JP6482427B2 - Laser radar equipment - Google Patents

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JP6482427B2 JP2015151042A JP2015151042A JP6482427B2 JP 6482427 B2 JP6482427 B2 JP 6482427B2 JP 2015151042 A JP2015151042 A JP 2015151042A JP 2015151042 A JP2015151042 A JP 2015151042A JP 6482427 B2 JP6482427 B2 JP 6482427B2
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本発明は、レーザ光で空間を走査して当該空間内の物体を検出する技術に関し、特に、レーザ光で空間を走査して、当該空間内で反射したレーザ光に基づき当該空間内の物体までの距離を測定する技術に関する。   The present invention relates to a technique for scanning a space with a laser beam to detect an object in the space, and more particularly, scanning a space with a laser beam to detect an object in the space based on a laser beam reflected in the space. It is related with the technique of measuring the distance.

レーザ光で空間を走査して、当該空間内のターゲットで反射したレーザ光に基づきターゲットまでの距離を計測するレーザレーダ装置が知られている。この種のレーザレーダ装置では、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ−Ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ）方式と呼ばれる技術が採用されている。ＴＯＦ方式は、ターゲットに向けて光束を出射してから、当該ターゲットから反射光束を受光するまでの伝播時間を計測し、その計測結果を基に当該ターゲットまでの距離の測定（以下「測距」ともいう。）を行う技術である。たとえば、特許文献１（特開２０１２−２５１８６２号公報）及び特許文献２（特開２０１２−９３２５６号公報）には、ＴＯＦ方式を用いたレーザレーダ装置が開示されている。   There is known a laser radar device that scans a space with laser light and measures the distance to the target based on the laser light reflected by the target in the space. In this type of laser radar apparatus, a technique called TOF (Time-Of-Flight) method is employed. In the TOF method, the propagation time from when a light beam is emitted toward a target until the reflected light beam is received from the target is measured, and the distance to the target is measured based on the measurement result (hereinafter referred to as “ranging”). It is also a technology that performs. For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2012-251862) and Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2012-93256) disclose a laser radar device using the TOF method.

測距精度の向上のためには、伝播時間を高精度に計測する時間計測回路が必要である。特許文献１に開示されている時間測定部は、受信信号波形のピークを検出するピーク検出回路と、定電流源を用いてランプ電圧を発生するコンデンサと、当該ピークが検出された時間での当該ランプ電圧の値をホールド電圧値として出力するサンプルホールド回路とを備えている。伝播時間は、このホールド電圧値に基づいて算出される。   In order to improve the ranging accuracy, a time measuring circuit that measures the propagation time with high accuracy is required. The time measuring unit disclosed in Patent Document 1 includes a peak detection circuit that detects a peak of a received signal waveform, a capacitor that generates a ramp voltage using a constant current source, and the time at which the peak is detected. A sample-and-hold circuit that outputs the value of the ramp voltage as the hold voltage value. The propagation time is calculated based on this hold voltage value.

一方、特許文献２には、レーザ光走査光学系から基準固定距離だけ離れた位置に配置された基準反射板を用いて、温度変化または振動などの環境条件の変化に左右されずに正確な測距値を得るレーザレーダ装置が開示されている。このレーザレーダ装置は、基準反射板に対する距離変動量を測定し、この距離変動量の測定値を用いて測距値を補正することができる。   On the other hand, in Patent Document 2, an accurate measurement is performed using a reference reflector disposed at a position that is a reference fixed distance away from the laser beam scanning optical system, regardless of changes in environmental conditions such as temperature changes or vibrations. A laser radar device for obtaining a distance value is disclosed. This laser radar apparatus can measure the distance fluctuation amount with respect to the reference reflector, and correct the distance measurement value using the measured value of the distance fluctuation amount.

特開２０１２−２５１８６２号公報（たとえば、図１、図１２及び段落０００３）JP 2012-251862 A (for example, FIG. 1, FIG. 12, and paragraph 0003) 特開２０１２−９３２５６号公報（たとえば、図１、図３及び図４、並びに段落００３１〜００３７）JP 2012-93256 A (for example, FIG. 1, FIG. 3 and FIG. 4 and paragraphs 0031 to 0037)

しかしながら、特許文献１に開示されている時間測定部では、当該時間測定部の応答時間特性が受光強度に依存することがある。これにより、受光強度の違いに応じて、ピーク検出回路におけるピーク検出時間が異なり、測距精度を低下させるという課題がある。たとえば、レーザ光に対して異なる反射率を有する複数のターゲットに対しては、これらターゲットで反射したレーザ光の受光強度は、ターゲット間で異なる。この場合に、複数のターゲットまでの実際の距離が同一でも、ターゲット間でピーク検出時間が異なることに起因して測距値に違いが生じることがある。   However, in the time measurement unit disclosed in Patent Document 1, the response time characteristic of the time measurement unit may depend on the received light intensity. As a result, there is a problem that the peak detection time in the peak detection circuit varies depending on the difference in the received light intensity and the ranging accuracy is lowered. For example, for a plurality of targets having different reflectivities with respect to laser light, the received light intensity of the laser light reflected by these targets is different among the targets. In this case, even if the actual distances to a plurality of targets are the same, there may be a difference in distance measurement values due to the difference in peak detection time among the targets.

一方、特許文献２に開示されているレーザレーダ装置は、上述した通り、基準反射板を用いて、温度変化または振動などの環境条件の変化に応じて測距値を補正することができる。しかしながら、特許文献１の従来技術の場合と同様に、ターゲットの反射率の違いにより応答時間特性が異なる場合には、測距値を正確に補正することができない。   On the other hand, as described above, the laser radar device disclosed in Patent Document 2 can correct the distance measurement value according to a change in environmental conditions such as a temperature change or vibration using the reference reflector. However, as in the case of the prior art of Patent Document 1, when the response time characteristics are different due to the difference in the reflectance of the target, the distance measurement value cannot be corrected accurately.

上記に鑑みて本発明の目的は、レーザ光に対するターゲットの反射率の違いに依らずに、当該ターゲットまでの正確な距離を測定することができるレーザレーダ装置を提供する点にある。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a laser radar device that can measure an accurate distance to a target without depending on a difference in reflectance of the target with respect to laser light.

本発明の一態様によるレーザレーダ装置は、送信用レーザパルス及び参照用レーザパルスを出射するレーザ光源と、互いに異なる反射率を有する複数のリファレンス領域及び光透過領域を含む窓部と、前記送信用レーザパルスを前記光透過領域の方向に反射させて当該送信用レーザパルスで前記光透過領域を走査するとともに、前記参照用レーザパルスを前記複数のリファレンス領域の方向に反射させて当該参照用レーザパルスで前記複数のリファレンス領域を走査する光走査部と、外部空間で反射した当該送信用レーザパルスを受光して受信信号を出力するとともに、前記複数のリファレンス領域の各々で反射した参照用レーザパルスを受光して参照用受信信号を出力する受光部と、前記レーザ光源からの当該送信用レーザパルスの出射と同期して時間計測を開始した後、前記受信信号を検出して当該受信信号の検出時刻までの遅延時間に対応する計測値を出力するとともに、前記レーザ光源からの当該参照用レーザパルスの出射前の時刻に設定された測定開始時刻に時間計測を開始した後、前記参照用受信信号を検出して当該参照用受信信号の検出時刻までの参照用遅延時間に対応する参照用計測値を出力する時間測定部と、前記受信信号に基づいて前記外部空間内の物体の反射強度を示す受信強度を測定するとともに、前記参照用受信信号に基づいて前記複数のリファレンス領域の各々の反射強度を示す参照用受信強度を測定する強度測定部と、前記各リファレンス領域について、前記参照用計測値の前記参照用強度値への依存関係を示す特性データを算出する強度依存特性算出部と、前記計測値及び前記強度値に基づき、前記特性データを用いて前記外部空間内の物体までの距離を測定する測距部とを備えることを特徴とする。 A laser radar device according to an aspect of the present invention includes a laser light source that emits a transmission laser pulse and a reference laser pulse, a window including a plurality of reference regions and light transmission regions having different reflectances, and the transmission The laser pulse is reflected in the direction of the light transmissive region and the light transmissive region is scanned with the transmission laser pulse, and the reference laser pulse is reflected in the direction of the plurality of reference regions. The optical scanning unit that scans the plurality of reference regions, and receives the transmission laser pulse reflected in the external space and outputs a reception signal, and the reference laser pulse reflected from each of the plurality of reference regions. A light receiving unit that receives light and outputs a reference reception signal; and emission of the transmission laser pulse from the laser light source; After starting the time measurement in sync, and outputs a measurement value indicative of the sensed the received signal to the delay time before the detection time of the received signal, before the emission of the reference laser pulse from the laser light source Time for starting the time measurement at the measurement start time set to the time, and then outputting the reference measurement value corresponding to the reference delay time until the reference reception signal is detected after detecting the reference reception signal A reference unit for measuring the received intensity indicating the reflected intensity of the object in the external space based on the received signal and for indicating the reflected intensity of each of the plurality of reference regions based on the received received signal for reference An intensity measurement unit that measures received intensity, and an intensity-dependent characteristic that calculates characteristic data indicating a dependency relationship of the reference measurement value to the reference intensity value for each reference region A detecting section, based on the measured value and the intensity values, characterized in that it comprises a distance measuring unit for measuring a distance to an object in the external space by using the characteristic data.

本発明によれば、レーザ光に対するターゲットの反射率の違いに依らずに、当該ターゲットまでの距離を正確に測定することができる。   According to the present invention, the distance to the target can be accurately measured without depending on the difference in reflectance of the target with respect to the laser beam.

本発明に係る実施の形態１のレーザレーダ装置の概略構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows schematic structure of the laser radar apparatus of Embodiment 1 which concerns on this invention. （Ａ），（Ｂ）は、実施の形態１の窓部の構成例を示す図である。(A), (B) is a figure which shows the structural example of the window part of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の受光部、時間測定部４３及び強度測定部４４の構成を示す図である。3 is a diagram illustrating a configuration of a light receiving unit, a time measuring unit 43, and an intensity measuring unit 44 according to Embodiment 1. FIG. 図３に示した時間測定回路の構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural example of the time measurement circuit shown in FIG. 図４に示したピーク検出器の回路構成例を示す概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a circuit configuration example of the peak detector illustrated in FIG. 4. 図４に示した時間検出器の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the time detector shown in FIG. 受信信号の強度分布の例を示す図である。It is a figure which shows the example of intensity distribution of a received signal. （Ａ），（Ｂ）は、特性測定モード時におけるゲート信号の波形とレーザパルス信号の受信波形との間の関係を示すタイミングチャートである。(A) and (B) are timing charts showing the relationship between the waveform of the gate signal and the received waveform of the laser pulse signal in the characteristic measurement mode. （Ａ）〜（Ｅ）は、ゲート信号とレーザパルスとの間の関係を示すタイミングチャートである。(A)-(E) is a timing chart which shows the relationship between a gate signal and a laser pulse. 実施の形態１に係る特性データの算出方法を説明するための図である。6 is a diagram for explaining a characteristic data calculation method according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態１に係る特性測定処理の手順を概略的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing a procedure of characteristic measurement processing according to the first embodiment. 実施の形態１に係る撮像処理の手順を概略的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically illustrating an imaging process procedure according to the first embodiment. 実施の形態１に係る走査制御信号の制御電圧の波形の例を示す図である。6 is a diagram illustrating an example of a waveform of a control voltage of a scanning control signal according to Embodiment 1. FIG. 本発明に係る実施の形態２のレーザレーダ装置の概略構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows schematic structure of the laser radar apparatus of Embodiment 2 which concerns on this invention. 実施の形態２の窓部の構成例を示す図である。6 is a diagram illustrating a configuration example of a window portion according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態２に係る走査制御信号の制御電圧の波形の例を示す図である。6 is a diagram illustrating an example of a waveform of a control voltage of a scanning control signal according to Embodiment 2. FIG. （Ａ）は、実施の形態２に係る制御電圧の波形の例を示す図であり、（Ｂ）は、実施の形態２に係る窓部の強度画像の例を示す図である。(A) is a figure which shows the example of the waveform of the control voltage which concerns on Embodiment 2, (B) is a figure which shows the example of the intensity | strength image of the window part which concerns on Embodiment 2. FIG. （Ａ）は、画像歪みを有するリファレンス領域画像の例を示す図であり、（Ｂ）は、対応する強度電圧を示すグラフである。(A) is a figure which shows the example of the reference area image which has image distortion, (B) is a graph which shows a corresponding intensity voltage. （Ａ）は、歪みが補正された後のリファレンス領域画像の例を示す図であり、（Ｂ）は、対応する強度電圧を示すグラフである。(A) is a figure which shows the example of the reference area | region image after distortion was correct | amended, (B) is a graph which shows a corresponding intensity voltage. 実施の形態２に係るパラメータ算出処理の手順を概略的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a procedure of parameter calculation processing according to a second embodiment. 実施の形態２に係る撮像補正処理の手順を概略的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically showing a procedure of imaging correction processing according to the second embodiment. 実施の形態２の窓部の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the window part of Embodiment 2. FIG. 本発明に係る実施の形態３のレーザレーダ装置の概略構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows schematic structure of the laser radar apparatus of Embodiment 3 which concerns on this invention. 実施の形態３に係る走査範囲調整処理の手順を概略的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically showing a procedure of a scanning range adjustment process according to a third embodiment. 実施の形態３に係る撮像処理の手順を概略的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically illustrating an imaging process procedure according to the third embodiment. 実施の形態３に係る走査範囲調整処理を説明するための図である。10 is a diagram for explaining a scanning range adjustment process according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態３に係る走査範囲調整処理を説明するための図である。10 is a diagram for explaining a scanning range adjustment process according to Embodiment 3. FIG.

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る種々の実施の形態について説明する。なお、図面において同一符号を付された構成要素は、同一機能及び同一構成を有するものとする。   Hereinafter, various embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the component which attached | subjected the same code | symbol in drawing shall have the same function and the same structure.

実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１のレーザレーダ装置１の概略構成を示す機能ブロック図である。このレーザレーダ装置１は、トリガ制御信号Ｔｃの供給に応じて一定周期で基準トリガ信号Ｔｇを出力する基準トリガ発生部２０と、基準トリガ信号Ｔｇと同期して動作するスキャナ駆動部３２と、このスキャナ駆動部３２により駆動されるスキャナ３１と、基準トリガ信号Ｔｇの供給に応じてパルス状のレーザ光すなわちレーザパルスを連続的に出射するレーザ光源２１と、当該レーザパルスをファンビーム状のレーザパルスに変換する送信光学系２２と、この送信光学系２２の出射光を導光してスキャナ３１に入射させる反射ミラー２３，２４と、スキャナ３１で反射された送信用レーザパルスを外部空間へ透過させる窓部１０とを備えている。ここで、スキャナ３１とスキャナ駆動部３２とで光走査部３０が構成される。なお、ファンビームは、扇状の拡がりを持つビームをいう。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a functional block diagram showing a schematic configuration of a laser radar device 1 according to Embodiment 1 of the present invention. The laser radar device 1 includes a reference trigger generator 20 that outputs a reference trigger signal Tg at a constant period in response to the supply of the trigger control signal Tc, a scanner driver 32 that operates in synchronization with the reference trigger signal Tg, The scanner 31 driven by the scanner driving unit 32, the laser light source 21 that continuously emits a pulsed laser beam, that is, a laser pulse in response to the supply of the reference trigger signal Tg, and the laser pulse as a fan beam laser pulse The transmission optical system 22 for converting into light, the reflection mirrors 23 and 24 for guiding the light emitted from the transmission optical system 22 and making it incident on the scanner 31, and the transmission laser pulse reflected by the scanner 31 transmitted to the external space. And a window portion 10. Here, the scanner 31 and the scanner driving unit 32 constitute an optical scanning unit 30. The fan beam is a beam having a fan-like expansion.

窓部１０は、レーザパルスを透過させるとともに、レーザレーダ装置１の内部に塵及び水分などの異物が侵入することを防止する機能を有する。図２（Ａ）は、Ｙ軸負方向側から視たときの窓部１０の構成例を概略的に示す図である。図２（Ａ）に示されるように、窓部１０は、レーザパルスＬＰに対して互いに異なる反射率を有するリファレンス領域１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃと、スキャナ３１から入射するレーザパルスＬＰを外部空間へ透過させる光透過領域１６とを有する。光透過領域１６は、レーザパルスＬＰを透過させる板状の材料で構成されればよい。   The window portion 10 has a function of transmitting laser pulses and preventing foreign matters such as dust and moisture from entering the laser radar device 1. FIG. 2A is a diagram schematically illustrating a configuration example of the window portion 10 when viewed from the Y-axis negative direction side. As shown in FIG. 2A, the window 10 transmits the reference regions 11A, 11B, and 11C having different reflectances with respect to the laser pulse LP and the laser pulse LP incident from the scanner 31 to the external space. And a light transmission region 16 to be made. The light transmission region 16 may be made of a plate-like material that transmits the laser pulse LP.

リファレンス領域１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは、レーザパルスＬＰの走査方向Ｘにおける窓部１０の右方の出射端近傍に配置され、且つ、走査方向Ｘに沿って配列されている。各リファレンス領域は、ファンビーム状のレーザパルスＬＰに対して一つの反射率特性を有するように構成されており、レーザパルスＬＰの１ショット毎に一つの反射率特性を示す。   The reference regions 11A, 11B, and 11C are arranged in the vicinity of the right emission end of the window portion 10 in the scanning direction X of the laser pulse LP, and are arranged along the scanning direction X. Each reference region is configured to have one reflectance characteristic with respect to the fan beam-shaped laser pulse LP, and shows one reflectance characteristic for each shot of the laser pulse LP.

なお、図２（Ａ）に示される窓部１０に代えて、図２（Ｂ）に示される窓部１０Ｍを使用してもよい。図２（Ｂ）に示される窓部１０Ｍは、レーザパルスＬＰを透過させる光透過領域１７と、走査方向Ｘにおける窓部１０の右方の出射端近傍に配置されたリファレンス領域１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃと、走査方向Ｘにおける窓部１０の左方の出射端近傍に配置されたリファレンス領域１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃとを有する。これらリファレンス領域１１Ａ〜１１Ｃ，１２Ａ〜１２Ｃは、レーザパルスＬＰに対して互いに異なる反射率を有するように構成可能である。   In addition, it may replace with the window part 10 shown by FIG. 2 (A), and may use the window part 10M shown by FIG. 2 (B). 2B includes a light transmission region 17 that transmits the laser pulse LP, and reference regions 11A, 11B, and 11C arranged near the right emission end of the window 10 in the scanning direction X. And reference regions 12A, 12B, and 12C disposed in the vicinity of the left emission end of the window portion 10 in the scanning direction X. These reference regions 11A to 11C and 12A to 12C can be configured to have different reflectances with respect to the laser pulse LP.

また、図１に示されるように、レーザレーダ装置１は、受信光学系４１と、この受信光学系４１からの出射光を受光する受光部４２とを備える。レーザパルスＬＰは、外部空間内のターゲットまたはリファレンス領域１１Ａ〜１１Ｃに照射された後、当該ターゲットまたはリファレンス領域１１Ａ〜１１Ｃで反射されてスキャナ３１に入射する。スキャナ３１は、入射する受信レーザ光を受信光学系４１の方向へ反射させる。受信光学系４１は、スキャナ３１から入射する受信レーザ光を受光部４２の受光面に集光させる。受光部４２は、入射する受信レーザ光を受光して受信信号Ｒｓを出力することができる。   As shown in FIG. 1, the laser radar device 1 includes a receiving optical system 41 and a light receiving unit 42 that receives light emitted from the receiving optical system 41. The laser pulse LP is applied to the target or reference regions 11A to 11C in the external space, and then is reflected by the target or reference regions 11A to 11C and enters the scanner 31. The scanner 31 reflects incoming incident laser light toward the receiving optical system 41. The reception optical system 41 condenses the reception laser light incident from the scanner 31 on the light receiving surface of the light receiving unit 42. The light receiving unit 42 can receive incoming reception laser light and output a reception signal Rs.

更に、レーザレーダ装置１は、基準トリガ信号Ｔｇと同期した時間計測を実行して計測値データＶＲを出力する時間測定部４３と、受信信号Ｒｓに基づいて、レーザパルスＬＰの照射を受けた物体の反射強度を示す強度値データＶＩを出力する強度測定部４４と、計測値データＶＲの強度値データＶＩへの依存関係を示す特性データＣｉを算出する強度依存特性算出部４５と、特性データＣｉを格納するメモリである特性データ記憶部４６と、計測値データＶＲ及び強度値データＶＩに基づいて外部空間内のターゲットまでの距離を測定する測距部４７と、信号処理ユニット５０とを備えている。   Furthermore, the laser radar device 1 performs time measurement in synchronization with the reference trigger signal Tg and outputs measurement value data VR, and an object that has been irradiated with the laser pulse LP based on the received signal Rs. An intensity measurement unit 44 that outputs intensity value data VI indicating the reflection intensity of the light, an intensity-dependent characteristic calculation unit 45 that calculates characteristic data Ci that indicates the dependency of the measurement value data VR on the intensity value data VI, and characteristic data Ci Characteristic data storage unit 46, a distance measuring unit 47 for measuring the distance to the target in the external space based on the measured value data VR and the intensity value data VI, and a signal processing unit 50. Yes.

信号処理ユニット５０は、トリガ制御信号Ｔｃ及びゲート信号Ｇｔを生成する測定制御部５１と、強度値データＶＩに基づいて、レーザパルスＬＰが照射された物体の反射強度を示す強度画像を生成する強度画像生成部５２と、測距部４７から供給された測距値データＬｄに基づいてターゲットの３次元情報を示す距離画像を生成する距離画像生成部５３と、走査制御信号Ｓｃをスキャナ駆動部３２に供給して当該スキャナ駆動部３２の動作を制御する走査制御部５４とを有している。   The signal processing unit 50 generates an intensity image indicating the reflection intensity of the object irradiated with the laser pulse LP based on the measurement control unit 51 that generates the trigger control signal Tc and the gate signal Gt and the intensity value data VI. An image generation unit 52, a distance image generation unit 53 that generates a distance image indicating the three-dimensional information of the target based on the distance value data Ld supplied from the distance measurement unit 47, and a scanning control signal Sc as a scanner drive unit 32. And a scanning control unit 54 for controlling the operation of the scanner driving unit 32.

上記した強度依存特性算出部４５、測距部４７及び信号処理ユニット５０は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）またはＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などの半導体集積回路で構成されてもよいし、あるいは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含むマイクロコンピュータの一種であるワンチップマイコンで構成されてもよい。特性データ記憶部４６は、不揮発性メモリで構成することができる。   The intensity-dependent characteristic calculation unit 45, the distance measurement unit 47, and the signal processing unit 50 may be configured by a semiconductor integrated circuit such as an FPGA (Field-Programmable Gate Array) or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit). , A one-chip microcomputer which is a kind of microcomputer including a CPU (Central Processing Unit) may be used. The characteristic data storage unit 46 can be composed of a nonvolatile memory.

以下、本実施の形態のレーザレーダ装置１の構成について詳細に説明する。図１に示される送信光学系２２から出射されるファンビーム状のレーザパルスは、図面に垂直なＺ軸方向に拡がり、且つＺ軸方向に対して垂直なＹ軸方向に狭い幅を有するものである。この送信光学系２２は、たとえば、シリンドリカルレンズまたはシリンドリカルミラーと、コリメータレンズとを用いて構成することができる。送信光学系２２は、受光部４２の受光視野に合わせて、入射レーザパルスをファンビーム状のレーザパルスに変換するように設計されている。   Hereinafter, the configuration of the laser radar device 1 of the present embodiment will be described in detail. A fan beam-like laser pulse emitted from the transmission optical system 22 shown in FIG. 1 spreads in the Z-axis direction perpendicular to the drawing and has a narrow width in the Y-axis direction perpendicular to the Z-axis direction. is there. The transmission optical system 22 can be configured using, for example, a cylindrical lens or a cylindrical mirror and a collimator lens. The transmission optical system 22 is designed to convert an incident laser pulse into a fan beam-shaped laser pulse in accordance with the light receiving field of the light receiving unit 42.

スキャナ３１は、反射ミラー２４から入射するレーザパルスを窓部１０の方向へ反射させる単一または複数の反射面を有している。スキャナ駆動部３２は、走査制御信号Ｓｃに従ってスキャナ３１の反射面の傾きを変化させることにより、当該反射面で反射されたレーザパルスで窓部１０をＸ軸方向（Ｙ軸方向及びＺ軸方向の双方に垂直な方向）に走査する。スキャナ３１は、走査時に、送信光学系２２から反射ミラー２３，２４を介して入射するレーザパルスと、窓部１０から入射する受信レーザ光とが共に受光可能となるように設計されている。スキャナ３１としては、たとえば、ガルバノミラーまたはＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーデバイスを使用することが可能である。   The scanner 31 has a single or a plurality of reflection surfaces that reflect the laser pulse incident from the reflection mirror 24 toward the window 10. The scanner driving unit 32 changes the inclination of the reflecting surface of the scanner 31 in accordance with the scanning control signal Sc, thereby moving the window unit 10 in the X-axis direction (Y-axis direction and Z-axis direction) with the laser pulse reflected by the reflecting surface. Scan in a direction perpendicular to both. The scanner 31 is designed so that both a laser pulse incident from the transmission optical system 22 via the reflecting mirrors 23 and 24 and a received laser beam incident from the window 10 can be received during scanning. As the scanner 31, for example, a galvano mirror or a MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) mirror device can be used.

受信光学系４１は、受信視野中心に対して外部空間から伝搬した受信レーザ光（散乱光を含む。）を受光部４２に集光させる。なお、図１では、説明の便宜上、反射ミラー２３，２４の近傍に受信光学系４１が配置されているが、これに限定されるものではない。受信レーザ光が反射ミラー２３，２４などの送信用の光学部品と干渉しないように受信光学系４１を配置すればよい。   The reception optical system 41 condenses the reception laser light (including scattered light) propagated from the external space with respect to the reception visual field center on the light receiving unit 42. In FIG. 1, the receiving optical system 41 is disposed in the vicinity of the reflecting mirrors 23 and 24 for convenience of explanation, but the present invention is not limited to this. The reception optical system 41 may be arranged so that the reception laser light does not interfere with transmission optical components such as the reflection mirrors 23 and 24.

図３は、受光部４２、時間測定部４３及び強度測定部４４のそれぞれの構成を概略的に示す図である。図３に示されるように、受光部４２は、線状に分布する受信レーザ光を受光するためにＺ軸方向に配列されたＮ個の受光素子４２２，…，４２２からなる受光素子アレイ４２１と、これら受光素子４２２，…，４２２のＮ個の出力を増幅する増幅器４２３とを有する。増幅器４２３は、受光素子４２２，…，４２２のＮ個の出力にそれぞれ増幅処理を施すＮ個のトランスインピーダンスアンプ４２４，…，４２４で構成されている。各受光素子４２２は、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）またはＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）などの光電変換素子からなり、受信レーザ光を電流信号に変換することができる。トランスインピーダンスアンプ４２４は、その電流信号をインピーダンス変換し且つ増幅して電圧信号を生成する。結果として、受光部４２は、Ｎ個の受光素子４２２，…，４２２にそれぞれ対応するＮ系統の電圧信号Ｒｓ（１），…，Ｒｓ（Ｎ）を受信信号Ｒｓとして並列に出力する。この受信信号Ｒｓは、時間測定部４３及び強度測定部４４にそれぞれ供給される。   FIG. 3 is a diagram schematically illustrating the configuration of the light receiving unit 42, the time measuring unit 43, and the intensity measuring unit 44. As shown in FIG. 3, the light receiving unit 42 includes a light receiving element array 421 including N light receiving elements 422,..., 422 arranged in the Z-axis direction for receiving linearly distributed received laser light. , And an amplifier 423 that amplifies N outputs of the light receiving elements 422,. The amplifier 423 includes N transimpedance amplifiers 424,..., 424 that perform amplification processing on the N outputs of the light receiving elements 422,. Each light receiving element 422 includes a photoelectric conversion element such as PD (Photo Diode) or APD (Avalanche Photo Diode), and can convert received laser light into a current signal. The transimpedance amplifier 424 impedance-converts and amplifies the current signal to generate a voltage signal. As a result, the light receiving unit 42 outputs N voltage signals Rs (1),..., Rs (N) corresponding to the N light receiving elements 422,. The reception signal Rs is supplied to the time measurement unit 43 and the intensity measurement unit 44, respectively.

時間測定部４３は、基準トリガ信号Ｔｇの入力に応じてリセット信号Ｒｓｔを生成する制御回路４３１と、電圧信号Ｒｓ（１），…，Ｒｓ（Ｎ）をそれぞれ入力とする時間測定回路４３２１，…，４３２Ｎとで構成されている。時間測定回路４３２１〜４３２Ｎの各々は、たとえば、アナログＲＯＩＣ（Ｒｅａｄ Ｏｕｔ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）またはＴＤＣ（Ｔｉｍｅ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）で構成可能である。アナログＲＯＩＣが採用される場合は、時間測定部４３に基準トリガ信号Ｔｇが入力された時刻を時間原点として用いることができる。また、経過時間に比例して一定の率で増加するランプ電圧を時間標準信号として用いることができる。一方、ＴＤＣが採用される場合は、内蔵カウンタのディジタル出力値を時間標準信号として用いることができる。 The time measurement unit 43 includes a control circuit 431 that generates a reset signal Rst in response to an input of the reference trigger signal Tg, and time measurement circuits 432 1 ,..., Rs (N) that receive voltage signals Rs (1),. ..., 432 N. Each of the time measurement circuits 432 1 to 432 N can be configured by, for example, an analog ROIC (Read Out Integrated Circuit) or a TDC (Time to Digital Converter). When the analog ROIC is employed, the time when the reference trigger signal Tg is input to the time measurement unit 43 can be used as the time origin. Further, a ramp voltage that increases at a constant rate in proportion to the elapsed time can be used as the time standard signal. On the other hand, when TDC is adopted, the digital output value of the built-in counter can be used as a time standard signal.

図４は、アナログＲＯＩＣを有する時間測定回路４３２ｎ（ｎは１〜Ｎのうちのいずれかの整数）の構成例を示す概略図であり、図５は、時間測定回路４３２ｎを構成するピーク検出器４３３の回路構成例を示す概略図である。 FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a time measurement circuit 432 n (n is an integer from 1 to N) having an analog ROIC, and FIG. 5 is a peak configuration of the time measurement circuit 432 n. 3 is a schematic diagram illustrating a circuit configuration example of a detector 433. FIG.

図４に示されるように時間測定回路４３２ｎは、電圧信号Ｒｓ（ｎ）の信号波形の強度ピークを検出するピーク検出器４３３と、当該強度ピークの検出に応じてランプ電圧をサンプリングする時間検出器４３７とで構成される。図５に示されるように、ピーク検出器４３３は、差動増幅器４３４、トリガ生成回路４３５、定電流源４３６、コンデンサＣ１及びスイッチＳＷ１，ＳＷ２を有する。電圧信号Ｒｓ（ｎ）は、差動増幅器４３４の非反転入力端子（＋）に入力される。差動増幅器４３４の反転入力端子（−）には、コンデンサＣ１の一端により電圧が入力される。コンデンサＣ１の他端は電気的に接地されている。また、コンデンサＣ１の一端には、スイッチＳＷ２が並列に接続されている。スイッチＳＷ２には、後述する信号処理ユニット５０の測定制御部５１からゲート信号Ｇｔが供給される。このスイッチＳＷ２は、ゲート信号Ｇｔの電圧レベルが高レベルのときにオフとなる。一方、ゲート信号Ｇｔの電圧レベルが低レベルのときには、スイッチＳＷ２はオンとなってコンデンサＣ１の電極間電圧をゼロにする。 As shown in FIG. 4, the time measurement circuit 432 n includes a peak detector 433 that detects the intensity peak of the signal waveform of the voltage signal Rs (n), and a time detection that samples the lamp voltage in response to the detection of the intensity peak. 437. As shown in FIG. 5, the peak detector 433 includes a differential amplifier 434, a trigger generation circuit 435, a constant current source 436, a capacitor C1, and switches SW1 and SW2. The voltage signal Rs (n) is input to the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier 434. A voltage is input to the inverting input terminal (−) of the differential amplifier 434 through one end of the capacitor C1. The other end of the capacitor C1 is electrically grounded. A switch SW2 is connected in parallel to one end of the capacitor C1. A gate signal Gt is supplied to the switch SW2 from a measurement control unit 51 of the signal processing unit 50 described later. The switch SW2 is turned off when the voltage level of the gate signal Gt is high. On the other hand, when the voltage level of the gate signal Gt is low, the switch SW2 is turned on and the interelectrode voltage of the capacitor C1 is made zero.

電圧信号Ｒｓ（ｎ）の強度すなわち電圧レベルが、差動増幅器４３４の反転入力端子の電圧レベル以下となる場合、差動増幅器４３４は、低レベル信号をトリガ生成回路４３５に出力する。受光部４２が受信レーザ光を受光すると、電圧信号Ｒｓ（ｎ）の強度は上昇する。この電圧信号Ｒｓ（ｎ）の強度が、差動増幅器４３４の反転入力端子の電圧レベルよりも高い場合、差動増幅器４３４は、高レベル信号をトリガ生成回路４３５に出力する。トリガ生成回路４３５は、差動増幅器４３４から高レベル信号が入力される間のみ、スイッチＳＷ１をオンにする高レベル電圧を出力する。スイッチＳＷ１がオンにされると、定電流源４３６は、当該スイッチＳＷ１を介してコンデンサＣ１へ電流を供給し、これにより差動増幅器４３４の反転入力端子の電圧が上昇する。電圧信号Ｒｓ（ｎ）の強度がピークを越えると、差動増幅器４３４の出力レベルは、高レベルから低レベルへ切り替えられる。これに応じて、トリガ生成回路４３５の出力レベルも、高レベルから低レベルに切り替えられる。この結果、トリガ生成回路４３５は、信号レベルが高レベルから低レベルに遷移するトリガ信号Ｐｄを、時間検出器４３７のサンプルホールド回路４３９へ出力する。   When the intensity of the voltage signal Rs (n), that is, the voltage level is equal to or lower than the voltage level of the inverting input terminal of the differential amplifier 434, the differential amplifier 434 outputs a low level signal to the trigger generation circuit 435. When the light receiving unit 42 receives the received laser light, the intensity of the voltage signal Rs (n) increases. When the intensity of the voltage signal Rs (n) is higher than the voltage level of the inverting input terminal of the differential amplifier 434, the differential amplifier 434 outputs a high-level signal to the trigger generation circuit 435. The trigger generation circuit 435 outputs a high level voltage that turns on the switch SW1 only while a high level signal is input from the differential amplifier 434. When the switch SW1 is turned on, the constant current source 436 supplies a current to the capacitor C1 via the switch SW1, thereby increasing the voltage at the inverting input terminal of the differential amplifier 434. When the intensity of the voltage signal Rs (n) exceeds the peak, the output level of the differential amplifier 434 is switched from the high level to the low level. In response to this, the output level of the trigger generation circuit 435 is also switched from the high level to the low level. As a result, the trigger generation circuit 435 outputs the trigger signal Pd whose signal level transitions from the high level to the low level to the sample hold circuit 439 of the time detector 437.

図４を参照すると、時間検出器４３７は、定電流源４３８、コンデンサＣ２、サンプルホールド回路４３９及びスイッチＳＷ３，ＳＷ４を有している。コンデンサＣ２の一端は、スイッチＳＷ４とサンプルホールド回路４３９の入力端とにそれぞれ接続され、コンデンサＣ２の他端は、電気的に接地されている。また、コンデンサＣ２の一端には、スイッチＳＷ３が並列に接続されている。図３に示した制御回路４３１は、基準トリガ信号Ｔｇが入力されると、リセットパルスＲｓｔをスイッチＳＷ３に供給する。スイッチＳＷ３は、このリセットパルスＲｓｔが供給されたときにオンとなり、コンデンサＣ２の電極間電圧をゼロにして当該コンデンサＣ２をリセットする。   Referring to FIG. 4, the time detector 437 includes a constant current source 438, a capacitor C2, a sample hold circuit 439, and switches SW3 and SW4. One end of the capacitor C2 is connected to the switch SW4 and the input end of the sample hold circuit 439, and the other end of the capacitor C2 is electrically grounded. A switch SW3 is connected in parallel to one end of the capacitor C2. When the reference trigger signal Tg is input, the control circuit 431 illustrated in FIG. 3 supplies a reset pulse Rst to the switch SW3. The switch SW3 is turned on when the reset pulse Rst is supplied, and resets the capacitor C2 by setting the voltage between the electrodes of the capacitor C2 to zero.

スイッチＳＷ４は、供給されるゲート信号Ｇｔの電圧レベルが低レベルのときにオフとなり、ゲート信号Ｇｔの電圧レベルが高レベルのときはオンとなる。定電流源４３８は、スイッチＳＷ３がオフで且つスイッチＳＷ４がオンのときに、当該スイッチＳＷ４を介してコンデンサＣ２に電流を供給する。このとき、サンプルホールド回路４３９の入力端電圧は、経過時間とともに一定の率で上昇するランプ電圧となる。サンプルホールド回路４３９は、トリガ信号Ｐｄの電圧レベルの立ち下がりに応じて当該ランプ電圧をサンプリングし、当該サンプリングされたホールド電圧Ｖｒ（ｎ）を計測値として出力する。この計測値Ｖｒ（ｎ）は、距離電圧とも呼ばれる。   The switch SW4 is turned off when the voltage level of the supplied gate signal Gt is low, and turned on when the voltage level of the gate signal Gt is high. The constant current source 438 supplies current to the capacitor C2 via the switch SW4 when the switch SW3 is off and the switch SW4 is on. At this time, the input terminal voltage of the sample and hold circuit 439 becomes a ramp voltage that rises at a constant rate with the elapsed time. The sample hold circuit 439 samples the ramp voltage according to the fall of the voltage level of the trigger signal Pd, and outputs the sampled hold voltage Vr (n) as a measurement value. This measured value Vr (n) is also called a distance voltage.

図６は、ランプ電圧の一例を示す概略図である。時刻ｔＧは、ゲート信号Ｇｔの電圧レベルが低レベルから高レベルへ立ち上がる測定開始時刻である。時刻ｔは、トリガ信号Ｐｄの電圧レベルの立ち下がりに応じてサンプルホールド回路４３９がランプ電圧をサンプリングした時刻である。図６に示されるランプ電圧の増加率すなわち比例係数をＣ１とすると、次式（１）が成立する。 FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a lamp voltage. Time t G is a measurement start time when the voltage level of the gate signal Gt rises from a low level to a high level. Time t is the time when the sample and hold circuit 439 samples the ramp voltage in response to the fall of the voltage level of the trigger signal Pd. When the increase rate i.e. the proportionality factor of the lamp voltage shown in FIG. 6, C 1, the following equation (1) is satisfied.

Ｖｒ（ｎ）＝Ｃ１×（ｔ−ｔＧ） （１） Vr (n) = C 1 × (t−t G ) (1)

この式（１）に基づいて、測定開始時刻ｔＧから、電圧信号Ｒｓ（ｎ）の強度ピークが検出される時刻ｔまでの遅延時間Ｔ（＝Ｖｒ（ｎ）／Ｃ１）を算出することが可能である。比例定数Ｃ１及び測定開始時刻ｔＧを調整することで測定可能な時間間隔を最適化することができる。 Based on this equation (1), the delay time T (= Vr (n) / C 1 ) from the measurement start time t G to the time t at which the intensity peak of the voltage signal Rs (n) is detected is calculated. Is possible. It is possible to optimize the measurable time interval by adjusting the proportionality constant C 1 and the measurement start time t G.

一方、強度測定部４４は、図３に示されるように、電圧信号Ｒｓ（１），Ｒｓ（２），…，Ｒｓ（Ｎ）をそれぞれ入力とする強度測定回路４４１１，４４１２，…，４４１Ｎを有している。各強度測定回路４４１ｎ（ｎは１〜Ｎのうちのいずれか）は、電圧信号Ｒｓ（ｎ）の信号波形の強度ピークを検出し、当該検出された強度ピークを示す強度電圧Ｖｉ（ｎ）を受信強度として出力する。これら強度測定回路４４１１〜４４１Ｎは、時間測定回路４３２１〜４３２Ｎと同様に、アナログＲＯＩＣで構成することができる。 On the other hand, as shown in FIG. 3, the intensity measuring unit 44 has intensity measuring circuits 441 1 , 441 2 ,... That receive voltage signals Rs (1), Rs (2),. 441 N. Each intensity measurement circuit 441 n (n is one of 1 to N) detects the intensity peak of the signal waveform of the voltage signal Rs (n), and the intensity voltage Vi (n) indicating the detected intensity peak. Is output as the received intensity. These intensity measurement circuits 441 1 to 441 N can be configured by analog ROICs similarly to the time measurement circuits 432 1 to 432 N.

ところで、時間測定部４３の応答時間特性が受信信号Ｒｓの強度に依存する場合がある。図７に示されるように、反射率の高いターゲットから伝搬した受信レーザ光の受光強度分布Ｗ１のピーク値は高く、反射率の低いターゲットから伝搬した受信レーザ光の受光強度分布Ｗ２のピーク値は低くなる。このように互いに異なる反射率を有する複数のターゲットまでの実際の距離が同一であっても、時間測定部４３の応答時間特性が受信信号Ｒｓの強度に依存すると、ターゲット間で計測値（ホールド電圧値）が異なるという課題がある。図５に示したピーク検出器４３３の場合、差動増幅器４３４の出力波形の立ち下がり時間が電圧信号Ｒｓ（ｎ）の強度に依存して変化することがある。この変化に応じて、トリガ信号Ｐｄの電圧レベルの立ち下がり時間も変化する。これにより、サンプルホールド回路４３９におけるサンプリングのタイミングが変化し、測定精度を劣化させる。   Incidentally, the response time characteristic of the time measuring unit 43 may depend on the intensity of the received signal Rs. As shown in FIG. 7, the peak value of the received light intensity distribution W1 of the received laser light propagated from the target with high reflectance is high, and the peak value of the received light intensity distribution W2 of the received laser light propagated from the target with low reflectance is Lower. Thus, even if the actual distances to a plurality of targets having different reflectances are the same, if the response time characteristics of the time measurement unit 43 depend on the intensity of the received signal Rs, the measured value (hold voltage) between the targets. Value) is different. In the case of the peak detector 433 shown in FIG. 5, the falling time of the output waveform of the differential amplifier 434 may change depending on the strength of the voltage signal Rs (n). In response to this change, the fall time of the voltage level of the trigger signal Pd also changes. As a result, the sampling timing in the sample hold circuit 439 changes and the measurement accuracy is degraded.

この課題を解決するために、本実施の形態のレーザレーダ装置１には、計測値データＶＲの強度値データＶＩへの依存関係を示す特性データＣｉを取得する動作モード（以下「特性測定モード」という。）が用意されている。測定制御部５１は、この特性測定モードと、特性データＣｉを用いて強度画像及び距離画像を取得する動作モード（以下「第１撮像モード」という。）とのうちの一方から他方へ切り替えることができる。   In order to solve this problem, the laser radar device 1 according to the present embodiment has an operation mode (hereinafter referred to as “characteristic measurement mode”) that acquires characteristic data Ci indicating the dependency of the measurement value data VR on the intensity value data VI. Is prepared). The measurement control unit 51 switches from one of the characteristic measurement mode and the operation mode (hereinafter referred to as “first imaging mode”) to acquire the intensity image and the distance image using the characteristic data Ci from one to the other. it can.

レーザレーダ装置１が特性測定モードで動作するとき、測定制御部５１は、ゲート信号Ｇｔの波形が低レベルから高レベルへ立ち上がる時刻を、基準トリガ信号Ｔｇの発生時刻ｔ０よりも早くする。これにより、時間測定部４３の測定開始時刻ｔＧは、レーザ光源２１からのレーザパルスの出射前の時刻に設定される。また、レーザ光源２１は、基準トリガ信号Ｔｇの供給を受けて、窓部１０のリファレンス領域１１Ａ〜１１Ｃ（図２（Ａ））を照射するための参照用レーザパルスを出射する。光走査部３０は、送信光学系２２及び反射ミラー２３，２４を経て入射する参照用レーザパルスをリファレンス領域１１Ａ〜１１Ｃの方向へ反射させてリファレンス領域１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃを走査する。これらリファレンス領域１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃで反射した参照用レーザパルスは、スキャナ３１及び受信光学系４１を経て受光部４２で受光される。 When the laser radar apparatus 1 operates in the characteristic measurement mode, the measurement control unit 51, a time when the waveform of the gate signal Gt rises from a low level to a high level, earlier than occurrence time t 0 of the reference trigger signal Tg. Thus, the measurement start time t G of the time measuring unit 43, is set to the time before emission of the laser pulse from the laser light source 21. The laser light source 21 receives the reference trigger signal Tg, and emits a reference laser pulse for irradiating the reference regions 11A to 11C (FIG. 2A) of the window 10. The optical scanning unit 30 scans the reference regions 11A, 11B, and 11C by reflecting the reference laser pulse incident through the transmission optical system 22 and the reflection mirrors 23 and 24 in the direction of the reference regions 11A to 11C. The reference laser pulses reflected by these reference regions 11A, 11B, and 11C are received by the light receiving unit 42 through the scanner 31 and the receiving optical system 41.

図８（Ａ），（Ｂ）は、特性測定モード時におけるゲート信号Ｇｔの波形と、レーザパルス信号の受信波形との間の関係を示すタイミングチャートである。図８（Ａ），（Ｂ）に示されるように、レーザパルス信号の受信波形は、測定開始時刻ｔＧから遅延時間Ｔだけ遅れて現れる。遅延時間Ｔは、時刻ｔＧから時刻ｔ０までの期間である。 FIGS. 8A and 8B are timing charts showing the relationship between the waveform of the gate signal Gt and the received waveform of the laser pulse signal in the characteristic measurement mode. As shown in FIG. 8 (A), (B) , the received waveform of the laser pulse signal appears delayed by a delay time T from the measurement starting time t G. Delay time T is a period from the time t G until the time t 0.

測定制御部５１は、ゲート信号Ｇｔのパルスの立ち上がり時刻ｔＧを段階的に変化させることにより、遅延時間Ｔを切り替えることができる。図９（Ａ）〜（Ｅ）は、ゲート信号Ｇｔ１〜Ｇｔ５と、リファレンス領域１１Ａ〜１１Ｃで反射したレーザパルスＬＰの受信波形との間の関係を示すタイミングチャートである。図９（Ａ）〜（Ｅ）には、遅延時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５にそれぞれ対応するゲート信号Ｇｔ１，Ｇｔ２，Ｇｔ３，Ｇｔ４，Ｇｔ５のパルス波形が示されている。このとき、強度依存特性算出部４５は、計測値データＶＲ、強度値データＶＩ及び遅延時間Ｔ１〜Ｔ５に基づき、回帰分析を実行して特性データＣｉを算出することができる。 Measurement control unit 51, by causing the rise time t G of the pulse of the gate signal Gt stepwise changed, it is possible to switch the delay time T. 9A to 9E are timing charts showing the relationship between the gate signals Gt 1 to Gt 5 and the received waveforms of the laser pulses LP reflected by the reference regions 11A to 11C. 9A to 9E show pulses of gate signals Gt 1 , Gt 2 , Gt 3 , Gt 4 , and Gt 5 corresponding to the delay times T 1 , T 2 , T 3 , T 4 , and T 5 , respectively. The waveform is shown. At this time, the intensity-dependent characteristic calculation unit 45 can calculate the characteristic data Ci by executing regression analysis based on the measurement value data VR, the intensity value data VI, and the delay times T 1 to T 5 .

以下、遅延時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５が与えられたときの特性データＣｉの算出方法の例を説明する。 Hereinafter, an example of a method for calculating the characteristic data Ci when the delay times T 1 , T 2 , T 3 , T 4 , and T 5 are given will be described.

強度測定部４４は、リファレンス領域１１Ａで反射した参照用レーザパルスから得られる受信強度Ｖｉ１を出力するものとする。この受信強度Ｖｉ１は、遅延時間Ｔに依存しない一定の値である。同様に、強度測定部４４は、リファレンス領域１１Ｂで反射した参照用レーザパルスから得られる受信強度Ｖｉ２を出力し、リファレンス領域１１Ｃで反射した参照用レーザパルスから得られる受信強度Ｖｉ３を出力するものとする。これら受信強度Ｖｉ２，Ｖｉ３もそれぞれ遅延時間Ｔに依存しない一定の値である。 The intensity measuring unit 44 outputs the received intensity Vi 1 obtained from the reference laser pulse reflected by the reference region 11A. The reception intensity Vi 1 is a constant value that does not depend on the delay time T. Similarly, the intensity measuring unit 44 outputs the reception intensity Vi 2 obtained from the reference laser pulse reflected by the reference area 11B, and outputs the reception intensity Vi 3 obtained from the reference laser pulse reflected by the reference area 11C. Shall. These received intensities Vi 2 and Vi 3 are also constant values that do not depend on the delay time T.

一方、時間測定部４３は、遅延時間Ｔに対して、リファレンス領域１１Ａで反射した参照用レーザパルスから得られる計測値Ｖｒ１［Ｔ］を出力し、リファレンス領域１１Ｂで反射した参照用レーザパルスから得られる計測値Ｖｒ２［Ｔ］を出力し、リファレンス領域１１Ｃで反射した参照用レーザパルスから得られる計測値Ｖｒ３［Ｔ］を出力するものとする。 On the other hand, the time measurement unit 43 outputs the measurement value Vr 1 [T] obtained from the reference laser pulse reflected by the reference region 11A with respect to the delay time T, and from the reference laser pulse reflected by the reference region 11B. The measurement value Vr 2 [T] obtained is output, and the measurement value Vr 3 [T] obtained from the reference laser pulse reflected by the reference region 11C is output.

強度依存特性算出部４５は、リファレンス領域１１Ａについて、計測値Ｖｒ１［Ｔ１］，Ｖｒ１［Ｔ２］，Ｖｒ１［Ｔ３］，Ｖｒ１［Ｔ４］，Ｖｒ１［Ｔ５］に基づき、最小自乗法により、次式（２）に示す回帰直線を得ることができる。 The intensity-dependent characteristic calculation unit 45 sets the measurement values Vr 1 [T 1 ], Vr 1 [T 2 ], Vr 1 [T 3 ], Vr 1 [T 4 ], Vr 1 [T 5 ] for the reference region 11A. Based on this, the regression line shown in the following equation (2) can be obtained by the method of least squares.

Ｖｒ１＝ａ１・Ｔ＋ｂ１ （２） Vr 1 = a 1 · T + b 1 (2)

ここで、ａ１は、回帰直線の傾き（単位：ボルト／秒）であり、ｂ１は、オフセット値（単位：ボルト）である。 Here, a 1 is the slope of the regression line (unit: volts / second), and b 1 is the offset value (unit: volts).

同様に、強度依存特性算出部４５は、リファレンス領域１１Ｂについて、計測値Ｖｒ２［Ｔ１］〜Ｖｒ２［Ｔ５］に基づき、最小自乗法により、次式（３）に示す回帰直線を得るとともに、リファレンス領域１１Ｃについて、計測値Ｖｒ３［Ｔ１］〜Ｖｒ３［Ｔ５］に基づき、最小自乗法により、次式（４）に示す回帰直線を得ることができる。 Similarly, the intensity-dependent characteristic calculation unit 45 obtains a regression line represented by the following equation (3) by the least square method based on the measurement values Vr 2 [T 1 ] to Vr 2 [T 5 ] for the reference region 11B. In addition, for the reference region 11C, a regression line represented by the following equation (4) can be obtained by the least square method based on the measured values Vr 3 [T 1 ] to Vr 3 [T 5 ].

Ｖｒ２＝ａ２・Ｔ＋ｂ２ （３）
Ｖｒ３＝ａ３・Ｔ＋ｂ３ （４） Vr 2 = a 2 · T + b 2 (3)
Vr 3 = a 3 · T + b 3 (4)

ここで、ａ２，ａ３は、回帰直線の傾き（単位：ボルト／秒）であり、ｂ２，ｂ３は、オフセット値（単位：ボルト）である。 Here, a 2 and a 3 are slopes of the regression line (unit: volts / second), and b 2 and b 3 are offset values (unit: volts).

図１０は、回帰直線の例を示すグラフである。図１０において、グラフの横軸は遅延時間Ｔを示し、グラフの縦軸は計測値を示し、実線は回帰直線の例を表している。図１０に示されるように、受信強度Ｖｉ１の場合に得られる上式（２）の回帰直線と、受信強度Ｖｉ２の場合に得られる上式（３）の回帰直線と、受信強度Ｖｉ３の場合に得られる上式（４）の回帰直線とは、互いに異なることが分かる。すなわち、回帰直線は受信強度に依存して変わりうる。よって、計測値Ｖｒが次式（５）を満たすと考えることができる。 FIG. 10 is a graph showing an example of a regression line. In FIG. 10, the horizontal axis of the graph represents the delay time T, the vertical axis of the graph represents the measured value, and the solid line represents an example of a regression line. As shown in FIG. 10, the regression line of the above equation (2) obtained in the case of the reception strength Vi 1 , the regression line of the above equation (3) obtained in the case of the reception strength Vi 2 , and the reception strength Vi 3. It can be seen that the regression lines of the above equation (4) obtained in the case of are different from each other. That is, the regression line can change depending on the reception strength. Therefore, it can be considered that the measured value Vr satisfies the following equation (5).

Ｖｒ＝ａ（Ｖｉ）・Ｔ＋ｂ（Ｖｉ） （５） Vr = a (Vi) · T + b (Vi) (5)

ここで、傾きａ（Ｖｉ）及びオフセット値ｂ（Ｖｉ）は、それぞれ、受信強度Ｖｉに関する連続関数である。この式（５）は、Ｖｉ＝Ｖｉ１のときは上式（２）と一致し、Ｖｉ＝Ｖｉ２のときは上式（３）と一致する。更に、式（５）は、Ｖｉ＝Ｖｉ３のときは上式（４）と一致する。 Here, the slope a (Vi) and the offset value b (Vi) are respectively continuous functions related to the reception intensity Vi. This equation (5) coincides with the above equation (2) when Vi = Vi 1 and coincides with the above equation (3) when Vi = Vi 2 . Further, the expression (5) coincides with the above expression (4) when Vi = Vi 3 .

先ず、Ｖｒ１≧Ｖｒ＞Ｖｒ２の範囲内で、受信強度Ｖｉに対してオフセット値ｂ（Ｖｉ）のみが変化する場合を考える。この場合、ａ（Ｖｉ）＝ａ１＝ａ２、となる。このとき、上式（２），（５）の組、及び、上式（２），（３）の組からそれぞれ次式（１ａ），（２ａ）を導出することができる。 First, consider a case where only the offset value b (Vi) changes with respect to the reception intensity Vi within the range of Vr 1 ≧ Vr> Vr 2 . In this case, a (Vi) = a 1 = a 2 . At this time, the following expressions (1a) and (2a) can be derived from the combination of the above expressions (2) and (5) and the combination of the above expressions (2) and (3), respectively.

Ｖｒ−Ｖｒ１＝ｂ（Ｖｉ）−ｂ１ （１ａ）
Ｖｒ２−Ｖｒ１＝ｂ２−ｂ１ （２ａ） Vr−Vr 1 = b (Vi) −b 1 (1a)
Vr 2 −Vr 1 = b 2 −b 1 (2a)

ここで、ｂ（Ｖｉ＝Ｖｉ１）＝ｂ１，ｂ（Ｖｉ＝Ｖｉ２）＝ｂ２，である。オフセット値ｂ（Ｖｉ）を１次式で線形近似すると、式（１ａ），（２ａ）から次式（６）を導出することができる。 Here, b (Vi = Vi 1 ) = b 1 and b (Vi = Vi 2 ) = b 2 . When the offset value b (Vi) is linearly approximated by a linear expression, the following expression (6) can be derived from the expressions (1a) and (2a).

ｂ（Ｖｉ）＝（ｂ２−ｂ１）（Ｖｉ−Ｖｉ１）／（Ｖｉ２−Ｖｉ１）＋ｂ１ （６） b (Vi) = (b 2 −b 1 ) (Vi−Vi 1 ) / (Vi 2 −Vi 1 ) + b 1 (6)

次に、Ｖｒ１≧Ｖｒ＞Ｖｒ２の範囲内で、強度電圧Ｖｉに対して傾きａのみが変化する場合を考える。この場合は、ｂ（Ｖｉ）＝ｂ１＝ｂ２、となる。このとき、上式（２），（５）の組、及び、上式（２），（３）の組からそれぞれ次式（１ｂ），（２ｂ）を導出することができる。 Next, consider a case where only the slope a changes with respect to the intensity voltage Vi within the range of Vr 1 ≧ Vr> Vr 2 . In this case, b (Vi) = b 1 = b 2 . At this time, the following formulas (1b) and (2b) can be derived from the set of the above formulas (2) and (5) and the set of the above formulas (2) and (3), respectively.

Ｖｒ−Ｖｒ１＝（ａ（Ｖｉ）−ａ１）Ｔ （１ｂ）
Ｖｒ２−Ｖｒ１＝（ａ２−ａ１）Ｔ （２ｂ） Vr−Vr 1 = (a (Vi) −a 1 ) T (1b)
Vr 2 -Vr 1 = (a 2 -a 1) T (2b)

ここで、ａ（Ｖｉ＝Ｖｉ１）＝ａ１，ａ（Ｖｉ＝Ｖｉ２）＝ａ２，である。傾きａ（Ｖｉ）を１次式で線形近似すると、式（１ｂ），（２ｂ）に基づいて次式（７）を導出することができる。 Here, a (Vi = Vi 1 ) = a 1 and a (Vi = Vi 2 ) = a 2 . If the slope a (Vi) is linearly approximated by a linear expression, the following expression (7) can be derived based on the expressions (1b) and (2b).

ａ（Ｖｉ）＝（ａ２−ａ１）（Ｖｉ−Ｖｉ１）／（Ｖｉ２−Ｖｉ１）＋ａ１ （７） a (Vi) = (a 2 −a 1 ) (Vi−Vi 1 ) / (Vi 2 −Vi 1 ) + a 1 (7)

同様に、Ｖｒ２≧Ｖｒ≧Ｖｒ３の範囲内では、次式（８），（９）を導出することが可能である。 Similarly, within the range of Vr 2 ≧ Vr ≧ Vr 3 , the following equations (8) and (9) can be derived.

ｂ（Ｖｉ）＝（ｂ３−ｂ２）（Ｖｉ−Ｖｉ２）／（Ｖｉ３−Ｖｉ２）＋ｂ２ （８）
ａ（Ｖｉ）＝（ａ３−ａ２）（Ｖｉ−Ｖｉ２）／（Ｖｉ３−Ｖｉ２）＋ａ２ （９） b (Vi) = (b 3 −b 2 ) (Vi−Vi 2 ) / (Vi 3 −Vi 2 ) + b 2 (8)
a (Vi) = (a 3 −a 2 ) (Vi−Vi 2 ) / (Vi 3 −Vi 2 ) + a 2 (9)

よって、Ｖｒ１≧Ｖｒ＞Ｖｒ２の範囲内では、上式（６），（７）を用いてａ（Ｖｉ），ｂ（Ｖｉ）を算出することができ、Ｖｒ２≧Ｖｒ≧Ｖｒ３の範囲内では、上式（８），（９）を用いてａ（Ｖｉ），ｂ（Ｖｉ）を算出することができる。上式（５）を変形すれば、次式（１０）が得られる。 Therefore, within the range of Vr 1 ≧ Vr> Vr 2 , a (Vi) and b (Vi) can be calculated using the above equations (6) and (7), and Vr 2 ≧ Vr ≧ Vr 3 Within the range, a (Vi) and b (Vi) can be calculated using the above equations (8) and (9). If the above equation (5) is modified, the following equation (10) is obtained.

Ｔ＝（Ｖｒ−ｂ（Ｖｉ））／ａ（Ｖｉ） （１０） T = (Vr−b (Vi)) / a (Vi) (10)

したがって、受信強度Ｖｉ及び計測値Ｖｒが与えられたとき、式（１０）により遅延時間Ｔを算出することができる。   Therefore, when the received intensity Vi and the measured value Vr are given, the delay time T can be calculated by the equation (10).

強度依存特性算出部４５は、上式（６），（７），（８），（９），（１０）を特定するデータを特性データＣｉとして特性データ記憶部４６に格納する。   The intensity dependent characteristic calculation unit 45 stores the data specifying the above equations (6), (7), (8), (9), and (10) in the characteristic data storage unit 46 as characteristic data Ci.

なお、本実施の形態では、強度依存特性算出部４５は、リファレンス領域１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの各々について５点の実測値を用いて回帰直線を算出しているが、６点以上の実測値を用いて回帰直線を算出してもよい。また、回帰直線に限定されず、回帰曲線が算出されてもよい。また、強度依存特性算出部４５は、２変量Ｔ，Ｖｒに基づく回帰分析を実行しているが、これに限定されるものではない。強度依存特性算出部４５は、３変量Ｔ，Ｖｒ，Ｖｉに基づく重回帰分析を実行して回帰平面もしくは回帰曲面を算出し、当該回帰平面または回帰曲面を特定する特性データＣｉを特性データ記憶部４６に格納してもよい。   In the present embodiment, the intensity-dependent characteristic calculation unit 45 calculates the regression line using the five measured values for each of the reference regions 11A, 11B, and 11C. May be used to calculate a regression line. Moreover, it is not limited to a regression line, A regression curve may be calculated. Moreover, although the intensity dependence characteristic calculation part 45 is performing the regression analysis based on bivariate T, Vr, it is not limited to this. The intensity-dependent characteristic calculation unit 45 calculates a regression plane or regression surface by executing multiple regression analysis based on the three variables T, Vr, and Vi, and the characteristic data Ci that specifies the regression plane or regression surface 46 may be stored.

次に、レーザレーダ装置１が第１撮像モードで動作するときは、測定制御部５１は、ゲート信号Ｇｔの波形が立ち上がる測定開始時刻ｔＧを、基準トリガ信号Ｔｇの発生時刻ｔ０以後とする。レーザ光源２１は、基準トリガ信号Ｔｇの供給を受けて、窓部１０の光透過領域１６（図２（Ａ））を走査するための送信用レーザパルスを出射する。光走査部３０は、送信光学系２２及び反射ミラー２３，２４を経て入射する送信用レーザパルスを光透過領域１６の方向へ反射させて光透過領域１６を走査する。外部空間内のターゲットで反射した送信用レーザパルスは、光透過領域１６、スキャナ３１及び受信光学系４１を経て受光部４２で受光される。 Next, when the laser radar device 1 operates in the first imaging mode, the measurement control unit 51 sets the measurement start time t G when the waveform of the gate signal Gt rises to be after the generation time t 0 of the reference trigger signal Tg. . In response to the supply of the reference trigger signal Tg, the laser light source 21 emits a transmission laser pulse for scanning the light transmission region 16 (FIG. 2A) of the window portion 10. The optical scanning unit 30 scans the light transmission region 16 by reflecting the transmission laser pulse incident through the transmission optical system 22 and the reflection mirrors 23 and 24 in the direction of the light transmission region 16. The transmission laser pulse reflected by the target in the external space is received by the light receiving unit 42 through the light transmission region 16, the scanner 31, and the reception optical system 41.

このとき、測距部４７には、計測値データＶＲ及び強度値データＶＩが供給される。測距部４７は、特性データ記憶部４６から特性データＣｉを取得し、当該特性データＣｉを用いて上式（１０）により遅延時間Ｔを算出することができる。更に、測距部４７は、ターゲットまでの距離Ｌを次式（１１）により算出することができる。   At this time, the distance measurement unit 47 is supplied with measurement value data VR and intensity value data VI. The distance measuring unit 47 can acquire the characteristic data Ci from the characteristic data storage unit 46 and calculate the delay time T by the above equation (10) using the characteristic data Ci. Further, the distance measuring unit 47 can calculate the distance L to the target by the following equation (11).

Ｌ＝ｃ・Ｔ／２ （１１） L = c · T / 2 (11)

ここで、ｃは、光速度である。   Here, c is the speed of light.

次に、図１１及び図１２を参照しつつ、上記レーザレーダ装置１の動作について説明する。   Next, the operation of the laser radar device 1 will be described with reference to FIGS. 11 and 12.

図１１は、特性測定モード時における特性測定処理の手順を概略的に示すフローチャートである。この特性測定処理は、強度依存特性算出部４５及び信号処理ユニット５０により実行される。図１２は、第１撮像モード時における撮像処理の手順を概略的に示すフローチャートである。この撮像処理は、測距部４７及び信号処理ユニット５０により実行される。   FIG. 11 is a flowchart schematically showing the procedure of the characteristic measurement process in the characteristic measurement mode. This characteristic measurement process is executed by the intensity-dependent characteristic calculation unit 45 and the signal processing unit 50. FIG. 12 is a flowchart schematically showing the procedure of the imaging process in the first imaging mode. This imaging process is executed by the distance measuring unit 47 and the signal processing unit 50.

まず、図１１を参照しつつ、特性測定処理について説明する。測定制御部５１は、ゲート信号Ｇｔのパルスの立ち上がり時刻である測定開始時刻ｔＧと測定時間間隔とをそれぞれ特性測定用の初期値に初期設定する（ステップＳＴ１０）。ここで、測定開始時刻ｔＧの初期値は、図９（Ａ）に示した遅延時間Ｔ１を与える値に設定される。次に、走査制御部５４は、窓部１０のリファレンス領域１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃが参照用レーザパルスで照射されるようにスキャナ３１の走査範囲を設定する（ステップＳＴ１１）。ここでは、スキャナ３１の振れ角（機械角ともいう。）の範囲が走査範囲として設定されればよい。走査制御部５４は、当該走査範囲を走査させる走査制御信号Ｓｃをスキャナ駆動部３２に供給する。 First, the characteristic measurement process will be described with reference to FIG. Measurement control unit 51 initializes the measurement start time t G is the rise time of the pulse of the gate signal Gt a measurement time interval on each initial value for characteristic measurement (step ST10). Here, the initial value of measurement start time t G is set to a value which gives a delay time T 1 shown in FIG. 9 (A). Next, the scanning control unit 54 sets the scanning range of the scanner 31 so that the reference regions 11A, 11B, and 11C of the window 10 are irradiated with the reference laser pulse (step ST11). Here, the range of the deflection angle (also referred to as mechanical angle) of the scanner 31 may be set as the scanning range. The scanning control unit 54 supplies a scanning control signal Sc for scanning the scanning range to the scanner driving unit 32.

その後、測定制御部５１は、レーザ光源２１に参照用レーザパルスを出射させる（ステップＳＴ１２）。具体的には、測定制御部５１は、トリガ制御信号Ｔｃを基準トリガ発生部２０に供給して一定周期で基準トリガ信号Ｔｇを発生させる。レーザ光源２１は、その基準トリガ信号Ｔｇの供給に応じて参照用レーザパルスを出射する。その後、強度依存特性算出部４５には、時間測定部４３及び強度測定部４４からそれぞれ計測値データＶＲ及び強度値データＶＩが測定値として入力される。強度依存特性算出部４５は、時間測定部４３及び強度測定部４４から入力された測定値を内部メモリに一時記憶する（ステップＳＴ１３）。   Thereafter, the measurement control unit 51 causes the laser light source 21 to emit a reference laser pulse (step ST12). Specifically, the measurement control unit 51 supplies the trigger control signal Tc to the reference trigger generation unit 20 to generate the reference trigger signal Tg at a constant cycle. The laser light source 21 emits a reference laser pulse in response to the supply of the standard trigger signal Tg. Thereafter, the measurement value data VR and the intensity value data VI are input to the intensity-dependent characteristic calculation unit 45 as measurement values from the time measurement unit 43 and the intensity measurement unit 44, respectively. The intensity dependent characteristic calculation unit 45 temporarily stores the measurement values input from the time measurement unit 43 and the intensity measurement unit 44 in the internal memory (step ST13).

次に、測定制御部５１は、図９（Ａ）〜（Ｅ）に示される遅延時間Ｔ１〜Ｔ５の全てについて測定値の取得が完了したか否かを判定する（ステップＳＴ１４）。測定値の取得が完了していない場合（ステップＳＴ１４のＮＯ）、測定制御部５１は、測定開始時刻ｔＧを変更して遅延時間を切り替える（ステップＳＴ１５）。その後は、ステップＳＴ１２，ＳＴ１３が実行される。 Next, the measurement control unit 51 determines whether or not the measurement values have been acquired for all of the delay times T 1 to T 5 shown in FIGS. 9A to 9E (step ST14). If the acquisition of the measured values has not been completed (NO in step ST14), the measurement control unit 51 changes the measurement starting time t G switching the delay time (step ST15). Thereafter, steps ST12 and ST13 are executed.

一方、測定値の取得が完了していると判定された場合（ステップＳＴ１４のＹＥＳ）、強度依存特性算出部４５は、当該測定値に基づいて特性データＣｉを算出し（ステップＳＴ１６）、当該特性データＣｉを、メモリである特性データ記憶部４６に格納する（ステップＳＴ１７）。以上で特性測定処理は終了する。   On the other hand, when it is determined that the acquisition of the measurement value is completed (YES in step ST14), the intensity-dependent characteristic calculation unit 45 calculates characteristic data Ci based on the measurement value (step ST16), and the characteristic The data Ci is stored in the characteristic data storage unit 46, which is a memory (step ST17). This completes the characteristic measurement process.

次に、図１２を参照しつつ、撮像処理について説明する。まず、測定制御部５１は、ゲート信号Ｇｔのパルスの立ち上がり時刻である測定開始時刻ｔＧと測定時間間隔とをそれぞれ測距用の最適値に初期設定する（ステップＳＴ２０）。たとえば、２００ｍ離れたターゲットまでの距離を測定しようとする場合、ゲート信号Ｇｔのパルスの時間間隔すなわち測定時間間隔は、約１．３マイクロ秒以上の値に設定される。次に、走査制御部５４は、窓部１０の光透過領域１６が送信用レーザパルスで照射されるようにスキャナ３１の走査範囲を設定する（ステップＳＴ２１）。ここでは、スキャナ３１の振れ角の範囲が走査範囲として設定されればよい。走査制御部５４は、当該走査範囲を走査させる走査制御信号Ｓｃをスキャナ駆動部３２に供給する。 Next, imaging processing will be described with reference to FIG. First, the measurement control unit 51 initializes the measurement start time t G is the rise time of the pulse of the gate signal Gt a measurement time interval on each optimum value for the distance measurement (step ST20). For example, when measuring a distance to a target 200 m away, the time interval of the pulse of the gate signal Gt, that is, the measurement time interval is set to a value of about 1.3 microseconds or more. Next, the scanning control unit 54 sets the scanning range of the scanner 31 so that the light transmission region 16 of the window 10 is irradiated with the transmission laser pulse (step ST21). Here, the range of the deflection angle of the scanner 31 may be set as the scanning range. The scanning control unit 54 supplies a scanning control signal Sc for scanning the scanning range to the scanner driving unit 32.

その後、測定制御部５１は、レーザ光源２１に送信用レーザパルスを出射させる（ステップＳＴ２２）。具体的には、測定制御部５１は、トリガ制御信号Ｔｃを基準トリガ発生部２０に供給して一定周期で基準トリガ信号Ｔｇを発生させる。レーザ光源２１は、その基準トリガ信号Ｔｇの供給に応じて送信用レーザパルスを出射する。その後、測距部４７には、時間測定部４３及び強度測定部４４から計測値データＶＲ及び強度値データＶＩが測定値として入力される。並行して、信号処理ユニット５０には、強度測定部４４から強度値データＶＩが測定値として入力される。測距部４７及び信号処理ユニット５０は、時間測定部４３及び強度測定部４４から入力された測定値を内部メモリに一時記憶する（ステップＳＴ２３）。   Thereafter, the measurement control unit 51 causes the laser light source 21 to emit a transmission laser pulse (step ST22). Specifically, the measurement control unit 51 supplies the trigger control signal Tc to the reference trigger generation unit 20 to generate the reference trigger signal Tg at a constant cycle. The laser light source 21 emits a transmission laser pulse in response to the supply of the reference trigger signal Tg. Thereafter, the measurement value data VR and the intensity value data VI are input to the distance measurement unit 47 as measurement values from the time measurement unit 43 and the intensity measurement unit 44. In parallel, the intensity value data VI is input to the signal processing unit 50 from the intensity measurement unit 44 as a measurement value. The distance measuring unit 47 and the signal processing unit 50 temporarily store the measurement values input from the time measuring unit 43 and the intensity measuring unit 44 in the internal memory (step ST23).

次に、測距部４７は、特性データＣｉを利用するか否かを判定する（ステップＳＴ２４）。たとえば、特性データＣｉが未だに特性データ記憶部４６に記憶されていないとき、測距部４７は、特性データＣｉを利用しないと判定する（ステップＳＴ２４のＮＯ）。この場合、測距部４７は、通常の方法で距離値を算出する（ステップＳＴ２５）。ここで、測距部４７は、計測値データＶＲに基づき、上記の式（１）により遅延時間Ｔを算出し、上式（１１）により距離値Ｌを算出することができる。   Next, the distance measuring unit 47 determines whether to use the characteristic data Ci (step ST24). For example, when the characteristic data Ci is not yet stored in the characteristic data storage unit 46, the distance measuring unit 47 determines not to use the characteristic data Ci (NO in step ST24). In this case, the distance measuring unit 47 calculates the distance value by a normal method (step ST25). Here, the distance measuring unit 47 can calculate the delay time T by the above equation (1) based on the measurement value data VR, and can calculate the distance value L by the above equation (11).

一方、特性データＣｉを利用すると判定したとき（ステップＳＴ２４のＹＥＳ）、測距部４７は、特性データ記憶部４６から特性データＣｉを取得する（ステップＳＴ２７）。次いで、測距部４７は、強度値データＶＩ及び計測値データＶＲに基づき、当該特性データＣｉを用いて上式（１０）により遅延時間Ｔを算出し、上式（１１）により距離値Ｌを算出する（ステップＳＴ２８）。当該距離値Ｌを示す測距値データＬｄは、信号処理ユニット５０に与えられる。   On the other hand, when it is determined that the characteristic data Ci is used (YES in step ST24), the distance measuring unit 47 acquires the characteristic data Ci from the characteristic data storage unit 46 (step ST27). Next, the distance measuring unit 47 calculates the delay time T by the above equation (10) using the characteristic data Ci based on the intensity value data VI and the measured value data VR, and calculates the distance value L by the above equation (11). Calculate (step ST28). Ranging value data Ld indicating the distance value L is given to the signal processing unit 50.

その後、距離画像生成部５３は、測距値データＬｄに基づいて外部空間内のターゲットの３次元情報を示す距離画像を生成する（ステップＳＴ３０）。また、強度画像生成部５２は、強度値データＶＩに基づいて外部空間内のターゲットの反射強度を示す強度画像を生成する（ステップＳＴ３１）。以上で撮像処理は終了する。   Thereafter, the distance image generation unit 53 generates a distance image indicating the three-dimensional information of the target in the external space based on the distance measurement value data Ld (step ST30). Further, the intensity image generation unit 52 generates an intensity image indicating the reflection intensity of the target in the external space based on the intensity value data VI (step ST31). This completes the imaging process.

上記した特性測定モードと第１撮像モードとは、互いに独立して実行されてよいし、あるいは、交互に実行されてもよい。   The characteristic measurement mode and the first imaging mode described above may be executed independently of each other or may be executed alternately.

図１３は、走査制御信号Ｓｃの制御電圧の波形の例を示す図である。この制御電圧は、窓部１０におけるリファレンス領域１１Ａ〜１１Ｃと光透過領域１６とを交互にレーザパルスＬＰで走査させるものである。駆動電圧が一定の率で増加する走査期間ＳＴ１，ＳＴ３では、レーザパルスＬＰは、窓部１０の左方一端から右方他端まで窓部１０を走査する。一方、駆動電圧が一定の率で下降する走査期間ＳＴ２，ＳＴ４では、レーザパルスＬＰは、窓部１０の右方他端から左方一端まで当該窓部１０を走査する。走査期間ＳＴ１，ＳＴ２間の境界付近のリファレンス期間ＭＴ１と、走査期間ＳＴ３，ＳＴ４間の境界付近のリファレンス期間ＭＴ２とは、それぞれ、リファレンス領域１１Ａ〜１１Ｃが走査される期間である。レーザレーダ装置１は、リファレンス期間ＭＴ１，ＭＴ２では特性測定モードで動作し、リファレンス期間ＭＴ１，ＭＴ２以外の期間では第１撮像モードで動作してもよい。このとき、リファレンス期間ごとに異なる遅延時間Ｔを設定することができる。 FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a control voltage waveform of the scanning control signal Sc. This control voltage causes the reference regions 11A to 11C and the light transmission region 16 in the window portion 10 to alternately scan with the laser pulse LP. In the scanning periods ST 1 and ST 3 in which the driving voltage increases at a constant rate, the laser pulse LP scans the window portion 10 from the left end of the window portion 10 to the right end. On the other hand, in the scanning periods ST 2 and ST 4 in which the drive voltage drops at a constant rate, the laser pulse LP scans the window portion 10 from the right end of the window portion 10 to the left end. The reference period MT 1 near the boundary between the scanning periods ST 1 and ST 2 and the reference period MT 2 near the boundary between the scanning periods ST 3 and ST 4 are periods during which the reference regions 11A to 11C are scanned. is there. The laser radar apparatus 1 operates in the reference period MT 1, MT 2 the characteristic measurement mode, may operate in the first imaging mode is a reference period MT 1, periods other than MT 2. At this time, a different delay time T can be set for each reference period.

以上に説明したように実施の形態１によれば、特性測定モードでは、測定制御部５１は、時間測定部４３の測定開始時刻ｔＧをレーザパルスの出射前の時刻に設定し、リファレンス領域１１Ａ〜１１Ｃで反射したレーザパルスに対して遅延時間Ｔを形成する。強度依存特性算出部４５は、当該遅延時間Ｔに応じて生成された計測値データＶＲと強度値データＶＩとを取得し、当該計測値データＶＲの強度値データＶＩへの依存関係を示す特性データＣｉを算出する。第１撮像モードでは、測距部４７は、計測値データＶＲ及び強度値データＶＩに基づき、特性データＣｉを用いてターゲットまでの距離を測定することができる。よって、時間測定部４３の応答時間特性がレーザパルスの受光強度に依存していたとしても、正確な測距値データＬｄを算出することができる。また、レーザ光に対するターゲットの反射率の違いに依らずに、当該ターゲットまでの正確な距離をリアルタイムに測定することができる。したがって、測距精度の向上が可能となる。 As described above, according to the first embodiment, in the characteristic measurement mode, the measurement control unit 51 sets the measurement start time t G of the time measurement unit 43 to the time before the emission of the laser pulse, and the reference region 11A. A delay time T is formed for the laser pulse reflected at ˜11C. The intensity dependence characteristic calculation unit 45 acquires the measurement value data VR and the intensity value data VI generated according to the delay time T, and characteristic data indicating the dependency of the measurement value data VR on the intensity value data VI. Ci is calculated. In the first imaging mode, the distance measuring unit 47 can measure the distance to the target using the characteristic data Ci based on the measurement value data VR and the intensity value data VI. Therefore, even if the response time characteristic of the time measuring unit 43 depends on the received light intensity of the laser pulse, accurate distance value data Ld can be calculated. In addition, an accurate distance to the target can be measured in real time without depending on the difference in reflectance of the target with respect to the laser beam. Therefore, the ranging accuracy can be improved.

実施の形態２．
次に、本発明に係る実施の形態２について説明する。図１４は、本発明に係る実施の形態２のレーザレーダ装置２の概略構成を示すブロック図である。 Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment according to the present invention will be described. FIG. 14 is a block diagram showing a schematic configuration of the laser radar device 2 according to the second embodiment of the present invention.

図１４に示されるように、レーザレーダ装置２は、上記実施の形態１のレーザレーダ装置１と同様に、基準トリガ発生部２０、レーザ光源２１、送信光学系２２、反射ミラー２３，２４、光走査部３０、受信光学系４１、受光部４２、時間測定部４３、強度測定部４４、強度依存特性算出部４５、特性データ記憶部４６及び測距部４７を備えている。また、レーザレーダ装置２の信号処理ユニット５０Ａは、上記実施の形態１の信号処理ユニット５０と同様に、強度画像生成部５２、距離画像生成部５３及び走査制御部５４を有する。これら構成要素２０〜２４，３０，４１〜４７，５２〜５４の構成及び機能は、上述した通りである。   As shown in FIG. 14, the laser radar device 2 is similar to the laser radar device 1 of the first embodiment, in that the reference trigger generator 20, the laser light source 21, the transmission optical system 22, the reflection mirrors 23 and 24, the light A scanning unit 30, a receiving optical system 41, a light receiving unit 42, a time measuring unit 43, an intensity measuring unit 44, an intensity dependent characteristic calculating unit 45, a characteristic data storage unit 46, and a distance measuring unit 47 are provided. Further, the signal processing unit 50A of the laser radar device 2 includes an intensity image generation unit 52, a distance image generation unit 53, and a scanning control unit 54, similarly to the signal processing unit 50 of the first embodiment. The configurations and functions of these components 20 to 24, 30, 41 to 47, and 52 to 54 are as described above.

レーザレーダ装置２は、上述した特性測定モード及び第１撮像モードで動作することができる（図１１及び図１２）。信号処理ユニット５０Ａに含まれる測定制御部５１Ａは、上記実施の形態１の測定制御部５１と同様に、特性測定モードと第１撮像モードとを制御することが可能である。更に、本実施の形態のレーザレーダ装置２は、補正パラメータ算出モードと撮像補正モードという２種類の動作モードで動作することができる。測定制御部５１Ａは、補正パラメータ算出モードと撮像補正モードとを制御することが可能である。補正パラメータ算出モード及び撮像補正モードの詳細については後述する。   The laser radar device 2 can operate in the characteristic measurement mode and the first imaging mode described above (FIGS. 11 and 12). The measurement control unit 51A included in the signal processing unit 50A can control the characteristic measurement mode and the first imaging mode, similarly to the measurement control unit 51 of the first embodiment. Furthermore, the laser radar device 2 of the present embodiment can operate in two types of operation modes, that is, a correction parameter calculation mode and an imaging correction mode. The measurement control unit 51A can control the correction parameter calculation mode and the imaging correction mode. Details of the correction parameter calculation mode and the imaging correction mode will be described later.

また、図１４に示されるように、レーザレーダ装置２は、窓部１０Ａを備えている。窓部１０Ａは、レーザパルスを透過させるとともに、レーザレーダ装置２の内部に塵及び水分などの異物が侵入することを防止する機能を有する。図１５は、Ｙ軸負方向側から視たときの窓部１０Ａの構成例を概略的に示す図である。図１５に示されるように、窓部１０Ａは、レーザパルスＬＰに対して互いに異なる反射率を有するリファレンス領域１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ，１３Ｆと、スキャナ３１から入射するレーザパルスＬＰを外部空間へ透過させる光透過領域１８とを有する。光透過領域１８は、レーザパルスＬＰを透過させる板状の材料で構成されればよい。リファレンス領域１３Ａ〜１３Ｆは、レーザパルスＬＰの走査方向Ｘと直交する方向Ｚにおける窓部１０Ａの一方の出射端近傍に配置され、且つ、走査方向Ｘに沿って配列されている。   As shown in FIG. 14, the laser radar device 2 includes a window portion 10A. The window portion 10 </ b> A has a function of transmitting laser pulses and preventing foreign matters such as dust and moisture from entering the laser radar device 2. FIG. 15 is a diagram schematically illustrating a configuration example of the window portion 10A when viewed from the Y axis negative direction side. As shown in FIG. 15, the window portion 10 </ b> A externally transmits the reference regions 13 </ b> A, 13 </ b> B, 13 </ b> C, 13 </ b> D, 13 </ b> E, 13 </ b> F having different reflectances with respect to the laser pulse LP and the laser pulse LP incident from the scanner 31. And a light transmission region 18 that transmits light to the space. The light transmission region 18 may be made of a plate-like material that transmits the laser pulse LP. The reference regions 13A to 13F are arranged in the vicinity of one emission end of the window portion 10A in the direction Z orthogonal to the scanning direction X of the laser pulse LP, and are arranged along the scanning direction X.

レーザレーダ装置２が特性測定モードで動作するとき、測定制御部５１Ａは、上記測定制御部５１と同様に、ゲート信号Ｇｔのパルスの立ち上がり時刻ｔＧを段階的に変化させることにより、遅延時間Ｔを切り替えることができる（図９（Ａ）〜（Ｅ））。また、レーザ光源２１は、基準トリガ信号Ｔｇの供給を受けて、窓部１０Ａのリファレンス領域１３Ａ〜１３Ｆ（図１５）を照射するための参照用レーザパルスを出射する。光走査部３０は、送信光学系２２及び反射ミラー２３，２４を経て入射する参照用レーザパルスをリファレンス領域１３Ａ〜１３Ｆの方向へ反射させてリファレンス領域１３Ａ〜１３Ｆを走査する。これらリファレンス領域１３Ａ〜１３Ｆで反射した参照用レーザパルスは、スキャナ３１及び受信光学系４１を経て受光部４２で受光される。強度依存特性算出部４５は、実施の形態１の場合と同様に、計測値データＶＲ、強度値データＶＩ及び遅延時間に基づき、回帰分析を実行して特性データＣｉを算出することができる。この特性データＣｉは、特性データ記憶部４６に格納される。レーザレーダ装置２が第１撮像モードで動作するときは、測距部４７は、特性データ記憶部４６から特性データＣｉを取得し、当該特性データＣｉを用いてターゲットまでの距離を算出することができる。 When the laser radar device 2 operates in the characteristic measurement mode, the measurement control unit 51A changes the delay time T G by changing the pulse rise time t G of the gate signal Gt in a stepwise manner, similarly to the measurement control unit 51. Can be switched (FIGS. 9A to 9E). Further, the laser light source 21 receives the reference trigger signal Tg and emits a reference laser pulse for irradiating the reference regions 13A to 13F (FIG. 15) of the window portion 10A. The optical scanning unit 30 scans the reference regions 13A to 13F by reflecting the reference laser pulse incident through the transmission optical system 22 and the reflection mirrors 23 and 24 in the direction of the reference regions 13A to 13F. The reference laser pulses reflected by these reference regions 13A to 13F are received by the light receiving unit 42 through the scanner 31 and the receiving optical system 41. As in the case of the first embodiment, the intensity-dependent characteristic calculation unit 45 can calculate the characteristic data Ci by executing regression analysis based on the measurement value data VR, the intensity value data VI, and the delay time. The characteristic data Ci is stored in the characteristic data storage unit 46. When the laser radar device 2 operates in the first imaging mode, the distance measuring unit 47 acquires the characteristic data Ci from the characteristic data storage unit 46 and calculates the distance to the target using the characteristic data Ci. it can.

一方、図１４に示されるように、信号処理ユニット５０Ａは、強度画像に現れるリファレンス領域１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ，１３Ｆの各々の画像歪みを検出する歪み検出部６１と、当該検出された画像歪みを補正する歪み補正部６２とを備えている。   On the other hand, as shown in FIG. 14, the signal processing unit 50 </ b> A includes a distortion detection unit 61 that detects image distortion of each of the reference regions 13 </ b> A, 13 </ b> B, 13 </ b> C, 13 </ b> D, 13 </ b> E, and 13 </ b> F that appear in the intensity image. A distortion correction unit 62 that corrects the image distortion.

次に、リファレンス領域１３Ａ〜１３Ｆの強度画像に歪みが発生する理由について説明する。図１６は、スキャナ駆動部３２に供給される走査制御信号Ｓｃの制御電圧の波形を示す図である。この制御電圧は、窓部１０ＡのＸ軸方向における一端と他端との間をレーザパルスＬＰで走査させるものである。図１３の場合と同様に、制御電圧が一定の率で増加する走査期間ＳＴ１，ＳＴ３では、レーザパルスＬＰは、窓部１０Ａの左方一端から右方他端までリファレンス領域１３Ｆ〜１３Ａ及び光透過領域１８を走査する。一方、制御電圧が一定の率で下降する走査期間ＳＴ２，ＳＴ４では、レーザパルスＬＰは、窓部１０Ａの右方他端から左方一端までリファレンス領域１３Ａ〜１３Ｆ及び光透過領域１８を走査する。各走査期間において窓部１０Ａの全体が１回走査される。たとえば、走査期間ＳＴ１，ＳＴ２の境界付近ではリファレンス領域１３Ａを含む帯状領域がレーザパルスＬＰで照射され、走査期間ＳＴ２，ＳＴ３の境界付近ではリファレンス領域１３Ｆを含む帯状領域がレーザパルスＬＰで照射される。 Next, the reason why distortion occurs in the intensity images of the reference areas 13A to 13F will be described. FIG. 16 is a diagram illustrating the waveform of the control voltage of the scanning control signal Sc supplied to the scanner driving unit 32. This control voltage is used to scan between one end and the other end of the window portion 10A in the X-axis direction with a laser pulse LP. Similarly to the case of FIG. 13, in the scanning periods ST 1 and ST 3 in which the control voltage increases at a constant rate, the laser pulse LP is transmitted from the left end of the window portion 10A to the right other end, the reference regions 13F to 13A and The light transmission region 18 is scanned. On the other hand, in the scanning periods ST 2 and ST 4 in which the control voltage drops at a constant rate, the laser pulse LP scans the reference regions 13A to 13F and the light transmission region 18 from the right other end to the left one end of the window portion 10A. To do. The entire window portion 10A is scanned once in each scanning period. For example, a belt-like region including the reference region 13A is irradiated with the laser pulse LP near the boundary between the scanning periods ST 1 and ST 2 , and a belt-like region including the reference region 13F is irradiated near the boundary between the scanning periods ST 2 and ST 3 with the laser pulse LP. Irradiated with.

窓部１０Ａに対するレーザパルスＬＰの走査速度は、制御電圧の上昇または下降に応じて一定となることが理想である。しかしながら、実際には、隣り合う走査期間の境界付近で制御電圧が上昇から下降へ転じる際、あるいは、隣り合う走査期間の境界付近で制御電圧が下降から上昇へ転じる際に、スキャナ３１の振れ角が最大角または最小角となる。この振れ角の最大角付近または最小角付近で、走査速度が遅くなり、スキャナ３１の非線形動作が生ずる。このとき、図１６に示される波形を持つ制御電圧が実際に供給された場合でも、図１７（Ａ）に示される波形Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃを持つ制御電圧が供給された場合と同様の結果となる。これにより、強度画像及び距離画像の走査方向両端部が局所的に歪むという課題がある。図１７（Ｂ）は、窓部１０Ａの強度画像７０の例を示す概略図である。この強度画像７０は、リファレンス領域１３Ａ〜１３Ｆを示すリファレンス領域画像７１Ａ〜７１Ｆと、光透過領域１８を示す光透過領域画像７２とからなる。強度画像７０の水平方向両端部付近のリファレンス領域画像７１Ａ，７１Ｆは、水平方向に引き延ばされて歪んでいる。   Ideally, the scanning speed of the laser pulse LP with respect to the window portion 10A becomes constant as the control voltage increases or decreases. However, in practice, when the control voltage changes from rising to falling near the boundary between adjacent scanning periods, or when the control voltage changes from falling to rising near the boundary between adjacent scanning periods, the deflection angle of the scanner 31 is increased. Is the maximum or minimum angle. Near the maximum angle or the minimum angle of the deflection angle, the scanning speed becomes slow, and the nonlinear operation of the scanner 31 occurs. At this time, even when the control voltage having the waveform shown in FIG. 16 is actually supplied, the same result as that when the control voltage having the waveforms Wa, Wb, and Wc shown in FIG. Become. Accordingly, there is a problem that both ends in the scanning direction of the intensity image and the distance image are locally distorted. FIG. 17B is a schematic diagram illustrating an example of the intensity image 70 of the window portion 10A. The intensity image 70 includes reference area images 71A to 71F indicating the reference areas 13A to 13F and a light transmission area image 72 indicating the light transmission area 18. The reference area images 71A and 71F in the vicinity of both ends in the horizontal direction of the intensity image 70 are stretched and distorted in the horizontal direction.

窓部１０Ａでは、図１５に示したように、互いに反射率の異なる複数のリファレンス領域１３Ａ〜１３ＦがレーザパルスＬＰの走査方向Ｘに沿って配置されている。本実施の形態では、リファレンス領域ごとに反射率が異なる特性を活かして、強度画像及び距離画像の歪みを補正することができる。   In the window portion 10A, as shown in FIG. 15, a plurality of reference regions 13A to 13F having different reflectances are arranged along the scanning direction X of the laser pulse LP. In the present embodiment, it is possible to correct the distortion of the intensity image and the distance image by making use of the characteristic that the reflectance differs for each reference region.

前述の画像歪みを補正するための補正パラメータを算出する動作モードが「パラメータ算出モード」である。レーザレーダ装置２は、この補正パラメータを格納するデータ記憶部６３を備えている。また、この補正パラメータを用いて強度画像及び距離画像を補正する動作モードが「撮像補正モード」である。測定制御部５１Ａは、この補正パラメータ算出モード、撮像補正モード及び他の動作モードのうちの或る動作モードから他の動作モードへ切り替えることができる。   The operation mode for calculating the correction parameter for correcting the image distortion is the “parameter calculation mode”. The laser radar device 2 includes a data storage unit 63 that stores the correction parameters. An operation mode for correcting the intensity image and the distance image using the correction parameter is the “imaging correction mode”. The measurement control unit 51A can switch from one operation mode to another operation mode among the correction parameter calculation mode, imaging correction mode, and other operation modes.

図１８（Ａ）は、パラメータ算出モード時に得られた強度画像におけるリファレンス領域画像７１Ａ〜７１Ｆの例を示す図である。また、図１８（Ｂ）は、これらリファレンス領域画像７１Ａ〜７１Ｆに対して設定されたリファレンス点７３，…，７３を示し、各リファレンス点の位置を示す画素数と強度電圧（受信強度）との間の関係を示すグラフである。リファレンス点７３，…，７３は、リファレンス領域画像７１Ａ〜７１Ｆの全体に対して、水平方向に沿って等間隔で設定されている。このため、画像歪みを有する両端部のリファレンス領域画像７１Ａ，７１Ｆは、他のリファレンス領域画像７１Ｂ〜７１Ｅと比べて多数のリファレンス点を含むことが分かる。   FIG. 18A is a diagram illustrating an example of reference area images 71A to 71F in the intensity image obtained in the parameter calculation mode. FIG. 18B shows reference points 73,..., 73 set for these reference area images 71A to 71F, and the number of pixels indicating the position of each reference point and the intensity voltage (reception intensity). It is a graph which shows the relationship between. The reference points 73, ..., 73 are set at equal intervals along the horizontal direction with respect to the entire reference area images 71A to 71F. Therefore, it can be seen that the reference area images 71A and 71F at both ends having image distortion include a larger number of reference points than the other reference area images 71B to 71E.

今、リファレンス領域画像７１Ａ〜７１Ｆ全体の水平方向の総画素数をＰＨとし、リファレンス領域画像７１Ａ〜７１Ｆの総個数をｘＲとする。図１８（Ａ）の例では、ｘＲ＝６、である。また、両端部付近のリファレンス領域画像７１Ａ，７１Ｆの合計個数をＮｓとし、リファレンス領域画像７１Ａ，７１Ｆの各々の水平方向の画素数をＰｃとし、他のリファレンス領域画像７１Ｂ〜７１Ｅの合計個数をＮｔとし、当該他のリファレンス領域画像７１Ｂ〜７１Ｅの各々の水平方向の画素数をＰｄとする。図１８（Ａ）の例では、Ｎｓ＝２，Ｎｔ＝４、である。このとき、次式（１２），（１３）が成立する。 Now, the total number of pixels in the horizontal direction of the entire reference region image 71A~71F and P H, the total number of the reference region image 71A~71F and x R. In the example of FIG. 18A, x R = 6. The total number of reference area images 71A and 71F near both ends is Ns, the number of pixels in the horizontal direction of each of the reference area images 71A and 71F is Pc, and the total number of the other reference area images 71B to 71E is Nt. Let Pd be the number of pixels in the horizontal direction of each of the other reference area images 71B to 71E. In the example of FIG. 18A, Ns = 2 and Nt = 4. At this time, the following expressions (12) and (13) hold.

ＰＨ＝Ｎｓ×Ｐｃ＋Ｎｔ×Ｐｄ （１２）
ｘＲ＝Ｎｓ＋Ｎｔ （１３） P H = Ns × Pc + Nt × Pd (12)
x R = Ns + Nt (13 )

一方、図１９（Ａ）は、画像歪みが補正されたと仮定した場合の強度画像におけるリファレンス領域画像７１Ａ〜７１Ｆの例を示す図であり、図１９（Ｂ）は、補正後のリファレンス領域画像７１Ａ〜７１Ｆに対して設定されたリファレンス点７３，…，７３を示し、各リファレンス点７３の位置を示す画素数と強度電圧（受信強度）との間の関係を示すグラフである。   On the other hand, FIG. 19A is a diagram illustrating examples of reference area images 71A to 71F in the intensity image when it is assumed that the image distortion is corrected, and FIG. 19B is a corrected reference area image 71A. 72 is a graph showing the reference points 73,..., 73 set for .about.71F and showing the relationship between the number of pixels indicating the position of each reference point 73 and the intensity voltage (reception intensity).

今、画像歪みが補正された後の両端部付近のリファレンス領域画像７１Ａ，７１Ｆの各々の画素数をＰｃ’とし、他のリファレンス領域画像７１Ｂ〜７１Ｅの水平方向の画素数をＰｄ’とする。リファレンス領域画像７１Ａ〜７１Ｆ全体の水平方向の総画素数ＰＨは、補正の前後で変化しない。このとき、次式（１４）が成立する。 Now, let Pc ′ be the number of pixels in each of the reference area images 71A and 71F in the vicinity of both ends after the image distortion is corrected, and let Pd ′ be the number of pixels in the horizontal direction of the other reference area images 71B to 71E. Total pixel number P H in the horizontal direction of the entire reference region image 71A~71F does not change before and after the correction. At this time, the following equation (14) is established.

ＰＨ＝Ｎｓ×Ｐｃ’＋Ｎｔ×Ｐｄ’ （１４） P H = Ns × Pc ′ + Nt × Pd ′ (14)

また、リファレンス領域画像７１Ａ〜７１Ｆの総個数ｘＲは、補正の前後で変化しない。補正後のリファレンス領域画像７１Ａ〜７１Ｆの各々の水平方向の画素数をＰＲとすると、次式（１５）が成立する。 The total number x R of the reference region image 71A~71F does not change before and after the correction. When the number of pixels in the horizontal direction of each of the reference region image 71A~71F corrected and P R, the following equation (15) holds.

ＰＲ＝ＰＨ／ｘＲ （１５） P R = P H / x R (15)

水平方向の総画素数ＰＨとリファレンス領域画像７１Ａ〜７１Ｆの総個数ｘＲが固定値であるので、式（１５）により、補正後のリファレンス領域画像個々の水平方向の画素数ＰＲを算出することができる。 Since the total number x R in the horizontal direction of the total number of pixels P H and the reference region image 71A~71F is a fixed value, by Equation (15), calculates the number of pixels P R of the reference region image individual horizontal direction after the correction can do.

リファレンス領域画像７１Ａ，７１Ｆの水平方向の画素数Ｐｃ（Ｐｃ＞Ｐｃ’）に対する補正量をαとし、リファレンス領域画像７１Ｂ〜７１Ｅの水平方向の画素数をＰｄ（Ｐｄ＜Ｐｄ’）に対する補正量をβとする。このとき、次式（１６ａ），（１６ｂ）が成立する。   The correction amount for the horizontal pixel number Pc (Pc> Pc ′) of the reference area images 71A and 71F is α, and the horizontal pixel number of the reference area images 71B to 71E is the correction amount for Pd (Pd <Pd ′). Let β. At this time, the following expressions (16a) and (16b) are established.

Ｐｃ’＝Ｐｃ−α （１６ａ）
Ｐｄ’＝Ｐｄ＋β （１６ｂ） Pc ′ = Pc−α (16a)
Pd ′ = Pd + β (16b)

ここで、次式（１７）の条件を満たす必要がある。
Ｎｓ×α＝Ｎｔ×β （１７） Here, it is necessary to satisfy the condition of the following equation (17).
Ns × α = Nt × β (17)

歪み検出部６１は、パラメータ算出モード時に強度画像を解析して補正パラメータα，βを算出し、これら補正パラメータα，βをデータ記憶部６３に格納することができる。   The distortion detection unit 61 can analyze the intensity image and calculate the correction parameters α and β in the parameter calculation mode, and store the correction parameters α and β in the data storage unit 63.

一方、歪み補正部６２は、撮像補正モード時に、データ記憶部６３から補正パラメータα，βを取得し、これら補正パラメータα，βを用いて強度画像及び距離画像の画像歪みを補正する。たとえば、歪み補正部６２は、図１８（Ａ）に示した画像両端部のリファレンス領域画像７１Ａ，７１Ｆの各々を変形率Ｚα（＝Ｐｃ’／Ｐｃ）で水平方向に縮小し、他のリファレンス領域画像７１Ｂ〜７１Ｅの各々を変形率Ｚβ（＝Ｐｄ’／Ｐｄ）で水平方向に拡大することができる。 On the other hand, the distortion correction unit 62 acquires the correction parameters α and β from the data storage unit 63 in the imaging correction mode, and corrects image distortion of the intensity image and the distance image using the correction parameters α and β. For example, the distortion correction unit 62 reduces each of the reference area images 71A and 71F at both ends of the image shown in FIG. 18A in the horizontal direction with the deformation rate Z α (= Pc ′ / Pc), and performs another reference. area image 71B~71E each deformation rate Z beta of (= Pd '/ Pd) in can be expanded in the horizontal direction.

ところで、上記した信号処理ユニット５０Ａ及び測距部４７は、ＦＰＧＡまたはＡＳＩＣなどの半導体集積回路で構成されてもよいし、あるいは、ＣＰＵを含むマイクロコンピュータの一種であるワンチップマイコンで構成されてもよい。データ記憶部６３は、不揮発性メモリで構成することができる。   By the way, the signal processing unit 50A and the distance measuring unit 47 described above may be configured by a semiconductor integrated circuit such as an FPGA or an ASIC, or may be configured by a one-chip microcomputer which is a kind of microcomputer including a CPU. Good. The data storage unit 63 can be configured by a nonvolatile memory.

次に、図２０及び図２１を参照しつつ、上記レーザレーダ装置２の動作について説明する。   Next, the operation of the laser radar device 2 will be described with reference to FIGS.

図２０は、パラメータ算出モード時におけるパラメータ算出処理の手順を概略的に示すフローチャートである。このパラメータ算出処理は、信号処理ユニット５０Ａによって実行される。図２１は、撮像補正モード時における撮像補正処理の手順を概略的に示すフローチャートである。この撮像補正処理は、測距部４７及び信号処理ユニット５０Ａによって実行される。   FIG. 20 is a flowchart schematically showing a procedure of parameter calculation processing in the parameter calculation mode. This parameter calculation process is executed by the signal processing unit 50A. FIG. 21 is a flowchart schematically showing the procedure of imaging correction processing in the imaging correction mode. This imaging correction process is executed by the distance measuring unit 47 and the signal processing unit 50A.

まず、図２０を参照しつつ、パラメータ算出処理について説明する。測定制御部５１Ａは、ゲート信号Ｇｔのパルスの立ち上がり時刻である測定開始時刻ｔＧと測定時間間隔とをそれぞれ最適値に初期設定する（ステップＳＴ４０）。次に、走査制御部５４は、窓部１０Ａのリファレンス領域１３Ａ〜１３Ｆが参照用レーザパルスで照射されるようにスキャナ３１の走査範囲を設定する（ステップＳＴ４１）。ここでは、スキャナ３１の振れ角の範囲が走査範囲として設定されればよい。走査制御部５４は、当該走査範囲を走査させる走査制御信号Ｓｃをスキャナ駆動部３２に供給する。 First, the parameter calculation process will be described with reference to FIG. Measurement control unit 51A initializes the measurement time interval and the measurement start time t G is the rise time of the pulse of the gate signal Gt to an optimum value, respectively (step ST40). Next, the scanning control unit 54 sets the scanning range of the scanner 31 so that the reference regions 13A to 13F of the window portion 10A are irradiated with the reference laser pulse (step ST41). Here, the range of the deflection angle of the scanner 31 may be set as the scanning range. The scanning control unit 54 supplies a scanning control signal Sc for scanning the scanning range to the scanner driving unit 32.

その後、測定制御部５１Ａは、レーザ光源２１に参照用レーザパルスを出射させる（ステップＳＴ４２）。具体的には、測定制御部５１Ａは、トリガ制御信号Ｔｃを基準トリガ発生部２０に供給して一定周期で基準トリガ信号Ｔｇを発生させる。レーザ光源２１は、その基準トリガ信号Ｔｇの供給に応じて参照用レーザパルスを出射する。その後、信号処理ユニット５０Ａには、強度測定部４４から強度値データＶＩが測定値として入力される。信号処理ユニット５０Ａは、強度測定部４４から入力された測定値を内部メモリに一時記憶する（ステップＳＴ４３）。   Thereafter, the measurement control unit 51A causes the laser light source 21 to emit a reference laser pulse (step ST42). Specifically, the measurement control unit 51A supplies the trigger control signal Tc to the reference trigger generation unit 20 to generate the reference trigger signal Tg at a constant period. The laser light source 21 emits a reference laser pulse in response to the supply of the standard trigger signal Tg. Thereafter, the intensity value data VI is input as a measurement value from the intensity measurement unit 44 to the signal processing unit 50A. The signal processing unit 50A temporarily stores the measurement value input from the intensity measurement unit 44 in the internal memory (step ST43).

その後、強度画像生成部５２は、内部メモリから強度値データＶＩを読み出し、当該強度値データＶＩに基づいてリファレンス領域１３Ａ〜１３Ｆの反射強度を示す強度画像を生成する（ステップＳＴ４４）。   Thereafter, the intensity image generation unit 52 reads the intensity value data VI from the internal memory, and generates an intensity image indicating the reflection intensity of the reference regions 13A to 13F based on the intensity value data VI (step ST44).

次に、歪み検出部６１は、強度画像に現れるリファレンス領域１３Ａ〜１３Ｆの各々の画像歪みの検出を試みる（ステップＳＴ４５）。歪み検出部６１は、リファレンス領域画像７１Ａ〜７１Ｆの各々の水平方向画素数が同一（上式（１５）の画素数ＰＲと一致）となれば、画像歪みが存在しないと判定することができる（ステップＳＴ４６のＮＯ）。一方、図１８（Ａ），（Ｂ）に示したように、リファレンス領域画像７１Ａ〜７１Ｆの各々の水平方向画素数が同じでなければ、画像歪みが存在すると判定することができる（ステップＳＴ４６のＹＥＳ）。 Next, the distortion detection unit 61 tries to detect image distortion of each of the reference regions 13A to 13F appearing in the intensity image (step ST45). Distortion detector 61 can determine the number of pixels in the horizontal direction of each of the reference region image 71A~71F is if the same (match the number of pixels P R of the equation (15)), image distortion is not present (NO in step ST46). On the other hand, as shown in FIGS. 18A and 18B, if the number of pixels in the horizontal direction of each of the reference area images 71A to 71F is not the same, it can be determined that there is image distortion (in step ST46). YES).

画像歪みが存在すると判定された場合は（ステップＳＴ４６のＹＥＳ）、歪み検出部６１は、上記した補正パラメータα，βを算出し（ステップＳＴ４７）、これら補正パラメータα，βをデータ記憶部６３に格納する（ステップＳＴ４８）。以上でパラメータ算出処理は終了する。   When it is determined that image distortion exists (YES in step ST46), the distortion detection unit 61 calculates the correction parameters α and β described above (step ST47), and stores the correction parameters α and β in the data storage unit 63. Store (step ST48). This completes the parameter calculation process.

上記パラメータ算出処理は、たとえば、レーザレーダ装置２の初回動作時もしくはユーザ指定のタイミングで実行されればよい。   The parameter calculation process may be executed, for example, at the initial operation of the laser radar device 2 or at a timing specified by the user.

次に、図２１を参照しつつ、撮像補正処理について説明する。まず、測定制御部５１Ａは、ゲート信号Ｇｔのパルスの立ち上がり時刻である測定開始時刻ｔＧと測定時間間隔とをそれぞれ最適値に初期設定する（ステップＳＴ５０）。次に、走査制御部５４は、窓部１０Ａの光透過領域１８が送信用レーザパルスで照射されるようにスキャナ３１の走査範囲を設定する（ステップＳＴ５１）。ここでは、スキャナ３１の振れ角の範囲が走査範囲として設定されればよい。走査制御部５４は、当該走査範囲を走査させる走査制御信号Ｓｃをスキャナ駆動部３２に供給する。 Next, imaging correction processing will be described with reference to FIG. First, the measurement control unit 51A initializes the measurement time interval and the measurement start time t G is the rise time of the pulse of the gate signal Gt to an optimum value, respectively (step ST50). Next, the scanning control unit 54 sets the scanning range of the scanner 31 so that the light transmission region 18 of the window 10A is irradiated with the transmission laser pulse (step ST51). Here, the range of the deflection angle of the scanner 31 may be set as the scanning range. The scanning control unit 54 supplies a scanning control signal Sc for scanning the scanning range to the scanner driving unit 32.

その後、測定制御部５１Ａは、レーザ光源２１に送信用レーザパルスを出射させる（ステップＳＴ５２）。具体的には、測定制御部５１Ａは、トリガ制御信号Ｔｃを基準トリガ発生部２０に供給して一定周期で基準トリガ信号Ｔｇを発生させる。レーザ光源２１は、その基準トリガ信号Ｔｇの供給に応じて参照用レーザパルスを出射する。その後、測距部４７には、時間測定部４３から計測値データＶＲが測定値として入力される。並行して、信号処理ユニット５０Ａには、強度測定部４４から強度値データＶＩが測定値として入力される。測距部４７及び信号処理ユニット５０Ａは、時間測定部４３及び強度測定部４４から入力された測定値を内部メモリに一時記憶する（ステップＳＴ５３）。   Thereafter, the measurement control unit 51A causes the laser light source 21 to emit a transmission laser pulse (step ST52). Specifically, the measurement control unit 51A supplies the trigger control signal Tc to the reference trigger generation unit 20 to generate the reference trigger signal Tg at a constant period. The laser light source 21 emits a reference laser pulse in response to the supply of the standard trigger signal Tg. Thereafter, the measurement value data VR is input from the time measurement unit 43 to the distance measurement unit 47 as a measurement value. In parallel, intensity value data VI is input as a measurement value from the intensity measurement unit 44 to the signal processing unit 50A. The distance measuring unit 47 and the signal processing unit 50A temporarily store the measurement values input from the time measuring unit 43 and the intensity measuring unit 44 in the internal memory (step ST53).

その後、測距部４７は、計測値データＶＲに基づいて距離値を算出する（ステップＳＴ５４）。当該距離値を示す測距値データＬｄは、信号処理ユニット５０Ａに与えられる。   Thereafter, the distance measurement unit 47 calculates a distance value based on the measurement value data VR (step ST54). Ranging value data Ld indicating the distance value is given to the signal processing unit 50A.

次に、距離画像生成部５３は、測距値データＬｄに基づいて外部空間内のターゲットの３次元情報を示す距離画像を生成する（ステップＳＴ５５）。また、強度画像生成部５２は、強度値データＶＩに基づいて外部空間内のターゲットの反射強度を示す強度画像を生成する（ステップＳＴ５６）。   Next, the distance image generation unit 53 generates a distance image indicating the three-dimensional information of the target in the external space based on the distance measurement value data Ld (step ST55). Further, the intensity image generation unit 52 generates an intensity image indicating the reflection intensity of the target in the external space based on the intensity value data VI (step ST56).

次に、歪み補正部６２は、データ記憶部６３から補正パラメータα，βを取得し（ステップＳＴ５７）、これら補正パラメータα，βを用いて強度画像及び距離画像をそれぞれ局所的に拡大または縮小することにより、これら強度画像及び距離画像の歪みを補正する（ステップＳＴ５８）。以上で撮像補正処理は終了する。   Next, the distortion correction unit 62 acquires the correction parameters α and β from the data storage unit 63 (step ST57), and locally enlarges or reduces the intensity image and the distance image using the correction parameters α and β. Thus, the distortion of the intensity image and the distance image is corrected (step ST58). Thus, the imaging correction process ends.

なお、上記したパラメータ算出モードと撮像補正モードとは、互いに独立して実行されてよいし、あるいは、同時並行に実行されてもよい。   Note that the parameter calculation mode and the imaging correction mode described above may be executed independently of each other, or may be executed simultaneously in parallel.

以上に説明したように実施の形態２のレーザレーダ装置２は、窓部１０Ａのリファレンス領域１３Ａ〜１３Ｆを用いる特性測定モード及び第１撮像モードで動作することができる。したがって、レーザ光に対するターゲットの反射率の違いに依らずに、当該ターゲットまでの正確な距離をリアルタイムに測定することができる。また、リファレンス領域ごとの反射率が異なる特性を活かして、強度画像及び距離画像の歪みを適正に補正することができる。特に、強度画像に基づいて補正パラメータα，βが算出されるので、レーザレーダ装置２の温度変化があったとしても、適正な補正パラメータα，βを算出することができる。よって、正確な距離画像を得ることができ、これにより測距精度の向上が可能となる。   As described above, the laser radar device 2 according to the second embodiment can operate in the characteristic measurement mode and the first imaging mode using the reference regions 13A to 13F of the window portion 10A. Therefore, an accurate distance to the target can be measured in real time without depending on the difference in reflectance of the target with respect to the laser beam. Further, it is possible to appropriately correct the distortion of the intensity image and the distance image by utilizing the characteristic that the reflectance of each reference region is different. In particular, since the correction parameters α and β are calculated based on the intensity image, the appropriate correction parameters α and β can be calculated even if the temperature of the laser radar device 2 changes. Therefore, an accurate distance image can be obtained, thereby improving the distance measurement accuracy.

なお、上記実施の形態２では、上記窓部１０Ａの代わりに、図２２に示す窓部１０Ｂが使用されてもよい。図２２は、Ｙ軸負方向側から視たときの窓部１０Ｂの構成例を概略的に示す図である。図２２に示されるように、窓部１０Ｂは、上記実施の形態１のリファレンス領域１１Ａ〜１１Ｃと、上記リファレンス領域１３Ａ〜１３Ｆと、スキャナ３１から入射するレーザパルスＬＰを外部空間へ透過させる光透過領域１９とを有するものである。光透過領域１９は、レーザパルスＬＰを透過させる板状の材料で構成されればよい。この場合、リファレンス領域１１Ａ〜１１Ｃを、上記した特性測定モード時に使用し、リファレンス領域１３Ａ〜１３Ｆを、上記したパラメータ算出モード時に使用することができる。   In the second embodiment, a window 10B shown in FIG. 22 may be used instead of the window 10A. FIG. 22 is a diagram schematically illustrating a configuration example of the window portion 10B when viewed from the Y axis negative direction side. As shown in FIG. 22, the window portion 10B transmits light that transmits the reference regions 11A to 11C of the first embodiment, the reference regions 13A to 13F, and the laser pulse LP incident from the scanner 31 to the external space. And an area 19. The light transmission region 19 may be made of a plate-like material that transmits the laser pulse LP. In this case, the reference areas 11A to 11C can be used in the above characteristic measurement mode, and the reference areas 13A to 13F can be used in the above parameter calculation mode.

実施の形態３．
次に、本発明に係る実施の形態３について説明する。図２３は、実施の形態３のレーザレーダ装置３の概略構成を示す機能ブロック図である。 Embodiment 3 FIG.
Next, a third embodiment according to the present invention will be described. FIG. 23 is a functional block diagram illustrating a schematic configuration of the laser radar device 3 according to the third embodiment.

図２３に示されるように、このレーザレーダ装置３は、上記実施の形態１のレーザレーダ装置１と同様に、基準トリガ発生部２０、レーザ光源２１、送信光学系２２、反射ミラー２３，２４、光走査部３０、受信光学系４１、受光部４２、時間測定部４３、強度測定部４４、強度依存特性算出部４５、特性データ記憶部４６及び測距部４７を備えている。また、レーザレーダ装置３の信号処理ユニット５０Ｃは、上記実施の形態１の信号処理ユニット５０と同様に、強度画像生成部５２、距離画像生成部５３及び走査制御部５４を有する。これら構成要素２０〜２４，３０，４１〜４７，５２〜５４の構成及び機能は、上述した通りである。   As shown in FIG. 23, the laser radar device 3 is similar to the laser radar device 1 of the first embodiment, in that the reference trigger generator 20, the laser light source 21, the transmission optical system 22, the reflection mirrors 23, 24, An optical scanning unit 30, a receiving optical system 41, a light receiving unit 42, a time measuring unit 43, an intensity measuring unit 44, an intensity dependent characteristic calculating unit 45, a characteristic data storage unit 46, and a distance measuring unit 47 are provided. Further, the signal processing unit 50C of the laser radar device 3 includes an intensity image generation unit 52, a distance image generation unit 53, and a scanning control unit 54, similarly to the signal processing unit 50 of the first embodiment. The configurations and functions of these components 20 to 24, 30, 41 to 47, and 52 to 54 are as described above.

レーザレーダ装置３は、上述した実施の形態１に係る特性測定モード及び第１撮像モードで動作することができる（図１１及び図１２）。信号処理ユニット５０Ｃに含まれる測定制御部５１Ｃは、上記実施の形態１の測定制御部５１と同様に、特性測定モードと第１撮像モードとを制御することが可能である。更に、本実施の形態のレーザレーダ装置３は、光走査部３０の走査範囲を調整するための動作モード（以下「走査範囲調整モード」という。）で動作することができる。測定制御部５１Ｃは、この走査範囲調整モードを制御することが可能である。走査範囲調整モードの詳細については後述する。   The laser radar device 3 can operate in the characteristic measurement mode and the first imaging mode according to the first embodiment described above (FIGS. 11 and 12). The measurement control unit 51C included in the signal processing unit 50C can control the characteristic measurement mode and the first imaging mode, similarly to the measurement control unit 51 of the first embodiment. Further, the laser radar device 3 of the present embodiment can operate in an operation mode for adjusting the scanning range of the optical scanning unit 30 (hereinafter referred to as “scanning range adjustment mode”). The measurement control unit 51C can control this scanning range adjustment mode. Details of the scan range adjustment mode will be described later.

また、レーザレーダ装置３は、上記実施の形態２と同様に、図１５に示した窓部１０Ａを備えている。レーザレーダ装置３が特性測定モードで動作するとき、測定制御部５１Ｃは、上記測定制御部５１と同様に、ゲート信号Ｇｔのパルスの立ち上がり時刻ｔＧを段階的に変化させることにより、遅延時間Ｔを切り替えることができる（図９（Ａ）〜（Ｅ））。また、レーザ光源２１は、基準トリガ信号Ｔｇの供給を受けて、窓部１０Ａのリファレンス領域１３Ａ〜１３Ｆ（図１５）を照射するための参照用レーザパルスを出射する。光走査部３０は、送信光学系２２及び反射ミラー２３，２４を経て入射する参照用レーザパルスをリファレンス領域１３Ａ〜１３Ｆの方向へ反射させてリファレンス領域１３Ａ〜１３Ｆを走査する。これらリファレンス領域１３Ａ〜１３Ｆで反射した参照用レーザパルスは、スキャナ３１及び受信光学系４１を経て受光部４２で受光される。強度依存特性算出部４５は、実施の形態１の場合と同様に、計測値データＶＲ、強度値データＶＩ及び遅延時間に基づき、回帰分析を実行して特性データＣｉを算出することができる。この特性データＣｉは、特性データ記憶部４６に格納される。レーザレーダ装置３が第１撮像モードで動作するときは、測距部４７は、特性データ記憶部４６から特性データＣｉを取得し、当該特性データＣｉを用いてターゲットまでの距離を算出することができる。 Further, the laser radar device 3 includes the window portion 10A shown in FIG. 15 as in the second embodiment. When the laser radar device 3 operates in the characteristic measurement mode, the measurement control unit 51C, like the above measurement control unit 51, by causing the rise time t G of the pulse of the gate signal Gt stepwise changed, the delay time T Can be switched (FIGS. 9A to 9E). Further, the laser light source 21 receives the reference trigger signal Tg and emits a reference laser pulse for irradiating the reference regions 13A to 13F (FIG. 15) of the window portion 10A. The optical scanning unit 30 scans the reference regions 13A to 13F by reflecting the reference laser pulse incident through the transmission optical system 22 and the reflection mirrors 23 and 24 in the direction of the reference regions 13A to 13F. The reference laser pulses reflected by these reference regions 13A to 13F are received by the light receiving unit 42 through the scanner 31 and the receiving optical system 41. As in the case of the first embodiment, the intensity-dependent characteristic calculation unit 45 can calculate the characteristic data Ci by executing regression analysis based on the measurement value data VR, the intensity value data VI, and the delay time. The characteristic data Ci is stored in the characteristic data storage unit 46. When the laser radar device 3 operates in the first imaging mode, the distance measuring unit 47 can acquire the characteristic data Ci from the characteristic data storage unit 46 and calculate the distance to the target using the characteristic data Ci. it can.

一方、本実施の形態のレーザレーダ装置３は、窓部１０Ａのリファレンス領域ごとに反射率が異なる特性を活かして、光走査部３０の走査範囲を最適化することにより、上述したスキャナ３１の非線形動作に起因する画像歪みの発生を未然に防止することができる。このために、信号処理ユニット５０Ｃは、走査範囲調整モードで動作する走査範囲調整部６５を備えている。この走査範囲調整部６５は、強度画像に現れる複数のリファレンス領域１３Ａ〜１３Ｆの各々の画素数が予め定められた画素数と一致するように光走査部３０の走査範囲を調整することができる。レーザレーダ装置３は、当該調整された走査範囲を示す調整データを格納する調整データ記憶部６６を備えている。測定制御部５１Ｃは、この走査範囲調整モード及び他の動作モードのうちの或る動作モードから他の動作モードへ切り替えることが可能である。   On the other hand, the laser radar device 3 of the present embodiment optimizes the scanning range of the optical scanning unit 30 by utilizing the characteristic that the reflectance differs for each reference region of the window unit 10A, so that the nonlinearity of the scanner 31 described above. Generation of image distortion due to operation can be prevented in advance. For this purpose, the signal processing unit 50C includes a scanning range adjustment unit 65 that operates in the scanning range adjustment mode. The scanning range adjustment unit 65 can adjust the scanning range of the optical scanning unit 30 so that the number of pixels in each of the plurality of reference regions 13A to 13F appearing in the intensity image matches a predetermined number of pixels. The laser radar device 3 includes an adjustment data storage unit 66 that stores adjustment data indicating the adjusted scanning range. The measurement control unit 51C can switch from one operation mode to another operation mode among the scan range adjustment mode and other operation modes.

上記した測距部４７及び信号処理ユニット５０Ｃは、ＦＰＧＡまたはＡＳＩＣなどの半導体集積回路で構成されてもよいし、あるいは、ＣＰＵを含むマイクロコンピュータの一種であるワンチップマイコンで構成されてもよい。調整データ記憶部６６は、不揮発性メモリで構成することができる。   The distance measuring unit 47 and the signal processing unit 50C described above may be configured by a semiconductor integrated circuit such as an FPGA or an ASIC, or may be configured by a one-chip microcomputer that is a kind of microcomputer including a CPU. The adjustment data storage unit 66 can be configured by a nonvolatile memory.

次に、図２４及び図２５を参照しつつ、上記レーザレーダ装置３の動作について説明する。   Next, the operation of the laser radar device 3 will be described with reference to FIGS.

図２４は、走査範囲調整モード時における走査範囲調整処理の手順を概略的に示すフローチャートである。この走査範囲調整処理は信号処理ユニット５０Ｃによって実行される。図２５は、実施の形態３に係る撮像モード（以下「第２撮像モード」と呼ぶ。）時における撮像処理の手順を概略的に示すフローチャートである。この撮像処理は、測距部４７及び信号処理ユニット５０Ｃによって実行される。   FIG. 24 is a flowchart schematically showing the procedure of the scanning range adjustment process in the scanning range adjustment mode. This scanning range adjustment process is executed by the signal processing unit 50C. FIG. 25 is a flowchart schematically showing an imaging process procedure in an imaging mode (hereinafter referred to as “second imaging mode”) according to the third embodiment. This imaging process is executed by the distance measuring unit 47 and the signal processing unit 50C.

まず、図２４を参照しつつ、走査範囲調整処理について説明する。測定制御部５１Ｃは、ゲート信号Ｇｔのパルスの立ち上がり時刻である測定開始時刻ｔＧと測定時間間隔とをそれぞれ最適値に初期設定する（ステップＳＴ６０）。次に、走査制御部５４は、窓部１０Ａのリファレンス領域１３Ａ〜１３Ｆが参照用レーザパルスで照射されるようにスキャナ３１の走査範囲を設定する（ステップＳＴ６１）。ここでは、スキャナ３１の振れ角の範囲が走査範囲として設定されればよい。走査制御部５４は、当該走査範囲を走査させる走査制御信号Ｓｃをスキャナ駆動部３２に供給する。 First, the scanning range adjustment process will be described with reference to FIG. Measurement control section 51C initializes the measurement time interval and the measurement start time t G is the rise time of the pulse of the gate signal Gt to an optimum value, respectively (step ST60). Next, the scanning control unit 54 sets the scanning range of the scanner 31 so that the reference regions 13A to 13F of the window portion 10A are irradiated with the reference laser pulse (step ST61). Here, the range of the deflection angle of the scanner 31 may be set as the scanning range. The scanning control unit 54 supplies a scanning control signal Sc for scanning the scanning range to the scanner driving unit 32.

その後、測定制御部５１Ｃは、レーザ光源２１に参照用レーザパルスを出射させる（ステップＳＴ６２）。具体的には、測定制御部５１Ｃは、トリガ制御信号Ｔｃを基準トリガ発生部２０に供給して一定周期で基準トリガ信号Ｔｇを発生させる。レーザ光源２１は、その基準トリガ信号Ｔｇの供給に応じて参照用レーザパルスを出射する。その後、信号処理ユニット５０Ｃには、強度測定部４４から強度値データＶＩが測定値として入力される。信号処理ユニット５０Ｃは、強度測定部４４から入力された測定値を内部メモリに一時記憶する（ステップＳＴ６３）。   Thereafter, the measurement control unit 51C causes the laser light source 21 to emit a reference laser pulse (step ST62). Specifically, the measurement control unit 51C supplies the trigger control signal Tc to the reference trigger generation unit 20 to generate the reference trigger signal Tg at a constant period. The laser light source 21 emits a reference laser pulse in response to the supply of the standard trigger signal Tg. Thereafter, the intensity value data VI is input as a measurement value from the intensity measurement unit 44 to the signal processing unit 50C. The signal processing unit 50C temporarily stores the measurement value input from the intensity measurement unit 44 in the internal memory (step ST63).

その後、強度画像生成部５２は、内部メモリから強度値データＶＩを読み出し、当該強度値データＶＩに基づいてリファレンス領域１３Ａ〜１３Ｆの反射強度を示す強度画像を生成する（ステップＳＴ６４）。   Thereafter, the intensity image generation unit 52 reads the intensity value data VI from the internal memory, and generates an intensity image indicating the reflection intensity of the reference regions 13A to 13F based on the intensity value data VI (step ST64).

次に、走査範囲調整部６５は、強度画像を解析して当該強度画像に現れるリファレンス領域１３Ａ〜１３Ｆの各々の画像歪みの検出を試みる（ステップＳＴ６５）。たとえば、走査範囲調整部６５は、上記実施の形態２の歪み検出部６１と同様に、リファレンス領域画像７１Ａ〜７１Ｆの各々の水平方向画素数が同一（上式（１５）の画素数ＰＲと一致）となれば、画像歪みが存在しないと判定することができる（ステップＳＴ６６のＮＯ）。一方、図１８（Ａ），（Ｂ）に示したように、リファレンス領域画像７１Ａ〜７１Ｆの各々の水平方向画素数が同じでなければ、画像歪みが存在すると判定することができる（ステップＳＴ６６のＹＥＳ）。 Next, the scanning range adjustment unit 65 analyzes the intensity image and tries to detect image distortion in each of the reference regions 13A to 13F appearing in the intensity image (step ST65). For example, the scanning range adjusting section 65, similarly to the distortion detector 61 of the second embodiment, the number of pixels P R of the number of horizontal pixels in each of the reference region image 71A~71F the same (the above equation (15) If coincident), it can be determined that there is no image distortion (NO in step ST66). On the other hand, as shown in FIGS. 18A and 18B, if the number of pixels in the horizontal direction of each of the reference area images 71A to 71F is not the same, it can be determined that there is image distortion (in step ST66). YES).

画像歪みが存在すると判定された場合は（ステップＳＴ６６のＹＥＳ）、走査範囲調整部６５は、スキャナ３１の振れ角が拡大するように走査範囲を変更し（ステップＳＴ６７）、当該変更された走査範囲を示す調整データを調整データ記憶部６６に格納する（ステップＳＴ６８）。この結果、走査制御部５４は、当該変更された走査範囲を走査させる走査制御信号Ｓｃをスキャナ駆動部３２に供給する。その後、走査範囲調整部６５は、走査範囲調整処理の手順をステップＳＴ６２に移行させる。そして、ステップＳＴ６２〜ＳＴ６６が再度実行される。最終的に、画像歪みが存在しないと判定されたとき（ステップＳＴ６６のＮＯ）、走査範囲調整処理は終了する。   If it is determined that image distortion exists (YES in step ST66), the scanning range adjustment unit 65 changes the scanning range so that the deflection angle of the scanner 31 is increased (step ST67), and the changed scanning range. Is stored in the adjustment data storage unit 66 (step ST68). As a result, the scanning control unit 54 supplies the scanner driving unit 32 with a scanning control signal Sc for scanning the changed scanning range. Thereafter, the scanning range adjustment unit 65 shifts the procedure of the scanning range adjustment processing to step ST62. Then, steps ST62 to ST66 are executed again. Finally, when it is determined that there is no image distortion (NO in step ST66), the scanning range adjustment process ends.

ステップＳＴ６７での走査範囲の変更については、走査範囲調整部６５は、たとえば、リファレンス領域画像７１Ａ〜７１Ｆのそれぞれの水平方向画素数が等しくなるように、走査範囲を変更すればよい。リファレンス領域画像７１Ａ〜７１Ｆのそれぞれの水平方向画素数が等しくなったとき、走査範囲調整部６５は、走査制御部５４にスキャナ３１の振れ角を固定させることができる。   Regarding the change of the scanning range in step ST67, the scanning range adjustment unit 65 may change the scanning range so that, for example, the number of pixels in the horizontal direction of each of the reference area images 71A to 71F becomes equal. When the number of pixels in the horizontal direction of each of the reference area images 71A to 71F becomes equal, the scanning range adjustment unit 65 can cause the scanning control unit 54 to fix the deflection angle of the scanner 31.

本実施の形態でも、図１３に示したような走査制御信号Ｓｃの制御電圧波形を使用することができる。図２６は、この場合の当該制御電圧の三角波を示す関数ｆ（ｔ）（ｔは時間）を例示するグラフである。関数ｆ（ｔ）の振幅は電圧値（単位：ボルト）を示している。図２６の点線で囲まれた領域Ｄａは、スキャナ３１の非線形動作が生ずる部分を示している。上述したように、制御電圧が上昇から下降へ転じる際、あるいは、隣り合う走査期間の境界付近で制御電圧が下降から上昇へ転じる際に、スキャナ３１の振れ角が最大角または最小角となる。この振れ角の最大角付近または最小角付近で、走査速度が遅くなり、スキャナ３１の非線形動作が生ずる。したがって、図２６の領域Ｄａでは、ｔ＝０で振幅値＋Ａを持つ制御電圧が供給された場合でも、＋Ａよりも低い振幅値を持つ制御電圧が供給された場合と同様の結果が生ずる。関数ｆ（ｔ）は、次式（１８ａ），（１８ｂ）で表される。   Also in this embodiment, the control voltage waveform of the scanning control signal Sc as shown in FIG. 13 can be used. FIG. 26 is a graph illustrating a function f (t) (t is time) indicating a triangular wave of the control voltage in this case. The amplitude of the function f (t) indicates a voltage value (unit: volts). A region Da surrounded by a dotted line in FIG. 26 indicates a portion where the nonlinear operation of the scanner 31 occurs. As described above, when the control voltage changes from rising to falling, or when the control voltage changes from falling to rising near the boundary between adjacent scanning periods, the deflection angle of the scanner 31 becomes the maximum angle or the minimum angle. Near the maximum angle or the minimum angle of the deflection angle, the scanning speed becomes slow, and the nonlinear operation of the scanner 31 occurs. Therefore, in the area Da of FIG. 26, even when a control voltage having an amplitude value + A is supplied at t = 0, the same result as that when a control voltage having an amplitude value lower than + A is supplied is produced. The function f (t) is expressed by the following expressions (18a) and (18b).

ｆ（ｔ）＝−（４Ａ／Ｋ）ｔ＋Ａ （−Ｋ／２≦ｔ＜０） （１８ａ）
ｆ（ｔ）＝＋（４Ａ／Ｋ）ｔ＋Ａ （０≦ｔ≦＋Ｋ／２） （１８ｂ） f (t) = − (4A / K) t + A (−K / 2 ≦ t <0) (18a)
f (t) = + (4A / K) t + A (0 ≦ t ≦ + K / 2) (18b)

走査範囲調整部６５は、スキャナ３１の振れ角を拡大してリファレンス領域画像７１Ａ〜７１Ｆのそれぞれの水平方向画素数を等しくすることができる。このときの制御電圧の三角波を示す関数は、図２７に示されるような関数ｆ’（ｔ）となる。この関数ｆ’（ｔ）は、次式（１９ａ），（１９ｂ）で表される。   The scanning range adjustment unit 65 can enlarge the deflection angle of the scanner 31 to equalize the number of pixels in the horizontal direction of each of the reference area images 71A to 71F. The function indicating the triangular wave of the control voltage at this time is a function f ′ (t) as shown in FIG. This function f ′ (t) is expressed by the following equations (19a) and (19b).

ｆ’（ｔ）＝−（４Ｂ／Ｋ）ｔ＋Ｂ （−Ｋ／２≦ｔ＜０） （１９ａ）
ｆ’（ｔ）＝＋（４Ｂ／Ｋ）ｔ＋Ｂ （０≦ｔ≦＋Ｋ／２） （１９ｂ） f ′ (t) = − (4B / K) t + B (−K / 2 ≦ t <0) (19a)
f ′ (t) = + (4B / K) t + B (0 ≦ t ≦ + K / 2) (19b)

ここで、Ｂ＞Ａ＞０、である。   Here, B> A> 0.

図２７の点線で囲まれた領域Ｄｂは、スキャナ３１の非線形動作が生ずる部分を示している。この領域Ｄｂでは、ｔ＝０で振幅値＋Ｂを持つ制御電圧が供給された場合でも、振幅値＋Ａ以上の振幅値を持つ制御電圧を供給することができる。スキャナ３１の非線形動作が生ずる部分に対応する画像は撮像されないので、ほぼ画像歪みの無い撮像画像（強度画像及び距離画像）を得ることができる。   A region Db surrounded by a dotted line in FIG. 27 indicates a portion where the nonlinear operation of the scanner 31 occurs. In this region Db, even when a control voltage having an amplitude value + B is supplied at t = 0, a control voltage having an amplitude value greater than or equal to the amplitude value + A can be supplied. Since an image corresponding to a portion where the nonlinear operation of the scanner 31 occurs is not picked up, a picked-up image (intensity image and distance image) having almost no image distortion can be obtained.

次に、図２５を参照しつつ、撮像処理について説明する。まず、測定制御部５１Ｃは、ゲート信号Ｇｔのパルスの立ち上がり時刻である測定開始時刻ｔＧと測定時間間隔とをそれぞれ測距用の最適値に初期設定する（ステップＳＴ７０）。次に、走査範囲調整部６５は、調整データ記憶部６６から調整データを取得し、この調整データを走査制御部５４に与える（ステップＳＴ７１）。走査制御部５４は、当該調整データに基づいてスキャナ３１の走査範囲を設定する（ステップＳＴ７２）。この結果、走査制御部５４は、当該走査範囲を走査させる走査制御信号Ｓｃをスキャナ駆動部３２に供給する。 Next, imaging processing will be described with reference to FIG. First, the measurement control section 51C initializes the measurement start time t G is the rise time of the pulse of the gate signal Gt a measurement time interval on each optimum value for the distance measurement (step ST70). Next, the scanning range adjustment unit 65 acquires the adjustment data from the adjustment data storage unit 66, and provides this adjustment data to the scanning control unit 54 (step ST71). The scanning control unit 54 sets the scanning range of the scanner 31 based on the adjustment data (step ST72). As a result, the scanning control unit 54 supplies the scanner driving unit 32 with a scanning control signal Sc for scanning the scanning range.

その後、測定制御部５１Ｃは、レーザ光源２１に送信用レーザパルスを出射させる（ステップＳＴ７３）。具体的には、測定制御部５１Ｃは、トリガ制御信号Ｔｃを基準トリガ発生部２０に供給して一定周期で基準トリガ信号Ｔｇを発生させる。レーザ光源２１は、その基準トリガ信号Ｔｇの供給に応じて送信用レーザパルスを出射する。その後、測距部４７には、時間測定部４３から計測値データＶＲが測定値として入力される。並行して、信号処理ユニット５０Ｃには、強度測定部４４から強度値データＶＩが測定値として入力される。測距部４７及び信号処理ユニット５０Ｃは、時間測定部４３及び強度測定部４４から入力された測定値を内部メモリに一時記憶する（ステップＳＴ７４）。   Thereafter, the measurement control unit 51C causes the laser light source 21 to emit a transmission laser pulse (step ST73). Specifically, the measurement control unit 51C supplies the trigger control signal Tc to the reference trigger generation unit 20 to generate the reference trigger signal Tg at a constant period. The laser light source 21 emits a transmission laser pulse in response to the supply of the reference trigger signal Tg. Thereafter, the measurement value data VR is input from the time measurement unit 43 to the distance measurement unit 47 as a measurement value. In parallel, intensity value data VI is input as a measurement value from the intensity measurement unit 44 to the signal processing unit 50C. The distance measuring unit 47 and the signal processing unit 50C temporarily store the measurement values input from the time measuring unit 43 and the intensity measuring unit 44 in the internal memory (step ST74).

その後、測距部４７は、計測値データＶＲに基づいて距離値を算出する（ステップＳＴ７５）。当該距離値を示す測距値データＬｄは、信号処理ユニット５０Ｃに与えられる。   Thereafter, the distance measurement unit 47 calculates a distance value based on the measurement value data VR (step ST75). Ranging value data Ld indicating the distance value is given to the signal processing unit 50C.

次に、距離画像生成部５３は、測距値データＬｄに基づいて外部空間内のターゲットの３次元情報を示す距離画像を生成する（ステップＳＴ７６）。また、強度画像生成部５２は、強度値データＶＩに基づいて外部空間内のターゲットの反射強度を示す強度画像を生成する（ステップＳＴ７７）。以上で撮像処理は終了する。   Next, the distance image generation unit 53 generates a distance image indicating the three-dimensional information of the target in the external space based on the distance measurement value data Ld (step ST76). Further, the intensity image generation unit 52 generates an intensity image indicating the reflection intensity of the target in the external space based on the intensity value data VI (step ST77). This completes the imaging process.

なお、上記した走査範囲調整モードと第２撮像モードとは、互いに独立して実行されてよいし、あるいは、同時並行に実行されてもよい。   The scanning range adjustment mode and the second imaging mode described above may be executed independently of each other, or may be executed concurrently.

以上に説明したように実施の形態３のレーザレーダ装置３は、窓部１０Ａのリファレンス領域１３Ａ〜１３Ｆを用いる特性測定モード及び第１撮像モードで動作することができる。したがって、レーザ光に対するターゲットの反射率の違いに依らずに、当該ターゲットまでの正確な距離をリアルタイムに測定することができる。また、リファレンス領域画像７１Ａ〜７１Ｆの画像歪みが発生しないように光走査部３０の走査範囲を調整することができるので、歪みの無い強度画像及び距離画像を出力することができる。よって、正確な距離画像を得ることができ、これにより測距精度の向上が可能となる。   As described above, the laser radar device 3 according to the third embodiment can operate in the characteristic measurement mode and the first imaging mode using the reference regions 13A to 13F of the window portion 10A. Therefore, an accurate distance to the target can be measured in real time without depending on the difference in reflectance of the target with respect to the laser beam. Moreover, since the scanning range of the optical scanning unit 30 can be adjusted so that the image distortion of the reference area images 71A to 71F does not occur, an intensity image and a distance image without distortion can be output. Therefore, an accurate distance image can be obtained, thereby improving the distance measurement accuracy.

なお、上記実施の形態３では、上記窓部１０Ａの代わりに、図２２に示した窓部１０Ｂが使用されてもよい。この場合、リファレンス領域１１Ａ〜１１Ｃを、上記した特性測定モード時に使用し、リファレンス領域１３Ａ〜１３Ｆを、上記した走査範囲調整モード時に使用することができる。   In the third embodiment, the window 10B shown in FIG. 22 may be used instead of the window 10A. In this case, the reference areas 11A to 11C can be used in the above characteristic measurement mode, and the reference areas 13A to 13F can be used in the above scanning range adjustment mode.

以上、図面を参照して本発明に係る種々の実施の形態１〜５について述べたが、これら実施の形態は本発明の例示であり、これら実施の形態以外の様々な形態を採用することもできる。たとえば、上記実施の形態１〜５では、スキャナ３１は、ファンビーム状のレーザパルスで対象領域を１次元方向に走査するので、結果として面状の領域を走査している。これに代えて、ペンシルビーム状のレーザパルスで対象領域を２次元方向に走査できるように各実施の形態の構成を変更してもよい。   Although various embodiments 1 to 5 according to the present invention have been described above with reference to the drawings, these embodiments are exemplifications of the present invention, and various forms other than these embodiments may be adopted. it can. For example, in the first to fifth embodiments, the scanner 31 scans the target area in a one-dimensional direction with a fan beam-like laser pulse. As a result, the scanner 31 scans the planar area. Instead, the configuration of each embodiment may be changed so that the target region can be scanned in a two-dimensional direction with a pencil beam-like laser pulse.

本発明の範囲内において、上記実施の形態１〜５の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。   Within the scope of the present invention, the above-described first to fifth embodiments can be freely combined, any component of each embodiment can be modified, or any component of each embodiment can be omitted.

ＬＰ レーザパルス、１〜３ レーザレーダ装置、１０，１０Ｍ，１０Ａ，１０Ｂ 窓部、１１Ａ〜１１Ｃ，１２Ａ〜１２Ｃ，１３Ａ〜１３Ｆ、１６〜１９ 光透過領域、２０ 基準トリガ発生部、２１ レーザ光源、２２ 送信光学系、２３ 反射ミラー、２４ 反射ミラー、３０ 光走査部、３１ スキャナ、３２ スキャナ駆動部、４１ 受信光学系、４２ 受光部、４２１ 受光素子アレイ、４２２ 受光素子、４２３ 増幅器、４２４ トランスインピーダンスアンプ、４３ 時間測定部、４３１ 制御回路、４３２１〜４３２Ｎ 時間測定回路、４３３ ピーク検出器、４３４ 差動増幅器、４３５ トリガ生成回路、４３６ 定電流源、４３７ 時間検出器、４３８ 定電流源、４３９ サンプルホールド回路、４４ 強度測定部、４４１１〜４４１Ｎ 強度測定回路、４５ 強度依存特性算出部、４６ 特性データ記憶部、４７ 測距部、５０，５０Ａ，５０Ｃ 信号処理ユニット、５１，５１Ａ，５１Ｃ 測定制御部、５２ 強度画像生成部、５３ 距離画像生成部、５４ 走査制御部、６１ 歪み検出部、６２ 歪み補正部、６３ データ記憶部、６５ 走査範囲調整部、６６ 調整データ記憶部、７０ 強度画像、７１Ａ〜７１Ｆ リファレンス領域画像、７２ 光透過領域画像。 LP laser pulse, 1-3 laser radar device, 10, 10M, 10A, 10B window, 11A-11C, 12A-12C, 13A-13F, 16-19 light transmission region, 20 reference trigger generator, 21 laser light source, 22 transmission optical system, 23 reflection mirror, 24 reflection mirror, 30 optical scanning unit, 31 scanner, 32 scanner driving unit, 41 reception optical system, 42 light reception unit, 421 light reception element array, 422 light reception element, 423 amplifier, 424 transimpedance Amplifier, 43 time measurement unit, 431 control circuit, 432 1 to 432 N time measurement circuit, 433 peak detector, 434 differential amplifier, 435 trigger generation circuit, 436 constant current source, 437 time detector, 438 constant current source, 439 Sample hold circuit, 44 intensity measuring unit, 441 1 to 441 N intensity measuring circuit , 45 intensity-dependent characteristic calculation unit, 46 characteristic data storage unit, 47 distance measurement unit, 50, 50A, 50C signal processing unit, 51, 51A, 51C measurement control unit, 52 intensity image generation unit, 53 distance image generation unit, 54 Scan control unit, 61 Distortion detection unit, 62 Distortion correction unit, 63 Data storage unit, 65 Scan range adjustment unit, 66 Adjustment data storage unit, 70 Intensity image, 71A to 71F Reference area image, 72 Light transmission area image

Claims (10)

送信用レーザパルス及び参照用レーザパルスを出射するレーザ光源と、
互いに異なる反射率を有する複数のリファレンス領域及び光透過領域を含む窓部と、
前記送信用レーザパルスを前記光透過領域の方向に反射させて当該送信用レーザパルスで前記光透過領域を走査するとともに、前記参照用レーザパルスを前記複数のリファレンス領域の方向に反射させて当該参照用レーザパルスで前記複数のリファレンス領域を走査する光走査部と、
外部空間で反射した当該送信用レーザパルスを受光して受信信号を出力するとともに、前記複数のリファレンス領域の各々で反射した参照用レーザパルスを受光して参照用受信信号を出力する受光部と、
前記レーザ光源からの当該送信用レーザパルスの出射と同期して時間計測を開始した後、前記受信信号を検出して当該受信信号の検出時刻までの遅延時間に対応する計測値を出力するとともに、前記レーザ光源からの当該参照用レーザパルスの出射前の時刻に設定された測定開始時刻に時間計測を開始した後、前記参照用受信信号を検出して当該参照用受信信号の検出時刻までの参照用遅延時間に対応する参照用計測値を出力する時間測定部と、
前記受信信号に基づいて前記外部空間内の物体の反射強度を示す受信強度を測定するとともに、前記参照用受信信号に基づいて前記複数のリファレンス領域の各々の反射強度を示す参照用受信強度を測定する強度測定部と、
前記各リファレンス領域について、前記参照用計測値の前記参照用強度値への依存関係を示す特性データを算出する強度依存特性算出部と、
前記計測値及び前記強度値に基づき、前記特性データを用いて前記外部空間内の物体までの距離を測定する測距部と
を備えることを特徴とするレーザレーダ装置。 A laser light source for emitting a transmission laser pulse and a reference laser pulse;
A window including a plurality of reference regions and light transmission regions having different reflectances;
The transmission laser pulse is reflected in the direction of the light transmission region, and the light transmission region is scanned with the transmission laser pulse, and the reference laser pulse is reflected in the direction of the plurality of reference regions. An optical scanning unit that scans the plurality of reference regions with a laser pulse for use;
A light receiving unit that receives the transmission laser pulse reflected in the external space and outputs a reception signal, receives a reference laser pulse reflected from each of the plurality of reference regions, and outputs a reference reception signal;
After starting time measurement in synchronization with emission of the laser pulse for transmission from the laser light source, the received signal is detected and a measurement value corresponding to the delay time until the detection time of the received signal is output. After starting the time measurement at the measurement start time set at the time before the emission of the reference laser pulse from the laser light source, the reference reception signal is detected and the reference until the detection time of the reference reception signal is detected. A time measurement unit that outputs a reference measurement value corresponding to the delay time for use;
Based on the received signal, the reception intensity indicating the reflection intensity of the object in the external space is measured, and the reference reception intensity indicating the reflection intensity of each of the plurality of reference regions is measured based on the reference reception signal. An intensity measuring unit to perform,
For each reference region, an intensity-dependent characteristic calculation unit that calculates characteristic data indicating a dependency relationship of the reference measurement value to the reference intensity value;
A laser radar apparatus comprising: a distance measuring unit that measures a distance to an object in the external space using the characteristic data based on the measured value and the intensity value. 請求項１記載のレーザレーダ装置であって、前記測定開始時刻を変化させることにより前記参照用遅延時間を変化させる測定制御部を更に備えることを特徴とするレーザレーダ装置。   The laser radar apparatus according to claim 1, further comprising a measurement control unit that changes the reference delay time by changing the measurement start time. 請求項２記載のレーザレーダ装置であって、前記強度依存特性算出部は、前記参照用強度値、前記参照用計測値及び前記参照用遅延時間に基づき、前記強度値、前記計測値及び前記遅延時間の間の関係を定める関数を特定するデータを前記特性データとして算出することを特徴とするレーザレーダ装置。   3. The laser radar device according to claim 2, wherein the intensity-dependent characteristic calculation unit is configured to generate the intensity value, the measurement value, and the delay based on the reference intensity value, the reference measurement value, and the reference delay time. A laser radar device characterized in that data specifying a function that defines a relationship between time is calculated as the characteristic data. 請求項３記載のレーザレーダ装置であって、前記強度依存特性算出部は、回帰分析を実行して前記関数を算出することを特徴とするレーザレーダ装置。   4. The laser radar apparatus according to claim 3, wherein the intensity-dependent characteristic calculation unit calculates the function by executing regression analysis. 請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のレーザレーダ装置であって、
前記時間測定部は、
前記参照用受信信号の信号波形の強度ピークを検出するピーク検出器と、
経過時間とともに一定の率で上昇するランプ電圧を、当該強度ピークの検出に応じてサンプリングし、当該サンプリングされたランプ電圧を前記参照用計測値として出力する時間検出器と
を含むことを特徴とするレーザレーダ装置。 The laser radar device according to any one of claims 1 to 3, wherein
The time measuring unit is
A peak detector for detecting an intensity peak of a signal waveform of the reference reception signal;
A ramp detector that samples a ramp voltage that rises at a constant rate with the elapsed time in response to detection of the intensity peak, and outputs the sampled ramp voltage as the reference measurement value. Laser radar device. 請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載のレーザレーダ装置であって、前記複数のリファレンス領域は、前記送信用レーザパルスの走査方向における前記窓部の両端部のうち少なくとも一方に配置され、且つ、前記走査方向に沿って配列されていることを特徴とするレーザレーダ装置。   6. The laser radar device according to claim 1, wherein the plurality of reference regions are provided on at least one of both end portions of the window portion in a scanning direction of the transmission laser pulse. 7. A laser radar device arranged and arranged along the scanning direction. 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であって、
前記測距部で測定された距離に基づいて、前記外部空間内の物体の３次元情報を示す距離画像を生成する距離画像生成部と、
前記強度測定部で測定された強度値に基づいて、前記外部空間内の物体の反射強度を示す強度画像を生成する強度画像生成部と
を更に備えることを特徴とするレーザレーダ装置。 A laser radar device according to any one of claims 1 to 6,
A distance image generating unit that generates a distance image indicating three-dimensional information of an object in the external space based on the distance measured by the distance measuring unit;
A laser radar apparatus, further comprising: an intensity image generation unit that generates an intensity image indicating a reflection intensity of an object in the external space based on an intensity value measured by the intensity measurement unit. 請求項７記載のレーザレーダ装置であって、
前記強度画像に現れる当該複数のリファレンス領域の各々の画像の歪みを検出する歪み検出部と、
前記距離画像を局所的に拡大または縮小して当該画像の歪みを補正する歪み補正部と
を更に備えることを特徴とするレーザレーダ装置。 The laser radar device according to claim 7, wherein
A distortion detector that detects distortion of each of the plurality of reference regions appearing in the intensity image;
A laser radar apparatus, further comprising: a distortion correction unit that locally enlarges or reduces the distance image to correct distortion of the image. 請求項８記載のレーザレーダ装置であって、前記複数のリファレンス領域は、前記送信用レーザパルスの走査方向と直交する方向における前記窓部の一端部に配置され、且つ、前記走査方向に沿って配列されていることを特徴とするレーザレーダ装置。   9. The laser radar device according to claim 8, wherein the plurality of reference regions are arranged at one end of the window portion in a direction orthogonal to a scanning direction of the transmission laser pulse and along the scanning direction. A laser radar device that is arranged. 請求項７から請求項９のうちのいずれか１項記載のレーザレーダ装置であって、前記強度画像に現れる当該複数のリファレンス領域の各々の画素数が予め定められた画素数と一致するように前記光走査部の走査範囲を調整する走査範囲調整部を更に備えることを特徴とするレーザレーダ装置。   10. The laser radar device according to claim 7, wherein the number of pixels of each of the plurality of reference regions appearing in the intensity image coincides with a predetermined number of pixels. A laser radar apparatus, further comprising a scanning range adjustment unit that adjusts a scanning range of the optical scanning unit.
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