JP6632484B2 - 光受信回路及びレーザレーダ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、外部空間内の物体で反射された反射レーザ光を受信し、その受信結果を基に当該物体を検出する技術に関するものである。
レーザ光で空間を走査して当該空間内の対象物体すなわちターゲットからの反射レーザ光を受信し、その受信結果に基づき、当該ターゲットまでの距離、反射強度分布または当該ターゲットの特性などの情報を測定するレーザレーダ装置が知られている。このようなレーザレーダ装置に関する従来技術は、たとえば、特許文献1(特開2011−239329号公報)に開示されている。
特許文献1に開示されているレーザレーダ装置は、受信回路と、この受信回路の出力信号を用いてターゲットに関する演算を行うレーダ演算部とを備えている。この受信回路は、ターゲットで反射されたレーザパルスを受信する複数の受信部と、これら受信部の出力信号をそれぞれ増幅する複数の増幅器と、これら増幅器の出力信号をそれぞれ入力とする複数のスイッチと、これらスイッチから出力された信号を加算してレーダ演算部に出力する加算回路と、これらスイッチの動作を制御する信号をそれぞれ出力する複数の比較器とを備えている。各比較器は、対応する受信部の出力信号の電圧を所定の閾値電圧と比較し、その電圧が閾値電圧以上であれば、対応するスイッチをオン状態にする信号を出力し、その電圧が閾値電圧未満であれば、対応するスイッチをオフ状態にする信号を出力する。増幅器から出力された増幅信号の電圧が閾値電圧未満であれば、その増幅器に対応するスイッチは、オフ状態となり、当該増幅信号を加算回路に供給しない。このとき、当該増幅信号に含まれる雑音成分は、加算回路による加算処理を受けないことから、加算回路の出力信号のSN比の低下を防止することが可能となる。
特開2011−239329号公報(たとえば、図1及び段落0020〜0025)
しかしながら、特許文献1に開示されているレーザレーダ装置は、受信回路に入射した外乱光成分を誤って検出し、その検出結果に基づいてターゲットに関する演算(たとえば、測距演算)を誤って実行するという課題がある。
たとえば、上記した複数の受信部の1つに、外乱光成分が重畳されたレーザパルスが入力されたとき、当該受信部に対応する増幅器から出力された増幅信号は、その外乱光成分に起因して閾値電圧以上の電圧を有する場合が起こり得る。このとき、当該比較器の出力信号は、対応するスイッチをオン状態にするので、当該スイッチは、当該増幅信号に所望の反射信号成分が含まれていない場合であっても、その増幅信号を遮断することができずに加算回路に供給してしまう。よって、その増幅信号に含まれる外来光成分は、加算回路による加算処理を受けることから、誤検出を生じさせるおそれがある。
上記に鑑みて本発明の目的は、外乱光成分を受信する環境下でも誤検出を防止することができる光受信回路及びレーザレーダ装置を提供することである。
本発明の一態様による光受信回路は、レーザ光を用いた外部空間の走査に応じて前記外部空間内の対象物体で反射された反射レーザ光を受信する光受信回路であって、前記反射レーザ光を集光させる受信光学系と、前記受信光学系により集光された反射レーザ光を光電変換してNチャンネル(Nは2以上の整数)の検出信号を出力する一群の受光素子を含むアレイ受光器と、前記Nチャンネルの検出信号の中から、前記アレイ受光器の受光面のうち前記レーザ光の照射方向に対応する結像位置の予測範囲内に配置された複数の受光素子から出力された複数の検出信号を選択し、当該選択された複数の検出信号を互いに加算して受信信号を出力する加算回路と、前記レーザ光の照射方向を定める走査制御信号に基づいて、前記Nチャンネルの検出信号の中から前記複数の検出信号を選択させる加算制御信号を生成し、前記加算制御信号を前記加算回路に供給する加算制御回路とを備え、前記加算制御回路は、前記走査制御信号の信号値を、互いに異なる複数の比較範囲を定める閾値群と比較し、当該比較結果に応じた複数の信号レベルをそれぞれ有する複数の制御信号を前記加算制御信号として生成し、前記加算回路は、前記加算制御信号に従って前記Nチャンネルの検出信号の中から前記複数の検出信号を選択することを特徴とする。
本発明によれば、外乱光成分を受信する環境下でも、誤検出を防止することができる。
本発明に係る実施の形態1のレーザレーダ装置の構成を概略的に示す図である。 実施の形態1における時間計測回路の構成例を概略的に示す図である。 実施の形態1における信号処理部の構成例を概略的に示す図である。 実施の形態1における加算回路の構成例を概略的に示す図である。 図5Aは、走査制御信号の信号波形の一例を示す図であり、図5B〜図5Fは、選択制御信号の波形例を示すタイミングチャートである。 図6A〜図6Fは、加算回路の動作を説明するための図である。 本発明に係る実施の形態2における加算回路の構成例を概略的に示す図である。 本発明に係る実施の形態3における加算回路の構成例を概略的に示す図である。 本発明に係る実施の形態4における加算回路の構成例を概略的に示す図である。 本発明に係る実施の形態5のレーザレーダ装置の構成を概略的に示す図である。 実施の形態5における加算回路の構成例を概略的に示す図である。 本発明に係る実施の形態6のレーザレーダ装置の構成を概略的に示す図である。 実施の形態6における加算回路の構成例を概略的に示す図である。 図14A〜図14Eは、加算回路の動作を説明するための図である。
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詳細に説明する。なお、図面全体において同一符号を付された構成要素は、同一構成及び同一機能を有するものとする。
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の構成を概略的に示す図である。このレーザレーダ装置1は、レーザ光を用いた外部空間の走査を行う光送信回路と、その走査に応じて当該外部空間内の対象物体OBJで反射された反射レーザ光を受信する光受信回路と、当該受信結果に基づいて対象物体OBJまでの距離を測定する測距部とを備えている。
具体的には、図1に示されるようにレーザレーダ装置1は、単一の中心波長を有するレーザパルスを出力するレーザ光源13と、このレーザ光源13から入射されたレーザパルスの形を整形して所定ビーム形状のレーザ光を出力する送信光学系14と、このレーザ光で外部空間を走査するスキャナ15と、レーザ光LTの照射方向を定める走査制御信号SCを生成する走査駆動制御回路11と、レーザ光源13の動作を制御するレーザ制御回路12とを備えている。本実施の形態の光送信回路は、これら走査駆動制御回路11,レーザ制御回路12,レーザ光源13,送信光学系14及びスキャナ15によって構成される。
レーザ光源13は、たとえば、半導体レーザ、ファイバレーザ(増幅媒質として光ファイバを使用する固体レーザの一種)もしくは光ファイバ以外の増幅媒質を使用する固体レーザ、または、これら半導体レーザ、ファイバレーザ及び固体レーザの中から選択された複数種の光源の組み合わせで構成可能である。レーザ制御回路12は、走査制御信号SCと同期して動作し、数ナノ秒〜数十ナノ秒の光パルス幅を作り出すためのレーザ制御信号LCをレーザ光源13に供給することができる。ここで、レーザ制御回路12は、発光開始または発光のオン/オフなどを指定するTTL(Transistor−Transistor Logic)信号をレーザ光源13に供給することにより、所定の光パルス幅及び所定の繰り返し周波数を有するレーザ光を発振させてもよい。
送信光学系14は、レーザ光源13から入射されたレーザパルスの形を光学的に整形して、スキャナ開口径以下のビーム径と最小のビーム拡がり角とを有するレーザ光を出力することができる。送信光学系14の構成は、たとえば、光学レンズもしくはミラー、または光学レンズ及びミラーの組み合わせで実現可能である。
スキャナ15は、走査制御信号SCの信号値に応じた偏向角(走査角)の方向へレーザ光を偏向させて出力する。スキャナ15の構成は、たとえば、ガルバノミラー、ポリゴンミラーもしくはMEMS(MicroElectroMechanical Systems)ミラー、または、ガルバノミラー,ポリゴンミラー及びMEMSミラーの中から選択された複数種の光反射部品の組み合わせで実現可能である。
またレーザレーダ装置1は、外部空間からの反射レーザ光を含む入射光を集光する受信光学系21と、この受信光学系21で集光された光を受光すなわち光電変換してNチャンネル(Nは3以上の整数)のアナログ検出信号CH〜CHからなる検出信号群CHを出力するアレイ受光器22と、この検出信号群CHの中から選択された複数のアナログ検出信号を互いに加算してアナログ受信信号を生成し出力する加算回路23と、当該アナログ受信信号にフィルタ処理を施してフィルタ信号FSを出力するフィルタ25とを備えている。本実施の形態の光受信回路は、これら受信光学系21,アレイ受光器22,加算回路23及び加算制御回路24によって構成される。
受信光学系21は、外部空間からの入射光をアレイ受光器22の受光面に集光させる機能を有する。受信光学系21の集光機能は、たとえば、集光レンズもしくは集光ミラー、または光学レンズ及びミラーの組み合わせで実現可能である。
アレイ受光器22の受光面は、所定のアレイ方向に沿って配列されたN個の受光素子P,P,…,Pを有し、各受光素子は、たとえば、フォトダイオード(Photo Diode,PD)、アバランシェフォトダイオード(Avalanche Photo Diode,APD)または光電子増倍管などの光電変換素子で構成可能である。受光素子P,P,…,Pは、受信光学系21により集光された入射光を光電変換してNチャンネルのアナログ検出信号CH,CH,…,CHをそれぞれ出力する。
スキャナ15は、走査制御信号SCに従って、互いに直交する2つの走査方向へレーザ光を2次元状に偏向させることができる。アレイ受光器22の受光面(結像面)上では、レーザ光LTの照射方向に対応する位置に反射レーザ光の集光スポット領域が形成される。本実施の形態のアレイ受光器22は、2つの走査方向のうちの一方の走査方向が受光面上のアレイ方向と対応し、且つ当該2つの走査方向のうちの他方の走査方向が受光面上におけるアレイ方向に直交する方向と対応するように設計されている。対象物体OBJ上のレーザ光の照射点に対して、アレイ受光器22での当該照射点の結像位置は、レーザ光LTの照射方向と当該照射点までの距離とに基づいて予測可能である。よって、レーザレーダ装置1の設計段階またはレーザレーダ装置1を用いた実験を通じて、レーザ光LTの照射方向に対応する結像位置の予測範囲を事前に把握することができる。
加算制御回路24は、Nチャンネルのアナログ検出信号CH〜CHの中から、アレイ受光器22上の受光面のうちレーザ光LTの照射方向に対応する結像位置の予測範囲内に配置された複数の受光素子から出力された複数のアナログ検出信号を選択させる加算制御信号CLKを加算回路23に供給する。加算回路23は、Nチャンネルのアナログ検出信号CH〜CHの中から、加算制御信号CLKで指定された複数のアナログ検出信号を選択し、当該選択された複数のアナログ検出信号を互いに加算してアナログ受信信号を出力することができる。後述するように加算制御信号CLKは、Nチャンネルのアナログ検出信号CH,CH,…,CHにそれぞれ対応するN個の選択制御信号CLK,CLK,…,CLKで構成されている。各選択制御信号は1ビット信号からなり、加算制御信号CLKはNビット信号である。加算回路23は、n番目の選択制御信号CLKの信号レベルが高レベル(ビット値が1)のときにn番目チャンネルのアナログ検出信号CHを選択し、選択制御信号CLKの信号レベルが低レベル(ビット値が0)のときにはアナログ検出信号CHを選択しない。加算回路23の構成と加算制御回路24の構成については後述する。
フィルタ25は、加算回路23から入力されたアナログ受信信号にフィルタ処理を施すことにより、当該アナログ受信信号から雑音成分などの不要な周波数成分を減衰させる機能を有している。フィルタ25は、たとえば、低域遮断フィルタもしくは高域遮断フィルタ、または、低域遮断フィルタ及び高域遮断フィルタの組み合わせで構成可能である。
図1に示されるようにレーザレーダ装置1は、更に、対象物体OBJ上の光照射点とレーザレーダ装置1との間のパルス状レーザ光の伝播時間に相当する計測値を示す計測信号TSを生成する時間計測回路26と、この計測信号TSを基に測距データRDを算出する信号処理部27とを備えている。本実施の形態の測距部は、これら時間計測回路26及び信号処理部27によって構成される。
時間計測回路26は、レーザ制御回路12から供給された基準トリガ信号TRを用いて、フィルタ信号FSを基に計測信号TSを生成することができる。レーザ制御回路12は、レーザパルスの出射タイミングと同期した基準トリガ信号TRを生成し時間計測回路26に供給している。時間計測回路26は、レーザパルスの出射タイミングに対応する基準時間と反射レーザ光の受信時間との間の時間差またはこの時間差に相当する値を示す計測信号TSを生成することができる。時間計測回路26は、たとえば、時間振幅変換器(Time−to−Amplitude Converter,TAC)または時間ディジタル変換器(time−to−Digital Converter,TDC)で構成可能である。
図2は、TAC構成の時間計測回路26の例を概略的に示す図である。図2に示される構成例では、時間計測回路26は、フィルタ信号FSの信号波形の強度ピークを検出するピーク検出器30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検出器31とを有する。検出器31は、定電流源32、キャパシタC1、サンプルホールド回路33及びスイッチSW1,SW2を有する。キャパシタC1の一端は、スイッチSW1とサンプルホールド回路33の入力端とにそれぞれ接続されており、キャパシタC1の他端は、電気的に接地されている。スイッチSW2の一端はキャパシタC1の一端と接続され、スイッチSW2の他端は電気的に接地されている。
スイッチSW1は、パルス状の基準トリガ信号TRが入力される期間だけ、オン状態となって定電流源32をキャパシタC1の一端と電気的に接続する。このとき、スイッチSW2がオフ状態の間、定電流源32はキャパシタC1に電流を供給するので、サンプルホールド回路33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。ピーク検出器30が強度ピークの検出を示す信号を出力すると、サンプルホールド回路33は、その信号に応じてランプ電圧をサンプリングし、当該サンプリングされたランプ電圧の値を計測値として有する計測信号TSを出力する。スイッチSW2は、外部の制御回路(たとえば、レーザ制御回路12または走査駆動制御回路11)から供給されたリセットパルスRSTに応じてオン状態となり、キャパシタC1の蓄積電荷を放電する。
図1を参照すると、信号処理部27は、走査制御信号SCと同期して動作し、時間計測回路26から供給された計測信号TSを基に対象物体OBJ上の照射点までの距離を測定する測距機能を有している。図3は、信号処理部27の構成例を概略的に示すブロック図である。図3に示されるように、信号処理部27は、走査制御信号SC及び計測信号TSをそれぞれディジタル信号に変換するA/D変換器35と、このA/D変換器35の出力に基づいて対象物体OBJ上の照射点までの距離を測定する距離演算部36とを有する。今、対象物体OBJ上の照射点までの距離をR(単位:メートル)とし、レーザレーダ装置1と当該照射点との間のレーザ光の伝播時間をΔt(単位:秒)とし、光速度をc(単位:メートル/秒)とする。このとき、距離演算部36は、計測信号TSに基づいて伝播時間Δtを算出し、次式(1)に従って対象物体OBJ上の照射点までの距離Rを算出することができる。
R=c×Δt/2 (1)
図2に示したようなTAC構成の時間計測回路26が使用される場合には、距離演算部36は、当該サンプリングされたランプ電圧の計測値を用いて伝播時間Δtを算出することができる。
信号処理部27の構成は、たとえば、マイクロコンピュータなどのCPU(Central Processing Unit)内蔵のコンピュータで実現可能である。あるいは、信号処理部27の構成は、DSP(Digital Signal Processor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)もしくはFPGA(Field−Programmable Gate Array)またはこれらの組み合わせなどの信号処理回路で実現されてもよい。
次に、図4及び図5を参照しつつ、加算回路23及び加算制御回路24の構成について説明する。図4は、実施の形態1における加算回路23の構成例を概略的に示す図である。ここで、図4の構成は、アレイ受光器22の受光素子P〜Pが一方向(図4に示した垂直方向)のみに配列されている場合の構成である。
図4を参照すると、加算回路23は、加算制御回路24から供給されたN個の選択制御信号CLK,CLK,…,CLKをそれぞれ入力とする電圧レベル変換器40,40,…,40と、アレイ受光器22から供給されたNチャンネルのアナログ検出信号CH,CH,…,CHをそれぞれ入力とするN個の電流電圧変換器41,41,…,41と、これら電流電圧変換器41,41,…,41にそれぞれ対応して設けられた接続スイッチ44,44,…,44と、これら接続スイッチ44,44,…,44から選択的に出力されたMチャンネル(Mは、N未満の正整数)のアナログ検出信号を互いに加算してアナログ受信信号を生成する信号加算器49とを備えている。
また、加算回路23は、電流電圧変換器41,41,…,41の出力信号の信号レベルをそれぞれ閾値レベルVTHと比較する制御比較器42,42,…,42と、これら制御比較器42,42,…,42にそれぞれ対応して設けられた制御スイッチ43,43,…,43とを備える。制御スイッチ43〜43は、接続スイッチ44〜44にそれぞれ対応して設けられており、接続スイッチ44〜44のスイッチング状態をそれぞれ制御することができる。
電流電圧変換器41〜41の各々は、たとえば、トランスインピーダンスアンプ(TIA)で構成されればよい。また、接続スイッチ44〜44及び制御スイッチ43〜43の各々は、たとえば、MOS(Metal−Oxide Semiconductor)スイッチで構成されればよい。
電流電圧変換器41〜41は、Nチャンネルのアナログ検出信号CH〜CHをNチャンネルのアナログ電圧信号にそれぞれ変換し、これらNチャンネルのアナログ電圧信号を接続スイッチ44〜44の入力端にそれぞれ出力する。同時に、Nチャンネルのアナログ電圧信号は、分岐して、制御比較器42〜42にもそれぞれ入力される。
制御比較器42〜42は、Nチャンネルのアナログ電圧信号の信号レベル(電圧値)を閾値レベルVTHと比較し、当該比較結果に応じたN個のスイッチング制御信号を制御スイッチ43〜43にそれぞれ出力する。すなわち、n番目の制御比較器42は、n番目の電流電圧変換器41から入力されたアナログ電圧信号の信号レベルを閾値レベルVTHと比較する。この制御比較器42は、当該信号レベルが閾値レベルVTH以上であるときは、当該制御比較器42に対応する接続スイッチ44をオン状態にする高レベル(HIGH)のスイッチング制御信号を、制御スイッチ43の入力端に供給する。一方、電流電圧変換器41から入力されたアナログ電圧信号の信号レベルが閾値レベルVTH未満であるとき、制御比較器42は、接続スイッチ44をオフ状態にする低レベル(LOW)のスイッチング制御信号を、制御スイッチ43の入力端に供給する。
電圧レベル変換器40〜40は、制御スイッチ43〜43にそれぞれ対応して設けられている。n番目の電圧レベル変換器40は、入力された選択制御信号CLKの信号レベルが高レベル(HIGH)のとき、この選択制御信号CLKを、制御スイッチ43をオン状態にするスイッチング制御信号に変換し、このスイッチング制御信号を制御スイッチ43の被制御端に供給する。このとき、制御スイッチ43は、制御比較器42の出力端と接続スイッチ44の被制御端との間の信号経路を電気的に接続するオン状態となるように制御される。オン状態の制御スイッチ43は、制御比較器42から入力された高レベルまたは低レベルのスイッチング制御信号を接続スイッチ44の被制御端に供給する。
一方、電圧レベル変換器40は、入力された選択制御信号CLKの信号レベルが低レベル(LOW)のとき、この選択制御信号CLKを、制御スイッチ43をオフ状態にするスイッチング制御信号に変換し、このスイッチング制御信号を制御スイッチ43の被制御端に供給する。このとき、制御スイッチ43は、制御比較器42の出力端と接続スイッチ44の被制御端との間の信号経路を電気的に遮断するオフ状態となるように制御される。オフ状態の制御スイッチ43は、制御比較器42から入力されたスイッチング制御信号を接続スイッチ44の被制御端に出力しない。このとき、接続スイッチ44のスイッチング状態は、電流電圧変換器41と信号加算器49との間の信号経路を遮断するオフ状態となる。よって、制御スイッチ43のスイッチング状態がオフ状態のとき、この制御スイッチ43に対応する接続スイッチ44のスイッチング状態もオフ状態である。
したがって、高レベルの選択制御信号CLKが入力されている場合、電流電圧変換器41のアナログ電圧出力の信号レベルが閾値レベルVTH以上であるときは、電流電圧変換器41のアナログ電圧出力が信号加算器49に入力される。高レベルの選択制御信号CLKが入力されている場合でも、電流電圧変換器41のアナログ電圧出力の信号レベルが閾値レベルVTH未満であるときは、信号加算器49への電流電圧変換器41のアナログ電圧出力は遮断される。一方、低レベルの選択制御信号CLKが入力されている場合には、信号加算器49への電流電圧変換器41のアナログ電圧出力は遮断される。
加算制御回路24は、アレイ受光器22上の受光面のうちレーザ光LTの照射方向に対応する結像位置の予測範囲内に配置された受光素子から出力された複数のアナログ検出信号を選択させる選択制御信号CLK〜CLK(加算制御信号CLK)を生成する。選択制御信号CLK〜CLKの信号レベルの組み合わせにより、所望のアナログ検出信号を選択することが可能である。
より具体的には、加算制御回路24は、走査制御信号SCの信号値をN個の比較範囲Δ,Δ,…,Δを定める閾値群と比較し、当該比較結果に応じたN個の信号レベルを有する選択制御信号CLK,CLK,…,CLKを生成することができる。各比較範囲Δは、少なくとも1つの、上限閾値と下限閾値との組で定められる。
図5Aは、走査制御信号SCの信号波形の一例を示す図であり、図5B〜図5Fは、5個の選択制御信号CLK〜CLKの波形例を示すタイミングチャートである。図5A〜図5Fの例では、走査制御信号SCの波形は、のこりぎり波で構成されている。走査制御信号SCの信号値(電圧値)が最低電圧Vth0から最高電圧まで一定の率で上昇することが繰り返されている。
図5Bに示されるように選択制御信号CLKの信号レベルは、走査制御信号SCの信号値が下限閾値Vth0と上限閾値Vth3との間(下限閾値Vth0以上で且つ上限閾値Vth3以下)であるときに高レベルとなり、図5Cに示されるように選択制御信号CLKの信号レベルは、走査制御信号SCの信号値が下限閾値Vth1と上限閾値Vth4との間(下限閾値Vth1以上で且つ上限閾値Vth4以下)であるときに高レベルとなり、図5Dに示されるように、選択制御信号CLKの信号レベルは、走査制御信号SCの信号値が下限閾値Vth2と上限閾値Vth5との間(下限閾値Vth2以上で且つ上限閾値Vth5以下)であるときに高レベルとなり、図5Eに示されるように選択制御信号CLKの信号レベルは、走査制御信号SCの信号値が下限閾値Vth3と上限閾値Vth6との間(下限閾値Vth2以上で且つ上限閾値Vth5以下)であるときに高レベルとなる。そして、図5Fに示されるように選択制御信号CLKの信号レベルは、走査制御信号SCの信号値が下限閾値Vth4以上あるいは上限閾値Vth1以下であるときに高レベルとなる。したがって、時間帯ごとに選択されるアナログ検出信号は、以下のようになる。
・時間帯t〜t:アナログ検出信号CH,CH
・時間帯t〜t:アナログ検出信号CH,CH
・時間帯t〜t:アナログ検出信号CH,CH
・時間帯t〜t:アナログ検出信号CH,CH
・時間帯t〜t:アナログ検出信号CH,CH
・時間帯t〜t:アナログ検出信号CH,CH
たとえば、レーザ光の走査角が走査制御信号SCの信号値に対して線形となるようにスキャナ15が構成されている場合、図5Aに示したのこぎり波の振幅変化がアレイ受光器22上の集光スポット領域(結像領域)の位置変化に対応する。加算制御回路24は、走査制御信号SCの信号値の変化に合わせて、選択制御信号CLK,CLK,…,CLKの信号レベルを切り替えることができる。
図6A〜図6Dは、アナログ検出信号CH〜CHにそれぞれ対応するアナログ電圧信号の波形例をそれぞれ示すグラフである。図6A及び図6Bには、対象物体OBJからの反射信号R1,R2がそれぞれ現れている。反射信号R1,R2は、いずれも閾値レベルVTH以上の信号レベルを有する。また、図6Cには、閾値レベルVTH未満の信号レベルを有するアンプ雑音成分のみが現れており、図6Dには、閾値レベルVTH以上の信号レベルを有する外乱光成分が現れている。図6Eは、図6A及び図6Bのアナログ電圧信号を加算して得られた加算信号波形を示すグラフであり、図6Fは、図6A,図6B及び図6Dのアナログ電圧信号を加算して得られた加算信号波形を示すグラフである。
従来技術では、Nチャンネルのアナログ電圧信号のうち閾値レベルVTH以上の信号レベルを有する信号波形がすべて加算されるので、図6Dの外乱光成分も加算対象となる。よって、従来技術では、図6Fに示した加算信号波形のうち閾値レベルVTH以上の信号レベルを有する波形部分がアナログ受信信号波形として出力されてしまうが、これは誤検出の要因となる。これに対し、本実施の形態では、加算回路23は、図6Dの外乱光成分を加算対象とせず、図6A及び図6Bに示した信号波形のうち閾値レベルVTH以上の信号レベルを有する反射信号R1,R2の波形部分のみを互いに加算してアナログ受信信号を生成する。すなわち、加算回路23は、図6Eに示した加算信号波形のうち閾値レベルVTH以上の信号レベルを有する波形部分のみをアナログ受信信号波形として出力する。このため、外乱光成分に起因する誤検出を防止することができる。また、加算回路23は、反射信号R1,R2に重畳されている雑音成分以外の雑音成分を加算対象としないので、受信SN比の劣化を防止することもできる。
以上に説明したように実施の形態1のレーザレーダ装置1では、加算回路23は、レーザ光LTの照射方向に対応する結像位置の予測範囲内に配置された複数の受光素子から出力された複数のアナログ検出信号を選択し、当該選択されたアナログ検出信号を互いに加算してアナログ受信信号を出力するので、外乱光成分を受信する環境下でも、外来光成分の誤検出を防止することができ、受信SN比の劣化を防止することもできる。よって、測距精度を改善することが可能である。
なお、受光素子P〜Pが1次元配列されたアレイ受光器22に代えて、受光素子が2次元状に配列されたアレイ受光器が使用されてもよい。この場合、2つのアレイ方向にそれぞれ対応する2つの走査方向に対する加算制御信号が生成されればよい。
また、本実施の形態では、制御比較器42〜42の閾値レベルVTHはすべて同一レベルであるが、これに限定されるものではない。アレイ受光器22の受光素子P〜Pのそれぞれの特性に合わせて、制御比較器42〜42の閾値レベルが個別に設定されてもよい。
実施の形態2.
図7は、本発明に係る実施の形態2における加算回路23Aの構成を概略的に示す図である。実施の形態2のレーザレーダ装置の構成は、図1の加算回路23に代えて図7の加算回路23Aを有する点を除いて、上記実施の形態1のレーザレーダ装置1の構成と同じである。
図7に示されるように加算回路23Aは、実施の形態1の加算回路23と同様に、電圧レベル変換器40,40,…,40、電流電圧変換器41,41,…,41、制御比較器42,42,…,42、接続スイッチ44,44,…44、及び信号加算器49を備えている。本実施の形態の加算回路23Aは、接続スイッチ44,44,…44にそれぞれ対応して設けられた後段スイッチ45,45,…45を備える。信号加算器49は、これら後段スイッチ45,45,…45から選択的に出力されたMチャンネル(Mは、N未満の正整数)のアナログ検出信号を互いに加算してアナログ受信信号を生成することができる。後段スイッチ45〜45は、接続スイッチ44〜44と同様に、たとえば、MOS(Metal−Oxide Semiconductor)スイッチで構成されればよい。
電流電圧変換器41〜41は、Nチャンネルのアナログ電圧信号を接続スイッチ44〜44の入力端にそれぞれ出力する。同時に、Nチャンネルのアナログ電圧信号は、分岐して、制御比較器42〜42にもそれぞれ入力される。
制御比較器42〜42は、Nチャンネルのアナログ電圧信号の信号レベル(電圧値)を閾値レベルVTHと比較し、当該比較結果に応じたN個のスイッチング制御信号を接続スイッチ44〜44にそれぞれ出力する。すなわち、n番目の制御比較器42は、n番目の電流電圧変換器41から入力されたアナログ電圧信号の信号レベルを閾値レベルVTHと比較する。この制御比較器42は、当該信号レベルが閾値レベルVTH以上であるときは、当該制御比較器42に対応する接続スイッチ44をオン状態にする高レベル(HIGH)のスイッチング制御信号を、接続スイッチ44の被制御端に供給する。一方、電流電圧変換器41から入力されたアナログ電圧信号の信号レベルが閾値レベルVTH未満であるとき、制御比較器42は、接続スイッチ44をオフ状態にする低レベル(LOW)のスイッチング制御信号を、接続スイッチ44の被制御端に供給する。
電圧レベル変換器40〜40は、後段スイッチ45〜45にそれぞれ対応して設けられている。n番目の電圧レベル変換器40は、入力された選択制御信号CLKの信号レベルが高レベル(HIGH)のとき、この選択制御信号CLKを、後段スイッチ45をオン状態にするスイッチング制御信号に変換し、このスイッチング制御信号を後段スイッチ45の被制御端に供給する。このとき、後段スイッチ45は、接続スイッチ44の出力端と信号加算器49の入力端との間の信号経路を電気的に接続するオン状態となるように制御される。オン状態の後段スイッチ45は、接続スイッチ44から入力されたアナログ電圧信号を信号加算器49に出力する。
一方、電圧レベル変換器40は、入力された選択制御信号CLKの信号レベルが低レベル(LOW)のとき、この選択制御信号CLKを、後段スイッチ45をオフ状態にするスイッチング制御信号に変換し、このスイッチング制御信号を後段スイッチ45の被制御端に供給する。このとき、後段スイッチ45は、接続スイッチ44の出力端と信号加算器49の入力端との間の信号経路を電気的に遮断するオフ状態となるように制御される。オフ状態の後段スイッチ45は、接続スイッチ44から入力されたアナログ電圧信号を信号加算器49に出力しない。
したがって、高レベルの選択制御信号CLKが入力されている場合、電流電圧変換器41のアナログ電圧出力の信号レベルが閾値レベルVTH以上であるときは、電流電圧変換器41のアナログ電圧出力が信号加算器49に入力される。高レベルの選択制御信号CLKが入力されている場合でも、電流電圧変換器41のアナログ電圧出力の信号レベルが閾値レベルVTH未満であるときは、信号加算器49への電流電圧変換器41のアナログ電圧出力は遮断される。一方、低レベルの選択制御信号CLKが入力されている場合には、信号加算器49への電流電圧変換器41のアナログ電圧出力は遮断される。
以上に説明したように実施の形態2の加算回路23Aは、実施の形態1の加算回路23と同様に、加算制御信号CLKに従って、レーザ光LTの照射方向に対応する結像位置の予測範囲内に配置された複数の受光素子から出力された複数のアナログ検出信号を選択し、当該選択されたアナログ検出信号を互いに加算してアナログ受信信号を出力することができる。したがって、外乱光成分を受信する環境下でも、外来光成分の誤検出を防止することができ、受信SN比の劣化を防止することもできる。よって、測距精度を改善することが可能である。
実施の形態3.
図8は、本発明に係る実施の形態3における加算回路23Bの構成を概略的に示す図である。実施の形態3のレーザレーダ装置の構成は、図1の加算回路23に代えて図8の加算回路23Bを有する点を除いて、上記実施の形態1のレーザレーダ装置1の構成と同じである。
図8に示されるように加算回路23Bは、実施の形態1の加算回路23と同様に、電流電圧変換器41,41,…,41、接続スイッチ44,44,…44、及び信号加算器49を備えている。本実施の形態の加算回路23Bは、加算制御信号CLKにより制御される制御比較器42,42,…,42を備える。選択制御信号CLK〜CLKは、制御比較器42〜42の電源をそれぞれオン/オフ制御する信号として使用される。
電流電圧変換器41〜41は、Nチャンネルのアナログ電圧信号を接続スイッチ44〜44の入力端にそれぞれ出力する。同時に、Nチャンネルのアナログ電圧信号は、分岐して、制御比較器46〜46にもそれぞれ入力される。
n番目の制御比較器46は、選択制御信号CLKの信号レベルが高レベルのときに動作状態となる。このとき、制御比較器46は、電流電圧変換器41から入力されたアナログ電圧信号の信号レベルを閾値レベルVTHと比較する。この制御比較器42は、当該信号レベルが閾値レベルVTH以上であるときは、当該制御比較器42に対応する接続スイッチ44をオン状態にする高レベル(HIGH)のスイッチング制御信号を、接続スイッチ44の被制御端に供給する。一方、電流電圧変換器41から入力されたアナログ電圧信号の信号レベルが閾値レベルVTH未満であるとき、制御比較器42は、接続スイッチ44をオフ状態にする低レベル(LOW)のスイッチング制御信号を、接続スイッチ44の被制御端に供給する。一方、選択制御信号CLKの信号レベルが低レベルのとき、制御比較器46の電源はオフ状態となるので、制御比較器46は非動作状態となる。
したがって、高レベルの選択制御信号CLKが入力されている場合、制御比較器46が動作するので、電流電圧変換器41のアナログ電圧出力の信号レベルが閾値レベルVTH以上であるときは、電流電圧変換器41のアナログ電圧出力が信号加算器49に入力される。高レベルの選択制御信号CLKが入力されている場合でも、電流電圧変換器41のアナログ電圧出力の信号レベルが閾値レベルVTH未満であるときは、信号加算器49への電流電圧変換器41のアナログ電圧出力は遮断される。一方、低レベルの選択制御信号CLKが入力されている場合には、制御比較器46が動作せず、接続スイッチ44はオフ状態となる。よって、信号加算器49への電流電圧変換器41のアナログ電圧出力は遮断される。
以上に説明したように実施の形態3の加算回路23Bは、実施の形態1の加算回路23と同様に、加算制御信号CLKに従って、レーザ光LTの照射方向に対応する結像位置の予測範囲内に配置された複数の受光素子から出力された複数のアナログ検出信号を選択し、当該選択されたアナログ検出信号を互いに加算してアナログ受信信号を出力することができる。したがって、外乱光成分を受信する環境下でも、対象物体OBJからの反射信号の誤検出を防止することができ、受信SN比の劣化を防止することもできる。よって、測距精度を改善することが可能である。
また、本実施の形態では、制御比較器46〜46の電源がオフ状態またはオン状態のいずれかに制御されるので、アイソレーションレベルを上げることができる。よって、アナログ受信信号における雑音成分の低減が可能となる。
実施の形態4.
図9は、本発明に係る実施の形態4における加算回路23Cの構成を概略的に示す図である。実施の形態4のレーザレーダ装置の構成は、図1の加算回路23に代えて図9の加算回路23Cを有する点を除いて、上記実施の形態1のレーザレーダ装置1の構成と同じである。
図9に示されるように加算回路23Cは、実施の形態1の加算回路23と同様に、電流電圧変換器41,41,…,41、制御比較器42,42,…,42、接続スイッチ44,44,…44、及び信号加算器49を備えている。本実施の形態の加算回路23Cは、加算制御信号CLKにより制御される増幅器47〜47を備える。選択制御信号CLK〜CLKは、増幅器47〜47の電源をそれぞれオン/オフ制御する信号として使用される。
電流電圧変換器41,41,…,41は、Nチャンネルのアナログ電圧信号を増幅器47,47,…,47にそれぞれ出力する。n番目の増幅器47は、選択制御信号CLKの信号レベルが高レベルのときに動作状態となる。このとき、増幅器47は、電流電圧変換器41から入力されたアナログ電圧信号を接続スイッチ44と制御比較器42とに供給する。制御比較器42は、電流電圧変換器41から入力されたアナログ電圧信号の信号レベルを閾値レベルVTHと比較する。この制御比較器42は、当該信号レベルが閾値レベルVTH以上であるときは、当該制御比較器42に対応する接続スイッチ44をオン状態にする高レベル(HIGH)のスイッチング制御信号を、接続スイッチ44の被制御端に供給する。一方、電流電圧変換器41から入力されたアナログ電圧信号の信号レベルが閾値レベルVTH未満であるとき、制御比較器42は、接続スイッチ44をオフ状態にする低レベル(LOW)のスイッチング制御信号を、接続スイッチ44の被制御端に供給する。
一方、選択制御信号CLKの信号レベルが低レベルのときは、増幅器47の電源はオフ状態となるので、増幅器47は非動作状態となる。このとき、増幅器47は、電流電圧変換器41から入力されたアナログ電圧信号の接続スイッチ44への出力を遮断し、当該アナログ電圧信号の制御比較器42への出力を遮断する。
したがって、高レベルの選択制御信号CLKが入力されている場合、増幅器47は、電流電圧変換器41のアナログ電圧出力を接続スイッチ44及び制御比較器42に供給するので、電流電圧変換器41のアナログ電圧出力の信号レベルが閾値レベルVTH以上であるときは、電流電圧変換器41のアナログ電圧出力が信号加算器49に入力される。高レベルの選択制御信号CLKが入力されている場合でも、電流電圧変換器41のアナログ電圧出力の信号レベルが閾値レベルVTH未満であるときは、信号加算器49への電流電圧変換器41のアナログ電圧出力は遮断される。一方、低レベルの選択制御信号CLKが入力されている場合には、増幅器47は、電流電圧変換器41のアナログ電圧出力を遮断するので、信号加算器49にはアナログ電圧出力が供給されない。
以上に説明したように実施の形態4の加算回路23Cは、実施の形態1の加算回路23と同様に、加算制御信号CLKに従って、レーザ光LTの照射方向に対応する結像位置の予測範囲内に配置された複数の受光素子から出力された複数のアナログ検出信号を選択し、当該選択されたアナログ検出信号を互いに加算してアナログ受信信号を出力することができる。したがって、外乱光成分を受信する環境下でも、対象物体OBJからの反射信号の誤検出を防止することができ、受信SN比の劣化を防止することもできる。よって、測距精度を改善することが可能である。
また、本実施の形態では、増幅器47〜47の電源がオフ状態またはオン状態のいずれかに制御されるので、アイソレーションレベルを上げることができる。よって、アナログ受信信号における雑音成分の低減が可能となる。
実施の形態5.
図10は、本発明に係る実施の形態5のレーザレーダ装置2の構成を概略的に示す図である。このレーザレーダ装置2の構成は、図1の加算回路23及び加算制御回路24に代えて図10の加算回路23Dを有する点を除いて、上記実施の形態1のレーザレーダ装置1の構成と同じである。
本実施の形態の加算回路23Dは、加算制御信号CLKを使用せず、走査制御信号SCを使用して、Nチャンネルのアナログ検出信号CH〜CHの中から複数のアナログ検出信号を選択し、当該選択されたアナログ検出信号を互いに加算してアナログ受信信号を生成することができる。図11は、実施の形態5における加算回路23Dの構成例を概略的に示す図である。
図11に示されるように加算回路23Dは、実施の形態1の加算回路23と同様に、電流電圧変換器41,41,…,41、制御比較器42,42,…,42、制御スイッチ43,43,…,43、接続スイッチ44,44,…,44、及び信号加算器49を備えている。本実施の形態の加算回路23Dは、制御スイッチ43,43,…,43にそれぞれ対応して設けられ且つN個の比較範囲Φ,Φ,…,Φを定めるN組の閾値をそれぞれ有する比較器48,48,…,48を備える。これら比較器48,48,…,48は、走査制御信号SCの信号値をN組の閾値と比較し、その比較結果に応じたN個の比較信号をスイッチング制御信号として生成する。そして、比較器48,48,…,48は、N個の比較信号を制御スイッチ43,43,…,43の被制御端にそれぞれ供給する。
n番目の比較器48には、比較範囲Φを定める下限閾値VL及び上限閾値VUの組が設定されている。比較器48は、走査制御信号SCの信号値が下限閾値VL以上で且つ上限閾値VU未満のときは、制御スイッチ43をオン状態にする高レベル(HIGH)の比較信号をその制御スイッチ43の被制御端に供給する。一方、走査制御信号SCの信号値が下限閾値VL未満もしくは上限閾値VU以上のときは、制御スイッチ43をオフ状態にする低レベル(LOW)の比較信号をその制御スイッチ43の被制御端に供給する。図11の例では、たとえば、比較器48には、比較範囲Φを定める下限閾値Vth0(=VL)及び上限閾値Vth3(=VU)の組が設定されており、比較器48には、比較範囲Φを定める下限閾値Vth1(=VL)及び上限閾値Vth4(=VU)の組が設定されている。
したがって、比較器48の出力の信号レベルが高レベルとなる場合、制御スイッチ43はオン状態となる。この場合、電流電圧変換器41のアナログ電圧出力の信号レベルが閾値レベルVTH以上であるときは、電流電圧変換器41のアナログ電圧出力が信号加算器49に入力される。比較器48の出力の信号レベルが高レベルとなる場合でも、電流電圧変換器41のアナログ電圧出力の信号レベルが閾値レベルVTH未満であるときは、接続スイッチ44は、信号加算器49への電流電圧変換器41のアナログ電圧出力を遮断する。一方、比較器48の出力の信号レベルが低レベルとなる場合、制御スイッチ43はオフ状態となる。この場合、接続スイッチ44は、信号加算器49への電流電圧変換器41のアナログ電圧出力を遮断する。
比較器48〜48にそれぞれN組の閾値を設定することにより、実施の形態5の加算回路23Dは、レーザ光LTの照射方向に対応する結像位置の予測範囲内に配置された複数の受光素子から出力された複数のアナログ検出信号を選択することができる。よって、加算回路23Dは、当該選択されたアナログ検出信号を互いに加算してアナログ受信信号を出力することができる。したがって、外乱光成分を受信する環境下でも、対象物体OBJからの反射信号の誤検出を防止することができ、受信SN比の劣化を防止することもできる。よって、測距精度を改善することが可能である。
実施の形態6.
図12は、本発明に係る実施の形態6のレーザレーダ装置3の構成を概略的に示す図である。このレーザレーダ装置3の構成は、図1の加算回路23及び加算制御回路24に代えて図12の加算回路23Kを有する点を除いて、上記実施の形態1のレーザレーダ装置1の構成と同じである。図13は、実施の形態6における加算回路23Kの構成例を概略的に示す図である。
図13に示されるように加算回路23Kは、実施の形態1の加算回路23と同様に、電流電圧変換器41,41,…,41、接続スイッチ44,44,…44、及び信号加算器49を備えている。本実施の形態の加算回路23Kは、接続スイッチ44,44,…,44にそれぞれ対応して設けられた制御比較回路50,50,…,50を備える。
電流電圧変換器41〜41は、Nチャンネルのアナログ電圧信号を接続スイッチ44〜44の入力端にそれぞれ出力する。同時に、Nチャンネルのアナログ電圧信号は、分岐して、制御比較回路50〜50にもそれぞれ入力される。これら制御比較回路50〜50は、Nチャンネルの電圧信号の信号レベルをN個の比較範囲Ω〜Ωを定めるN組の閾値と比較し、当該比較結果に応じたN個のスイッチング制御信号をそれぞれ出力する機能を有する。これらN個のスイッチング制御信号は、接続スイッチ44〜44の被制御端にそれぞれ供給される。
n番目の制御比較回路50には、比較範囲Ωを定める下限閾値V及び上限閾値Vの組が設定されている。制御比較回路50は、入力された電圧信号の信号レベルを下限閾値V及び上限閾値Vと比較し、当該信号レベルが下限閾値V以上で且つ上限閾値V未満であれば、接続スイッチ44をオン状態にする高レベルのスイッチング制御信号をその接続スイッチ44の被制御端に供給する。一方、当該信号レベルが下限閾値V未満もしくは上限閾値V以上であれば、接続スイッチ44をオフ状態にする低レベルのスイッチング制御信号をその接続スイッチ44の被制御端に供給する。
したがって、制御比較回路50の出力の信号レベルが高レベルとなる場合、接続スイッチ44はオン状態となる。この場合、電流電圧変換器41のアナログ電圧出力が信号加算器49に入力される。一方、制御比較回路50の出力の信号レベルが低レベルとなる場合、接続スイッチ44は、信号加算器49への電流電圧変換器41のアナログ電圧出力を遮断する。
このような制御比較回路50は、図13に示されるように比較回路51及び比較器52で構成可能である。比較回路51は、電流電圧変換器41から入力されたアナログ電圧信号の信号レベルを下限閾値Vと比較し、当該信号レベルが下限閾値V以上であれば、入力されたアナログ電圧信号を比較器52に出力する。一方、当該信号レベルが下限閾値V未満であれば、入力されたアナログ電圧信号を出力せずに、あらかじめ設定された基準電圧信号を比較器52に出力する。基準電圧信号の信号レベルは、上限閾値Vを超えるレベルに設定されている。比較器52は、その基準電圧信号が入力されたとき、接続スイッチ44をオフ状態にする低レベルのスイッチング制御信号を出力する。アナログ電圧信号が入力されたときは、比較器52は、当該アナログ電圧信号の信号レベルを上限閾値Vと比較し、その信号レベルが上限閾値V未満であれば、接続スイッチ44をオン状態にする高レベルのスイッチング制御信号を出力する。一方、比較器52は、当該アナログ電圧信号の信号レベルが上限閾値V以上であれば、接続スイッチ44をオフ状態にする低レベルのスイッチング制御信号を出力する。
図14A〜図14Cは、アナログ検出信号CH〜CHにそれぞれ対応するアナログ電圧信号の波形例をそれぞれ示すグラフである。図14Aには、上限閾値Vを超える飽和信号レベルを有する外来光成分R10が現れている。図14Bには、対象物体OBJからの反射信号R11が現れている。この反射信号R11の信号レベルは、上限閾値Vと下限閾値Vとの間の範囲(ダイナミックレンジ)内に収まっている。図14Cには、下限閾値V未満の信号レベルを有するアンプ雑音成分のみが現れている。図14Dは、図14Bの波形と同じ加算信号波形を示すグラフである。また、図14Eは、図14A及び及び図6Bのアナログ電圧信号を加算して得られた加算信号波形を示すグラフである。
従来技術では、Nチャンネルのアナログ電圧信号のうち下限閾値V以上の信号レベルを有する信号波形がすべて加算されるので、図14Aの飽和信号レベルを有する外乱光成分も加算対象となる。よって、従来技術では、図14Eに示した加算信号波形のうち閾値レベルVTH以上の信号レベルを有する波形部分がアナログ受信信号波形として出力されてしまうが、これは誤検出の要因となる。たとえば、図2に示した時間計測回路26のピーク検出器30がフィルタ信号FSの飽和波形の立ち上がり位置と立下り位置とを強度ピーク位置と誤って検出するおそれがある。この場合、信号処理部27は複数の測距値を誤って算出する。
これに対し、本実施の形態の加算回路23Kは、図14Aの外来光成分及び図14Cの雑音成分を加算対象とせず、図14Bに示した信号波形のうち、下限閾値Vと上限閾値Vとの間の比較範囲内にある信号レベルを有する反射信号R11の波形部分のみをアナログ受信信号波形として出力することができる。すなわち、加算回路23Kは、図14Dに示した加算信号波形のうち当該比較範囲内にある信号レベルを有する波形部分のみをアナログ受信信号波形として出力する。このため、飽和信号レベルを有する外乱光成分に起因する誤検出を防止することができる。
以上に説明したように実施の形態6のレーザレーダ装置3では、加算回路23Kは、比較範囲内にある信号レベルを有する信号のみを加算してアナログ受信信号を生成するので、外乱光成分に起因する誤検出を防止することができ、受信SN比の劣化をも防止することができる。よって、測距精度を改善することが可能である。
なお、受光素子P〜Pが1次元配列されたアレイ受光器22に代えて、受光素子が2次元状に配列されたアレイ受光器が使用されてもよい。この場合、2つのアレイ方向にそれぞれ対応する2つの走査方向について、比較範囲内にある信号レベルを有する信号のみを加算することでアナログ受信信号が生成されればよい。
また、実施の形態6の加算回路23Kに対して、実施の形態1〜4における加算制御信号CLKを用いて加算されるべきアナログ検出信号を選択する構成が適用されてもよい。すなわち、実施の形態1における加算制御回路24、電圧レベル変換器40〜40及び制御スイッチ43〜43からなる構成、実施の形態2における加算制御回路24、電圧レベル変換器40〜40及び後段スイッチ45〜45からなる構成、あるいは、実施の形態3における加算制御回路24及び制御比較器46〜46からなる構成が実施の形態6の加算回路23Kに適用されてもよい。
以上、図面を参照して本発明に係る種々の実施の形態について述べたが、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1〜6のレーザレーダ装置は、いずれも、対象物体OBJまでの距離を測定する測距機能を有しているが、これに限定されるものではない。たとえば、対象物体OBJの反射強度分布、対象物体OBJの3次元形状及び対象物体OBJの特性などの情報を測定する機能を有するように実施の形態1〜6のレーザレーダ装置の構成が適宜変更されてもよい。
また、ユーザが、所望の受光素子から出力されるアナログ検出信号のみを加算対象として手動で選択することができるように上記実施の形態1〜6の構成が変更されてもよい。
なお、本発明の範囲内において、上記実施の形態1〜6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。
[付記]
上記実施の形態6に関し、光受信回路及びレーザレーダ装置の特徴について以下に付記する。
[1] レーザ光を用いた外部空間の走査に応じて前記外部空間内の対象物体で反射された反射レーザ光を受信する光受信回路であって、前記反射レーザ光を集光させる受信光学系と、前記受信光学系により集光された反射レーザ光を光電変換してNチャンネル(Nは2以上の整数)の検出信号を出力する一群の受光素子を含むアレイ受光器と、前記Nチャンネルの検出信号の中から複数の検出信号を選択し、当該選択された複数の検出信号を互いに加算して受信信号を出力する加算回路とを備え、前記加算回路は、前記Nチャンネルの検出信号をNチャンネルの電圧信号にそれぞれ変換するN個の電流電圧変換器と、前記Nチャンネルの電圧信号の信号レベルをN個の比較範囲を定めるN組の閾値と比較し、当該比較結果に応じたN個のスイッチング制御信号をそれぞれ出力するN個の制御比較回路と、前記N個の電流電圧変換器にそれぞれ対応して設けられ、且つ前記N個の制御比較回路にそれぞれ対応して設けられたN個の接続スイッチと、前記N個の接続スイッチから入力された複数の電圧信号を互いに加算して前記受信信号を生成する信号加算器とを備え、前記各接続スイッチは、前記N個の制御比較回路のうちの対応する制御比較回路から入力されたスイッチング制御信号に応じて、前記N個の電流電圧変換器のうちの対応する電流電圧変換器から入力された電圧信号を前記信号加算器に出力するオン状態と、当該対応する電流電圧変換器から入力された電圧信号を前記信号加算器へ出力しないオフ状態とのいずれか一方の状態となるように制御されることを特徴とする光受信回路。
[2] 上記[1]に記載の光受信回路と、前記光受信回路で生成された当該受信信号に基づいて前記対象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。
1,2,3 レーザレーダ装置、11 走査駆動制御回路、12 レーザ制御回路、13 レーザ光源、14 送信光学系、15 スキャナ、21 受信光学系、22 アレイ受光器、23,23A〜23D,23K 加算回路、24 加算制御回路、25 フィルタ、26 時間計測回路、27 信号処理部、30 ピーク検出器、31 検出器、32 定電流源、33 サンプルホールド回路、35 A/D変換器、36 距離演算部、40〜40 電圧レベル変換器、41〜41 電流電圧変換器、42〜42 制御比較器、43〜43 制御スイッチ,44〜44 接続スイッチ、46〜46 制御比較器、47〜47 増幅器、48〜48 比較器、49 信号加算器、50〜50 制御比較回路、51〜51 第1比較器,52〜52 第2比較器。

Claims (7)

  1. レーザ光を用いた外部空間の走査に応じて前記外部空間内の対象物体で反射された反射レーザ光を受信する光受信回路であって、
    前記反射レーザ光を集光させる受信光学系と、
    前記受信光学系により集光された反射レーザ光を光電変換してNチャンネル(Nは2以上の整数)の検出信号を出力する一群の受光素子を含むアレイ受光器と、
    前記Nチャンネルの検出信号の中から、前記アレイ受光器の受光面のうち前記レーザ光の照射方向に対応する結像位置の予測範囲内に配置された複数の受光素子から出力された複数の検出信号を選択し、当該選択された複数の検出信号を互いに加算して受信信号を出力する加算回路と
    前記レーザ光の照射方向を定める走査制御信号に基づいて、前記Nチャンネルの検出信号の中から前記複数の検出信号を選択させる加算制御信号を生成し、前記加算制御信号を前記加算回路に供給する加算制御回路と
    を備え
    前記加算制御回路は、前記走査制御信号の信号値を、互いに異なる複数の比較範囲を定める閾値群と比較し、当該比較結果に応じた複数の信号レベルをそれぞれ有する複数の制御信号を前記加算制御信号として生成し、
    前記加算回路は、前記加算制御信号に従って前記Nチャンネルの検出信号の中から前記複数の検出信号を選択す
    ことを特徴とする光受信回路。
  2. 請求項記載の光受信回路であって、
    前記加算回路は、
    前記Nチャンネルの検出信号をNチャンネルの電圧信号にそれぞれ変換するN個の電流電圧変換器と、
    前記Nチャンネルの電圧信号の信号レベルをそれぞれ閾値レベルと比較し、当該比較結果に応じたN個のスイッチング制御信号をそれぞれ出力するN個の制御比較器と、
    前記N個の制御比較器にそれぞれ対応して設けられたN個の制御スイッチと、
    前記N個の制御スイッチにそれぞれ対応して設けられ、且つ前記N個の電流電圧変換器にそれぞれ対応して設けられたN個の接続スイッチと、
    前記N個の接続スイッチから入力された複数の電圧信号を互いに加算して前記受信信号を生成する信号加算器と
    を備え、
    前記各制御スイッチは、前記加算制御信号に応じて、前記N個の制御比較器のうちの対応する制御比較器から入力されたスイッチング制御信号を前記N個の接続スイッチのうちの対応する接続スイッチに出力するオン状態と、当該対応する制御比較器から入力されたスイッチング制御信号を当該対応する接続スイッチへ出力しないオフ状態とのいずれか一方の状態となるように制御され、
    前記各接続スイッチは、前記N個の制御スイッチのうちの対応する制御スイッチから入力されたスイッチング制御信号に応じて、前記N個の電流電圧変換器のうちの対応する電流電圧変換器から入力された電圧信号を前記信号加算器に出力するオン状態と、当該対応する電流電圧変換器から入力された電圧信号を前記信号加算器へ出力しないオフ状態とのいずれか一方の状態となるように制御される
    ことを特徴とする光受信回路。
  3. 請求項記載の光受信回路であって、
    前記加算回路は、
    前記Nチャンネルの検出信号をNチャンネルの電圧信号にそれぞれ変換するN個の電流電圧変換器と、
    前記Nチャンネルの電圧信号の信号レベルをそれぞれ閾値レベルと比較し、当該比較結果に応じたN個のスイッチング制御信号をそれぞれ出力するN個の制御比較器と、
    前記N個の制御比較器にそれぞれ対応して設けられ、且つ前記N個の電流電圧変換器にそれぞれ対応して設けられたN個の接続スイッチと、
    前記N個の接続スイッチにそれぞれ対応して設けられたN個の後段スイッチと、
    前記N個の後段スイッチから入力された複数の電圧信号を互いに加算して前記受信信号を生成する信号加算器と
    を備え、
    前記各接続スイッチは、前記N個の制御比較器のうちの対応する制御比較器から入力されたスイッチング制御信号に応じて、前記N個の電流電圧変換器のうちの対応する電流電圧変換器から入力された電圧信号を前記N個の後段スイッチのうちの対応する後段スイッチに出力するオン状態と、当該対応する電流電圧変換器から入力された電圧信号を当該対応する後段スイッチへ出力しないオフ状態とのいずれか一方の状態となるように制御され、
    前記各後段スイッチは、前記加算制御信号に応じて、前記N個の接続スイッチのうちの対応する接続スイッチから入力された電圧信号を前記信号加算器に出力するオン状態と、当該対応する接続スイッチから入力された電圧信号を前記信号加算器へ出力しないオフ状態とのいずれか一方の状態となるように制御される
    ことを特徴とする光受信回路。
  4. 請求項記載の光受信回路であって、
    前記加算回路は、
    前記Nチャンネルの検出信号をNチャンネルの電圧信号にそれぞれ変換するN個の電流電圧変換器と、
    前記Nチャンネルの電圧信号の信号レベルをそれぞれ閾値レベルと比較し、当該比較結果に応じたN個のスイッチング制御信号をそれぞれ出力するN個の制御比較器と、
    前記N個の制御比較器にそれぞれ対応して設けられ、且つ前記N個の電流電圧変換器にそれぞれ対応して設けられたN個の接続スイッチと、
    前記N個の接続スイッチから入力された複数の電圧信号を互いに加算して前記受信信号を生成する信号加算器と
    を備え、
    前記各制御比較器は、前記加算制御信号に応じて、前記N個のスイッチング制御信号のうちの対応するスイッチング制御信号を前記N個の接続スイッチのうちの対応する接続スイッチに出力する動作状態と、当該対応するスイッチング制御信号を出力しない非動作状態とのいずれか一方の状態となるように制御され、
    前記各接続スイッチは、前記N個の制御比較器のうちの対応する制御比較器から入力されたスイッチング制御信号に応じて、前記N個の電流電圧変換器のうちの対応する電流電圧変換器から入力された電圧信号を前記信号加算器に出力するオン状態と、当該対応する電流電圧変換器から入力された電圧信号を前記信号加算器へ出力しないオフ状態とのいずれか一方の状態となるように制御される
    ことを特徴とする光受信回路。
  5. 請求項記載の光受信回路であって、
    前記加算回路は、
    前記Nチャンネルの検出信号をNチャンネルの電圧信号にそれぞれ変換するN個の電流電圧変換器と、
    前記Nチャンネルの電圧信号を増幅してそれぞれNチャンネルの増幅信号を出力するN個の増幅器と、
    前記Nチャンネルの増幅信号の信号レベルをそれぞれ閾値レベルと比較し、当該比較結果に応じたN個のスイッチング制御信号をそれぞれ出力するN個の制御比較器と、
    前記N個の制御比較器にそれぞれ対応して設けられ、且つ前記N個の増幅器にそれぞれ対応して設けられたN個の接続スイッチと、
    前記N個の接続スイッチから入力された複数の増幅信号を互いに加算して前記受信信号を生成する信号加算器と
    を備え、
    前記各増幅器は、前記加算制御信号に応じて、前記Nチャンネルの増幅信号のうちの対応する増幅信号を前記N個の接続スイッチのうちの対応する接続スイッチに出力する動作状態と、当該対応する増幅信号を出力しない非動作状態とのいずれか一方の状態となるように制御され、
    前記各接続スイッチは、前記N個の制御比較器のうちの対応する制御比較器から入力されたスイッチング制御信号に応じて、前記N個の増幅器のうちの対応する増幅器から入力された増幅信号を前記信号加算器に出力するオン状態と、当該対応する増幅器から入力された増幅信号を前記信号加算器へ出力しないオフ状態とのいずれか一方の状態となるように制御される
    ことを特徴とする光受信回路。
  6. レーザ光を用いた外部空間の走査に応じて前記外部空間内の対象物体で反射された反射レーザ光を受信する光受信回路であって、
    前記反射レーザ光を集光させる受信光学系と、
    前記受信光学系により集光された反射レーザ光を光電変換してNチャンネル(Nは2以上の整数)の検出信号を出力する一群の受光素子を含むアレイ受光器と、
    前記Nチャンネルの検出信号の中から、前記アレイ受光器の受光面のうち前記レーザ光の照射方向に対応する結像位置の予測範囲内に配置された複数の受光素子から出力された複数の検出信号を選択し、当該選択された複数の検出信号を互いに加算して受信信号を出力する加算回路と
    を備え、
    前記加算回路は、
    前記Nチャンネルの検出信号をNチャンネルの電圧信号にそれぞれ変換するN個の電流電圧変換器と、
    前記Nチャンネルの電圧信号の信号レベルをそれぞれ閾値レベルと比較し、当該比較結果に応じたN個のスイッチング制御信号をそれぞれ出力するN個の制御比較器と、
    前記N個の制御比較器にそれぞれ対応して設けられたN個の制御スイッチと、
    前記N個の制御スイッチにそれぞれ対応して設けられ、且つ前記N個の電流電圧変換器にそれぞれ対応して設けられたN個の接続スイッチと、
    前記N個の接続スイッチから入力された複数の電圧信号を互いに加算して前記受信信号を生成する信号加算器と、
    前記N個の制御スイッチにそれぞれ対応して設けられ、N個の比較範囲を定めるN組の閾値をそれぞれ有するN個の比較器と
    を備え、
    前記N個の比較器は、前記レーザ光の照射方向を定める走査制御信号の信号値を前記N組の閾値と比較してN個の比較信号を生成し、
    前記各制御スイッチは、前記N個の比較信号のうちの対応する比較信号に応じて、前記N個の制御比較器のうちの対応する制御比較器から入力されたスイッチング制御信号を前記N個の接続スイッチのうちの対応する接続スイッチに出力するオン状態と、当該対応する制御比較器から入力されたスイッチング制御信号を当該対応する接続スイッチへ出力しないオフ状態とのいずれか一方の状態となるように制御され、
    前記各接続スイッチは、前記N個の制御スイッチのうちの対応する制御スイッチから入力されたスイッチング制御信号に応じて、前記N個の電流電圧変換器のうちの対応する電流電圧変換器から入力された電圧信号を前記信号加算器に出力するオン状態と、当該対応する電流電圧変換器から入力された電圧信号を前記信号加算器へ出力しないオフ状態とのいずれか一方の状態となるように制御される
    ことを特徴とする光受信回路。
  7. 請求項1から請求項のうちのいずれか1項記載の光受信回路と、
    前記光受信回路で生成された当該受信信号に基づいて前記対象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。
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