される積分値が大きくなって感度が
増大し、悪環境下でも対象物の距離を測距可能となる。

【００２５】しかも、この実施形態では、対象物を検出
できる方向（領域数）も変わらないので、検出方向の分
解能が低下せず、しかも応答速度も低下しない特徴があ
る。

【００２６】（その他の実施形態）ＣＷ（Continuous-W
ave）方式またはＦＭ−ＣＷ方式のレーザー測距装置
（図示を省略する）においては、測距用の照射レーザー
光は連続波であるため、受光部において受光帯域幅を可
変することにより環境条件の変化に対応することが可能
となる。すなわち、環境条件検出部により計測環境条件
が悪化していることが検出された場合には、受光部にお
ける受光帯域幅を狭くすることによって感度を向上させ
ることができ、環境条件が悪くなった場合でも測距可能
にできる。

【００２７】また、光ヘテロダイン方式のレーザー測距
装置では、発光側のレーザー光と受光側のレーザー光の
波面を一致させる必要があるため、受光部の受光素子も
投光側の光走査部と同期して走査している。このような
方式のレーザー測距装置では、受光部における走査速度
を変化させることにより、環境条件の変化に対応でき
る。すなわち、受光部における走査速度が速いと、対象
物で反射して戻ってきたレーザー光の入射角が崩れ、感
度が低下する。逆に、受光部における走査速度を遅くす
ることによって、さらに感度を向上させることが可能に
なる。従って、環境条件検出部により計測環境条件が悪
化していることが検出された場合には、受光部における
走査速度を遅くすることによって感度を向上させること
ができ、環境条件が悪くなった場合でも測距可能にでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】背景技術として説明するレーザー測距装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】同上のレーザー測距装置の動作を説明する図で
ある。

【図３】本発明の一実施形態によるレーザー測距装置の
構成を示すブロック図である。

【図４】同上のレーザー測距装置から出射されるレーザ
ーパルスを説明する図である。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は同上のレーザー測距装置の信
号処理部における信号処理の様子を説明する図である。

【図６】本発明の別な実施形態によるレーザー測距装置
の構成を示すブロック図である。

【図７】本発明のさらに別な実施形態によるレーザー測
距装置の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

２２ 半導体レーザー素子 ２４ 投光部 ２５ 光走査部 ２９ 受光素子 ３１ 信号処理部 ３２ 受光部 ３３ 積分器 ３４ ゲート回路 ３５ しきい値判定部 ３６ 距離算出部 ３７ 環境条件検出部 ３８ 検出時間制御部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー光を出射する投光部と、 投光部から出射されたレーザー光を走査させる光走査部
   と、 対象物で反射されたレーザー光を受光することによって
   対象物までの距離を検出する受光部と、 環境条件を検出する手段とを備え、 前記環境条件検出手段によって検出された環境条件に応
   じて、前記受光部におけるレーザー光の検出時間を変更
   することを特徴とするレーザー測距装置。
2. 【請求項２】 前記受光部は、受光量に応じて出力され
   る受光信号を所定の検出時間の間積分し、この積分値を
   所定のしきい値と比較することによってレーザー光を検
   出するものであることを特徴とする、請求項１に記載の
   レーザー測距装置。
3. 【請求項３】 前記光走査部によるレーザー光の走査速
   度を変化させることにより、前記受光部におけるレーザ
   ー光の検出時間を変更することを特徴とする、請求項１
   に記載のレーザー測距装置。
4. 【請求項４】 前記投光部における発光周期を変化させ
   ることにより、前記受光部におけるレーザー光の検出時
   間を変更することを特徴とする、請求項１に記載のレー
   ザー測距装置。