JP2017150990A - レーザレーダ装置及び走行体 - Google Patents

Abstract

【課題】屋外の環境の変化に伴いレーザ光の光線の透過率が変化した場合でも、装置の消費電力を抑えつつ、障害物の検知を可能とするレーザレーダ装置、及び、走行体を提供すること。
【解決手段】レーザレーダ装置１０は、照射形状制御部１８を有する。照射形状制御部１８は、レーザ光Ｌの照射形状を照射面積の小さい第１照射形状ＬＳ１と照射面積の大きい第２照射形状ＬＳ２との間で変更可能に制御する。レーザレーダ装置１０は、照射形状制御部１８によって制御された照射形状に応じて、レーザ光Ｌを走査させて計測対象エリアＡに照射し、計測対象エリアＡからの反射光Ｒを受光し、受光した反射光Ｒに基づいて計測対象エリアＡの３次元情報を生成する。
【選択図】図９

Description

本発明は、レーザ光を走査させることで計測対象エリアの３次元情報を生成するレーザレーダ装置、及び、走行体に関する。

一般に、レーザ光を計測対象エリアに走査させながら照射し、この計測対象エリアに存在する物体などからの反射光を受光素子で受光することによって得られる受光信号の分布から計測対象エリアの３次元情報を生成するレーザレーダ装置が知られている。

この種のレーザレーダ装置は、車両等の走行体の進行方向前方の障害物を検知するために用いられる（特許文献１参照）。特許文献１では、１個の発光源を用いて近方及び遠方の双方において障害物を検知する技術が提案されている。具体的には、特許文献１では、第１所定距離以下の範囲内において第１の広がり角を有する近距離領域と、第１所定距離以上第２所定距離以下の範囲内において第１の広がり角より狭い第２の広がり角を有する遠距離領域とを設定し、視界低下時に第１の広がり角を拡大している。

特許第３３３０６２４号公報

この種のレーザレーダ装置は、車両等の走行体に装着して用いる場合等の、屋外で使用する場合、屋外で想定される様々な環境下で、障害物を検知できることが望まれる。しかしながら、特許文献１の構成では、屋外の環境の変化に伴いレーザ光の光線の透過率が低下した場合、レーザ光の反射光の強度も低下し、障害物の検知が困難になるという問題があった。また、この困難に対応するためにレーザ光の光線の出力を上げた場合、レーザ光の光線の透過率が高い環境下では過剰なスペックとなってしまい、装置の消費電力が高くなってしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、屋外の環境の変化に伴いレーザ光の光線の透過率が変化した場合でも、装置の消費電力を抑えつつ、障害物の検知を可能とするレーザレーダ装置、及び、走行体を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のレーザレーダ装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源から発光されるレーザ光を、第１照射形状又は前記第１照射形状より照射面積が大きい第２照射形状に成形する送光側光学系と、前記送光側光学系を制御することで、前記レーザ光を成形する照射形状を前記第１照射形状又は第２照射形状に制御する照射形状制御部と、前記送光側光学系で成形された前記レーザ光を、前記照射形状に応じた走査をさせて計測対象エリアに照射する照射スキャナと、前記計測対象エリアから反射される反射光を受光して集光する受光側光学系と、前記受光側光学系で集光された前記反射光を受光し、受光した前記反射光に含まれるレーザ光に基づいた受信信号を出力する受光部と、前記受光部が出力した前記受信信号に基づき、前記計測対象エリアの３次元情報を生成する情報生成部と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、レーザ光の照射形状を照射面積の小さい第１照射形状と照射面積の大きい第２照射形状との間で変更可能に制御するため、屋外の環境の変化に伴いレーザ光の光線の透過率が変化した場合でも、装置の消費電力を抑えつつ、障害物の検知を可能とする。

この構成において、前記レーザ光の照射方向の視程を検出する周囲環境検出部をさらに有し、前記照射形状制御部は、前記周囲環境検出部で検出した前記レーザ光の照射方向の視程が閾値未満であると判定した場合、前記照射形状を前記第１照射形状に制御し、前記レーザ光の照射方向の視程が閾値以上であると判定した場合、前記照射形状を前記第２照射形状に制御することが好ましい。この構成によれば、装置の立上時等の状況下でも客観的な視程に基づいてレーザ光の照射形状の制御を可能とする。

あるいは、前記受光部は、前記受信信号の強度の情報を前記照射形状制御部に送信し、前記照射形状制御部は、前記受信信号の強度の情報に基づいて前記レーザ光の照射方向の視程を測定し、前記レーザ光の前記照射形状を前記第１照射形状に成形して照射している状態で、前記受信信号の強度のピーク値が第１閾値以上になった場合、前記照射形状を前記第１照射形状から前記第２照射形状に変更し、前記レーザ光の前記照射形状を前記第２照射形状に成形して照射している状態で、前記受光部の端部の所定の位置における前記受信信号の強度が第２閾値未満になった場合、前記照射形状を前記第２照射形状から前記第１照射形状に変更することが好ましい。この構成によれば、装置の消費電力を抑えつつ、屋外の環境の変化に素早く対応した障害物の検知を可能とする。

また、これらの構成において、前記送光側光学系は、前記レーザ光の光路に配置された状態と配置されない状態とを切り替えることで、前記レーザ光の照射形状を前記第１照射形状と前記第２照射形状との間で切り替える挿抜光学素子を有することが好ましい。この構成によれば、レーザ光の照射形状を簡単にかつ確実に切り替えることを可能とする。

また、挿抜光学素子を有する構成において、前記送光側光学系は、前記レーザ光の光路に前記挿抜光学素子が配置されていない状態で前記照射形状を前記第１照射形状とし、前記挿抜光学素子が前記光路に配置されることで前記照射形状を前記第２照射形状とすることが好ましい。この構成によれば、レーザ光の照射形状をより簡単にかつ確実に切り替えることを可能とする。また、挿抜光学素子を選択することで、第２照射形状を適宜選択することができる。

また、送光側光学系が、挿抜光学素子が光路に配置されることで照射形状を第２照射形状とする構成において、挿抜光学素子は、前記レーザ光の光線を拡散させる素子であることが好ましい。この構成によれば、挿抜光学素子の形状で簡単に第２照射形状を制御することができる。

あるいは、送光側光学系が、挿抜光学素子が光路に配置されることで照射形状を第２照射形状とする構成において、前記挿抜光学素子は、前記レーザ光の光線を集光させる素子であり、通過した前記レーザ光について集光後に光線を拡散させることで第２照射形状とし、前記照射スキャナは、前記照射スキャナを構成する光学素子が、前記レーザ光が集光する領域からずらして配置されていることが好ましい。この構成によれば、挿抜光学素子により結果として拡散したレーザ光の光線の全体を効率よく使用することができる。また、この構成によれば、照射スキャナを構成する光学素子が、集光したレーザ光により損傷することを回避することができる。

また、これらの構成において、前記第１照射形状は点状であり、前記照射スキャナは、前記第１照射形状である前記点状に成形された前記レーザ光を、前記計測対象エリアの第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に走査させながら照射することが好ましい。この構成によれば、レーザ光の照射形状を第１照射形状にした場合、レーザ光の光線の強度を最大にすることができる。

また、これらの構成において、前記第２照射形状は前記計測対象エリアの第１方向に延びるライン状であり、前記照射スキャナは、前記第２照射形状である前記ライン状に成形された前記レーザ光を、前記計測対象エリアにおける前記第１方向に直交する第２方向に走査させながら照射することが好ましい。この構成によれば、第２照射形状が第１照射形状よりも照射面積が大きいので、計測対象エリアに対する３次元計測レートが向上し、計測対象エリアＡの計測を短時間に行うことができる。また、受光する反射光に含まれるレーザ光の位置情報について、第１方向を受光部から、第２方向を照射スキャナから、それぞれ分離して取得できるので、高い精度で計測対象エリアを計測できる。

また、第２照射形状は計測対象エリアの第１方向に延びるライン状である構成において、前記送光側光学系は、ライン状に成形された前記レーザ光の前記ライン状の方向の強度分布を反転させる反転光学系が、前記反転光学系の前記レーザ光の照射方向及び前記ライン状の方向に垂直な方向の厚さと同等の間隔で複数配列された強度分布低減機構を有し、前記反転光学系は、前記レーザ光の照射方向に対して、前記ライン状の方向のいずれか一方に４５度傾斜して配置され、前記レーザ光の前記ライン状の方向の光路幅の半分を覆う程度の長さであり、前記ライン状の方向に並べて、１つが前記レーザ光の前記ライン状の方向の光路幅の前記いずれか一方の側に外れた領域を覆うように、１つが前記レーザ光の前記ライン状の方向の光路幅の前記いずれか一方の半分の領域を覆うように、１つが前記レーザ光の前記ライン状の方向の光路幅の前記いずれか一方とは反対側のいずれか他方の半分の領域を覆うように、それぞれ配置された３つの第１ミラー部材と、３つの前記第１ミラー部材のうち両端の２つの前記第１ミラー部材に対して前記レーザ光の照射方向側に設けられ、前記レーザ光の照射方向に対して、前記ライン状の方向のいずれか他方に４５度傾斜して配置され、前記レーザ光の前記ライン状の方向の光路幅の半分を覆う程度の長さである２つの第２ミラー部材と、を有することが好ましい。この構成によれば、ライン状に成形されたレーザ光のライン状の方向の強度分布を低減することができるので、ライン状に成形されたレーザ光を用いる場合の障害物の検知の精度を向上させることができる。

また、これらの構成において、前記受光部は、前記受光側光学系により集光された前記反射光の受光領域を包含することが好ましい。この構成によれば、受光部は、レーザ光の照射形状によらず、受光側で走査することなく、計測対象エリアの全域の反射光を受光することができる。あるいは、これらの構成において、前記計測対象エリアから反射される前記反射光を、前記照射形状に応じた走査をさせながら受光する受光スキャナをさらに有することが好ましい。この構成によれば、送光側の走査に合わせて受光側でも走査することができるので、受光部が受光側光学系により集光された反射光の受光領域を包含していない場合でも、計測対象エリアの全域の反射光を受光することができる。

また、上記したレーザレーダ装置を走行体に搭載しても良い。この構成によれば、レーザレーダ装置が、屋外の環境の変化に伴いレーザ光の光線の透過率が変化した場合でも、装置の消費電力を抑えつつ、障害物の検知を可能とするため、走行体の走行経路の３次元情報を常に取得することができ、走行体の運転支援を行うことができる。

本発明によれば、屋外の環境の変化に伴いレーザ光の光線の透過率が変化した場合でも、装置の消費電力を抑えつつ、障害物の検知を可能とするレーザレーダ装置、及び、走行体を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るレーザレーダ装置がレーザ光を第１照射形状に成形して照射している際の概略構成図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係るレーザレーダ装置がレーザ光を第２照射形状に成形して照射している際の概略構成図である。 図３は、視程とレーザ光の透過率との関係を示すグラフである。 図４は、送光側光学系がレーザ光を第１照射形状に成形している際の概略構成図である。 図５は、送光側光学系がレーザ光を第２照射形状に成形している際の概略構成図である。 図６は、受光側光学系及び受光素子を含む周辺構成の一例を示す模式図である。 図７は、受光側光学系及び受光素子を含む周辺構成の一例を示す斜視図である。 図８は、受光素子の変形例を示す図である。 図９は、本発明の第１の実施形態に係るレーザレーダ装置の処理の一例のフローチャートである。 図１０は、本発明の第２の実施形態に係るレーザレーダ装置がレーザ光を第１照射形状に成形して照射している際の概略構成図である。 図１１は、本発明の第２の実施形態に係るレーザレーダ装置がレーザ光を第２照射形状に成形して照射している際の概略構成図である。 図１２は、本発明の第３の実施形態に係るレーザレーダ装置の送光側光学系に設けられた強度分布低減機構の概略構成図である。 図１３は、強度分布低減機構の説明図である。 図１４は、本発明の第４の実施形態に係るレーザレーダ装置の送光側光学系及び照射スキャナの概略説明図である。 図１５は、本発明の第４の実施形態に係るレーザレーダ装置の送光側光学系及び照射スキャナの概略説明図である。 図１６は、本発明の第４の実施形態に係るレーザレーダ装置の送光側光学系及び照射スキャナの概略説明図である。 図１７は、線路上を走行する列車にレーザレーダ装置を搭載した構成を示す斜視図である。 図１８は、線路上を走行する列車にレーザレーダ装置を搭載した構成を示す側方視図である。 図１９は、車両にレーザレーダ装置を搭載した構成を示す斜視図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るレーザレーダ装置１０がレーザ光Ｌを第１照射形状ＬＳ１に成形して照射している際の概略構成図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係るレーザレーダ装置１０がレーザ光Ｌを第２照射形状ＬＳ２に成形して照射している際の概略構成図である。図１及び図２に示すレーザレーダ装置１０は、異なる形状、及び走査方法でレーザを照射する２つのモードで、予め設定された所定の計測対象エリアＡに対しレーザを照射し、計測対象エリアＡの３次元情報を生成することができる。

図３は、レーザ光の照射方向の視程（以下、単に視程と称する）とレーザ光Ｌの照射方向の透過率（以下、単に透過率と称する）との関係を示すグラフである。図３では、グラフは、横軸が視程を対数スケールで取り、縦軸が透過率を対数スケールで取っている。図３に示す曲線Ｃは、視程と透過率との相関曲線を示している。

透過率は、図３に示すように、視程が短くなることに伴い小さくなり、この視程が長くなることに伴い大きくなる。すなわち、例えば、レーザレーダ装置１０が屋外の広い空間で使用される場合、屋外の環境の変化に応じて視程が変化し、この視程の変化に応じて透過率が変化する。そこで、レーザレーダ装置１０は、透過率に応じて、すなわち屋外の環境における視程に応じて、レーザ光Ｌを第１照射形状ＬＳ１に成形した第１レーザ光Ｌ１と、レーザ光Ｌを第２照射形状ＬＳ２に成形した第２照射形状ＬＳ２と、を使い分けることで、屋外の環境の変化に伴い透過率並びに視程が変化した場合でも、装置の消費電力を抑えつつ、障害物の検知を可能とするものである。レーザレーダ装置１０は、より具体的には、視程が所定の閾値より小さい場合、レーザ光Ｌの照射形状を照射面積が小さく単位面積あたりの照射強度が強い第１照射形状ＬＳ１とし、視程が所定の閾値より大きい場合、レーザ光Ｌの照射形状を照射面積が大きく単位面積あたりの照射強度が弱い第２照射形状ＬＳ２とする。第２照射形状ＬＳ２は、第１照射形状ＬＳ１より照射面積が大きい。すなわち第２レーザ光Ｌ２又は第１レーザ光Ｌ１の照射方向に垂直な断面の面積が大きい。

レーザレーダ装置１０は、本実施形態では、第１照射形状ＬＳ１を、第１レーザ光Ｌ１の光線の照射方向に垂直な断面が点状、すなわち微小な大きさの円形状とし、第２照射形状ＬＳ２を、第２レーザ光Ｌ２の光線の照射方向に垂直な断面が、計測対象エリアＡの水平方向（第１方向）Ｘに延びるライン状とし、第１照射形状ＬＳ１に応じて計測対象エリアＡの水平方向Ｘ及びこの水平方向Ｘに直交する垂直方向（第２方向）Ｙへ走査し、第２照射形状ＬＳ２に応じて垂直方向Ｙへ走査する。このようにすることで、レーザ光Ｌの照射形状を第１照射形状ＬＳ１にした場合、レーザ光Ｌの光線の強度を最大にすることができる。また、レーザ光Ｌの照射形状を第２照射形状ＬＳ２にした場合、第１照射形状ＬＳ１よりも照射面積が大きいので、計測対象エリアＡに対する３次元計測レートが向上し、計測対象エリアＡの計測を短時間に行うことができる。また、レーザ光Ｌの照射形状を第２照射形状ＬＳ２にした場合、後述するように、受光する第２反射光Ｒ２に含まれるレーザ光Ｌの位置情報について、第１方向を受光部から、第２方向を照射スキャナ２０から、分離して取得できるので、高い精度で計測対象エリアＡを計測できる。第１照射形状ＬＳ１及び第２照射形状ＬＳ２並びにそれらに応じて行う走査は、これらに限定されず、例えば、第１照射形状ＬＳ１を水平方向Ｘに延びるライン状とし、第２照射形状ＬＳ２を水平方向Ｘ及び垂直方向Ｙに延びる面状とし、第１照射形状ＬＳ１に応じて計測対象エリアＡの垂直方向Ｙへの走査することとし、第２照射形状ＬＳ２に応じて走査しないこととしてもよい。また、例えば、第１照射形状ＬＳ１又は第２照射形状ＬＳ２を水平方向Ｘに計測対象エリアＡの半分の長さ以下に延びるライン状とし、この第１照射形状ＬＳ１又は第２照射形状ＬＳ２に応じて、計測対象エリアＡの水平方向Ｘ及び垂直方向Ｙへ走査することとしてもよい。

レーザレーダ装置１０は、第１照射形状ＬＳ１である点状に成形した第１レーザ光Ｌ１を、計測対象エリアＡの水平方向Ｘ及び垂直方向Ｙに走査しながら照射し、第２照射形状ＬＳ２である水平方向Ｘに延びるライン状に成形した第２レーザ光Ｌ２を、計測対象エリアＡの垂直方向Ｙに走査しながら照射する。計測対象エリアＡは、レーザレーダ装置１０から所定距離離れた位置に設定されたエリアである。

レーザレーダ装置１０は、図１及び図２に示すように、レーザ光源１２と、光源制御部１４と、送光側光学系１６と、照射形状制御部１８と、照射スキャナ２０と、スキャナ制御部２２と、受光側光学系２４と、受光素子２６と、アンプ回路２８と、距離演算部３０と、情報生成部３２と、を有する。本実施形態の受光部は、受光素子２６と、アンプ回路２８と、を有する。レーザレーダ装置１０は、情報生成部３２に外部機器３４が有線又は無線で接続されている。外部機器３４は、本実施形態では、走行体に搭載されたコンピュータ等が例示される。

レーザレーダ装置１０は、記憶部と、処理部と、を備える。記憶部は、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ及びフラッシュメモリー等の記憶装置を有し、処理部により処理されるソフトウェア・プログラム及びこのソフトウェア・プログラムにより参照されるデータ等を記憶する。また、記憶部は、処理部が処理結果等を一時的に記憶する記憶領域としても機能する。処理部は、記憶部からソフトウェア・プログラム等を読み出して処理することで、ソフトウェア・プログラムの内容に応じた機能を発揮する。具体的には、処理部は、光源制御部１４、照射形状制御部１８、スキャナ制御部２２、距離演算部３０及び情報生成部３２として機能する。光源制御部１４、照射形状制御部１８、スキャナ制御部２２、距離演算部３０及び情報生成部３２は、計測対象エリアＡの３次元情報を生成及び出力する。

レーザ光源１２は、レーザ光Ｌの光線を照射口１２ｏ（図４及び図５参照）から送光側光学系１６に向けて発光、すなわち発振及び照射する。レーザ光源１２は、例えば、２００〜２０００ｎｍの波長のレーザ光Ｌを発光することが好ましい。特に、レーザレーダ装置１０は、例えば、屋外の広い空間で使用される場合、レーザ光源１２が８００〜２０００ｎｍの波長のレーザ光Ｌを発光することで、安定した計測を実現できる。レーザ光源１２は、例えば、レーザダイオードなどから構成され、光源制御部１４の発光指令に基づきレーザ光Ｌをパルス状に発光する。

光源制御部１４は、レーザ光源１２の動作を制御する。光源制御部１４は、レーザ光Ｌの発光の強度の情報を照射形状制御部１８に送信する。また、光源制御部１４は、レーザレーダ装置１０のマスタークロックを有し、レーザ光Ｌの発光と同時にパルス状の発光同期信号を距離演算部３０に送信する。

図４は、送光側光学系１６がレーザ光Ｌを第１照射形状ＬＳ１に成形している際の概略構成図である。図５は、送光側光学系１６がレーザ光Ｌを第２照射形状ＬＳ２に成形している際の概略構成図である。送光側光学系１６は、図４及び図５に示すように、レーザ光源１２の照射口１２ｏから発光されるレーザ光Ｌを、照射形状が第１照射形状ＬＳ１又は第２照射形状ＬＳ２となるように成形して、それぞれ第１レーザ光Ｌ１又は第２レーザ光Ｌ２とする。送光側光学系１６は、レーザ光Ｌの照射形状を第１照射形状ＬＳ１又は第２照射形状ＬＳ２に成形する基本光学系３６と、レーザ光Ｌの光路に対して挿抜されることで、レーザ光Ｌの照射形状を第１照射形状ＬＳ１と第２照射形状ＬＳ２との間で切り替える挿抜光学素子３８と、を有することが好ましい。この場合、送光側光学系１６は、レーザ光Ｌの照射形状を簡単にかつ確実に切り替えることができる。より具体的には、送光側光学系１６は、本実施形態のように、レーザ光Ｌの照射形状を照射面積が小さい第１照射形状ＬＳ１に成形する基本光学系３６と、レーザ光Ｌの光路に対して挿入されて挿入位置に移動することで、すなわちレーザ光Ｌの光路に配置される状態となることで、レーザ光Ｌの照射形状を照射面積が大きい第２照射形状ＬＳ２に切り替える挿抜光学素子３８と、を有することが好ましい。この場合、送光側光学系１６は、挿抜光学素子３８が、レーザ光Ｌの光路に対して抜出されて挿入位置から抜出位置に移動することで、すなわちレーザ光Ｌの光路に配置されていない状態となることで、レーザ光Ｌの照射形状を照射面積が小さい第１照射形状ＬＳ１に再び切り替えることができる。また、送光側光学系１６は、レーザ光Ｌの照射形状をより簡単にかつ確実に切り替えることができる。また、送光側光学系１６は、挿抜光学素子３８を選択することで、第２照射形状ＬＳ２を適宜選択することを可能とする。

基本光学系３６は、本実施形態では、レーザ光Ｌの光路上に固定して設けられた光学素子３６ａを含む。基本光学系３６は、本実施形態では光学素子３６ａ単体であるが、これに限定されることはなく、複数の光学素子を組み合わせたものでもよい。光学素子３６ａは、例えば、レーザ光Ｌの入射側の曲面が凸面、第１照射形状ＬＳ１に成形された第１レーザ光Ｌ１の射出側の曲面が平面の片面凸レンズで構成される。光学素子３６ａは、平行光を得られるように収差補正されたコリメータレンズであることが好ましく、この場合、受光部においてレーザ光Ｌの反射光Ｒの光線が正しく一点に集まらずに不完全な像ができることを低減することができる。

挿抜光学素子３８は、本実施形態では、レーザ光Ｌの光線を拡散させる素子である。挿抜光学素子３８は、基本光学系３６で第１照射形状ＬＳ１に成形された第１レーザ光Ｌ１の光線を水平方向Ｘに延びるライン状に拡散させることで、第１レーザ光Ｌ１の照射形状を第１照射形状ＬＳ１から第２照射形状ＬＳ２に切り替える。挿抜光学素子３８は、本実施形態では、光学素子単体であるが、これに限定されることはなく、複数の光学素子を組み合わせたものでもよい。挿抜光学素子３８は、その形状及び構成を選択することで、第２照射形状ＬＳ２を適宜選択することを可能とする。挿抜光学素子３８は、例えば、第１レーザ光Ｌ１の入射側の曲面が平面、第２照射形状ＬＳ２に成形された第２レーザ光Ｌ２の射出側の曲面が凹面の円筒型凹レンズで構成される。

挿抜光学素子３８は、挿抜光学素子３８を挿入位置と抜出位置との間で駆動する駆動モータ３８Ｍが接続されている。駆動モータ３８Ｍは、照射形状制御部１８と接続されており、照射形状制御部１８から送信される挿入指令に基づいて、挿抜光学素子３８を挿入位置に移動させる。また、駆動モータ３８Ｍは、照射形状制御部１８から送信される抜出指令に基づいて、挿抜光学素子３８を抜出位置に移動させる。すなわち、送光側光学系１６は、駆動モータ３８Ｍに対して照射形状制御部１８から送信される挿入指令及び抜出指令に基づいて、挿抜光学素子３８を移動させることで、レーザ光Ｌの光線を成形する照射形状を第１照射形状ＬＳ１と第２照射形状ＬＳ２との間で切り替える。

照射形状制御部１８は、送光側光学系１６を制御することで、レーザ光Ｌを成形する照射形状を第１照射形状ＬＳ１又は第２照射形状ＬＳ２に制御する。照射形状制御部１８は、光源制御部１４からレーザ光Ｌの発光の強度の情報を取得する。また、照射形状制御部１８は、アンプ回路２８から受信信号の強度の情報を取得する。照射形状制御部１８は、光源制御部１４から取得したレーザ光Ｌの発光の強度の情報と、アンプ回路２８から取得した受信信号の強度の情報と、に基づいて、視程を測定する。これにより、照射形状制御部１８は、レーザレーダ装置１０の能力に応じた視程の測定を可能とする。照射形状制御部１８は、測定した視程が閾値以上であるか、あるいは、閾値未満であるかを判定する。また、照射形状制御部１８は、測定した視程が閾値以上になったか、あるいは、閾値未満になったかを判定する。これにより、照射形状制御部１８は、レーザレーダ装置１０の能力に応じた視程の判定を可能とする。

なお、照射形状制御部１８は、光源制御部１４からレーザ光Ｌの発光の強度の情報を取得したり、アンプ回路２８から受信信号の強度の情報を取得したりしなくてもよい。この場合、照射形状制御部１８は、光源制御部１４からのレーザ光Ｌの発光の強度の情報及びアンプ回路２８からの受信信号の強度の情報に基づいて視程を測定することに代えて、レーザレーダ装置１０にさらに設けられた周囲環境検出部としての視程計から、この視程計が測定して出力する視程の情報を受信し、この視程が閾値以上であるか閾値未満であるか、あるいは、この視程が閾値以上になったか閾値未満になったか、を判定する。これにより、照射形状制御部１８は、装置の立上時等の状況下でも、視程計により客観的な視程を測定できるので、客観的な視程の判定を可能とする。

照射形状制御部１８は、測定した視程が閾値以上であると判定した場合、送光側光学系１６がレーザ光Ｌの照射形状を第２照射形状ＬＳ２に成形するように、制御する。照射形状制御部１８は、具体的には、視程が閾値以上である場合で、挿抜光学素子３８が挿入位置にある場合には、駆動モータ３８Ｍに指令を出さず、そのままに保持する。一方、照射形状制御部１８は、視程が閾値以上である場合で、挿抜光学素子３８が抜出位置にある場合には、駆動モータ３８Ｍに挿入指令を送信することで、挿抜光学素子３８を挿入位置に移動させて、レーザ光Ｌの光線を成形する照射形状を第１照射形状ＬＳ１から第２照射形状ＬＳ２に切り替える。そして、照射形状制御部１８は、照射形状を第２照射形状ＬＳ２に制御していることの情報である第２形状情報をスキャナ制御部２２に送信する。

照射形状制御部１８は、視程が閾値未満であると判定した場合、送光側光学系１６がレーザ光Ｌの照射形状を第１照射形状ＬＳ１に成形するように、制御する。照射形状制御部１８は、具体的には、視程が閾値未満である場合で、挿抜光学素子３８が抜出位置にある場合には、駆動モータ３８Ｍに指令を出さず、そのままに保持する。一方、照射形状制御部１８は、視程が閾値未満である場合で、挿抜光学素子３８が挿入位置にある場合には、駆動モータ３８Ｍに抜出指令を送信することで、挿抜光学素子３８を抜出位置に移動させて、レーザ光Ｌの光線を成形する照射形状を第２照射形状ＬＳ２から第１照射形状ＬＳ１に切り替える。そして、照射形状制御部１８は、照射形状を第１照射形状ＬＳ１に制御していることの情報である第１形状情報をスキャナ制御部２２に送信する。

照射形状制御部１８は、一定時間ごとに、あるいは連続して、視程が閾値以上であるか閾値未満であるかを判定する。すなわち、照射形状制御部１８は、視程が閾値未満から閾値以上になったと判定することができ、かつ、視程が閾値以上から閾値未満になったと判定することができる。照射形状制御部１８は、視程が閾値未満から閾値以上になったと判定した場合、駆動モータ３８Ｍに挿入指令を送信することで、挿抜光学素子３８を挿入位置に移動させて、レーザ光Ｌの光線を成形する照射形状を第１照射形状ＬＳ１から第２照射形状ＬＳ２に切り替える。そして、照射形状制御部１８は、照射形状を第２照射形状ＬＳ２に切り替えたことの情報に相当する情報である第２形状情報をスキャナ制御部２２に送信する。照射形状制御部１８は、視程が閾値以上から閾値未満になったと判定した場合、駆動モータ３８Ｍに抜出指令を送信することで、挿抜光学素子３８を抜出位置に移動させて、レーザ光Ｌの光線を成形する照射形状を第２照射形状ＬＳ２から第１照射形状ＬＳ１に切り替える。そして、照射形状制御部１８は、照射形状を第１照射形状ＬＳ１に切り替えたことの情報に相当する情報である第１形状情報をスキャナ制御部２２に送信する。

照射形状制御部１８は、受信信号の強度のピーク値が所定の第１閾値以上になった場合、測定した視程が閾値以上になったと判定し、送光側光学系１６がレーザ光Ｌの照射形状を第２照射形状ＬＳ２に成形するように、制御することが好ましい。照射形状制御部１８は、視程が高い場合には受信信号の強度のピーク値が受信信号の強度の中で最も感度が良いため、感度の良い受信信号の強度のピーク値に基づいて視程が閾値以上になったことを適切に判定することができ、レーザ光Ｌの照射形状を第２照射形状ＬＳ２に制御できる。

照射形状制御部１８は、受光部の端部の所定の位置、すなわち受光素子２６の端部の所定の位置における受信信号の強度が所定の第２閾値未満になった場合、測定した視程が閾値未満になったと判定し、送光側光学系１６がレーザ光Ｌの照射形状を第２照射形状ＬＳ２に成形するように、制御することが好ましい。照射形状制御部１８は、視程が低い場合には受信信号が受光部の端部から徐々に検知できなくなるため、受信信号の検知の可否に基づいて視程が閾値未満になったことを適切に判定することができ、レーザ光Ｌの照射形状を第１照射形状ＬＳ１に制御できる。

なお、第１の実施形態に係るレーザレーダ装置１０は、視程が閾値未満から閾値以上になったと判定する場合には第１閾値を用い、視程が閾値以上から閾値未満になったと判定する場合には第２閾値を用いており、レーザ光Ｌの照射形状を切り替える際に履歴（ヒステリシス）が残るように、第１閾値と第２閾値との２つの閾値を設けているが、これに限定されることはなく、１つの閾値を用いて、視程が閾値未満から閾値以上になったと判定し、かつ、視程が閾値以上から閾値未満になったと判定し、履歴（ヒステリシス）が残らないようにレーザ光Ｌの照射形状を切り替えてもよい。また、第１の実施形態に係るレーザレーダ装置１０は、視程が閾値未満と視程が閾値以上とでレーザ光Ｌの照射形状を切り替えているが、実質的には、視程が閾値より大きい状態と閾値以下とでレーザ光Ｌの照射形状を切り替えることも含んでいる。

照射スキャナ２０は、送光側光学系１６で成形されたレーザ光Ｌを、計測対象エリアＡにおいて、照射形状に応じた走査をさせながら照射する。照射スキャナ２０は、照射形状が第１照射形状ＬＳ１としての点状に成形された第１レーザ光Ｌ１を、計測対象エリアＡの水平方向Ｘ及び垂直方向Ｙにそれぞれ走査する。また、照射スキャナ２０は、照射形状が第２照射形状ＬＳ２としての水平方向Ｘに延びるライン状に成形された第２レーザ光Ｌ２を、計測対象エリアＡの垂直方向Ｙに走査する。

照射スキャナ２０は、図１及び図２に示すように、計測対象エリアＡを２次元的に走査する機能を有し、第１レーザ光Ｌ１を水平方向Ｘに走査させる水平走査部４２と、第１レーザ光Ｌ１又は第２レーザ光Ｌ２を垂直方向Ｙに走査させる垂直走査部４４とを備える。水平走査部４２及び垂直走査部４４は、例えば、ガルバノスキャナにより構成され、平面鏡であるガルバノミラー４２ａ，４４ａと、ガルバノミラー４２ａ，４４ａの鏡面を揺動させる駆動モータ４２ｂ，４４ｂと、を備えている。

水平走査部４２は、送光側光学系１６がレーザ光Ｌの照射形状を第１照射形状ＬＳ１に成形している場合、スキャナ制御部２２の制御の下、駆動モータ４２ｂを駆動させてガルバノミラー４２ａを揺動させる。これにより、送光側光学系１６で第１照射形状ＬＳ１に成形された第１レーザ光Ｌ１は、ガルバノミラー４２ａによって水平方向の角度が変更され、計測対象エリアＡの水平方向Ｘに走査される。水平走査部４２は、送光側光学系１６がレーザ光Ｌの照射形状を第２照射形状ＬＳ２に成形している場合、スキャナ制御部２２の制御の下、駆動モータ４２ｂの駆動を停止させてガルバノミラー４２ａを所定の角度で固定させる。これにより、送光側光学系１６で第２照射形状ＬＳ２に成形された第２レーザ光Ｌ２は、ガルバノミラー４２ａによって水平方向の角度が固定される。

垂直走査部４４は、送光側光学系１６がレーザ光Ｌの照射形状を第１照射形状ＬＳ１に成形している場合であっても、送光側光学系１６がレーザ光Ｌの照射形状を第２照射形状ＬＳ２に成形している場合であっても、スキャナ制御部２２の制御の下、駆動モータ４４ｂを駆動させてガルバノミラー４４ａを揺動させる。これにより、ガルバノミラー４２ａを反射した第１レーザ光Ｌ１又は第２レーザ光Ｌ２は、ガルバノミラー４４ａによって垂直方向の角度が変更され、計測対象エリアＡの垂直方向Ｙに走査される。なお、本実施形態では、水平走査部４２及び垂直走査部４４の一例として、ガルバノスキャナを用いた構成を説明したが、この構成に限るものではなく、例えば、ポリゴンミラーを有するポリゴンスキャナを用いても良い。

スキャナ制御部２２は、照射スキャナ２０の動作を制御する。具体的には、スキャナ制御部２２は、照射形状制御部１８から送信される第１形状情報又は第２形状情報を受信し、受信した第１形状情報又は第２形状情報に基づいて走査パターンを決定し、その決定した走査パターンに基づいて走査する。スキャナ制御部２２は、照射形状制御部１８から第１形状情報を受信した場合、走査パターンを水平方向Ｘ及び垂直方向Ｙにそれぞれ走査させるものに決定し、照射形状制御部１８から第２形状情報を受信した場合、走査パターンを垂直方向Ｙに走査させるものに決定する。スキャナ制御部２２は、水平方向Ｘ及び垂直方向Ｙにそれぞれ走査する場合及び垂直方向Ｙに走査する場合のそれぞれについて、所定の走査パターンに基づき、駆動モータ４２ｂ，４４ｂの動作を制御する。

これにより、スキャナ制御部２２に制御された照射スキャナ２０は、第１照射形状ＬＳ１に成形された第１レーザ光Ｌ１を、走査パターンに則した走査をさせて計測対象エリアＡに照射し、この照射された計測対象エリアＡ内の点（領域）が順次、第１計測点Ｓ１となる。この場合、スキャナ制御部２２は、各第１計測点Ｓ１に対応するガルバノミラー４２ａ，４４ａのミラー角（送光制御角度）の情報を取得し、これらのミラー角を情報生成部３２に送信する。また、スキャナ制御部２２に制御された照射スキャナ２０は、第２照射形状ＬＳ２に成形された第２レーザ光Ｌ２を、走査パターンに則した走査をさせて計測対象エリアＡに照射し、この照射された計測対象エリアＡ内の点（領域）が順次、第２計測点Ｓ２となる。この場合、スキャナ制御部２２は、各第２計測点Ｓ２に対応するガルバノミラー４４ａのミラー角（送光制御角度）の情報を取得し、これらのミラー角を情報生成部３２に送信する。ここで、ガルバノミラー４２ａのミラー角（送光制御角度）の情報は、各第１計測点Ｓ１の水平方向Ｘの位置情報に相当し、ガルバノミラー４４ａのミラー角（送光制御角度）の情報は、各第１計測点Ｓ１又は各第２計測点Ｓ２の垂直方向Ｙの位置情報に相当する。

スキャナ制御部２２に制御された照射スキャナ２０は、本実施形態では、第１照射形状ＬＳ１に成形された第１レーザ光Ｌ１を走査しながら計測対象エリアＡに照射するため、計測対象エリアＡに照射される第１レーザ光Ｌ１の照射パワー密度を高くして、信号強度を向上させることができる。これにより、第１レーザ光Ｌ１の透過率が低い環境条件下、例えば、霧環境や雨環境下でも計測性能を確保することができる。また、スキャナ制御部２２に制御された照射スキャナ２０は、本実施形態では、第２照射形状ＬＳ２に成形された第２レーザ光Ｌ２を、第２照射形状ＬＳ２の延びる方向に垂直な方向に走査しながら計測対象エリアＡに照射するため、計測対象エリアＡに対する３次元計測レートが向上し、計測対象エリアＡの計測を短時間に行うことができる。

受光側光学系２４は、計測対象エリアＡの各第１計測点Ｓ１から反射される第１反射光Ｒ１又は計測対象エリアＡの各第２計測点Ｓ２から反射される第２反射光Ｒ２を受光して、垂直方向Ｙに集光する。

図６は、受光側光学系２４及び受光素子２６を含む周辺構成の一例を示す模式図である。図７は、受光側光学系２４及び受光素子２６を含む周辺構成の一例を示す斜視図である。受光側光学系２４は、図６に示すように、受光側レンズ４６と、リレーレンズ４８と、集光レンズ５０と、を有する。受光側光学系２４は、この図６では、リレーレンズ４８と集光レンズ５０とを１枚ずつ備えた構成としているが、各レンズを複数組み合わせたレンズユニットとしても良いことは勿論である。

受光側レンズ４６は、計測対象エリアＡの各第１計測点Ｓ１又は各第２計測点Ｓ２でそれぞれ反射される第１反射光Ｒ１又は第２反射光Ｒ２を受光し、各第１計測点Ｓ１又は各第２計測点Ｓ２の像を受光側レンズ４６の下流側の所定位置（結像位置）で結像する。なお、図５及び図６では、各第２計測点Ｓ２で反射される第２反射光Ｒ２を受光し、各第２計測点Ｓ２の像を結像する場合が図示されているが、各第１計測点Ｓ１で反射される第１反射光Ｒ１を受光し、各第１計測点Ｓ１の像を結像する場合も同様である。

リレーレンズ４８は、受光側レンズ４６の結像位置に配置され、結像位置における受光側レンズ４６の結像情報を保持したまま、それ以降の光束を略平行化し、この結像情報をそのまま集光レンズ５０に伝送する。リレーレンズ４８は、例えば、凸レンズで構成される。リレーレンズ４８は、本実施形態では、受光側レンズ４６の結像位置に配置する構成としたが、これに限るものではなく、受光側レンズ４６の結像位置付近、又は結像位置の後方に配置しても良い。

集光レンズ５０は、リレーレンズ４８の下流側に配置され、図７に示すように、例えば、第１反射光Ｒ１又は第２反射光Ｒ２の入射側が曲面５０ａ、射出側が平面５０ｂの円筒型凸レンズで構成される。この集光レンズ５０は、垂直方向Ｙに集光される倍率が水平方向Ｘに集光される倍率よりも大きくなるように形成されている。すなわち、集光レンズ５０は、リレーレンズ４８から伝送された第１反射光Ｒ１又は第２反射光Ｒ２の平行光束、すなわち結像情報のすべてを、水平方向Ｘに延びるラインセンサである受光素子２６に向けて垂直方向Ｙに集光させる。このため、受光側光学系２４は、３種類のレンズを組み合わせた簡単な構成で、受光側レンズ４６で結像させ、リレーレンズ４８及び集光レンズ５０で結像情報を受光素子２６に集光させることができ、受光側のスキャンレスを実現できる。なお、以降では、受光側光学系２４により受光素子２６に向けて集光した第１反射光Ｒ１又は第２反射光Ｒ２を、適宜まとめて反射光Ｒと称する。

受光素子２６は、アンプ回路２８と共に、本実施形態の受光部を構成する。受光部は、受光素子２６が、受光側光学系２４により集光された反射光Ｒの受光領域を包含することが好ましい。この場合、受光部の受光素子２６は、レーザ光Ｌの照射形状によらず、受光側で走査することなく、計測対象エリアＡの全域の反射光Ｒを受光することができるので、受光側のスキャンレスを実現でき、構成が簡素化される。

受光素子２６は、本実施形態では、水平方向Ｘに沿って並べられた複数（本実施形態では５つ）の受光セル２６ａを備えて構成されたラインセンサである。各受光セル２６ａは、反射光Ｒを受光して電流に変換する光電変換素子（例えば、フォトダイオード）で形成されており、単一のピクセルを有する単一素子で形成されている。このため、短いパルスの第１レーザ光Ｌ１又は第２レーザ光Ｌ２に応答することができる。

この構成では、計測対象エリアＡは、受光セル２６ａの数である５つに応じて、５つの分割エリアＡａに区分けされる。そして、計測対象エリアＡからの反射光Ｒは、分割エリアＡａに対応して５つに空間分解され、分割エリアＡａに対応する受光セル２６ａに受光される。この場合、分割エリアＡａからの反射光Ｒは、集光レンズ５０によって、垂直方向Ｙに集光されて、対応する受光セル２６ａに受光される。このため、受光素子２６には、計測対象エリアＡからの反射光Ｒの平行光束、すなわち結像情報のすべてが集光される。

受光素子２６は、受光側光学系２４で集光された反射光Ｒを受光し、受光した反射光Ｒに含まれる第１レーザ光Ｌ１又は第２レーザ光Ｌ２に基づいた受信信号を出力する。アンプ回路２８は、受光素子２６が出力した受信信号を電圧信号として増幅する。受光素子２６が出力する受信信号は、微弱な電流信号であるため、アンプ回路２８は、電流信号を電圧信号に変換して距離演算部３０に出力する。

距離演算部３０は、アンプ回路２８で増幅された受信信号に基づき、計測対象エリアＡの各第１計測点Ｓ１又は各第２計測点Ｓ２の距離情報を演算する。距離演算部３０は、光源制御部１４から送信されたパルス状の発光同期信号及びアンプ回路２８から送信された受信信号を取得し、第１レーザ光Ｌ１又は第２レーザ光Ｌ２が照射された計測対象エリアＡの各第１計測点Ｓ１又は各第２計測点Ｓ２までの距離を演算し、距離情報を情報生成部３２に送信する。具体的には、距離演算部３０は、発光同期信号と受信信号とに基づいて、第１レーザ光Ｌ１又は第２レーザ光Ｌ２を発光してから反射光Ｒを受光するまでの時間を計測するとともに、この計測時間に基づいて第１レーザ光Ｌ１又は第２レーザ光Ｌ２を反射した各第１計測点Ｓ１又は各第２計測点Ｓ２までの距離を演算する。また、距離演算部３０は、距離情報とともに、受信信号に含まれる受光強度を距離情報と関連づけて情報生成部３２に送信しても良い。

また、距離演算部３０は、アンプ回路２８で増幅された受信信号に基づき、計測対象エリアＡの各第１計測点Ｓ１又は各第２計測点Ｓ２の水平方向Ｘの位置情報を演算する。具体的には、距離演算部３０は、反射光Ｒを受光した受光セル２６ａのピクセル情報（番号）を取得し、このピクセル情報から各第１計測点Ｓ１又は各第２計測点Ｓ２の水平方向Ｘの位置情報を演算し、この位置情報を情報生成部３２に送信する。

なお、距離演算部３０は、送光側光学系１６がレーザ光Ｌの照射形状を第１照射形状ＬＳ１に成形した場合、アンプ回路２８で増幅された受信信号に基づき、計測対象エリアＡの各第１計測点Ｓ１の水平方向Ｘの位置情報を演算して、この位置情報を情報生成部３２に送信しなくてもよい。この場合、情報生成部３２は、距離演算部３０から送信される各第１計測点Ｓ１の水平方向Ｘの位置情報に代えて、スキャナ制御部２２から送信される各第１計測点Ｓ１に対応するガルバノミラー４２ａのミラー角（送光制御角度）の情報に基づいて演算される計測対象エリアＡの各第１計測点Ｓ１の水平方向Ｘの位置情報を用いる。

情報生成部３２は、スキャナ制御部２２から送信される各第１計測点Ｓ１又は各第２計測点Ｓ２に対応するガルバノミラー４４ａのミラー角（送光制御角度）の情報を受信し、このミラー角の情報に基づいて、計測対象エリアＡの各第１計測点Ｓ１又は各第２計測点Ｓ２の垂直方向Ｙの位置情報を演算する。情報生成部３２は、距離演算部３０から送信される計測対象エリアＡの各第１計測点Ｓ１又は各第２計測点Ｓ２の水平方向Ｘの位置情報を受信する。情報生成部３２は、ミラー角の情報に基づいて演算した各第１計測点Ｓ１又は各第２計測点Ｓ２の垂直方向Ｙの位置情報と、距離演算部３０から受信した各第１計測点Ｓ１又は各第２計測点Ｓ２の水平方向Ｘの位置情報と、に基づいて、各第１計測点Ｓ１又は各第２計測点Ｓ２における座標情報を取得し、計測対象エリアＡに存在する複数の各第１計測点Ｓ１又は各第２計測点Ｓ２の座標情報分布から計測対象エリアＡの３次元情報を生成する。この構成では、受光側の視野スキャンによる受信信号の空間位置座標取得が不要となるため、３次元情報を生成するための信号処理の負荷を軽減できる。情報生成部３２で生成された計測対象エリアＡの３次元情報は、外部機器３４（例えば、走行体に搭載されたコンピュータ等）に有線又は無線にて送信され、この外部機器３４で利用される。

なお、情報生成部３２は、送光側光学系１６がレーザ光Ｌの照射形状を第１照射形状ＬＳ１に成形した場合、距離演算部３０から各第１計測点Ｓ１の水平方向Ｘの位置情報を受信することに代えて、スキャナ制御部２２から送信される各第１計測点Ｓ１に対応するガルバノミラー４２ａのミラー角（送光制御角度）の情報に基づいて演算される計測対象エリアＡの各第１計測点Ｓ１の水平方向Ｘの位置情報を用いてもよい。この場合、情報生成部３２は、ミラー角の情報に基づいて演算した各第１計測点Ｓ１の水平方向Ｘ及び垂直方向Ｙの位置情報に基づいて、各第１計測点Ｓ１における座標情報を取得し、計測対象エリアＡに存在する複数の各第１計測点Ｓ１の座標情報分布から計測対象エリアＡの３次元情報を生成する。

次に、受光素子２６の変形例について説明する。図８は、受光素子２６の変形例を示す図である。上記した実施形態では、受光素子２６は、受光セル２６ａを水平方向Ｘに横並びに配置したラインセンサを１つ設ける構成としたが、図８に示すように、複数（例えば３つ）のラインセンサ２６を垂直方向Ｙにアレイ状に並べたラインセンサアレイ５２とすることもできる。この構成では、垂直方向Ｙに並んだ残りの２つのラインセンサ２６は、予備的に配置されるものであり、レーザレーダ装置１０の運用中に受光側光学系２４による受光素子２６（ラインセンサ２６）への集光位置がずれたり、集光サイズが最適点からずれて拡大したりした場合でも、ラインセンサアレイ５２のうち、反射光Ｒが集光されるラインセンサ２６を使用することができる。これによれば、反射光Ｒを確実に受光素子で受光することができ、計測品質を確保することができる。

また、受光素子２６は、第１照射形状ＬＳ１及び第２照射形状ＬＳ２に応じて、適宜変更することができる。例えば、受光素子２６は、第２照射形状ＬＳ２を水平方向Ｘ及び垂直方向Ｙに延びる面状とした場合、受光セル２６ａを面状に並べることで、受光側光学系２４により集光された反射光Ｒの受光領域を包含することが好ましい。この場合、受光側のスキャンレスを実現でき、構成が簡素化される。一方、前述のように第２照射形状ＬＳ２を水平方向Ｘに延びるライン状とした場合、受光素子２６をラインセンサあるいはラインセンサが垂直方向Ｙに数列以内並べられたラインセンサアレイ５２とする方が好ましく、この場合、処理する画素数が低減するので、処理部への負担を低減することができ、無駄のない計測対象エリアＡの計測を可能にする。

以上のような構成を有する本実施形態に係るレーザレーダ装置１０の作用について以下に説明する。図９は、本発明の第１の実施形態に係るレーザレーダ装置の処理の一例のフローチャートである。レーザレーダ装置１０によって実行される処理方法について、図９を用いて説明する。

まず、レーザレーダ装置１０における照射形状制御部１８は、レーザ光Ｌの照射形状が第１照射形状ＬＳ１に成形されているか否かを判定する（ステップＳ１０）。そして、照射形状制御部１８は、光源制御部１４からレーザ光Ｌの発光の強度の情報を取得し、アンプ回路２８から受信信号の強度の情報を取得する。

照射形状制御部１８は、レーザ光Ｌの照射形状が第１照射形状ＬＳ１である場合（ステップＳ１０でＹｅｓ）、アンプ回路２８から取得した受信信号の強度のピーク値が所定の第１閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。

照射形状制御部１８は、アンプ回路２８から取得した受信信号の強度のピーク値が所定の第１閾値以上でない場合（ステップＳ１２でＮｏ）、測定した視程が閾値以上になっていないと判定し、送光側光学系１６が、レーザ光Ｌの照射形状を第１照射形状ＬＳ１に維持するように、制御する（ステップＳ１４）。具体的には、照射形状制御部１８は、視程が閾値未満のままであると判定した場合、駆動モータ３８Ｍに指令を送信せず、挿抜光学素子３８を抜出位置に保持させて、レーザ光Ｌの光線を成形する照射形状を第１照射形状ＬＳ１に維持する。そして、照射形状制御部１８は、照射形状を第１照射形状ＬＳ１に制御していることの情報である第１形状情報をスキャナ制御部２２に送信し、処理をステップＳ２４に進める。

照射形状制御部１８は、アンプ回路２８から取得した受信信号の強度のピーク値が所定の第１閾値以上である場合（ステップＳ１２でＹｅｓ）、測定した視程が閾値以上になったと判定し、送光側光学系１６が、レーザ光Ｌの照射形状を第１照射形状ＬＳ１から第２照射形状ＬＳ２に切り替えるように、制御する（ステップＳ１６）。具体的には、照射形状制御部１８は、視程が閾値未満から閾値以上になったと判定した場合、駆動モータ３８Ｍに挿入指令を送信することで、挿抜光学素子３８を挿入位置に移動させて、レーザ光Ｌの光線を成形する照射形状を第１照射形状ＬＳ１から第２照射形状ＬＳ２に切り替える。そして、照射形状制御部１８は、照射形状を第２照射形状ＬＳ２に制御していることの情報である第２形状情報をスキャナ制御部２２に送信し、処理をステップＳ２６に進める。

照射形状制御部１８は、レーザ光Ｌの照射形状が第２照射形状ＬＳ２である場合（ステップＳ１０でＮｏ）、アンプ回路２８から取得した受信信号の強度のピーク値が所定の第２閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ１８）。

照射形状制御部１８は、アンプ回路２８から取得した受信信号の強度のピーク値が所定の第１閾値未満である場合（ステップＳ１８でＹｅｓ）、測定した視程が閾値未満になったと判定し、送光側光学系１６が、レーザ光Ｌの照射形状を第２照射形状ＬＳ２から第１照射形状ＬＳ１に切り替えるように、制御する（ステップＳ２０）。具体的には、照射形状制御部１８は、視程が閾値以上から閾値未満になったと判定した場合、駆動モータ３８Ｍに抜出指令を送信することで、挿抜光学素子３８を抜出位置に移動させて、レーザ光Ｌの光線を成形する照射形状を第２照射形状ＬＳ２から第１照射形状ＬＳ１に切り替える。そして、照射形状制御部１８は、照射形状を第１照射形状ＬＳ１に制御していることの情報である第１形状情報をスキャナ制御部２２に送信し、処理をステップＳ２４に進める。

照射形状制御部１８は、アンプ回路２８から取得した受信信号の強度のピーク値が所定の第２閾値未満でない場合（ステップＳ１８でＮｏ）、測定した視程が閾値未満になっていないと判定し、送光側光学系１６が、レーザ光Ｌの照射形状を第２照射形状ＬＳ２に維持するように、制御する（ステップＳ２２）。具体的には、照射形状制御部１８は、視程が閾値以上のままであると判定した場合、駆動モータ３８Ｍに指令を送信せず、挿抜光学素子３８を挿入位置に保持させて、レーザ光Ｌの光線を成形する照射形状を第２照射形状ＬＳ２に維持する。そして、照射形状制御部１８は、照射形状を第２照射形状ＬＳ２に制御していることの情報である第２形状情報をスキャナ制御部２２に送信し、処理をステップＳ２６に進める。

スキャナ制御部２２は、ステップＳ１４又はステップＳ２０で照射形状制御部１８から送信された第１形状情報を受信し、照射スキャナ２０が、レーザ光Ｌを、照射形状が第１照射形状ＬＳ１である場合に応じた走査をさせながら照射するように、制御する（ステップＳ２４）。具体的には、スキャナ制御部２２は、受信した第１形状情報に基づいて走査パターンを水平方向Ｘ及び垂直方向Ｙにそれぞれ走査させるものに決定し、その決定した走査パターンに基づいて、駆動モータ４２ｂ，４４ｂを揺動させるように動作を制御することで、照射スキャナ２０に、第１照射形状ＬＳ１に成形された第１レーザ光Ｌ１を走査させて、照射させる。そして、スキャナ制御部２２は、この照射された計測対象エリアＡ内の各点である各第１計測点Ｓ１に対応するガルバノミラー４２ａ，４４ａのミラー角（送光制御角度）を取得し、これらのミラー角を情報生成部３２に送信する。このように、レーザレーダ装置１０は、計測対象エリアＡにおいて照射形状を第１照射形状ＬＳ１とした第１レーザ光Ｌ１を走査させ、計測対象エリアＡから第１反射光Ｒ１を受光するモードとなり、処理をステップＳ２８に進める。

スキャナ制御部２２は、ステップＳ１６又はステップＳ２２で照射形状制御部１８から送信された第２形状情報を受信し、照射スキャナ２０が、レーザ光Ｌを、照射形状が第２照射形状ＬＳ２である場合に応じた走査をさせながら照射するように、制御する（ステップＳ２６）。具体的には、スキャナ制御部２２は、受信した第２形状情報に基づいて走査パターンを垂直方向Ｙに走査させるものに決定し、その決定した走査パターンに基づいて、駆動モータ４４ｂを揺動させるように動作を制御することで、照射スキャナ２０に、第２照射形状ＬＳ２に成形された第２レーザ光Ｌ２を走査させて、照射させる。そして、スキャナ制御部２２は、この照射された計測対象エリアＡ内の各点である各第２計測点Ｓ２に対応するガルバノミラー４４ａのミラー角（送光制御角度）を取得し、これらのミラー角を情報生成部３２に送信する。このように、レーザレーダ装置１０は、計測対象エリアＡにおいて照射形状を第２照射形状ＬＳ２とした第２レーザ光Ｌ２を走査させ、計測対象エリアＡから第２反射光Ｒ２を受光するモードとなり、処理をステップＳ２８に進める。

受光部は、照射形状制御部１８がステップＳ２４又はステップＳ２６の処理をした後、受光素子２６が、計測対象エリアＡからの反射光Ｒを受光して、反射光Ｒに含まれる第１レーザ光Ｌ１又は第２レーザ光Ｌ２に基づいた受信信号をアンプ回路２８に出力し、アンプ回路２８が、受光素子２６が出力した受信信号を電流信号から電圧信号に変換して、変換した受信信号を距離演算部３０に出力する（ステップＳ２８）。

距離演算部３０は、受光部がステップＳ２８の処理をした際にアンプ回路２８から出力された受信信号に基づき、計測対象エリアＡの各第１計測点Ｓ１又は各第２計測点Ｓ２の距離情報を演算する（ステップＳ３０）。具体的には、距離演算部３０は、光源制御部１４から送信されたパルス状の発光同期信号及びアンプ回路２８から出力された受信信号を取得し、発光同期信号と受信信号とに基づいて、第１レーザ光Ｌ１又は第２レーザ光Ｌ２を発光してから反射光Ｒを受光するまでの時間を計測するとともに、この計測時間に基づいて第１レーザ光Ｌ１又は第２レーザ光Ｌ２を反射した計測対象エリアＡの各第１計測点Ｓ１又は各第２計測点Ｓ２までの距離を演算する。距離演算部３０は、演算した距離情報を情報生成部３２に送信する。距離演算部３０は、距離情報とともに、受信信号に含まれる受光強度を距離情報と関連づけて情報生成部３２に送信しても良い。

また、距離演算部３０は、アンプ回路２８から出力された受信信号に基づき、計測対象エリアＡの各第１計測点Ｓ１又は各第２計測点Ｓ２の水平方向Ｘの位置情報を演算する。具体的には、距離演算部３０は、反射光Ｒを受光した受光セル２６ａのピクセル情報（番号）を取得し、このピクセル情報から各第１計測点Ｓ１又は各第２計測点Ｓ２の水平方向Ｘの位置情報を演算し、この位置情報を情報生成部３２に送信する。

情報生成部３２は、距離演算部３０がステップＳ３０の処理をした際に送信した距離情報を受信する。また、情報生成部３２は、スキャナ制御部２２から各第１計測点Ｓ１又は各第２計測点Ｓ２に対応するミラー角の情報を受信し、距離演算部３０から各第１計測点Ｓ１又は各第２計測点Ｓ２の水平方向Ｘの位置情報を受信する。情報生成部３２は、距離演算部３０からの距離情報と、スキャナ制御部２２からのミラー角の情報（位置情報）又は距離演算部３０からの位置情報と、に基づいて、計測対象エリアＡの３次元情報を生成する（ステップＳ３２）。ここで、情報生成部３２は、レーザ光Ｌの光線の照射形状が第１照射形状ＬＳ１に成形された場合、スキャナ制御部２２からのガルバノミラー４２ａ，４４ａのミラー角の情報のみを位置情報として用いてもよく、また、スキャナ制御部２２からのガルバノミラー４４ａのミラー角の情報（位置情報）及び距離演算部３０からの位置情報を組合せて位置情報として用いてもよい。情報生成部３２は、レーザ光Ｌの光線の照射形状が第２照射形状ＬＳ２に成形された場合、スキャナ制御部２２からのガルバノミラー４４ａのミラー角の情報（位置情報）及び距離演算部３０からの位置情報を組合せて位置情報として用いる。

情報生成部３２は、生成した計測対象エリアＡの３次元情報を、外部機器３４に送信することで、外部機器３４に３次元情報を記憶させたり、３次元情報をディスプレイに表示させたりすることができる。

レーザレーダ装置１０は、以上のように、レーザ光Ｌの照射方向の視程が閾値未満の状態であると判定した場合、及び、閾値以上の状態から閾値未満の状態に変化したと判定した場合、照射形状を照射面積の小さい第１照射形状ＬＳ１に制御し、レーザ光Ｌの照射方向の視程が閾値以上の状態であると判定した場合、及び、閾値未満の状態から閾値以上の状態に変化したと判定した場合、照射形状を照射面積の大きい第２照射形状ＬＳ２に制御する。そのため、レーザレーダ装置１０は、屋外の環境の変化に伴いレーザ光の光線の透過率が変化した場合でも、装置の消費電力を抑えつつ、障害物の検知を可能とする。また、レーザレーダ装置１０は、視程の変化等の屋外の環境の変化に素早く対応した障害物の検知を可能とする。すなわち、レーザレーダ装置１０は、視程が閾値未満と小さい場合、及び、視程が閾値未満に小さくなった場合には、第１照射形状ＬＳ１に成形された第１レーザ光Ｌ１を走査しながら計測対象エリアＡに照射するため、計測対象エリアＡに照射される第１レーザ光Ｌ１の照射パワー密度を高くして、信号強度を向上させることができる。これにより、第１レーザ光Ｌ１の透過率が低い環境条件下、例えば、霧環境や雨環境下でも計測対象エリアＡの計測性能を確保することができる。一方、レーザレーダ装置１０は、視程が閾値以上と大きい場合、及び視程が閾値以上に大きくなった場合には、第２照射形状ＬＳ２に成形された第２レーザ光Ｌ２を、第２照射形状ＬＳ２の延びる方向に垂直な方向に走査しながら計測対象エリアＡに照射するため、計測対象エリアＡに対する３次元計測レートが向上し、計測対象エリアＡの計測を短時間に行うことができる。

また、レーザレーダ装置１０は、閾値処理で自動的に第１照射形状ＬＳ１と第２照射形状ＬＳ２とを切り替えるので、操作者による判断及び操作が不要となる。なお、本発明はこれに限定されることなく、操作者に対して視程の情報が表示され、操作者が視程の情報を確認して、第１照射形状ＬＳ１と第２照射形状ＬＳ２とを手動で切り替えることとしてもよい。

なお、レーザレーダ装置１０は、視程の判定に、レーザ光Ｌの照射形状を切り替える際に履歴（ヒステリシス）が残るように、第１閾値と第２閾値との２つの閾値を設けているが、これに限定されることはなく、１つの閾値を用いて、視程が閾値未満から閾値以上になったと判定し、かつ、視程が閾値以上から閾値未満になったと判定し、履歴（ヒステリシス）が残らないようにレーザ光Ｌの照射形状を切り替えてもよい。

レーザレーダ装置１０は、本実施形態では、照射形状制御部１８がアンプ回路２８から取得した受信信号の強度に基づいて視程を判定しているが、本発明はこれに限定されることなく、レーザレーダ装置１０にさらに視程計が設けられている場合、この視程計が測定して出力する視程の情報を受信し、この視程の情報を判定してもよい。この場合、レーザレーダ装置１０の立上時等の状況下でも、客観的な視程の判定ができる。

レーザレーダ装置１０は、第１照射形状ＬＳ１と第２照射形状ＬＳ２との組み合わせを、第１照射形状ＬＳ１の照射面積が第２照射形状ＬＳ２の照射面積よりも小さいという条件下で、適宜変更することができる。例えば、レーザレーダ装置１０は、第２照射形状ＬＳ２を水平方向Ｘ及び垂直方向Ｙに延びる面状として、第２照射形状ＬＳ２に応じて走査しないこととしてもよく、この場合、計測対象エリアＡに対する３次元計測レートがより向上し、計測対象エリアＡの計測をより短時間に行うことができる。

レーザレーダ装置１０は、第１照射形状ＬＳ１と第２照射形状ＬＳ２とに加えて、第３照射形状を採用することもできる。この場合、レーザレーダ装置１０は、視程、すなわち透過率が大きくなるにつれて、照射面積の大きい照射形状が用いられて、計測対象エリアＡの計測が行われる。第３照射形状は、第１照射形状ＬＳ１と第２照射形状ＬＳ２の中間の照射面積とする場合、水平方向Ｘに第２照射形状ＬＳ２の半分の長さだけ延びるライン状とすることが例示される。

図１０は、本発明の第２の実施形態に係るレーザレーダ装置１０がレーザ光Ｌを第１照射形状ＬＳ１に成形して照射している際の概略構成図である。図１１は、本発明の第２の実施形態に係るレーザレーダ装置１０がレーザ光を第２照射形状ＬＳ２に成形して照射している際の概略構成図である。第２の実施形態に係るレーザレーダ装置１０は、第１の実施形態に係るレーザレーダ装置１０において、受光側光学系２４の第１反射光Ｒ１又は第２反射光Ｒ２の入射側に、受光スキャナ５４が追加で設けられたものである。第２の実施形態に係るレーザレーダ装置１０は、これに伴って、スキャナ制御部２２が照射スキャナ２０だけでなく受光スキャナ５４も制御するように変更されたものである。第２の実施形態に係るレーザレーダ装置１０は、第１の実施形態と同様の構成に第１の実施形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。

受光スキャナ５４は、照射スキャナ２０と同様に、計測対象エリアＡを２次元的に走査する機能を有し、第１反射光Ｒ１を水平方向Ｘに走査させる水平走査部と、第１反射光Ｒ１又は第２反射光Ｒ２を垂直方向Ｙに走査させる垂直走査部とを備える。水平走査部及び垂直走査部は、照射スキャナ２０と同様に、例えば、ガルバノスキャナにより構成され、平面鏡であるガルバノミラーと、ガルバノミラーの鏡面を揺動させる駆動モータと、を備えている。受光スキャナ５４は、照射スキャナ２０と同様の動作をして走査をするので、動作についての詳細な説明を省略する。なお、本実施形態では、水平走査部及び垂直走査部の一例として、ガルバノスキャナを用いた構成を説明したが、この構成に限るものではなく、例えば、ポリゴンミラーを有するポリゴンスキャナを用いても良い。

第２の実施形態に係るレーザレーダ装置１０におけるスキャナ制御部２２は、照射スキャナ２０の動作に加えて、受光スキャナ５４の動作も制御する。スキャナ制御部２２は、照射スキャナ２０の動作と、受光スキャナ５４の動作とが、互いに対応するように動作を制御する。すなわち、スキャナ制御部２２は、照射スキャナ２０の動作の制御に応じて決定する各第１計測点Ｓ１及び各第２計測点Ｓ２の座標に対応するように、受光スキャナ５４の動作を制御する。

具体的には、スキャナ制御部２２は、照射スキャナ２０だけでなく、受光スキャナ５４についても、照射形状制御部１８から送信される第１形状情報又は第２形状情報を受信し、受信した第１形状情報又は第２形状情報に基づいて走査パターンを決定し、その決定した走査パターンに基づいて走査する。スキャナ制御部２２は、照射スキャナ２０だけでなく、受光スキャナ５４についても、照射形状制御部１８から第１形状情報を受信した場合、走査パターンを水平方向Ｘ及び垂直方向Ｙにそれぞれ走査させるものに決定し、照射形状制御部１８から第２形状情報を受信した場合、走査パターンを垂直方向Ｙに走査させるものに決定する。スキャナ制御部２２は、水平方向Ｘ及び垂直方向Ｙにそれぞれ走査する場合及び垂直方向Ｙに走査する場合のそれぞれについて、所定の走査パターンに基づき、照射スキャナ２０だけでなく、受光スキャナ５４についても、駆動モータの動作を制御する。

第２の実施形態に係るレーザレーダ装置１０は、受光スキャナ５４を有し、照射スキャナ２０がレーザ光Ｌの照射側で走査することに合わせて、受光スキャナ５４が反射光Ｒの受光側で走査するので、受光部が受光側光学系２４により集光された反射光Ｒの受光領域を包含していない場合でも、計測対象エリアＡの全域の反射光Ｒを受光することができる。

図１２は、本発明の第３の実施形態に係るレーザレーダ装置１０の送光側光学系１６に設けられた強度分布低減機構６０の概略構成図である。図１３は、強度分布低減機構６０の説明図である。第３の実施形態に係るレーザレーダ装置１０は、第１の実施形態に係るレーザレーダ装置１０において、送光側光学系１６に強度分布低減機構６０が追加で設けられたものである。第３の実施形態に係るレーザレーダ装置１０は、第１の実施形態と同様の構成に第１の実施形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。

強度分布低減機構６０は、図１２及び図１３に示すように、ライン状に成形され、ライン状の方向に強度分布を有する通常分布レーザ光ＬＵと、反転光学系によりこの強度分布を反転させた反転分布レーザ光ＬＲとを重畳させることで、ライン状の方向の強度分布を低減する光学機構である。通常分布レーザ光ＬＵは、本実施形態では、水平方向Ｘに延びるライン状である第２照射形状ＬＳ２に成形され、水平方向Ｘにガウス分布（正規分布）の強度分布を有する第２レーザ光Ｌ２が例示されるが、これに限定されない。

強度分布低減機構６０は、図１２に示すように、複数の反転光学系６０ａが、反転光学系６０ａの通常分布レーザ光ＬＵに例示される第２レーザ光Ｌ２の照射方向及びライン状の方向に垂直な方向の厚さｔと同等の間隔で配列されて構成されている。ここで、通常分布レーザ光ＬＵに例示される第２レーザ光Ｌ２のライン状の方向が水平方向Ｘに相当する。そのため、通常分布レーザ光ＬＵのライン状の方向は、第３の実施形態の以降の説明では水平方向Ｘと称する。また、通常分布レーザ光ＬＵに例示される第２レーザ光Ｌ２の照射方向がＺ方向（図１、図２、図６、図１０、図１１参照）に相当するので、通常分布レーザ光ＬＵに例示される第２レーザ光Ｌ２の照射方向及びライン状の方向である水平方向Ｘに垂直な方向は、本実施形態では垂直方向Ｙに相当する。そのため、通常分布レーザ光ＬＵの照射方向は、第３の実施形態の以降の説明ではＺ方向と称する。また、通常分布レーザ光ＬＵの照射方向及びライン状の方向である水平方向Ｘに垂直な方向は、第３の実施形態の以降の説明では垂直方向Ｙと称する。強度分布低減機構６０は、換言すれば、垂直方向Ｙの厚さがｔである複数の反転光学系６０ａが、垂直方向Ｙに沿って、互いに間隔がｔだけ離間した状態で、配列されて構成されている。強度分布低減機構６０は、本実施形態では、反転光学系６０ａの厚み及び間隔がいずれもｔであるが、これに限定されず、垂直方向Ｙにおける複数の反転光学系６０ａの厚みの合計と、垂直方向Ｙにおける複数の反転光学系６０ａの間隔の合計と、がほぼ同等であれば、強度分布低減機構６０を通過した後の通常分布レーザ光ＬＵの強度と、反転分布レーザ光ＬＲの強度と、がほぼ同等となるので、通常分布レーザ光ＬＵの水平方向Ｘの強度分布を低減することができる。強度分布低減機構６０は、本実施形態のように、反転光学系６０ａの厚み及び間隔がいずれもｔであることが好ましく、この場合、通常分布レーザ光ＬＵの水平方向Ｘの強度分布をより確実に低減することができる。

反転光学系６０ａは、図１３に示すように、３つの第１ミラー部材６０ｂと、３つの第１ミラー部材６０ｂのうち両端の２つの第１ミラー部材６０ｂに対して通常分布レーザ光ＬＵの照射方向に設けられた２つの第２ミラー部材６０ｃと、を有する。３つの第１ミラー部材６０ｂは、いずれも、通常分布レーザ光ＬＵの照射方向であるＺ方向に対して、ライン状の方向である水平方向Ｘのいずれか一方（図１３では反時計回り）に４５度傾斜して、水平方向Ｘに並んで配置されている。２つの第２ミラー部材６０ｃは、いずれも、通常分布レーザ光ＬＵの照射方向であるＺ方向に対して、ライン状の方向である水平方向Ｘのいずれか他方（図１３では時計回り）に４５度傾斜して配置されている。

３つの第１ミラー部材６０ｂは、いずれも、通常分布レーザ光ＬＵの水平方向Ｘの光路幅の半分を覆う程度の長さであり、すなわち、通常分布レーザ光ＬＵの水平方向Ｘの光路幅の√２／２倍の長さである。３つの第１ミラー部材６０ｂのうち、水平方向Ｘの中央に配置されたものは、通常分布レーザ光ＬＵの水平方向Ｘの光路幅における上記いずれか一方の半分の領域Ｂ２を覆うように配置される。３つの第１ミラー部材６０ｂのうち、水平方向Ｘのいずれか一方側（図１３では左側）に配置されたものは、通常分布レーザ光ＬＵの水平方向Ｘの光路幅の上記いずれか一方側に外れた領域Ｂ１を覆うように配置される。３つの第１ミラー部材６０ｂのうち、水平方向Ｘのいずれか他方側（図１３では右側）に配置されたものは、通常分布レーザ光ＬＵの水平方向Ｘの光路幅における上記いずれか他方の半分の領域Ｂ３を覆うように配置される。

２つの第２ミラー部材６０ｃは、いずれも、通常分布レーザ光ＬＵの水平方向Ｘの光路幅の半分を覆う程度の長さであり、すなわち、通常分布レーザ光ＬＵの水平方向Ｘの光路幅の√２／２倍の長さである。２つの第１ミラー部材６０ｃのうち、水平方向Ｘのいずれか一方側（図１３では左側）に寄って配置されたものは、通常分布レーザ光ＬＵの水平方向Ｘの光路幅の上記いずれか一方側に外れた領域Ｂ１を覆うように配置される。２つの第１ミラー部材６０ｃのうち、水平方向Ｘのいずれか他方側（図１３では右側）に寄って配置されたものは、通常分布レーザ光ＬＵの水平方向Ｘの光路幅における上記いずれか他方の半分の領域Ｂ３を覆うように配置される。

反転光学系６０ａが通常分布レーザ光ＬＵの強度分布を反転させて反転分布レーザ光ＬＲにする過程について、図１３を用いて説明する。通常分布レーザ光ＬＵは、図１３に示すように、水平方向Ｘの領域Ｂ２及び領域Ｂ３に広がってライン状に成形されており、水平方向Ｘにガウス分布の強度分布を有する。また、通常分布レーザ光ＬＵは、光路幅が、領域Ｂ２及び領域Ｂ３にまたがっている。反射光学系６０ａを通過前に領域Ｂ２を通過する通常分布レーザ光ＬＵは、図１３に示すように、水平方向Ｘの中央に配置された第１ミラー部材６０ｂ、水平方向Ｘのいずれか一方側（図１３では左側）に配置された第１ミラー部材６０ｂ及び第２ミラー部材６０ｃ、並びに水平方向Ｘのいずれか他方側（図１３では右側）に配置された第２ミラー部材６０ｃによって順次反射され、反射光学系６０ａを通過後に領域Ｂ３を通過する。反射光学系６０ａを通過前に領域Ｂ３を通過する通常分布レーザ光ＬＵは、図１３に示すように、水平方向Ｘのいずれか他方側（図１３では右側）に配置された第１ミラー部材６０ｂ及び水平方向Ｘの中央に配置された第１ミラー部材６０ｂによって順次反射され、反射光学系６０ａを通過後に領域Ｂ２を通過する。これにより、反射光学系６０ａは、通常分布レーザ光ＬＵの半分ずつの領域を入れ替えることで、すなわち、通常分布レーザ光ＬＵの一方の半分の領域Ｂ２と他方の半分の領域Ｂ３とをそれぞれ領域Ｂ３と領域Ｂ２とに入れ替えることで、通常分布レーザ光ＬＵの強度分布を反転させて、反転分布レーザ光ＬＲに変換することができる。

強度分布低減機構６０は、垂直方向Ｙに、反転光学系６０ａが設けられた幅がｔの領域と、反転光学系６０ａが設けられていない幅がｔの領域と、を交互に設けている。そのため、強度分布低減機構６０は、通常分布レーザ光ＬＵを、反転光学系６０ａによって通常分布レーザ光ＬＵの強度分布を反転させた幅がｔの反転分布レーザ光ＬＲの光線と、幅がｔの通常分布レーザ光ＬＵと、が垂直方向Ｙに交互に並んだ混合レーザ光に変換することができる。ここで、混合レーザ光は、通常分布レーザ光ＬＵと反転分布レーザ光ＬＲとが互いに水平方向Ｘの強度分布を打消し合うため、水平方向Ｘの強度分布が低減されたレーザ光である。このように、強度分布低減機構６０は、通常分布レーザ光ＬＵの水平方向Ｘの強度分布を低減する。

第３の実施形態に係るレーザレーダ装置１０は、送光側光学系１６に強度分布低減機構６０が設けられており、強度分布低減機構６０が通常分布レーザ光ＬＵの水平方向Ｘの強度分布を低減することができる、すなわちライン状に成形されたレーザ光のライン状の方向の強度分布を低減することができるので、ライン状に成形されたレーザ光を用いる場合の障害物の検知の精度を向上させることができる。

第３の実施形態に係るレーザレーダ装置１０は、ライン状に成形された後の通常分布レーザ光ＬＵにおいて、ライン方向の強度分布を低減している。第３の実施形態に係るレーザレーダ装置１０は、これに限定されず、ライン状に成形される前の通常分布レーザ光において、ライン方向の強度分布を低減してもよい。この場合も、ライン状に成形された後の通常分布レーザ光ＬＵにおいてライン方向の強度分布を低減する場合と同様の効果が得られる。

図１４、図１５及び図１６は、いずれも、本発明の第４の実施形態に係るレーザレーダ装置１０の送光側光学系１６及び照射スキャナ２０の概略説明図である。第４の実施形態に係るレーザレーダ装置１０は、第１の実施形態に係るレーザレーダ装置１０において、送光側光学系１６に設けられた挿抜光学素子３８が挿抜光学素子６２に変更されたものである。第４の実施形態に係るレーザレーダ装置１０は、これに伴って、基本光学系３６及び照射スキャナ２０を構成する光学素子が、挿抜光学素子６２によって第２レーザ光Ｌ２が集光する領域からずらして配置されるように変更されたものである。第４の実施形態に係るレーザレーダ装置１０は、第１の実施形態と同様の構成に第１の実施形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。

図１４は、第１の実施形態に係るレーザレーダ装置１０において、照射スキャナ２０の光学系、すなわちガルバノミラー４２ａ，４４ａの小型化が必要な場合、又は、照射スキャナ２０の走査のスピード及び精度を確保するために揺動するガルバノミラー４２ａ，４４ａの慣性を抑えることが必要な場合、照射スキャナ２０に照射される第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２の照射面積が制限されるため、このような場合に送光側光学系１６に発生するおそれがある事象を図示したものである。第１の実施形態に係るレーザレーダ装置１０は、図１４に示すように、レーザ光源１２の照射口１２ｏからレーザ光Ｌを照射し、送光側光学系１６における基本光学系３６に含まれる光学素子３６ａ及び挿入位置にある挿抜光学素子３８を通過させて第２レーザ光Ｌ２に成形した場合、第２レーザ光Ｌ２の光線の外周部分Ｌ２ｏが、照射スキャナ２０のガルバノミラー４２ａ，４４ａに収まりきらないことにより、ケラレとなってしまい、利用できないおそれがある。

図１５は、図１４で図示した事象を回避する形態を図示したものであり、本発明の第４の実施形態に係るレーザレーダ装置１０の送光側光学系１６及び照射スキャナ２０の概略構成を図示したものである。第４の実施形態に係るレーザレーダ装置１０は、挿抜光学素子３８に代えて、挿抜光学素子６２を有する。挿抜光学素子６２は、本実施形態では、レーザ光Ｌの光線を水平方向Ｘに集光させる素子である。挿抜光学素子６２は、基本光学系３６で第１照射形状ＬＳ１に成形された第１レーザ光Ｌ１の光線を水平方向Ｘに集光させることで、照射スキャナ２０に照射される第２レーザ光Ｌ２の照射面積を小さく保持しつつ、照射スキャナ２０から照射される際の照射形状がライン状に拡散した第２照射形状ＬＳ２となるように切り替える。挿抜光学素子６２は、本実施形態では、光学素子単体であるが、これに限定されることはなく、複数の光学素子を組み合わせたものでもよい。挿抜光学素子６２は、その形状及び構成を選択することで、第２照射形状ＬＳ２を適宜選択することを可能とする。挿抜光学素子６２は、例えば、第１レーザ光Ｌ１の入射側の曲面が平面、水平方向Ｘに集光させ照射スキャナ２０から照射される際に第２照射形状ＬＳ２に成形された第２レーザ光Ｌ２となるレーザ光の射出側の曲面が凸面の円筒型凸レンズで構成される。

挿抜光学素子６２は、挿抜光学素子３８と同様に、挿抜光学素子６２を挿入位置と抜出位置との間で駆動する駆動モータが接続されている。この駆動モータは、駆動モータ３８Ｍと同様に、照射形状制御部１８と接続されており、照射形状制御部１８から送信される挿入指令に基づいて、挿抜光学素子６２を挿入位置に移動させる。また、この駆動モータは、駆動モータ３８Ｍと同様に、照射形状制御部１８から送信される抜出指令に基づいて、挿抜光学素子６２を抜出位置に移動させる。すなわち、送光側光学系１６は、この駆動モータに対して照射形状制御部１８から送信される挿入指令及び抜出指令に基づいて、挿抜光学素子６２を移動させることで、レーザ光Ｌの光線を成形する照射形状を第１照射形状ＬＳ１と第２照射形状ＬＳ２との間で切り替える。

本発明の第４の実施形態に係るレーザレーダ装置１０は、以上の図１５に示すような構成を有するので、挿抜光学素子６２により第２レーザ光Ｌ２の光線を一旦集光させ、集光後に照射スキャナ２０を通過した第２レーザ光Ｌ２について、照射スキャナ２０で光線を拡散させることで第２照射形状ＬＳ２とすることができるため、図１４に示すような、照射スキャナ２０に照射される第２レーザ光Ｌ２の照射面積が制限される場合でも、第２レーザ光Ｌ２の光線の外周部分Ｌ２ｏが、照射スキャナ２０のガルバノミラー４２ａ，４４ａに収まりきらないことによりケラレとなってしまうという事象が起こらない。すなわち、本発明の第４の実施形態に係るレーザレーダ装置１０は、挿抜光学素子６２により結果として拡散した第２レーザ光Ｌ２の光線の全体を効率よく使用することができる。

本発明の第４の実施形態に係るレーザレーダ装置１０における照射スキャナ２０は、図１６に示すように、照射スキャナ２０を構成する光学素子の１つであるガルバノミラー４２ａが、レーザ光Ｌが集光する領域ＦＰに配置されている場合、集光したレーザ光Ｌにより損傷するおそれがある。そのため、本発明の第４の実施形態に係るレーザレーダ装置１０における照射スキャナ２０は、図１５に示すように、照射スキャナ２０を構成する光学素子であるガルバノミラー４２ａ，４４ａが、レーザ光Ｌが集光する領域ＦＰからずらして配置されている。これにより、本発明の第４の実施形態に係るレーザレーダ装置１０は、ガルバノミラー４２ａ，４４ａが、集光したレーザ光Ｌにより損傷することを回避することができる。

次に、上記第１から第４の実施形態に係るレーザレーダ装置１０の適用例について説明する。図１７は、線路１０１上を走行する列車１００にレーザレーダ装置１０を搭載した構成を示す斜視図であり、図１８は、線路１０１上を走行する列車１００にレーザレーダ装置１０を搭載した構成を示す側方視図である。この適用例では、レーザレーダ装置１０を、走行体である列車１００に搭載している。列車１００は、線路１０１上を走行するものであり、運転士の操縦によって運転される構成や、コンピュータによって自動運転される構成であっても良い。

レーザレーダ装置１０は、列車１００の前側上部に設けられ、この列車１００の進行方向前方に設定される計測対象エリアＡを監視するようになっている。計測対象エリアＡは、具体的には、列車１００から所定距離Ｄ（例えば３００〜５００ｍ）に亘って、線路１０１を含んだ進行方向前方の走行路面に設定されており、この計測対象エリアＡは列車１００の走行に応じて随時更新される。レーザレーダ装置１０は、この計測対象エリアＡに向けて、列車１００の進行方向前方の視程に応じて第１レーザ光Ｌ１又は第２レーザ光Ｌ２（図１７及び図１８では、まとめて符号Ｌで表している）を走査しながら照射し、各第１計測点Ｓ１又は各第２計測点Ｓ２（図１７及び図１８では、まとめて符号Ｓで表している）の距離情報及び位置情報に基づき、計測対象エリアＡの３次元情報を生成する。

列車１００は、図示は省略するが、外部機器３４として、レーザレーダ装置１０から出力された計測対象エリアＡの３次元情報を取得するコンピュータと、このコンピュータが３次元情報に基づいて描画した計測対象エリアＡの形状を表示するディスプレイとを備える。これらコンピュータ及びディスプレイは、列車１００の運転室に配置される。

この構成では、レーザレーダ装置１０が生成した３次元情報は、随時、列車１００のコンピュータに出力され、このコンピュータを介して、ディスプレイに表示される。このため、例えば、線路１０１上に障害物１０２が存在する場合であっても、この障害物１０２を含んだ計測対象エリアＡの形状がディスプレイに表示されるため、運転士への運転支援を実現することができる。また、ディスプレイに形状を表示するだけでなく、計測対象エリアＡにおける進行方向への形状変化が所定の閾値を超えた場合には、障害物１０２が存在する可能性が高いとして、注意警報を発報する構成としてもよい。

また、列車１００がコンピュータによって自動運転される構成において、レーザレーダ装置１０が生成した３次元情報に基づき、線路１０１上に障害物１０２が存在する場合には、列車１００を停止することで安全な自動運転を実現できる。

図１９は、車両１５０にレーザレーダ装置１０を搭載した構成を示す斜視図である。この適用例では、レーザレーダ装置１０を走行体である車両１５０に搭載している。車両１５０は、路面上を自在に走行するものであり、運転手の操縦によって運転される構成や、コンピュータによって自動運転される構成であっても良い。

レーザレーダ装置１０は、車両１５０の前側上部に設けられ、この車両１５０の進行方向前方の地形２００上に設定される計測対象エリアＡを監視するようになっている。計測対象エリアＡは、具体的には、車両１５０から所定距離Ｄ（例えば１００ｍ）に亘って、進行方向前方の地形２００の表面に設定されており、この計測対象エリアＡは車両１５０の走行に応じて随時更新される。レーザレーダ装置１０は、この計測対象エリアＡに向けて、列車１００の進行方向前方の視程に応じて第１レーザ光Ｌ１又は第２レーザ光Ｌ２（図１９では、まとめて符号Ｌで表している）を走査しながら照射し、各第１計測点Ｓ１又は各第２計測点Ｓ２（図１９では、まとめて符号Ｓで表している）の距離情報及び位置情報に基づき、計測対象エリアＡ（地形２００）の３次元情報を生成する。この図１９では、地形２００は、起伏の大きな頂き部２００Ａと、起伏の小さな平坦部２００Ｂとを備えるものとして説明する。

車両１５０は、図示は省略するが、外部機器３４（図１）として、この車両１５０の経路案内を行うナビゲーション装置を備える。このナビゲーション装置は、ナビゲーション装置全体を制御するナビゲーション制御部と、経路（地図情報）を表示するディスプレイとを備え、計測対象エリアＡの３次元情報はナビゲーション制御部に出力される。ナビゲーション装置は、計測対象エリアＡの３次元情報に基づき、起伏の大きな頂き部２００Ａを避けて、起伏の小さな平坦部２００Ｂを通る経路２０１を設定する。この構成によれば、起伏の激しい地形２００を走行する場合であっても、なるべく平坦部２００Ｂを含む経路２０１を走行することができ、運転手への運転支援を実現することができる。

また、車両１５０がコンピュータによって自動運転される構成において、レーザレーダ装置１０が生成した３次元情報に基づき、なるべく平坦部２００Ｂを含む経路２０１を走行することで安全な自動運転を実現できる。

上記したレーザレーダ装置１０は、列車１００や車両１５０等の走行体に搭載されるため、列車１００又は車両１５０等の走行体の走行経路の３次元情報を常に取得することができ、列車１００又は車両１５０の運転支援を行うことができる。具体的には、上記したレーザレーダ装置１０は、列車１００や車両１５０等の走行体の進行方向前方の視程が大きい場合、レーザ光Ｌの照射形状を第２照射形状ＬＳ２に制御するので、早く３次元情報を取得できるため、好適に高速での走行を支援することができる。また、上記したレーザレーダ装置１０は、列車１００や車両１５０等の走行体の進行方向前方の視程が小さい場合、レーザ光Ｌの照射形状を第１照射形状ＬＳ１に制御するので、計測対象エリアＡの計測性能を確保することができるため、進行方向の視程が小さい場合にも好適に走行を支援することができる。なお、上記したレーザレーダ装置１０は、列車１００や車両１５０等の走行体の進行方向前方の視程が小さい場合、列車１００や車両１５０等の走行体が低速で走行するため、レーザ光Ｌの照射形状を第１照射形状ＬＳ１に制御するために３次元情報の取得について、第２照射形状ＬＳ２に制御する場合と比較して時間を要しても、列車１００又は車両１５０の運転支援を妨げない。

上記した適用例では、レーザレーダ装置１０を列車１００や車両１５０の走行体に搭載する構成を説明したが、自走する走行体であればこれらに限るものではない。また、上記した適用例では、レーザレーダ装置１０を走行体に搭載したが、例えば、計測対象エリアＡが設定される交差点や踏切等の脇に立設された支柱上に計測対象エリアＡを俯瞰するように配置され、計測対象エリアＡの方向の視程に応じて第１レーザ光Ｌ１又は第２レーザ光Ｌ２を、照射形状に応じて走査しながら照射し、計測対象エリアＡ内の物体（例えば、歩行者、自転車、二輪自動車、自動車等の移動物体や建物、ガードレール、樹木等の静止物体等）の第１反射光Ｒ１又は第２反射光Ｒ２を受光することで、これら物体の３次元情報を生成する構成としても良い。

１０ レーザレーダ装置
１２ レーザ光源
１２ｏ 照射口
１４ 光源制御部
１６ 送光側光学系
１８ 照射形状制御部
２０ 照射スキャナ
２２ スキャナ制御部
２４ 受光側光学系
２６ 受光素子
２６ａ 受光セル
２８ アンプ回路
３０ 距離演算部
３２ 情報生成部
３４ 外部機器
３６ 基本光学系
３６ａ 光学素子
３８，６２ 挿抜光学素子
３８Ｍ 駆動モータ
４２ 水平走査部
４４ 垂直走査部
４２ａ，４４ａ ガルバノミラー
４２ｂ，４４ｂ 駆動モータ
４６ 受光側レンズ
４８ リレーレンズ
５０ 集光レンズ
５０ａ 曲面
５０ｂ 平面
５２ ラインセンサアレイ
５４ 受光スキャナ
６０ 強度分布低減機構
６０ａ 反転光学系
６０ｂ 第１ミラー部材
６０ｃ 第２ミラー部材
１００ 列車（走行体）
１０１ 線路
１０２ 障害物
１５０ 車両（走行体）
２００ 地形
２００Ａ 頂き部
２００Ｂ 平坦部
２０１ 経路
Ａ 計測対象エリア
Ａａ 分割エリア
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ 領域
Ｃ 曲線
Ｄ 所定距離
Ｌ レーザ光
Ｌ１ 第１レーザ光
Ｌ２ 第２レーザ光
ＬＳ１ 第１照射形状
ＬＳ２ 第２照射形状
ＬＵ 通常分布レーザ光
ＬＲ 反転分布レーザ光
Ｒ 反射光
Ｒ１ 第１反射光
Ｒ２ 第２反射光
Ｓ 計測点
Ｓ１ 第１計測点
Ｓ２ 第２計測点
Ｘ 水平方向（第１方向）
Ｙ 垂直方向（第２方向）

Claims (13)

1. レーザ光源と、
   前記レーザ光源から発光されるレーザ光を、第１照射形状又は前記第１照射形状より照射面積が大きい第２照射形状に成形する送光側光学系と、
   前記送光側光学系を制御することで、前記レーザ光を成形する照射形状を前記第１照射形状又は第２照射形状に制御する照射形状制御部と、
   前記送光側光学系で成形された前記レーザ光を、前記照射形状に応じた走査をさせて計測対象エリアに照射する照射スキャナと、
   前記計測対象エリアから反射される反射光を受光して集光する受光側光学系と、
   前記受光側光学系で集光された前記反射光を受光し、受光した前記反射光に含まれるレーザ光に基づいた受信信号を出力する受光部と、
   前記受光部が出力した前記受信信号に基づき、前記計測対象エリアの３次元情報を生成する情報生成部と、を備えることを特徴とするレーザレーダ装置。
2. 前記レーザ光の照射方向の視程を検出する周囲環境検出部をさらに有し、
   前記照射形状制御部は、前記周囲環境検出部で検出した前記レーザ光の照射方向の視程が閾値未満であると判定した場合、前記照射形状を前記第１照射形状に制御し、前記レーザ光の照射方向の視程が閾値以上であると判定した場合、前記照射形状を前記第２照射形状に制御することを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ装置。
3. 前記受光部は、前記受信信号の強度の情報を前記照射形状制御部に送信し、
   前記照射形状制御部は、前記受信信号の強度の情報に基づいて前記レーザ光の照射方向の視程を測定し、前記レーザ光の前記照射形状を前記第１照射形状に成形して照射している状態で、前記受信信号の強度のピーク値が第１閾値以上になった場合、前記照射形状を前記第１照射形状から前記第２照射形状に変更し、前記レーザ光の前記照射形状を前記第２照射形状に成形して照射している状態で、前記受光部の端部の所定の位置における前記受信信号の強度が第２閾値未満になった場合、前記照射形状を前記第２照射形状から前記第１照射形状に変更することを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ装置。
4. 前記送光側光学系は、前記レーザ光の光路に配置された状態と配置されない状態とを切り替えることで、前記レーザ光の照射形状を前記第１照射形状と前記第２照射形状との間で切り替える挿抜光学素子を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザレーダ装置。
5. 前記送光側光学系は、前記レーザ光の光路に前記挿抜光学素子が配置されていない状態で前記照射形状を前記第１照射形状とし、前記挿抜光学素子が前記光路に配置されることで前記照射形状を前記第２照射形状とすることを特徴とする請求項４に記載のレーザレーダ装置。
6. 前記挿抜光学素子は、前記レーザ光の光線を拡散させる素子であることを特徴とする請求項５に記載のレーザレーダ装置。
7. 前記挿抜光学素子は、前記レーザ光の光線を集光させる素子であり、通過した前記レーザ光について集光後に光線を拡散させることで第２照射形状とし、
   前記照射スキャナは、前記照射スキャナを構成する光学素子が、前記レーザ光が集光する領域からずらして配置されていることを特徴とする請求項５に記載のレーザレーダ装置。
8. 前記第１照射形状は点状であり、
   前記照射スキャナは、前記第１照射形状である前記点状に成形された前記レーザ光を、前記計測対象エリアの第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に走査させながら照射することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のレーザレーダ装置。
9. 前記第２照射形状は前記計測対象エリアの第１方向に延びるライン状であり、
   前記照射スキャナは、前記第２照射形状である前記ライン状に成形された前記レーザ光を、前記計測対象エリアにおける前記第１方向に直交する第２方向に走査させながら照射することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のレーザレーダ装置。
10. 前記送光側光学系は、ライン状に成形される前又は後の前記レーザ光の前記ライン状の方向の強度分布を反転させる反転光学系が、前記反転光学系の前記レーザ光の照射方向及び前記ライン状の方向に垂直な方向の厚さと同等の間隔で複数配列された強度分布低減機構を有し、
    前記反転光学系は、
    前記レーザ光の照射方向に対して、前記ライン状の方向のいずれか一方に４５度傾斜して配置され、前記レーザ光の前記ライン状の方向の光路幅の半分を覆う程度の長さであり、前記ライン状の方向に並べて、１つが前記レーザ光の前記ライン状の方向の光路幅の前記いずれか一方の側に外れた領域を覆うように、１つが前記レーザ光の前記ライン状の方向の光路幅の前記いずれか一方の半分の領域を覆うように、１つが前記レーザ光の前記ライン状の方向の光路幅の前記いずれか一方とは反対側のいずれか他方の半分の領域を覆うように、それぞれ配置された３つの第１ミラー部材と、
    ３つの前記第１ミラー部材のうち両端の２つの前記第１ミラー部材に対して前記レーザ光の照射方向側に設けられ、前記レーザ光の照射方向に対して、前記ライン状の方向のいずれか他方に４５度傾斜して配置され、前記レーザ光の前記ライン状の方向の光路幅の半分を覆う程度の長さである２つの第２ミラー部材と、を有する
    ことを特徴とする請求項９に記載のレーザレーダ装置。
11. 前記受光部は、前記受光側光学系により集光された前記反射光の受光領域を包含することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のレーザレーダ装置。
12. 前記計測対象エリアから反射される前記反射光を、前記照射形状に応じた走査させながら受光する受光スキャナをさらに有することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のレーザレーダ装置。
13. 請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のレーザレーダ装置を備えることを特徴とする走行体。

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