WO2019239552A1

WO2019239552A1 - レーザレーダ装置

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Publication number: WO2019239552A1
Application number: PCT/JP2018/022771
Authority: WO
Inventors: 勝治今城; 柳澤　隆行
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2018-06-14
Filing date: 2018-06-14
Publication date: 2019-12-19
Also published as: JPWO2019239552A1; JP6537747B1

Abstract

送信信号の振幅の値を示す信号値が第１の閾値以上である期間中、送信信号の信号値を繰り返しサンプリングする第１のサンプリング部（１２）と、受信信号の振幅の値を示す信号値が第２の閾値以上である期間中、受信信号の信号値を繰り返しサンプリングする第２のサンプリング部（１５）とを設けている。そして、相関値算出部（１８）が、第１のサンプリング部（１２）によりサンプリングされた複数の信号値と、第２のサンプリング部（１５）によりサンプリングされた複数の信号値との相関値を算出する。また、距離算出部（２２）が、相関値が第３の閾値以上であるとき、光照射部（４）から送信光が照射された時刻と、反射光受信部（８）により反射光が受信された時刻との時刻差から、測距対象物までの距離を算出するように、レーザレーダ装置を構成した。

Description

レーザレーダ装置

　この発明は、測距対象物までの距離を算出するレーザレーダ装置に関するものである。

　以下の特許文献１には、検出対象の物体までの距離を算出する物体検出装置が開示されている。
　特許文献１に開示されている物体検出装置は、送信機から出力された送信パターン信号と受信機の出力信号との相互相関値を算出し、相互相関値を用いて、検出対象の物体までの距離を算出している。

特開２０１４－２３２０６９号公報

　特許文献１に開示されている物体検出装置は、受信機の出力信号が検出対象の物体の反射光であるか否かにかかわらず、常に相互相関値の算出処理を実施している。
　即ち、特許文献１に開示されている物体検出装置は、受信機の出力信号が外乱光である場合など、本来、相互相関値を算出する必要がない場合でも、相互相関値の算出処理を実施している。
　したがって、特許文献１に開示されている物体検出装置は、相互相関値の算出処理負荷が大きいという課題があった。

　この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、相関値の算出処理の実施及び距離の算出処理の実施をそれぞれ制限することができるレーザレーダ装置を得ることを目的とする。

　この発明に係るレーザレーダ装置は、時間の経過に伴って振幅が変化する送信信号を生成する送信信号生成部と、送信信号を送信光に変換し、送信光を測距対象物に向けて照射する光照射部と、測距対象物によって反射された送信光を反射光として受信し、反射光の受信信号を出力する反射光受信部と、送信信号の振幅の値を示す信号値が第１の閾値以上である期間中、送信信号の信号値を繰り返しサンプリングする第１のサンプリング部と、受信信号の振幅の値を示す信号値が第２の閾値以上である期間中、受信信号の信号値を繰り返しサンプリングする第２のサンプリング部と、第１のサンプリング部によりサンプリングされた複数の信号値と、第２のサンプリング部によりサンプリングされた複数の信号値との相関値を算出する相関値算出部と、相関値が第３の閾値以上であるとき、光照射部から送信光が照射された時刻と、反射光受信部により反射光が受信された時刻との時刻差から、測距対象物までの距離を算出する距離算出部とを備えるようにしたものである。

　この発明によれば、送信信号の振幅の値を示す信号値が第１の閾値以上である期間中、送信信号の信号値を繰り返しサンプリングする第１のサンプリング部と、受信信号の振幅の値を示す信号値が第２の閾値以上である期間中、受信信号の信号値を繰り返しサンプリングする第２のサンプリング部とを設け、相関値算出部が、第１のサンプリング部によりサンプリングされた複数の信号値と、第２のサンプリング部によりサンプリングされた複数の信号値との相関値を算出し、距離算出部が、相関値が第３の閾値以上であるとき、光照射部から送信光が照射された時刻と、反射光受信部により反射光が受信された時刻との時刻差から、測距対象物までの距離を算出するように、レーザレーダ装置を構成した。したがって、この発明に係るレーザレーダ装置は、相関値の算出処理の実施及び距離の算出処理の実施をそれぞれ制限することができる。

実施の形態１によるレーザレーダ装置を示す構成図である。図１に示すレーザレーダ装置におけるそれぞれの構成要素から出力される信号の波形を示す説明図である。図３Ａは、Ａ／Ｄ変換器１４による信号値ｓ_Ｔｘ，ｎのサンプリングを示す説明図、図３Ｂは、受信アンテナ９により受信された反射光Ｒ_Ｌが測定対象物に反射された送信光Ｔ_ＬであるときのＡ／Ｄ変換器１７による信号値ｓ_Ｒｘ，ｍのサンプリングを示す説明図、図３Ｃは、受信アンテナ９により受信された反射光Ｒ_Ｌが外乱光であるときのＡ／Ｄ変換器１７による信号値ｓ_Ｒｘ，ｍのサンプリングを示す説明図である。実施の形態２によるレーザレーダ装置を示す構成図である。信号値ｓ_Ｔｘ，ｎと閾値Ｔｈ_ａ～Ｔｈ_ｄとデジタル値Ｄ_Ｔｘ，ｎとの関係を示す説明図である。多値コンパレータ３１が入出力する信号の一例を示す説明図である。実施の形態３によるレーザレーダ装置を示す構成図である。相関値算出部１８の内部を示す構成図である。

　以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
　図１において、送信信号生成部１は、クロック源２及びパターン生成部３を備えている。
　送信信号生成部１は、時間の経過に伴って振幅が変化する送信信号を生成して、送信信号を光照射部４及び第１のサンプリング部１２のそれぞれに出力する。
　クロック源２は、クロック信号を発振し、クロック信号をパターン生成部３及び距離算出部２２のそれぞれに出力する。
　パターン生成部３は、クロック源２から出力されたクロック信号に同期して、時間の経過に伴って振幅が変化する送信信号を生成し、送信信号を光源駆動回路５、コンパレータ１３及びＡ／Ｄ変換器１４のそれぞれに出力する。

　光照射部４は、光源駆動回路５、光源６及び送信アンテナ７を備えている。
　光照射部４は、送信信号生成部１から出力された送信信号を送信光に変換し、送信光を測距対象物に向けて照射する。
　光源駆動回路５は、パターン生成部３から出力された送信信号の信号値に従って、光源６から出力される光の変調を制御することで、光源６から変調光である送信光を出力させる回路である。
　光源６は、送信光を送信アンテナ７に出力する光源である。
　送信アンテナ７は、送信光を測距対象物に向けて照射するアンテナである。

　反射光受信部８は、受信アンテナ９、光検出器１０及び電流アンプ１１を備えている。
　反射光受信部８は、送信アンテナ７から送信光が照射されたのち、測距対象物によって反射された送信光を反射光として受信し、反射光の受信信号を第２のサンプリング部１５に出力する。
　受信アンテナ９は、測距対象物によって反射された送信光を反射光として受信するアンテナである。
　光検出器１０は、受信アンテナ９により受信された反射光を検出し、反射光の検出信号を電流アンプ１１に出力する。
　電流アンプ１１は、光検出器１０から出力された検出信号を増幅し、増幅後の検出信号を受信信号としてコンパレータ１６及びＡ／Ｄ変換器１７のそれぞれに出力する。

　第１のサンプリング部１２は、コンパレータ１３及びアナログデジタル変換器（以下、「Ａ／Ｄ変換器」と称する）１４を備えている。
　第１のサンプリング部１２は、送信信号生成部１により生成された送信信号の振幅の値を示す信号値が第１の閾値Ｔｈ_１以上である期間中、送信信号の信号値を繰り返しサンプリングする。
　コンパレータ１３は、パターン生成部３から出力された送信信号の信号値と、第１の閾値Ｔｈ_１とを比較する。
　コンパレータ１３は、送信信号の信号値が第１の閾値Ｔｈ_１以上であれば、ハイレベルの信号をＡ／Ｄ変換器１４に出力し、送信信号の信号値が第１の閾値Ｔｈ_１未満であれば、ローレベルの信号をＡ／Ｄ変換器１４に出力する。
　第１の閾値Ｔｈ_１は、コンパレータ１３の内部メモリに格納されているものであってもよいし、外部から与えられるものであってもよい。
　Ａ／Ｄ変換器１４は、コンパレータ１３からハイレベルの信号が出力されている期間中、パターン生成部３から出力された送信信号の信号値を一定のサンプリング周期で繰り返しサンプリングする。
　Ａ／Ｄ変換器１４は、サンプリングしたそれぞれの信号値をデジタル値に変換し、それのデジタル値をメモリ１９に格納する。

　第２のサンプリング部１５は、コンパレータ１６及びＡ／Ｄ変換器１７を備えている。
　第２のサンプリング部１５は、反射光受信部８から出力された受信信号の振幅の値を示す信号値が第２の閾値Ｔｈ_２以上である期間中、受信信号の信号値を繰り返しサンプリングする。
　コンパレータ１６は、電流アンプ１１から出力された受信信号の信号値と、第２の閾値Ｔｈ_２とを比較する。
　コンパレータ１６は、受信信号の信号値が第２の閾値Ｔｈ_２以上であれば、ハイレベルの信号をＡ／Ｄ変換器１７に出力し、受信信号の信号値が第２の閾値Ｔｈ_２未満であれば、ローレベルの信号をＡ／Ｄ変換器１７に出力する。
　第２の閾値Ｔｈ_２は、コンパレータ１６の内部メモリに格納されているものであってもよいし、外部から与えられるものであってもよい。
　Ａ／Ｄ変換器１７は、コンパレータ１６からハイレベルの信号が出力されている期間中、電流アンプ１１から出力された受信信号の信号値を一定のサンプリング周期で繰り返しサンプリングする。
　Ａ／Ｄ変換器１７は、サンプリングしたそれぞれの信号値をデジタル値に変換し、それのデジタル値をメモリ２０に格納する。

　相関値算出部１８は、メモリ１９、メモリ２０及び相関値算出回路２１を備えている。
　相関値算出部１８は、第１のサンプリング部１２によりサンプリングされた複数の信号値と、第２のサンプリング部１５によりサンプリングされた複数の信号値との相関値を算出する。
　メモリ１９は、Ａ／Ｄ変換器１４からそれぞれ出力されたデジタル値を記憶する記録媒体である。
　メモリ２０は、Ａ／Ｄ変換器１７からそれぞれ出力されたデジタル値を記憶する記録媒体である。
　相関値算出回路２１は、メモリ１９に記憶されている複数のデジタル値の間の時間変化率を示す第１の変化率データを算出するとともに、メモリ２０に記憶されている複数のデジタル値の間の時間変化率を示す第２の変化率データを算出する。
　相関値算出回路２１は、第１の変化率データと第２の変化率データとの相関値を算出し、相関値を距離算出部２２に出力する。

　距離算出部２２は、例えば、時間デジタル変換回路（ＴＤＣ：Ｔｉｍｅ－ｔｏ－Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）によって実現される。
　距離算出部２２は、クロック源２からクロック信号が出力された時刻に、パターン生成部３、光源駆動回路５及び光源６におけるそれぞれの処理時間を加算することで、送信アンテナ７から送信光が照射された時刻を算出する。
　距離算出部２２は、クロック源２からクロック信号が出力されたのち、コンパレータ１６から最初にハイレベルの信号が出力された時刻を取得する。
　距離算出部２２は、コンパレータ１６から最初にハイレベルの信号が出力された時刻から、光検出器１０、電流アンプ１１及びコンパレータ１６におけるそれぞれの処理時間を減算することで、受信アンテナ９により反射光が受信された時刻を算出する。
　距離算出部２２は、相関値算出回路２１から出力された相関値が第３の閾値Ｔｈ_３以上であるとき、送信アンテナ７から送信光が照射された時刻と、受信アンテナ９により反射光が受信された時刻との時刻差から測距対象物までの距離を算出する。
　第３の閾値Ｔｈ_３は、距離算出部２２の内部メモリに格納されているものであってもよいし、外部から与えられるものであってもよい。

　次に、図１に示すレーザレーダ装置の動作について説明する。
　図２は、図１に示すレーザレーダ装置におけるそれぞれの構成要素から出力される信号の波形を示す説明図である。
　まず、クロック源２は、図２に示すようなクロック信号Ｃを発振し、クロック信号Ｃをパターン生成部３及び距離算出部２２のそれぞれに出力する。
　パターン生成部３は、クロック源２からクロック信号Ｃを受けると、クロック信号Ｃに同期して、時間の経過に伴って振幅が変化する送信信号Ｔｘを生成する。
　パターン生成部３は、送信信号Ｔｘを光源駆動回路５、コンパレータ１３及びＡ／Ｄ変換器１４のそれぞれに出力する。
　パターン生成部３は、送信信号Ｔｘを出力する毎に、振幅の変化が異なる送信信号Ｔｘを生成するようにしてもよいし、毎回、同じ送信信号Ｔｘを生成するようにしてもよい。

　光源駆動回路５は、パターン生成部３から送信信号Ｔｘを受けると、送信信号Ｔｘの信号値に従って、光源６から出力される光の変調を制御する。
　光源６は、光源駆動回路５によって制御されることで、図２に示すような送信光Ｔ_Ｌを送信アンテナ７に出力する。
　送信アンテナ７は、光源６から出力された送信光Ｔ_Ｌを測距対象物に向けて照射する。
　送信アンテナ７から照射された送信光Ｔ_Ｌは、測距対象物に反射され、送信光Ｔ_Ｌの反射光Ｒ_Ｌが受信アンテナ９に到来してくる。

　受信アンテナ９は、反射光Ｒ_Ｌを受信する。
　光検出器１０は、受信アンテナ９により受信された反射光Ｒ_Ｌを検出し、反射光Ｒ_Ｌの検出信号を電流アンプ１１に出力する。
　電流アンプ１１は、光検出器１０から反射光Ｒ_Ｌの検出信号を受けると、反射光Ｒ_Ｌの検出信号を増幅し、増幅後の検出信号を受信信号Ｒｘとして、コンパレータ１６及びＡ／Ｄ変換器１７のそれぞれに出力する。

　コンパレータ１３は、送信信号生成部１から送信信号Ｔｘを受けると、送信信号Ｔｘの信号値と第１の閾値Ｔｈ_１とを比較する。
　コンパレータ１３は、送信信号Ｔｘの信号値が第１の閾値Ｔｈ_１以上であれば、ハイレベルの信号をＡ／Ｄ変換器１４に出力し、送信信号Ｔｘの信号値が第１の閾値Ｔｈ_１未満であれば、ローレベルの信号をＡ／Ｄ変換器１４に出力する。

　Ａ／Ｄ変換器１４は、コンパレータ１３からハイレベルの信号が出力されている期間中、パターン生成部３から出力された送信信号Ｔｘの信号値ｓ_Ｔｘ，ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）をサンプリング周期Ｓｐ_１で繰り返しサンプリングする。
　図３は、Ａ／Ｄ変換器１４による信号値のサンプリング及びＡ／Ｄ変換器１７による信号値のサンプリングを示す説明図である。
　図３Ａは、Ａ／Ｄ変換器１４による信号値ｓ_Ｔｘ，ｎのサンプリングを示す説明図である。
　図３Ａにおいて、黒丸は、Ａ／Ｄ変換器１４によりサンプリングされた信号値ｓ_Ｔｘ，ｎを示している。図３Ａでは、Ｎ＝１４の例を示している。
　Ａ／Ｄ変換器１４は、サンプリングしたそれぞれの信号値ｓ_Ｔｘ，ｎをデジタル値Ｄ_Ｔｘ，ｎに変換し、それぞれのデジタル値Ｄ_Ｔｘ，ｎをメモリ１９に格納する。

　コンパレータ１６は、電流アンプ１１から受信信号Ｒｘを受けると、受信信号Ｒｘの信号値と第２の閾値Ｔｈ_２とを比較する。
　コンパレータ１６は、受信信号Ｒｘの信号値が第２の閾値Ｔｈ_２以上であれば、ハイレベルの信号をＡ／Ｄ変換器１７に出力し、受信信号Ｒｘの信号値が第２の閾値Ｔｈ_２未満であれば、ローレベルの信号をＡ／Ｄ変換器１７に出力する。

　Ａ／Ｄ変換器１７は、コンパレータ１６からハイレベルの信号が出力されている期間中、電流アンプ１１から出力された受信信号Ｒｘの信号値ｓ_Ｒｘ，ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）をサンプリング周期Ｓｐ_２で繰り返しサンプリングする。
　図３Ｂは、受信アンテナ９により受信された反射光Ｒ_Ｌが測定対象物に反射された送信光Ｔ_ＬであるときのＡ／Ｄ変換器１７による信号値ｓ_Ｒｘ，ｍのサンプリングを示す説明図である。
　図３Ｃは、受信アンテナ９により受信された反射光Ｒ_Ｌが外乱光であるときのＡ／Ｄ変換器１７による信号値ｓ_Ｒｘ，ｍのサンプリングを示す説明図である。
　図３Ｂ及び図３Ｃにおいて、黒丸は、Ａ／Ｄ変換器１７によりサンプリングされた信号値ｓ_Ｒｘ，ｍを示している。図３Ｂでは、Ｍ＝１４の例を示しており、図３Ｃでは、Ｍ＝８の例を示している。
　Ａ／Ｄ変換器１７は、サンプリングしたそれぞれの信号値ｓ_Ｒｘ，ｍをデジタル値Ｄ_Ｒｘ，ｍに変換し、それぞれのデジタル値Ｄ_Ｒｘ，ｍをメモリ２０に格納する。

　受信アンテナ９により受信された反射光Ｒ_Ｌが測定対象物に反射された送信光Ｔ_Ｌである場合の受信信号Ｒｘにおける信号値ｓ_Ｒｘ，ｍの信号列は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、送信信号Ｔｘにおける信号値ｓ_Ｔｘ，ｎの信号列と類似している。
　受信アンテナ９により受信された反射光Ｒ_Ｌが外乱光である場合の受信信号Ｒｘにおける信号値ｓ_Ｒｘ，ｍの信号列は、図３Ａ及び図３Ｃに示すように、送信信号Ｔｘにおける信号値ｓ_Ｔｘ，ｎの信号列と類似していない。
　Ａ／Ｄ変換器１７におけるサンプリング周期Ｓｐ_２は、Ａ／Ｄ変換器１４におけるサンプリング周期Ｓｐ_１と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
　反射光Ｒ_Ｌの光強度が、送信光Ｔ_Ｌの光強度よりも低下することが明らかな状況下では、例えば、光強度の低下比率と同じ比率だけ、サンプリング周期Ｓｐ_２がサンプリング周期Ｓｐ_１よりも小さくてもよい。

　相関値算出回路２１は、メモリ１９に記憶されているＮ個のデジタル値Ｄ_Ｔｘ，ｎを取得する。
　相関値算出回路２１は、以下の式（１）に示すように、サンプリング時刻が隣の２つのデジタル値の間の時間変化率ｄＤ_Ｔｘ，ｎのそれぞれを示す第１の変化率データｄＤ_Ｔｘを算出する。
　ｄＤ_Ｔｘ＝ｄＤ_Ｔｘ，１，ｄＤ_Ｔｘ，２，・・・，ｄＤ_{Ｔｘ，Ｎ－１}（１）
　ｄＤ_Ｔｘ，１＝（Ｄ_Ｔｘ，２－Ｄ_Ｔｘ，１）／Ｓｐ_１
　ｄＤ_Ｔｘ，２＝（Ｄ_Ｔｘ，３－Ｄ_Ｔｘ，２）／Ｓｐ_１
　　　　　　：
　ｄＤ_{Ｔｘ，Ｎ－１}＝（Ｄ_Ｔｘ，Ｎ－Ｄ_{Ｔｘ，Ｎ－１}）／Ｓｐ_１

　また、相関値算出回路２１は、メモリ２０に記憶されているＭ個のデジタル値Ｄ_Ｒｘ，ｍを取得する。
　相関値算出回路２１は、以下の式（２）に示すように、サンプリング時刻が隣の２つのデジタル値Ｄ_Ｒｘ，ｍの間の時間変化率ｄＤ_Ｒｘ，ｍのそれぞれを示す第２の変化率データｄＤ_Ｒｘを算出する。
　ｄＤ_Ｒｘ＝ｄＤ_Ｒｘ，１，ｄＤ_Ｒｘ，２，・・・，ｄＤ_{Ｒｘ，Ｍ－１}（２）
　ｄＤ_Ｒｘ，１＝（Ｄ_Ｒｘ，２－Ｄ_Ｒｘ，１）／Ｓｐ_２
　ｄＤ_Ｒｘ，２＝（Ｄ_Ｒｘ，３－Ｄ_Ｒｘ，２）／Ｓｐ_２
　　　　　　：
　ｄＤ_{Ｒｘ，Ｍ－１}＝（Ｄ_Ｒｘ，Ｍ－Ｄ_{Ｒｘ，Ｍ－１}）／Ｓｐ_２

　相関値算出回路２１は、第１の変化率データｄＤ_Ｔｘと第２の変化率データｄＤ_Ｒｘとの相関値ｃｏｒを算出し、相関値ｃｏｒを距離算出部２２に出力する。
　相関値ｃｏｒとしては、例えば、以下の式（３）に示すような、第１の変化率データｄＤ_Ｔｘと第２の変化率データｄＤ_Ｒｘとの相関係数を用いることができる。
　相関係数＝Ｃｏｖ（ｄＤ_Ｔｘ，ｄＤ_Ｒｘ）／（ＳＤ_１（ｄＤ_Ｔｘ）×（ＳＤ_２（ｄＤ_Ｒｘ））
　　　　　　　　　　　　　（３）
　式（３）において、Ｃｏｖ（ｄＤ_Ｔｘ，ｄＤ_Ｒｘ）は、第１の変化率データｄＤ_Ｔｘと第２の変化率データｄＤ_Ｒｘとの共分散である。
　ＳＤ_１（ｄＤ_Ｔｘ）は、第１の変化率データｄＤ_Ｔｘの標準偏差、ＳＤ_２（ｄＤ_Ｒｘ）は、第２の変化率データｄＤ_Ｒｘの標準偏差である。

　距離算出部２２は、クロック源２からクロック信号Ｃを受けると、内蔵時計又は外部の時計を参照して、クロック源２からクロック信号Ｃが出力された時刻ｔ_ｃ１を取得する。
　距離算出部２２は、以下の式（４）に示すように、時刻ｔ_ｃ１に、パターン生成部３、光源駆動回路５及び光源６におけるそれぞれの処理時間Ｔ_ｐ１を加算することで、送信アンテナ７から送信光Ｔ_Ｌが照射された時刻ｔ_Ｔを算出する。
　ｔ_Ｔ＝ｔ_ｃ１＋Ｔ_ｐ１（４）
　処理時間Ｔ_ｐ１は、距離算出部２２の内部メモリに格納されているものであってもよいし、外部から与えられるものであってもよい。

　距離算出部２２は、内蔵時計又は外部の時計を参照して、クロック源２からクロック信号Ｃが出力されたのち、コンパレータ１６から最初にハイレベルの信号が出力された時刻ｔ_ｃ２を取得する。
　距離算出部２２は、以下の式（５）に示すように、時刻ｔ_ｃ２から、光検出器１０、電流アンプ１１及びコンパレータ１６におけるそれぞれの処理時間Ｔ_ｐ２を減算することで、受信アンテナ９により反射光Ｒ_Ｌが受信された時刻ｔ_Ｒを算出する。
　ｔ_Ｒ＝ｔ_ｃ２－Ｔ_ｐ２（５）
　処理時間Ｔ_ｐ２は、距離算出部２２の内部メモリに格納されているものであってもよいし、外部から与えられるものであってもよい。

　距離算出部２２は、相関値算出回路２１から相関値ｃｏｒを受けると、相関値ｃｏｒと第３の閾値Ｔｈ_３とを比較する。
　距離算出部２２は、相関値ｃｏｒが第３の閾値Ｔｈ_３以上であれば、受信アンテナ９により受信された反射光Ｒ_Ｌが、測定対象物に反射された送信光Ｔ_Ｌである可能性が高いと認定する。
　そして、距離算出部２２は、送信アンテナ７から送信光Ｔ_Ｌが照射された時刻ｔ_Ｔと、受信アンテナ９により反射光Ｒ_Ｌが受信された時刻ｔ_Ｒとの時刻差｜ｔ_Ｔ－ｔ_Ｒ｜から測距対象物までの距離を算出する。
　時刻差｜ｔ_Ｔ－ｔ_Ｒ｜から距離を算出する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
　距離算出部２２は、相関値ｃｏｒが第３の閾値Ｔｈ_３未満であれば、受信アンテナ９により受信された反射光Ｒ_Ｌが、測定対象物に反射された送信光Ｔ_Ｌではなく、外乱光の可能性が高いと認定する。
　距離算出部２２は、反射光Ｒ_Ｌが外乱光の可能性が高いと認定すると、測距対象物までの距離を算出する処理を実施しない。

　以上の実施の形態１は、送信信号の振幅の値を示す信号値が第１の閾値以上である期間中、送信信号の信号値を繰り返しサンプリングする第１のサンプリング部１２と、受信信号の振幅の値を示す信号値が第２の閾値以上である期間中、受信信号の信号値を繰り返しサンプリングする第２のサンプリング部１５とを設けている。そして、相関値算出部１８が、第１のサンプリング部１２によりサンプリングされた複数の信号値と、第２のサンプリング部１５によりサンプリングされた複数の信号値との相関値を算出する。また、距離算出部２２が、相関値が第３の閾値以上であるとき、光照射部４から送信光が照射された時刻と、反射光受信部８により反射光が受信された時刻との時刻差から、測距対象物までの距離を算出するように、レーザレーダ装置を構成した。したがって、レーザレーダ装置は、相関値の算出処理の実施及び距離の算出処理の実施をそれぞれ制限することができる。

　なお、第１のサンプリング部１２は、送信信号生成部１により生成された送信信号の信号値が第１の閾値以上である期間中、送信信号の信号値を繰り返しサンプリングするようにしている。したがって、第１のサンプリング部１２によりサンプリングされた信号値は、第１の閾値以上になる期間中の信号値に限られるため、常に信号値がサンプリングされる場合よりも、メモリ１９の記憶容量を小さくすることができる。
　また、第２のサンプリング部１５は、反射光受信部８から出力された受信信号の信号値が第２の閾値以上である期間中、受信信号の信号値を繰り返しサンプリングするようにしている。したがって、第２のサンプリング部１５によりサンプリングされた信号値は、第２の閾値以上になる期間中の信号値に限られるため、常に信号値がサンプリングされる場合よりも、メモリ２０の記憶容量を小さくすることができる。

　図１に示すレーザレーダ装置では、相関値算出部１８が、メモリ１９，２０及び相関値算出回路２１を備えている。
　相関値算出部１８は、第１の変化率データｄＤ_Ｔｘと第２の変化率データｄＤ_Ｒｘとの相関値ｃｏｒを算出することができればよく、図８に示すような構成であってもよい。
　図８は、相関値算出部１８の内部を示す構成図である。
　図８において、微分回路５１は、Ａ／Ｄ変換器１４から出力されたそれぞれのデジタル値Ｄ_Ｔｘ，ｎが示す波形の微分波形を算出し、微分波形をゼロクロス回路５２に出力する回路である。
　ゼロクロス回路５２は、微分回路５１から出力された微分波形がゼロクロスするタイミングを検出する回路である。
　カウンタ５３は、ゼロクロス回路５２によりゼロクロスするタイミングが検出されると、パルス信号を一致度算出回路５７に出力する。

　微分回路５４は、Ａ／Ｄ変換器１７から出力されたそれぞれのデジタル値Ｄ_Ｒｘ，ｍが示す波形の微分波形を算出し、微分波形をゼロクロス回路５５に出力する回路である。
　ゼロクロス回路５５は、微分回路５４から出力された微分波形がゼロクロスするタイミングを検出する回路である。
　カウンタ５６は、ゼロクロス回路５５によりゼロクロスするタイミングが検出されると、パルス信号を一致度算出回路５７に出力する。
　一致度算出回路５７は、カウンタ５３から出力されたパルス信号の信号列と、カウンタ５６から出力されたパルス信号の信号列との一致度を算出し、一致度を相関値ｃｏｒとして距離算出部２２に出力する。

　次に、図８に示す相関値算出部１８の動作について説明する。
　微分回路５１は、Ａ／Ｄ変換器１４からそれぞれのデジタル値Ｄ_Ｔｘ，ｎを受けると、それぞれのデジタル値Ｄ_Ｔｘ，ｎが示す波形の微分波形を算出し、微分波形をゼロクロス回路５２に出力する。
　ゼロクロス回路５２は、微分回路５１から微分波形を受けると、微分波形がゼロクロスするタイミングを検出する。
　ゼロクロス回路５２は、微分波形がゼロクロスするタイミングを検出すると、検出信号ｋ_１をカウンタ５３に出力する。
　カウンタ５３は、ゼロクロス回路５２から検出信号ｋ_１を受ける毎に、パルス信号を一致度算出回路５７に出力する。

　微分回路５４は、Ａ／Ｄ変換器１７からそれぞれのデジタル値Ｄ_Ｒｘ，ｍを受けると、それぞれのデジタル値Ｄ_Ｒｘ，ｍが示す波形の微分波形を算出し、微分波形をゼロクロス回路５５に出力する。
　ゼロクロス回路５５は、微分回路５４から微分波形を受けると、微分波形がゼロクロスするタイミングを検出する。
　ゼロクロス回路５５は、微分波形がゼロクロスするタイミングを検出すると、検出信号ｋ_２をカウンタ５６に出力する。
　カウンタ５６は、ゼロクロス回路５５から検出信号ｋ_２を受ける毎に、パルス信号を一致度算出回路５７に出力する。
　一致度算出回路５７は、カウンタ５３から出力されたパルス信号の信号列と、カウンタ５６から出力されたパルス信号の信号列とを比較することで、２つの信号列の一致度を算出し、一致度を相関値ｃｏｒとして距離算出部２２に出力する。
　一致度を算出する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。

実施の形態２．
　実施の形態２では、第２のサンプリング部１５が、多値コンパレータ３１及び変化率算出回路３２を備えているレーザレーダ装置について説明する。

　図４は、実施の形態２によるレーザレーダ装置を示す構成図である。図４において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
　多値コンパレータ３１は、電流アンプ１１から出力された受信信号Ｒｘの信号値を繰り返しサンプリングし、サンプリングした信号値と複数の閾値とを比較することで、信号値をデジタル値に変換し、複数のデジタル値を変化率算出回路３２に出力する。
　変化率算出回路３２は、多値コンパレータ３１から複数のデジタル値を受けている期間中、複数のデジタル値の間の時間変化率を示す第２の変化率データｄＤ_Ｒｘを算出し、第２の変化率データｄＤ_Ｒｘをメモリ３３に格納する。

　相関値算出部１８は、メモリ１９、メモリ３３及び相関値算出回路３４を備えている。
　メモリ３３は、変化率算出回路３２から出力された第２の変化率データｄＤ_Ｒｘを記憶する記録媒体である。
　相関値算出回路３４は、メモリ１９に記憶されている複数のデジタル値の間の時間変化率を示す第１の変化率データｄＤ_Ｔｘを算出する。
　相関値算出回路３４は、第１の変化率データｄＤ_Ｔｘとメモリ３３に記憶されている第２の変化率データｄＤ_Ｒｘとの相関値ｃｏｒを算出し、相関値ｃｏｒを距離算出部２２に出力する。

　次に、図４に示すレーザレーダ装置の動作について説明する。ただし、ここでは、図１に示すレーザレーダ装置と相違している部分のみを説明する。
　多値コンパレータ３１は、互いに異なる複数の閾値を記憶している。
　ここでは、説明の便宜上、多値コンパレータ３１が、閾値Ｔｈ_ａ、閾値Ｔｈ_ｂ、閾値Ｔｈ_ｃ及び閾値Ｔｈ_ｄを記憶しているものとする。Ｔｈ_ａ＜Ｔｈ_ｂ＜Ｔｈ_ｃ＜Ｔｈ_ｄである。
　多値コンパレータ３１は、電流アンプ１１から出力された受信信号Ｒｘにおける異なる時刻の信号値ｓ_Ｒｘ，ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）をサンプリングし、信号値ｓ_Ｒｘ，ｍと閾値Ｔｈ_ａ～Ｔｈ_ｄとを比較する。

　多値コンパレータ３１は、ｓ_Ｒｘ，ｍ＜Ｔｈ_ａであれば、デジタル値Ｄ_Ｒｘ，ｍとして、信号レベルがゼロのデジタル値（０）を変化率算出回路３２に出力する。
　多値コンパレータ３１は、Ｔｈ_ａ≦ｓ_Ｒｘ，ｍ＜Ｔｈ_ｂであれば、図５に示すように、デジタル値Ｄ_Ｒｘ，ｍとして、デジタル値（０）よりも大きいデジタル値（１）を変化率算出回路３２に出力する。
　多値コンパレータ３１は、Ｔｈ_ｂ≦ｓ_Ｒｘ，ｍ＜Ｔｈ_ｃであれば、図５に示すように、デジタル値Ｄ_Ｒｘ，ｍとして、デジタル値（１）よりも大きいデジタル値（２）を変化率算出回路３２に出力する。
　多値コンパレータ３１は、Ｔｈ_ｃ≦ｓ_Ｒｘ，ｍ＜Ｔｈ_ｄであれば、図５に示すように、デジタル値Ｄ_Ｒｘ，ｍとして、デジタル値（２）よりも大きいデジタル値（３）を変化率算出回路３２に出力する。
　多値コンパレータ３１は、Ｔｈ_ｄ≦ｓ_Ｒｘ，ｍであれば、図５に示すように、デジタル値Ｄ_Ｒｘ，ｍとして、デジタル値（３）よりも大きいデジタル値（４）を変化率算出回路３２に出力する。
　図５は、信号値ｓ_Ｒｘ，ｍと閾値Ｔｈ_ａ～Ｔｈ_ｄとデジタル値Ｄ_Ｒｘ，ｍとの関係を示す説明図である。
　図６は、多値コンパレータ３１が入出力する信号の一例を示す説明図である。

　変化率算出回路３２は、多値コンパレータ３１からＭ個のデジタル値Ｄ_Ｒｘ，ｍが出力されている期間中、以下の式（６）に示すように、第２の変化率データｄＤ_Ｒｘを算出する。
　ｄＤ_Ｒｘ＝ｄＤ_Ｒｘ，１，ｄＤ_Ｒｘ，２，・・・，ｄＤ_{Ｒｘ，Ｍ－１}（６）
　ｄＤ_Ｒｘ，１＝（Ｄ_Ｒｘ，２－Ｄ_Ｒｘ，１）／Ｓｐ_２
　ｄＤ_Ｒｘ，２＝（Ｄ_Ｒｘ，３－Ｄ_Ｒｘ，２）／Ｓｐ_２
　　　　　　：
　ｄＤ_{Ｒｘ，Ｍ－１}＝（Ｄ_Ｒｘ，Ｍ－Ｄ_{Ｒｘ，Ｍ－１}）／Ｓｐ_２
　変化率算出回路３２は、第２の変化率データｄＤ_Ｒｘをメモリ３３に格納する。

　相関値算出回路３４は、図１に示す相関値算出回路２１と同様に、第１の変化率データｄＤ_Ｔｘを算出する。
　相関値算出回路３４は、メモリ３３に記憶されている第２の変化率データｄＤ_Ｒｘを取得し、図１に示す相関値算出回路２１と同様に、第１の変化率データｄＤ_Ｔｘと第２の変化率データｄＤ_Ｒｘとの相関値ｃｏｒを算出し、相関値ｃｏｒを距離算出部２２に出力する。

　距離算出部２２は、相関値算出回路３４から相関値ｃｏｒを受けると、相関値ｃｏｒと第３の閾値Ｔｈ_３とを比較する。
　距離算出部２２は、相関値ｃｏｒが第３の閾値Ｔｈ_３以上であれば、実施の形態１と同様に、測距対象物までの距離を算出する。
　ここでは、距離算出部２２が、測距対象物までの距離を算出している。変化率算出回路３２は、クロック源２から出力されたクロック信号Ｃを受けるようにすれば、距離算出部２２と同様の方法で、測距対象物までの距離を算出することができる。
　距離算出部２２は、変化率算出回路３２により算出された距離を取得し、相関値ｃｏｒが第３の閾値Ｔｈ_３以上のとき、当該距離を外部に出力するようにしてもよい。

　以上の実施の形態２は、第２のサンプリング部１５が、サンプリングしたそれぞれの信号値をデジタル値に変換して、複数のデジタル値の間の時間変化率を示す第２の変化率データを算出している。そして、相関値算出部１８が、第１のサンプリング部１２によりサンプリングされた複数の信号値の間の時間変化率を示す第１の変化率データを算出し、第１の変化率データと第２のサンプリング部１５により算出された第２の変化率データとの相関値を算出するように、レーザレーダ装置を構成した。したがって、レーザレーダ装置は、実施の形態１のレーザレーダ装置と同様に、相関値の算出処理の実施及び距離の算出処理の実施をそれぞれ制限することができる。

実施の形態３．
　実施の形態３では、第１のサンプリング部１２が、多値コンパレータ４１及び変化率算出回路４２を備えているレーザレーダ装置について説明する。

　図７は、実施の形態３によるレーザレーダ装置を示す構成図である。図７において、図１及び図４と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
　多値コンパレータ４１は、パターン生成部３から出力された送信信号Ｔｘの信号値を繰り返しサンプリングし、サンプリングした信号値と複数の閾値とを比較することで、信号値をデジタル値に変換し、複数のデジタル値を変化率算出回路４２に出力する。
　変化率算出回路４２は、多値コンパレータ４１から複数のデジタル値を受けている期間中、複数のデジタル値の間の時間変化率を示す第１の変化率データｄＤ_Ｔｘを算出し、第１の変化率データｄＤ_Ｔｘをメモリ４３に格納する。

　相関値算出部１８は、メモリ４３、メモリ３３及び相関値算出回路４４を備えている。
　メモリ４３は、変化率算出回路４２から出力された第１の変化率データｄＤ_Ｔｘを記憶する記録媒体である。
　相関値算出回路４４は、メモリ４３に記憶されている第１の変化率データｄＤ_Ｔｘとメモリ３３に記憶されている第２の変化率データｄＤ_Ｒｘとの相関値ｃｏｒを算出し、相関値ｃｏｒを距離算出部２２に出力する。

　次に、図７に示すレーザレーダ装置の動作について説明する。ただし、ここでは、図１及び図４に示すレーザレーダ装置と相違している部分のみを説明する。
　パターン生成部３は、時間の経過に伴って振幅が変化する送信信号Ｔｘを光源駆動回路５及び多値コンパレータ４１のそれぞれに出力する。
　多値コンパレータ４１は、互いに異なる複数の閾値を記憶している。
　ここでは、説明の便宜上、多値コンパレータ４１は、閾値Ｔｈ’_ａ、閾値Ｔｈ’_ｂ、閾値Ｔｈ’_ｃ及び閾値Ｔｈ’_ｄを記憶しているものとする。
　閾値Ｔｈ’_ａ～Ｔｈ’_ｄのそれぞれは、多値コンパレータ３１により記憶されている閾値Ｔｈ_ａ～Ｔｈ_ｄのそれぞれと同じ値であってもよいし、異なっていてもよい。
　多値コンパレータ４１は、パターン生成部３から出力された送信信号Ｔｘにおける異なる時刻の信号値ｓ_Ｔｘ，ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）をサンプリングし、信号値ｓ_Ｔｘ，ｎと閾値Ｔｈ’_ａ～Ｔｈ’_ｄとを比較する。

　多値コンパレータ４１は、ｓ_Ｔｘ，ｎ＜Ｔｈ’_ａであれば、デジタル値Ｄ_Ｔｘ，ｎとして、信号レベルがゼロのデジタル値（０）を変化率算出回路４２に出力する。
　多値コンパレータ４１は、Ｔｈ’_ａ≦ｓ_Ｔｘ，ｎ＜Ｔｈ’_ｂであれば、デジタル値Ｄ_Ｔｘ，ｎとして、デジタル値（０）よりも大きいデジタル値（１）を変化率算出回路４２に出力する。
　多値コンパレータ４１は、Ｔｈ’_ｂ≦ｓ_Ｔｘ，ｎ＜Ｔｈ’_ｃであれば、デジタル値Ｄ_Ｔｘ，ｎとして、デジタル値（１）よりも大きいデジタル値（２）を変化率算出回路４２に出力する。
　多値コンパレータ４１は、Ｔｈ’_ｃ≦ｓ_Ｔｘ，ｎ＜Ｔｈ’_ｄであれば、デジタル値Ｄ_Ｔｘ，ｎとして、デジタル値（２）よりも大きいデジタル値（３）を変化率算出回路４２に出力する。
　多値コンパレータ４１は、Ｔｈ’_ｄ≦ｓ_Ｔｘ，ｎであれば、デジタル値Ｄ_Ｔｘ，ｎとして、デジタル値（３）よりも大きいデジタル値（４）を変化率算出回路４２に出力する。

　変化率算出回路４２は、多値コンパレータ４１からＮ個のデジタル値Ｄ_Ｔｘ，ｎが出力されている期間中、以下の式（７）に示すように、第１の変化率データｄＤ_Ｔｘを算出する。
　ｄＤ_Ｔｘ＝ｄＤ_Ｔｘ，１，ｄＤ_Ｔｘ，２，・・・，ｄＤ_{Ｔｘ，Ｎ－１}（７）
　ｄＤ_Ｔｘ，１＝（Ｄ_Ｔｘ，２－Ｄ_Ｔｘ，１）／Ｓｐ_１
　ｄＤ_Ｔｘ，２＝（Ｄ_Ｔｘ，３－Ｄ_Ｔｘ，２）／Ｓｐ_１
　　　　　　：
　ｄＤ_{Ｔｘ，Ｎ－１}＝（Ｄ_Ｔｘ，Ｎ－Ｄ_{Ｔｘ，Ｎ－１}）／Ｓｐ_１
　変化率算出回路４２は、第１の変化率データｄＤ_Ｔｘをメモリ４３に格納する。

　相関値算出回路４４は、メモリ４３に記憶されている第１の変化率データｄＤ_Ｔｘを取得し、メモリ３３に記憶されている第２の変化率データｄＤ_Ｒｘを取得する。
　相関値算出回路４４は、図１に示す相関値算出回路２１と同様に、第１の変化率データｄＤ_Ｔｘと第２の変化率データｄＤ_Ｒｘとの相関値ｃｏｒを算出し、相関値ｃｏｒを距離算出部２２に出力する。

　距離算出部２２は、相関値算出回路４４から相関値ｃｏｒを受けると、相関値ｃｏｒと第３の閾値Ｔｈ_３とを比較する。
　距離算出部２２は、相関値ｃｏｒが第３の閾値Ｔｈ_３以上であれば、実施の形態１と同様に、測距対象物までの距離を算出する。

　以上の実施の形態３は、第１のサンプリング部１２が、サンプリングしたそれぞれの信号値をデジタル値に変換して、複数のデジタル値の間の時間変化率を示す第１の変化率データを算出し、第２のサンプリング部１５が、サンプリングしたそれぞれの信号値をデジタル値に変換して、複数のデジタル値の間の時間変化率を示す第２の変化率データを算出している。そして、相関値算出部１８が、第１のサンプリング部１２により算出された第１の変化率データと第２のサンプリング部１５により算出された第２の変化率データとの相関値を算出するように、レーザレーダ装置を構成した。したがって、レーザレーダ装置は、実施の形態１のレーザレーダ装置と同様に、相関値の算出処理の実施及び距離の算出処理の実施をそれぞれ制限することができる。

　なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

　この発明は、測距対象物までの距離を算出するレーザレーダ装置に適している。

　１　送信信号生成部、２　クロック源、３　パターン生成部、４　光照射部、５　光源駆動回路、６　光源、７　送信アンテナ、８　反射光受信部、９　受信アンテナ、１０　光検出器、１１　電流アンプ、１２　第１のサンプリング部、１３　コンパレータ、１４　Ａ／Ｄ変換器、１５　第２のサンプリング部、１６　コンパレータ、１７　Ａ／Ｄ変換器、１８　相関値算出部、１９　メモリ、２０　メモリ、２１　相関値算出回路、２２　距離算出部、３１　多値コンパレータ、３２　変化率算出回路、３３　メモリ、３４　相関値算出回路、４１　多値コンパレータ、４２　変化率算出回路、４３　メモリ、４４　相関値算出回路、５１　微分回路、５２　ゼロクロス回路、５３　カウンタ、５４　微分回路、５５　ゼロクロス回路、５６　カウンタ、５７　一致度算出回路。

Claims

　時間の経過に伴って振幅が変化する送信信号を生成する送信信号生成部と、
　前記送信信号を送信光に変換し、前記送信光を測距対象物に向けて照射する光照射部と、
　前記測距対象物によって反射された前記送信光を反射光として受信し、前記反射光の受信信号を出力する反射光受信部と、
　前記送信信号の振幅の値を示す信号値が第１の閾値以上である期間中、前記送信信号の信号値を繰り返しサンプリングする第１のサンプリング部と、
　前記受信信号の振幅の値を示す信号値が第２の閾値以上である期間中、前記受信信号の信号値を繰り返しサンプリングする第２のサンプリング部と、
　前記第１のサンプリング部によりサンプリングされた複数の信号値と、前記第２のサンプリング部によりサンプリングされた複数の信号値との相関値を算出する相関値算出部と、
　前記相関値が第３の閾値以上であるとき、前記光照射部から送信光が照射された時刻と、前記反射光受信部により反射光が受信された時刻との時刻差から、前記測距対象物までの距離を算出する距離算出部と
　を備えたレーザレーダ装置。
　前記相関値算出部は、
　前記第１のサンプリング部によりサンプリングされた複数の信号値の間の時間変化率を示す第１の変化率データを算出するとともに、前記第２のサンプリング部によりサンプリングされた複数の信号値の間の時間変化率を示す第２の変化率データを算出し、前記第１の変化率データと前記第２の変化率データとの相関値を算出することを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
　前記第２のサンプリング部は、
　サンプリングしたそれぞれの信号値をデジタル値に変換して、複数のデジタル値の間の時間変化率を示す第２の変化率データを算出し、
　前記相関値算出部は、
　前記第１のサンプリング部によりサンプリングされた複数の信号値の間の時間変化率を示す第１の変化率データを算出し、前記第１の変化率データと前記第２のサンプリング部により算出された第２の変化率データとの相関値を算出することを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
　前記第１のサンプリング部は、
　サンプリングしたそれぞれの信号値をデジタル値に変換して、複数のデジタル値の間の時間変化率を示す第１の変化率データを算出し、
　前記第２のサンプリング部は、
　サンプリングしたそれぞれの信号値をデジタル値に変換して、複数のデジタル値の間の時間変化率を示す第２の変化率データを算出し、
　前記相関値算出部は、
　前記第１のサンプリング部により算出された第１の変化率データと前記第２のサンプリング部により算出された第２の変化率データとの相関値を算出することを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
　前記送信信号生成部は、振幅の変化が異なる送信信号を繰り返し生成することを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。