JPH1062550A - 車載用レーザレーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光を照射してから反射体に反射されて
受光するまでの時間と反射光の入射角度とを同時に得る
ことができる車載用レーザレーダ装置を安価に提供す
る。 【解決手段】 複数の受光素子によって構成され、各受
光素子の出力信号を個別に出力する第１の端子と、各受
光素子の出力信号を加算した信号を出力する第２の端子
とを有した受光手段２４と、第１の端子からの各出力信
号を受信し、この受信信号に基づいて反射体の角度を検
出する角度検出手段２５と、第２の端子からの出力信号
を受信し、この受信信号に基づいて反射体までの距離を
検出する距離検出手段３とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトダイオード
アレイを用いた車載用レーザレーダ装置に関し、特にパ
ルスレーザ光を用いて反射体までの距離および反射体の
光軸に対する角度を測定する車載用レーザレーダ装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、このようなレーザレーダ装置に
は、レーザ光の受光に一素子のフォトダイオードを用い
るものと、複数素子のフォトダイオードによって構成さ
れたフォトダイオードアレイを用いるものとの２種類の
レーザレーダ装置がある。図５は従来の一素子のフォト
ダイオードを用いたレーザレーダ装置を示す説明図であ
る。

【０００３】同図において、レーザダイオード３１から
発光されたレーザ光（照射光）１１は、成形レンズ３２
を介してビーム形状に成形されてからミラー３５に照射
されるとともにミラー３５によって反射される。このと
き、ミラー３５はモータ３６によって回動されるため、
照射光１１は所定領域内を照射しながらスキャンする。
そして、照射光１１は所定領域内にある車両などの反射
体によってミラー３５へ反射され、この反射光２１は集
光レンズ３４を介してフォトダイオード３３に焦点が結
ばれる。

【０００４】このように、一素子のフォトダイオードを
用いるレーザレーダ装置は、ミラー駆動用のモータを搭
載し、このモータを回動させることによって照射光のス
キャンを行っている。そのため、装置が大型化し、その
構造が複雑になるという問題点がある。また、レーザレ
ーダ装置に使用されるモータは、ガルバノモータ等の高
価なモータを使用する必要があり、製造コストを上昇さ
せる原因となっている。

【０００５】次に、図６は特開平７−１９１１４８号公
報に記載されているフォトダイオードアレイを用いたレ
ーザレーダ装置を示す説明図である。同図において、送
光部１２はビーム（照射光）１１を所望の全照射領域内
に一括して照射する。そして、この照射光１１は反射体
などで反射され、反射光２１としてレンズ２６を介して
受光部２４に照射される。なお、この受光部２４は数十
個程度（例えば、３０個）の複数の受光素子によって構
成されており、各受光素子の出力はそれぞれ個別に受光
素子出力選択部２７へ送信される。なお、３０個の受光
素子を用いると視野角は約０．５゜となる。

【０００６】受光素子出力選択部２７は組合せ決定部７
によって駆動が制御され、受光素子２４からの出力を加
算部２８へ送信する。そして、この信号は、加算部２８
で加算されてから増幅部２９で増幅された後、距離・方
向検出部５へ送信される。距離・方向検出部５は受信し
た信号に基づいて反射体までの距離および方向を検出し
て広角レーザレーダ制御部６へ送信する。なお、広角レ
ーザレーダ制御部６には、各種のセンサ８（例えば、車
速センサ，ステアリング角センサ，ナビゲーション装
置，画像処理装置，天候センサなど）が接続されてお
り、これらのセンサの出力に応じて組合せ決定部７の駆
動制御を行っている。

【０００７】このように、従来の複数のフォトダイオー
ドを使用するレーザレーダ装置は、受光素子に対して新
たに加算部を取り付け、その出力信号を距離・方向検出
部へ送信することにより反射体までの距離および方向の
検出を行っていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
レーザレーダ装置においては、一素子のフォトダイオー
ドを用いるものは高価なモータが必要であり、また複数
のフォトダイオードを用いるものは受光素子に新たに加
算部を取り付ける必要があった。その結果、いずれも装
置の大形化、構造の複雑化等の問題点があった。本発明
はこのような課題を解決するためのものであり、レーザ
光を照射してから反射体に反射されて受光するまでの時
間と反射光の入射角度とを同時に得ることができる車載
用レーザレーダ装置を安価に提供することを目的として
いる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による車載用レーザレーダ装置は、複
数の受光素子によって構成され、各受光素子の出力信号
を個別に出力する第１の端子と、各受光素子の出力信号
を加算した信号を出力する第２の端子とを有した受光手
段と、第１の端子からの各出力信号を受信し、この受信
信号に基づいて反射体の角度を検出する角度検出手段
と、第２の端子からの出力信号を受信し、この受信信号
に基づいて反射体までの距離を検出する距離検出手段と
を備えている。また、本発明による車載用レーザレーダ
は、パルスレーザ光を出力する半導体レーザダイオード
と、パルスレーザ光を反射する反射鏡と、反射鏡を回転
させるモータと、パルスレーザ光の軌跡を成形するレン
ズとを有した送光手段を備えている。このように構成す
ることにより、本発明は、新たに加算部を設けることな
く距離検出のための信号と角度検出のための信号とを同
時に得ることができる。また、複数のパルスレーザを照
射することによって所定領域を複数に分割してスキャン
することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の詳細について図面
を参照して説明する。図１は本発明の一つの実施の形態
を示したブロック図である。同図において、本発明に係
るレーザレーダ装置は、所望の照射領域内にパルスレー
ザ光（照射光）１１を水平方向に所定角度毎に照射する
送光系１と、前方を走行する車両などの反射体によって
反射された反射光２１を受光し反射体の角度を検出する
受光系２と、送光系１および受光系２の出力に基づいて
反射体までの距離を検出する距離検出部３と、送光系１
および受光系２および距離検出部３の駆動を制御する装
置制御部４とによって構成されている。

【００１１】送光系１は、例えば±１０゜の照射角度に
亘ってパルスレーザ光を照射できるように５００個の送
光素子によって構成された送光部１２と、これら送光素
子を順次図の矢印に従って発光するように送光部１２を
制御する送光制御部１３とから構成されている。

【００１２】受光系２は、前方の反射体によって反射さ
れた反射光２１を集光するフレネルレンズ２２および非
球面レンズ２３と、例えば５００個の受光素子が一列に
配置され非球面レンズ２３によって集光された反射光２
１を受光し受光手段を構成するフォトダイオードアレイ
２４と、このフォトダイオードアレイ２４の出力を受信
して角度を検出する角度検出部２５とによって構成され
ている。なお、前記送光素子，受光素子の個数は、所望
の角度分解能に応じて任意に設定することができる。

【００１３】距離検出部３は、送光部１２の出力とフォ
トダイオードアレイ２４の出力とを受信し、受信した出
力に基づいて反射体までの距離を検出して装置制御部４
へ送信する。装置制御部４は、システム制御を行い、例
えば送光制御部１３において１フレームレート（１００
ｍｓｅｃ）で±１０゜を５００等分するタイミング制御
を行っている。

【００１４】ここで、図７は送光部１２の詳細な構造を
示す断面図である。同図において、送光部１２はパルス
レーザ光を出力する半導体レーザダイオード１２ａと、
このパルスレーザ光を集光して平行光に成形するコリメ
ータレンズ１２ｂと、成形されたパルスレーザ光を反射
する表面反射鏡１２ｃと、表面反射鏡１２ｃを回転させ
るモータ１２ｄと、反射されたパルスレーザ光の軌跡を
成形するシリンドリカルレンズ１２ｅとで構成されてい
る。そして、成形されたパルスレーザ１２ｆは窓１２ｇ
を透過して外部へ照射される。

【００１５】図８は表面反射鏡１２ｃを示す斜視図であ
る。この表面反射鏡１２ｃの形状は、同図のように円柱
を所定角度で切りとったような形をし、上面には反射鏡
が形成され底面にはモータ１２ｄの回転軸が接続されて
回動可能である。すなわち、モータ１２ｄを回転させる
ことによってその駆動力によって表面反射鏡１２ｃは回
転する。そして、回転角度を調整することによってパル
スレーザ光１２ｆの反射角度を任意に変化させることが
できる。例えば、５００パルス／フレームでパルスレー
ザ光を照射した場合、このパルスレーザ光１２ｆの形状
は縦に細長い形状となり、そのビーム幅は±１．５゜と
極めて小さくなる。

【００１６】このように、複数のパルスレーザ光を用い
てスキャンを行うことによって横分解能が向上し、小型
で複数の物体を認識することができる。なお、表面反射
鏡１２ｃによって反射されたパルスレーザ光１２ｆは、
モータ１２ｄによって回転させながらスキャンが行われ
るため、図９のように軌跡１２ｈは弧を描いてしまう。
そのため、図１０のようにシリンドリカルレンズ１２ｅ
を用いて軌跡を左右方向に一直線となるように成形する
必要がある。

【００１７】次に、受光系２について図２，３を用いて
詳細に説明する。図２（ａ），（ｂ）は受信光学系を構
成するフレネルレンズ２２と非球面レンズ２３と５００
個の受光素子を有したフォトダイオードアレイ２４とを
示す説明図である。

【００１８】図２（ａ）より、フレネルレンズ２２に入
射した反射光２１は、入射した角度に応じて非球面レン
ズ２３を介してフォトダイオードアレイ２４の対応した
位置に照射される。すなわち、入射した反射光２１は、
図２（ｂ）のように、入射した角度に応じて所定の一つ
の受光素子２４ａに対して照射される。なお、反射光２
１の入射角度が変化しても、フレネルレンズ２２および
非球面レンズ２３によって調整することによってフォト
ダイオードアレイ２４に対して正しく照射されることが
できる。また、図２（ａ），（ｂ）における反射光２１
の光路はそれぞれ一つの実施の形態を示したものに過ぎ
ず、正確なものであるとは限らない。

【００１９】図３は図１に係るフォトダイオードアレイ
２４の詳細な構造を示す回路図である。同図において、
フォトダイオードアレイ２４を構成する受光素子２４ａ
の各アノードは、角度検出部２５における前記受光素子
２４ａと同数の入力端子に対して一対一に接続されてい
る。そして、角度検出部２５はフォトダイオードアレイ
２４の出力を図示しないラッチ回路によって保持し、所
定のタイミングで読み出すように構成されている。

【００２０】また、全受光素子２４ａのアノードにはそ
れぞれダイオード４１のアノードが直列接続されてお
り、ダイオード４１のカソードは共通接続されて距離検
出部３の入力端子に接続されている。すなわち、全ダイ
オード４１のカソードからの出力は加算されてから距離
検出部３の入力端子へ送信されている。なお、距離検出
部３の入力端子は抵抗４２を介して接地されている。こ
のように、本発明は、各受光素子２４ａにダイオード４
１を接続することによってフォトダイオードアレイ２４
を形成し、距離検出のための信号と角度検出のための信
号とを同時に得ることができる。

【００２１】次に、受光系２における受光信号の処理に
ついて図を用いて説明する。図４（ａ）は図３に係る受
光系２の一つの実施の形態を簡略して記載したブロック
図である。同図において、距離検出部３は送光部１２か
ら供給された信号（発光信号）をトリガとして図示しな
いカウンタを動作させ、その後フォトダイオードアレイ
２４から供給される信号（受光信号）に応じてこのカウ
ンタの動作を停止させる。

【００２２】すなわち、距離検出部３は送光部１２が照
射光１１を照射してから、フォトダイオードアレイ２４
が反射光２１を受光するまでの時間をカウントすること
ができる。その結果、このカウンタ値に基づいて照射光
が照射されてから反射光が受光されるまでの時間を算出
することができるとともに、この時間から反射体までの
距離を求めることができる。また、この方法を用いると
非常に短時間で反射体までの距離を求めることができ
る。

【００２３】図４（ｂ）は図３に係る受光系２のその他
の実施の形態を示すブロック図であり、図４（ａ）に係
る受光系２に制御部を備えたものである。同図におい
て、距離検出は図４（ａ）と同様に実施される。さて、
照射光１１を用いてスキャンを行った場合、フォトダイ
オードアレイ２４は同時に全てが使用されているわけで
はない。

【００２４】そこで、制御部２５ａの信号線を角度検出
部２５の各ブロックに接続し、角度検出部２５を介して
フォトダイオードアレイ２４をブロック単位で制御すれ
ばよい。すなわち、角度検出部２５は照射光１１のスキ
ャン方向に従って反射光２１の受光に必要なブロックだ
けを順次動作させる。その結果、全フォトダイオードの
信号を一括して処理した場合と比べ、このようにブロッ
ク毎に制御した方が周辺回路の大型化を防ぐことができ
る。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、複数の
受光素子によって構成され、各受光素子の出力信号を個
別に出力する第１の端子と各受光素子の出力信号を加算
した信号を出力する第２の端子とを有した受光手段とを
備えることにより、新たに加算部を設けることなく距離
検出のための信号と角度検出のための信号とを同時に得
ることができる。その結果、装置の構造が単純化および
小型化し、装置を安価に製造することができる。また、
複数のパルスレーザ光を出力する送光手段を用いること
により、所定領域内を複数に分割してスキャンすること
ができるため、横方向の分解能が向上し小型で複数の物
体の認識も行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一つの実施の形態を示すブロック図
である。

【図２】 図１に係る受信光学系を示す説明図である。

【図３】 図１に係るフォトダイオードアレイ２４を示
す回路図である。

【図４】 図１に係る角度検出部２５を示すブロックで
ある。

【図５】 従来における一素子のフォトダイオードを用
いたレーザレーダ装置を示す説明図である。

【図６】 従来における複数素子のフォトダイオードを
用いたレーザレーダ装置を示すブロック図である。

【図７】 図１に係る送光部１２を示す断面図である。

【図８】 図７を係る表面反射鏡１２ｃを示す斜視図で
ある。

【図９】 シリンドリカルレンズ１２ｅを用いないとき
のパルスレーザの軌跡を示す説明である。

【図１０】 シリンドリカルレンズ１２ｅを用いたとき
のパルスレーザの軌跡を示す説明図である。

【符号の説明】 １…送光系、２…受光系、３…距離検出部、４…装置制
御部、１１…照射光、１２…送光部、１３…送光制御
部、２１…反射光、２２…フレネルレンズ、２３…非球
面レンズ、２４…フォトダイオードアレイ、２５…角度
検出部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を照射対象である所望の領域に
   照射する送光系と、この照射光の反射体による反射光を
   受光する受光系とを備えた車載用レーザレーダ装置にお
   いて、 複数の受光素子によって構成され、各受光素子の出力信
   号を個別に出力する第１の端子と、各受光素子の出力信
   号を加算した信号を出力する第２の端子とを有した受光
   手段と、 第１の端子からの各出力信号を受信し、この受信信号に
   基づいて反射体の角度を検出する角度検出手段と、 第２の端子からの出力信号を受信し、この受信信号に基
   づいて反射体までの距離を検出する距離検出手段とを備
   えたことを特徴とする車載用レーザレーダ装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 パルスレーザ光を出力する半導体レーザダイオードと、
   パルスレーザ光を反射する反射鏡と、反射鏡を回転させ
   るモータと、パルスレーザ光の軌跡を成形するレンズと
   を有した送光手段を備え、所望個数のパルスレーザ光を
   照射して被写体をスキャンすることを特徴とする車載用
   レーザレーダ装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、 受光手段は、 複数のフォトダイオードとこれらのフォトダイオードに
   直列接続された複数のダイオードとによって構成され、 ダイオードが接続された側の各フォトダイオードの一端
   はそれぞれ第１の端子を形成し、 各ダイオードの第１の端子とは反対側の他端は、それぞ
   れ共通接続されて第２の端子を形成していることを特徴
   とする車載用レーザレーダ装置。
4. 【請求項４】 請求項１において、 受光手段を構成する複数の受光素子を所定数のブロック
   に分割し、前記スキャンに同期して受光素子をブロック
   単位で制御する制御手段を備えていることを特徴とする
   車載用レーザレーダ装置。
5. 【請求項５】 請求項１において、 送光系は、レーザ光の照射とともに発光信号を送信し、 受光系は、このレーザ光による反射光を受光すると受光
   信号を送信し、 距離検出手段は、カウンタを備え、受信した発光信号を
   トリガとしてこのカウンタを動作させ、受信した受光信
   号をトリガとしてカウンタの動作を停止させてカウンタ
   値を求め、このカウンタ値に基づいてレーザ光の照射か
   ら反射光を受光するまでの時間を算出するとともに反射
   体までの距離を算出することを特徴とする車載用レーザ
   レーダ装置。