JP2017032431A

JP2017032431A - レーザレーダ装置

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Publication number: JP2017032431A
Application number: JP2015153335A
Authority: JP
Inventors: 秀伸辻; Hidenobu Tsuji; 康伸大森; Yasunobu Omori; 俊平亀山; Shunpei Kameyama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-08-03
Filing date: 2015-08-03
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2035-08-03
Also published as: JP6465772B2

Abstract

【課題】ターゲットへの距離の誤検出を防止できるレーザレーダ装置を得る。
【解決手段】スキャナ３によってレーザ装置１からのレーザ光をスキャンする。レーザ光が照射されたターゲットからの反射光をアレイ状受光器７で受光することでターゲットの画像を得る。集光スポットサイズ判定装置１３は、ターゲットの画像に相当するアレイ状受光器７の集光スポットのサイズが閾値以上であった場合は集光スポットサイズエラー信号を送出する。この集光スポットサイズエラー信号により誤検出判定装置１４は誤検出信号を送出し、信号処理装置１２は、誤検出信号を受けて強度信号及び距離信号を無効とする。
【選択図】図１

Description

この発明はレーザ光の発振時刻と散乱光の受光時刻の時間差から距離を導出し、かつ、レーザ光をスキャンすることでターゲットの３次元情報を得るレーザレーダ装置に関するものである。

一般にレーザレーダ装置は、受信した信号から距離及び強度を検出し、その際のスキャナ角度を基に距離画像及び強度画像を算出している（例えば、特許文献１参照）。このようなレーザレーダ装置は、パルスレーザ光をターゲットに対してスキャンしながら照射し、ターゲットにより散乱された光を受光することでターゲットまでの距離情報を得て、ターゲットの３次元形状を計測するようにしたものである。

国際公開第２０１１／１３８８９５号

レーザレーダ装置に、センサ外部からの雨、風及び埃等の侵入を防ぐためのウィンドウを設けた場合、レーザ光はウィンドウを介して照射される。ところが、従来では、ウィンドウに雨による水滴が付着した場合等では、送信レーザ光が水滴により屈折・発散し、送信方向が変化するため、距離及び強度の誤検出が発生し、ひいてはターゲットの３次元情報が不正確になるという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ターゲットへの距離の誤検出を防止できるレーザレーダ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るレーザレーダ装置は、レーザ光をウィンドウを介してターゲットに照射するレーザ照射手段と、ターゲットからの反射光をウィンドウを介して受光することでターゲットの画像を取得するターゲット画像取得手段と、レーザ照射手段によるレーザ光の照射時刻と、ターゲット画像取得手段での画像取得時刻との時間差からターゲットとの距離を検出するターゲット情報検出手段と、ターゲット画像取得手段で取得した画像のサイズが閾値以上であった場合に、ターゲット情報検出手段による検出を無効とする誤検出判定手段とを備えたものである。

この発明のレーザレーダ装置は、ターゲット画像取得手段で取得したターゲットの画像サイズが閾値以上であった場合に、ターゲット情報検出手段による検出を無効とするようにしたので、ターゲットへの距離の誤検出を防止することができる。

この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置を示す構成図である。この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置のウィンドウの水滴による距離の誤検出の例を示す説明図である。この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置の集光スポットサイズの増大を示す説明図である。この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置の電流電圧変換装置の変形例を示す構成図である。この発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置を示す構成図である。この発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置の水滴によりレーザ光が屈折した場合の誤検出の判定方法を示す説明図である。この発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置の他の例を示す説明図である。この発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置のさらに他の例を示す説明図である。この発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置を示す構成図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
図１に示すレーザレーダ装置は、例えば、屋外に設置される監視カメラ等に用いられる装置であり、レーザ装置１、トリガ発生装置２、スキャナ３、ウィンドウ４、角度モニタ装置５、受信レンズ６、アレイ状受光器７、電流電圧変換装置８、受信検出装置９、信号加算装置１０、強度及び距離検出装置１１、信号処理装置１２、集光スポットサイズ判定装置１３、誤検出判定装置１４、ワイパ動作判定装置１５、ワイパ１６を備える。

レーザ装置１は、ターゲットに対して照射するレーザ光を発生する装置である。レーザ装置１の例として、レーザダイオードやファイバレーザなどが挙げられる。トリガ発生装置２は、レーザ光の発信タイミングを指定するトリガ信号を出力する機能を有し、トリガ信号をレーザ装置１と強度及び距離検出装置１１に出力するよう構成されている。スキャナ３は、レーザ装置１から送出されたレーザ光を２次元スキャンする機能を有する。スキャナの例としてＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ）ミラーやレゾナントスキャナのような共振型スキャナや、ガルバノスキャナのような非共振型スキャナが挙げられる。ウィンドウ４は、センサ外部からの雨、風及び埃等の侵入を防ぎ、かつ、レーザ光及びターゲットからの散乱光を透過する機能を有する。角度モニタ装置５は、スキャナ３の角度をモニタし、スキャナ角度信号として出力する機能を有する。

受信レンズ６は、照射されたターゲットからの散乱光をアレイ状受光器７上に集光する機能を有する。アレイ状受光器７は、受信レンズ６で集光されたターゲットからの散乱光を２次元平面状の受光面に結像させるための受光器であり、受光した光を電流に変換し、それぞれ受信電流信号として出力する機能を有する。アレイ状受光器７の例としては、フォトダイオードやアバランシェフォトダイオード、光電子増倍管などが挙げられる。電流電圧変換装置８は、アレイ状受光器７からの出力信号を受けて、入力された受信電流信号を電圧に変換し、受信電圧信号として出力する機能を有する。電流電圧変換装置８の例として、トランスインピーダンスアンプが挙げられる。受信検出装置９は、電流電圧変換装置８からの受信電圧信号が入力されると、受信検出信号を生成して出力すると共に、受信電圧信号を信号加算装置１０に出力するよう構成されている。受信検出装置９の例として、コンパレータ９１と高速スイッチ９２の構成が挙げられる。

信号加算装置１０は、受信検出装置９からの受信電圧信号を加算し、加算信号として強度及び距離検出装置１１に出力するよう構成されている。強度及び距離検出装置１１は、入力された受信電圧信号のピーク電圧値を検出し、強度信号として出力する機能を有する。このピーク電圧を検出する回路の例として、ピークホールド回路が挙げられる。また、入力された受信電圧信号とトリガ発生装置２からのトリガ信号の時間差を測定し、その時間差に相当する距離を算出し、距離信号として出力する機能を有する。この時間計測する回路の例として、ＴＤＣ（ＴｉｍｅｔｏＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）回路やＴＡＣ（ＴｉｍｅｔｏＡｍｐｌｉｔｕｄｅＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）回路が挙げられる。信号処理装置１２は、強度及び距離検出装置１１からの距離信号と強度信号及び角度モニタ装置５からのスキャナ角度信号から、距離画像と強度画像とを生成する。また、誤検出判定装置１４から誤検出信号が入力された場合は、その際の距離信号と強度信号は誤検出したとみなし、距離画像及び強度画像へ反映させない機能を有する。なお、距離画像及び強度画像とは、画像の各画素に距離値が埋め込まれた画像及び信号強度が埋め込まれた画像である。

集光スポットサイズ判定装置１３は、入力された受信検出信号の数をカウントし、予め設定された閾値以上である場合、集光スポットサイズエラー信号を出力する機能を有する。この装置の構成例として、加算回路とコンパレータが挙げられる。誤検出判定装置１４は、集光スポットサイズ判定装置１３から集光スポットサイズエラー信号が入力された場合、誤検出信号を信号処理装置１２及びワイパ動作判定装置１５へ出力する機能を有する。ワイパ動作判定装置１５は、角度モニタ装置５からのスキャナ角度信号と誤検出判定装置１４からの誤検出信号を用いて1フレーム中の誤検出数をカウントし、予め設定された閾値以上である場合、ワイパ動作信号を出力する機能を有する。ワイパ１６は、ワイパ動作信号が入力された場合に動作し、ウィンドウ４の水滴や埃等の異物をふき取る機能を有する。

また、レーザ装置１、トリガ発生装置２、スキャナ３及び角度モニタ装置５によって、レーザ光をウィンドウ４を介してターゲットに照射するレーザ照射手段が構成され、受信レンズ６及びアレイ状受光器７によって、ターゲットからの反射光をウィンドウ４を介して受光することでターゲットの画像を取得するターゲット画像取得手段が構成されている。さらに、電流電圧変換装置８、受信検出装置９、信号加算装置１０及び強度及び距離検出装置１１によって、レーザ照射手段によるレーザ光の照射時刻と、ターゲット画像取得手段での画像取得時刻との時間差からターゲットとの距離を検出するターゲット情報検出手段が構成されている。そして、信号処理装置１２、集光スポットサイズ判定装置１３及び誤検出判定装置１４によって、ターゲット画像取得手段で取得した画像のサイズが閾値以上であった場合に、ターゲット情報検出手段による検出を無効とする誤検出判定手段が構成されている。また、ワイパ動作判定装置１５によって、誤検出判定手段がターゲット情報検出手段による検出を無効とした場合にワイパ１６を作動させるワイパ作動手段が構成されている。

次に、この実施の形態１に係わるレーザレーダ装置の動作について説明する。
トリガ発生装置２はレーザ光発振タイミングを指定するトリガ信号を出力する。レーザ装置１はトリガ発生装置２からのトリガ信号に従いパルス状のレーザ光を発振する。このレーザ光は、スキャナ３によって２次元スキャンされ、さらに、スキャンされたパルス状のレーザ光はウィンドウ４を透過し、ターゲットに照射される。

受信レンズ６はウィンドウ４を透過してきたターゲットからの散乱光をアレイ状受光器７に集光させる。アレイ状受光器７は、受光した光を電流に変換して受信信号電流を出力する。この受信信号電流はパルス状の信号となる。電流電圧変換装置８は入力される電流信号を電圧信号に変換して出力する。受信検出装置９は、電流電圧変換装置８からの受信電圧信号が入力されると、受信検出信号を生成して出力すると共に、受信電圧信号を信号加算装置１０へ出力する。予めユーザが設定した閾値電圧を基に、それを超えるパルス状の受信電圧信号が入力された場合、コンパレータ９１がパルス状の受信検出信号を生成する。また図１に示すように、この受信検出信号を高速スイッチ９２に入力することで、この高速スイッチ９２がＯＮになり、受信電圧信号が信号加算装置１０へ出力される。

信号加算装置１０は受信検出装置９からの受信電圧信号を加算し、加算信号として出力する。強度及び距離検出装置１１は、入力された受信電圧信号のピーク電圧値を検出し、強度信号として出力する。また、入力された受信電圧信号とトリガ信号の時間差を測定し、その時間差に相当する距離を算出し、距離信号として出力する。なお、トリガ発生装置２から出力されたダミートリガ信号を入力した場合、上記強度及び距離検出の機能をトリガ信号が入力されるまで停止させる。

集光スポットサイズ判定装置１３は、入力された受信検出信号の数をカウントし、予め設定された閾値以上である場合、集光スポットサイズエラー信号を出力する。入力された複数の受信検出信号を電圧加算し、加算後の電圧出力に対して予めユーザが設定した閾値電圧を用いてコンパレータにより比較し、これを超える際に集光スポットサイズエラー信号を出力する。例えば１つの受信検出信号の電圧値が０．１Ｖであり、受信検出信号のカウント数を４以上でスポットサイズエラー信号を出力すると設定した場合、カウント数４以上の受信検出信号が入力された場合、加算後の電圧は０．４Ｖ以上となる。よって、コンパレータの閾値電圧を例えば０．３５Ｖに設定することで、カウント数４以上でスポットサイズエラー信号を出力することができる。スポットサイズエラー信号はデジタル信号として出力する。

誤検出判定装置１４は、集光スポットサイズ判定装置１３からの集光スポットサイズエラー信号が入力された場合、誤検出信号を信号処理装置１２及びワイパ動作判定装置１５へ出力する。誤検出信号はデジタル信号として出力する。

信号処理装置１２は、スキャン角度信号と強度信号と距離信号から、強度画像及び距離画像を生成する。また、信号処理装置１２は、誤検出判定装置１４から出力された誤検出信号が入力された場合、その際の距離信号と強度信号は誤検出したとみなし、距離画像及び強度画像へ反映させない。この場合は、ターゲットからの反射光を受信できなかった場合と同様の動作を行う。すなわち、反射光を受信できない場合は、距離及び強度を測定できないため距離信号及び強度信号は出力されない。このため、信号処理装置１２において、画像中の各画素に例えば０を埋め込んだり、表示できる最大値を埋め込んだりして、ターゲットからの反射光が受信できていない画素であることを明示する。

ワイパ動作判定装置１５は、スキャナ角度信号及び誤検出信号を用いて１フレーム中の誤検出数をカウントし、予め設定された閾値以上である場合、ワイパ動作信号を出力する。以下、ワイパ動作判定装置１５の動作を詳細に説明する。
ワイパ動作判定装置１５は、スキャナ角度信号をモニタし、例えば図１中のスキャン縦方向の折り返した点を検出し、この折り返し点から次の折り返し点までの時間を１フレームとする。ワイパ動作判定装置１５は誤検出カウンタを備え、誤検出判定装置１４からの誤検出信号が入力される度にカウント値を＋１変更し、１フレーム終了時にその値を読み出し、値をリセットする。読み出したカウンタ値を上記閾値と比較し、超える場合にはワイパ動作信号を出力する。

ワイパ１６は、ワイパ動作信号が入力されると動作し、ウィンドウ４の水滴をふき取る。複数回ウィンドウ４を拭いた後停止し、次のワイパ動作信号が入力されるまで待機する。

次に、誤検出の判定とこれによるワイパ１６の動作の制御について説明する。
図２は、ウィンドウ４の水滴による距離の誤検出の例を示す説明図である。ウィンドウ４に水滴が付着すると、この水滴によりレーザ光が屈折、発散する。これにより、スキャナ３により指定された方向とは別の方向にレーザ光が発散しながら照射され、照射された方向にターゲットが存在した場合（図２では黒塗りのターゲットで示す）、そのターゲットからの散乱光を受信し、距離の誤検出が発生する。すなわち、レーザレーダ装置として、どの方向を計測しているかはスキャナ３の角度によってのみ判断しているため、図２に示すような状態では破線方向の距離判定と判断する。しかし、実際には黒塗りのターゲットの方向にレーザ光が伝搬しており、その距離を判定する。この結果、レーザレーダ装置としては破線方向にターゲットが存在するといった誤検出を行うことになる。

また、この場合、水滴によりレーザ光が発散して照射されるため、ターゲットに照射されるレーザ光のビーム径は拡大し、ターゲットの画像を示す集光スポットのサイズは図３に示すように、照射領域の拡大に応じて増加する。そこで、このスポットサイズの増加を検出し、このスポットサイズが予め定めた閾値以上であるかを検出することで、ウィンドウ４の水滴の付着による距離の誤検出の有無を判定する。これにより誤検出結果が距離強度画像に反映されることを回避することができる。また、上記誤検出の判定結果を用いてワイパ１６を動作させ、水滴を除去することで、上記誤検出の原因を除去することができる。

また、これは水滴のみに限るものではなく、例えばウィンドウ４に付着した汚れや埃等により同様の現象が発生した場合にも誤検知を回避し、ワイパ１６により原因を除去することができる。

なお、図４に示すように、電流電圧変換装置８においてアレイ状受光器７から出力される受信信号電流を加算する加算器８１を設け、この加算後の信号を受信検出装置９が受け取るよう構成してもよい。例えば、アレイ状受光器７のアレイのピッチが細かい場合、図４に示すように電流電圧変換装置８は受信ＩＣという形を取る必要がある。アレイ状受光器７のアレイ数が多い場合、受信ＩＣにおいて１素子ずつ受信検出装置９への出力端子を外に出すことは、受信ＩＣの表面に端子を置くにも制限があるため困難となる。そこで受信ＩＣ内で一度加算し、加算出力を受信検出装置９に入力させることで、受信ＩＣの出力端子数を減らし、実現性のある構成を取ることができる。

さらに、集光スポットサイズ判定装置１３と、信号加算装置１０の機能を受信ＩＣ内に取り込むことで、出力端子数を減らすことができる。これにより、ＩＣの実装難易度が低下し、ＩＣを実装するパッケージ等のコストが低下する。

なお、スキャナ３は２次元スキャンではなく１次元スキャンでも良い。この場合は、図１〜図４に示したアレイ状受光器７の例えば上下方向のみ走査を行い、左右には走査を行わないという動作となる。従って、この場合、測定は１次元方向のみであるため、強度画像及び距離画像もこれに合わせて２次元画像から１次元画像となる。

信号処理装置１２において、距離画像及び強度画像を生成する際、誤検知したことを示すマーカ（例えば色や模様）をその画素にあてはめても良い。

強度及び距離検出装置１１において、１発のレーザ光に対して、複数の受信電圧信号の距離及び強度を検出し、それぞれ出力しても良い。すなわち、１発のレーザ光を照射しても、ターゲットの形状によっては複数のパルス信号を得る場合がある。これは、例えば、レーザ光の一部が手前のターゲットに照射され、残りレーザ光が奥側のターゲットにも照射される、といった場合である。この場合は、強度及び距離検出装置１１は、得られたそれぞれの信号に対して距離及び強度を検出する。また、この場合、信号処理装置１２において、１測定における複数の距離信号及び強度信号に対して選別を行い、距離画像及び強度画像を生成する。この場合の選別方法としては、例えば時間的に最後に受信した信号を選択する、あるいはｎ番目に受信したパルスを選択するといった方法がある。これにより、例えば、手前に障害物等があり、１パルス目は誤検知であると予め判断できる場合、２パルス目を選択することによりこの誤検知を回避することができる。

また、雨や霧等の環境条件によりセンサとターゲットの間に散乱物質が存在すると、これによる散乱光も同時に受信し、誤検知の原因となる。この場合、１発のレーザ光の照射に対して最後に受信した信号を選択することで、ターゲットからの信号を選択することができ、誤検知を回避することができる。

以上説明したように、実施の形態１のレーザレーダ装置によれば、レーザ光をウィンドウを介してターゲットに照射するレーザ照射手段と、ターゲットからの反射光をウィンドウを介して受光し、ターゲットの画像を取得するターゲット画像取得手段と、レーザ照射手段によるレーザ光の照射時刻と、ターゲット画像取得手段での画像取得時刻との時間差からターゲットとの距離を検出するターゲット情報検出手段と、ターゲット画像取得手段で取得した画像のサイズが閾値以上であった場合に、ターゲット情報検出手段による検出を無効とする誤検出判定手段とを備えたので、ターゲットへの距離の誤検出を防止することができる。

また、実施の形態１のレーザレーダ装置によれば、ウィンドウ上の異物を除去するワイパと、誤検出判定手段がターゲット情報検出手段による検出を無効とした場合にワイパを作動させるワイパ作動手段とを備えたので、誤検出の原因を除去することができる。

実施の形態２．
実施の形態２は、誤検出の判定をターゲットの画像位置に基づいて行うようにしたものである。

図５は、実施の形態２のレーザレーダ装置を示す構成図である。
実施の形態２のレーザレーダ装置は、レーザ装置１、トリガ発生装置２、スキャナ３、ウィンドウ４、角度モニタ装置５、受信レンズ６、アレイ状受光器７、電流電圧変換装置８、受信検出装置９、信号加算装置１０、強度及び距離検出装置１１、信号処理装置１２、誤検出判定装置１４ａ、ワイパ動作判定装置１５、ワイパ１６、集光位置判定装置１７を備える。

集光位置判定装置１７は、角度モニタ装置５から入力されるスキャナ角度信号に基づいてアレイ状受光器７上の集光スポット位置を推定し、この推定される位置に相当する素子以外の受信検出信号が受信検出装置９から入力されるかを判定する機能を有する。そして推定される位置に相当する素子以外からの受信検出信号が入力された場合、集光位置エラー信号を出力する機能を有する。誤検出判定装置１４ａは、集光位置判定装置１７から集光位置エラー信号が出力された場合に誤検出と判定し、誤検出信号を出力するよう構成されている。また、集光位置判定装置１７、誤検出判定装置１４ａ及び信号処理装置１２によって、ターゲット画像取得手段によるターゲットの画像位置が、レーザ照射手段からのレーザ光を照射する角度から推定される画像位置とは異なる場合に、ターゲット情報検出手段による検出を無効とする誤検出判定手段を構成している。これ以外の構成は、図１に示した実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。

次に、実施の形態２のレーザレーダ装置の動作について説明する。
集光位置判定装置１７は、入力されるスキャナ角度信号からアレイ状受光器７上の集光スポット位置を推定し、この推定される位置に相当する素子以外の受信検出信号が入力されるかを判定する。例えば、図５中に示されたスキャン領域において、図５中上部にレーザ光を照射するスキャナ角度であった場合、集光スポット位置はアレイ状受光器７の下部になるため、集光スポット位置をアレイ状受光器７の下部と推定する。そして推定位置以外からの受信検出信号が入力された場合、集光位置エラー信号を出力する。誤検出判定装置１４ａは、集光位置判定装置１７から集光位置エラー信号が出力された場合は誤検出信号を出力する。これ以外の動作は実施の形態１と同様であるため、ここでの説明は省略する。

以下、誤検出判定の詳細について説明する。
実施の形態１では、水滴によりレーザ光が発散した場合の誤検出の判定方法について記載したが、実施の形態２では、図６に示すように水滴によりレーザ光が屈折した場合の誤検出の判定方法について説明する。

レーザ光が屈折すると、スキャナ３により指定された方向とは別の方向にレーザが照射され、照射されたターゲットからの散乱光を受信すると、距離の誤検出が発生する。実施の形態１では屈折と同時に発生した発散による効果を検出することで水滴による距離の誤検知を検出していたが、発散が発生せず屈折のみである場合はこの方法では対応することができない。そこで実施の形態２では以下の方法で誤検出を検出する。

この場合、水滴によりレーザ光が屈折して照射されるため、図６に示すようにアレイ状受光器７上の集光スポットの位置が変化する。そこで、集光位置判定装置１７は、この集光スポットの位置が変化したことを受信検出装置９からの受信検出信号から検知し、集光位置エラー信号を出力する。すなわち、角度モニタ装置５からのスキャナ角度信号からターゲットが存在する位置を推定することができる。これがアレイ状受光器７上の点線丸印で示す位置である。そして、集光位置判定装置１７は、この推定位置と受信検出装置９からの受信検出信号で示されるアレイ状受光器７上の集光スポットの位置とを比較し、これらの位置が予め定めた閾値以上異なる場合は、集光スポット位置は誤検出したターゲットの画像であると判定して集光位置エラー信号を誤検出判定装置１４ａに送る。

集光位置判定装置１７から集光位置エラー信号が出力された場合、誤検出判定装置１４ａは、ウィンドウ４の水滴の付着による距離の誤検出が発生したと判定し、誤検出信号を信号処理装置１２とワイパ動作判定装置１５に送出する。これにより、信号処理装置１２は、この誤検出結果を距離強度画像には反映させず、また、ワイパ動作判定装置１５はワイパ１６を動作させることで、水滴を除去し、上記誤検出の原因となる現象を除去する。

なお、これは水滴のみに限るものではなく、例えばウィンドウ４に付着した汚れや埃等により同様の現象が発生した場合にも、これによる誤検知を回避し、ワイパ１６により原因を除去することができる。

また、上記例では、集光位置判定装置１７がレーザ光の照射角度に基づいて推定した位置から集光位置エラーを判定したが、他の例として、図７に示すように、アレイ状受光器７において、ターゲットの画像が同時刻に複数取得され、かつ、これら複数の画像の距離が設定値より大きい場合に集光位置エラーを判定するようにしてもよい。すなわち、集光位置判定装置１７は、アレイ状受光器７における２次元平面上で設定値以上の距離を有する複数の集光スポットが同時に検出された場合に集光位置エラー信号を送出するよう構成する。例えば、送信ビームの一部が水滴によりケラレた場合、ビームが２分割されてそれぞれの方向に照射され、結果として図７に示すような２つの集光スポットが生成される可能性がある。この場合、隣接していない複数素子において受信するため、これを検出することで水滴による距離の誤検知を検出することができる。なお、設定値は、レーザレーダ装置の設置環境等に応じて適宜設定する。また、この構成ではスキャナ角度信号の入力は不要となるため、レーザレーダ装置における構成及び機能を簡素化することができる。

次に、さらに他の例として、集光位置判定装置１７が、１測定ごとに受信した素子の位置を記憶し、次回測定時に前回測定時の位置から２素子以上移動した場合、集光位置エラー信号を出力するようにした例について説明する。すなわち、集光位置判定装置１７を、アレイ状受光器７における２次元平面上で検出される集光スポットの位置の経時的変化が不連続であった場合に集光位置エラー信号を送出するよう構成する。以下、この動作を図８を用いて説明する。

測定の繰り返し周期はスキャナ３の動作周期と比較して十分小さいとすると、集光スポットの位置はアレイ状受光器７の面上を連続的に移動する（測定番号(1)→(2)参照）。一方で水滴によりレーザ光が屈折すると、図８の測定番号(3)に示すように集光スポット位置が２素子以上移動することがある。これを検出することで、水滴による距離の誤検知を検出する。この場合スキャナ角度信号の入力は不要となるため、構成及び機能を簡素化することができる。

さらに、上記例では、実施の形態１の集光スポットサイズ判定装置１３ではなく集光位置判定装置１７を設けるようにしたが、集光位置判定装置１７と集光スポットサイズ判定装置１３の両方を備え、実施の形態１に示した動作を付加させてもよい。これにより、レーザ光の発散による集光スポットサイズの拡大も検出することができる。よって、水滴により屈折が発生せず、発散した場合においても、これを検知することができる。この場合、誤検出判定装置１４ａは集光スポットサイズエラー信号と集光位置エラー信号のどちらかが入力された場合、誤検出信号を出力する。これ以外の動作については実施の形態１と同様である。

以上説明したように、実施の形態２のレーザレーダ装置によれば、レーザ光をウィンドウを介してターゲットに照射するレーザ照射手段と、ターゲットからの反射光をウィンドウを介して受光し、ターゲットの画像を取得するターゲット画像取得手段と、レーザ照射手段によるレーザ光の照射時刻と、ターゲット画像取得手段での画像取得時刻との時間差からターゲットとの距離を検出するターゲット情報検出手段と、ターゲット画像取得手段によるターゲットの画像位置が、レーザ照射手段からのレーザ光を照射する角度から推定される画像位置とは異なる場合に、ターゲット情報検出手段による検出を無効とする誤検出判定手段とを備えたので、ターゲットへの距離の誤検出を防止することができる。

また、実施の形態２のレーザレーダ装置によれば、レーザ光をウィンドウを介してターゲットに照射するレーザ照射手段と、ターゲットからの反射光をウィンドウを介して受光し、ターゲットの画像を取得するターゲット画像取得手段と、レーザ照射手段によるレーザ光の照射時刻と、ターゲット画像取得手段での画像取得時刻との時間差からターゲットとの距離を検出するターゲット情報検出手段と、ターゲット画像取得手段によるターゲットの画像が同時刻に複数取得され、かつ、複数の画像間の距離が設定値より大きい場合に、ターゲット情報検出手段による検出を無効とする誤検出判定手段とを備えたので、ターゲットへの距離の誤検出を防止することができる。

また、実施の形態２のレーザレーダ装置によれば、レーザ光をウィンドウを介してターゲットに照射するレーザ照射手段と、ターゲットからの反射光をウィンドウを介して受光し、ターゲットの画像を取得するターゲット画像取得手段と、レーザ照射手段によるレーザ光の照射時刻と、ターゲット画像取得手段での画像取得時刻との時間差からターゲットとの距離を検出するターゲット情報検出手段と、ターゲット画像取得手段によるターゲットの画像位置の経時的変化が不連続であった場合に、ターゲット情報検出手段による検出を無効とする誤検出判定手段とを備えたので、ターゲットへの距離の誤検出を防止することができる。

実施の形態３．
実施の形態３は、ターゲットの近接を判定した場合は誤検出の判定を停止するようにした例である。

図９は、実施の形態３のレーザレーダ装置を示す構成図である。
実施の形態３のレーザレーダ装置は、レーザ装置１、トリガ発生装置２、スキャナ３、ウィンドウ４、角度モニタ装置５、受信レンズ６、アレイ状受光器７、電流電圧変換装置８、受信検出装置９、信号加算装置１０、強度及び距離検出装置１１、信号処理装置１２、集光スポットサイズ判定装置１３、誤検出判定装置１４、ワイパ動作判定装置１５、ワイパ１６、近接ターゲット判定装置１８を備える。

近接ターゲット判定装置１８は、集光スポットサイズ判定装置１３から集光スポットサイズエラー信号が出力された場合、これを受けて、強度及び距離検出装置１１で検出された距離信号がユーザの指定した距離よりも大きいか否かを判定する機能を持つ。また、判定の結果、大きい場合には集光スポットサイズ判定装置１３からの集光スポットサイズエラー信号をそのまま出力し、そうでない場合には出力しない機能を持つ。また、誤検出判定装置１４は、近接ターゲット判定装置１８から集光スポットサイズエラー信号がそのまま出力された場合は、実施の形態１と同様に誤検出信号を送出するよう構成されている。これ以外の構成は、図１に示した実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。

次に、実施の形態３のレーザレーダ装置の動作について説明する。
近接ターゲット判定装置１８は、集光スポットサイズ判定装置１３から集光スポットサイズエラー信号が出力された場合、強度及び距離検出装置１１で検出された距離信号に対してユーザが指定した設定値以上であるか否かを判定する。判定の結果、設定値以上であった場合には集光スポットサイズエラー信号をそのまま出力し、そうでない場合には出力しない。この動作の詳細は次の通りである。

例えば、レーザレーダ装置の至近距離にターゲットが侵入した場合、受信レンズ６の集光距離がずれるため集光スポットサイズは増加する。実施の形態１ではこれを水滴による誤検知と判断し、その結果、ワイパ１６を動作させてしまうといった場合がある。

これに対し、実施の形態３では、近接ターゲット判定装置１８において、集光スポットサイズ判定装置１３が集光スポットサイズエラー信号を出力した際の距離値が至近距離の値かどうかを判定することで、至近距離にターゲットが侵入したか否かを判定する。そして、距離値が至近距離であった場合は集光スポットサイズ判定装置１３からの集光スポットサイズエラー信号を誤検出判定装置１４に対して出力しないようにする。ここで、近接ターゲット判定装置１８が判定基準とする設定値は、レーザレーダ装置の設置環境等に応じて適宜決定する。以上の動作により、ワイパ１６が無駄に動作してしまうのを防止することができる。

以上説明したように、実施の形態３のレーザレーダ装置によれば、レーザ光をウィンドウを介してターゲットに照射するレーザ照射手段と、ターゲットからの反射光をウィンドウを介して受光し、ターゲットの画像を取得するターゲット画像取得手段と、レーザ照射手段によるレーザ光の照射時刻と、ターゲット画像取得手段での画像取得時刻との時間差からターゲットとの距離を検出するターゲット情報検出手段と、ターゲット情報検出手段が検出したターゲットとの距離が設定値以上であるか否かを判定する近接ターゲット判定装置と、ターゲット画像取得手段で取得した画像のサイズが閾値以上であり、かつ、近接ターゲット判定装置が設定値以上であると判定した場合に、ターゲット情報検出手段による検出を無効とする誤検出判定手段とを備えたので、ターゲットへの距離の誤検出を防止することができると共に、ターゲットが近接した場合でも距離の検出を確実に行うことができる。

なお、実施の形態２及び実施の形態３においても、スキャナ３は２次元スキャンではなく１次元スキャンでも良い。

また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１レーザ装置、２トリガ発生装置、３スキャナ、４ウィンドウ、５角度モニタ装置、６受信レンズ、７アレイ状受光器、８電流電圧変換装置、９受信検出装置、１０信号加算装置、１１強度及び距離検出装置、１２信号処理装置、１３集光スポットサイズ判定装置、１４，１４ａ誤検出判定装置、１５ワイパ動作判定装置、１６ワイパ、１７集光位置判定装置、１８近接ターゲット判定装置。

Claims

レーザ光をウィンドウを介してターゲットに照射するレーザ照射手段と、
前記ターゲットからの反射光を前記ウィンドウを介して受光することで前記ターゲットの画像を取得するターゲット画像取得手段と、
前記レーザ照射手段によるレーザ光の照射時刻と、前記ターゲット画像取得手段での画像取得時刻との時間差から前記ターゲットとの距離を検出するターゲット情報検出手段と、
前記ターゲット画像取得手段で取得した画像のサイズが閾値以上であった場合に、前記ターゲット情報検出手段による検出を無効とする誤検出判定手段とを備えたことを特徴とするレーザレーダ装置。
レーザ光をウィンドウを介してターゲットに照射するレーザ照射手段と、
前記ターゲットからの反射光を前記ウィンドウを介して受光し、前記ターゲットの画像を取得するターゲット画像取得手段と、
前記レーザ照射手段によるレーザ光の照射時刻と、前記ターゲット画像取得手段での画像取得時刻との時間差から前記ターゲットとの距離を検出するターゲット情報検出手段と、
前記ターゲット画像取得手段によるターゲットの画像位置が、前記レーザ照射手段からのレーザ光を照射する角度から推定される画像位置とは異なる場合に、前記ターゲット情報検出手段による検出を無効とする誤検出判定手段とを備えたことを特徴とするレーザレーダ装置。
レーザ光をウィンドウを介してターゲットに照射するレーザ照射手段と、
前記ターゲットからの反射光を前記ウィンドウを介して受光し、前記ターゲットの画像を取得するターゲット画像取得手段と、
前記レーザ照射手段によるレーザ光の照射時刻と、前記ターゲット画像取得手段での画像取得時刻との時間差から前記ターゲットとの距離を検出するターゲット情報検出手段と、
前記ターゲット画像取得手段によるターゲットの画像が同時刻に複数取得され、かつ、当該複数の画像間の距離が設定値より大きい場合に、前記ターゲット情報検出手段による検出を無効とする誤検出判定手段とを備えたことを特徴とするレーザレーダ装置。
レーザ光をウィンドウを介してターゲットに照射するレーザ照射手段と、
前記ターゲットからの反射光を前記ウィンドウを介して受光し、前記ターゲットの画像を取得するターゲット画像取得手段と、
前記レーザ照射手段によるレーザ光の照射時刻と、前記ターゲット画像取得手段での画像取得時刻との時間差から前記ターゲットとの距離を検出するターゲット情報検出手段と、
前記ターゲット画像取得手段によるターゲットの画像位置の経時的変化が不連続であった場合に、前記ターゲット情報検出手段による検出を無効とする誤検出判定手段とを備えたことを特徴とするレーザレーダ装置。
レーザ光をウィンドウを介してターゲットに照射するレーザ照射手段と、
前記ターゲットからの反射光を前記ウィンドウを介して受光し、前記ターゲットの画像を取得するターゲット画像取得手段と、
前記レーザ照射手段によるレーザ光の照射時刻と、前記ターゲット画像取得手段での画像取得時刻との時間差から前記ターゲットとの距離を検出するターゲット情報検出手段と、
前記ターゲット画像取得手段で取得した画像のサイズが閾値以上であった場合に、前記ターゲット情報検出手段による検出を無効とする誤検出判定手段とを備えたことを特徴とする請求項２から請求項４のうちのいずれか１項記載のレーザレーダ装置。
レーザ光をウィンドウを介してターゲットに照射するレーザ照射手段と、
前記ターゲットからの反射光を前記ウィンドウを介して受光し、前記ターゲットの画像を取得するターゲット画像取得手段と、
前記レーザ照射手段によるレーザ光の照射時刻と、前記ターゲット画像取得手段での画像取得時刻との時間差から前記ターゲットとの距離を検出するターゲット情報検出手段と、
前記ターゲット情報検出手段が検出したターゲットとの距離が設定値以上であるか否かを判定する近接ターゲット判定装置と、
前記ターゲット画像取得手段で取得した画像のサイズが閾値以上であり、かつ、前記近接ターゲット判定装置が設定値以上であると判定した場合に、前記ターゲット情報検出手段による検出を無効とする誤検出判定手段とを備えたことを特徴とするレーザレーダ装置。
前記ウィンドウ上の異物を除去するワイパと、
前記誤検出判定手段が前記ターゲット情報検出手段による検出を無効とした場合に前記ワイパを作動させるワイパ作動手段とを備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載のレーザレーダ装置。