JP2001215275A - レーザレーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動作中であっても、測距に関する全機能の点
検が可能なレーザレーダ装置を実現する。 【解決手段】 レーザ発振部２で発振された光ビームを
走査する光ビーム走査部６と、反射光を受光するストッ
プ光検出部１０と、光ビーム走査部６で走査された光を
光ファイバ１７に結合させる鏡１５及び結合光学系１６
と、結合したレーザ光にあらかじめ定めた減衰を与える
減衰器１８と、減衰されたレーザ光をストップ光検出部
に結合させる放射光学系１９及び受光光学系９とを設
け、光ファイバ１７で遅延された時間に基づいて送受信
系における動作状態の自己確認を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば車両に搭
載されて前走車との車間距離を測定する、あるいは路上
に設置されて通行車両の車間距離や速度を検出するレー
ザレーダ装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は、例えばトラックに搭載され、ト
ラックの走行時に稼動して前走車との車間距離を測定
し、車間距離が異常に近くなりすぎた場合に警報を出力
する車間距離監視装置に設けられた、車間距離を測定す
るレーザレーダ装置を示す構成図である。図において、
１はこの装置の動作を管理する全系制御部、２は例えば
半導体レーザダイオードを用いてレーザ光を発生させる
レーザ発振部、３はレーザ光ビームの大きさと広がり角
を整える送信光学系、４はレーザ発振部２がレーザ光を
発生したことを検出するスタート光検出部、５は二つの
時刻間の時間を計測する往復時間カウント部、６は例え
ば垂直方向に広がっている扇型のレーザ光を水平方向に
走引する光ビーム水平走査部、７はこの走引されたレー
ザ光の右端の光、８は同様に走引されたレーザ光の左端
の光、９は前走車からのレーザ光の反射光を集める受信
光学系、１０はこの受信光学系９からの光を電気信号に
変換して整形するストップ光検出部、１１は光の往復時
間差に相当する距離を算出する距離計算部、１２は自己
点検のときに人手で投入するテストスイッチ、１３はス
タート光検出部４とストップ光検出部１０のそれぞれの
出力に相当する信号を発生する模擬信号発生部、そして
１４は時間遅延付加回路である。

【０００３】次に動作について説明する。この装置が起
動されて動作の準備が完了すると、全系制御部１はレー
ザ発振部２にレーザ光を発生する指令を出力する。レー
ザ発振部２は、例えば半導体レーザダイオードとパルス
駆動とパルス出力光安定化の機能を有しており、安定し
たパルスレーザ光を繰り返して発振する。このパルスレ
ーザ光の１個１個が前走車との距離を以下のようにして
測定する。レーザ発振部２のレーザ光は送信光学系に入
力され、光ビームの大きさと広がり角をあらかじめ定め
た適切な値に整える。一方、レーザ発振部２の出力の一
部はスタート光検出部４に入力され、ここで光電気変換
されて電気信号となり、整形されて出力される。このス
タート光検出部の出力信号は往復時間カウント部５に入
力される。往復時間カウント部５は例えて言えば非常に
正確なストップウォッチと同等の働きを持っており、ス
タート信号が発生した時刻と後述のストップ信号が発生
した時刻との時間差を精密に測定する。ここでスタート
は、上述のレーザ発振部２からレーザ光が出射した瞬間
であり、この時刻から時刻を刻み始め、後述のストップ
光が検出された時刻までの時間を正確に計測する。上述
のレーザ発振部２から出射したレーザ光は送信光学系３
でレーザ光ビームを整えられた後、光ビーム水平走査部
６へ入力される。ここで、レーザ光は垂直方向に広がっ
て水平方向に狭い、扇型の光のビームである。光ビーム
水平走査部６はモータによって駆動される円筒に取り付
けた多角形の鏡から成っており、この鏡の回転に伴っ
て、光ビーム水平走査部６は上記扇型のレーザ光を水平
方向、例えば図１の左から右に走査する。これによっ
て、前方の広い範囲のどこかに存在する可能性がある前
走車をレーザ光で照射することができる。光の速度は毎
秒３億メートルと速いので、１００ｍ程度の距離であれ
ば１０００万分の７秒程度で往復する。これに比べると
光ビーム水平走査部６の動きは遅いので、レーザ光の往
路と復路は、ほぼ同じ経路となる。この光信号伝播経路
のイメージを図２の点線で示す。

【０００４】さて、前走車から反射されたレーザ光は、
光ビーム水平走査部６の多角形の鏡で反射され、今度は
受信光学系９に入力される。受信光学系９は適切な受信
視野に設定されているので、前走車からの必要なレーザ
光の反射成分を効率よく集め、かつ、不必要でノイズ成
分となる外乱光をカットする。受信光学系９の出力光は
ストップ光検出部１０に入力され、電気信号に変換され
て整形される。ストップ光検出部１０の出力は前述の往
復時間カウント部５に入力され、往復時間カウント部５
の時間のカウントをストップさせる。これによって往復
時間カウント部５の時間カウント値は、レーザ発振部２
でレーザ光が発生してから装置外へ出射されて空中を伝
播し、前走車を照射して反射され、また同じ距離を伝播
して装置に戻るまでの時間となる。一方、光の速度は一
定であるため、往復時間カウント部５が計測した時間と
光の速度とを乗じて前走車までの往復の距離を求め、こ
の往復距離を２で割ることによって、前走車までの距離
を求めることができる。距離計算部１１はこの原理によ
って、前走車までの距離を計算し、この距離計算部１１
の出力をもとに、全系制御部１が前走車までの距離が異
常に短ければ当該トラックの運転者に警報を促すための
信号を出力する、あるいは自動的にブレーキを掛けるた
めの信号を車両の制御部に出力するなどの動作を行う。
ここで、この種の装置は車両センサもしくは路上センサ
として車両の安全走行を支援するために重要な役割を果
たすものであるため、この装置が正常に動作しているか
否かを常に確認する必要がある。テストスイッチ１２
は、その動作確認を行うための自己点検スイッチであ
る。テストスイッチ１２を押すと、その信号は全系制御
部１に入力され、これによって、全系制御部１はレーザ
発振部２を起動する代わりに、模擬信号発生部１３を動
作させる。模擬信号発生部１３は上記スタート光検出部
４とストップ光検出部１０の出力信号と同様な信号をそ
れぞれ発生させる機能を持つ。ここで、模擬信号発生部
１３は、スタート光検出部４と同様の信号を発生して、
先ず往復時間カウント部５の時間カウントを開始させ
る。一方、同時に発生したストップ光検出部１０の出力
相当の信号は時間遅延付加回路１４に入力される。時間
遅延付加回路１４は、例えば１００万分の７秒相当の時
間遅延を付加するように設定してある。また時間遅延付
加回路１４の出力は、遅延時間を加えられて往復時間カ
ウント部５に入力される。これにより、往復時間カウン
ト部５は擬似的にスタート信号を入力した後、１００万
分の７秒遅れて擬似的にストップ信号を受け取り、この
カウント値が距離計算部１１に入力されて、全系制御部
１は距離計算部１１から「前走車との距離は１００ｍ」
のような出力結果を得て、この結果を図示しない車両搭
載のディスプレイに表示する。以上の一連の動作によっ
て、このレーザレーダ装置は、「ほぼ正常に動作してい
るようだ」との自己点検を実施するができる。なお、ス
トップ光検出部１０を常に全増幅度で稼動させている
と、レーザ出射時などにノイズによる誤動作が考えられ
るため、必要時以外の増幅動作において全系制御部１か
ら制限を掛ける信号を出力する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザレーダ装
置は、このように電気的な部分のみの動作を模擬的に確
認する方式であるために、電気的な往復時間カウント部
５の動作および距離計算部１１の動作、並びにそれ以降
の部位の動作と、全系制御部１の一部の動作は確認でき
るが、その他の部分の動作確認ができないと言う問題点
があった。このため、例えばレーザ発振部がレーザ光を
発生しない、あるいは送信光学系３に埃がたまって透過
率が異様に低下している、あるいは光ビーム水平走査部
６のモータが動作していない、あるいは受信光学系９の
透過率が異様に低下した、あるいはストップ光検出部の
最小受信電力が異様に低下した、あるいは電気的な自己
点検は問題ないが、実際にレーザ光を出射して反射光を
受光する測距動作の部分に故障が発生しているなどの場
合は、従来の自己点検によって事前に故障を検出するこ
とは不可能であった。さらに、この点検は例えばトラッ
クの始業点検時に実施するため、その後の１日の動作中
に故障した場合などに、その故障を検出することは不可
能であり、例えばレーザレーダ装置からの警報出力が無
い状態で刻々と急接近する前走車の後端の像がフロント
グラス全面に広がって、初めてレーザレーダ装置の故障
に気がつき、急ブレーキを掛ける事態が発生する可能性
があり得るという大きな問題点があった。

【０００６】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、実際の測距動作の機能を送信／
受信光学系も含めて自己確認することが可能なレーザレ
ーダ装置を実現するものである。またこの発明は、実際
の動作中に、測距機能を自己確認することが可能なレー
ザレーダ装置を実現するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明によるレーザ
レーダ装置は、発光部から出射された光ビームを走査
し、その反射光を受光部で受光して対象物までの距離を
測定するレーザレーダ装置において、前記出射される光
ビームの一部を一端に結合し、他端から出射する伝播光
を前記受光部に結合させるための光導波路を備えたもの
である。

【０００８】また、第２の発明によるレーザレーダ装置
は、前記光導波路として伝播光を所定時間遅延させる光
ファイバを用いたものである。

【０００９】また、第３の発明によるレーザレーダ装置
は、前記光導波路の伝播時間に基づいて、前記発光部か
ら出射された光が前記受光部で受光されるまでの経路内
に生じた動作不良状態を検出する手段を備えたものであ
る。

【００１０】さらにまた、第４の発明によるレーザレー
ダ装置は、光ファイバと、前記光ファイバの中に前記走
査した光ビームを結合させる結合光学系と、前記結合し
たレーザ光にあらかじめ定めた減衰を与える減衰器と、
前記減衰されたレーザ光を前記レーザ受光部に放射する
放射光学系とを備えたものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の実施の形態１を示す構成図であり、光ビーム水平走査
部６で走査されたレーザ光の走査範囲における端部（図
では右端）のビームを反射する鏡、１６はこのレーザ光
を光ファイバに導入する結合光学系、１７はこの光に時
間遅延を与える定まった長さを持つ光ファイバ、１８は
光ファイバ中を伝播するレーザ光に適切な減衰を与える
減衰器、そして１９は光ファイバ中を伝播してきたレー
ザ光の広がり角を調整して再び空間へ放出する放射光学
系である。図において１から１１までは上述の従来装置
と同一または相当する部分である。

【００１２】次に動作について説明する。光ビーム水平
走査部６は前述のように扇型のレーザ光ビームを水平方
向に走査する。７はその右端のレーザ光の光ビームを示
すイメージである。この走査範囲の端部においてレーザ
光ビームは鏡１５で全反射される。その後、このレーザ
光ビームは結合光学系１６に入射する。結合光学系１６
は自由空間を拡散伝播して拡大する前の、まだ大きくな
っていないビームを、例えば光ファイバにおける直径５
０ミクロン程度の大きさのコア（実際に光が伝わるファ
イバ中心部）に結合させる。このレーザレーダ装置は、
例えばトラックに搭載されているために収納部は大き
く、一方ファイバの最小曲げ半径は４０ミリメートル程
度であり、クラッド（ガラスファイバの外側）の直径は
０．１２５ミリ程度なので、数メートルから数十メート
ルのファイバ長であれば、螺旋状に重ねて巻いて車両の
バンパやフロア下部やサイドパネルの空きスペースに収
納できる。この光ファイバで実際にレーザ光ビームを伝
播させて時間遅延を与える。この遅延を与えられたレー
ザ光ビームは減衰器１８で実際の前走車の反射強度程度
まで減衰させられた後、放射光学系１９に入力される。
放射光学系１９は、このように光ファイバ１７内での光
の伝播による時間遅延と減衰器１８による減衰を与えら
れたレーザ光ビームを、適切な大きさと適切な光ビーム
広がり角を与えて放射光学系１９及び鏡１５を通じて空
中に放出し、光ビーム水平走査部６を介して受信光学系
９に入射させる。

【００１３】このようにして、実際の前走車を測定した
状態と同様な遅延時間と減衰を持ったレーザ光ビームが
受信光学系９に入射した後、前述のように、レーザ発振
部２がレーザ光を出射したことを検出するスタート光検
出部４、受信光学系９への戻り光の入射を検出するスト
ップ光検出部１０、レーザ光の出射から戻り光の入射ま
での時間を計測する往復時間カウント部５での計測を経
て、距離計算部１１にて往復時間カウント部５での計測
時間に基づいた距離の情報の算出が行われる。一方、光
ビーム水平走査部６には角度検出器あるいは接触スイッ
チなどが設けられ、その走査角度が走査範囲の端部を通
過中であるか否かを検出する。この検出結果は距離計測
部１１に出力され、距離計測部１１ではその検出された
走査範囲に基づいて、例えば走査角度が走査範囲の端部
を通過している場合に光ファイバ１７を伝播して戻って
来た光である（自己確認結果である）と判断し、走査角
度が走査範囲の端部から外れた位置（例えば中央）を通
過している場合に前走車からの反射戻り光である（車間
距離の測定結果である）と判断する。これによって、自
己確認結果と車間距離測定結果との区別が可能となる。

【００１４】距離計測部１１で計測された情報が自己確
認結果である場合に、全系制御部１が、距離計測部１１
にて測定された距離情報を予め設定された適正距離と比
較することにより、レーザ発振部がレーザ光を発生しな
い、送信光学系３に埃がたまって透過率が異様に低下し
ている、光ビーム水平走査部６のモータが動作していな
い、受信光学系９の透過率が異様に低下した、ストップ
光検出部の最小受信電力が異様に低下した、あるいは電
気的な自己点検は問題ないが実際にレーザ光を出射して
反射光を受光する測距動作の部分に故障が発生している
などのような、レーザ発振部２から出射される光が正常
に送受信されていない状態を動作不良として検出する。
これによって、レーザ発振部や送信ならびに送信光学系
の透過率や光ビーム水平走査部の動作やストップ光検出
部の最小受信電力やその他、実際の測距動作にかかわる
一連の総合動作を点検して確認することができる。

【００１５】ここで、この実施の形態１によるレーザレ
ーダ装置を車両に搭載する場合の走査範囲について考え
てみる。１０メートル前方の１車線、すなわち幅３．５
メートル程度の幅員を有する道路の、どこかに存在する
前走車をとらえるためには、走査全角は１５度あればよ
い。したがって、例えば光ビーム水平走査部が水平方向
に全角２０度を１００に分割する、すなわち１００の測
距ポイントとして処理しているレーザレーダを用いる場
合、２０度から１５度を引いた５度、すなわち２５ポイ
ント分が走査範囲のマージンとなる。実際に図１に示す
様に走引の右端の光７を鏡１５で反射させる場合、その
近傍のレーザ光ビームは鏡のエッジで蹴られたりするた
めに測定に供することができなくなるが、このようにマ
ージンを持つ場合は、十分実用に耐えるものとなる。

【００１６】なお、図１において、光ビーム水平走査部
６の右端の光７を結合光学系１６に結合させるために鏡
１５を用いたが、結合光学系１６に直径１ミリ以下程度
のセルフォックレンズなどを用いて光学系の直径を光フ
ァイバのクラッド程度に小さくすれば鏡を省略すること
もできる。しかし望ましくは、鏡を用いたほうが結合光
学系１６や放射光学系１９の物理的な配置に自由度をも
たせることができるので、光７の結合光学系１６への結
合のためには好ましい。また、構成上の説明のために、
結合光学系１６と放射光学系１９がレーザ光ビームの水
平走査方向に並べてあるように図示したが、扇型光ビー
ムの許容度が広い垂直方向に重ねて並べても良く、さら
に光軸の合致精度が要求されるシビアなレーザレーダで
は、ビームスプリッタを追加してファイバへ入／出射す
るレーザ光軸を合わせるような構成を採用しても良い。
さらに光ファイバ１７としてコア直径５０ミクロンのも
のを想定したが、結合光学系１６との結合係数が低くと
もよければ、もっと直径の小さいシングルモードファイ
バを用いても良く、また逆にコストダウンして簡易的に
自己確認機能を実現するために、太いプラスティックフ
ァイバを用いても良い。さらに構成としては存在しない
ものの、光を減衰させる特性は鏡１５、結合光学系１
６、光ファイバ１７から成る全系の中に含まれているの
で、全系の損失が適当に大きければ減衰器１８を省略し
ても良い。加えてこの説明では光ビーム水平走査部６で
扇型のレーザ光ビームを水平方向にのみ走査していた
が、細い円筒状のペンシルビーム光を水平および垂直に
走査しても良い。

【００１７】さらにこの例ではトラックに搭載した適用
例について説明したが、当然のことながらバスでも良い
し、また乗用車でも二輪車でも良く、路上に据え付けて
も良い。さらに他の用途のレーザレーダであって、航空
機や宇宙機器に搭載しても良いことは言うまでもない。
また、二輪車のような搭載スペースの小さいものについ
ては、光ファイバ１７の代わりに光導波路の埋設された
複数の基板を積層し、積層された各基板の有するそれぞ
れの光導波路の一部を互いに接触させてエバネッセント
フィールドで光を伝播させることによって導波光を遅延
させるような導波路を用いても良く、この場合さらに十
分な実装スペースを確保できる。また、距離計算部１１
以降の動作について特に記載していないが、距離計算部
１１にて計測した距離情報を車内に表示する、あるいは
距離に閾値を設定してドライバに警報を与える、あるい
は路車間通信にて路側やさらに他の車両間と通信して、
これらの情報をやり取りするようなシステムに適用して
も良い。

【００１８】

【発明の効果】この発明によるレーザレーダ装置は、電
気的なカウンタ部のみを自己点検する従来の手法とは異
なり、実際に空中に伝播するために出射されるレーザ光
ビームの一部を、光導波路を通じて戻すことによって、
実際に前走車を測定した場合と同様な遅延時間を与え、
レーザ発光部や送信ならびに送信光学系の透過率や光ビ
ーム走査部の動作や最小受信電力やその他、実際の測距
動作にかかわる一連の総合動作を点検して確認できる。
また、光導波路による時間遅延は安定しているために、
レーザレーダの測距精度の機能をも同時に確認すること
が可能なレーザレーダ装置の実現が可能となる。

【００１９】さらにこの発明によるレーザレーダ装置は
現在走査を実行しているレーザ光ビームの走査範囲の一
部で上述の自己点検を行っているために、例えば実際に
走行中であり前車両までの測距を実行している最中にも
自己点検を行うことが可能となり、この結果、測定距離
が狂っているまたは一見正常に動作しているように見え
るが、時々測定不能となるなどの、重大かつ従来は点検
することが困難であった故障をも検出することの可能な
レーザレーダ装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態を示す構成図である。

【図２】 従来の装置を示す構成図である。

【符号の説明】

１ 全系制御部、２ レーザ発振部、３ 送信光学系、
４ スタート光検出部、５ 往復時間カウント部、６
光ビーム水平走査部、７ 右端の光、８ 左端の光、９
受信光学系、１０ ストップ光検出部、１１ 距離計
算部、１２ テストスイッチ、１３ 模擬信号発生部、
１４ 時間遅延付加回路、１５ 鏡、１６ 結合光学
系、１７ 光ファイバ、１８ 減衰器、１９ 放射光学
系。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光部から出射された光ビームを走査
   し、その反射光を受光部で受光して対象物までの距離を
   測定するレーザレーダ装置において、前記出射される光
   ビームの一部を一端に結合し、他端から出射する伝播光
   を前記受光部に結合させるための光導波路を備えたこと
   を特徴とするレーザレーダ装置。
2. 【請求項２】 前記光導波路は、伝播光を所定時間遅延
   させる光ファイバであることを特徴とする請求項１記載
   のレーザレーダ装置。
3. 【請求項３】 前記光導波路の伝播時間に基づいて、前
   記発光部から出射された光が前記受光部で受光されるま
   での経路内に生じた動作不良状態を検出する手段を備え
   たことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
4. 【請求項４】 発光部から出射された光ビームを走査
   し、その反射光を受光部で受光して対象物までの距離を
   測定するレーザレーダ装置において、光ファイバと、前
   記光ファイバの中に前記走査した光ビームを結合させる
   結合光学系と、前記結合したレーザ光にあらかじめ定め
   た減衰を与える減衰器と、前記減衰されたレーザ光を前
   記レーザ受光部に放射する放射光学系とを備えたことを
   特徴とするレーザレーダ装置。