JP2010204015A - Laser radar device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザレーダ装置に関するものである。 The present invention relates to a laser radar device.
従来、レーザレーダ装置に関する技術として、下記特許文献1に示すレーザ距離測定装置が知られている。このレーザ距離測定装置は、装置内に設けられる基準物体に対して光を照射しこの基準物体からの反射光の到達時間に基づいて算出される距離と、予め設定される基準物体までの距離とを比較して、距離測定誤差を検出し、この距離測定誤差に基づいて測定距離を補正している。
Conventionally, as a technique related to a laser radar apparatus, a laser distance measuring apparatus shown in
しかしながら、上記特許文献1に示す構成では、距離測定誤差の検出精度を高めるために、照射手段または受光手段から基準物体までの距離を長くする必要がある。このため、装置を大きくする必要があり、装置の小型化や軽量化を妨げるという問題がある。また、装置の小型化を図る場合には、基準物体までの距離を十分に長くすることができず、距離測定誤差の検出精度を十分に高めることができないという問題がある。
However, in the configuration shown in
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、装置の大型化を招くことなく検出物体までの測定距離の検出精度を高め得るレーザレーダ装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a laser radar device that can improve the detection accuracy of a measurement distance to a detection object without causing an increase in size of the device. There is to do.
上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項1のレーザレーダ装置では、レーザ光を発生するレーザ光発生手段と、前記レーザ光発生手段から前記レーザ光が発生したときに、当該レーザ光が検出物体にて反射した反射光を検出する光検出手段と、所定の中心軸を中心として回動可能に構成された偏向手段を備えるとともに、当該偏向手段により前記レーザ光を空間に向けて偏向させ、かつ前記反射光を前記光検出手段に向けて偏向する回動偏向手段と、前記回動偏向手段を駆動する駆動手段と、前記レーザ光発生手段での前記レーザ光の発生からこのレーザ光が前記検出物体にて反射した反射光が前記光検出手段により検出されるまでの時間に基づいて前記検出物体までの距離を測定する距離測定手段と、を備えるレーザレーダ装置であって、前記レーザ光発生手段からの前記レーザ光の一部を導光して前記光検出手段に出射する導光部材と、前記レーザ光発生手段での前記レーザ光の発生からこのレーザ光の一部が前記導光部材により導光されて前記光検出手段により検出されるまで導光時間と前記導光部材の導光方向距離とに応じて距離補正値を算出する補正値算出手段と、前記距離測定手段により検出される前記検出物体までの距離を前記補正値算出手段により算出される前記距離補正値に基づいて補正する距離補正手段と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the laser radar device according to
請求項2の発明は、請求項1に記載のレーザレーダ装置において、前記導光部材は、光ファイバであることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the laser radar device according to the first aspect, the light guide member is an optical fiber.
請求項3の発明は、請求項1または2に記載のレーザレーダ装置において、前記導光部材は、螺旋状に配置されることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the laser radar device according to the first or second aspect, the light guide member is arranged in a spiral shape.
請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置において、前記導光部材は、前記偏向手段にて偏向される前記レーザ光の一部が、導光方向一端部にて当該導光部材内に導光されるとともに導光方向他端部から前記光検出手段に向けて出射するように構成されることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the laser radar device according to any one of the first to third aspects, the light guide member is configured such that a part of the laser light deflected by the deflecting unit is in a light guide direction. The light guide member is guided at one end and emitted from the other end in the light guide direction toward the light detection means.
請求項5の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置において、前記導光部材は、前記偏向手段にて偏向される前記レーザ光の一部が、導光方向一端部にて当該導光部材内に導光されるとともに導光方向他端部から前記偏向手段に向けて出射してこの偏向手段により前記光検出手段に向けて偏向されるように構成されることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the laser radar device according to any one of the first to third aspects, a part of the laser beam deflected by the deflection unit is guided in a light guide direction. The light is guided into the light guide member at one end and emitted from the other end in the light guide direction toward the deflecting unit and deflected toward the light detecting unit by the deflecting unit. It is characterized by that.
請求項6の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置において、前記導光部材は、前記偏向手段にて偏向される前記レーザ光の一部が、導光方向一端部にて当該導光部材内に導光されるとともに導光方向他端部に設けられる反射部にて反射してこの導光部材内を逆方向に導光されて前記導光方向一端部から前記偏向手段に向けて出射してこの偏向手段により前記光検出手段に向けて偏向されるように構成されることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the laser radar device according to any one of the first to third aspects, the light guide member is configured such that a part of the laser light deflected by the deflecting unit is in a light guide direction. The light is guided into the light guide member at one end and reflected by a reflecting portion provided at the other end in the light guide direction, and guided in the reverse direction in the light guide member, and is one end in the light guide direction. The light is emitted toward the deflecting unit and is deflected toward the light detecting unit by the deflecting unit.
請求項7の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置において、前記光検出手段の受光側には、当該光検出手段に向けて内径がテーパ状に縮径する第1のカバーが設けられ、前記導光部材は、前記第1のカバーの内周面に向けて前記レーザ光の一部を出射することを特徴とする。 A seventh aspect of the present invention is the laser radar device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the inner diameter of the laser detecting device is tapered toward the light detecting means on the light receiving side of the light detecting means. A first cover is provided, and the light guide member emits a part of the laser beam toward an inner peripheral surface of the first cover.
請求項8の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置において、前記光検出手段の受光側には、当該光検出手段に向けて内径が階段状に縮径する第2のカバーが設けられ、前記導光部材は、前記第2のカバーの内周面に向けて前記レーザ光の一部を出射することを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the laser radar device according to any one of the first to fourth aspects, on the light receiving side of the light detection means, the inner diameter is reduced stepwise toward the light detection means. A second cover is provided, and the light guide member emits a part of the laser beam toward an inner peripheral surface of the second cover.
請求項9の発明は、請求項1〜8のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置において、前記光検出手段にて検出される前記導光部材からの出射光の受光波形が受光状態を検出するための所定の閾値以上になるときの時間とこの受光波形が前記所定の閾値以下になるときの時間との時間差と、当該受光波形に応じて検出される前記導光時間と前記導光方向距離とに応じて算出される前記距離補正値との関係を、受光感度が変更された受光波形ごとに求めて、補正用マップを作成するマップ作成手段を備え、前記距離補正手段は、前記距離測定手段により検出される前記検出物体までの距離を、前記光検出手段にて受光される前記反射光の受光波形における前記時間差から前記補正用マップに応じて設定される前記距離補正値に基づいて補正することを特徴とする。 A ninth aspect of the present invention is the laser radar device according to any one of the first to eighth aspects, wherein the light reception waveform of the emitted light from the light guide member detected by the light detection means detects the light reception state. A time difference between a time when the light reception waveform is equal to or greater than a predetermined threshold and a time when the light reception waveform is equal to or less than the predetermined threshold, and the light guide time and the light guide direction detected according to the light reception waveform A map creation unit that creates a correction map by obtaining a relationship with the distance correction value calculated according to the distance for each received light waveform whose light reception sensitivity has been changed, and the distance correction unit includes the distance correction unit Based on the distance correction value set according to the correction map from the time difference in the light reception waveform of the reflected light received by the light detection means, the distance to the detection object detected by the measurement means. to correct And wherein the door.
請求項10の発明は、請求項9に記載のレーザレーダ装置において、光の透過率がそれぞれ異なる前記導光部材を複数備え、前記マップ作成手段は、前記光検出手段にて検出される前記各導光部材からの出射光の受光波形における前記時間差と前記距離補正値との関係を、受光感度が変更された受光波形ごとに求めて、前記補正用マップを作成することを特徴とする。 A tenth aspect of the present invention is the laser radar device according to the ninth aspect, comprising a plurality of the light guide members each having a different light transmittance, wherein the map creation means is configured to detect each of the light detection means. The correction map is created by obtaining the relationship between the time difference and the distance correction value in the light reception waveform of the light emitted from the light guide member for each light reception waveform whose light reception sensitivity is changed.
請求項11の発明は、請求項9または10に記載のレーザレーダ装置において、前記マップ作成手段は、前記時間差の変化に応じて前記距離補正値が変化する範囲に対応して前記受光波形の受光感度が変更されることを特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the laser radar device according to the ninth or tenth aspect of the present invention, the map creating means receives the received light waveform corresponding to a range in which the distance correction value changes in accordance with a change in the time difference. The sensitivity is changed.
請求項1の発明では、導光部材により、レーザ光発生手段からのレーザ光の一部が導光されて光検出手段に出射する。また、補正値算出手段により、レーザ光発生手段でのレーザ光の発生からこのレーザ光の一部が上記導光部材により導光されて光検出手段により検出されるまで導光時間と、導光部材の導光方向距離と、に応じて距離補正値が算出される。そして、距離補正手段により、距離測定手段により検出される検出物体までの距離が、補正値算出手段により算出される距離補正値に基づいて補正される。 In the first aspect of the invention, a part of the laser light from the laser light generating means is guided by the light guide member and emitted to the light detecting means. Further, the correction value calculating means guides the light guide time from the generation of the laser light by the laser light generating means until a part of the laser light is guided by the light guide member and detected by the light detecting means, and the light guide. A distance correction value is calculated according to the light guide direction distance of the member. Then, the distance correction unit corrects the distance to the detected object detected by the distance measurement unit based on the distance correction value calculated by the correction value calculation unit.
これにより、レーザ光の一部が導光部材内を導光されて確実に光検出手段に出射することとなり、かつ、例えば、導光部材を当該装置内にて複数箇所湾曲させて配置させることで導光部材の導光方向距離が長くなるので、距離補正値の検出精度を高めることができる。
したがって、装置の大型化を招くことなく検出物体までの測定距離の検出精度を高めることができる。
As a result, a part of the laser light is guided in the light guide member and reliably emitted to the light detection means, and, for example, the light guide member is arranged in a curved manner at a plurality of locations in the apparatus. Since the light guide direction distance of the light guide member becomes longer, the detection accuracy of the distance correction value can be increased.
Therefore, it is possible to increase the detection accuracy of the measurement distance to the detection object without increasing the size of the apparatus.
請求項2の発明では、上記導光部材として光ファイバを採用するため、当該装置内にて湾曲させて配置させやすく、かつ、当該導光部材内に導光される光を確実に光検出手段に出射することができる。
In the invention of
請求項3の発明では、導光部材は、螺旋状に配置されるため、導光部材が該装置内にて占めるスペースが小さくなり、導光方向距離が長い導光部材を配置したことによる当該装置の大型化を抑制することができる。
In the invention of
請求項4の発明では、導光部材により、偏向手段にて偏向されるレーザ光の一部が、導光方向一端部にて当該導光部材内に導光されるとともに、導光方向他端部から光検出手段に向けて出射する。
In the invention of
レーザ光発生手段と偏向手段との間に導光方向一端部を配置してレーザ光発生手段からのレーザ光の一部を当該導光方向一端部を介して導光部材内に導光する場合、偏向手段の回転位置に関わらず、常に導光方向一端部が検出物体に向かうレーザ光に影響してしまう。 When one end of the light guide direction is arranged between the laser light generating means and the deflecting means, and a part of the laser light from the laser light generating means is guided into the light guide member through the one end of the light guide direction Regardless of the rotational position of the deflection means, one end of the light guide direction always affects the laser beam directed to the detection object.
そこで、偏向手段にて偏向されるレーザ光の一部を導光方向一端部を介して導光部材内に導光することにより、偏向手段が所定の回転位置に位置するときのみ導光方向一端部が検出物体に向かうレーザ光に影響するので、導光方向一端部を設けることによるレーザ光への影響を抑制することができる。 Therefore, by guiding a part of the laser beam deflected by the deflecting means into the light guide member via the one end portion in the light guide direction, one end of the light guide direction is provided only when the deflecting means is located at a predetermined rotational position. Since the portion affects the laser light directed toward the detection object, the influence on the laser light due to the provision of the one end portion in the light guide direction can be suppressed.
請求項5の発明では、導光部材により、偏向手段にて偏向されるレーザ光の一部が、導光方向一端部にて当該導光部材内に導光されるとともに、導光方向他端部から偏向手段に向けて出射してこの偏向手段により光検出手段に向けて偏向される。
In the invention of
このようにしても、偏向手段が所定の回転位置に位置するときのみ導光方向一端部および導光方向他端部が検出物体に向かうレーザ光に影響するので、導光方向一端部および導光方向他端部を設けることによるレーザ光への影響を抑制することができる。 Even in this case, the light guide direction one end and the light guide direction other end affect the laser beam toward the detection object only when the deflecting means is located at the predetermined rotation position. The influence on the laser beam due to the provision of the other end in the direction can be suppressed.
請求項6の発明では、導光部材により、偏向手段にて偏向されるレーザ光の一部が、導光方向一端部にて当該導光部材内に導光されるとともに、導光方向他端部に設けられる反射部にて反射してこの導光部材内を逆方向に導光されて導光方向一端部から偏向手段に向けて出射してこの偏向手段により光検出手段に向けて偏向される。 In the invention of claim 6, a part of the laser light deflected by the deflecting means by the light guide member is guided into the light guide member at one end portion in the light guide direction and the other end in the light guide direction. The light is reflected by a reflecting portion provided in the light guide portion, guided in the reverse direction in the light guide member, emitted from one end portion in the light guide direction toward the deflecting means, and deflected toward the light detecting means by the deflecting means. The
このようにしても、偏向手段が所定の回転位置に位置するときのみ導光方向一端部が検出物体に向かうレーザ光に影響するので、導光方向一端部を設けることによるレーザ光への影響を抑制することができる。特に、レーザ光の一部が導光方向一端部にて導光されかつ当該導光部材内から出射するので、請求項5の発明のようにレーザ光の一部を導光方向他端部から偏向手段に向けて出射する場合と比較して、導光方向他端部による検出物体に向かうレーザ光への影響をなくすことができる。
Even in this case, only when the deflecting means is located at the predetermined rotation position, the one end portion in the light guide direction affects the laser light directed toward the detection object. Can be suppressed. In particular, since a part of the laser light is guided at one end portion in the light guide direction and emitted from the light guide member, a part of the laser light is transmitted from the other end portion in the light guide direction as in the invention of
請求項7の発明では、光検出手段の受光側には、当該光検出手段に向けて内径がテーパ状に縮径する第1のカバーが設けられている。そして、導光部材は、第1のカバーの内周面に向けてレーザ光の一部を出射する。 In the invention of claim 7, the first cover whose inner diameter is tapered toward the light detecting means is provided on the light receiving side of the light detecting means. And a light guide member radiate | emits a part of laser beam toward the internal peripheral surface of a 1st cover.
レーザ光発生手段から発光されるレーザ光は、当該装置に対して遠方の検出物体からの反射光を受光するために、非常に高い光強度に設定される。このため、レーザ光の一部のみが導光部材を介して光検出手段にて受光される場合であっても、光強度が高いために光検出手段から出力される受光波形が飽和してしまい、正確な導光時間を検出できない場合がある。 The laser light emitted from the laser light generating means is set to a very high light intensity in order to receive reflected light from a detection object far away from the apparatus. For this reason, even when only a part of the laser beam is received by the light detection means via the light guide member, the light reception waveform output from the light detection means is saturated due to the high light intensity. In some cases, the accurate light guide time cannot be detected.
そこで、導光部材から出射する光を、第1のカバーの内周面にて反射させてその一部のみが光検出手段にて受光されるように構成することにより、当該光検出手段にて受光される光の強度が抑制されるので、この光に応じて光検出手段から出力される受光波形の飽和を抑制することができる。 Therefore, by reflecting the light emitted from the light guide member on the inner peripheral surface of the first cover and receiving only a part of the light by the light detection means, the light detection means Since the intensity of the received light is suppressed, it is possible to suppress the saturation of the received light waveform output from the light detection means according to this light.
請求項8の発明では、光検出手段の受光側には、当該光検出手段に向けて内径が階段状に縮径する第2のカバーが設けられている。そして、導光部材は、第2のカバーの内周面に向けてレーザ光の一部を出射する。 According to the eighth aspect of the present invention, the second cover whose inner diameter is reduced stepwise toward the light detecting means is provided on the light receiving side of the light detecting means. And a light guide member radiate | emits a part of laser beam toward the internal peripheral surface of a 2nd cover.
このようにしても、上記請求項7の発明と同様に、導光部材から出射する光が、第2のカバーの内周面にて反射してその一部のみが光検出手段にて受光されるため、当該光検出手段にて受光される光の強度が抑制されるので、この光に応じて光検出手段から出力される受光波形の飽和を抑制することができる。特に、偏向手段を介した検出物体からのレーザ光も、第2のカバーの内周面にて反射してその一部のみが光検出手段にて受光されるため、距離測定時においても受光波形の飽和を抑制することができる。 Even in this case, similarly to the seventh aspect of the invention, the light emitted from the light guide member is reflected by the inner peripheral surface of the second cover, and only a part thereof is received by the light detecting means. Therefore, since the intensity of the light received by the light detection unit is suppressed, saturation of the light reception waveform output from the light detection unit according to this light can be suppressed. In particular, the laser light from the detection object via the deflecting means is also reflected by the inner peripheral surface of the second cover and only a part thereof is received by the light detecting means. Can be suppressed.
請求項9の発明では、マップ作成手段により、光検出手段にて検出される導光部材からの出射光の受光波形が所定の閾値以上になるときの時間とこの受光波形が所定の閾値以下になるときの時間との時間差と、当該受光波形に応じて検出される導光時間と導光方向距離とに応じて算出される距離補正値との関係を、受光感度が変更された受光波形ごとに求めて、補正用マップが作成される。そして、距離補正手段は、距離測定手段により検出される検出物体までの距離を、光検出手段にて受光される反射光の受光波形における時間差から補正用マップに応じて設定される距離補正値に基づいて補正する。 According to the ninth aspect of the present invention, the time when the received light waveform of the light emitted from the light guide member detected by the light detecting means becomes equal to or greater than a predetermined threshold by the map creating means and the received light waveform falls below the predetermined threshold. The relationship between the time difference between the time and the distance correction value calculated according to the light guide time detected according to the light reception waveform and the light guide direction distance for each light reception waveform with the light reception sensitivity changed. Thus, a correction map is created. The distance correction means converts the distance to the detection object detected by the distance measurement means to a distance correction value set according to the correction map from the time difference in the light reception waveform of the reflected light received by the light detection means. Correct based on.
光検出手段にて受光される反射光の光強度が高い場合には、光検出手段から出力される受光波形が飽和してしまい、正確な距離補正値を算出することができない。そこで、受光波形が飽和する場合には上記時間差が長くなることから、この時間差と、当該時間差に対応する距離補正値を予め補正用マップとして作成し、検出物体までの距離を、上記時間差から補正用マップに応じて設定される距離補正値に基づいて補正する。これにより、受光波形が飽和する場合でも、受光波形の飽和状態を考慮した補正用マップに基づいて距離補正値が設定されるので、当該距離補正値の検出精度が高まり、検出物体までの測定距離の検出精度を高めることができる。 When the light intensity of the reflected light received by the light detection means is high, the light reception waveform output from the light detection means is saturated, and an accurate distance correction value cannot be calculated. Therefore, when the received light waveform is saturated, the time difference becomes longer, so this time difference and a distance correction value corresponding to the time difference are created in advance as a correction map, and the distance to the detected object is corrected from the time difference. Correction is performed based on a distance correction value set according to the map. As a result, even when the light reception waveform is saturated, the distance correction value is set based on the correction map that takes into account the saturation state of the light reception waveform, so that the detection accuracy of the distance correction value is increased, and the measurement distance to the detected object is increased. Detection accuracy can be increased.
請求項10の発明では、光の透過率がそれぞれ異なる導光部材が複数設けられている。そして、マップ作成手段は、光検出手段にて検出される各導光部材からの出射光の受光波形における時間差と距離補正値との関係を、受光感度が変更された受光波形ごとに求めて、補正用マップを作成する。
In the invention of
導光部材が1つだけ設けられている場合、偏向手段が1回転するごとに一組の時間差および距離補正値が算出されるため、補正用マップを用いた距離補正値の正確さを高めるために複数組の時間差および距離補正値が必要となり、補正用マップを作成するために時間がかかってしまう。 In the case where only one light guide member is provided, a set of time difference and distance correction value is calculated every time the deflecting means rotates once, so that the accuracy of the distance correction value using the correction map is increased. Therefore, a plurality of sets of time differences and distance correction values are required, and it takes time to create a correction map.
そこで、光の透過率がそれぞれ異なる導光部材が複数設けることにより、偏向手段が1回転するごとに導光部材の個数分の組の時間差および距離補正値が算出されるので、補正用マップを作成するための時間を短縮することができる。 Therefore, by providing a plurality of light guide members having different light transmittances, a time difference and a distance correction value for the number of light guide members are calculated each time the deflecting unit rotates once. The time for creation can be shortened.
請求項11の発明では、マップ作成手段は、時間差の変化に応じて距離補正値が変化する範囲に対応して受光波形の受光感度が変更されるため、受光波形が飽和していないことから距離補正値が時間差の変化に応じて変化しない範囲における時間差および距離補正値が算出されることもないので、補正用マップを作成するために不要な時間差および距離補正値の算出をなくして、補正用マップを作成するための時間を短縮することができる。 In the invention of claim 11, since the light receiving sensitivity of the light receiving waveform is changed corresponding to the range in which the distance correction value changes according to the change in time difference, the map creating means is not saturated with the light receiving waveform. Since the time difference and distance correction value in the range where the correction value does not change according to the time difference change are not calculated, the calculation of the time difference and distance correction value unnecessary for creating the correction map is eliminated, The time for creating a map can be reduced.
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態に係るレーザレーダ装置について図を参照して説明する。
図1に示すように、レーザレーダ装置1は、レーザダイオード10と、検出物体からの反射光L3を受光するフォトダイオード20と、レーザダイオード10およびフォトダイオード20を制御する制御回路80とを備え、検出物体までの距離や方位を検出する装置として構成されている。レーザダイオード10は、「レーザ光発生手段」の一例に相当するものであり、制御回路80の制御によりレーザ駆動回路81からパルス電流を供給されてパルスレーザ光(レーザ光L0)を投光するものである。
[First Embodiment]
Hereinafter, a laser radar device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the
フォトダイオード20は、「光検出手段」の一例に相当するものであり、レーザダイオード10からレーザ光L0が発生したときに、このレーザ光L0が検出物体によって反射した反射光L3等を検出し受光信号に変換して制御回路80に出力する構成をなしている。なお、検出物体からの反射光については所定領域のものが取り込まれる構成となっており、図1の例では、符号L3で示す2つのライン間の領域の反射光が取り込まれるようになっている。
The
また、レーザ光L0の光軸上にはレンズ60及びミラー30が設けられている。レンズ60は、コリメートレンズとして構成されるものであり、レーザダイオード10からのレーザ光L0を平行光に変換する。
A
ミラー30は、レーザダイオード10からのレーザ光L0の透過と、検出物体側からの反射光L3の反射を実現するものである。具体的には、レーザ光L0の光軸に対し所定角度で傾斜してなる反射面31を有するとともに、反射面31と交差する方向の貫通路32を備えている。本構成では、レーザ光L0の光軸と反射光L3の光軸とを一致させる構成としており、ミラー30は、共通の光軸上に配されて貫通路32を介してレーザ光L0を通過させる一方、反射面31により反射光L3をフォトダイオード20に向けて反射する構成をなしている。
The
なお、上述したように、レーザダイオード10から貫通路32までのレーザ光L0の光路上に、レーザ光L0を平行光に変換するレンズ60が設けられているが、このレンズ60は、貫通路32においてほぼすべての光を通過させる平行光を発生させる形態とすると良い。逆に、貫通路32に着目した場合、当該貫通路32は、レンズ60によって平行光とされたレーザ光L0のほぼすべての光を通過させるサイズとすると良い。
As described above, the
また、ミラー30を通過するレーザ光L0の光軸上には、回動偏向機構40が設けられている。この回動偏向機構40は、レーザ光L0の光軸方向に延びる中心軸を中心として回動可能に配設されるとともに、この中心軸上に焦点位置が設定される凹面鏡41によってレーザ光L0を空間に向けて反射させ且つ反射光L3をミラーに向けて偏向させている。なお、回動偏向機構40および凹面鏡41は、特許請求の範囲に記載の「回動偏向手段」および「偏向手段」の一例に相当する。
A
さらに、回動偏向機構40を回転駆動するモータ50が設けられている。このモータ50は、「駆動手段」の一例に相当するものであり、軸42を回転させることで、軸42と連結された回動可能な凹面鏡41を回転駆動する構成となっている。モータ50は、ここではステップモータによって構成されている。ステップモータは、種々のものを利用でき、1ステップ毎の角度が小さいものを使用すれば、緻密な回動が可能となる。また、モータ50としてステップモータ以外の駆動手段を用いてもよい。例えばサーボモータ等を用いても良いし、定常回転するモータを用い、凹面鏡41が測距したい方向を向くタイミングに同期させてパルスレーザ光を出力することで、所望の方向の検出を可能としてもよい。なお、本第1実施形態では、図1に示すように、モータ50の軸42の回転角度、即ち凹面鏡41の回転角度を検出する回転角度センサ52が設けられており、この回転角度センサ52は、凹面鏡41の回転角度に対応する角度信号を制御回路80に出力する。当該回転角度センサ52は、ロータリーエンコーダなど、軸42の回転角度を検出しうるものであれば様々な種類のものを使用でき、また、検出対象となるモータ50の種類も特に限定されず、様々な種類のものに適用できる。
Further, a
また、ミラー30とフォトダイオード20との間には、集光部70が配置されている。この集光部70は、図2に示すように、集光レンズ71と、この集光レンズ71を保持するためのレンズホルダ72と、カバー73とを備えている。
A condensing
カバー73は、フォトダイオード20の受光側(集光レンズ71側)に配置されて、当該フォトダイオード20に向けて内径がテーパ状に縮径するように形成されている。これにより、カバー73は、集光レンズ71にて集光された反射光L3と異なる光がフォトダイオード20に受光されることを防止する役割を果たす。なお、カバー73は、特許請求の範囲に記載の「第1のカバー」の一例に相当する。また、カバー73およびレンズホルダ72は一体に形成されてもよい。
The
また、本第1実施形態では、レーザダイオード10、フォトダイオード20、ミラー30、レンズ60、回動偏向機構40、モータ50や制御回路80等がケース3内に収容され、防塵や衝撃保護が図られている。ケース3における凹面鏡41の周囲には、当該凹面鏡41を取り囲むようにレーザ光L0及び反射光L3の通過を可能とする導光部4が形成されている。導光部4は、凹面鏡41に入光するレーザ光L0の光軸を中心とした環状形態で、ほぼ360°に亘って構成されており、この導光部4を閉塞する形態でガラス板等からなる透明板5が配され、防塵が図られている。
In the first embodiment, the
透明板5は、凹面鏡41に入光するレーザ光L0の光軸と直交する仮想平面に対し全周にわたり傾斜した構成となっている。即ち、凹面鏡41から空間に向かうレーザ光L0に対して板面が傾斜した構成をなしている。従って、凹面鏡41から空間に向かうレーザ光L0が透明板5にて反射してもノイズ光となりにくくなっている。
The
また、図1に示すように、ケース3内には、螺旋状に配置することで全長を長くした光ファイバ74が備えられている。この光ファイバ74は、「導光部材」の一例に相当するものであり、その透過率は、空気中より十分低いものが採用される。
As shown in FIG. 1, the
光ファイバ74の一端部74aは、図3に示すように、光導入部75に入射するレーザ光L0の一部を当該光ファイバ74内に伝搬光L4として導光可能に当該光導入部75に取り付けられている。この光導入部75は、図1および図4に示すように、所定の回転位置に位置する凹面鏡41にて偏向されるレーザ光L0の光軸上であって導光部4近傍に配置されている。
As shown in FIG. 3, the one
光導入部75は、ハーフミラー75aを備えており、このハーフミラー75aは、レーザ光L0の一部(例えば、5%)を光ファイバ74の一端部74aに向けて反射することで光ファイバ74に導光するとともに、レーザ光L0の残部を透過させるように形成されている。
The
これにより、光ファイバ74内に導光される伝搬光L4の光強度は、レーザ光L0の光強度に対して十分に小さく抑制されることとなる。なお、光導入部75は、レーザ光L0の光軸上に配置されることなく、凹面鏡41にて偏向されるレーザ光L0の指向角の範囲内に配置されてレーザ光L0の一部を光ファイバ74に導光してもよい。
Thereby, the light intensity of the propagation light L4 guided into the
また、光ファイバ74の他端部74bは、図2に示すように、当該光ファイバ74内を伝搬(導光)される伝搬光L4をカバー73の内周面73aに向け出射するようにカバー73に取り付けられている。
Further, as shown in FIG. 2, the
なお、レーザダイオード10からの光が凹面鏡41にて偏向された後に光ファイバ74に導光されてフォトダイオード20にて受光されるまでの距離である導光方向距離Xfは、光ファイバ74の全長などから予め設定されて制御回路80のメモリ等に記憶されているものとする。
The light guide direction distance Xf, which is the distance from when the light from the
制御回路80は、例えば、マイコンやメモリ(ROM、RAM、EEPROM等)等から構成されており、検出物体までの距離を測定する距離測定処理を所定のコンピュータプログラムにより実行する機能を有するものである。当該制御回路80は、図5に示すように、その内部のメモリに格納された上記コンピュータプログラムを実行することにより、タイミング信号発生部82と、パルス発生部83と、増幅回路84と、距離算出部85と、距離補正値算出部86とを備える距離測定手段として機能する。
The
タイミング信号発生部82は、回転角度センサ52からの角度信号に応じた発光トリガを所定のタイミング(例えば、360°で360回)で生成してパルス発生部83に出力すると、パルス発生部83は、この発光トリガに応じた所定のパルス幅の発光信号をレーザ駆動回路81に出力する。レーザ駆動回路81は、パルス発生部83からの発光信号に応じてレーザダイオード10を駆動することにより、レーザダイオード10からレーザ光L0が所定の発光タイミングで照射される。
When the timing
また、フォトダイオード20から出力される受光信号は、増幅回路84に入力されることで所定ゲインで増幅された後に距離算出部85に出力される。距離算出部85は、タイミング信号発生部82からの同期信号等に応じてレーザ光L0の発光から反射光L3を受光までの時間である時間差を算出するとともに、この時間差から算出される測定距離Xを距離補正値算出部86にて設定される距離補正値Xcにより補正する。
The light reception signal output from the
距離補正値算出部86は、タイミング信号発生部82からの同期信号等に応じてレーザ光L0の発光から伝搬光L4を受光までの時間である導光時間Tを算出するとともに、この導光時間Tと導光方向距離Xfとに基づいて距離補正値Xcを算出する。
The distance correction
次に、本第1実施形態に係るレーザレーダ装置1の制御回路80における距離測定処理の具体的な流れについて図6のフローチャートを用いて説明する。なお、以下の距離測定処理中では、制御回路80により駆動制御されたモータ50が回転することにより、凹面鏡41が一定速度で回転しているものとする。
Next, a specific flow of the distance measurement process in the
まず、ステップS101において、レーザ発光処理がなされる。この処理では、タイミング信号発生部82にて生成された発光トリガに応じた所定のパルス幅の発光信号S1がパルス発生部83からレーザ駆動回路81に出力される。これにより、レーザ駆動回路81に駆動制御されて、レーザダイオード10から上記所定のパルス幅に応じた時間間隔のパルスレーザ光(レーザ光L0)が出力される。このレーザ光L0は、ある程度の広がり角をもった拡散光として投光され、レンズ60を通過することで平行光に変換される。レンズ60を通過したレーザ光L0は、ミラー30に形成された貫通路32を通過して凹面鏡41に入射し、この凹面鏡41にて平行光として反射され空間に向けて照射される。
First, in step S101, a laser emission process is performed. In this process, a light emission signal S 1 having a predetermined pulse width corresponding to the light emission trigger generated by the
次に、ステップS103において、レーザ受光処理がなされる。レーザ光L0が検出物体によって反射光L3として反射されると、この反射光L3は、凹面鏡41にて集光されてミラー30を介してフォトダイオード20へ向けて反射される。これにより、上記レーザ受光処理では、フォトダイオード20から反射光L3等の受光に応じた受光信号S2が増幅回路84により増幅されて距離算出部85および距離補正値算出部86に入力される。
Next, in step S103, a laser light receiving process is performed. When the laser light L0 is reflected as reflected light L3 by the detection object, the reflected light L3 is collected by the
そして、ステップS105において、第2受光波形Sbが領域α内に存在するか否かについて判定される。検出物体からの反射光L3がフォトダイオード20に受光されると、ステップS103にて入力される受光信号S2には、上述のごとく反射光L3の受光に応じた受光波形が含まれることとなる。一方、凹面鏡41が所定の回転位置に位置することから凹面鏡41にて偏向されるレーザ光L0の光軸上に光導入部75が存在する場合、受光信号S2には、第1受光波形Saと第2受光波形Sbとが含まれることとなる。第1受光波形Saは、光導入部75の表面にて反射されたレーザ光L0の一部が光ファイバ74内を導光されることなく凹面鏡41およびミラー30を介してフォトダイオード20にて受光されたことにより生成された波形である。また、第2の受光波形Sbは、光導入部75のハーフミラー75aにて反射されたレーザ光L0の一部が伝搬光L4として光ファイバ74内を導光されてフォトダイオード20にて受光されたことにより生成された波形である。また、レーザ光L0の光軸上に光導入部75が存在する場合に検出物体からの反射光L3がフォトダイオード20に受光されると、両受光波形Sa,Sbとは異なる第3の受光波形が受光信号S2に含まれることとなる。なお、ステップS105においては、回転角度センサ52からの角度信号に基づいて、凹面鏡41が所定の回転位置(レーザ光L0の光軸上に光導入部75が存在する回転位置)に位置するか否かを判定するようにしてもよい。
Then, in step S105, it is determined whether or not the second light reception waveform Sb exists in the region α. When the reflected light L3 from the detection object is received by the
光導入部75の位置と光ファイバ74の長さは一定であることから、第1受光波形Saおよび第2受光波形Sbは、受光信号S2において常に一定の領域内に存在する。このため、図7に示すように、第2受光波形Sbが常に存在し得る領域を領域αとして設定することで、受光信号S2において領域α内に2番目の受光波形が存在すれば、受光信号S2に第1受光波形Saおよび第2受光波形Sbが含まれることが判断される。これにより、検出物体からの反射光L3と、光ファイバ74内を導光された伝搬光L4とを区別することができる。
Since the length of the position and the
上述したステップS105において、第2受光波形Sbが領域α内に存在しない場合にはNoと判定されて、後述する距離補正値更新処理により距離補正値Xcを更新することなく、ステップS111において、距離算出部85により距離算出処理がなされる。この処理では、レーザダイオード10によってレーザ光L0を出力するときの時間と、フォトダイオード20から反射光L3等の受光に応じた受光信号S2が受光状態を検出するための所定の閾値St以上になるまでの時間との時間差が算出される。そして、この時間差に光速等を乗算することにより、測定距離Xが算出される。なお、ステップS111を実行する制御回路80および距離算出部85は、特許請求の範囲に記載の「距離測定手段」の一例に相当する。
In step S105 described above, if the second light reception waveform Sb does not exist in the region α, it is determined No, and in step S111, the distance correction value Xc is not updated by the distance correction value update processing described later. A distance calculation process is performed by the
次に、ステップS113において、距離補正処理がなされる。この処理では、ステップS111にて算出された測定距離Xからメモリに既に記憶されている距離補正値Xcを減算することにより、当該測定距離Xを補正する。そして、上記ステップS101からの処理が繰り返される。なお、後述するステップS109の処理により距離補正値Xcがメモリに記憶されていない場合には、距離補正値Xc=0(ゼロ)として当該測定距離Xを補正する。また、ステップS113を実行する制御回路80および距離算出部85は、特許請求の範囲に記載の「距離補正手段」の一例に相当する。
Next, distance correction processing is performed in step S113. In this process, the measurement distance X is corrected by subtracting the distance correction value Xc already stored in the memory from the measurement distance X calculated in step S111. Then, the processing from step S101 is repeated. If the distance correction value Xc is not stored in the memory by the process in step S109 described later, the measurement distance X is corrected by setting the distance correction value Xc = 0 (zero). In addition, the
一方、レーザ光L0の光軸上に光導入部75が存在しており第2受光波形が領域α内に存在すると判定されると(S105でYes)、ステップS107において、距離補正値算出部86により導光時間算出処理がなされる。この処理では、上記ステップS103にて入力された受光信号S2において、レーザダイオード10によってレーザ光L0を出力するときの時間と、第2受光波形Sbにて上記閾値St以上になるまでの時間との時間差として導光時間Tが算出される。
On the other hand, if it is determined that the
具体的には、レーザ光L0の光軸上に光導入部75が存在する場合に、光導入部75のハーフミラー75aにて反射されたレーザ光L0の一部が伝搬光L4として光ファイバ74内を導光されて他端部74bからカバー73内に出射する。そして、図2に示すように、伝搬光L4は、カバー73の内周面73aに向けて拡散するように出射すると、内周面73aにて反射した一部のみがフォトダイオード20にて受光され、他部は集光レンズ71を介して外方へ反射される。これにより、フォトダイオード20にて受光される光の強度が、伝搬光L4を直接受光する場合と比較して、抑制される。
Specifically, when the
上述のようにステップS107にて導光時間算出処理がなされると、ステップS109において、距離補正値更新処理がなされる。この処理では、上述のように算出した導光時間Tに光速等を乗算して得られる補正基準距離からメモリに予め記憶される導光方向距離Xfを減算することにより距離補正値Xcが算出されて、この算出結果に応じてメモリに記憶された距離補正値Xcを更新する。なお、ステップS109を実行する制御回路80および距離補正値算出部86は、特許請求の範囲に記載の「補正値算出手段」の一例に相当する。
When the light guide time calculation process is performed in step S107 as described above, the distance correction value update process is performed in step S109. In this process, the distance correction value Xc is calculated by subtracting the light guide direction distance Xf stored in advance in the memory from the correction reference distance obtained by multiplying the light guide time T calculated as described above by the speed of light. Then, the distance correction value Xc stored in the memory is updated according to the calculation result. The
このように更新された距離補正値Xcに基づいて上記ステップS113にて測定距離Xを補正することにより、外乱の影響、例えば、周囲温度の影響による回路系の信号における遅延の影響を考慮した補正がなされるので、測定距離Xの検出精度を高めることができる。 By correcting the measurement distance X in step S113 based on the updated distance correction value Xc in this way, the correction considering the influence of disturbance, for example, the influence of the delay in the signal of the circuit system due to the influence of the ambient temperature. Thus, the detection accuracy of the measurement distance X can be improved.
以上説明したように、本第1実施形態に係るレーザレーダ装置1では、光ファイバ74により、レーザ光L0の光軸上に光導入部75が存在する場合に、このレーザ光L0の一部が導光されてフォトダイオード20に出射する。また、レーザダイオード10でのレーザ光L0の発生からこのレーザ光L0の一部が光ファイバ74により導光されてフォトダイオード20により検出されるまで導光時間Tと導光方向距離Xfとに応じて距離補正値Xcが算出される。そして、ステップS111にて算出される測定距離Xが距離補正値Xcに基づいて補正される。
As described above, in the
これにより、レーザ光L0の一部が光ファイバ74内を導光されて確実にフォトダイオード20に出射することとなり、かつ、光ファイバ74を螺旋状に配置することで光ファイバ74の全長を含めた導光方向距離Xfが長くなるので、距離補正値Xcの検出精度を高めることができる。
したがって、装置の大型化を招くことなく検出物体までの測定距離Xの検出精度を高めることができる。
As a result, a part of the laser light L0 is guided through the
Therefore, the detection accuracy of the measurement distance X to the detection object can be increased without causing an increase in the size of the apparatus.
特に、光ファイバ74は、ケース3内にて湾曲させて配置させやすく、かつ、当該光ファイバ74内に導光される光を確実にフォトダイオード20に出射することができる。さらに、光ファイバ74は、螺旋状に配置されるため、当該光ファイバ74がケース3内にて占めるスペースが小さくなり、導光方向距離Xfが長い光ファイバ74を配置したことによる当該装置の大型化を抑制することができる。
In particular, the
また、本第1実施形態に係るレーザレーダ装置1では、光ファイバ74により、凹面鏡41にて偏向されるレーザ光L0の一部が、その一端部74aにて当該光ファイバ74内に導光されるとともに、その他端部74bからフォトダイオード20に向けて出射する。
In the
これにより、凹面鏡41が所定の回転位置に位置するときのみ一端部74aおよび光導入部75が検出物体に向かうレーザ光L0に影響するので、一端部74aおよび光導入部75を設けることによるレーザ光L0への影響を抑制することができる。
Thereby, since the one
さらに、本第1実施形態に係るレーザレーダ装置1では、フォトダイオード20の受光側には、当該フォトダイオード20に向けて内径がテーパ状に縮径するカバー73が設けられている。そして、光ファイバ74の他端部74bは、カバー73の内周面73aに向けて伝搬光L4を出射する。
Furthermore, in the
これにより、光ファイバ74の他端部74bから出射する伝搬光L4が、カバー73の内周面73aにて反射してその一部のみがフォトダイオード20にて受光されるため、フォトダイオード20にて受光される伝搬光L4の強度が抑制されるので、この光に応じてフォトダイオード20から出力される受光信号S2における第2受光波形Sbの飽和を抑制することができる。
As a result, the propagation light L4 emitted from the
本第1実施形態に係る第1の変形例として、図8に示すように、上述したカバー73を有する集光部70に代えてカバー76を有する集光部70aを採用してもよい。このカバー76は、フォトダイオード20の受光側(集光レンズ71側)に配置されて、当該フォトダイオード20に向けて内径が階段状に縮径するように形成されている。そして、光ファイバ74の他端部74bは、伝搬光L4を集光レンズ71を介してカバー76の内周面76aに向け出射するように、レンズホルダ72に取り付けられている。
As a first modification according to the first embodiment, as shown in FIG. 8, a condensing
このようにしても、上記第1実施形態と同様に、光ファイバ74の他端部74bから出射する伝搬光L4が、カバー76の内周面76aにて反射してその一部のみがフォトダイオード20にて受光されるため、当該フォトダイオード20にて受光される伝搬光L4の強度が抑制されるので、この光に応じてフォトダイオード20から出力される受光信号S2における第2受光波形Sbの飽和を抑制することができる。特に、凹面鏡41を介した検出物体からの反射光L3も、カバー76の内周面76aにて反射してその一部のみがフォトダイオード20にて受光されるため、距離測定時においても受光波形の飽和を抑制することができる。なお、カバー76は、特許請求の範囲に記載の「第2のカバー」の一例に相当する。また、カバー76およびレンズホルダ72は一体に形成されてもよい。
Even in this case, similarly to the first embodiment, the propagation light L4 emitted from the
また、本第1実施形態に係る第2の変形例として、光ファイバ74の一端部74aおよび他端部74bを凹面鏡41にて偏向されるレーザ光L0の光軸上に配置してもよい。このため、光ファイバ74により、凹面鏡41にて偏向されるレーザ光L0の一部が、一端部74aにて当該光ファイバ74内に伝搬光L4として導光されるとともに、他端部74bから凹面鏡41に向けて出射してこの凹面鏡41によりフォトダイオード20に向けて偏向される。
As a second modification according to the first embodiment, one
このようにしても、凹面鏡41が所定の回転位置に位置するときのみ一端部74aおよび光導入部75と他端部74bとが検出物体に向かうレーザ光L0に影響するので、一端部74aおよび光導入部75と他端部74bとを設けることによるレーザ光L0への影響を抑制することができる。特に、光ファイバ74の他端部74bを集光部70に取り付ける必要がないので、他端部74bを集光部70に取り付ける場合と比較して、フォトダイオード20周辺のスペースを有効に活用することができる。
Even in this case, only when the
また、本第1実施形態に係る第3の変形例として、光ファイバ74の他端部74bを集光部70に取り付けることなく当該他端部74bに反射部を設けてこの反射部により光ファイバ74内を他端部74bに向けて導光される伝搬光L4を逆方向(一端部74aに向かう方向)に反射してもよい。
Further, as a third modification according to the first embodiment, the
このため、光ファイバ74により、凹面鏡41にて偏向されるレーザ光L0の一部が、一端部74aにて当該光ファイバ74内に伝搬光L4として導光されるとともに、他端部74bに設けられる反射部にて反射してこの光ファイバ74内を逆方向に導光されて一端部74aから凹面鏡41に向けて出射してこの凹面鏡41によりフォトダイオード20に向けて偏向される。
For this reason, a part of the laser light L0 deflected by the
このようにしても、凹面鏡41が所定の回転位置に位置するときのみ一端部74aが検出物体に向かうレーザ光L0に影響するので、一端部74aおよび光導入部75を設けることによるレーザ光L0への影響を抑制することができる。特に、レーザ光L0の一部が一端部74aにて導光されかつ当該光ファイバ74内から出射するので、第1実施形態に係る第2の変形例のようにレーザ光L0の一部を他端部74bから凹面鏡41に向けて出射する場合と比較して、他端部74bによる検出物体に向かうレーザ光L0への影響をなくすことができる。
Even in this case, only when the
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係るレーザレーダ装置について図9〜図15を参照して説明する。
本第2実施形態に係るレーザレーダ装置1では、光ファイバ74に代えて、4つの光ファイバ91〜94を採用するとともに、上述した距離測定処理を図6に示すフローチャートに代えて図10〜図12に示すフローチャートに基づいて算出処理している点が、上記第1実施形態に係るレーザレーダ装置と異なる。したがって、第1実施形態のレーザレーダ装置と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a laser radar device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the
各光ファイバ91〜94は、光の透過率がそれぞれ異なっており、例えば、光ファイバ91,92,93,94の透過率は、それぞれ0.1,0.2,0.3,0.4に設定されている。このため、同じ光強度のレーザ光L0が導光される場合でも、各光ファイバ91〜94から出射される伝搬光L4の光強度がそれぞれ異なることとなる。
The
図9に示すように、各光ファイバ91〜94の一端部は、それぞれ光導入部75に取り付けられており、各光導入部75は、所定の回転位置に位置する凹面鏡41にて偏向されるレーザ光L0の光軸上であって円周方向等間隔かつ導光部4近傍にそれぞれ配置されている。また、光ファイバ91〜94の他端部は、カバー73の内周面73aに向け出射するように、それぞれカバー73に取り付けられている。また、各光ファイバ91〜94の全長を等しく設定することにより、各光ファイバ91〜94における導光方向距離Xfが等しく設定されている。なお、図9は、図1のA−A断面に相当する断面図である。
As shown in FIG. 9, one end of each of the
ところで、フォトダイオード20にて受光される反射光L3の光強度が高い場合には、フォトダイオード20から出力される受光波形が飽和してしまい、正確な距離補正値Xcを算出することができない。そこで、受光波形が飽和する場合には、受光波形が上記所定の閾値St以上になるときの時間とこの受光波形が所定の閾値St以下になるときの時間との時間差が長くなることから、本第2実施形態では、補正用マップ作成処理を実施することにより上記時間差と当該時間差に対応する距離補正値Xcを予め後述する補正用マップとして作成する。
By the way, when the light intensity of the reflected light L3 received by the
以下、本第2実施形態に係るレーザレーダ装置1の制御回路80における距離測定処理の具体的な流れについて図10〜図12のフローチャートを用いて説明する。
まず、図10のステップS300において補正用マップ作成処理のサブルーチンが実行される。この補正用マップ作成処理は、距離測定処理の開始直後に実施されるもので、検出物体までの距離を測定することなく、後述する補正用時間差ΔTと距離補正値Xcとを対応させた補正用マップを作成する。そして、検出物体までの測定距離Xを、上記時間差から補正用マップに応じて設定される距離補正値Xcに基づいて補正する。なお、ステップS300を実行する制御回路80は、特許請求の範囲に記載の「マップ作成手段」の一例に相当する。
Hereinafter, a specific flow of the distance measurement process in the
First, in step S300 of FIG. 10, a correction map creating process subroutine is executed. This correction map creation process is performed immediately after the start of the distance measurement process, and the correction time difference ΔT, which will be described later, is associated with the distance correction value Xc without measuring the distance to the detected object. Create a map. Then, the measurement distance X to the detected object is corrected based on the distance correction value Xc set according to the correction map from the time difference. The
補正用マップ作成処理のサブルーチンでは、図11に示すように、まず、ステップS301において、レーザ出力強度設定処理がなされる。この処理は、レーザダイオード10から出力されるレーザ光L0の光強度を段階的に強くするようにレーザ駆動回路81が制御される。これにより、フォトダイオード20にて受光される受光波形の受光感度を段階的に大きくすることができる。なお、開始直後ではレーザ光L0の光強度は所定の低いレベルに設定されている。
In the correction map creating process subroutine, as shown in FIG. 11, first, in step S301, a laser output intensity setting process is performed. In this process, the
次に、ステップS303においてレーザ発光処理がなされ、ステップS301にて設定された光強度にてレーザダイオード10からレーザ光L0が出力される。続いて、ステップS305においてレーザ受光処理がなされ、フォトダイオード20から出力される受光信号S2を取得する。
Next, laser light emission processing is performed in step S303, and the laser light L0 is output from the
そして、ステップS307にて第2受光波形Sbが領域α内に存在するか否かについて判定される。凹面鏡41が所定の回転位置に位置するため各光ファイバ91〜94のいずれかを導光される伝搬光L4がフォトダイオード20にて受光されることから受光信号S2の第2受光波形Sbが領域α内に存在すると、ステップS307にてYesと判定される。なお、第2受光波形Sbが領域α内に存在しない場合には(S307でNo)、上記ステップS303からの処理が繰り返される。
Then, in step S307, it is determined whether or not the second light reception waveform Sb exists in the region α. Second light receiving waveform Sb of the light receiving signal S 2 from the propagation light L4 is guided to one of the optical fibers 91-94 is received by the
続いて、ステップS309において、補正用時間差算出処理がなされる。この処理では、第2受光波形Sbが上記所定の閾値St以上になるときの時間と、この第2受光波形Sbが所定の閾値St以下になるときの時間との時間差である補正用時間差ΔTが算出される。 Subsequently, in step S309, a correction time difference calculation process is performed. In this process, the time and when the second light receiving waveform Sb is equal to or higher than the predetermined threshold S t, the correction time difference is a time difference between the time when the second light receiving waveform Sb is equal to or less than a predetermined threshold S t ΔT is calculated.
そして、ステップS311において、距離補正値算出処理がなされる。この処理では、受光信号S2において、レーザダイオード10によってレーザ光L0を出力するときの時間と、第2受光波形Sbにて上記所定の閾値St以上になるときの時間とこの受光波形が前記所定の閾値St以下になるときの時間との平均値に相当する時間との時間差を算出する。そして、この時間差に光速等を乗算して得られる補正基準距離からメモリに予め記憶される導光方向距離Xfを減算することにより距離補正値Xcを算出する。なお、例えば、レーザダイオード10によってレーザ光L0を出力するときの時間と、第2受光波形Sbにて上記閾値St以上になるまでの時間との時間差に基づいて距離補正値Xcを算出してもよい。
In step S311, distance correction value calculation processing is performed. In this process, in the light receiving signal S 2, the time and the time of outputting a laser beam L0 by the
続いて、ステップS313にて記憶処理がなされ、上述のように算出された補正用時間差ΔTおよび距離補正値Xcがメモリ等に記憶されると、ステップS315にて回転角度センサ52からの角度信号に基づいて凹面鏡41が一周したか否か判定され、凹面鏡41が一周するまで上記ステップS301にて設定された光強度にて上記ステップS303からの処理が繰り返される。
Subsequently, storage processing is performed in step S313, and when the correction time difference ΔT and the distance correction value Xc calculated as described above are stored in a memory or the like, the angle signal from the
そして、凹面鏡41が一周すると(S315でYes)、ステップS317にて、距離補正値Xcが増加したか否かについて判定される。距離補正値Xcは、周囲温度等の影響が等しい場合には第2受光波形Sbが飽和しない限り各光ファイバ91〜94の透過率に関わらず一定になる。すなわち、第2受光波形Sbが飽和すると距離補正値Xcが増加することから、距離補正値Xcの増加により第2受光波形Sbの飽和状態を判定することができる。
When the
具体的には、図13に示すように、各光ファイバ91〜94に対応した受光信号S2の第2受光波形をSb1,Sb2,Sb3,Sb4とすると、透過率が異なることから、Sb1の受光感度は小さく、Sb4の受光感度は大きくなる。そして、真値である導光方向距離Xfに対して飽和していないSb1,Sb2,Sb3は、図13に示すXc1のように、距離補正値Xcが等しく算出される。一方、所定値Sm(図13参照)を超えるために飽和しているSb4は、図13に示すXc2のように、距離補正値Xcが他の第2受光波形と比較して大きく算出されることとなる。
Specifically, as shown in FIG. 13, when the second light waveform of the light receiving signal S 2 corresponding to each of the
上述したステップS317にて、図13に示す第2受光波形Sb1,Sb2,Sb3のように飽和していないことから、他の第2受光波形と比較して距離補正値Xcが増加しない場合(S317でNo)、ステップS301にてレーザ光L0の光強度を所定量増加させてステップS303からの処理がなされる。 In step S317 described above, the distance correction value Xc does not increase as compared with the other second light receiving waveforms because the second light receiving waveforms Sb 1 , Sb 2 , and Sb 3 shown in FIG. 13 are not saturated. In the case (No in S317), the light intensity of the laser light L0 is increased by a predetermined amount in Step S301, and the processing from Step S303 is performed.
一方、図13に示す第2受光波形Sb4のように、他の第2受光波形と比較して距離補正値Xcが増加すると(S317でYes)、図12のステップS319にてレーザ出力強度調整処理がなされる。この処理では、距離補正値Xcが増加したときに受光された伝搬光L4が導光された光ファイバの透過率とレーザ光L0の光強度とに基づいて、第2受光波形Sb1,Sb2,Sb3,Sb4の全てを飽和状態にするようにレーザダイオード10から出力されるレーザ光L0の光強度が調整される。上述のように距離補正値Xcが増加し始めるポイントを第2受光波形Sbが飽和する回路飽和開始点と定義する。
On the other hand, as the second light receiving waveform Sb 4 shown in FIG. 13, the distance correction value Xc as compared to the other second light wave is increased (Yes in S317), the laser output intensity adjustment at step S319 of FIG. 12 Processing is done. In this process, the second light receiving waveforms Sb 1 and Sb 2 are based on the transmittance of the optical fiber through which the propagation light L4 received when the distance correction value Xc increases and the light intensity of the laser light L0. , Sb 3 and Sb 4 are adjusted so that the light intensity of the laser light L0 output from the
そして、このようにレーザ光L0の光強度が調整された状態で、上記ステップS303,S305と同様に、ステップS321,S323にてレーザ発光処理およびレーザ受光処理がなされ、ステップS325におけるYesとの判定のもと、ステップS309〜S313と同様に、ステップS327〜S331にて補正用時間差算出処理、距離補正値算出処理および記憶処理がなされる。 Then, in the state where the light intensity of the laser beam L0 is adjusted as described above, the laser emission process and the laser beam reception process are performed in steps S321 and S323 in the same manner as in steps S303 and S305, and the determination in step S325 is Yes. As in steps S309 to S313, correction time difference calculation processing, distance correction value calculation processing, and storage processing are performed in steps S327 to S331.
具体的には、図14に示すように、飽和している各第2受光波形Sbでは、透過率が高くなるほど距離補正値Xcが増加するように算出されることとなる。 Specifically, as shown in FIG. 14, in each saturated second light receiving waveform Sb, the distance correction value Xc is calculated so as to increase as the transmittance increases.
続いて、ステップS333にて上記ステップS315と同様に凹面鏡41が一周したか否か判定され、凹面鏡41が一周するまで上記ステップS319にて設定された光強度にて上記ステップS321からの処理が繰り返される。そして、凹面鏡41が一周すると(S333でYes)、ステップS335にて、距離補正値Xcが所定数メモリ等に記憶されたか否かについて判定され、距離補正値Xcが所定数メモリ等に記憶されていない場合には(S335でNo)、ステップS337にて現段階におけるレーザ光L0の光強度を所定量増加させてステップS321からの処理が繰り返される。このようなステップS321からの繰り返し処理により、飽和状態の第2受光波形Sbにおける補正用時間差ΔTおよび距離補正値Xcがメモリ等に多数記憶されることとなる。
Subsequently, in step S333, it is determined whether or not the
そして、距離補正値Xcが所定数メモリ等に記憶されると、ステップS335にてYesと判定されて、ステップS339にて補正用マップ作成処理がなされる。この処理では、上記ステップS313およびS331にて記憶された複数の補正用時間差ΔTおよび距離補正値Xcに基づいて、図15に示す補正用マップが作成される。 When the distance correction value Xc is stored in a predetermined number of memories or the like, it is determined Yes in step S335, and correction map creation processing is performed in step S339. In this process, a correction map shown in FIG. 15 is created based on the plurality of correction time differences ΔT and distance correction values Xc stored in steps S313 and S331.
図15から判るように、補正用時間差ΔTが小さい範囲では第2受光波形Sbが飽和することなく距離補正値Xcが一定になるため、第2受光波形Sbが飽和しない状態で補正用時間差ΔTおよび距離補正値Xcを取得する意義は少ない。例えば、図13に示す各第2受光波形では、Sb1,Sb2,Sb3の距離補正値XcがXc1に等しく、Sb4の距離補正値Xcのみが異なっている(図15の○印参照)。 As can be seen from FIG. 15, in the range where the correction time difference ΔT is small, the distance correction value Xc is constant without saturation of the second light reception waveform Sb, so that the correction time difference ΔT and the second light reception waveform Sb are not saturated. There is little significance in obtaining the distance correction value Xc. For example, in each of the second received light waveforms shown in FIG. 13, the distance correction value Xc of Sb 1 , Sb 2 , Sb 3 is equal to Xc 1 and only the distance correction value Xc of Sb 4 is different (marked with ○ in FIG. 15). reference).
一方、第2受光波形Sbが飽和する回路飽和開始点(図15参照)を検出して、この回路飽和開始点を超える範囲での補正用時間差ΔTおよび距離補正値Xcを多く取得することにより、補正用マップによる補正精度を向上させるとともに補正用マップを作成するための時間を短縮することができる。例えば、図14に示す各第2受光波形では、透過率が高くなるほど距離補正値Xcが増加するように算出されることとなる(図15の△印参照)。 On the other hand, by detecting a circuit saturation start point (see FIG. 15) at which the second received light waveform Sb is saturated and acquiring a large correction time difference ΔT and distance correction value Xc in a range exceeding the circuit saturation start point, The correction accuracy by the correction map can be improved and the time for creating the correction map can be shortened. For example, in each of the second light receiving waveforms shown in FIG. 14, the distance correction value Xc is calculated so as to increase as the transmittance increases (see Δ in FIG. 15).
上述のように補正用マップが作成されて補正用マップ作成処理のサブルーチンが終了すると、図10のステップS201においてレーザ発光処理がなされ、通常の光強度のレーザ光L0がレーザダイオード10から出力される。次に、ステップS203にてレーザ受光処理がなされ、反射光L3の受光に応じてフォトダイオード20から出力される受光信号S2を取得する。
When the correction map is generated as described above and the correction map generation subroutine is completed, laser light emission processing is performed in step S201 of FIG. 10 and the laser light L0 having a normal light intensity is output from the
続いて、ステップS205にて補正用時間差算出処理がなされ、上記ステップS309と同様に、反射光L3の受光に応じた受光信号S2の信号波形における補正用時間差ΔTが算出される。次に、ステップS207にて距離算出処理がなされ、上記ステップS111と同様に、レーザダイオード10によってレーザ光L0を出力するときの時間とフォトダイオード20にて反射光L3を受光するときの時間との時間差に光速等を乗算することで測定距離Xが算出される。
Subsequently, correction time difference calculating process at step S205 is performed, similarly to the step S309, the correction time difference ΔT in the light receiving signal S 2 of the signal waveform corresponding to the received light of the reflected light L3 is calculated. Next, distance calculation processing is performed in step S207, and the time when the laser light L0 is output by the
そして、ステップS209にて距離補正処理がなされる。この処理では、ステップS205にて演算した補正用時間差ΔTからステップS300にて作成した補正用マップに基づいて距離補正値Xcを設定し、ステップS207にて演算された測定距離Xから距離補正値Xc減算することにより、当該測定距離Xを補正する。そして、ステップS201からの処理が繰り返される。なお、ステップS209の処理の後に、例えば、所定時間経過後に再びステップS300にて補正用マップ作成処理を実施するようにしてもよい。 In step S209, distance correction processing is performed. In this process, the distance correction value Xc is set based on the correction map created in step S300 from the correction time difference ΔT calculated in step S205, and the distance correction value Xc is calculated from the measurement distance X calculated in step S207. The measurement distance X is corrected by subtraction. Then, the processing from step S201 is repeated. Note that after the process in step S209, for example, the correction map creation process may be performed again in step S300 after a predetermined time has elapsed.
以上説明したように、本第2実施形態に係るレーザレーダ装置1では、フォトダイオード20にて検出される各光ファイバ91〜94からの伝搬光L4の受光波形における各補正用時間差ΔTと、当該伝搬光L4の受光波形に応じて検出される距離補正値Xcとの関係を、レーザ光L0の光強度が変更された受光波形ごとに求めて、補正用マップが作成される。そして、測定距離Xが、フォトダイオード20にて受光される反射光L3の受光波形における補正用時間差ΔTから補正用マップに応じて設定される距離補正値Xcに基づいて補正される。
As described above, in the
これにより、反射光L3を受光することによりフォトダイオード20から出力される受光信号の受光波形が飽和する場合でも、受光波形の飽和状態を考慮した補正用マップに基づいて距離補正値Xcが設定されるので、当該距離補正値Xcの検出精度が高まり、検出物体までの測定距離の検出精度を高めることができる。
Thereby, even when the light reception waveform of the light reception signal output from the
また、本第2実施形態に係るレーザレーダ装置1では、光の透過率がそれぞれ異なる4つの光ファイバ91〜94が設けられているため、光ファイバが1つだけ設けられている場合と比較して、凹面鏡41が1回転するごとに光ファイバの個数分の組の補正用時間差ΔTおよび距離補正値Xcが算出されるので、補正用マップを作成するための時間を短縮することができる。
Further, in the
さらに、本第2実施形態に係るレーザレーダ装置1では、ステップS317におけるYesとの判定により、補正用時間差ΔTの増加に応じて距離補正値Xcが増加する範囲(回路飽和開始点を超える範囲)に対応してステップS319にてレーザ光L0の光強度が調整されるため、受光波形が飽和していないことから距離補正値Xcが補正用時間差ΔTの増加に応じて増加しない範囲における補正用時間差ΔTおよび距離補正値Xcの算出回数が少なくなるので、補正用マップを作成するために不要な補正用時間差ΔTおよび距離補正値Xcの算出回数を削減して、補正用マップを作成するための時間を短縮することができる。
Further, in the
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記各実施形態と同等の作用・効果が得られる。
(1)上記第1実施形態において、光ファイバ74に代えて、光を導光可能なケーブル等の導光部材を採用してもよい。また、光ファイバ74は、螺旋状に配置されることに限らず、例えば、複数箇所湾曲させることによりケース3内にて占めるスペースを小さくして当該ケース3内に配置されてもよい。なお、上記第2実施形態においても同様である。
The present invention is not limited to the above embodiments, and may be embodied as follows. Even in this case, the same operations and effects as those of the above embodiments can be obtained.
(1) In the said 1st Embodiment, it may replace with the
(2)上記第2実施形態において、ステップS335にて距離補正値Xcが所定数メモリ等に記憶される場合にYesと判定されて補正用マップを作成することに限らず、例えば、補正用マップ作成処理のサブルーチンの開始から所定時間経過後にステップS335にてYesと判定されて補正用マップを作成してもよい。 (2) In the second embodiment, when the distance correction value Xc is stored in a predetermined number of memories or the like in step S335, the correction map is not limited to creating a correction map. The correction map may be created by determining Yes in step S335 after a predetermined time has elapsed from the start of the creation processing subroutine.
(3)上記第2実施形態において、レーザダイオード10から出力されるレーザ光L0の光強度を調整することでフォトダイオード20にて受光される受光波形の受光感度を変更することに限らず、例えば、フォトダイオード20の感度を調整することで受光波形の受光感度を変更してもよい。
(3) In the second embodiment, the light reception sensitivity of the light reception waveform received by the
(4)上記第2実施形態において、ケース3内に4つの光ファイバを設けることに限らず、光ファイバを2つまたは3つ設けてもよいし、5つ以上設けてもよい。
(4) In the second embodiment, the
(5)上記第2実施形態のステップS317において、距離補正値Xcが増加したか否かについて判定することに限らず、第2受光波形Sbに対する基準位置を考慮して、距離補正値Xcが変化(または急激に変化)したか否かについて判定してもよい。 (5) In step S317 of the second embodiment, the distance correction value Xc changes in consideration of the reference position with respect to the second light reception waveform Sb, without being limited to determining whether or not the distance correction value Xc has increased. It may be determined whether or not (or a sudden change) has occurred.
1…レーザレーダ装置
3…ケース
10…レーザダイオード(レーザ光発生手段)
20…フォトダイオード(光検出手段)
40…回動偏向機構(回動偏向手段)
41…凹面鏡(偏向手段)
50…モータ(駆動手段)
52…回転角度センサ
70,70a…集光部
73…カバー(第1のカバー)
73a,76a…内周面
74,91〜94…光ファイバ(導光部材)
74a…一端部
74b…他端部
75…光導入部
75a…ハーフミラー
76…カバー(第2のカバー)
80…制御回路(距離測定手段,補正値算出手段,距離補正手段,マップ作成手段)
L0…レーザ光
L3…反射光
L4…伝搬光
S1…発光信号
S2…受光信号
Sb…第2受光波形
X…測定距離
Xc…距離補正値
Xf…導光方向距離
T…導光時間
ΔT…補正用時間差
DESCRIPTION OF
20 ... Photodiode (light detection means)
40... Turning deflection mechanism (turning deflection means)
41. Concave mirror (deflection means)
50. Motor (driving means)
52 ...
73a, 76a ... inner
74a ... one
80... Control circuit (distance measuring means, correction value calculating means, distance correcting means, map creating means)
L0 ... laser light L3 ... reflected light L4 ... propagating
Claims (11)
前記レーザ光発生手段から前記レーザ光が発生したときに、当該レーザ光が検出物体にて反射した反射光を検出する光検出手段と、
所定の中心軸を中心として回動可能に構成された偏向手段を備えるとともに、当該偏向手段により前記レーザ光を空間に向けて偏向させ、かつ前記反射光を前記光検出手段に向けて偏向する回動偏向手段と、
前記回動偏向手段を駆動する駆動手段と、
前記レーザ光発生手段での前記レーザ光の発生からこのレーザ光が前記検出物体にて反射した反射光が前記光検出手段により検出されるまでの時間に基づいて前記検出物体までの距離を測定する距離測定手段と、
を備えるレーザレーダ装置であって、
前記レーザ光発生手段からの前記レーザ光の一部を導光して前記光検出手段に出射する導光部材と、
前記レーザ光発生手段での前記レーザ光の発生からこのレーザ光の一部が前記導光部材により導光されて前記光検出手段により検出されるまで導光時間と前記導光部材の導光方向距離とに応じて距離補正値を算出する補正値算出手段と、
前記距離測定手段により検出される前記検出物体までの距離を前記補正値算出手段により算出される前記距離補正値に基づいて補正する距離補正手段と、
を備えることを特徴とするレーザレーダ装置。 Laser light generating means for generating laser light;
A light detecting means for detecting reflected light reflected by a detection object when the laser light is generated from the laser light generating means;
A deflection unit configured to be rotatable about a predetermined central axis is provided. The laser beam is deflected toward the space by the deflection unit, and the reflected light is deflected toward the light detection unit. Dynamic deflection means;
Drive means for driving the rotation deflection means;
The distance to the detection object is measured based on the time from the generation of the laser light by the laser light generation means until the reflected light reflected by the detection object is detected by the light detection means. Distance measuring means;
A laser radar device comprising:
A light guide member that guides a part of the laser light from the laser light generation means and emits the light to the light detection means;
From the generation of the laser light by the laser light generation means until a part of the laser light is guided by the light guide member and detected by the light detection means, and the light guide direction of the light guide member Correction value calculating means for calculating a distance correction value according to the distance;
Distance correcting means for correcting the distance to the detected object detected by the distance measuring means based on the distance correction value calculated by the correction value calculating means;
A laser radar device comprising:
前記導光部材は、前記第1のカバーの内周面に向けて前記レーザ光の一部を出射することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。 On the light receiving side of the light detection means, a first cover whose inner diameter is tapered toward the light detection means is provided,
5. The laser radar device according to claim 1, wherein the light guide member emits a part of the laser light toward an inner peripheral surface of the first cover. 6.
前記導光部材は、前記第2のカバーの内周面に向けて前記レーザ光の一部を出射することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。 On the light receiving side of the light detection means, a second cover whose inner diameter is reduced stepwise toward the light detection means is provided.
5. The laser radar device according to claim 1, wherein the light guide member emits part of the laser light toward an inner peripheral surface of the second cover. 6.
前記距離補正手段は、前記距離測定手段により検出される前記検出物体までの距離を、前記光検出手段にて受光される前記反射光の受光波形における前記時間差から前記補正用マップに応じて設定される前記距離補正値に基づいて補正することを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。 When the light reception waveform of the light emitted from the light guide member detected by the light detection means is equal to or greater than a predetermined threshold for detecting the light reception state and when the light reception waveform is equal to or less than the predetermined threshold The relationship between the time difference between the time and the distance correction value calculated according to the light guide time detected according to the light reception waveform and the distance in the light guide direction is a light reception waveform in which the light reception sensitivity is changed. A map creation means for creating a correction map is obtained for each,
The distance correction means sets the distance to the detection object detected by the distance measurement means according to the correction map from the time difference in the light reception waveform of the reflected light received by the light detection means. The laser radar device according to claim 1, wherein correction is performed based on the distance correction value.
前記マップ作成手段は、前記光検出手段にて検出される前記各導光部材からの出射光の受光波形における前記時間差と前記距離補正値との関係を、受光感度が変更された受光波形ごとに求めて、前記補正用マップを作成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。 A plurality of the light guide members having different light transmittances,
The map creating means determines the relationship between the time difference and the distance correction value in the light reception waveform of the light emitted from each light guide member detected by the light detection means for each light reception waveform whose light reception sensitivity is changed. The laser radar device according to claim 9, wherein the correction map is created by obtaining the correction map.
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