JP2010096574A

JP2010096574A - レーザレーダ及びレーザレーダによる計測方法

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Publication number: JP2010096574A
Application number: JP2008266258A
Authority: JP
Inventors: Taketoshi Takano; 武寿高野
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2010-04-30

Abstract

【課題】レーザ光走査の高速化，装置の小型化及びコスト低減を実現することが可能であるレーザレーダ及びレーザレーダによる計測方法を提供する。
【解決手段】投光部２と、投光部２から発したレーザ光ＬＴを走査する走査部３と、投光部２にレーザ光ＬＴの投光指令を発すると共に走査部３による走査を制御する制御部４と、走査部３によるレーザ光ＬＴの走査により走査範囲Ｅ内の計測対象Ｐで反射して戻る反射レーザ光ＬＲのみを制御部４からの指令に基づいて選択するデジタルマイクロミラーデバイス５と、このデジタルマイクロミラーデバイス５で選択された反射レーザ光ＬＲを受ける受光部６と、制御部４から与えられるレーザ光ＬＴの投光タイミング及び受光部６から与えられる反射レーザ光ＬＲの受光タイミングに基づいて計測対象Ｐの距離情報を取得する距離演算部７を具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、交差点内や踏切内における人の存否を監視するのに利用されるレーザレーダ及びレーザレーダによる計測方法に関するものである。

従来、上記したレーザレーダとしては、例えば、レーザ光を発する投光部と、この投光部から発したレーザ光を二次元的に走査する走査部と、この走査部によるレーザ光走査により計測対象で反射して戻るレーザ光を受ける受光部と、投光部にレーザ光の投光指令を発すると共に走査部による走査を制御する制御部と、この制御部から与えられるレーザ光の投光タイミング及び前記受光部から与えられる反射レーザ光の受光タイミングに基づいて前記計測対象の三次元情報を取得する距離演算部を備えたものがある。

このようなレーザレーダにおいて、一般的に、走査部は、投光部から発したレーザ光を水平方向に走査するポリゴンミラーと、このポリゴンミラーからのレーザ光を垂直方向に走査する揺動ミラーを具備したものとなっており、受光部は、計測対象で反射して戻るレーザ光を走査部の揺動ミラー及びポリゴンミラーを介して受けるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開2005-69975号

ところが、上記したレーザレーダでは、受光部が、計測対象で反射して戻るレーザ光を走査部の機械的に駆動される揺動ミラー及びポリゴンミラーを介して受けるようになっているので、ポリゴンミラー及び揺動ミラーの寸法がいずれも大きくなってしまい、その分だけ、レーザ光走査の高速化及び装置の小型化が困難であると共に、コストの上昇を避け得ないという問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上述した従来の課題に着目してなされたもので、レーザ光走査の高速化及び装置の小型化を実現することができると共に、コスト低減をも実現することが可能であるレーザレーダ及びレーザレーダによる計測方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係るレーザレーダは、レーザ光を発する投光部と、この投光部から発したレーザ光を二次元的に走査する走査部と、前記投光部にレーザ光の投光指令を発すると共に前記走査部による走査を制御する制御部と、前記走査部によるレーザ光走査により計測対象で反射して戻る反射レーザ光のみを前記制御部からの指令に基づいて選択する選択手段と、この選択手段で選択された反射レーザ光を受ける受光部と、前記制御部から与えられるレーザ光の投光タイミング及び前記受光部から与えられる反射レーザ光の受光タイミングに基づいて前記計測対象の距離情報を取得する距離演算部を備えた構成としたことを特徴としており、このレーザレーダの構成を前述の従来の課題を解決するための手段としている。

また、本発明の請求項２に係るレーザレーダは、面の向きを個別に２値制御可能な微小ミラーを多数マトリクス状に並べて成り、前記制御部から指定される微小ミラーの面の向きを変更操作することで、計測対象から反射して戻る反射レーザ光のみを選択的に反射して前記受光部に送るデジタルマイクロミラーデバイスを選択手段とした構成としている。
さらに、本発明の請求項３に係るレーザレーダは、個別に遮光透過の制御が可能な画素を多数マトリクス状に並べて成り、前記制御部から指定される画素を透過状態とすることで、計測対象から反射して戻る反射レーザ光のみを選択的に透過して前記受光部に送る液晶シャッタを選択手段とした構成としている。

一方、本発明の請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のレーザレーダにより計測を行うに際して、制御部から指令を発して、走査部を動作させつつ投光部からレーザ光を投光して、適宜方向にレーザ光を走査し、この走査部によるレーザ光走査により計測対象から反射して戻る反射レーザ光のみを制御部からの指令により選択手段で選択させて受光部に送り、距離演算部において、前記制御部から与えられるレーザ光の投光タイミング及び前記受光部から与えられる反射レーザ光の受光タイミングに基づいて前記計測対象までの距離情報を取得する構成としたことを特徴としており、このレーザレーダによる計測方法の構成を前述の従来の課題を解決するための手段としている。

本発明のレーザレーダ及びレーザレーダによる計測方法において、投光部から発するレーザ光としては、半導体レーザや固体レーザやガスレーザなどを用いることができ、信号波形がパルス状や振幅変調した正弦波状を成すレーザ光が使用される。
本発明のレーザレーダでは、計測を行う場合、制御部から指令を発して、走査部を動作させつつ投光部からパルス状や振幅変調した正弦波状のレーザ光を投光して、適宜方向に対するレーザ光の走査を開始する。

これと同時に、制御部から指令を発して選択手段を動作させ、走査部によるレーザ光走査により計測対象から反射して戻る反射レーザ光のみを選択して受光部に送るようにし、このとき、制御部から与えられるレーザ光の投光タイミング及び受光部から与えられる反射レーザ光の受光タイミングに基づいて距離演算部により処理することで、計測対象までの距離情報を求め得ることとなる。

つまり、このレーザレーダでは、計測対象から反射して戻る反射レーザ光のみを選択し得る選択手段を受光部側に配置することで、機械的に駆動される揺動ミラーやポリゴンミラーを有する走査部を介さずに、受光部が計測対象から反射して戻る反射レーザ光を受けることができるようにしているので、走査部のポリゴンミラーや揺動ミラーに大きなものを用いる必要がなく、したがって、レーザ光走査の高速化及び装置の小型化が図られるうえ、低コスト化も図られることとなる。

そして、上記したように、選択手段としてデジタルマイクロミラーデバイスを採用した場合には、受光率が良くなって高精度の計測を行い得ることとなり、一方、選択手段として液晶シャッタを採用した場合には、より一層の低コスト化が図られることとなる。

本発明の請求項１に係るレーザレーダでは、上記した構成としたから、レーザ光走査の高速化及び装置の小型化を実現することができると共に、低コスト化をも実現可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
また、本発明の請求項２に係るレーザレーダでは、上記した構成としているので、請求項１に係るレーザレーダと同じ効果が得られるのに加えて、計測精度の向上を実現することが可能であり、本発明の請求項３に係るレーザレーダでは、上記した構成としているので、より一層の低コスト化を実現することができるという非常に優れた効果がもたらされる。

一方、本発明の請求項４に係るレーザレーダによる計測方法では、上記した構成としたから、レーザ光走査の高速化，装置の小型化及び低コスト化をいずれも実現したうえで、従来と同様ないしそれ以上の精度で計測を行うことが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

以下、本発明に係るレーザレーダ及びレーザレーダによる計測方法を図面に基づいて説明する。
図１〜図３は、本発明に係るレーザレーダの一実施形態を示している。
図１に示すように、このレーザレーダ１は、パルス状のレーザ光ＬＴを発する投光部２と、この投光部２から発したレーザ光ＬＴを二次元的に走査する走査部３と、投光部２にレーザ光ＬＴの投光指令を発すると共に走査部３による走査を制御する制御部４と、走査部３によるレーザ光ＬＴの走査により走査範囲内の計測対象で反射して戻る反射レーザ光ＬＲのみを制御部４からの指令に基づいて選択するデジタルマイクロミラーデバイス（選択手段）５と、このデジタルマイクロミラーデバイス５で選択された反射レーザ光ＬＲを受ける受光部６と、制御部４から与えられるレーザ光ＬＴの投光タイミング及び受光部６から与えられる反射レーザ光ＬＲの受光タイミングに基づいて計測対象の距離情報を取得する距離演算部７を備えている。

この場合、走査部３は、モータ３ａの出力により回転するポリゴンミラー３ｂと、モータ３ｃの出力により揺動してポリゴンミラー３ｂで反射した投光部２からのレーザ光ＬＴを計測対象に走査する揺動ミラー３ｄを具備している。
また、選択手段としてのデジタルマイクロミラーデバイス５は、図２に示すように、面の向きを個別に２値制御可能な微小ミラー５ａを多数マトリクス状に並べて成るものであり、このデジタルマイクロミラーデバイス５の走査範囲Ｅ側及び受光部６側には、受光レンズ８，９がそれぞれ配置してある。

この実施形態において、走査範囲Ｅ側の受光レンズ８を通して入射した光を受光部６側の受光レンズ９に向けて反射させるべく微小ミラー５ａの面の向きを変更する場合をオン操作とし、受光レンズ８を通して入射した光を受光レンズ９から外れた向きに反射させるべく微小ミラー５ａの面の向きを保持する場合をオフ操作としている。
つまり、図３に示すように、制御部４から指定される微小ミラー５ａのみをオン操作することで、計測対象Ｐで反射して受光レンズ８を介して戻る反射レーザ光ＬＲのみを微小ミラー５ａで反射して受光レンズ９に送るようにしており、この受光レンズ９では、デジタルマイクロミラーデバイス５で選択された反射レーザ光ＬＲを受光部６の受光素子に送って結像させるようになっている。

この実施形態に係るレーザレーダ１では、計測を行う場合、制御部４から投光指令及び速度指令を発して、走査部３を動作させつつ投光部２からパルス状のレーザ光ＬＴを投光して、走査範囲Ｅに対するレーザ光ＬＴの走査を開始する。
これと同時に、投光側である走査部３のポリゴンミラー３ｂ（垂直走査）及び揺動ミラー３ｄ（水平走査）から各角度情報を得た制御部４からデジタルマイクロミラーデバイス５に選択指令を発して、ポリゴンミラー３ｂ及び揺動ミラー３ｄの各向きに対応する微小ミラー５ａのみをオン操作し、計測対象Ｐから受光レンズ８を介して戻る反射レーザ光ＬＲのみをオン操作された微小ミラー５ａで反射して受光レンズ９に送る。

そして、この受光レンズ９を通して送られた反射レーザ光ＬＲが受光部６の受光素子上で結像した時点で、制御部４から与えられるレーザ光ＬＴの投光タイミング及び受光部６から与えられる反射レーザ光ＬＲの受光タイミングに基づいて距離演算部７により処理することで、計測対象Ｐまでの距離情報を求め得ることとなる。
このように、上記したレーザレーダ１では、計測対象Ｐから反射して戻る反射レーザ光ＬＲのみを選択し得るデジタルマイクロミラーデバイス５を受光部６側に配置するようにしているので、機械的に駆動される揺動ミラー３ｄやポリゴンミラー３ｂを有する走査部３を介さずに、受光部６が計測対象Ｐから反射して戻る反射レーザ光ＬＲを受けることができ、したがって、走査部３のポリゴンミラー３ｂや揺動ミラー３ｄに大型のものを用いる必要がなくなる分だけ、レーザ光走査の高速化及び装置の小型化が図られるのに加えて、低コスト化も図られることとなる。

また、この実施形態では、選択手段としてデジタルマイクロミラーデバイス５を採用しているので、レスポンスが早まる分だけ受光率が良くなり、その結果、計測精度の向上が図られることとなる。
図４〜図６は、本発明に係るレーザレーダの他の実施形態を示している。
図４に示すように、このレーザレーダ１１が、先の実施形態に係るレーザレーダ１と相違するところは、選択手段として液晶シャッタ１５を採用した点にあり、他の構成は先の実施形態に係るレーザレーダ１と同じである。

選択手段としての液晶シャッタ１５は、図５に示すように、個別に遮光透過の制御が可能な画素１５ａを多数マトリクス状に並べて成るものであり、この液晶シャッタ１５の走査範囲Ｅ側には受光レンズ１２が配置してあると共に、受光部６側には受光レンズ１３，１４が配置してある。
この実施形態において、走査範囲Ｅ側の受光レンズ１２を通して入射した光を受光部６側の受光レンズ１３，１４に向かわせる場合には、画素１５ａを透過状態とし、受光レンズ１２を通して入射した光を受光レンズ１３，１４に向かわせないようにする場合には、画素１５ａの遮光状態を維持するようにしている。

つまり、図６に示すように、制御部４から指定される画素１５ａのみを透過状態とすることで、計測対象Ｐで反射して受光レンズ１２を介して戻る反射レーザ光ＬＲのみを画素１５ａを通して受光レンズ１３，１４に向かわせるようにしており、これらの受光レンズ１３，１４を通過した反射レーザ光ＬＲは、受光部６の受光素子に結像されるようになっている。

この実施形態に係るレーザレーダ１１では、計測を行う場合、制御部４から投光指令及び速度指令を発して、走査部３を動作させつつ投光部２からパルス状のレーザ光ＬＴを投光して、走査範囲Ｅに対するレーザ光ＬＴの走査を開始する。
これと同時に、投光側である走査部３のポリゴンミラー３ｂ（垂直走査）及び揺動ミラー３ｄ（水平走査）から各角度情報を得た制御部４から液晶シャッタ１５に選択指令を発して、ポリゴンミラー３ｂ及び揺動ミラー３ｄの各向きに対応する画素１５ａのみを透過状態とし、計測対象Ｐから受光レンズ１２を介して戻る反射レーザ光ＬＲのみを透過状態とした画素１５ａを通過させて受光レンズ１３，１４に送る。

そして、これらの受光レンズ１３，１４を通して送られた反射レーザ光ＬＲが受光部６の受光素子上で結像した時点で、制御部４から与えられるレーザ光ＬＴの投光タイミング及び受光部６から与えられる反射レーザ光ＬＲの受光タイミングに基づいて距離演算部７により処理することで、計測対象Ｐまでの距離情報を求め得ることとなる。
上記したレーザレーダ１１においても、計測対象Ｐから反射して戻る反射レーザ光ＬＲのみを透過し得る液晶シャッタ１５を受光部６側に配置するようにしているので、走査部３のポリゴンミラー３ｂや揺動ミラー３ｄに大型のものを用いる必要がなくなる分だけ、レーザ光走査の高速化及び装置の小型化が図られるのに加えて、低コスト化も図られることとなり、この実施形態では、選択手段として液晶シャッタ１５を採用しているので、より一層の低コスト化が図られることとなる。

本発明に係るレーザレーダは、例えば、踏み切りや交差点の監視に用いることができるほか、工場などの施設領域と外部とを仕切るフェンスの近傍を監視するのに用いることも可能である。
また、本発明に係るレーザレーダの構成は、上記した実施形態によるレーザレーダ１，１１の構成に限定されるものではない。

本発明に係るレーザレーダの一実施形態を示すブロック図である。図１におけるレーザレーダの走査範囲に対するデジタルマイクロミラーデバイス及び受光部の位置関係説明図である。図１におけるレーザレーダのデジタルマイクロミラーデバイスによる反射レーザ光の選択要領説明図である。本発明に係るレーザレーダの他の実施形態を示すブロック図である。図４におけるレーザレーダの走査範囲に対する液晶シャッタ及び受光部の位置関係説明図である。図４におけるレーザレーダの液晶シャッタによる反射レーザ光の選択要領説明図である。

符号の説明

１，１１レーザレーダ
２投光部
３走査部
４制御部
５デジタルマイクロミラーデバイス（選択手段）
５ａ微小ミラー
６受光部
７距離演算部
１５液晶シャッタ（選択手段）
１５ａ画素
Ｅ走査範囲
ＬＲ反射レーザ光
ＬＴ投光レーザ光
Ｐ計測対象

Claims

レーザ光を発する投光部と、
この投光部から発したレーザ光を二次元的に走査する走査部と、
前記投光部にレーザ光の投光指令を発すると共に前記走査部による走査を制御する制御部と、
前記走査部によるレーザ光走査により計測対象で反射して戻る反射レーザ光のみを前記制御部からの指令に基づいて選択する選択手段と、
この選択手段で選択された反射レーザ光を受ける受光部と、
前記制御部から与えられるレーザ光の投光タイミング及び前記受光部から与えられる反射レーザ光の受光タイミングに基づいて前記計測対象の距離情報を取得する距離演算部を備えた
ことを特徴とするレーザレーダ。
面の向きを個別に２値制御可能な微小ミラーを多数マトリクス状に並べて成り、前記制御部から指定される微小ミラーの面の向きを変更操作することで、計測対象から反射して戻る反射レーザ光のみを選択的に反射して前記受光部に送るデジタルマイクロミラーデバイスを選択手段とした請求項１に記載のレーザレーダ。
個別に遮光透過の制御が可能な画素を多数マトリクス状に並べて成り、前記制御部から指定される画素を透過状態とすることで、計測対象から反射して戻る反射レーザ光のみを選択的に透過して前記受光部に送る液晶シャッタを選択手段とした請求項１に記載のレーザレーダ。
請求項１〜３のいずれかに記載のレーザレーダにより計測を行うに際して、
制御部から指令を発して、走査部を動作させつつ投光部からレーザ光を投光して、適宜方向にレーザ光を走査し、
この走査部によるレーザ光走査により計測対象から反射して戻る反射レーザ光のみを制御部からの指令により選択手段で選択させて受光部に送り、
距離演算部において、前記制御部から与えられるレーザ光の投光タイミング及び前記受光部から与えられる反射レーザ光の受光タイミングに基づいて前記計測対象までの距離情報を取得する
ことを特徴とするレーザレーダによる計測方法。