JP6366405B2 - レーザレーダ装置 - Google Patents

Description

この発明は、測定対象物の画像を生成するレーザレーダ装置に関するものである。

レーザレーダ装置は、スキャナが光源から発光されたレーザ光を走査しながら、そのレーザ光を測定対象物に照射し、その測定対象物に反射されて戻ってきたレーザ光の反射光を受信することで、その測定対象物までの距離を算出する。
また、レーザレーダ装置は、スキャナによるレーザ光の照射方向から、測定対象物が存在している方向を特定し、測定対象物までの距離と測定対象物が存在している方向に基づいて、測定対象物までの距離と位置を示す距離画像を生成する。

ただし、スキャナの設置位置や設置角度にずれが生じている場合、測定対象物が存在している正確な方向を特定することができず、距離画像に歪みが生じてしまうが、スキャナの設置位置や設置角度を測定することができれば、距離画像に生じている歪みを補正することができる。
スキャナの設置位置や設置角度がずれる要因として、例えば、レーザレーダ装置に加えられる振動や圧力のほか、温度変化などの外環境変化が挙げられる。

以下の特許文献１には、スキャナの設置位置や設置角度を測定するために、形状が既知で高反射率の反射体を有する較正用ターゲットを既知の位置（レーザレーダ装置の外部）に設置する例が開示されている。
レーザレーダ装置は、スキャナがレーザ光を較正用ターゲットに放射し、受光素子が較正用ターゲットに反射されて戻ってきたレーザ光の反射光の受信レベルを検出すると、その反射光の受信レベルから較正用ターゲットの中心位置を求めるようにしている。
特許文献１のように、較正用ターゲットの中心位置を求めれば、スキャナの設置位置や設置角度を特定して、距離画像に生じている歪みを補正することができる。

特開２０１０−１５１６８２号公報（段落番号［００１２］、図８）

従来のレーザレーダ装置は以上のように構成されているので、較正用ターゲットを既知の位置に設置することができれば、スキャナの設置位置や設置角度を測定することができるが、較正用ターゲットをレーザレーダ装置の外部に設置することができない使用環境下では、スキャナの設置位置や設置角度を測定することができない課題があった。
また、較正用ターゲットの設置位置は既知の位置である必要があるため、スキャナの設置位置や設置角度を測定することができる場所は、特定の場所に限られ、レーザレーダ装置が車両等の移動体に搭載されて常に移動している状況下では、リアルタイムにスキャナの設置位置や設置角度を測定することができない課題があった。

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、外部に較正用ターゲットを設置することなく、リアルタイムにスキャナの設置位置及び設置角度を測定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、レーザ光を発光する光源と、光源から発光されたレーザ光を走査しながら、レーザ光を測定対象物に向けて放射するスキャナと、スキャナから放射されたレーザ光が通る位置に配置され、レーザ光を反射する複数のマーカが並べられているウィンドウと、測定対象物及び複数のマーカに反射されたレーザ光の反射光を受光する受光手段と、スキャナからレーザ光が放射された時刻と受光手段により反射光が受光された時刻との時刻差から、レーザ光が反射された位置までの距離を算出し、その距離とスキャナによるレーザ光の放射方向に基づいて、レーザ光が反射された位置までの距離とレーザ光が反射された位置の座標を示す距離画像を生成する画像生成手段とを設け、位置角度特定手段が、画像生成手段により生成された距離画像から複数のマーカまでの距離と複数のマーカの位置座標を取得し、その取得した距離及び位置座標に基づいてスキャナの設置位置及び設置角度を特定するようにしたものである。

この発明によれば、レーザ光を反射する複数のマーカが並べられているウィンドウをスキャナから放射されたレーザ光が通る位置に配置し、位置角度特定手段が、画像生成手段により生成された距離画像から複数のマーカまでの距離と複数のマーカの位置座標を取得し、その取得した距離及び位置座標に基づいてスキャナの設置位置及び設置角度を特定するように構成したので、外部に較正用ターゲットを設置することなく、リアルタイムにスキャナの設置位置及び設置角度を測定することができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置の信号処理部８を示す構成図である。 レーザ光を反射する複数のマーカ６が並べられているウィンドウを示す説明図である。 距離測定対象空間と距離強度画像生成部１１により生成された距離強度画像の一例を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置の位置角度特定部１２の処理内容を示すフローチャートである。 χ^２法を用いたテーブルの探査処理を示す説明図である。 スキャナ３の設置位置及び設置角度に変化が生じた場合のレーザ光の放射方向を示す説明図である。 この発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置の信号処理部２３を示す構成図である。 スキャナ３の走査角度に対応するウィンドウ５の内壁に反射されるレーザ光の反射光の強度を示す説明図である。 χ^２法を用いたテーブルの探査処理を示す説明図である。 この発明の実施の形態２による他のレーザレーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態２による他のレーザレーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置の信号処理部８を示す構成図である。 スキャナ３の走査角度に対応するマーカ６の距離値の関係を示す説明図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態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、レーザ光源１はレーザ光を発光する光源と、その光源から発光されたレーザ光を整形するレンズやミラーなどの光学系とから構成されている。
折り返し用ミラー２はレーザ光源１から発光されたレーザ光をスキャナ３側に反射する一方、測定対象物等に反射されて戻ってきたレーザ光の反射光を受光素子７に導く光学部品である。
スキャナ３は制御部４の指示の下、レーザ光源１から発光されたレーザ光を走査しながら、そのレーザ光を測定対象物に向けて放射する。
制御部４は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、レーザ光源１から発光されるレーザ光の周波数を制御するとともに、スキャナ３の走査速度（スキャナ３が回転する角速度）を制御する。

ウィンドウ５はスキャナ３によるレーザ光の放射口（スキャナ３から放射されたレーザ光が通る位置）に配置されている球面形状の窓であり、ウィンドウ５はスキャナ３から放射されたレーザ光を透過するガラスやプラスティックなどの材料で構成されている。ウィンドウ５にはスキャナ３から放射されたレーザ光を反射する複数のマーカ６が並べられている。
受光素子７はスキャナ３からレーザ光が放射されたのち、測定対象物に反射されて戻ってきたレーザ光の反射光を受光して、その反射光を電気信号に変換するとともに、複数のマーカ６に反射されて戻ってきたレーザ光の反射光を受光して、その反射光を電気信号に変換する。なお、受光素子７は受光手段を構成している。

信号処理部８は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、測定対象物及び複数のマーカ６までの距離（レーザ光が反射された位置までの距離）と測定対象物及び複数のマーカ６の位置の座標を示す距離強度画像を生成する処理、スキャナ３の設置位置及び設置角度を特定する処理、距離強度画像を補正する処理などを実施する。
図２はこの発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置の信号処理部８を示す構成図である。
図２において、距離強度画像生成部１１はスキャナ３からレーザ光が放射された時刻と受光素子７により反射光が受光された時刻との時刻差から、測定対象物及び複数のマーカ６までの距離を算出し、測定対象物及び複数のマーカ６までの距離とスキャナ３によるレーザ光の放射方向に基づいて、測定対象物及び複数のマーカ６までの距離と、測定対象物及び複数のマーカ６の位置の座標とを示す距離強度画像を生成する処理を実施する。なお、距離強度画像生成部１１は画像生成手段を構成している。
この実施の形態１では、距離強度画像生成部１１が測定対象物及びマーカ６が存在する位置での信号強度の情報を含む距離強度画像を生成する例を示すが、信号強度の情報を含まない距離画像を生成するものであってもよい。

位置角度特定部１２は距離強度画像生成部１１により生成された距離強度画像から複数のマーカ６までの距離と複数のマーカ６の位置座標を取得し、その取得した距離及び位置座標に基づいてスキャナ３の設置位置及び設置角度を特定する処理を実施する。
即ち、位置角度特定部１２は、予めスキャナ３の設置位置及び設置角度と、ウィンドウ５に並べられている複数のマーカ６までの距離及び複数のマーカ６の位置座標との対応関係が記録されているテーブルを保持しており、距離強度画像生成部１１により生成された距離強度画像から取得した距離及び位置座標を前記テーブルと照合して、スキャナ３の設置位置及び設置角度を特定する処理を実施する。なお、位置角度特定部１２は位置角度特定手段を構成している。
距離強度画像補正部１３は位置角度特定部１２により特定されたスキャナ３の設置位置及び設置角度に基づいて距離強度画像生成部１１により生成された距離強度画像の歪みを補正する処理を実施する。なお、距離強度画像補正部１３は画像歪補正手段を構成している。

次に動作について説明する。
レーザ光源１は、制御部４が指示する周波数のレーザ光を発光する。
折り返し用ミラー２は、レーザ光源１がレーザ光を発光すると、そのレーザ光をスキャナ３側に反射する。
スキャナ３は、折り返し用ミラー２により反射されたレーザ光を受けると、制御部４の指示の下で、そのレーザ光を走査しながら、そのレーザ光を測定対象物に向けて放射する。

スキャナ３から放射されたレーザ光は、ウィンドウ５を透過して測定対象物に照射されるが、ウィンドウ５にはレーザ光を反射する複数のマーカ６が並べられているので、マーカ６に照射されたレーザ光は、マーカ６に反射されてスキャナ３側に戻ってくる。
ここで、図３はレーザ光を反射する複数のマーカ６が並べられているウィンドウ５を示す説明図である。
図３の例では、直径ｒ_ｉの円形状のマーカ６が、既知の間隔ｄ_ｉｊ（ｉ≠ｊ）でａ×ｂの既知の配置パターンでウィンドウ５の内壁に並べられている。ｉはマーカ６のラベルを表し、ｄ_ｉｊは異なるマーカ間の距離を表している。

例えば、スキャナ３が球面形状を有するウィンドウ５の曲率中心に設置されている場合には、スキャナ３から各マーカ６までの距離が等距離になるため、各マーカ６の距離値（マーカ６までの距離を示す値）は等しくなる。このため、各マーカ６の距離値を距離強度画像上に表現すると、距離強度画像に現れるマーカの配置パターンは原点対称（画像中心）になる。
しかし、スキャナ３の設置位置及び設置角度にずれが生じて、スキャナ３の設置位置がウィンドウ５の曲率中心からずれると、スキャナ３から各マーカ６までの距離に差が生じるため、各マーカ６の距離値が等しくなくなり、距離強度画像に現れるマーカの配置パターンが原点対称にならなくなる。

スキャナ３から放射されたのち、ウィンドウ５を透過したレーザ光の一部は、測定対象物に反射されてレーザレーダ装置に戻ってくる。レーザレーダ装置に戻ってきたレーザ光の反射光は、折り返し用ミラー２を介して、受光素子７に到達する。
また、スキャナ３からウィンドウ５に並べられたマーカ６に当る位置に放射されたレーザ光は、そのマーカ６に反射される。マーカ６に反射されたレーザ光の反射光についても、折り返し用ミラー２を介して、受光素子７に到達する。

受光素子７は、測定対象物又はマーカ６に反射されて戻ってきたレーザ光の反射光を受光すると、その反射光を電気信号に変換し、その電気信号を受信信号として信号処理部８に出力する。
信号処理部８の距離強度画像生成部１１は、受光素子７から受信信号を受けると、下記の式（１）に示すように、スキャナ３からレーザ光が放射された時刻ｔ_１と、受光素子７により反射光が受光された時刻ｔ_２との時刻差τ（＝ｔ_２−ｔ_１）から、測定対象物又はマーカ６までの距離を示す距離値Ｌを算出する。

式（１）において、Ｃは光速である。
なお、スキャナ３からレーザ光が放射された時刻ｔ_１は、スキャナ３がレーザ光を放射する際、受光素子７が折り返し用ミラー２から内部参照用光を受光して、その内部参照用光の受信信号を距離強度画像生成部１１に出力するようにして、その受信信号が出力された時刻から特定しても良い。
また、受光素子７により反射光が受光された時刻ｔ_２は、受光素子７から反射光の受信信号が出力された時刻から特定することができる。

距離強度画像生成部１１は、スキャナ３がレーザ光を走査する毎に、測定対象物又はマーカ６の距離値Ｌを算出するが、例えば、スキャナ３によるレーザ光の走査が２次元走査であれば、所定の距離測定対象空間における左上の領域から右下の領域に至るまでのレーザ光の走査が完了すると、距離測定対象空間での２次元の距離値Ｌが得られるので、レーザ光の各走査時における距離値Ｌと、その走査時におけるスキャナ３の走査角度（レーザ光の放射方向）とに基づいて距離強度画像（測定対象物及びマーカ６までの距離と、測定対象物及びマーカ６が存在する位置の座標と、測定対象物及びマーカ６が存在する位置の信号強度とを示す画像）を生成する。距離強度画像の生成処理自体は公知の技術であるため詳細な説明は省略する。

ここで、図４は距離測定対象空間と距離強度画像生成部１１により生成された距離強度画像の一例を示す説明図である。
特に図４（ａ）はスキャナ３の設置位置及び設置角度が変化する前の距離強度画像を示しており、図４（ｂ）はスキャナ３の設置位置及び設置角度が変化した後の距離強度画像を示している。
ウィンドウ５の内壁には複数のマーカ６が並べられているので、距離強度画像生成部１１により生成された距離強度画像には、複数のマーカ６の配置パターンが出現している。

ここで、ウィンドウ５に並べられている複数のマーカ６の距離値及び位置座標の変化と、スキャナ３の設置位置及び設置角度の変化とは、下記のように対応している。
（１）マーカ６の距離値に変化が無く、かつ、マーカ６の位置座標に変化が無い場合、ス
キャナ３の設置位置及び設置角度に変化が生じていない。
（２）マーカ６の距離値に変化が無いが、マーカ６の位置座標に変化が生じている場合、
スキャナ３の設置角度に変化が生じている。
（３）マーカ６の距離値に変化が生じているが、マーカ６の位置座標の変化が無い場合、
スキャナ３の設置位置に変化が生じている。
（４）マーカ６の距離値に変化が生じており、かつ、マーカ６の位置座標に変化が生じて
いる場合、スキャナ３の設置位置又は設置角度に変化が生じている。

図４（ａ）では、上述したように、スキャナ３の設置位置及び設置角度が変化する前の距離強度画像を示しているが、スキャナ３の設置位置及び設置角度が変化していないときに距離強度画像生成部１１によって生成された距離強度画像である。
スキャナ３の設置位置及び設置角度が変化する前の状態から、スキャナ３の設置位置がレーザ光の放射方向に対して垂直方向に移動した場合、距離強度画像に出現する複数のマーカ６の配置パターンが変化する。
図４（ｂ）の例では、スキャナ３の設置位置がレーザ光の放射方向に対して垂直方向（図中、上方向）に並行移動したことで、複数のマーカ６の距離値と、複数のマーカ６の間隔が変化している。
複数のマーカ６の距離値と間隔の変化は、距離強度画像から求めることが可能である。

位置角度特定部１２は、距離強度画像生成部１１が距離強度画像を生成すると、その距離強度画像から複数のマーカ６の距離値と位置座標を取得し、その取得した距離値及び位置座標に基づいてスキャナ３の設置位置及び設置角度を特定する。
図５はこの発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置の位置角度特定部１２の処理内容を示すフローチャートである。
以下、図５のフローチャートを参照しながら、スキャナ３の設置位置及び設置角度の特定処理を説明する。

位置角度特定部１２は、スキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍが変化する前の既知の時点において、ウィンドウ５に並べられている複数のマーカ６の距離値Ｌ^ｍ _ｉ及びマーカ６の位置座標（ｘ^ｍ _ｉ，ｙ^ｍ _ｉ）を先見情報として取得し、スキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍと、複数のマーカ６の距離値Ｌ^ｍ _ｉ及び位置座標（ｘ^ｍ _ｉ，ｙ^ｍ _ｉ）との対応関係が記録されているテーブルを保持する。
位置角度特定部１２は、スキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍを変えながら（変更後の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍも既知である）、スキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍに対応するマーカ６の距離値Ｌ^ｍ _ｉ及び位置座標（ｘ^ｍ _ｉ，ｙ^ｍ _ｉ）を取得することで、予め、ｍ個のテーブルを保持するようにする（ステップＳＴ１）。ｉはマーカ６のラベルを表し、ｍはテーブルのラベルを表している。

ここで、複数のマーカ６の距離値Ｌ^ｍ _ｉ及び位置座標（ｘ^ｍ _ｉ，ｙ^ｍ _ｉ）は、距離強度画像生成部１１により生成された距離強度画像上のマーカ６の距離値と位置座標であり、位置角度特定部１２が先見情報を取得してテーブルを保持する際に、スキャナ３がレーザ光を走査しながら、受光素子７が反射光を受光することで、距離強度画像生成部１１が距離強度画像を生成し、位置角度特定部１２が距離強度画像生成部１１により生成された距離強度画像から複数のマーカ６の距離値Ｌ^ｍ _ｉ及び位置座標（ｘ^ｍ _ｉ，ｙ^ｍ _ｉ）を取得する。
なお、距離強度画像生成部１１により生成された距離強度画像において、マーカ６の距離値は、測定対象物の距離値と比べて極めて小さな値（測定対象物までの距離と比べて、マーカ６までの距離は極めて短い）であるため、例えば、距離ゲート処理を実施すれば、距離強度画像上のどの距離値がマーカ６の距離値であるかを判別することができるので、距離強度画像からマーカ６の距離値Ｌ^ｍ _ｉ及び位置座標（ｘ^ｍ _ｉ，ｙ^ｍ _ｉ）を容易に取得することができる。
距離ゲート処理は、既知であるスキャナ３からウィンドウ５の内壁までの距離より少し長い距離を閾値として設定し、距離強度画像上の或る距離値が当該閾値より小さければ、当該距離値はマーカ６の距離値であると判別する処理である。

位置角度特定部１２は、予め、ｍ個のテーブルを保持したのち、実際の測定時において、距離強度画像生成部１１が距離強度画像を生成すると、その距離強度画像から複数のマーカ６の距離値Ｌ^ｏ _ｉと位置座標（ｘ^ｏ _ｉ，ｙ^ｏ _ｉ）を取得する（ステップＳＴ２）。
位置角度特定部１２は、複数のマーカ６の距離値Ｌ^ｏ _ｉと位置座標（ｘ^ｏ _ｉ，ｙ^ｏ _ｉ）を取得すると、ｍ個のテーブルの中で、測定時に取得した複数のマーカ６の距離値Ｌ^ｏ _ｉ及び位置座標（ｘ^ｏ _ｉ，ｙ^ｏ _ｉ）と最も一致度が高い距離値Ｌ^ｍ _ｉ及び位置座標（ｘ^ｍ _ｉ，ｙ^ｍ _ｉ）を記録しているテーブルを探査する（ステップＳＴ３）。
位置角度特定部１２は、最も一致度が高い距離値Ｌ^ｍ _ｉ及び位置座標（ｘ^ｍ _ｉ，ｙ^ｍ _ｉ）を記録しているテーブルを探査すると、そのテーブルに記録されているスキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍを取得し、その設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍを距離強度画像補正部１３に出力する（ステップＳＴ４）。
位置角度特定部１２は、レーザレーダ装置が起動している間、ステップＳＴ２〜ＳＴ４の処理を繰り返し実施する（ステップＳＴ５）。

ここで、図６はχ^２法を用いたテーブルの探査処理を示す説明図である。
位置角度特定部１２は、実際の測定時の距離強度画像から複数のマーカ６の距離値Ｌ^ｏ _ｉと位置座標（ｘ^ｏ _ｉ，ｙ^ｏ _ｉ）を取得すると、各テーブルから順番に距離値Ｌ^ｍ _ｉ及び位置座標（ｘ^ｍ _ｉ，ｙ^ｍ _ｉ）を取得して、実際の測定時の距離値Ｌ^ｏ _ｉ及び位置座標（ｘ^ｏ _ｉ，ｙ^ｏ _ｉ）と、テーブルから取得した距離値Ｌ^ｍ _ｉ及び位置座標（ｘ^ｍ _ｉ，ｙ^ｍ _ｉ）を下記の式（２）に代入することで、テーブル毎のχ_ｍ ^２を算出する。

式（２）において、（σ_ｘ，σ_ｙ，σ_Ｌ）は測定誤差の許容値であり、複数のマーカ６の距離値Ｌ^ｏ _ｉと位置座標（ｘ^ｏ _ｉ，ｙ^ｏ _ｉ）を取得する際に算出される。（σ_ｘ，σ_ｙ，σ_Ｌ）の算出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。なお、（σ_ｘ，σ_ｙ，σ_Ｌ）は予め設定される値であってもよい。
位置角度特定部１２は、テーブル毎のχ_ｍ ^２を算出すると、それらのχ_ｍ ^２の中で、最小のχ_ｍ ^２に対応するテーブルが、最も一致度が高い距離値Ｌ^ｍ _ｉ及び位置座標（ｘ^ｍ _ｉ，ｙ^ｍ _ｉ）を記録しているテーブルとして特定し、そのテーブルに記録されているスキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍを距離強度画像補正部１３に出力する。

距離強度画像補正部１３は、位置角度特定部１２からスキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍを受けると、スキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍに基づいて、スキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍの変化に伴う距離強度画像生成部１１により生成された距離強度画像の歪みを補正する。
以下、距離強度画像補正部１３による距離強度画像の補正処理の一例を説明する。
図７はスキャナ３の設置位置及び設置角度に変化が生じた場合のレーザ光の放射方向を示す説明図である。
ここでは、ウィンドウ５の各位置におけるレーザ光の屈折率の情報が、事前に距離強度画像補正部１３に与えられているものとする。

距離強度画像補正部１３は、スキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍとスキャナ３の走査角度が分かれば（スキャナ３の走査角度は制御部４から得られる）、スキャナ３から放射されたレーザ光が、ウィンドウ５のどの位置を透過するかが分かるので、そのレーザ光が透過する位置の屈折率から、そのレーザ光の放射方向も分かる。
したがって、距離強度画像補正部１３は、スキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍとスキャナ３の走査角度が分かれば、スキャナ３から放射されたレーザ光に対応する距離強度画像上の位置座標を特定することができる。
そこで、距離強度画像補正部１３は、実際に測定を開始する前に、スキャナ３の設置位置及び設置角度が変化していない既知の状態において、スキャナ３の各走査角度に対応する距離強度画像上の位置座標（以下、「基準位置座標」と称する）を把握する。

距離強度画像補正部１３は、実際の測定時に、位置角度特定部１２からスキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍを受けると、その設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍとスキャナ３の走査角度から、スキャナ３から放射されたレーザ光に対応する距離強度画像上の位置座標（以下、「測定位置座標」と称する）を特定し、その距離強度画像から測定位置座標の距離値を取得する。
距離強度画像補正部１３は、測定位置座標の距離値を取得すると、その測定位置座標が測定時のスキャナ３の走査角度に対応する基準位置座標と異なっていれば、基準位置座標の距離値を測定位置座標の距離値の置き換えることで、距離強度画像の距離値を補正する。
このように、距離強度画像の距離値を補正することで、スキャナ３の設置位置や設置角度の変化の影響を無くすことができる。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、レーザ光を反射する複数のマーカ６が並べられているウィンドウ５をスキャナ３から放射されたレーザ光が通る位置に配置し、位置角度特定部１２が、距離強度画像生成部１１により生成された距離強度画像から複数のマーカ６の距離値Ｌ^ｏ _ｉと位置座標（ｘ^ｏ _ｉ，ｙ^ｏ _ｉ）を取得し、その距離値Ｌ^ｏ _ｉと位置座標（ｘ^ｏ _ｉ，ｙ^ｏ _ｉ）に基づいてスキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍを特定するように構成したので、外部に較正用ターゲットを設置することなく、リアルタイムにスキャナの設置位置及び設置角度を測定することができる効果を奏する。

また、この実施の形態１によれば、距離強度画像補正部１３が、位置角度特定部１２により特定されたスキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍに基づいて距離強度画像生成部１１により生成された距離強度画像の歪みを補正するように構成したので、スキャナ３の設置位置や設置角度の変化の影響を無くすことができる効果を奏する。
これにより、例えば、図１のレーザレーダ装置が移動体に搭載された場合、リアルタイムにスキャナ３の設置位置及び設置角度を測定することができるとともに、スキャナ３の設置位置や設置角度の変化の影響が無い距離強度画像を得ることができるため、その移動体の進行方向を正確に把握することができる。その結果、移動体の進行方向に障害物がある場合には、衝突を回避することが可能になる。

この実施の形態１では、位置角度特定部１２が、事前にｍ個のテーブルを保持するものを示したが、スキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍが変化する前の既知の時点において、ウィンドウ５に並べられている複数のマーカ６の位置座標（ｘ^ｍ _ｉ，ｙ^ｍ _ｉ）でのレーザ光の反射強度を先見情報として取得し、複数のマーカ６の位置座標（ｘ^ｍ _ｉ，ｙ^ｍ _ｉ）でのレーザ光の反射強度の情報をｍ個のテーブルに含めるようにしてもよい。
ウィンドウ５の内壁のうち、マーカ６が設けられていない位置にレーザ光が放射されたとき、そのレーザ光の全部がウィンドウ５を透過するのであれば、レーザ光の反射強度の情報をテーブルに含める必要はないが、そのレーザ光の一部がウィンドウ５の内壁に反射されて受光素子７に受光される場合、受光素子７に受光されたレーザ光が、マーカ６の反射光であるのか、ウィンドウ５の内壁の反射光であるのかを区別することができない。

そこで、レーザ光の一部がウィンドウ５の内壁に反射されて受光素子７に受光される場合には、マーカ６によるレーザ光の反射強度の情報を参照して、受光素子７により受光されたレーザ光の反射光が、マーカ６の反射光であるのか、ウィンドウ５の内壁の反射光であるのかを区別し、ウィンドウ５の内壁の反射光を除外して、マーカ６の反射光だけを残すようにする。
その後、前述の説明と同様に、ｍ個のテーブルの中で、測定時に取得した複数のマーカ６の距離値Ｌ^ｏ _ｉ及び位置座標（ｘ^ｏ _ｉ，ｙ^ｏ _ｉ）と最も一致度が高い距離値Ｌ^ｍ _ｉ及び位置座標（ｘ^ｍ _ｉ，ｙ^ｍ _ｉ）を記録しているテーブルを探査すれば、レーザ光の一部がウィンドウ５の内壁に反射されて受光素子７に受光される場合でも、スキャナ３の正確な設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍを取得することができる。

この実施の形態１では、ｍ個のテーブルの中で、測定時に取得した複数のマーカ６の距離値Ｌ^ｏ _ｉ及び位置座標（ｘ^ｏ _ｉ，ｙ^ｏ _ｉ）と最も一致度が高い距離値Ｌ^ｍ _ｉ及び位置座標（ｘ^ｍ _ｉ，ｙ^ｍ _ｉ）を記録しているテーブルを探査するものを示したが、ｍ個のテーブルを保持する代わりに、スキャナ３の設置位置及び設置角度と、距離強度画像上での複数のマーカ６の距離値及び位置座標との対応関係を示す関数を保持し、その関数を用いて、測定時に取得した複数のマーカ６の距離値Ｌ^ｏ _ｉ及び位置座標（ｘ^ｏ _ｉ，ｙ^ｏ _ｉ）に対応するスキャナ３の設置位置δ及び設置角度θを算出するようにしてもよい。
このように、対応関係を定式化することで、位置角度特定部１２での処理負荷を軽減することができる。

例えば、下記の式（３）のように、複数のマーカ６の位置座標と、スキャナ３の設置位置との変化量の関係を定式化するようにしてもよい。

式（３）において、ｘ^ｎ _ｉは既知の状態（スキャナ３の配置位置及び配置角度に対して変化の無い状態）でのｉ番目のマーカ６のｘ座標、ｙ^ｎ _ｉは既知の状態（スキャナ３の配置位置及び配置角度に変化の無い状態）でのｉ番目のマーカ６のｙ座標である。δはスキャナ３の配置位置の変化分である。

また、例えば、下記の式（４）のように、スキャナ３の設置位置δ及び設置角度θをパラメータとして、複数のマーカ６の位置座標の変化から、マーカ６の距離値ｆ_ｉを算出するようにしてもよい。
また、その算出したマーカ６の距離値ｆ_ｉとマーカ６の測定値であるＬ_ｉとの差分が０となるスキャナ３の設置位置δ及び設置角度θを算出するようにしてもよい。

この実施の形態１では、複数のマーカ６がウィンドウ５に並べられているものを示したが、マーカ６は、レーザ光のビーム径より小さくてもよいし、レーザ光のビーム径と同等もしくはビーム径より大きくてもよい。
ビーム径より大きいマーカ６を並べる場合、上述した位置角度特定部１２の距離ゲート処理によって、マーカ６によるレーザ光の反射光と、遠方に存在している測定対象物によるレーザ光の反射光とを区別することができ、マーカパターンによる遠方の測定対象からの反射光の遮蔽を回避することが可能となる。
一方、ビーム径より小さいマーカ６を並べる場合、距離強度画像上に現れる複数のマーカ６の配置パターンのサイズが小さくなるため、複数のマーカ６の位置座標の変化前後での分解能を高めることができる。

ウィンドウ５に並べるマーカ６の個数は、スキャナ３によるレーザ光の走査が１次元スキャンであれば２個以上、２次元スキャンであれば３個以上である。
ウィンドウ５に並べるマーカ６の個数を最小限とすることで、位置角度特定部１２が距離ゲート機能を有していない場合でも、距離強度画像への影響を最小限に抑えることができる。
この実施の形態１では、複数のマーカ６が図３のように並べられているものを示しているが、スキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍが変化する前の既知の時点において、距離強度画像上に現れる複数のマーカ６の配置パターンと、スキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍが変化した状態で、距離強度画像上に現れる複数のマーカ６の配置パターンとを区別することができれば、どのような配置パターンでもよい。

また、マーカ６の形状は、円に限るものではなく、例えば、楕円や正方形などの既知の形状であればよい。また、マーカ６は全部同じ形である必要はなく、異なる形状のマーカ６が混在しているものであってもよい。例えば、図３のように並べられている複数のマーカ６の配置において、中心付近に存在しているマーカ６の形状と、外周付近に存在しているマーカ６の形状とが異なっていてもよい。
異なる形状のマーカ６が混在している場合、複数のマーカ６の配置パターンが大きく変化しても、距離強度画像上で隣接しているマーカ６同士を区別することができる。

この実施の形態１では、複数のマーカ６がウィンドウ５の内壁に並べられているものを示したが、複数のマーカ６がウィンドウ５の外壁に並べられていてもよい。また、ウィンドウ５の外壁に並べられているマーカ６が取り外しできるように設けられていてもよい。
取り外しできるようにマーカ６が設けられている場合、必要に応じて複数のマーカ６の配置パターンが現れない距離強度画像を生成することができる。
距離強度画像上に複数のマーカ６の配置パターンが現れるものであれば、複数のマーカ６の材質は問わない。したがって、高反射材料で作られていてもよいし、低反射材料で作られていてもよい。
複数のマーカ６の反射率は全部同じ値で必要はなく、異なる反射率のマーカ６が混在しているものであってもよい。異なる反射率のマーカ６が混在している場合、複数のマーカ６の配置パターンが大きく変化しても、距離強度画像上で隣接しているマーカ６同士を区別することができる。
マーカ６はウィンドウ５に対して塗布する形態でもよいし、ウィンドウ５に張付する形態でもよい。
ウィンドウ５の形成時に、ウィンドウ５の表面もしくは裏面に複数のマーカ６の配置パターンに対応する凹凸上の構造を形成することで、複数のマーカ６の配置パターンと同等の距離強度画像を取得するようにしてもよい。

この実施の形態１では、ウィンドウ５の形状が球面状であるものを示したが、ウィンドウ５の形状は非球面状であってもよく、例えば、平板、双曲面や楕円形状であってもよい。
例えば、平板状のウィンドウ５を用いることで、球面状のウィンドウ５で生じるような距離強度画像に現れる歪を回避することができる。

この実施の形態１では、距離強度画像補正部１３が、位置角度特定部１２により特定されたスキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍに基づいて距離強度画像生成部１１により生成された距離強度画像の歪みを補正するものを示したが、制御部４が、位置角度特定部１２により特定されたスキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍに基づいてスキャナ３の走査角度を補正することで、レーザ光の放射方向を調整するようにしてもよい。スキャナ３の走査角度を補正することでも、リアルタイムに距離強度画像の歪みを補正することができる。

実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置を示す構成図であり、図８において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
この実施の形態２では、ウィンドウ５の内壁にはマーカ６が並べられていない例を説明する。
なお、ウィンドウ５はスキャナ３から放射されたレーザ光を透過する材料で構成されているが、レーザ光の一部は内壁で反射されるものとする。

受光素子２１はスキャナ３からレーザ光が放射されたのち、測定対象物に反射されて戻ってきたレーザ光の反射光を受光して、その反射光を電気信号に変換する。なお、受光素子２１は第１の受光手段を構成している。
モニタ用受光素子２２はスキャナ３からレーザ光が放射されたのち、ウィンドウ５の内壁に反射されて戻ってきたレーザ光の反射光を受光して、その反射光を電気信号に変換する。なお、モニタ用受光素子２２は第２の受光手段を構成している。

信号処理部２３は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、測定対象物までの距離と測定対象物の位置の座標を示す距離強度画像を生成する処理、スキャナ３の設置位置及び設置角度を特定する処理、距離強度画像を補正する処理などを実施する。
図９はこの発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置の信号処理部２３を示す構成図であり、図９において、図２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
位置角度特定部３０は予めスキャナ３の設置位置及び設置角度と、モニタ用受光素子２２により受光される反射光の強度との対応関係が記録されているテーブルを保持しており、モニタ用受光素子２２により受光される反射光の強度をテーブルと照合して、スキャナ３の設置位置及び設置角度を特定する処理を実施する。なお、位置角度特定部３０は位置角度特定手段を構成している。

次に動作について説明する。
レーザ光源１は、制御部４が指示する周波数のレーザ光を発光する。
折り返し用ミラー２は、レーザ光源１がレーザ光を発光すると、そのレーザ光をスキャナ３側に反射する。
スキャナ３は、折り返し用ミラー２により反射されたレーザ光を受けると、制御部４の指示の下で、そのレーザ光を走査しながら、そのレーザ光を測定対象物に向けて放射する。

スキャナ３から放射されたレーザ光は、ウィンドウ５を透過して測定対象物に照射される。
スキャナ３から放射されたのち、ウィンドウ５を透過したレーザ光の一部は、測定対象物に反射されてレーザレーダ装置に戻ってくる。レーザレーダ装置に戻ってきたレーザ光の反射光は、折り返し用ミラー２を介して、受光素子２１に到達する。
また、スキャナ３から放射されたレーザ光の一部は、ウィンドウ５の内壁に反射され、ウィンドウ５の内壁に反射されたレーザ光の反射光は、モニタ用受光素子２２に到達する。

受光素子２１は、測定対象物に反射されて戻ってきたレーザ光の反射光を受光すると、その反射光を電気信号に変換し、その電気信号を受信信号として信号処理部２３に出力する。
信号処理部２３の距離強度画像生成部１１は、受光素子２１から受信信号を受けると、上記実施の形態１と同様に、式（１）によって、スキャナ３からレーザ光が放射された時刻ｔ_１と、受光素子２１により反射光が受光された時刻ｔ_２との時刻差τ（＝ｔ_２−ｔ_１）から、測定対象物までの距離を示す距離値Ｌを算出する。

モニタ用受光素子２２は、ウィンドウ５の内壁に反射されて戻ってきたレーザ光の反射光を受光すると、その反射光を電気信号に変換し、その電気信号を受信信号として信号処理部２３に出力する。
ここで、図１０はスキャナ３の走査角度に対応するウィンドウ５の内壁に反射されるレーザ光の反射光の強度を示す説明図である。
図１０における実線は、スキャナ３の設置位置及び設置角度が既知の状態から変化していない場合において、スキャナ３の走査角度の変化に伴って、ウィンドウ５の内壁に反射されるレーザ光の反射光の強度が変化している様子を示している。
図１０における一点鎖線は、スキャナ３の設置位置及び設置角度が既知の状態から変化した状態において、スキャナ３の走査角度の変化に伴って、ウィンドウ５の内壁に反射されるレーザ光の反射光の強度が変化している様子を示している。
図１０より明らかなように、スキャナ３の設置位置及び設置角度が既知の状態から変化してない場合と、既知の状態から変化している場合とでは、スキャナ３の各走査角度に対応する反射光の強度が異なっており、モニタ用受光素子２２における反射光の受光効率が変化する。

位置角度特定部３０は、スキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍが変化する前の既知の時点において、スキャナ３の走査角度φに対応するモニタ用受光素子２２での受信信号の強度である受信信号強度プロファイルη^ｍ（｛δ^ｍ，θ^ｍ｝，φ）を先見情報として取得し、スキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍと、受信信号強度プロファイルη^ｍ（｛δ^ｍ，θ^ｍ｝，φ）との対応関係が記録されているテーブルを保持する。
位置角度特定部３０は、スキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍを変えながら（変更後の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍも既知である）、受信信号強度プロファイルη^ｍ（｛δ^ｍ，θ^ｍ｝，φ）を取得することで、予め、ｍ個のテーブルを保持するようにする。
ここで、受信信号強度プロファイルη^ｍ（｛δ^ｍ，θ^ｍ｝，φ）は、モニタ用受光素子２２での受信信号の強度であり、位置角度特定部３０が先見情報を取得してテーブルを保持する際に、スキャナ３がレーザ光を走査しながら、モニタ用受光素子２２が反射光を受光することで、受信信号強度プロファイルη^ｍ（｛δ^ｍ，θ^ｍ｝，φ）を取得する。

位置角度特定部３０は、予め、ｍ個のテーブルを保持したのち、実際の測定時において、スキャナ３がレーザ光を走査しながら、モニタ用受光素子２２が反射光を受光すると、モニタ用受光素子２２の受信信号から受信信号強度プロファイルη^ｏ _ｉを取得する。
位置角度特定部３０は、実際の測定時において、受信信号強度プロファイルη^ｏ _ｉを取得すると、ｍ個のテーブルの中で、測定時に取得した受信信号強度プロファイルη^ｏ _ｉと最も一致度が高い受信信号強度プロファイルη^ｍ（｛δ^ｍ，θ^ｍ｝，φ）を記録しているテーブルを探査する。
位置角度特定部３０は、最も一致度が高い受信信号強度プロファイルη^ｍ（｛δ^ｍ，θ^ｍ｝，φ）を記録しているテーブルを探査すると、そのテーブルに記録されているスキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍを取得し、その設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍを距離強度画像補正部１３に出力する。
位置角度特定部３０は、レーザレーダ装置が起動している間、上記の処理を繰り返し実施する。

ここで、図１１はχ^２法を用いたテーブルの探査処理を示す説明図である。
位置角度特定部３０は、実際の測定時において、受信信号強度プロファイルη^ｏ _ｉを取得すると、各テーブルから順番に受信信号強度プロファイルη^ｍ（｛δ^ｍ，θ^ｍ｝，φ）を取得して、実際の測定時の受信信号強度プロファイルη^ｏ _ｉと、テーブルから取得した受信信号強度プロファイルη^ｍ（｛δ^ｍ，θ^ｍ｝，φ）を下記の式（５）に代入することで、テーブル毎のχ_ｍ ^２を算出する。

位置角度特定部３０は、テーブル毎のχ_ｍ ^２を算出すると、それらのχ_ｍ ^２の中で、最小のχ_ｍ ^２に対応するテーブルが、最も一致度が高い受信信号強度プロファイルη^ｍ（｛δ^ｍ，θ^ｍ｝，φ）を記録しているテーブルとして特定し、そのテーブルに記録されているスキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍを距離強度画像補正部１３に出力する。

距離強度画像補正部１３は、位置角度特定部３０からスキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍを受けると、上記実施の形態１と同様に、スキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍにしたがって距離強度画像生成部１１により生成された距離強度画像の歪みを補正する。

以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、実際の測定時において、モニタ用受光素子２２の受信信号から受信信号強度プロファイルη^ｏ _ｉを取得し、予め保持しているｍ個のテーブルの中で、測定時に取得した受信信号強度プロファイルη^ｏ _ｉと最も一致度が高い受信信号強度プロファイルη^ｍ（｛δ^ｍ，θ^ｍ｝，φ）を記録しているテーブルを探査して、スキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍを特定するように構成したので、上記実施の形態１と同様に、外部に較正用ターゲットを設置することなく、リアルタイムにスキャナ３の設置位置及び設置角度を測定することができる効果を奏する。

この実施の形態２では、事前にｍ個のテーブルを保持するものを示したが、ｍ個のテーブルを保持する代わりに、スキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍと受信信号強度プロファイルη^ｍ（｛δ^ｍ，θ^ｍ｝，φ）の対応関係を定式化しておくようにしてもよい。
対応関係を定式化することで、位置角度特定部３０での処理負荷を軽減することができる。

この実施の形態２では、１個のモニタ用受光素子２２が搭載されている例を示しているが、スキャナ３の走査角度によって、ウィンドウ５の内壁に反射されたレーザ光の反射光が到達する位置が変化するため、１個のモニタ用受光素子２２だけでは全ての反射光を受光することができない場合がある。
そこで、スキャナ３の走査角度によって、反射光が到達する位置が大きく変化するような場合には、図１２に示すように、複数個のモニタ用受光素子２２を搭載するようにすればよい。

図１２では、複数個のモニタ用受光素子２２を搭載する例を示しているが、図１３に示すように、モニタ用受光素子２２の代わりに、複数の受光素子が１次元もしくは２次元に配列されているモニタ用受光アレイ２４を搭載するようにしてもよい。
なお、複数個のモニタ用受光素子２２を２次元に配置する場合や、複数の受光素子が２次元に配列されているモニタ用受光アレイ２４を搭載する場合、スキャナ３の設置位置及び設置角度の２次元的な変化に対しても感度を持たせることができる。

この実施の形態２では、モニタ用受光素子２２がウィンドウ５の内壁に反射されたレーザ光の反射光を受光するものを示したが、レーザ光の反射を高めるために、ウィンドウ５の内壁にコーティングが施されていてもよい。
この実施の形態２では、ウィンドウ５の形状が球面状であるものを示したが、ウィンドウ５の形状は非球面状であってもよく、例えば、平板、双曲面や楕円形状であってもよい。
例えば、平板状のウィンドウ５を用いることで、球面状のウィンドウ５で生じるような距離強度画像に現れる歪を回避することができる。

この実施の形態２では、距離強度画像補正部１３が、位置角度特定部３０により特定されたスキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍに基づいて距離強度画像生成部１１により生成された距離強度画像の歪みを補正するものを示したが、制御部４が、位置角度特定部３０により特定されたスキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍに基づいてスキャナ３の走査角度を補正することで、レーザ光の放射方向を調整するようにしてもよい。スキャナ３の走査角度を補正することでも、リアルタイムに距離強度画像の歪みを補正することができる。

実施の形態３．
図１４はこの発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置の信号処理部８を示す構成図であり、図において、図２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
レーザレーダ装置の全体構成は、上記実施の形態１における図１のレーザレーダ装置と同じである。
測定対象距離算出部４１は距離強度画像生成部１１により生成された距離強度画像からスキャナ３の走査角度φに対応するマーカ６からの反射光を取得した時間ｔ_ｗ（φ）及び各走査角度φでの測定対象物からの反射光を取得した時間ｔ_ｔ（φ）を算出し、その時間ｔ_ｗ（φ），ｔ_ｔ（φ）から、距離の原点校正値として、各走査角度φでの測定対象物までの距離Ｌ（φ）を算出する処理を実施する。

距離強度画像補正部４２は距離強度画像生成部１１により生成された距離強度画像を構成している画素のうち、スキャナ３の走査角度φに対応する画素の距離値を測定対象距離算出部４１により算出された距離Ｌ（φ）に置き換えることで、その距離強度画像を補正（測定対象物の距離値を補正）する処理を実施する。
また、距離強度画像補正部４２は位置角度特定部１２により特定されたスキャナ３の設置位置及び設置角度に基づいて距離強度画像生成部１１により生成された強度画像の歪みを補正する処理を実施する。
なお、測定対象距離算出部４１及び距離強度画像補正部４２から距離補正手段が構成され、距離強度画像補正部４２から画像歪補正手段が構成されている。

次に動作について説明する。
上記実施の形態１と比べて、信号処理部８が測定対象距離算出部４１を備え、距離強度画像補正部４２が、測定対象距離算出部４１により算出された原点校正値である距離Ｌ（φ）を用いて、測定対象物の距離値を補正している点で相違している。

複数のマーカ６が球面形状を有するウィンドウ５の内壁に配置されており、スキャナ３がウィンドウ５の曲率中心に設置されているため、スキャナ３の設置位置及び設置角度が変化していなければ、スキャナ３から各マーカ６までの距離が等距離になる。このため、スキャナ３の走査角度φが変化しても、各マーカ６の距離値は同じ値になる。
ここで、図１５はスキャナ３の走査角度に対応するマーカ６の距離値の関係を示す説明図である。
図１５のＡは、スキャナ３の設置位置が変化していない場合、マーカ６の距離値が一定であることを示している。

しかし、スキャナ３の設置位置がレーザ光の出射軸と直交する方向に移動すると、スキャナ３の走査角度とマーカ６の距離値の対応関係が図１５のＢのように変化する（図１５では、スキャナ３の設置位置が図７の点線の矢印が示す方法に移動している例を示している）。
また、スキャナ３の設置位置がレーザ光の出射軸の方向に移動すると、スキャナ３の走査角度とマーカ６の距離値の対応関係が図１５のＣのように変化する（図１５では、スキャナ３の設置位置がウィンドウ５の内壁に近づく方法に移動している例を示している）。

スキャナ３の走査角度とマーカ６の距離値の対応関係が図１５のＢやＣのように変化している場合、距離の原点がずれてしまっていることに等しく、実際の測定時において、距離強度画像生成部１１により生成された距離強度画像が示す測定対象物までの距離に誤差が生じる。
そこで、測定対象距離算出部４１は、距離の原点を校正するため、距離強度画像生成部１１が距離強度画像を生成すると、その距離強度画像からスキャナ３の走査角度φに対応するマーカ６からの反射光を取得するまでに要した時間ｔ_ｗ（φ）と、測定対象物からの反射光を取得するまでに要した時間ｔ_ｔ（φ）を算出する。
測定対象距離算出部４１は、各走査角度φでの時間ｔ_ｗ（φ），ｔ_ｔ（φ）を算出すると、下記の式（６）に示すように、各走査角度φでの測定対象物までの距離Ｌ（φ）を算出する。

ここで、ｃは測定対象物が存在する空間での光の伝播速度であり、光の伝播速度ｃを用いることで、距離強度画像の距離値から時間への変換や、時間から距離値への変換を行うことができる。

距離強度画像補正部４２は、測定対象距離算出部４１がスキャナ３の走査角度φ毎の測定対象物までの距離Ｌ（φ）を算出すると、距離強度画像生成部１１により生成された距離強度画像を構成している画素のうち、スキャナ３の走査角度φに対応する画素の距離値を当該距離Ｌ（φ）に置き換えることで、その距離強度画像を補正する。
また、距離強度画像補正部４２は、位置角度特定部１２からスキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍを受けると、上記実施の形態１における距離強度画像補正部１３と同様に、スキャナ３の設置位置δ^ｍ及び設置角度θ^ｍにしたがって距離強度画像生成部１１により生成された強度画像の歪みを補正する。

以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、距離強度画像生成部１１により生成された距離強度画像からスキャナ３の走査角度φに対応するマーカ６からの反射光を取得した時間ｔ_ｗ（φ）及び各走査角度φでの測定対象物からの反射光を取得した時間ｔ_ｔ（φ）を算出し、その時間ｔ_ｗ（φ），ｔ_ｔ（φ）から、距離の原点校正値として、各走査角度φでの測定対象物までの距離Ｌ（φ）を算出する測定対象距離算出部４１を設け、距離強度画像補正部４２が、距離強度画像生成部１１により生成された距離強度画像を構成している画素のうち、スキャナ３の走査角度φに対応する画素の距離値を測定対象距離算出部４１により算出された距離Ｌ（φ）に置き換えることで、その距離強度画像を補正するように構成したので、測定対象物までの正確な距離を把握することができる効果を奏する。
これにより、レーダレーザ装置が移動体に搭載される場合、移動体の進行方向に存在している障害物への衝突を高精度に回避することが可能になる。

この実施の形態３では、測定対象物の距離値に対して、マーカ６までの距離を基準とする方法により、測定対象物の距離値を補正する例を示しているが、これに限るものではなく、例えば、下記の式（７）に示すように、スキャナ３の走査角度φを引数とする距離値の導出関数を用意すれば、任意の走査角度φに対する距離値Ｌ（φ）を求めることができるため、任意の走査角度φに対する距離の原点を補正することが可能になる。

式（７）において、｛ａ，ｂ，・・・｝は関数のパラメータセットであり、図１５のＢやＣの曲線を特定する多項式の係数である。ｌ_ｉは測定対象物の距離値（測定値）、ｉはスキャナ３の走査角度を示すラベルである。

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。

１ レーザ光源、２ 折り返し用ミラー、３ スキャナ、４ 制御部、５ ウィンドウ、６ マーカ、７ 受光素子（受光手段）、８ 信号処理部、１１ 距離強度画像生成部（画像生成手段）、１２ 位置角度特定部（位置角度特定手段）、１３ 距離強度画像補正部（画像歪補正手段）、２１ 受光素子（第１の受光手段）、２２ モニタ用受光素子（第２の受光手段）、２３ 信号処理部、２４ モニタ用受光アレイ（第２の受光手段）、３０ 位置角度特定部（位置角度特定手段）、４１ 測定対象距離算出部（距離補正手段）、４２ 距離強度画像補正部（画像歪補正手段、距離補正手段）。

Claims (6)

1. レーザ光を発光する光源と、
   前記光源から発光されたレーザ光を走査しながら、前記レーザ光を測定対象物に向けて放射するスキャナと、
   前記スキャナから放射されたレーザ光が通る位置に配置され、前記レーザ光を反射する複数のマーカが並べられているウィンドウと、
   前記測定対象物及び前記複数のマーカに反射された前記レーザ光の反射光を受光する受光手段と、
   前記スキャナから前記レーザ光が放射された時刻と前記受光手段により反射光が受光された時刻との時刻差から、前記レーザ光が反射された位置までの距離を算出し、前記距離と前記スキャナによるレーザ光の放射方向に基づいて、前記レーザ光が反射された位置までの距離と前記レーザ光が反射された位置の座標を示す距離画像を生成する画像生成手段と、
   前記画像生成手段により生成された距離画像から前記複数のマーカまでの距離と前記複数のマーカの位置座標を取得し、その取得した距離及び位置座標に基づいて前記スキャナの設置位置及び設置角度を特定する位置角度特定手段と
   を備えたレーザレーダ装置。
2. 前記位置角度特定手段は、予め、前記スキャナの設置位置及び設置角度と、前記ウィンドウに並べられている複数のマーカまでの距離及び前記複数のマーカの位置座標との対応関係が記録されているテーブルを保持しており、前記画像生成手段により生成された距離画像から取得した距離及び位置座標を前記テーブルと照合して、前記スキャナの設置位置及び設置角度を特定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。
3. レーザ光を発光する光源と、
   前記光源から発光されたレーザ光を走査しながら、前記レーザ光を測定対象物に向けて放射するスキャナと、
   前記スキャナから放射されたレーザ光が通る位置に配置されているウィンドウと、
   前記測定対象物に反射された前記レーザ光の反射光を受光する第１の受光手段と、
   前記ウィンドウに反射された前記レーザ光の反射光を受光する第２の受光手段と、
   前記スキャナから前記レーザ光が放射された時刻と前記第１の受光手段により反射光が受光された時刻との時刻差から、前記測定対象物までの距離を算出し、前記距離と前記スキャナによるレーザ光の放射方向に基づいて、前記測定対象物までの距離と前記測定対象物の位置の座標を示す距離画像を生成する画像生成手段と、
   前記第２の受光手段により受光された反射光の強度に基づいて前記スキャナの設置位置及び設置角度を特定する位置角度特定手段と
   を備えたレーザレーダ装置。
4. 前記位置角度特定手段は、予め、前記スキャナの設置位置及び設置角度と、前記第２の受光手段により受光される反射光の強度との対応関係が記録されているテーブルを保持しており、前記第２の受光手段により受光された反射光の強度を前記テーブルと照合して、前記スキャナの設置位置及び設置角度を特定することを特徴とする請求項３記載のレーザレーダ装置。
5. 前記位置角度特定手段により特定されたスキャナの設置位置及び設置角度に基づいて、前記設置位置又は前記設置角度の変化に伴う前記画像生成手段により生成された距離画像の歪みを補正する画像歪補正手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のレーザレーダ装置。
6. 前記画像生成手段により生成された距離画像から前記スキャナの走査角度に対応する前記マーカまでの距離を取得して、前記マーカまでの距離から距離の原点校正値を算出し、前記距離の原点校正値を用いて、前記画像生成手段により生成された距離画像が示す前記測定対象物までの距離を補正する距離補正手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザレーダ装置。

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