JPH04310890A - 平面位置表示式レーザレーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車載用の近距離レーダ
などとして利用される平面位置表示（ＰＰＩ）式レーザ
レーダに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車両搭載の近距離レーダとして車載用レ
ーザレーダが開発されつつある。この車載用レーザレー
ダは、半導体レーザから鋭いパルス状のレーザビームを
放射し、標的からの反射光をＡＰＤなどの受光素子に受
け、レーザビームを放射してからその反射光を受けるま
での所要時間からこの反射光を生じさせた標的までの距
離を算定し、追突や衝突の危険を警告するように構成さ
れている。

【０００３】上記従来の車載用レーザレーダは、追突・
衝突警報装置と一体不可分の関係を有すると共に、車両
の前方、後方、側方など必要な監視対象範囲に対応して
個別に設置され、割当てられた範囲を分担して監視する
構成となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の車載用レー
ザレーダは、車両の各方向からこの車両にある程度接近
した標的を検出し警報を発するだけの構成であるから、
標的を目視で直接確認できる前方を除き、側方や後方な
どの死角については下車して確認しなければならなず、
便宜性に劣るという問題がある。

【０００５】また、従来の車載用レーザレーダは、監視
範囲ごとに複数個設置しなければならず、コスト高にな
るという問題もある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の平面位置表示式
レーザレーダは、パルス状のレーザビームを放射するレ
ーザ発光部と、上記レーザビームを平面内に走査する光
学走査部と、この光学走査部を経て入射する反射光を受
けてアナログ電気信号に変換する受光部と、このアナロ
グ電気信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディ
ジタル変換部と、上記ディジタル信号の時間とレベルと
の関係から上記反射光を生じさせた標的までの距離を検
出し、上記光学走査部の走査情報と同期をとりながら平
面位置表示信号を作成する信号処理部と、この信号処理
部で作成された平面位置表示信号を表示する表示部とを
備えている。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の一実施例の平面位置表示式レ
ーザレーダの構成を示すブロック図であり、１はレーザ
発光部、２は受光部、３は光学走査部、４はＡ／Ｄ変換
部、５は信号処理・制御部、６は表示部、７はプリズム
、８はビームスプリッターである。

【０００８】レーザ発光部１は、信号処理・制御部５の
制御のもとにパルス状のレーザビームを一定周期で繰り
返し出力する。このレーザビームはプリズム７で反射さ
れ、その一部がビームスプリッター８で受光部２に導か
れると共に残りの大部分がこのビームスプリッター８を
通過し、走査用プリズム３ａで反射されて外部に放射さ
れる。この走査用プリズム３ａがパルスモータ３ｂによ
って所定の速度で回転され、走査用プリズム３ａの反射
面の中心を中心とする平面状の走査面が形成される。標
的によって発生した放射ビームの反射光は、放射ビーム
の経路と逆向きの経路をたどって走査用プリズム３ａに
入射し、ビームスプリッター８を通して受光部２に導か
れる。

【０００９】ドライブ・センス回路３ｄは、信号処理・
制御回路５の制御のもとにパルスモータ３ｂを駆動し、
このパルスモータ３ｂの回転角をロータリーエンコーダ
３ｃを介して検出し、信号処理・制御部５に通知する。 信号処理・制御部５は、Ａ／Ｄ変換部４から受けたディ
ジタル信号の時間とレベルの関係を距離とレベルの関係
に変換し、光学走査部３のドライブ・センス回路３ｄか
ら受けた走査情報と同期をとりながら平面位置表示信号
を作成し、表示部６に供給する。

【００１０】図２は、図１のレーザ発光部１、受光部２
及びＡ／Ｄ変換部４を合わせた部分の構成の一例を示す
ブロック図であり、１０はメイン発振器、１１、２１は
分周器、１２，１５は増幅器、１３はレーザ素子、１４
と受光素子、１６、１８はサンプルホールド回路、１７
は２値化回路、２０はサブ発振器、２２、２３は収束レ
ンズ、３１はメモリ、３２はメモリコントローラである
。

【００１１】メイン発振器１０は、安定な水晶振動子を
主体に構成されており、発振周波数Ｆｏのパルス列を発
生する。このパルス列は、分周器１１において１／Ｎに
間引きされ、一定の繰り返し周波数ｆｏ（＝Ｆｏ／Ｎ）
のドライブパルス列となって増幅器１２を経てレーザ素
子１３に供給され、周期τｏ（＝１／ｆｏ）のパルス状
のレーザビームを放射させる。このレーザ素子１３から
放射されるパルス状のレーザビームの典型的な値は、波
長８５０ｎｓ、半値幅３ｎｓ、出力１００Ｗ（ＰＥＰ：
ピークエンベロープパワー），繰り返し周期１０μｓで
ある。

【００１２】レーザ素子１３から放出されたレーザビー
ムは収束レンズ２２で収束され、図１の経路をたどって
放射される。図１の経路を逆向きにたどって入射する反
射光は、収束レンズ２３を通過してアバランシェ・フォ
トダイオード（ＡＰＤ）などで構成される受光素子１４
に入射し、受光量に応じた振幅のパルス状の電気信号に
変換される。このパルス信号は、増幅器１５において所
定の振幅制限を受けながら増幅されたのち、サンプル・
ホールド回路１６において分周器２１から供給される周
期τのサンプリング・パルスに同期して保持され、２値
化回路１７に供給される。２値化回路１７ではサンプリ
ング値と所定値との比較が行われ、この所定値を超えた
か否かに応じて１ビットの２値信号“１”又は“０”が
出力される。

【００１３】２値化回路１７から出力される１ビットの
ディジタル信号は、メモリコントローラ３２の制御の下
にメモリ３１に書込まれる。メモリコントローラ３２は
、増幅器１２から出力され、サンプル・ホールド回路１
８においてサブ発振器２０のＮ分周パルスに同期してサ
ンプル・ホールドされたパルス出力に同期してアドレス
カウンタを歩進させながら２値化回路１７の出力をメモ
リ３１に書込む。

【００１４】図１の信号処理・制御部５は、読出しアド
レスを歩進させながらメモリ３１から１ビットの２値信
号を読出してゆき、これが連続的な“０”から連続的な
“１”に変化するアドレスを検出し、このアドレスから
放射パルスと受信パルスとの時間差（レーザビームの伝
播時間）を検出し、これを反射光を生じさせた標的まで
の距離に換算する。

【００１５】この平面位置表示式レーザレーダでは、近
距離を対象にもかかわらず伝播速度が超音波などと比べ
てはるかに大きなレーザ光を使用しているため、検出対
象の伝播時間差が極めて小さくなりこれを高精度で検出
することが極めて困難になる。電波を利用する場合には
放射電波に周波数変調や位相変調を施し受信した反射波
との周波数差や位相差を検出することによりそのような
精度上の問題点を解決できるが、レーザ光ではそのよう
な周波数変調や位相変調を施すこと自体が困難である。 そこで、本実施例の平面位置表示式レーザレーダでは、
以下に説明するようなサンプリングの手法を適用するこ
とにより上記の問題点を解決している。

【００１６】すなわち、図３の波形図を参照すれば、レ
ーザビーム・パルスは（Ａ）に示すように、一定周期τ
ｏで繰り返して放射され、その標的からの反射光パルス
が、（Ｂ）に例示するように、適宜な伝播遅延時間τｄ
の経過後に受信される。ただし、想定される車両と標的
との相対速度Ｖと距離Ｒとの比Ｖ／Ｒに比べてパルスの
繰り返し周期（１／τｏ）が十分に大きな値に設定され
、τｄが常に等しくなるような配慮されている。上記遅
延時間τｄを高精度で検出するには受信パルス波形を高
精度で検出する必要があり、このため、図３（Ｃ）に示
すように、τｏに比べて僅かに大きな周期τのサンプリ
ング・パルスが分周器２１から供給され、増幅器１５を
経た受信パルスがサンプル・ホールド回路１６において
このサンプリング・パルスに同期してホールドされる。

【００１７】サンプリング・パルスの周期τとレーザビ
ーム・パルスの周期τｏの差をδτとおけば、図３の（
Ａ）と（Ｃ）との比較から明らかなように、最初のサン
プリング・パルスはレーザビーム・パルスと同時に発生
するが、次回からは毎回δτずつレーザビーム・パルス
よりも遅延してゆく。従って、このサンプリング・パル
スと（Ｂ）に例示する受信パルスとの時間軸上における
相対的な関係に着目すれば、後者は前者によってδτの
時間間隔でサンプリングされ、ホールドされてゆくこと
になる。このサンプリングとホールドはτの周期で行わ
れるので、サンプル・ホールド回路１６から出力される
受信パルス波形の時間軸は図３（Ｄ）に例示するように
、 　　　　τ／δτ≒τｏ／δτ　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・（１
）だけ伸長されることになる。

【００１８】図３（Ｄ）の例では、図示の便宜上、原受
信パルスの幅に比べてδτが過大な値に設定されている
ため、その時間軸を拡大した波形は粗い波形となってい
る。実際には、原受信パルスの幅に比べてδτを十分小
さな値に設定することにより、必要なだけ滑らかな時間
軸拡大波形を得ることができる。上記、τｏ／τは、１
回の距離測定に必要なレーザビーム・パルスの総放射回
数 　　　　Σｎ≒τｏ／δτ　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・
（２）でもある。

【００１９】上述のようなサンプリングの手法に従って
時間軸の伸長を行う際のメイン発振器１０の発振周波数
と、サブ発振器２０の発振周波数は次のような考察に基
づき決定される。まず、この平面位置表示式レーザレー
ダの測定可能範囲（測定可能な最大距離）をＲメートル
（ｍ）とし、光速をＣ（ｍ／ｓ）とすれば、この最大距
離Ｒに位置する標的から反射されて受信されるレーザビ
ームの伝播遅延時間τｍａｘ　（ｓ）は、　　　　τｍ
ａｘ　＝２Ｒ／Ｃ　　（ｓ）　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　・・・・（３）となる。

【００２０】従って、Ｒ（ｍ）の測定可能範囲を確保す
るためには、レーザ素子１３の駆動用パルスの周期τｏ
を（１）式のτｍａｘ　以上に設定する必要がある。こ
こでは、 　　　　　　τｏ＝τｍａｘ　＝２Ｒ／Ｃ（ｓ）　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・（４）に
設定する。駆動用パルスの繰り返し周波数ｆｏは、　　
　　ｆｏ＝１／τｏ＝Ｃ／２Ｒ　　　　（１／ｓ）　　
　　　　　　　　　　・・・・（５）となる。分周器１
１の分周比をＮとおけば、メイン発振器１０の発振周波
数ｆｏは、 　　　　Ｆｏ＝Ｎｆｏ＝ＮＣ／２Ｒ　　　　（１／ｓ）
　　　　　　　　　　　　・・・・（６）となる。

【００２１】一方、距離の測定分解能をδＲ（ｍ）に設
定すれば、これに基づく伝播遅延時間の測定分解能δτ
は、 　　　　δτ＝２δＲ／Ｃ　　　　（ｓ）　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・（７）
となる。従って、分周器２１から出力されるサンプリン
グ・パルスの周期τを 　　　　τ＝τｏ＋δτ＝２（Ｒ＋δＲ）／Ｃ　　　　
　　　　　　　　　　　　・・・・（８）に設定すれば
よい。また、サンプリング・パルスの繰り返し周波数ｆ
は、 　　　　ｆ＝１／τ＝Ｃ／〔２（Ｒ＋δＲ）〕　　（１
／ｓ）　　　　・・・・（９）

【００２２】ここで、分
周器２１の分周比を分周器１１の分周比と同一の値Ｎと
おけば、サブ発振器２０の発振周波数Ｆは、 　　　　Ｆ＝Ｎｆ＝ＮＣ／〔２（Ｒ＋δＲ）〕　　（１
／ｓ）　　　　・・・・（１０）となる。（６）式と（
１０）式から、 　　δＦ＝Ｆｏ−Ｆ 　　　　　　＝ＮＣδＲ／〔２Ｒ（Ｒ＋δＲ）〕　　　
　　　≒ＮＣδＲ／２Ｒ２　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・（１１
）（６）式と（１１）式、（７）式と（８）式から、　
　δＦ／Ｆｏ≒δＲ／Ｒ≒δτ／τｏ　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　・・・・（１２）

【００２３
】ここで、測定可能距離Ｒを２０ｍ、測定分解能δＲを
２ｃｍ（０．０２ｍ）とすれば、（１０）式から、 　　δＦ／Ｆｏ≒１０ー３　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・
（１３）

【００２３】このような微小な発振周波数の差
を保ったまま、メイン発振器１０とサブ発振器２０とを
同期動作させるため、図２に示すように、サブ発振器２
０を電圧制御発振器（ＶＣＯ）で構成すると共に、ミキ
サ２２、分周器２３、位相比較器２４及び低域通過濾波
回路２５から成る位相ロックループを構成することによ
り、サブ発振器２０の発振周波数Ｆをメイン発振器１０
の発振周波数ＦｏよりもδＦだけ低い値に追随させる構
成としている。このδＦは、分周器２３の分周比をＭと
すれば、　　　　δＦ＝Ｆｏ／ＭＮ　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
・・・・（１４）となる。

【００２４】測定可能範囲Ｒを２０ｍに設定すると、（
４）式から、　０．１３μｓ　のτｏを得る。これは、
８ＭＨｚの繰り返し周波数ｆｏに相当する。２０ｍの範
囲のサンプリング点数を１０００（又は１００）に設定
すれば、距離分解能は２ｃｍ（又は２０ｃｍ）に設定さ
れ、１方向の測定に必要な時間は　０．１３μｓ　×１
０００＝１３０μｓ（又は１３μｓ）となる。

【００２５】図２に例示したメイン発振器１０、サブ発
振器２０、分周器１１，２１及び位相ロックループから
成るサンプリングパルス発生系の代わりに、図４に示す
アナログ型のサンプリングパルス発生系を構成すること
もできる。すなわち、図５の波形図も参照すれば、クロ
ック発生回路４１から出力される所定周期のクロック信
号が送信パルスＴＰとして図１の増幅器１２と鋸波発生
回路４２とに供給されると共に、分周回路４４を経て鋸
波発生回路４３にも供給される。鋸波発生回路４２の出
力Ｓ１と鋸波発生回路４３の出力Ｓ２とが比較回路４５
で比較され、この比較結果としてサンプリングパルスＳ
Ｐが発生され、図１のサンプル・ホールド回路１６と１
８に供給される。この構成によれば、鋸波Ｓ１がゼロレ
ベルを保つ休止期間を調整することによって送信パルス
ＴＰの周期と鋸波Ｓ１がゼロレベ以外の値をとるサンプ
リング区間とを独立に設定できる。このため、設計の自
由度が大きくなり、また、構成自体も簡易になるという
利点がある。

【００２６】図１の信号処理・制御部５は、ステップモ
ータ３ｂを上記１方向の測定に必要な時間に等しい周期
で、必要な角度分解能に応じて設定した一定角度ずつ（
例えば１ｏ　ずつ）回転させ、この回転角をロータリー
エンコーダ３ｃの出力によって確認しながら、Ａ／Ｄ変
換部４内のメモリ３１をアクセスしてゆくことにより一
定角度刻みに設定した各方向について標的までの距離を
検出してゆく。信号処理・制御部５は、上記角度とこの
角度によって定められる各方向について検出した標的ま
での距離に基づき平面位置表示信号を作成し、表示用の
画面メモリに書込む。

【００２７】信号処理・制御部５は、上記平面位置表示
信号の作成に際し、放射ビームの走査角θとこの角度θ
の方向について検出した標的までの距離ρとの関係を示
す極座標（ρ，θ）を、ラスタスキャン用の二次元直角
座標（Ｘ，Ｙ）に変換する。すなわち、図１の走査用プ
リズム３ａの反射面の中心を中心とする極座標（ρ，θ
）を、図６に示すように、この極座標の中心を座標点（
Ｘｏ，Ｙｏ）とするラスタスキャン用の二次元直角座標 　　　　Ｘ＝Ｘｏ＋ρｃｏｓ　θ　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・
・（１５）　　　　Ｙ＝Ｙｏ−ρｓｉｎ　θ　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　・・・・（１６）に座標変換され、各座標点（Ｘ，
Ｙ）に対応付けて割り付けられている画面メモリのアド
レスに標的の存在を示す高輝度の信号が書込まれる。画
面メモリに書込まれた輝度信号は図６に一点鎖線で例示
するラスタスキャンの順序に従って読出され、表示部６
に供給され平面位置表示される。

【００２８】上述のように、走査型レーダ特有の極座標
の表示形式をラスタスキャン用の直角座標による表示形
式に変換することにより、従来、船舶用レーダ装置など
で使用してきた高価な極座標式の表示装置に変えて、テ
レビジョン受像機など汎用性のある表示装置をそのまま
利用できる。

【００２９】図７（Ａ）は、上記一実施例の平面位置表
示式レーザレーダを大型トラックの後部左側端部に取付
けて後方と左側方の監視を行う場合の様子を示す鳥瞰図
であり、（Ｂ）はこの場合に運転席に設置したラスタス
キャン方式の平面位置表示装置に表示される映像を示す
概念図である。この例では、取付け位置と車両の形状か
ら予め判明する死角については処理対象から除外される
と共に、車両との関係を明確にするために車両の形状が
固定的な映像として表示される。この例では、左折時の
巻き込み事故を生ずる危険のある自転車などの存在が、
平面位置表示画面から一目瞭然に把握できる。

【００３０】以上、車両搭載用の近距離レーダへの応用
を例にとって本発明の平面位置表示式レーザレーダを説
明した。しかしながら、この発明の平面位置表示式レー
ザレーダは、トンネル断面形状の測定用などの空洞断面
測定装置（プロファイラ）など、高分解能を必要とする
種々の用途に供することが可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の平
面位置表示式レーザレーダは、パルス状の放射レーザビ
ームを平面内に走査し、反射光の時間とレベルとの関係
からこの反射光を生じさせた標的までの距離を検出し、
走査情報と同期をとりながら平面位置表示信号を作成し
、表示する構成であるから、標的までの距離や標的の形
状を含む豊富な情報が直截的に収集可能で、比較的簡易
・安価な構成のもとに極めて高密度で高確度の情報を入
手できるという効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の平面位置表示式レーザレー
ダの構成を示すブロック図である。

【図２】図１のレーザ発光部１、受光部２及びＡ／Ｄ変
換部４の構成を示すブロック図である。

【図３】図１、図２の回路によるサンプリング動作のタ
イミングを説明するための波形図である。

【図４】図２の回路に含まれるサンプリングパルス発生
系の他の構成の一例を示すブロック図である。

【図５】図４のサンプリングパルス発生系の動作を説明
するための波形図である。

【図６】図１の信号処理・制御部５による極座標からラ
スタスキャン用の直角座標への座標変換処理を説明する
ための概念図である。

【図７】上記一実施例の平面位置表示式レーザレーダを
大型トラックの後部左側端部に取付けて後方と左側方の
監視を行う場合の様子を示す鳥瞰図（Ａ）と、この場合
に運転席に設置したラスタスキャン方式の平面位置表示
装置に表示される映像を示す概念図（Ｂ）である。

【符号の説明】

１　　　　　　レーザ発光部 ２　　　　　　受光部 ３　　　　　　光学走査部 ４　　　　　　Ａ／Ｄ変換部 ５　　　　　　信号処理・制御部 ６　　　　　　表示部 ７　　　　　　プリズム ８　　　　　　ビームスプリッター １０　　　　メイン発振器 １３　　　　レーザ素子 １４　　　　受光素子 ２０　　　　サブ発振器 １６，１８　　　サンプル・ホールド回路３１　　　　
メモリ ３２　　　　メモリコントローラ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パルス状のレーザビームを放射するレーザ
   発光部と、前記レーザビームを平面内に走査する光学走
   査部と、この光学走査部を経て入射する反射光を受けて
   アナログ電気信号に変換する受光部と、このアナログ電
   気信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタ
   ル変換部と、前記ディジタル信号の時間とレベルとの関
   係から前記反射光を生じさせた標的までの距離を検出し
   、前記光学走査部の走査情報と同期をとりながら平面位
   置表示信号を作成する信号処理部と、この信号処理部で
   作成された平面位置表示信号を表示する表示部とを備え
   たことを特徴とする平面位置表示式レーザレーダ。
2. 【請求項２】前記光学走査部による走査は極座標系で行
   われ、前記表示部による表示は直角座標系で行われ、か
   つ前記信号処理部は前記平面位置表示信号の作成に際し
   極座標から直角座標への座標変換を処理内容の一つとす
   ることを特徴とする請求項１記載の平面位置表示式レー
   ザレーダ。