JP2021001787A

JP2021001787A - レーザ距離測定装置

Info

Publication number: JP2021001787A
Application number: JP2019115137A
Authority: JP
Inventors: 尚平塚本; Shohei Tsukamoto; 浩坂之上; Hiroshi Sakanoue; 勝治今城; Masaharu Imaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-06-21
Filing date: 2019-06-21
Publication date: 2021-01-07
Also published as: US11567178B2; US20200400787A1; DE102020207370A1

Abstract

【課題】近距離及び遠距離のいずれの場合においても、測定性能が劣化しないレーザ距離測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】レーザ光Ｌ１を出射するレーザ光出射部１１と、レーザ光Ｌ１の出射角度を変化させて走査する走査機構１２と、レーザ光Ｌ１の物体４０からの反射光Ｌ２を受光し、受光信号を出力する受光部１３と、出射角度が小さい場合の反射光Ｌ２の受光感度を出射角度が大きい場合の反射光Ｌ２の受光感度よりも高く設定して、受光信号を出力させる光検出器制御回路１３２と、受光信号に基づいて物体４０までの距離を算出する距離算出部１５とを備え、近距離及び遠距離のいずれにおいても距離の測定性能を向上させる。【選択図】図１

Description

本願は、レーザ距離測定装置に関する。

従来、レーザ光などの光ビームを測定対象に照射し、物体からの反射される反射光に基づいて物体までの距離を測定するレーザ距離測定装置が知られている。このようなレーザ距離測定装置には、光源のレーザ光を走査手段によって特定の走査範囲を走査させる走査型の装置がある。しかしながら、従来のレーザ距離測定装置の多くは、ある既定の装置条件で動作しており、例えば、近距離では距離分解の要求が高いため、広帯域アンプを用いるが、遠距離では、受信光は弱いため、広帯域アンプの雑音を落として微弱光を検知したい、といった、異なる要求がある。一般的に、固定位置に設置する２Ｄ測距センサの場合には、走査角に応じて、近距離と遠距離が決まっている場合がある。

この問題を解決するために、特許文献１の技術では、車両の前方にレーザ光を照射し、水平方向のそれぞれ異なる方向からの反射光を複数の受光素子により同時に受光し、さらに任意の組合せで複数の受光素子を選択し、選択した受光素子から出力される受光信号を加算して出力することにより、受光感度を上げる。

また、特許文献２の技術では、レーザ距離測定装置を車両に搭載し、複数の受光素子で構成し、受光信号が検出されていない方向に関し、車両速度に応じて受光信号の積算回数を増加させることで、受光信号のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）を向上させて、受光感度を適切に設定する。

特開平７−１９１１４８号公報（段落００３２〜００３６、図１〜図３）特開２０１５−１３５２７２号公報（段落００１３〜００１５、図１）

しかしながら、遠距離の微弱光を検知するために帯域を狭くした場合、高周波成分の雑音を落とせるため雑音レベルが下がり信号レベルも上がるが、近距離（パルス幅相当分の）測距に適用できないという問題があった。また、車速が所定の速度以上の場合、近距離からの信号を分離することが可能となるが、遠距離での測定性能が劣化するという問題があった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、近距離測距に適用できるだけでなく、遠距離での測定性能が劣化しないレーザ距離測定装置を提供することを目的とする。

本願に開示されるレーザ距離測定装置は、レーザ光を出射するレーザ光出射部と、前記レーザ光の出射角度を変化させて走査する走査部と、前記レーザ光の反射体からの反射光を受光し、受光信号を出力する受光部と、前記出射角度が小さい場合の反射光の受光感度を前記出射角度が大きい場合の反射光の受光感度よりも高く設定して、前記受光信号を出力させる制御部と、前記受光信号に基づいて前記反射体までの距離を算出する距離算出部と、を備えたことを特徴とする。

本願によれば、出射角度に応じて反射光の受光感度を変化させることで、近距離及び遠距離のいずれの場合においても、距離の測定性能を向上させることができる。

実施の形態１に係るレーザ距離測定装置の構成の概略を示すブロック図である。実施の形態１に係るレーザ距離測定装置の模式図である。実施の形態１に係るレーザ距離測定装置の可動ミラーの構成を示す平面図である。実施の形態１に係るレーザ距離測定装置の可動ミラーの駆動電流を説明するためのタイムチャートである。実施の形態１に係るレーザ距離測定装置の上下方向及び左右方向の照射範囲を説明するための図である。実施の形態１に係るレーザ距離測定装置の制御装置のハードウェア構成図である。実施の形態１に係るレーザ距離測定装置による測定での物体までの距離の検出を説明するための図である。実施の形態１に係るレーザ距離測定装置による測定での光源信号と受光信号とを説明するタイムチャート図である。実施の形態１に係るレーザ距離測定装置による測定でのレーザ光を上下に走査した場合の受光信号の挙動を説明するための図である。比較例に係るレーザ距離測定装置による測定での受光信号の挙動を説明するためのタイムチャートである。実施の形態１に係るレーザ距離測定装置のゲイン・帯域変化回路の構成を示す回路図である。実施の形態１に係るレーザ距離測定装置のゲイン・帯域変化回路での変換ゲイン及び帯域幅の設定データを説明するための図である。実施の形態１に係るレーザ距離測定装置のゲイン・帯域変化回路の他の構成を示す回路図である。実施の形態１に係るレーザ距離測定装置のゲイン・帯域変化回路の他の構成を示す回路図である。

１．実施の形態１
実施の形態１に係るレーザ距離測定装置について図面を参照して説明する。図１は、レーザ距離測定装置１０の構成の概略を示すブロック図である。図２は、レーザ距離測定装置１０の光学系の概略配置構成を示す模式図である。レーザ距離測定装置１０は、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）又はレーザレーダとも呼ばれる。レーザ距離測定装置１０は、移動体としての車両に搭載され、移動体の前方にレーザ光Ｌ１を２次元走査して照射し、レーザ距離測定装置１０（移動体）から移動体の前方に存在する物体までの距離を測定する。

図１に示すように、レーザ距離測定装置１０は、レーザ光出射部１１、走査機構１２、受光部１３、走査制御部１４、及び距離算出部１５等を備えている。後述するように、走査制御部１４、及び距離算出部１５は、制御装置２０に備えられている。レーザ光出射部１１は、レーザ光Ｌ１を出射する。走査機構１２は、レーザ光Ｌ１の出射角度を変化させる機構である。走査制御部１４は、走査機構１２によりレーザ光Ｌ１の出射角度を制御してレーザ光Ｌ１を走査させる。受光部１３は、物体に反射したレーザ光の反射光Ｌ２を受光し、受光信号を出力する。距離算出部１５は、出射したレーザ光Ｌ１及び受光信号に基づいて物体までの距離である物体距離を算出する。

１−１．レーザ光出射部１１
レーザ光出射部１１は、レーザ光Ｌ１を出射する。レーザ光出射部１１は、レーザ光源１１１、及びレーザ光源駆動回路１１２を備えている。レーザ光源駆動回路１１２は、後述する送受光制御部１６からの指令信号に基づいて、パルス状の出力信号を生成する。レーザ光源１１１は、レーザ光源駆動回路１１２から伝達された出力信号がオンになったときに、近赤外波長のレーザ光Ｌ１を発生し、走査機構１２に向かって出射する。なお、レーザ光源１１１から出射されたレーザ光Ｌ１は、レーザ光源１１１と走査機構１２との間に配置された集光ミラー１３３を透過する。

１−２．走査機構１２
走査機構１２は、レーザ光Ｌ１の出射角度を変化させる。本実施の形態では、走査機構１２は、移動体の前方に照射するレーザ光Ｌ１の出射角度を、移動体の進行方向（照射中心線）に対して左右方向Ｘ及び上下方向Ｙに変化させる。走査機構１２は、可動ミラー１２１、及びミラー駆動回路１２２を備えている。図２に示すように、レーザ光源１１１から出射したレーザ光Ｌ１は、集光ミラー１３３を透過した後、可動ミラー１２１に反射し、筐体９に設けられた透過窓１９を透過して、可動ミラー１２１の角度に応じた出射角度で移動体の前方に照射される。

本実施の形態では、可動ミラー１２１は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー１２１とされている。図３に、実施の形態１に係るレーザ距離測定装置１０の可動ミラーであるＭＥＭＳミラー１２１の平面図を示す。図３に示すように、ＭＥＭＳミラー１２１は、互いに直交する第１軸Ｃ１と第２軸Ｃ２の回りにミラー１２１ａを回転させる回転機構を備えている。ＭＥＭＳミラー１２１は、ミラー１２１ａが設けられた矩形板状の内側フレーム１２１ｂと、内側フレーム１２１ｂの外側に配置された矩形環板状の中間フレーム１２１ｃと、中間フレーム１２１ｃの外側に配置され矩形板状の外側フレーム１２１ｄと、を備えている。外側フレーム１２１ｄは、ＭＥＭＳミラー１２１の本体に固定されている。

外側フレーム１２１ｄと中間フレーム１２１ｃとは、ねじり弾性を有する左右２つの第１トーションバー１２１ｅにより連結されている。中間フレーム１２１ｃは、外側フレーム１２１ｄに対して、２つの第１トーションバー１２１ｅを結ぶ第１軸Ｃ１回りに捩れる。第１軸Ｃ１回りに一方側又は他方側に捩れると、レーザ光Ｌ１の出射角度が上側又は下側に変化する。中間フレーム１２１ｃと内側フレーム１２１ｂとは、弾性を有する上下２つの第２トーションバー１２１ｆにより連結されている。内側フレーム１２１ｂは、中間フレーム１２１ｃに対して、２つの第２トーションバー１２１ｆを結ぶ第２軸Ｃ２回りに捩れる。第２軸Ｃ２回りに一方側又は他方側に捩れると、レーザ光Ｌ１の出射角度が左側又は右側に変化する。

中間フレーム１２１ｃには、フレームに沿った環状の第１コイル１２１ｇが設けられており、第１コイル１２１ｇに接続された第１電極パット１２１ｈが、外側フレーム１２１ｄに設けられている。内側フレーム１２１ｂには、フレームに沿った環状の第２コイル１２１ｉが設けられており、第２コイル１２１ｉに接続された第２電極パット１２１ｊが、外側フレーム１２１ｄに設けられている。ＭＥＭＳミラー１２１には、不図示の永久磁石が設けられている。第１コイル１２１ｇに正側又は負側の電流が流れると、中間フレーム１２１ｃを第１軸Ｃ１回りに一方側又は他方側にねじるローレンツ力が生じ、捩れ角度は、電流の大きさに比例する。第２コイル１２１ｉに正側又は負側の電流が流れると、内側フレーム１２１ｂを第２軸Ｃ２回りに一方側又は他方側にねじるローレンツ力が生じ、捩れ角度は、電流の大きさに比例する。

図４は、実施の形態１に係るレーザ距離測定装置１０のＭＥＭＳミラー１２１の駆動電流を説明するためのタイムチャートである。図４（ａ）は第１コイル１２１ｇでの駆動電流のタイムチャート図であり、図４（ｂ）は第２コイル１２１ｉでの駆動電流のタイムチャート図である。

ミラー駆動回路１２２は、走査制御部１４の指令信号に従って、図４（ａ）に示すように、正の第１最大電流値Ｉｍｘ１と負の第１最小電流値Ｉｍｎ１との間を、第１周期Ｔ１で振動する電流を、第１電極パット１２１ｈを介して第１コイル１２１ｇに供給する。第１周期Ｔ１は、２次元走査の１フレーム分の周期となる。電流の振動波形は、のこぎり波又は三角波等とされる。

図５に、実施の形態１に係るレーザ距離測定装置１０の上下方向（垂直方向）Ｙ及び左右方向（水平方向）Ｘの照射範囲４０ａを説明するための図を示す。この２次元の走査範囲である照射範囲４０ａの１回の走査を、１フレームという。

上下方向（垂直方向）Ｙについては、レーザ光Ｌ１は、図５に示すように、１フレーム開始点Ｆ１の位置（正の第１最大電流値Ｉｍｘ１に対応する上下方向Ｙの最大照射角度θＵＤｍｘ）と、１フレーム終了点Ｆ２（負の第１最小電流値Ｉｍｎ１に対応する上下方向Ｙの最小照射角度θＵＤｍｎ）との間を、左右方向Ｘに振動しながら第１周期Ｔ１で振動して、走査する。第１最大電流値Ｉｍｘ１と第１最小電流値Ｉｍｎ１の間を、運転条件に応じて変化してもよい。

また、ミラー駆動回路１２２は、走査制御部１４の指令信号に従って、図４（ｂ）に示すように、正の第２最大電流値Ｉｍｘ２と負の第２最小電流値Ｉｍｎ２との間を、第２周期Ｔ２で振動する電流を、第２電極パット１２１ｊを介して第２コイル１２１ｉに供給する。第２周期Ｔ２は、第１周期Ｔ１よりも短い値に設定されており、第１周期Ｔ１を、１フレームにおける左右方向Ｘの往復走査回数Ｎで除算した値に設定される。電流の振動波形は、正弦波又は矩形波等とされる。

左右方向（水平方向）Ｘについては、レーザ光Ｌ１は、図５に示すように、１フレーム／Ｎの開始点ｆ１（負の第２最小電流値Ｉｍｎ２に対応する左右方向Ｘの最小照射角度θＬＲｍｎ）と、１フレーム／２Ｎの中間点ｆ１／２（正の第２最大電流値Ｉｍｘ２に対応する左右方向Ｘの最大照射角度θＬＲｍｘ）との間を振動して、１フレーム／Ｎの終了点ｆ２（負の第２最小電流値Ｉｍｎ２に対応する左右方向Ｘの最小照射角度θＬＲｍｎ）に戻る、第２周期Ｔ２を繰り返して、上下方向（垂直方向）Ｙの１フレーム終了点Ｆ２まで走査する。第２最大電流値Ｉｍｘ２と第２最小電流値Ｉｍｎ２の間を、運転条件に応じて変化してもよい。このように、走査機構１２によりレーザ光Ｌ１を、照射範囲４０ａに走査させることができる。

１−３．受光部１３
受光部１３は、移動体（レーザ距離測定装置１０）の前方の物体４０（照射範囲４０ａ）に反射したレーザ光の反射光Ｌ２を受光する。受光部１３は、光検出器１３１、光検出器制御回路１３２、及び集光ミラー１３３を備えている。図２に示すように、移動体の前方にある物体４０に反射した反射光Ｌ２は、透過窓１９を透過し、可動ミラー１２１に反射した後、集光ミラー１３３に反射し、光検出器１３１に入射する。

光検出器１３１は、ＡＰＤ（Avalanche Photo Diode）等を受光素子として備え、受光した反射光Ｌ２に応じた受光信号を出力する。光検出器制御回路１３２は、送受光制御部１６からの指令信号に基づいて、光検出器１３１の動作を制御する。また光検出器制御回路１３２には、光検出器１３１の受光素子に印加する電源回路を含む。光検出器１３１が出力した受光信号は、制御装置２０（距離算出部１５）に入力される。

１−４．制御装置２０
レーザ距離測定装置１０は、制御装置２０を備えている。制御装置２０は、走査制御部１４、距離算出部１５、及び送受光制御部１６等の機能部を備えている。制御装置２０の各機能は、制御装置２０が備えた処理回路により実現される。図６に、実施の形態１に係るレーザ距離測定装置１０の制御装置２０のハードウェア構成図を示す。図６に示すように、制御装置２０は、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りをする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入出力する入出力装置９２、及びレーザ距離測定装置１０の外部の装置とデータ通信を行う外部通信装置９３等を備えている。

演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）９１ａ、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）９１ｂ等が備えられている。なお、記憶装置９１として、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等の各種の記憶装置が用いられてもよい。

入出力装置９２は、レーザ光源駆動回路１１２、ミラー駆動回路１２２、光検出器１３１、及び光検出器制御回路１３２等が接続され、これらと演算処理装置９０との間でデータ及び制御指令の送受信を行う通信回路、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、及び入出力ポート等を備えている。また、入出力装置９２は、各回路を制御する演算処理装置を備えている。外部通信装置９３は、カーナビゲーション装置３０、外部演算処理装置３１等の外部装置と通信を行う。

そして、制御装置２０が備える各機能部１４〜１６等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入出力装置９２、及び外部通信装置９３等の制御装置２０の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各機能部１４〜１６等が用いる処理回数等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。以下、制御装置２０の各機能について詳細に説明する。

＜送受光制御部１６＞
送受光制御部１６は、レーザ光源駆動回路１１２に指令信号を伝達し、パルス周期Ｔｐで、パルス幅を有するパルス状のレーザ光Ｌ１を出力させる。また、送受光制御部１６は、光検出器制御回路１３２に指令信号を伝達し、光検出器１３１に受光信号を出力させる。

＜走査制御部１４＞
走査制御部１４は、走査機構１２を制御してレーザ光Ｌ１を走査させる。本実施の形態では、走査制御部１４は、移動体の進行方向に対する左右方向Ｘの照射範囲でレーザ光Ｌ１を走査させると共に、移動体の進行方向に対する上下方向Ｙの照射範囲でレーザ光Ｌ１を走査させる２次元走査を行う。

走査制御部１４は、レーザ光Ｌ１の出射角度を、上下方向Ｙの照射範囲及び第１周期Ｔ１で走査させる指令信号を、ミラー駆動回路１２２に伝達する。具体的には、走査制御部１４は、第１コイル１２１ｇに供給する電流の正の第１最大電流値Ｉｍｘ１及び負の第１最小電流値Ｉｍｎ１、及び第１周期Ｔ１の指令信号を、ミラー駆動回路１２２に伝達する。

また、走査制御部１４は、レーザ光Ｌ１の出射角度を、左右方向Ｘの照射範囲及び第２周期Ｔ２で走査させる指令信号を、ミラー駆動回路１２２に伝達する。具体的には、走査制御部１４は、第２コイル１２１ｉに供給する電流の正の第２最大電流値Ｉｍｘ２及び負の第２最小電流値Ｉｍｎ２、及び第２周期Ｔ２の指令信号を、ミラー駆動回路１２２に伝達する。走査制御部１４は、第１周期Ｔ１を、１フレームにおける左右方向Ｘの往復走査回数で除算した値を、第２周期Ｔ２に設定する。

＜距離算出部１５＞
距離算出部１５は、出射したレーザ光及び受光信号に基づいて、照射範囲４０ａに存在する物体４０までの距離を算出する。図７は、実施の形態１に係るレーザ距離測定装置による測定での物体４０までの距離の検出を説明するための図であり、図８は、光源信号と受光信号とを説明するタイムチャート図である。

図７に示すように、レーザ光源１１１から出射したレーザ光Ｌ１は、距離Ｌだけ前方にある物体４０に反射し、反射光Ｌ２は、距離Ｌだけ後方にある光検出器１３１に入射する。図８は、レーザ光源１１１から出射したレーザ光Ｌ１の光源信号と、光検出器１３１で受光した反射光Ｌ２の受光信号との関係を示している。レーザ光源駆動回路１１２は、パルス周期Ｔｐでオンになるパルス状の出力信号（光源信号）を生成する。光源信号の立ち上がりから受光信号のピークまで時間Ｔｃｎｔは、レーザ光源１１１及び光検出器１３１と物体４０との間の距離Ｌをレーザ光が往復する時間である。よって、時間Ｔｃｎｔに光速を乗算し、２で除算すれば、物体４０までの距離Ｌを算出することができる。

距離算出部１５には、レーザ光源駆動回路１１２からレーザ光源１１１への出力信号（光源信号）が入力されており、レーザ光出射部１１がパルス状のレーザ光を発光し始めた時点を検出できる。距離算出部１５は、レーザ光出射部１１がレーザ光を発光し始めてから、受光部１３が受光信号を出力する時点までの時間Ｔｃｎｔを受光時間として計測する。そして、距離算出部１５は、受光時間Ｔｃｎｔに光速ｃ０を乗算し、２で除算した値を、レーザ光の発光時点の出射角度に存在する物体までの距離Ｌとして算出する（Ｌ＝Ｔｃｎｔ×ｃ０／２）。なお、距離算出部１５は、受光部１３が受光信号を出力していない場合は、その時点の照射範囲４０ａに存在する物体４０を検出できないと判定して、距離Ｌを算出しない。距離算出部１５は、距離の算出結果を外部演算処理装置３１に伝達する。

＜受光信号の強度の課題＞
図９は、実施の形態１に係るレーザ距離測定装置による測定でのレーザ光を上下に走査した場合の受光信号の挙動を説明するための図である。図９においては、レーザ光の出射角度を上から下に走査した時の各照射位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を示し、照射位置Ｐ１において、レーザ光が物体４０に当った箇所を黒丸で示している。また、照射位置Ｐ２、Ｐ３において、地上面４１に当った箇所を黒丸で示している。

図１０に、比較例に係るレーザ距離測定装置による測定での受光信号の挙動を説明するためのタイムチャートである。比較例に係るレーザ距離測定装置では、図１０に示すように、パルス状のレーザ光が照射位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の時点で出射され、照射位置Ｐ１において物体４０に反射し、Ｐ２、Ｐ３において地上面４１に反射した反射光が光検出器１３１に入射し、受光信号Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が出力されている。受光信号Ｒ３は、閾値Ｓを超えているので、パルス状の受光検出信号が出力されている。しかし、受光信号Ｒ１、Ｒ２は、信号のピークが低く、閾値Ｓを超えていないため、受光検出信号が出力されていない。よって、距離の測定ができていない。

このような受光信号のピークが低下する現象は、雨又は霧などの悪天候の場合にレーザ光が往復する間に雨又は霧に当たり、光が散乱することで起こる。また、空気中を浮遊する塵にレーザ光が当たり、光が散乱する場合もある。雨、霧、又は塵等への接触は、不規則に生じるので、予測し難い。また、物体が遠距離にあるほど、雨、霧、又は塵等に当たる確率が高くなり、受光信号のピークが低下する現象の頻度が高くなる。また、地上面、壁および屋根などの移動体から近距離の場所においてレーザ光が雨、霧、又は塵等への接触が少なく信号の減衰が少ないため受光信号のピークが大きくなる。

＜受光感度の変化＞
本実施の形態では、光検出器制御回路１３２は、レーザ光Ｌ１の出射角度に基づいて、反射光の受光感度を変化させる。光検出器制御回路１３２は、反射光の受光感度を変化させるための制御信号を光検出器１３１に送信し、光検出器１３１は、受光感度を変化させるように構成されている。

具体的には、受光部１３において光検出器１３１は、受光素子１６３の出力信号から受光信号への変換ゲインを変化させ、受光信号の帯域幅を変化させるゲイン・帯域変換回路を有している。図１１は、実施の形態１に係るレーザ距離測定装置１０のゲイン・帯域変化回路１６８の構成を示す回路図である。図１１に示すように、光検出器１３１は、ゲイン・帯域変化回路１６８に、ゲイン切り替え機能付きの電流−電圧変換アンプ１６４（Transfer Impedance Amplifier：ＴＩＡ）を備えている。光検出器１３１では、ＡＰＤである受光素子１６３は、動作のために電源１６７が接続されており、受光素子１６３は受光した反射光を電流に変換する。変換された電流は、負帰還増幅回路構成のオペアンプである電流−電圧変換アンプ１６４の負入力側に流れ、帰還抵抗１６６を介して電圧に変換される。

複数の帰還抵抗１６６（本例では４つ）は、電流−電圧変換アンプ１６４に対してそれぞれ並列に接続されている。各帰還抵抗１６６には、スイッチ１６５がそれぞれ直列に接続されており、各スイッチ１６５のオンオフにより、各帰還抵抗１６６の動作のオンオフが切り替えられる（ゲイン変化回路）。ゲイン・帯域変化回路１６８は、光検出器制御回路１３２からの信号によって各スイッチ１６５がオンオフされることにより、帰還抵抗１６６全体の抵抗値が変更され、電流が電圧に変換されるときの変換ゲインが変更される。

なお、光検出器１３１は、ゲイン・帯域変化回路１６８の帰還抵抗１６６全体の抵抗値が大きくなるに従って、変換ゲインが大きくなり、受光感度が増加する。帰還抵抗１６６には並列して帰還コンデンサ１６１が接続されており、帰還抵抗１６６と帰還コンデンサ１６１により信号通過できる帯域幅がきまる。

各帰還コンデンサ１６１（本例では４つ）にはスイッチ１６２がそれぞれ並列に接続されており、各スイッチ１６２のオンオフにより、各帰還コンデンサ１６１の動作のオンオフが切り替えられる（帯域変化回路）。ゲイン・帯域変化回路１６８は、光検出器制御回路１３２からの信号によって各スイッチ１６２がオンオフされることにより、帰還コンデンサ１６１全体の容量値が変更され、帰還抵抗１６６と帰還コンデンサ１６１との値によって信号帯域が変更される。

次に、実施の形態１に係るレーザ距離測定装置のゲイン・帯域変化回路での変換ゲイン及び帯域幅の設定データを説明する。図１２は、変換ゲインと帯域幅のコンデンサ容量の設定データの例を示す。図１２では、移動体からレーザ光Ｌ１の照射角度は、下側角度（照射位置Ｐ３）、中央角度（照射位置Ｐ２）、上側角度（照射位置Ｐ１）の３つの領域に分割され、各領域に各スイッチ１６５とスイッチ１６２のオンオフ指令（図１２には、帰還抵抗１６６全体の抵抗値と帰還コンデンサ１６６全体の容量値を示している）が設定されている。

図１２に示すように、下側角度、中央角度、上側角度のように角度方向に従って、帰還抵抗１６６を３８ｋΩ、４２ｋΩ、４６ｋΩと変換ゲインが増加されている。また、帰還コンデンサ１６１を０．２ｐＦ、０．４ｐＦ、０．６ｐＦと帰還抵抗１６６とのフィルタ定数で帯域幅が狭くなっている。

これにより、移動体において下側角度のように比較的に近距離になる場合においてはゲインを低下させて、帯域を広くし、上側角度の長距離ではゲインを上昇させて帯域を狭くしてより受光信号と雑音との関係性を改善することにより、測定性能を改善することができる。

以上のように、実施の形態１に係るレーザ距離測定装置１０によれば、レーザ光Ｌ１を出射するレーザ光出射部１１と、レーザ光Ｌ１の出射角度を変化させて走査する走査機構１２と、レーザ光Ｌ１の物体４０からの反射光Ｌ２を受光し、受光信号を出力する受光部１３と、出射角度が小さい場合の反射光Ｌ２の受光感度を出射角度が大きい場合の反射光Ｌ２の受光感度よりも高く設定して、受光信号を出力させる光検出器制御回路１３２と、受光信号に基づいて物体４０までの距離を算出する距離算出部１５と、を備えるようにしたので、近距離及び遠距離のいずれの場合においても、距離の測定性能を向上させることができる。

なお、上記の実施の形態１において、光検出器制御回路１３２は、変換ゲイン及び帯域幅を変化させるように構成されている場合を例に説明した。しかし、光検出器制御回路１３２は、変換ゲイン及び帯域幅の一方を変化させるように構成してもよい。

また、上記の各実施の形態においては、光検出器１３１の変換ゲインと帯域幅を帰還抵抗１６６と帰還コンデンサ１６１とのスイッチのオンオフで変化させていたが、図１３のように、電流−電圧変換アンプ１６４、帰還抵抗１６６及び帰還コンデンサ１６１を組み合わせたそれぞれの回路をスイッチによって切り替える構成、又は図１４のように電流−電圧変換アンプ１６４の後段に変換ゲインの帯域幅を決めるフィルタアンプ等のような構成にしてもよい。

また、上記の各実施の形態においては、走査機構１２は、ＭＥＭＳミラー１２１を備えている場合を例に説明した。しかし、走査機構１２は、ＭＥＭＳミラー１２１以外の走査機構を備えてもよい。例えば、走査機構１２は、可動ミラーとして回転ポリゴンミラーを備え、上下方向の照射範囲が上側又は下側に移動するように、回転ポリゴンミラーの回転軸を傾ける機構等を備えていてもよい。

また、上記の各実施の形態においては、微小ミラーは、ローレンツ力により可動される場合を例に説明した。しかし、微小ミラーの可動機構は、ローレンツ力のような電磁方式に限られるものではなく、圧電素子を利用した圧電方式、又はミラーと電極間の電位差による静電力を利用した静電方式としてもよい。

また、上記の各実施の形態においては、ＭＥＭＳミラー１２１を用い、図５に示すような走査を行って２次元走査を行う場合を例に説明した。しかし、ＭＥＭＳミラー１２１を用い、リサージュ走査又はラスタ走査を行って、２次元走査を行ってもよく、球面ミラーを用いて、歳差走査を行ってもよい。

また、上記の各実施の形態においては、２つの回転軸回りにミラーを回転させるＭＥＭＳミラー１２１を用いて２次元走査させる場合を例に説明した。しかし、１つの回転軸回りにミラーを回転させるＭＥＭＳミラーを２つ用いて、２次元走査させるように構成してもよい。

また、上記の各実施の形態においては、１つのレーザ光源１１１のレーザ光を、ＭＥＭＳミラー１２１に反射させる場合を例に説明した。しかし、複数のレーザ光源１１１のレーザ光をＭＥＭＳミラー１２１に反射させるように構成されてもよい。

また、上記の各実施の形態においては、光検出器１３１は、ＭＥＭＳミラー１２１及び集光ミラー１３３に反射した反射光Ｌ２を受光する場合を例に説明した。しかし、光検出器１３１は、物体に反射した反射光Ｌ２を直接受光するように構成してもよい。

また、上記の各実施の形態においては、インコヒーレント検波方式を用いてパルス光を送受するタイプであったが、コヒーレント検波方式を用いてパルス光を送受するタイプであってもよい。また、正弦波で強度変調されたレーザ光を送受するタイプであってもよく、インコヒーレントＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Waves）方式であっても、コヒーレントＦＭＣＷ方式であってもよい。正弦波で強度変調された光を送受するタイプであれば、レーザ光のパルス幅を可変とする代わりに正弦波の変調周波数を可変とし、インコヒーレントＦＭＣＷ又はコヒーレントＦＭＣＷのタイプであれば、レーザ光のパルス幅を可変とする代わりに、変調周波数の掃引周波数幅を可変とする。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１１レーザ光出射部、１２走査機構（走査部）、１３受光部、１５距離算出部、１３２光検出器制御回路（制御部）、１０レーザ距離測定装置。

Claims

レーザ光を出射するレーザ光出射部と、
前記レーザ光の出射角度を変化させて走査する走査部と、
前記レーザ光の反射体からの反射光を受光し、受光信号を出力する受光部と、
前記出射角度が小さい場合の反射光の受光感度を前記出射角度が大きい場合の反射光の受光感度よりも高く設定して、前記受光信号を出力させる制御部と、
前記受光信号に基づいて前記反射体までの距離を算出する距離算出部と、
を備えたことを特徴とするレーザ距離測定装置。
前記受光部は、受光素子の出力信号から前記受光信号への変換ゲインを変化させるゲイン変化回路を備え、前記制御部は、前記ゲイン変化回路により、前記反射光の受光感度を設定することを特徴とする請求項１に記載のレーザ距離測定装置。
前記受光部は、前記受光信号への信号帯域幅を変化させる帯域変換回路を備え、前記制御部は、前記帯域変換回路により、前記反射光の受光感度を設定することを特徴とする請求項１に記載のレーザ距離測定装置。
前記受光部は、受光素子の出力信号から前記受光信号への変換ゲインを変化させるゲイン変化回路と、前記受光信号への信号帯域幅を変化させる帯域変換回路と、を備え、前記制御部は、前記ゲイン変化回路と前記帯域変換回路により、前記反射光の受光感度を設定することを特徴とする請求項１に記載のレーザ距離測定装置。
前記走査部は、可変ミラーにより前記出射角度を変化させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザ距離測定装置。
前記可変ミラーは、ＭＥＭＳミラー、回転ポリゴンミラー及び球面ミラーのいずれか１を用いることを特徴とする請求項５に記載のレーザ距離測定装置。