JPH0719861A

JPH0719861A - 走査式光学距離計

Info

Publication number: JPH0719861A
Application number: JP6071039A
Authority: JP
Inventors: William H Taylor; ウィリアム・エイチ・テイラー
Original assignee: Kollmorgen Corp
Current assignee: Kollmorgen Corp
Priority date: 1993-04-08
Filing date: 1994-04-08
Publication date: 1995-01-20
Also published as: EP0619502A2; TW294778B; KR940024704A; EP0619502A3; DE69423020D1; GB2276997B; TW266259B; IL109184A; EP0619502B1; CA2120799A1; DE69423020T2; GB2276997A; GB9406634D0

Abstract

(57)【要約】【目的】広い視界と高い距離分解能の両方を示す小形
でコンパクトな走査式距離計を提供することにある。【構成】光学スキャナ及び光源を含む走査式光学距離
計。この光学スキャナはその上に凹レフレクタの円形ア
レイを有する回転走査ディスクを含んでいる。光源から
の光を回転走査ディスク上の凹レフレクタに指向し、次
に走査ディスク上の凹レフレクタからの光を標的に指向
するためのミラーが配設されている。標的からの光は複
数のチャンネルに沿ったミラーにより走査ディスク上の
凹レフレクタに指向される。凹レフレクタから反射され
た光を受けるように構成された検出器が各チャンネルに
配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、標的についての距離及
び横方向位置データを提供するためのシステムに関す
る。より詳細には、本発明は、衝突回避のために標的に
ついての距離及び横方向データを同時に提供するための
システムに関する。加うるに、情景反射率データが各画
素に対して得られ、この情景反射率データは通常の情景
イメージを形成するための基礎を形成し得る。

【０００２】

【従来の技術】通常、１つの標的、或いは多重標的は、
矩形の形状を有する視界内に存在している。視界内の標
的の位置は、方位角（水平）及び高度（垂直）方向にそ
れぞれ対応するその角度座標α及びβによって定義する
ことが出来る。極端な場合、視界内の各イメージセル即
ち画素は異なった距離に存在する。それ故、視界内の各
画素に距離値を割り当てることにより情景の“３Ｄマッ
プ”を形成することが望ましい。

【０００３】この距離情報を得るための種々の方法があ
る。１つの方法は、標的の距離がその標的に対する２つ
の視覚点からの視線の方向についての知識から引き出せ
る三角法の原理を用いることである。これは、単一標的
のための周知の広く用いられている距離測定技術であ
る。然し乍ら、多重の標的が広い視界の全面にわたって
展開されている場合、問題の複雑性は、特に“３Ｄマッ
プ”を迅速に形成して分析しなければならない場合に過
大になり得る。更なる問題は、以下に示すように広い視
界と高分解能への要求により、形像検出器の使用が禁止
的に大きな寸法及び多数の画素並びに高いコストによっ
て制限されてしまうことである。

【０００４】図７は、従来の距離測定概念の標的定位へ
の適用を示している。１つの標的が距離Ｗだけ離れてい
る２つの視点から距離Ｒに定位されており、この標的
は、この標的が２つの視点を結合する線を二分する軸上
に存在する場合に角度δを成す。角度δが測定可能であ
り、距離Ｗが既知の場合、距離Ｒは小さな角度δ（例、
１０°未満）に対しては、次式（１）によって与えられ
る。

【０００５】

【数１】図８に図示されているように角度αにある軸を外れた標
的に対しては、距離は次式（２）によって与えられる。

【０００６】

【数２】１５°以下の軸を外れた角度に対しては、式（１）は９
５％を超える正確度を得るのに充分である。

【０００７】図９について述べる。距離差を解決するた
めには、特定の角度分解能∂δが必要となる。これは、
次式（３）によって距離分解能∂Ｒに関連付けられる。

【０００８】

【数３】図１０について説明する。また、従来の距離測定技術を
再び適用する。２つの視点は、例えば、各々がそれ自身
のレンズを有し且つこの場合も所望視差角δを成すため
にある距離Ｗだけ離れている幅Ｄ_camと検出器素子離間
ｄを有するＣＣＤ検出器アレイを採用している１対のカ
メラを含み得る。

【０００９】これらのカメラからの２つのイメージが比
較され、これらのイメージの相対的変位が当技術におい
て公知であるような適切なイメージ処理技術によって見
いだされる。斯かるイメージ処理技術はゴンザレツとウ
インツによる“デジタルイメージ処理”（第２版、アジ
ソンウエスレー社出版、１９８７年）に詳細に述べられ
ている。次にこの変位データを用いて、距離を求める。

【００１０】カメラの検出器イメージフォーマットは距
離測定作動が要求される視界全体を包含するのに充分大
きくなければならないことが了解されよう。然し乍ら、
検出器素子サイズｄは又、所要距離分解能を生じるのに
充分小さくなければならない。例えば、視界が３０°
で、カメラ間の分離が１００ｍｍで、距離分解能が１０
０メートルの距離において１メートルの場合、検出器ア
レイサイズＤ_camと検出器素子サイズｄは以下のように
算出され得る。

【００１１】

【数４】検出器素子分離がｄであるカメラのＣＣＤアレイ検出器
を仮定すると、角度分解能∂δ ＝０．００００１を
達成するのに要するカメラレンズの焦点距離ｆは以下の
ように算出される。

【００１２】

【数５】現在の技術のＣＣＤアレイ検出器は０．０１５ｍｍに近
いδ値を生じる。然し乍ら、信号処理により、“有効
δ”はこの値の約半分（即ち、δ_eff＝０．００７５ｍ
ｍ）であると仮定され得る。従って、焦点距離は以下の
ように算出され得る。

【００１３】

【数６】検出器フォーマット全幅は基本視界３０°と最も近い距
離の標的に対する視差によって生じる付加的な視界とに
よって決定される。最も近い距離の標的が約３メートル
にあると仮定すると、付加的な視界は以下のように算出
される。

【００１４】

【数７】これは、１．９０°又は約２°である。斯くして、検出
器アレイ幅は以下のように算出される。

【００１５】

【数８】０．０１５ｍｍの検出器素子サイズを用いると、各検出
器アレイに対して多数の検出器素子Ｎが与えられる。

【００１６】

【数９】これらの計算は従来のデュアルカメラ距離測定概念に属
ける基本的な問題を示している。特に、所要検出器アレ
イは車両衝突回避システム等の応用に対して物理的サイ
ズと素子の数の両方がかなり大きすぎる。更に、斯かる
検出器アレイは許容できない程コストが嵩み、各車両衝
突回避システムに対して２つの斯かるアレイが必要にな
る。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上記の事柄を念頭にす
ると、本発明の目的は、広い視界と高い距離分解能の両
方を示す小形でコンパクトな走査式距離計を提供するこ
とにある。

【００１８】本発明の更なる目的は、低コスト、精度、
信頼性及び集積の容易さが重要となる自動車及び他の車
両の衝突回避応用に好適な走査式光学距離計を提供する
ことにある。

【００１９】本発明の更なる目的は、車両ダッシュボー
ド表示装置上に情景イメージ（ａｓｃｅｎｅｉｍａｇ
ｅ）を生じ得る走査式光学距離計を提供することにあ
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】１つの特徴によると、本
発明は、走査素子及び光源を含む走査式距離計に関す
る。光源からの光は走査素子に、次に標的に向かって放
射される。標的からの光は複数のチャンネルに沿って、
光を受けるように構成されている検出器に送られる。

【００２１】別の特徴によると、本発明は、近くの標的
を見る上で視差を形成するのに充分な距離によって水平
に分離されている２つのアパーチュアを有する光学シス
テムを含む走査式光学距離計に関する。これらの２本の
視線は対象視界にわたって同期的に走査され、これらの
２本のアパーチュアに入る光線は合成され、線形検出器
上で焦点を結ぶ。観察された標的が無限遠にある場合、
検出器アレイの第一素子のみが始動し、そうでない場
合、アレイの２つの素子が始動する。即ち、第一素子は
２つのアパーチュアの第一アパーチュアに入る光によっ
て、アレイに沿ったどれか他の素子は第二アパーチュア
に入る光によって始動する。第二素子が始動するアレイ
に沿った距離は標的距離に反比例する。２本の視線が任
意の距離にある同一の対象画素を見るという保証は、そ
の対象画素を２つのチャンネルの一方から送られたレー
ザビームで照明することにより得られる。照明ビームの
強度及び分光特性によって、自然光から区別することが
可能になる。

【００２２】上記の走査式光学距離計概念は多様な様式
に実施することが出来る。２本の視線は図１に示唆され
ているように１対の振動平坦ミラーによって走査され
る。或いは、これら２つのミラーを固定して、内部対を
共通軸を中心に回転することが出来る。この概念の拡大
は、図１の内部ミラーを多角形に変換することである。
走査式光学距離計の特に好都合な実施は、円錐形ストリ
ップミラー及び関連のイメージ形成オプチックに組み合
わされた回転ディスクスキャナーを採用している。この
スキャナーは、１００％走査効率、高速ポテンシャルを
示し、反射性オプチックにより作動し、且つ緻密に包装
することが出来る。この光学スキャナの鏡面は走査光学
距離計のハウジングと一体的に形成することが出来、走
査ディスクドライブは垂直走査ミラーのためのドライブ
と組み合わされることが出来る。検出器アレイの制御電
子回路と共に、信号処理を閾付け、質量中心定位、及び
不要信号排除の対して信号処理を行うことが出来る。

【００２３】本発明に係る走査式光学距離計は、小シス
テムサイズ、低システムコスト、部品調達容易性、優れ
たシステム安全性、広い作動範囲、及び優れたデータ信
頼性を有するシステムを提供する。この走査式光学距離
計は衝突回避のために車両において実施することが出
来、又、交通整理やロボット工学等の応用に用いること
が出来る。

【００２４】

【実施例】図１は、本発明に係る走査式光学距離計の基
本形の動作原理の線図である。２本の視線が２つの同期
化された振動ミラーによって相互に正確に同期して同時
に走査される。これらの視線は図示のように距離Ｗだけ
離れており、これにより無限遠より近くに定位されてい
る任意の標的に対して視差角δを生成する。標的に近く
なればなる程、角度δが大きくなる。両チャンネルから
の入来光はレンズに送られ、このレンズは視線上にある
画素のイメージを形成する。遠隔標的に対しては、画素
は両視線に対して同等であり、線形検出器アレイの第一
検出器素子は各チャンネルからの光によって均等に始動
する。然し乍ら、近くの標的に対しては、検出器素子始
動に差が生じ、この差は距離に反比例する。視線上の画
素を分離し、区別するために、画素は、２つのチャンネ
ルの一方から送られる細い光線によって、走査プロセ
ス、即ち、上記の光収集作動と同時に照明される。情景
における画素毎に順次に各視線がアドレスするため、検
出器アレイは視差によって生じる視界を網羅するのに充
分大きくあるだけでよい。斯くして、アレイの総寸法は
最も近い距離の標的によって生じる視差によって決定さ
れ、走査される視界には全く無関係である。検出器アレ
イの総寸法は以下の式によって与えられる。

【数１０】そして、検出器アレイにおける素子の総数Ｎは以下の式
によって与えられる。

【００２５】

【数１１】素子のサイズと数は両方共、当技術において公知の技術
によって達成されることが了解されよう。

【００２６】図２−５は、この走査式距離計概念が如何
にしてコンパクトな映像率の光学スキャナによって実施
され得るかを示している。このデバイスは、発明者が本
発明と同じである米国特許第４、５３８、１８１号に記
載されている。図６は、ＣＶＲＯＳスキャナーの一般的
実施例の斜視略図であり、本発明を理解する助けとして
与えられている。この略図においては、集光ミラー３０
ｂはレンズ３１に置き換えられ、フィールドレンズ及び
リレーオプチック４４は簡潔を期するために省略されて
いる。これら特定のシステム素子は以下に詳細に述べら
れる。

【００２７】走査式光学距離計のＣＶＲＯＳ実施例は上
記の基本形の特徴の全てを具現している。レーザビーム
がスキャナーからチャンネルの１つを通って送られ、視
界の中の画素を順次に照明する。画素の各々からの反射
光は２つの“読みだしチャンネル”ａ及びｂによって検
出される。

【００２８】図２乃至４について説明する。レーザビー
ムは走査式光学距離計から以下のようにして発射され
る。レーザダイオード１０又は他の強力な光源が光線を
発射し、この光線は成形され、レーザ出力オプチック１
２によってレーザ視準ミラー１４に再指向される。レー
ザ視準ミラー１４からの視準光は走査ディスク２０のデ
ィンプル１８のレーザ視準ミラー１４のアパーチュアの
走査ディスクへの投射と等しい環状領域に当てられる。
ディンプル１８からの反射の後、光は大きな入射角でス
トリップミラー２２ａ上で焦点を結ぶ。

【００２９】ストリップミラー２２ａからの反射の後、
光線は発散し、主ミラー２４ａに入射され、ここで光線
は反射されて視準される。この視準光は次に両面ミラー
２６に送られ、ここで９０°の方向変化を行い、折り目
ミラー２８ａに向かって進行する。折り目ミラー２８ａ
からの反射の後、レーザビームは標的に向かって進行す
る。

【００３０】標的からの光は右読みだしチャンネルと左
読みだしチャンネルに同時に入り、折り目ミラー２８ａ
及び２８ｂによって９０°だけ偏向される。両面ミラー
２６は各読みだしチャンネルに対する光を９０°だけ再
指向し、これによりＣＶＲＯＳスキャナーが２つの視界
を同時に有効に走査出来るようにする。両面ミラー２６
の片面から反射された光は右読みだしチャンネルのため
の主ミラー２４ａに進み、一方、両面ミラー２６の多面
から反射された光は左読みだしチャンネルのための主ミ
ラー２４ａに進む。主ミラー２４ａ及び２４ｂからの光
は各読みだしチャンネルのためのストリップミラー２２
ａ及び２２ｂ上で焦点を結ぶ。

【００３１】ストリップミラー２２ａ及び２２ｂは、反
射性の４５°の半角の右円形円錐から成る約１ｍｍ厚の
薄片である。従って、これらのミラーは鉛筆型の光線を
反射し、それらの表面上で９０°に焦点を結び、ここで
光は、その表面に具現されている凹レフレクタ即ちディ
ンプル１８を有する走査ディスク２０によって遮断され
る。

【００３２】ディンプル１８は、入射された鉛筆型の光
線がディンプルから反射された後に視準されるような焦
点距離を有している。視準された光は集光ミラー３０ａ
及び３０ｂによって遮断され、折り目ミラー３２ａ及び
３２ｂ並びにビーム合成ミラー３４から反射した後、イ
メージ面３６に焦点を結ぶ。このイメージは、２つの読
みだしチャンネルによって形成されたイメージを含んで
おり、フィールドレンズ４２及びリレーレンズ４４、ク
ックトリプレットやテッサー等の多重素子平坦フィール
ドアナシグマットによってそれぞれのＣＣＤ検出器アレ
イ４０ａ及び４０ｂに中継される。折り目ミラー２８ａ
は光線を９０°に反射して検出器アレイに係合せしめる
のに利用される。

【００３３】図示された走査式光学距離計においては、
垂直走査ミラー４６ａ及び４６ｂをピボット４８を中心
に回転することにより垂直方向走査が達成され、固定ミ
ラー５０からの反射の後に視線がその元の方向に復帰す
る。垂直方向走査は又、垂直走査ミラー４６ａ及び４６
ｂ及び固定ミラー５０を省いて、ユニット全体、即ち、
ハウジング５２を所要角度にわたって回転することによ
っても達成され得る。窓５４ａ、５４ｂ及び５５は、外
界ときれいで乾燥した内部環境との間に密閉したインタ
ーフェースを与えている。垂直走査ミラー４６ａ及び４
６ｂは垂直駆動モータ５６によって駆動され、走査ディ
スク２０は走査ディスク駆動モータ５８によって駆動さ
れる。駆動モータ５８及び６０、時制回路並びに検出器
信号処理のための電子回路が、適切な印刷回路及び電子
部品を含む領域６２に収納されている。垂直走査ミラー
４６ａ及び４６ｂ及び走査ディスク２０のための位置エ
ンコーダが駆動モータユニット５６及び５８と共に配設
されている。入力電力及び映像出力データが、特定の応
用に対して最上の全包装幾何を期するために適切に定位
され得る電気コネクタ及び／又は直接配線接続体を経由
して転送される。レーザ１０はレーザモジュール６４内
に収納され、レーザモジュール６４はレーザを駆動する
際に発生した熱を発散するためのフィンを含んでおり且
つ走査式光学距離計の主ハウジングに熱と吸収される。

【００３４】好ましく実施されるように、本発明に従っ
て走査式光学距離計を組み立てるのに要する特定の光学
成分は以下の通りである。

【００３５】

【表１】本明細書に記載されている走査式光学距離計の特定の光
学的仕様は以下の通りである。

【００３６】（１）無限遠焦点倍率、主ミラー及び走査
ディスクディンプル：

【数１２】従って、

【数１３】（２）システム焦点距離イｆ_sys：

【数１４】従って、

【数１５】（３）入射瞳 − 入射瞳は走査ディスクディンプルの
セクタ形状突起である。入射瞳は無限遠焦点倍率だけデ
ィンプルのサイズに拡大される。

【００３７】

【数１６】等価円形直径：

【数１７】

【数１８】走査式光学距離計のハウジングは２つの基本部分、即ち
主ハウジングとカバープレートから構成される。主ハウ
ジングは構造的堅牢性を与え、オプチックの整合を維持
し、従って、光学台に類似すると考慮され得る。ハウジ
ングの内部のオプチックのそりやその定位の如何なる変
化も防止するように材料選択及び部品設計が選択され
る。

【００３８】主ハウジングは機械加工された鋳物又は射
出成形ユニットのどちらでも良い。どちらの場合でも、
オプチックのための所要取り付けボスは、部品のハウジ
ングへの挿入の際に所要部品整合が自動的に達成される
ように主ハウジングと一体的に形成されていることが好
ましい。

【００３９】ハウジングが射出成形される場合、光学的
品質の表面が達成され、折り目ミラー２８ａ、２８ｂ、
３２ａ及び３２ｂ並びに主ミラー２４ａ及び２４ｂ等の
部品が主ハウジングと一体的に製造され、これにより部
品コスト及び組み立て時間を軽減することが出来る。こ
の場合、主ハウジングはミラーに反射性塗膜を与えるた
めに処理される。極端に低いコストが絶対命題でない応
用に対しては、これらのミラーはダイヤモンドで削り、
次にハウジング又はカバープレートと一体化することが
出来る。

【００４０】ストリップミラー２２ａと２２ａ並びに走
査ディスクモータのためのマウントも主ハウジングと一
体化することが出来る。ストリップミラーは、図５に示
されているようにリング全体或いは通過光束を阻止する
ことなく視界を網羅するのに充分なスパンのリングの円
弧部分のどちらでも良い。

【００４１】ハウジングは、一方がストリップミラー２
２ａ及び２２ｂの面によって画成され、他方が検出器ア
レイ４０ａ及び４０ｂ、リレーレンズ４４並びにミラー
３２ａ、３２ｂ及び３４によってその上に画成されてい
る２レベルの光学台であると効率的である。これらの部
品及びそれらのマウントは、レベル間の転送の期間中を
除く全ての時間において光学軸を適切な面に保持するよ
うな公差を有する。レベル間の転送はミラー３０ａ、３
０ｂ、３２ａ及び３２ｂによって達成される。両面ミラ
ー２６は主ハウジングと一体化されるか主ハウジングに
機械加工される溝によって定位される。両面ミラーはス
トリップミラーを指示するのに用いられ得る。

【００４２】垂直走査ミラー４６ａ及び４６ｂは従来の
ブッシング又はローラベアリングによってどちらかの端
部に指示されている。垂直走査ミラー４６ａ及び４６ｂ
はモータ５６によって駆動され、モータ５６は、図３に
示すように、中心に定位されており、或いは他の場所に
定位されているモータによってバンドドライブを通して
間接的に駆動され得る。或いは、垂直走査ミラーは歯車
列を経由して走査ディスクに機械的に結合され、これに
より駆動モータの使用は１つだけでよい。

【００４３】走査式光学距離計はＯリング等によって主
ハウジングとカバープレートとの間に封止される。窓５
４ａ、５４ｂ及び５５は適切なゴム弾性型のセメントに
よって適正位置に“はめ込まれる”。

【００４４】走査式光学距離計の総寸法は距離分解能要
求条件及び視界に依存することが了解されよう。距離分
解能要求条件が高ければ高い程、物理的サイズは大きく
なるが、これは分解能を決定するのは２つの視点間の距
離であるためである。水平視界が大きければ大きい程、
物理的サイズも大きくなるが、これは視界によって折り
目ミラーサイズが大部分決定され、これにより相応的に
デバイスの幅が決定されるからである。入射瞳サイズに
よってもデバイスサイズが、特にその高さが決定され
る。

【００４５】図５は、左及び右読みだしチャンネルに対
する標的から反射した光束を示し且つこれらの光束がデ
バイスの寸法を支配している状態を示している。この特
定の図において、３０°視界及び２０ｍｍ光束が示され
ている。

【００４６】本明細書に記載されている走査式光学距離
計に対しては、物理的サイズに対する以下の制限要因が
適用可能である。

【００４７】幅ー１８５ｍｍ長さー１２５ｍｍ高さー５５ｍｍ水平視界ー３０° 垂直視界ー６° 入射瞳ー２３．８ｍｍ走査式光学距離計電子回路の主な機能は、ａ）走査式光
学距離計の光学的視線が、同期状態を保持したままで所
要速度で水平及び垂直視界にわたって掃引されるように
垂直走査ミラー４６ａ及び４６ｂ並びに走査ディスク２
０を駆動すること、ｂ）検出器アレイのための必要な入
力電力及びクロック信号を供給すること、ｃ）アレイ上
の光の質量中心の定位及び閾設定を含む検出器アレイか
らの出力信号の信号処理を実行すること、ｄ）検出器ア
レイの出力をイメージプロセッサへの入力に好適なフォ
ームにフォーマットすること、である。必要ならば、別
の外部電子ユニットを用いてレーザを付勢し且つそれを
変調することが出来る。

【００４８】走査ディスク駆動電子回路は、走査ディス
クの位置についてのフィードバックデータが連続的にモ
ータ駆動電子回路に送られる閉ループ回路によって走査
ディスクの速度を一定に維持する。位置情報は、走査デ
ィスクモータシャフト上か走査ディスク自体の裏面上の
どちらかに定位されている光学エンコーダを通して収集
され得る。同様な回路を垂直走査ミラーに用いることが
出来るが、垂直走査ミラーのモータドライブは連続円形
運動でなく振動を起こす。その結果、例えば、限定され
た角度又は“セクタモータ”等の異なった技術をそのド
ライブに利用し得る。連続ドライブモータを、振動垂直
走査ミラー運動を達成するための手段としてのカム機構
と共に用いることが出来る。

【００４９】本明細書に述べられている走査式光学距離
計の走査動作の仕様は以下の通りである。

【００５０】フレーム時間 − ０．１秒線／フレーム − １２画素サイズ − ０．５° ｘ０．５° 垂直視界 − ６．０° 線走査時間 − ０．１／１２＝０．００８３３
秒水平視界 − ３０° 画素／線 − ６０画素走査時間 − ０．００８３３／６０＝０．０
００１３９秒走査ディスクのディンプルの数 − １０走査ディスクの１回転の時間 − １０ｘ０．００
８３３＝０．０８３３秒走査ディスク速度＝１／０．０８３３＝１２回
転／秒＝７２０回転／分走査ディスクのディンプルの数 − １０走査ディスク速度＝１／０．０８３３＝１２回
転／秒＝７２０回転／分故に、走査ディスクモータ速度＝７２０回転／分垂直走査ミラー速度（カムに結合された単方向モータを
仮定）＝フレーム速度＝１／フレーム時間＝１／０．１
秒＝１０／秒、故に、モータ速度＝６００／分走査ディスクドライブと垂直走査ミラードライブのため
のモータ速度の近接は、２つの速度が同等となるよう
に、仮定されたシステムパラメータを調節し得ることを
示唆していることが銘記されよう。従って、垂直走査ミ
ラーシャフト上に定位されたカムの走査ディスクによる
直接駆動を行うことが可能である。これで、垂直走査ミ
ラーのための別のモータを削除することによりコスト軽
減が行われる。

【００５１】走査式光学距離計における全ての事象は、
メガヘルツ（ＭＨｚ）範囲において高周波数でパルスの
連続流を発するマスタクロックによって時制される。走
査ディスク及び垂直走査ミラーは特定の走査速度で連続
ラスタ走査を供給するように同期化される。検出器アレ
イは、ラスタ走査における各画素の範囲を決定するため
にその画素において読み出される。この作動は電子デー
タをＣＣＤアレイ内のあるセルから次のセルに転送する
のに用いられるクロックパルスを通してマスタクロック
により同期化され得る。斯くして、どの時点において
も、走査されたレーザビームの方位角及び高度座標を決
定することができ、これらの座標につける画素の範囲も
決定することが出来る。

【００５２】ＣＣＤクロック／読み出し速度は以下のよ
うにして決定され得る。

【００５３】

【数１９】１７５０個の素子を有するＣＣＤを仮定すると、アレイ
ｔ_CCDの１画素を読み出す時間は、

【数２０】これは、１２．６ＭＨｚの読み出し速度を示す。

【００５４】走査効率が１００％にならず、垂直及び水
平走査に対してはそれぞれ約９０％及び８０％となるで
あろうという事実を考慮に入れると、実際の読み出し速
度は相応的により高速になる。

【００５５】

【数２１】この速度は既存のＣＣＤの能力の範囲内にある。

【００５６】特定の信号処理は、ＣＣＤ検出器アレイを
含む半導体チップ上に或いは焦点面を外れたどこか他の
場所に置かれている電子回路によって達成される。斯か
る回路は、１９９２年カナダのオンタリオ州ウオーター
ルーのダルサ社発行のハンドブック“ＣＣＤイメージ検
知器及びカメラ”に記載されている。特定の信号処理機
能は、例えば、閾付けは検出器アレイチップ上で実行さ
れ得る。この場合、特定のレベルの下にある信号は自動
的に排除される。又、幾つかの検出器素子に及ぶ検出器
アレイ上の光スポッとの質量中心を見いだすことが出来
る質量中心定位付けが実施され得る。この特徴により、
検出器アレイの唯１つの素子によって決定される分解能
よりも優れる、恐らくはその半分かそれよりも優れる分
解能が可能になる。他のより高級の信号処理が、焦点面
から外れて定位されている別の専用半導体チップ上に置
かれている電子回路によって達成出来る。例えば、霧、
雨又は雪を含む特定の環境条件によると不要距離回帰が
生じ得る。専用チップに組み入れられた処理アルゴリズ
ムは斯かる異質の信号を排除し、真の距離回帰を生じ得
る。

【００５７】信号処理電子回路からのデータ出力は当技
術において公知のイメージプロセッサへの入力に適切に
フォーマットしなければならない。フォーマット回路
は、線開始及びフレーム開始を指示するためにデータの
映像列に同期マークを供給する。これらのマークにより
イメージプロセッサは、距離データを時間の関数とし
て、従って対象空間における座標の関数として生じるデ
ータの流れを受ける態勢に入る。

【００５８】上記のように、走査式光学距離計によって
送られるレーザビームは対象空間における標的を照明
し、その後、標的上の光スポットが２つの検出器によっ
て同時に観察される。検出器４０ａによって受けられた
光は窓５４ａを通してスキャナーに入り、検出器アレイ
４０ｂに光学的に中継され、一方、検出器４０ａによっ
て受けられた光は同様にして窓５４ｂを通過し、検出器
アレイ４０ｂに用いられたリレーシステムに同等な別の
リレーシステムによって検出器４０ａに中継される。図
４における参照文字Ａ、Ｂ、及びＣは走査式光学距離計
の上部レベルにおける個別の光線の進行を示している。

【００５９】検出器４０ａに入射する光はその強度だけ
が変化して位置は変化しないが、これはこの読み出しチ
ャンネル上のスキャナーに反射して戻される光はこの読
み出しチャンネルにおいて発生する転送レーザビームと
同じ経路を辿るからである。これら２つのビーム、即
ち、レーザ送出ビームと反射ビームは、必ず常に一致し
ているが、これは同じ読み出しチャンネルを占有してお
り、従って共に走査されるからである。

【００６０】検出器アレイ４０ａに入射される光はその
強度と検出器アレイの長さ部分に沿った定位が変化す
る。非常に遠隔の標的の場合、検出器アレイの第一素
子、即ち、光学軸の最も近接した素子が始動する。近く
の標的の場合、第一素子以外のある検出器素子が始動す
る。標的が近くなればなる程、始動する素子が検出器ア
レイの第一素子からの距離が遠くなる。これは、この読
み出しチャンネルを通して見られるレーザによって照明
される近くの標的は２つのチャンネルの視線の方向に角
度差を生じるからである。

【００６１】検出器４０ｂは、検出器アレイ４０ａにお
ける光素子と同じサイズと光電特性を所有する単一素子
検出器である。検出器４０ａは前出のダルサのハンドブ
ックに記載されているように典型的である。簡単に説明
すると、このデバイスは電荷転送素子(ＣＣＤ）と組み
合わされた感光ダイオードの直線アレイを含んでいる。
個別ダイオードは、約０．０１５ｍｍ平方であり、検出
器アレイに沿って約１７５０個のダイオードが存在す
る。検出器アレイの長さは約２６ｍｍである。

【００６２】ＣＣＤデバイスはホトダイオードによって
発生した電子をＣＣＤシフトレジスタに転送して転送ゲ
ートを経由して出力する。シフトレジスタに瞬間的に常
駐する信号パケットは、１列のクロックパルスの適用に
よって信号データ流として“クロックアウト（退出時間
記録）”される。これは、通常、１７．５ＭＨｚ速度に
おいて高速度作動になる。

【００６３】強力な入力光信号のブルーミングを防止す
るための且つ閾を形成するための露光制御は、適切な制
御電圧の適切なデバイス入力端子への適用によって得ら
れる。

【００６４】走査式光学距離計の基本的要求条件は、そ
れが低レベル光入力に感応すること、個別素子が小形で
あること、及びデバイスが長いスパンの検出器アレイ素
子にわたって信号をクロックアウトするのに充分高速で
あること、了解されよう。この走査式光学距離計は、入
力光波長がホトダイオードのピーク分光感度の波長の近
くにある時に、これらの要求条件を満たす。これは、入
力光が０．８１０ナノメートルの公称波長の光を発する
ＧａＡｌＡｓ型のレーザダイオードから出る時及びホト
ダイオード感光材料が、本明細書に記載されているデバ
イスに採用されている型式のシリコンである時の場合で
ある。

【００６５】ホトダイオード／ＣＣＤ検出器アレイは
又、通常別の付加的電子ユニットにおいて実行される付
加的電子機能を組み込むように設計することが出来る。
これらは検出器アレイ上の光スポットの位置の定位、及
び上記のダイナミックレンジ制御を含んでいる。

【００６６】上記の検出器アレイは検出器アレイの長さ
部分に沿って均一なサイズの正方形検出器素子を含んで
いるが、性能を改善するために或いは製造コストを低減
するためにこの構造から逸脱すると好都合となり得る。
例えば、送出レーザビームが円形でなく、楕円の場合、
標的上の照明されたスポットもこの形状を有する。これ
に応じて、検出器における標的スポットのイメージもそ
の形状を有する。それ故、形像化された光の全てを獲得
するために、検出器素子は正方形でなく矩形を有するべ
きである。矩形検出器素子長さは、ビームの長さ寸法が
垂直に配向されるべきの時、アレイの長さに対して直角
に配向されるべきである。

【００６７】更に、近い標的の場合、遠隔標的の高距離
分解能に要する小さな検出器素子サイズは必要とならな
い。従って、検出器素子サイズは、第一検出器素子から
の距離が増大するにつれて検出器アレイに沿った幅が漸
次に増大し得る。検出器素子の分光感度は、検出器素子
上に適切な多重塗膜を配設することによりレーザ波長に
選択的に感応するように変更し得る。

【００６８】レーザダイオードは、従来の光源と比較す
ると、達成された標的輻射照度のレベルに因って標的を
照明するための好ましい放射線源である。レーザダイオ
ードは、その小形サイズの故にガスレーザよりも好まし
い。レーザダイオードは包装ソリッドステート電子回路
に通常用いられている標準的なＴＯ−３パッケージとし
て市販されており、一方、同等の電力レベルのガスレー
ザは少なくとも容量及び重量がより大きなマグニチュー
ド台にある。レーザ駆動電力は走査式光学距離計の外部
から供給出来る。

【００６９】レーザダイオードは、連続様式に或いは脈
動様式のどちらかで用いることが出来る。これらは可視
スペクトルから近赤外スペクトルまで且つこの範囲を含
む選択された波長において使用可能である。これらは、
通常、スペクトルの７８０乃至８７０ｍｍ範囲において
レーザを発するＧａＡｌＡｓ素子として製造される。９
１０乃至９８０ｍｍ範囲において発するＧａＡｓ素子が
使用可能である。可視帯域においては、ＡｌＧａＩｎＰ
素子が使用可能であり、更に最近では、１７００乃至５
０００ｎｍの中赤外帯域において光を発するＧａＩｎＡ
ｓＳｂ素子が使用可能になっている。

【００７０】ＧａＡｌＡｓはシリコン型検出器に好適で
あるが、これは発生された波長が検出器のピーク分光感
度の近くにあり、両方が共通して使用可能であるからで
ある。然し乍ら、７８０−８７０ｍｍ帯域において作動
するレーザは、可視帯域の４００−７００ｎｍにおいて
作動するレーザと同じように人の目に潜在的に有害であ
る。１、５００ｍｍより長波長では、放射線は目の角
膜、レンズ及び硝子体液に吸収され、従って、非常に高
い輻射照度において網膜に焦点を結んでも目を損傷する
ことがない。これは、送出されたレーザ電力が目の損傷
を与える得るレベルにある場合の好ましいレーザ波長で
ある。

【００７１】目の損傷の危険性は又、低電力の目に安全
な可視発光ダイオードを、レーザ送出チャンネルの中に
接近して長時間にわたって観察した場合に人々に潜在的
な目の危険を警告する手段として組み込むことによって
軽減することが出来る。これは、ＬＥＤからのビームを
二色性ビームスプリッタによってレーザビームに組み込
むことにより達成することが出来る。

【００７２】レーザダイオードは通常、１０°ｘ３０°
の扇状の放射線を発射する。視準されると、この放射線
は３：１のアスペクト比を有する断面の楕円形のビーム
を生じる。多くの応用において、この構成は、ビーム成
形オプチックの適用によって変更される。然し乍ら、Ｃ
ＶＲＯＳスキャナにおいては、断面が楕円で３：１のア
スペクト比を有するビームが走査ディスクのディンプル
を照明するのに好適である。

【００７３】走査式光学距離計の基本的な目的は特定の
視界を１回に１画素ずつ走査し、その画素の距離情報を
決定することにある。この機能は理想的には、車両衝突
回避応用に適用されると、道路上の全ての型式の車両、
歩行者、動物、車道及び異物を含む広い範囲の標的に対
して達成され得る。走査式光学距離計は、横方向位置と
距離位置の両方の標的位置における高い分解能でもっ
て、非常に短い且つ非常に長い範囲にわたって非常に高
いフレーム速度でこれを行うことが出来る。

【００７４】走査式光学距離計は又、これらの目的を達
成すると同時に、特定の設計制限要因を満足することが
出来なければならない。これらの設計制限要因は以下の
通りである。

【００７５】ａ）小形システムサイズ − 走査式光学
距離計は、車両のスタイル設計を妨害しないように且つ
空間が制限されている場合に車両環境において実施を可
能にするように充分に緻密でなければならない。

【００７６】ｂ）低システムコスト − 走査式光学距
離計は容易に製造可能でなければならない。部品は、車
両の顧客が広い範囲の且つ多数の部品を集積しているこ
の衝突回避デバイスの付加的なコストを許容出来るよう
になる程充分安価でなければならない。これらの部品
は、オプチック、モータ、電子ボード、検出器、レー
ザ、及び種々の機械部品を含んでいる。

【００７７】ｃ）部品入手可能性 − 走査式光学距離
計の部品は特定の時間枠内で低コストで製造可能でなけ
ればならない。部品を低コストで製造する設備及び装置
は現在実現可能でなければならず、未開発の技術に依存
してはならない。

【００７８】ｄ）システムの安全性 − 走査式光学距
離計は歩行者、自動車運転者、生物又は一般の財産に危
険又は迷惑を与えてはならない。

【００７９】ｅ）広い作動範囲 − 走査式光学距離計
は天候及び大気条件に関係なく最低性能規格を満たすべ
きである。そして、ｆ）データの信頼性 − 車両運転者の自信を維持し
て、しばしば起きる誤指示を行うことなく適宜に重要な
情報を提供するために低い誤警報率を有していなければ
ならない。

【００８０】上記のシステム目的及び設計制限要因はし
ばしば互いに対抗するため、特定の釣り合いが必要とな
る。例えば、走査式光学距離計のサイズはデバイスのア
パーチュアサイズに密接に関係している。走査式光学距
離計の最大距離性能は、検出器に入射する輻射力に依存
し、この輻射力はアパーチュアサイズに依存する。検出
器に受けられた輻射力とアパーチュアサイズとの相関関
係は以下のように示し得る。

【００８１】

【数２２】斯くして、アパーチュアサイズの直径が例えば２倍増大
すると、検出器において受けられる輻射力は４倍増大す
る。検出器によって収集される輻射力におけるこの増加
は検出器の出力における相応的に高い信号対雑音比に且
つ距離性能における相応的な増加に変換する。

【００８２】接近中の車両の接近速度についての適宜な
計算を行うための走査式光学距離計の場合、車両の１つ
の走査フレームから次のフレームへの距離の差を正確に
決定しなければならない。

【００８３】距離の差によって三角法を用いる距離計の
２つの視点における視角の差が生じることが前に示され
ている。

【００８４】

【数２３】斯くして、２つの視点間の分離距離が増大すると、距離
分解能が改善される。

【００８５】より広い視界を許容するためには走査式光
学距離計の全幅を増大させなければならないことが図５
から了解されよう。これは、光ビームの展開並びに光の
ビームの発散の点と折り目ミラー２８ａと２８ｂとの距
離に因る。即ち、距離が大きければ大きい程、折り目ミ
ラー上の光スポットの“足跡”が大きくなり、そして、
足跡が大きければ大きい程、ミラーサイズとデバイスの
全幅が大きくなるのである。

【００８６】式（４）によって、検出器において受けら
れた輻射力とレーザによって送出された輻射力との間の
相関関係が与えられる。これは、レーザ電力が式（４）
に従って倍増した場合に距離性能が２倍に増大するよう
な直接的相関関係である。標的反射率と検出器に受けら
れた輻射力との相関関係は全く同じである。それ故、低
反射率を示す遠隔標的について距離測定をするには、高
いレーザ電力が必要となる。然し乍ら、レーザ電力レベ
ルは、潜在的な目の損傷の故に際限なく上げることは出
来ない。より大きな輻射出力を発生するのに要するより
大きなレーザも、大きなサイズ、大きな電力消費、高い
コスト及び大きな熱損失の問題を含む理由のために好ま
しくない。システムの距離性能は悪大気条件の下では劣
化するが、より大きなレーザ電力を送ることにより回復
できるため、全ての天候条件の下で長い距離性能を達成
するシステムの“コスト”が明かとなる。

【００８７】与えられた視界内の画素の数が大きければ
大きい程、標的の位置をより正確に決定することが出来
る。又、送出時間当たりのデータのフレームの数が大き
ければ大きい程、標的の速度及び加速度がより正確に知
られる。然し乍ら、フレーム当たりの画素の数が大きけ
れば大きい程、且つ毎秒のフレームの数が大きければ大
きい程、検出器アレイから流出するデータ速度が大きく
なるという結果に直接結び付く。この速度は、処理電子
回路の帯域能力によって限定される。特に、ＣＣＤ検出
器アレイの読み出しは、フレーム当たりの画素の数が増
大すると且つ毎秒のフレームの数が増大すると短くなる
検出器の画素滞留時間の間におこなわれなければならな
い。本明細書に記載の走査式光学距離計の場合、フレー
ム当たりの画素の数とフレーム速度、即ち、それぞれ７
２０画素／フレームと１０フレーム／秒は上記のＣＣＤ
検出器アレイで達成出来る値の限度の約半分である。本
明細書に記載されている本発明の実施例の構成における
この検出器のデータ速度は１８ＭＨｚ台である。将来の
検出器はより高速に作動するため、デバイスの他の性能
特徴に妥協することなくより高い走査速度とフレーム当
たりの画素計数が可能になる。

【００８８】完全な車両衝突回避システムは課題の走査
式光学距離計、イメージプロセッサ、制御装置、運転者
用オーディオ又は視覚情報表示装置及びブレーキアクチ
ュエータデバイスを含んでいる。これらの内、最適シス
テム性能を保証するために走査式光学距離計のみが車両
内に戦略的に定位されるだけでよい。走査式光学距離計
は車両の質量中心への配置を必要とする。これは車外で
は格子の中に取り付けてもよいし、ボンネットに合わせ
て取り付けてもよいし、或いは、車内ではダッシュボー
ドに取り付けてもよいし、屋根の上のバックミラーの領
域に取り付けてもよいが、どちらの場合でも適切なスタ
イル修正が為される。特定の車両のための最適位置は高
度、垂直視界、及び坂勾配変数が考慮される模型製作演
習から決定され得る。

【００８９】イメージプロセッサ及び制御装置は電子回
路ユニットであり、基本的には適切な入力／出力ポート
を有するコンピュータである。これらは、適切な修正を
有する車両設計の中の所定位置に既にあるコンピュータ
に集積することが出来る。運転者の情報は、既存のダッ
シュボード運転者用表示装置に集積されているデバイス
によると、音声、映像、或いはその両方であり得る。ブ
レーキアクチュエータは、ロック防止制動システムのた
めに現在所定位置にあるブレーキアクチュエータであり
得る。

【００９０】本明細書に記載されている走査式光学距離
計は又、運転者ステーション又は他の場所においてＣＲ
Ｔ或いは平坦パネル表示装置に表示され得るイメージを
生じるように修正することが出来る。米国特許第４、５
３８、１８１号の様式によると、赤外イメージをどちら
かの或いは両方のチャンネルで実施することが出来る。
後者の場合、左及び右目のためのラスタ表示において交
互視界を用いることにより立体的イメージ表示を提供す
ることが出来る。これは、シャッター付きＬＣＤ観察眼
鏡又は同様の技術を用いて達成することが出来る。この
受動ＩＲステレオＴＶシステムは、検出器及び検出器冷
却法の選択に応じて、３−５ミクロン又は８−１２ミク
ロン帯域において作動し得た。

【００９１】上記の受動ＩＲイメージは２つのチャンネ
ルの一方に採用することが出来、距離計と同時に存在し
得た。これは、二色性ビームスプリッタを光学経路の合
成ミラー３４と合成ミラー３４の光線Ｂが存在する側に
ある折り目ミラー３２ａの前の領域に挿入することによ
り達成される。イメージ面３６におけるイメージに対し
て同一焦点距離の近くにある中間イメージが二色性スプ
リッターの直後に形成され、スプライト（ＳＰＲＩＴ
Ｅ）等のＴＤＩ検出器上で焦点を結ぶ。

【００９２】距離測定機能に対して採用されているレー
ザを用いる形像化は、データを適切に処理して、より遠
隔のより高い反射率の標的から受けた信号強度に対する
標的反射率の差を処理することによっても可能である。

【００９３】特定の状況の下では、前記のように、垂直
視界の走査には垂直視界の第二寸法を含む更に複雑な検
出器アレイが好ましい。この方法に対する制限要因は、
斯かる検出器アレイのコストの増大と入手可能性の限定
であり、より重要なことには、大きな収差が生じること
なく形像され得る視界のサイズに対する制限要因であ
る。これらの制限要因は又、距離分解能を損ない得る。

【００９４】都合の良いことには、垂直ミラーは、適切
に構成されると、その工程を変更するように制御し得
る。これは、運転者によって選択可能か、或いは道路又
は交通状態がシステム性能の改善への変化を示す時に
は、自動的となるのが好ましい。

【００９５】本明細書に記載されている走査式光学距離
計は又、車両衝突回避以外の分野における応用も有す
る。多数のユニットを混雑した交差点にあるいは交通渋
滞地域に一時的に定位されるインテリジェント交通制御
装置に構成することが出来る。交差点に永久的に設置す
る場合に３６０°の方位角を且つ４５°の高度を網羅す
るように多数のデバイスを集積することも出来る。

【００９６】交通制御装置は３６０°の方位角を且つ４
５°の高度を網羅するように現れるイメージを分析しな
ければならないため、極端に多数の画素が発生する。更
に、これらのイメージは時間的に変化する。これらの事
実が合成されて莫大なデータ処理タスクが生じる。計算
タスクは現場の制御装置と一体的に定位され得る高度な
コンピュータの能力内にあり得る。或いは、データは圧
縮され、無線送信或いはファイバオプチックラインを経
由して中央メインフレームコンピュータ部所に送信する
ことが出来る。この中央計算部所はデータを処理し、交
通整理についての決定を行い、これらをこの部所に戻
し、そこからこのデータが発生される。スーパーコンピ
ュータ或いはコンピュータのバンクを用いると、多数の
部所或いは町や市にわたる交通整理が可能となろう。任
意の設置部所における実時間の形像は指令センタ又は警
察署においてオペレータによる選択可能且つ監視可能と
なる。

【００９７】効果的な交通整理システムは１つの視界内
の多数の標的を迅速に分析することができなければなら
ないことが了解されよう。本発明に係る走査式光学距離
計は斯かる処理条件を許容できるため都合がよい。車
両、歩行者及び他の標的についての情報は、画素マップ
に蓄積され、交差点において各方向の交通量の有意な評
価を行うのに充分高速で分析され得る。

【００９８】システムがコンピュータを組み込んでいる
ため、交通制御装置は連続的にその視界内の対象データ
を処理し、交通を停止したり、歩行者の交差を可能にす
る等のことを行うための決定を行うことが出来る。この
システムは、交差方向に交通量が無い時に車両が信号の
所で待機しなければならない場合にかなりの燃料の無駄
を解消し、歩行者が交差している時に自動車運転者に特
別な警告を発生し得る。斯かるシステムは又、交通違反
や、違反者についてのデータ、例えばプレートナンバー
を記録するために形像特性を組み込み得る。

【００９９】走査式光学距離計の他の応用の中には、工
場自動化のロボット及び宇宙や軍事手的な応用が含まれ
る。距離情報は、現在はイメージを採用している“スマ
ートシステム”によって実行されているイメージ処理タ
スクを大幅に簡易化する。多数のイメージから間接的に
距離情報を抽出するのに現在用いられている手順はかな
りの計算時間を必要とするため、この距離決定手順の削
除によってイメージ処理機能の全体の速度が大幅に向上
する。

【０１００】

【発明の効果】以上説明したように、走査式光学距離計
の特に好都合な実施は、円錐形ストリップミラー及び関
連のイメージ形成オプチックに組み合わされた回転ディ
スクスキャナーを採用している。このスキャナーは、１
００％走査効率、高速ポテンシャルを示し、反射性オプ
チックにより作動し、且つ緻密に包装することが出来
る。この光学スキャナの鏡面は走査光学距離計のハウジ
ングと一体的に形成することが出来、走査ディスクドラ
イブは垂直走査ミラーのためのドライブと組み合わされ
ることが出来る。検出器アレイの制御電子回路と共に、
信号処理を閾付け、質量中心定位、及び不要信号排除の
対して信号処理を行うことが出来る。本発明に係る走査
式光学距離計は、小システムサイズ、低システムコス
ト、部品調達容易性、優れたシステム安全性、広い作動
範囲、及び優れたデータ信頼性を有するシステムを提供
する。この走査式光学距離計は衝突回避のために車両に
おいて実施することが出来、又、交通整理やロボット工
学等の応用に用いることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る走査式光学距離計の基本形の動作
原理を示す線図である。

【図２】走査式光学距離計の側断面図である。

【図３】図２の走査式光学距離計の下部レベルの平面図
である。

【図４】図２の走査式光学距離計の上部レベルの平面図
である。

【図５】図４の走査式光学距離計における光線束を示す
線図である。

【図６】ＣＶＲＯＳ光学スキャナの斜視略図である。

【図７】標的定位における従来の距離測定技術を示す線
図である。

【図８】軸を外れた標的のための標的定位における従来
の距離測定技術を示す線図である。

【図９】従来の距離測定技術による角度分解能決定を示
す線図である。

【図１０】従来の距離測定技術による検出器寸法取りを
示す線図である。

【符号の説明】

１０レーザダイオード１４レーザ視準ミラー１８ディンプル２０走査ディスク２２ａ、２２ｂストリップミラー２４ａ、２４ｂ主ミラー２６両面ミラー２８ａ、２８ｂ、３２ａ、３２ｂ折り目ミラー３０ａ、３０ｂ集光ミラー３４ビーム合成ミラー３６イメージ面４０ａ、４０ｂＣＣＤ検出器アレイ４２フィールドレンズ４４リレーレンズ４６ａ、４６ｂ垂直走査ミラー５０固定ミラー５２ハウジング５４ａ、５４ｂ、５５窓５６垂直駆動モータ５８走査ディスク駆動モータ６０駆動モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｎ 1/04 // Ｇ０６Ｔ 7/00 9287−5ＬＧ０６Ｆ 15/62 ４１５

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】走査式距離計において、放射線源、走査素子、上記放射線源からの放射線を上記走査素子に指向するた
めの手段、上記走査素子から反射された放射線を標的に指向するた
めの手段、上記標的からの放射線を複数のチャンネルに沿って上記
走査素子に指向するための手段、及び上記チャンネルの
各々に沿って上記走査素子から反射された放射線を受け
るように構成された検出器を含むことを特徴とする走査
式距離計。
【請求項２】上記走査素子がＣＶＲＯＳスキャナであ
ることを特徴とする請求の範囲２項の走査式距離計。
【請求項３】上記走査素子が多角形状スキャナである
ことを特徴とする請求の範囲１項の走査式距離計。
【請求項４】上記走査素子が複数の振動ミラーである
ことを特徴とする請求の範囲１項の走査式距離計。
【請求項５】視界を垂直に走査するための手段を更に
含むことを特徴とする請求の範囲１項の走査式距離計。
【請求項６】上記垂直走査手段が少なくとも１つの回
転可能ミラーを更に含むことを特徴とする請求の範囲５
項の走査式距離計。
【請求項７】上記垂直走査手段が上記走査式距離計の
ハウジングを平行移動させるための手段を更に含むこと
を特徴とする請求の範囲５項の走査式距離計。
【請求項８】上記放射線源がレーザであることを特徴
とする請求の範囲１項の走査式距離計。
【請求項９】上記レーザがＧａＡｌＡｓレーザダイオ
ードであることを特徴とする請求の範囲８項の走査式距
離計。
【請求項１０】上記放射線源が視界内の各画素を照明
することを特徴とする請求の範囲１項の走査式距離計。
【請求項１１】上記走査式距離計が少なくとも２つの
光学レンズを有することを特徴とする請求の範囲１項の
走査式距離計。
【請求項１２】上記標的からの放射線を指向するため
の上記手段が放射線を２つのチャンネルに沿って指向す
ることを特徴とする請求の範囲１項の走査式距離計。
【請求項１３】上記放射線源から上記標的に指向され
た放射線が上記標的から上記検出器に指向された放射線
として同じチャンネルの１つに沿って進行することを特
徴とする請求の範囲１２項の走査式距離計。
【請求項１４】上記チャンネルの各々に沿って上記走
査式素子から反射された放射線を受けるように構成され
た上記検出器が更に単一素子検出器及び検出器アレイを
含むことを特徴とする請求の範囲１項の走査式距離計。
【請求項１５】上記放射線源からの放射線を指向する
ための上記手段が更に少なくとも１つのミラーを含むこ
とを特徴とする請求の範囲１項の走査式距離計。
【請求項１６】上記走査素子から反射された放射線を
指向するための上記手段が更に少なくとも１つのミラー
を含むことを特徴とする請求の範囲１項の走査式距離
計。
【請求項１７】上記標的からの放射線を指向するため
の上記手段が更に少なくとも１つのミラーを含むことを
特徴とする請求の範囲１項の走査式距離計。
【請求項１８】上記少なくとも１つのミラーが上記走
査式距離計のハウジングと一体的に形成されていること
を特徴とする請求の範囲１５、１６又は１７項のどれか
１項の走査式距離計。
【請求項１９】上記検出器からの信号から標的距離及
び横方向位置を決定するための信号プロセッサを更に含
むことを特徴とする請求の範囲１項の走査式距離計。
【請求項２０】上記検出器からの信号から標的反射率
を決定するための信号プロセッサを更に含むことを特徴
とする請求の範囲１９項の走査式距離計。
【請求項２１】標的形像のための信号プロセッサを更
に含むことを特徴とする請求の範囲１９項の走査式距離
計。
【請求項２２】上記検出器からの信号から信号閾値を
確立するための且つ上記検出器から異質信号を排除する
ための信号プロセッサを更に含むことを特徴とする請求
の範囲１項の走査式距離計。
【請求項２３】上記検出器上への質量中心定位のため
の信号プロセッサを更に含むことを特徴とする請求の範
囲１項の走査式距離計。
【請求項２４】光学スキャナにおいて、光源、その平坦表面上の走査素子の円形アレイを含む回転走査
ディスク、上記光源からの光を上記走査素子に指向するための手
段、上記走査素子から反射された光を標的に指向するための
手段、上記標的からの光を複数のチャンネルに沿って上記走査
素子に指向するための手段、及び上記走査素子から反射
された光を上記チャンネルの各々に沿って受けるように
構成された検出器を含むことを特徴とする光学スキャ
ナ。
【請求項２５】視界を垂直に走査するための手段を更
に含むことを特徴とする請求の範囲２４項の光学スキャ
ナ。
【請求項２６】上記垂直走査手段が更に少なくとも１
つの回転可能ミラーを含むことを特徴とする請求の範囲
２５項の光学スキャナ。
【請求項２７】上記垂直走査手段が更に上記光学スキ
ャナのハウジングを平行移動させるための手段を含むこ
とを特徴とする請求の範囲２５項の光学スキャナ。
【請求項２８】上記光源がレーザであることを特徴と
する請求の範囲２４項の光学スキャナ。
【請求項２９】上記レーザがＧａＡｌＡｓレーザダイ
オードであることを特徴とする請求の範囲２８項の光学
スキャナ。
【請求項３０】上記光源が視界内の各画素を照明する
ことを特徴とする請求の範囲２４項の光学スキャナ。
【請求項３１】上記光学スキャナが少なくとも２つの
光学レベルを有することを特徴とする請求の範囲２４項
の光学スキャナ。
【請求項３２】上記標的からの光を指向するための上
記手段が光を２つのチャンネルに沿って指向することを
特徴とする請求の範囲２４項の光学スキャナ。
【請求項３３】上記光源から上記標的に指向された光
が上記標的から上記検出器に指向された光として同じチ
ャンネルの１つに沿って進行することを特徴とする請求
の範囲３２項の光学スキャナ。
【請求項３４】上記チャンネルの各々に沿って上記走
査式素子から反射された光を受けるように構成された上
記検出器が更に単一素子検出器及び検出器アレイを含む
ことを特徴とする請求の範囲２４項の光学スキャナ。
【請求項３５】上記光源からの光を指向するための上
記手段が更に少なくとも１つのミラーを含むことを特徴
とする請求の範囲２４項の光学スキャナ。
【請求項３６】上記走査素子から反射された光を指向
するための上記手段が更に少なくとも１つのミラーを含
むことを特徴とする請求の範囲２４項の光学スキャナ。
【請求項３７】上記標的からの光を指向するための上
記手段が更に少なくとも１つのミラーを含むことを特徴
とする請求の範囲２４項の光学スキャナ。
【請求項３８】上記少なくとも１つのミラーが上記光
学スキャナのハウジングと一体的に形成されていること
を特徴とする請求の範囲３５、３６又は３７項のどれか
１項の光学スキャナ。
【請求項３９】上記検出器からの信号から標的距離及
び横方向位置を決定するための信号プロセッサを更に含
むことを特徴とする請求の範囲２４項の光学スキャナ。
【請求項４０】上記検出器からの信号から標的反射率
を決定するための信号プロセッサを更に含むことを特徴
とする請求の範囲３９項の光学スキャナ。
【請求項４１】標的形像のための信号プロセッサを更
に含むことを特徴とする請求の範囲３９項の光学スキャ
ナ。
【請求項４２】上記検出器からの信号から信号閾値を
確立するための且つ上記検出器から異質信号を排除する
ための信号プロセッサを更に含むことを特徴とする請求
の範囲２０項の光学スキャナ。
【請求項４３】上記検出器上の重心定位のための信号
プロセッサを更に含むことを特徴とする請求の範囲２４
項の光学スキャナ。
【請求項４４】衝突回避システムにおいて、光源、その平坦表面上の走査素子の円形アレイを含む回転走査
ディスク、上記光源からの光を上記走査素子に指向するための手
段、上記走査素子から反射された放射線を上記走査素子に指
向するための手段、上記標的からの放射線を複数のチャンネルに沿って上記
走査素子に指向するための手段、及び上記走査素子から
反射された放射線を上記チャンネルの各々に沿って受け
るように構成された検出器を含み上記光源、上記回転走
査ディスク、上記光源からの光を指向するための上記手
段、上記おうリフレクタから反射された光を指向するた
めの上記手段、上記標的からの光を指向するための上記
手段及び上記検出器が車両の中に取り付けられることを
特徴とする衝突回避システム。
【請求項４５】視界を垂直に走査するための手段を更
に含むことを特徴とする請求の範囲４４項の衝突回避シ
ステム。
【請求項４６】上記垂直走査手段が更に少なくとも１
つの回転可能ミラーを含むことを特徴とする請求の範囲
４５項の衝突回避システム。
【請求項４７】上記垂直走査手段が更に上記衝突回避
システムのハウジングを並進させるための手段を含むこ
とを特徴とする請求の範囲４５項の衝突回避システム。
【請求項４８】上記光源がレーザであることを特徴と
する請求の範囲４４項の衝突回避システム。
【請求項４９】上記レーザがＧａＡｌＡｓレーザダイ
オードであることを特徴とする請求の範囲４８項の衝突
回避システム。
【請求項５０】上記衝突回避システムが少なくとも２
つの光学レベルを有することを特徴とする請求の範囲４
４項の衝突回避システム。
【請求項５１】上記標的からの光を指向するための上
記手段が光を２つのチャンネルに沿って指向することを
特徴とする請求の範囲４４項の衝突回避システム。
【請求項５２】上記光源から上記標的に指向された光
が上記標的から上記検出器に指向された光として同じチ
ャンネルの１つに沿って進行することを特徴とする請求
の範囲５１項の衝突回避システム。
【請求項５３】上記チャンネルの各々に沿って上記走
査式素子から反射された光を受けるように構成された上
記検出器が更に単一素子検出器及び検出器アレイを含む
ことを特徴とする請求の範囲４４項の衝突回避システ
ム。
【請求項５４】上記光源からの光を指向するための上
記手段が更に少なくとも１つのミラーを含むことを特徴
とする請求の範囲４４項の衝突回避システム。
【請求項５５】上記走査素子から反射された光を指向
するための上記手段が更に少なくとも１つのミラーを含
むことを特徴とする請求の範囲４４項の衝突回避システ
ム。
【請求項５６】上記標的からの光を指向するための上
記手段が更に少なくとも１つのミラーを含むことを特徴
とする請求の範囲４４項の衝突回避システム。
【請求項５７】上記少なくとも１つのミラーが上記衝
突回避システムのハウジングと一体的に形成されている
ことを特徴とする請求の範囲５４、５５又は５６項のど
れか１項の衝突回避システム。
【請求項５８】上記検出器からの信号から標的距離及
び横方向位置を決定するための信号プロセッサを更に含
むことを特徴とする請求の範囲４４項の衝突回避システ
ム。
【請求項５９】上記検出器からの信号から標的反射率
を決定するための信号プロセッサを更に含むことを特徴
とする請求の範囲５８項の衝突回避システム。
【請求項６０】標的形像のための信号プロセッサを更
に含むことを特徴とする請求の範囲５８項の衝突回避シ
ステム。
【請求項６１】上記検出器からの信号から信号閾値を
確立するための且つ上記検出器から異質信号を排除する
ための信号プロセッサを更に含むことを特徴とする請求
の範囲４４項の衝突回避システム。
【請求項６２】上記検出器上の重心定位のための信号
プロセッサを更に含むことを特徴とする請求の範囲４４
項の衝突回避システム。
【請求項６３】上記検出器からの情報が情報車両中の
コンピュータによって処理されることを特徴とする請求
の範囲５９、６０、６１又は６２項のどれか１項の衝突
回避システム。
【請求項６４】光を標的に指向するための上記手段及
び上記標的からの光を指向するための上記手段が上記車
両の中心線に取り付けられることを特徴とする請求の範
囲４４項の衝突回避システム。
【請求項６５】光学走査の方法において、光源からの光を回転走査ディスク上の凹リフレクタに指
向する段階、上記凹リフレクタから反射された光を標的に指向する段
階、上記標的からの光を複数のチャンネルに沿って上記走査
ディスク上の走査素子に指向する段階、及び上記走査素
子から上記チャンネルの各々に沿って反射された光を検
出する段階を含むことを特徴とする方法。
【請求項６６】視界を垂直に走査する段階を更に含む
ことを特徴とする請求項６５の光学走査の方法。
【請求項６７】上記光源としてレーザを供給する段階
を更に含むことを特徴とする請求項６５の光学走査の方
法。
【請求項６８】上記標的からの光を少なくとも２つの
光学レベルに沿って指向する段階を更に含むことを特徴
とする請求項６５の光学走査の方法。
【請求項６９】上記標的からの光を２つのチャンネル
に沿って指向する段階を更に含むことを特徴とする請求
項６５の光学走査の方法。
【請求項７０】上記光源からの光を上記標的に且つ上
記標的からの少なくともある量の光を同じチャンネルに
沿って指向する段階を更に含むことを特徴とする請求項
６９の光学走査の方法。
【請求項７１】ハウジングに一体的に形成されたミラ
ーを用いて光を指向する段階を更に含むことを特徴とす
る請求項６５の光学走査の方法。
【請求項７２】上記標的の距離及び横方向位置を決定
する段階を更に含むことを特徴とする請求項６５の光学
走査の方法。
【請求項７３】上記標的の反射率を決定する段階を更
に含むことを特徴とする請求項７２の光学走査の方法。
【請求項７４】上記標的を形像する段階を更に含むこ
とを特徴とする請求項７２の光学走査の方法。
【請求項７５】上記標的から反射された光の質量中心
を定位する段階を更に含むことを特徴とする請求項６５
の光学走査の方法。
【請求項７６】上記の検出された光からの情報を車両
中のコンピュータによって処理する段階を更に含むこと
を特徴とする請求項７２、７３、７４又は７５のどれか
１項の光学走査の方法。