JP2013113669A - Laser radar device - Google Patents
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Abstract
【課題】広視野な受信系において背景光を除去する。
【解決手段】所定の変調信号でレーザ光を変調し、対象物に向けて走査するレーザ光送信手段（発振器１、レーザ装置２、変調器３およびスキャナ４）と、レーザ光に対する対象物からの散乱光を受光し、電気信号に変換する散乱光受信手段（受信レンズ６および受光器８）と、受光面の前段に配置され、閉じることで対応する位置に入射した光を遮光する複数のシャッター素子を有するシャッター７と、電気信号と変調信号との位相差または時間差に基づいて対象物までの距離を算出する距離・強度算出装置９と、電気信号に基づいて背景光を検出する背景光検出装置１０と、背景光が検出された場合に、シャッター７を制御して、当該背景光が入射する位置に対応するシャッター素子を閉じさせるシャッター制御装置１１とを備えた。
【選択図】図１Background light is removed in a wide-field receiving system.
Laser light transmitting means (oscillator 1, laser device 2, modulator 3 and scanner 4) that modulates laser light with a predetermined modulation signal and scans the object, and laser light from the object Scattered light receiving means (receiver lens 6 and light receiver 8) that receives scattered light and converts it into an electrical signal, and a plurality of shutters that are arranged in front of the light receiving surface and block the light incident on the corresponding position by closing. A shutter 7 having elements, a distance / intensity calculation device 9 that calculates a distance to an object based on a phase difference or a time difference between an electric signal and a modulation signal, and background light detection that detects background light based on the electric signal The apparatus 10 includes a shutter control device 11 that controls the shutter 7 to close the shutter element corresponding to the position where the background light is incident when the background light is detected.
[Selection] Figure 1
Description
この発明は、レーザ光の発振時間と反射光の受光時間の差から距離を導出するレーザ距離測定法を用いた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 apparatus using a laser distance measuring method for deriving a distance from a difference between an oscillation time of laser light and a light reception time of reflected light.
従来技術のレーザレーダ装置において、受信系に単素子の受光器を用いた場合、背景光（検出対象の散乱光とともに受光器に入射する光）が入射すると、受信信号量が飽和してしまう恐れがある。この場合、本来検出すべき散乱光の信号が検出できず、レーザレーダ装置として機能しなくなる。
また、背景光により受信信号量が増加すると、雑音が上昇し、散乱光の受信信号検出感度が低下する。そのため、レーザレーダ装置の測距可能距離が短くなってしまう。
In a conventional laser radar device, when a single-element light receiver is used for the receiving system, the amount of received signal may be saturated if background light (light incident on the light receiver together with scattered light to be detected) enters. There is. In this case, the signal of the scattered light that should be detected cannot be detected, and the laser radar device does not function.
Further, when the amount of received signal increases due to background light, noise increases and the received signal detection sensitivity of scattered light decreases. Therefore, the distance that can be measured by the laser radar device is shortened.
そこで、上記課題を解決するため、干渉フィルターを用いた装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１に開示された装置では、例えば背景光の１つである太陽光の波長帯域は広く、レーザ光の波長帯域は極めて狭いことを利用し、干渉フィルターを用いてレーザ光の波長のみを透過させている。これにより、太陽光の大部分をカットすることができ、上記課題を解消することができる。
Therefore, in order to solve the above problems, an apparatus using an interference filter has been proposed (for example, see Patent Document 1). In the apparatus disclosed in
しかしながら、干渉フィルターで許容される入射角は狭い。そのため、特許文献１に開示された技術を、受信スキャンレス型のレーザレーダ装置に適用した場合、受信系の視野角が制限されてしまうという課題があった。
However, the incident angle allowed by the interference filter is narrow. Therefore, when the technique disclosed in
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、広視野な受信系において背景光を除去可能なレーザレーダ装置を提供することを目的としている。 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 capable of removing background light in a wide-field receiving system.
この発明に係るレーザレーダ装置は、所定の変調信号でレーザ光を変調し、対象物に向けて走査するレーザ光送信手段と、レーザ光送信手段により走査されたレーザ光に対する対象物からの散乱光を受光し、電気信号に変換する散乱光受信手段と、散乱光受信手段の受光面の前段に配置され、閉じることで対応する位置に入射した光を遮光する複数のシャッター素子を有するシャッターと、散乱光受信手段により変換された電気信号と変調信号との位相差または時間差に基づいて対象物までの距離を算出する距離算出手段と、散乱光受信手段により変換された電気信号に基づいて背景光を検出する背景光検出手段と、背景光検出手段により背景光が検出された場合に、シャッターを制御して、当該背景光が入射する位置に対応するシャッター素子を閉じさせるシャッター制御手段とを備えたものである。 A laser radar apparatus according to the present invention includes a laser beam transmitting unit that modulates laser light with a predetermined modulation signal and scans the object, and scattered light from the object with respect to the laser beam scanned by the laser beam transmitting unit. A scattered light receiving means that receives the light and converts it into an electrical signal, and a shutter having a plurality of shutter elements that are arranged in front of the light receiving surface of the scattered light receiving means and shield the light incident on the corresponding position by closing, Distance calculation means for calculating the distance to the object based on the phase difference or time difference between the electrical signal converted by the scattered light receiving means and the modulation signal, and background light based on the electrical signal converted by the scattered light receiving means And a shutter corresponding to a position where the background light is incident by controlling the shutter when the background light is detected by the background light detecting means. Is obtained by a shutter control means to close the child.
この発明によれば、上記のように構成したので、背景光が入射される位置に対応するシャッター素子を閉じることで背景光を除去することができる。よって、受信信号量の飽和による散乱光の不検出を防ぐことができ、背景光が受信視野内に存在する場合においても、レーザレーダ装置として正常動作を行うことができる。また、背景光による雑音上昇を防ぐことができ、背景光が受信視野内に存在する場合においても、レーザレーダ装置として測距可能距離の低下を防ぐことができる。 According to the present invention, since it is configured as described above, the background light can be removed by closing the shutter element corresponding to the position where the background light is incident. Therefore, non-detection of scattered light due to saturation of the received signal amount can be prevented, and normal operation as a laser radar device can be performed even when background light is present in the reception field of view. In addition, an increase in noise due to background light can be prevented, and a decrease in distance that can be measured as a laser radar device can be prevented even when the background light exists in the reception visual field.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置の全体構成を示す図である。
レーザレーダ装置は、図１に示すように、発振器１、レーザ装置２、変調器３、スキャナ４、スキャナ角度モニタ装置５、受信レンズ６、シャッター７、受光器８、距離・強度算出装置（距離算出手段）９、背景光検出装置（背景光検出手段）１０、シャッター制御装置（シャッター制御手段）１１および信号処理装置１２から構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a laser radar apparatus according to
As shown in FIG. 1, the laser radar device includes an
なお、発振器１、レーザ装置２、変調器３およびスキャナ４は、所定の変調信号でレーザ光を変調し、対象物に向けて走査するレーザ光送信手段を構成する。また、受信レンズ６および受光器８は、レーザ光送信手段により走査されたレーザ光に対する対象物からの散乱光を受光し、電気信号に変換する散乱光受信手段を構成する。
The
発振器１は、所定のパルス状の変調信号を発振する機能を有するものである。そして、発振器１は、発振した変調信号を変調器３および距離・強度算出装置９に出力する。
レーザ装置２は、所定のレーザ光を発振する機能を有するものである。
変調器３は、発振器１からの変調信号に従って、レーザ装置２からのレーザ光に強度変調をかけてパルス状とする機能を有するものである。
The
The
The
スキャナ４は、変調器３により変調されたレーザ光を、受信レンズ６が当該レーザ光に対する散乱光を受光可能な角度範囲である受信視野内において、２次元走査する機能を有するものである。
スキャナ角度モニタ装置５は、スキャナ４の照射面の角度を読み取る機能を有するものである。そして、スキャナ角度モニタ装置５は、読み取った角度を示すスキャナ角度信号を信号処理装置１２に出力する。
The
The scanner
受信レンズ６は、受信視野中心に対して同軸方向に伝搬する対象物からの散乱光を集光する機能を有するものである。なお、受信レンズ６により集光される散乱光には、背景光が含まれる場合がある。
The
シャッター７は、受光器８の前段に２次元的に配列され、シャッター制御装置１１からのシャッター制御信号に従って閉じることで、対応する位置に入射した光を遮光する機能を有する複数のシャッター素子を有するものである。
The
受光器８は、受信レンズ６により集光されシャッター７を通過した光を受光して電気信号に変換する機能を有するものである。そして、受光器８は、変換した電気信号を受信信号として距離・強度算出装置９および背景光検出装置１０に出力する。
The
距離・強度算出装置９は、発振器１からの変調信号と受光器８からの受信信号との時間差に基づいて、レーザ光の伝搬時間を算出することで対象物までの距離を算出する機能を有するものである。そして、距離・強度算出装置９は、算出した距離を示す距離信号を信号処理装置１２に出力する。
また、距離・強度算出装置９は、受光器８からの受信信号に基づいて信号強度を算出する機能も有している。そして、距離・強度算出装置９は、算出した信号強度を示す強度信号を信号処理装置１２に出力する。
The distance /
The distance /
背景光検出装置１０は、受光器８からの受信信号に基づいて背景光を検出する機能を有するものである。この背景光検出装置１０は、受光器８からの受信信号から、予め設定された閾値を超えるＤＣ成分を検出することで、背景光を検出する。そして、背景光検出装置１０は、閾値を超えるＤＣ成分を検出した場合には、当該ＤＣ成分の電圧値を示す背景光検出信号をシャッター制御装置１１に出力する。
The background
シャッター制御装置１１は、背景光検出装置１０からの背景光検出信号に従って、シャッター７を制御して、背景光が入射する位置に対応するシャッター素子を閉じさせる機能を有するものである。この際、シャッター制御装置１１は、シャッター素子の開閉を指示するシャッター制御信号をシャッター７に出力する。
The
信号処理装置１２は、スキャナ角度モニタ装置５からのスキャナ角度信号に基づいてレーザ光の照射方向を算出し、距離・強度算出装置９からの距離信号から距離を抽出し、各レーザ光の照射方向に対する距離をプロットすることで３次元画像を生成する機能を有するものである。また、信号処理装置１２は、距離・強度算出装置９からの強度信号から信号強度を抽出し、各レーザ光の照射方向に対する信号強度をプロットすることで各レーザ光の照射方向からの散乱光強度を示す強度画像を生成する機能も有している。
The
次に、上記のように構成されたレーザレーダ装置の動作について、図２を参照しながら説明する。
レーザレーダ装置の動作では、図２に示すように、まず、レーザ装置２は所定のレーザ光を発振し、変調器３は、発振器１からの変調信号に基づいて、このレーザ光をパルス状に強度変調する（ステップＳＴ２０１）。
次いで、スキャナ４は、変調器３により変調されたレーザ光を、受信レンズ６が当該レーザ光に対する散乱光を受光可能な角度範囲である受信視野内において、２次元走査する（ステップＳＴ２０２）。なおこの際、スキャナ角度モニタ装置５は、スキャナ４の照射面の角度を読み取り、そのスキャナ角度信号を信号処理装置１２に出力している。
Next, the operation of the laser radar apparatus configured as described above will be described with reference to FIG.
In the operation of the laser radar device, as shown in FIG. 2, first, the
Next, the
次いで、受信レンズ６は、受信視野中心に対して同軸方向に伝搬する対象物からの散乱光を受光器８の受光面上へ集光し、受光器８は、この集光された光を受光して電気信号に変換し、受信信号として距離・強度算出装置９に出力する（ステップＳＴ２０３）。
次いで、距離・強度算出装置９は、発振器１からの変調信号と受光器８からの受信信号との時間差に基づいて対象物までの距離を算出するとともに、当該受信信号に基づいて信号強度を算出し、その距離信号および強度信号を信号処理装置１２に出力する（ステップＳＴ２０４）。
Next, the
Next, the distance /
次いで、信号処理装置１２は、スキャナ角度モニタ装置５からのスキャナ角度信号に基づいてレーザ光の照射方向を算出し、距離・強度算出装置９からの距離信号から距離を抽出し、各レーザ光の照射方向に対する距離をプロットすることで３次元画像を生成する。また、距離・強度算出装置９からの強度信号から信号強度を抽出し、各レーザ光の照射方向に対する信号強度をプロットすることで強度画像を生成する（ステップＳＴ２０５）。
Next, the
一方、背景光検出装置１０は、受光器８からの受信信号のＤＣ成分を検出しており、予め設定された閾値を超えるＤＣ成分を検出した場合には、当該ＤＣ成分の電圧値を示す背景光検出信号をシャッター制御装置１１に出力する（ステップＳＴ２０６）。なお、閾値としては、背景光が含まれない場合での受信信号のＤＣ成分よりも若干高く、想定する背景光が含まれる場合での受信信号のＤＣ成分より低い値を設定しておく。
On the other hand, the background
次いで、シャッター制御装置１１は、背景光検出信号が入力された場合、シャッター７を制御して、背景光が入射する位置に対応するシャッター素子を閉じさせる（ステップＳＴ２０７）。この際出力されたシャッター制御信号に基づいて、シャッター７では指定されたシャッター素子を開閉する。
Next, when the background light detection signal is input, the
次に、ステップＳＴ２０７におけるシャッター制御装置１１のシャッター制御動作について、図３，４を参照しながら説明する。
なお、図３は、２次元状に配列されたシャッター素子を有するシャッター７を示す図であり、各シャッター素子にはそれぞれシャッター素子番号が付与されている。また、図３では、６，７番のシャッター素子位置に背景光が入射されている。
また、シャッター制御装置１１のシャッター制御動作は、図４に示すように、背景光カット用シャッター制御動作と背景光確認用シャッター制御動作の大きく２つに分けられる。まず、背景光カット用シャッター制御動作について説明する。
Next, the shutter control operation of the
FIG. 3 is a diagram showing a
Further, as shown in FIG. 4, the shutter control operation of the
シャッター制御装置１１の背景光カット用シャッター制御動作では、図４に示すように、レーザレーダ装置の電源が入れられると、まず、初期条件設定としてシャッター７の全シャッター素子を開く（ステップＳＴ４０１）。次いで、背景光検出装置１０から背景光検出信号が入力されているかを判断する（ステップＳＴ４０２）。
In the background light cutting shutter control operation of the
このステップＳＴ４０２において、背景光検出信号が入力されていると判断した場合には、１番目のシャッター素子を閉じ（ステップＳＴ４０３）、背景光検出装置１０から背景光検出信号が入力されているかを再び判断する（ステップＳＴ４０４）。
このステップＳＴ４０４において、背景光検出信号が入力されていないと判断した場合には、シーケンスはステップＳＴ４０２に戻る。
If it is determined in step ST402 that the background light detection signal is input, the first shutter element is closed (step ST403), and it is determined again whether the background light detection signal is input from the background
If it is determined in step ST404 that no background light detection signal is input, the sequence returns to step ST402.
一方、ステップＳＴ４０４において、背景光検出信号が入力されていると判断した場合には、シャッター素子を閉じた前後で背景光検出信号の電圧値が減少していないかを判断する（ステップＳＴ４０５） On the other hand, if it is determined in step ST404 that the background light detection signal has been input, it is determined whether the voltage value of the background light detection signal has decreased before and after the shutter element is closed (step ST405).
このステップＳＴ４０５において、シャッター素子を閉じた前後で背景光検出信号の電圧値が減少していないと判断した場合には、直前に閉じたシャッター素子を１つ開き（ステップＳＴ４０６）、次の番号のシャッター素子を閉じる（ステップＳＴ４０７）。その後、シーケンスはステップＳＴ４０４に戻る。 If it is determined in step ST405 that the voltage value of the background light detection signal has not decreased before and after the shutter element is closed, one of the shutter elements closed immediately before is opened (step ST406), and the next number is assigned. The shutter element is closed (step ST407). Thereafter, the sequence returns to step ST404.
一方、ステップＳＴ４０５において、シャッター素子が閉じた前後で背景光検出信号の電圧値が減少していると判断した場合には、シーケンスはステップＳＴ４０７に遷移し、次の番号のシャッター素子を閉じる。その後、シーケンスはステップＳＴ４０４に戻る。 On the other hand, if it is determined in step ST405 that the voltage value of the background light detection signal has decreased before and after the shutter element is closed, the sequence transitions to step ST407 and closes the next numbered shutter element. Thereafter, the sequence returns to step ST404.
ここで、図３に示す例に対して上記背景光カット用シャッター制御動作を行った場合、受信信号のＤＣ成分は図５に示すように変化する。
すなわち、例えば図３に示す１番のシャッター素子のように、背景光が入射していないシャッター素子に対しては、閉じてもＤＣ成分に変化はなく、背景光検出信号の電圧値は変化しないため（ステップＳＴ４０３〜ＳＴ４０５）、開いた状態とする（ステップＳＴ４０６）。一方、背景光が入射している６，７番のシャッター素子では、閉じた際に背景光の減少によりＤＣ成分が減少し、背景光検出信号の電圧値が減少するため（ステップＳＴ４０５）、このシャッター素子は閉じた状態とする。
そして、閉じたシャッター素子により背景光が完全に遮光された場合には、背景光検出信号が出力されなくなるため、背景光カット用シャッター制御動作は終了する（ステップＳＴ４０４）。これにより、６，７番のシャッター素子を閉じたままとなる。
Here, when the background light cut shutter control operation is performed on the example shown in FIG. 3, the DC component of the received signal changes as shown in FIG.
That is, for example, the shutter element in which background light is not incident, such as the first shutter element shown in FIG. 3, does not change the DC component even when closed, and the voltage value of the background light detection signal does not change. For this reason (steps ST403 to ST405), an open state is set (step ST406). On the other hand, in the 6th and 7th shutter elements on which the background light is incident, the DC component decreases due to the decrease of the background light when closed, and the voltage value of the background light detection signal decreases (step ST405). The shutter element is closed.
If the background light is completely blocked by the closed shutter element, the background light detection signal is not output, and the background light cut shutter control operation ends (step ST404). As a result, the sixth and seventh shutter elements remain closed.
以上の背景光カット用シャッター制御動作により、受光器８の前段において、シャッター７により背景光が入射する位置での入射光のみをカットすることができる。よって、背景光が入射した場合でも、受信信号量の飽和や雑音上昇を回避することができる。
With the above background light cut shutter control operation, only the incident light at the position where the background light is incident can be cut by the
一方、上記背景光カット用シャッター制御動作では、背景光が入射した場合にシャッター７の所定のシャッター素子を閉じることで背景光を遮光しているが、背景光が存在しなくなった後も、当該シャッター素子が閉じたままとなる。この場合、背景光が存在しないにも関わらず、受信視野の一部が欠けたレーザレーダ装置として動作することになる。
そこで、一定時間おきに背景光が存在するかを確認するための背景光確認用シャッター制御動作を行う。以下、この動作について説明する。
On the other hand, in the background light cut shutter control operation, when background light is incident, the background light is blocked by closing a predetermined shutter element of the
Therefore, a background light check shutter control operation is performed to check whether background light exists at regular intervals. Hereinafter, this operation will be described.
シャッター制御装置１１の背景光確認用シャッター制御動作では、図４に示すように、ステップＳＴ４０２において、背景光検出信号が入力されていないと判断した場合には、まず、閉じているシャッター素子が存在するかを判断する（ステップＳＴ４０８）。
このステップＳＴ４０８において、閉じているシャッター素子は存在しないと判断した場合には、シーケンスはステップＳＴ４０２に戻る。
In the background light confirmation shutter control operation of the
If it is determined in step ST408 that there are no closed shutter elements, the sequence returns to step ST402.
一方、ステップＳＴ４０８において、閉じているシャッター素子が存在すると判断した場合には、最後にシャッター素子を閉じてから一定時間が経過したかを判断する（ステップＳＴ４０９）。
このステップＳＴ４０９において、一定時間が経過していないと判断した場合には、シーケンスはステップＳＴ４０２に戻る。
On the other hand, if it is determined in step ST408 that there is a closed shutter element, it is determined whether a certain time has elapsed since the shutter element was last closed (step ST409).
If it is determined in step ST409 that the predetermined time has not elapsed, the sequence returns to step ST402.
一方、ステップＳＴ４０９において、一定時間が経過したと判断した場合には、閉じているシャッター素子を１つ開き（ステップＳＴ４１０）、シャッター素子を開いた前後で背景光検出信号の電圧値が増加しているかを判断する（ステップＳＴ４１１）。 On the other hand, if it is determined in step ST409 that a certain time has elapsed, one closed shutter element is opened (step ST410), and the voltage value of the background light detection signal increases before and after the shutter element is opened. (Step ST411).
このステップＳＴ４１１において、シャッター素子を開いた前後で背景光検出信号の電圧値が増加していると判断した場合には、直前に開いたシャッター素子を閉じ（ステップＳＴ４１２）、閉じている全シャッター素子についてステップＳＴ４１０における処理を行ったかを判断する（ステップＳＴ４１３）。 If it is determined in step ST411 that the voltage value of the background light detection signal has increased before and after the shutter element is opened, the shutter element opened immediately before is closed (step ST412), and all the shutter elements that are closed are closed. It is determined whether or not the process in step ST410 has been performed (step ST413).
一方、ステップＳＴ４１１において、背景光検出信号の電圧値が増加していないと判断した場合には、シーケンスはステップＳＴ４１３に遷移し、閉じている全シャッター素子についてステップＳＴ４１０における処理を行ったかを判断する。 On the other hand, if it is determined in step ST411 that the voltage value of the background light detection signal has not increased, the sequence proceeds to step ST413, and it is determined whether the processing in step ST410 has been performed for all closed shutter elements. .
このステップＳＴ４１３において、ステップＳＴ４１０における処理を行っていないシャッター素子が存在すると判断した場合には、シーケンスはステップＳＴ４１０に遷移し、未処理のシャッター素子を１つ開く。
一方、ステップＳＴ４１３において、全シャッター素子についてステップＳＴ４１０における処理を行ったと判断した場合には、シーケンスはステップＳＴ４０２に遷移する。
If it is determined in step ST413 that there is a shutter element that has not been processed in step ST410, the sequence transitions to step ST410, and one unprocessed shutter element is opened.
On the other hand, if it is determined in step ST413 that the processing in step ST410 has been performed for all shutter elements, the sequence transitions to step ST402.
ここで、背景光が継続して入射している場合、閉じていたシャッター素子を開くとＤＣ成分が上昇し、背景光検出信号の電圧値が増加するため（ステップＳＴ４１１）、開いたシャッター７を再び閉じる（ステップＳＴ４１２）。この結果、当該シャッター素子は閉じたままとなり、背景光は遮光されたままとなる。
一方、背景光が存在しなくなった場合には、閉じていたシャッター素子を開いてもＤＣ成分は上昇しないため（ステップＳＴ４１１）、当該シャッター素子は開いたままとする。
Here, when the background light is continuously incident, when the shutter element that has been closed is opened, the DC component rises and the voltage value of the background light detection signal increases (step ST411). It is closed again (step ST412). As a result, the shutter element remains closed, and the background light remains shielded.
On the other hand, when the background light no longer exists, the DC component does not increase even if the closed shutter element is opened (step ST411), so that the shutter element remains open.
以上のように、背景光確認用シャッター制御動作では、背景光が入射されなくなった場合には、閉じていたシャッター素子を開くようにする。これにより、シャッター７により受信視野が欠けてしまうことを防ぐことができる。
As described above, in the background light confirmation shutter control operation, when the background light is not incident, the closed shutter element is opened. Thereby, it is possible to prevent the reception visual field from being lost due to the
なお、ステップＳＴ４１０における一定時間とは、背景光の最大移動角速度を予め想定し、この速度と受信レンズ６の焦点距離、シャッター１素子の大きさから算出される、想定スポット移動時間によって予め設定する。移動角速度とは、レーザレーダ装置から見た背景光の単位時間あたりの角度変化量である。また、想定スポット移動時間とは、シャッター７面上における背景光の集光スポットがシャッター１素子分移動する時間である。上記想定スポット移動時間は下式（１）で表される。ここで、想定スポット移動速度をＴ、シャッター１素子の大きさをｄ、焦点距離をｆ、移動角速度をｗとする。
なお、シャッター７による背景光の遮光方法としては、液晶のように透過率を変化させる方法や、デジタルミラーデバイスのように反射角を変化させる方法等、各種方法が適用可能である。
また、シャッター７は、シャッター素子を２次元状に配置したが、１次元状に配置してもよい。
Various methods such as a method of changing the transmittance like a liquid crystal or a method of changing a reflection angle like a digital mirror device can be applied as a method of shielding the background light by the
Further, the
また、発振器１で発振する変調信号はＣＷ変調でもよい。なお、ＣＷ変調の場合には、距離・強度算出装置９では、当該変調信号と受信信号との位相差に基づいて対象物までの距離を算出する。
また、スキャナ４は、２次元走査を行うものとしたが、１次元走査を行うものでもよい。なお、１次元走査を行う場合には、ラインセンサとなり１次元の距離データを取得できる。
The modulation signal oscillated by the
The
また、シャッター制御装置１１は、スキャナ角度信号を用いて散乱光が入射する受光器８の受光面上の位置を特定し、散乱光の受光位置と制御するシャッター素子の位置をずらしてもよい。これにより、散乱光の受光位置と、制御するシャッター素子の位置が重なってしまうことにより、散乱光の受光がシャッター素子により妨げられてしまうことを防ぐことができる。
The
また、距離・強度算出装置９における変調信号と受信信号との時間差による測定方法としては、レーザ発振時間から受信信号検出時間までのクロック数をカウントする方法、パルス波形を逐次ＡＤ変換してパルスピークを検出する方法や、非特許文献１に示すような時間に比例して増加するランプ電圧とサンプルホールド回路を用いた方法等、各種方法が適用可能である。
The distance /
以上のように、この実施の形態１によれば、受光系で受光・変換された電気信号から背景光が検出された場合に、当該背景光が入射する位置に対応するシャッター素子を閉じるようにシャッター７を制御するように構成したので、背景光を除去することができ、受信信号量の飽和による散乱光の不検出を防ぐことができるため、背景光が受信視野内に存在する場合においても、レーザレーダ装置として正常動作を行うことができる。また、背景光による雑音上昇を防ぐことができ、背景光が受信視野内に存在する場合においても、レーザレーダ装置として測距可能距離の低下を防ぐことができる。
As described above, according to the first embodiment, when the background light is detected from the electrical signal received and converted by the light receiving system, the shutter element corresponding to the position where the background light enters is closed. Since the
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２に係るレーザレーダ装置の全体構成を示す図である。図６に示す実施の形態２に係るレーザレーダ装置は、図１に示す実施の形態１に係るレーザレーダ装置の受光器８、背景光検出装置１０およびシャッター制御装置１１をそれぞれアレイ状受光器１３、背景光検出装置（背景光検出手段）１０ｂおよびシャッター制御装置（シャッター制御手段）１１ｂに変更し、信号加算装置１４を追加したものである。
FIG. 6 is a diagram showing an overall configuration of a laser radar apparatus according to
アレイ状受光器１３は、アレイ状に配置され、受信レンズ６により集光されシャッター７を通過して対応する位置に入射した光を受光し、電気信号に変換する機能を有する複数の受光素子を有するものである。そして、アレイ状受光器１３の各受光素子は、変換した電気信号を受信信号として信号加算装置１４および背景光検出装置１０ｂに出力する。
The arrayed
信号加算装置１４は、アレイ状受光器１３の各受光素子からの受信信号を加算する機能を有するものである。そして、信号加算装置１４は、加算結果を受信信号として距離・強度算出装置９に出力する。
The
背景光検出装置１０ｂは、アレイ状受光器１３の各受光素子からの受信信号に基づいて背景光を検出するとともに、当該背景光を受光した受光素子を検出する機能を有するものである。この背景光検出装置１０ｂは、各受光素子からの受信信号から、予め設定された閾値を超えるＤＣ成分を検出することで、背景光を検出する。そして、背景光検出装置１０ｂは、閾値を超えるＤＣ成分を検出した場合には、当該ＤＣ成分の電圧値と該当する受光素子を示す背景光検出信号をシャッター制御装置１１ｂに出力する。
The background light detection device 10b has a function of detecting background light based on a reception signal from each light receiving element of the arrayed
シャッター制御装置１１ｂは、背景光検出装置１０ｂからの背景光検出信号に従って、シャッター７を制御して、背景光検出装置１０ｂにより検出された受光素子に対応するシャッター素子を閉じさせる機能を有するものである。この際、シャッター制御装置１１ｂは、シャッター素子の開閉を指示するシャッター制御信号をシャッター７に出力する。
The
なお、距離・強度算出装置９は、発振器１からの変調信号と信号加算装置１４からの受信信号との時間差に基づいて、レーザ光の伝搬時間を算出することで対象物までの距離を算出する機能を有する。
その他の装置は、図１に示す実施の形態１における各装置と同じ機能を有する。
The distance /
Other devices have the same functions as the respective devices in the first embodiment shown in FIG.
ここで、実施の形態２に係るレーザレーダ装置では、実施の形態１に係るレーザレーダ装置と比較して、アレイ状の受光器１３を用いることで、背景光が入射したおおまかな位置を特定することができる。よって、シャッター制御動作回数を減らすことができ、背景光の確認動作を高速化することができるという効果を有する。
Here, in the laser radar device according to the second embodiment, as compared with the laser radar device according to the first embodiment, the approximate position where the background light is incident is specified by using the arrayed
すなわち、実施の形態１に係るレーザレーダ装置では、単素子の受光器８を用いているため、背景光が受光面上のどの位置に入射したかを特定することはできない。そのため、シャッター素子の開閉により１つ１つ確認していく必要があり、背景光の確認動作に多くの時間がかかる。
それに対して、実施の形態２に係るレーザレーダ装置では、アレイ状の受光器１３を用いているため、どの受光素子に背景光が入射したのかを各受光素子からの受信信号を判定することで特定することができ、背景光が入射した位置をおおまかに特定できる。よって、シャッター制御動作回数（図４）を減らすことができ、背景光の確認動作を高速化することができる。
That is, in the laser radar device according to the first embodiment, since the single-
On the other hand, since the laser radar device according to the second embodiment uses the arrayed
例えば、アレイ状受光器１３が１０個の受光素子から構成されており、受光面上に集光される背景光スポットが受光素子サイズよりも小さいとした場合、シャッター制御動作回数（図４）を、単素子と比較して１／１０に減らすことができる。
For example, if the arrayed
なお、シャッター７による背景光の遮光方法としては、液晶のように透過率を変化させる方法や、デジタルミラーデバイスのように反射角を変化させる方法等、各種方法が適用可能である。
また、シャッター７は、シャッター素子を２次元状に配置したが、１次元状に配置してもよい。
Various methods such as a method of changing the transmittance like a liquid crystal or a method of changing a reflection angle like a digital mirror device can be applied as a method of shielding the background light by the
Further, the
また、発振器１で発振する変調信号はＣＷ変調でもよい。なお、ＣＷ変調の場合には、距離・強度算出装置９では、当該変調信号と受信信号との位相差から対象物までの距離を算出する。
また、スキャナ４は、２次元走査を行うものとしたが、１次元走査を行うものでもよい。なお、１次元走査を行う場合には、ラインセンサとなり１次元の距離データを取得できる。
The modulation signal oscillated by the
The
また、シャッター制御装置１１は、スキャナ角度信号を用いて散乱光が入射する受光器８の受光面上の位置を特定し、散乱光の受光位置と制御するシャッター素子の位置をずらしてもよい。これにより、散乱光の受光位置と、制御するシャッター素子の位置が重なってしまうことにより、散乱光の受光がシャッター素子により妨げられてしまうことを防ぐことができる。
The
また、距離・強度算出装置９における変調信号と受信信号との時間差による測定方法としては、レーザ発振時間から受信信号検出時間までのクロック数をカウントする方法、パルス波形を逐次ＡＤ変換してパルスピークを検出する方法や、非特許文献１に示すような時間に比例して増加するランプ電圧とサンプルホールド回路を用いた方法等、各種方法が適用可能である。
The distance /
以上のように、この実施の形態２によれば、アレイ状の受光器１３を備え、背景光がどの受光素子により受光されたのかを特定するように構成したので、実施の形態１における効果に加えて、背景光の確認動作の高速化を図ることができる。
As described above, according to the second embodiment, the array-shaped
実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３に係るレーザレーダ装置の全体構成を示す図である。図７に示す実施の形態３に係るレーザレーダ装置は、図６に示す実施の形態２に係るレーザレーダ装置からシャッター７、背景光検出装置１０ｂおよびシャッター制御装置１１ｂを削除し、信号シャッター１５を追加したものである。
FIG. 7 is a diagram showing an overall configuration of a laser radar apparatus according to
信号シャッター１５は、アレイ状受光器１３の各受光素子からの電気信号に基づいて背景光を検出し、当該背景光を受光した受光素子からの電気信号をカットする機能を有するものである。この信号シャッター１５は、各受光素子からの受信信号から、予め設定された閾値を超えるＤＣ成分を検出することで、背景光を検出する。そして、信号シャッター１５は、受信信号から閾値を超えるＤＣ成分を検出した場合には、当該受信信号の出力を停止し、受信信号から閾値を超えるＤＣ成分が検出されない場合には、当該受信信号をそのまま信号加算装置１４に出力する。
The
なお、信号加算装置１４は、信号シャッター１５を通過した各受信信号を加算する機能を有する。
その他の装置は、図６に示す実施の形態２における各装置と同じ機能を有する。
The
Other devices have the same functions as the respective devices in the second embodiment shown in FIG.
ここで、実施の形態３に係るレーザレーダ装置では、実施の形態１，２に係るレーザレーダ装置と比較して、物理的なシャッター７では遮光しきれない背景光による影響を回避することができるという効果を有している。
Here, in the laser radar device according to the third embodiment, compared to the laser radar devices according to the first and second embodiments, it is possible to avoid the influence of background light that cannot be shielded by the
すなわち、実施の形態１，２では、受光器８の前段にシャッター７を配置し、シャッター素子を閉じることで遮光を行っていた。しかし、例えばシャッター７として液晶のような透過率を低下させるものを用いた場合、透過率は０％にはならないため、背景光を完全には遮光できない可能性がある。また、デジタルミラーデバイスのように反射角を変化させるものを用いた場合でも、反射面において散乱光が発生し、当該散乱光が背景光となって受光面に入射してしまうため、背景光を完全には遮光できない可能性がある。
そこで、シャッター７により遮光を行うのではなく、信号シャッター１５を用いて受光素子により変換された電気信号をカットする。これにより、シャッター７では遮光しきれない背景光による影響を回避することが可能となる。
That is, in the first and second embodiments, the
Therefore, the light signal converted by the light receiving element is cut using the
また、実施の形態１の場合と同様に、信号シャッター１５にて背景光カット用シャッター制御動作（図４）を行った場合、背景光が存在しなくなった後も、受信信号をカットしたままとなる。この場合、背景光が存在しないにも関わらず、受信視野の一部が欠けたレーザレーダ装置として動作することになる。
そこで、信号シャッター１５においても、一方時間おきに背景光が存在するかを確認するための背景光確認用シャッター制御動作（図４）を行う。これにより、背景光が入射されなくなった場合に、出力を停止していた受信信号を信号加算装置１４に出力することができ、シャッター７により受信視野が欠けてしまうことを防ぐことができる。
Similarly to the case of the first embodiment, when the background light cut shutter control operation (FIG. 4) is performed by the
Therefore, in the
なお、発振器１で発振する変調信号はＣＷ変調でもよい。なお、ＣＷ変調の場合には、距離・強度算出装置９では、当該変調信号と受信信号との位相差に基づいて対象物までの距離を算出する。
また、スキャナ４は、２次元走査を行うものとしたが、１次元走査を行うものでもよい。なお、１次元走査を行う場合には、ラインセンサとなり１次元の距離データを取得できる。
The modulation signal oscillated by the
The
また、距離・強度算出装置９における変調信号と受信信号との時間差による測定方法としては、レーザ発振時間から受信信号検出時間までのクロック数をカウントする方法、パルス波形を逐次ＡＤ変換してパルスピークを検出する方法や、非特許文献１に示すような時間に比例して増加するランプ電圧とサンプルホールド回路を用いた方法等、各種方法が適用可能である。
The distance /
以上のように、この実施の形態３によれば、シャッター７に代えて、アレイ状受光器１３の各受光素子のうち、背景光が入射する受光素子からの受信信号をカットする信号シャッター１５を用いるように構成したので、実施の形態２と比較して、シャッター７では遮光しきれない背景光による影響を回避することが可能となる。
As described above, according to the third embodiment, instead of the
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。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .
１ 発振器、２ レーザ装置、３ 変調器、４ スキャナ、５ スキャナ角度モニタ装置、６ 受信レンズ、７ シャッター、８ 受光器、９ 距離・強度算出装置、１０，１０ｂ 背景光検出装置、１１，１１ｂ シャッター制御装置、１２ 信号処理装置、１３ アレイ状受光器、１４ 信号加算装置、１５ 信号シャッター。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記レーザ光送信手段により走査されたレーザ光に対する前記対象物からの散乱光を受光し、電気信号に変換する散乱光受信手段と、
前記散乱光受信手段の受光面の前段に配置され、閉じることで対応する位置に入射した光を遮光する複数のシャッター素子を有するシャッターと、
前記散乱光受信手段により変換された電気信号と前記変調信号との位相差または時間差に基づいて前記対象物までの距離を算出する距離算出手段と、
前記散乱光受信手段により変換された電気信号に基づいて背景光を検出する背景光検出手段と、
前記背景光検出手段により背景光が検出された場合に、前記シャッターを制御して、当該背景光が入射する位置に対応するシャッター素子を閉じさせるシャッター制御手段と
を備えたレーザレーダ装置。 A laser beam transmitting means for modulating the laser beam with a predetermined modulation signal and scanning toward the object;
Scattered light receiving means for receiving scattered light from the object with respect to the laser light scanned by the laser light transmitting means and converting it into an electrical signal;
A shutter having a plurality of shutter elements that are arranged in front of the light receiving surface of the scattered light receiving means and shield light incident on a corresponding position by closing;
Distance calculating means for calculating the distance to the object based on the phase difference or time difference between the electrical signal converted by the scattered light receiving means and the modulated signal;
Background light detection means for detecting background light based on the electrical signal converted by the scattered light receiving means;
A laser radar apparatus comprising: a shutter control unit that controls the shutter to close a shutter element corresponding to a position where the background light is incident when background light is detected by the background light detection unit.
前記背景光検出手段は、前記各受光素子により変換された電気信号に基づいて背景光を検出するとともに、当該背景光を受光した受光素子を検出し、
前記シャッター制御手段は、前記背景光検出手段により検出された受光素子に対応するシャッター素子を閉じさせる
ことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。 The scattered light receiving means receives a scattered light incident on a corresponding position and receives a scattered light that converts the scattered light into an electric signal, and a signal addition that adds the electric signals converted by the respective light receiving elements. Equipped with equipment,
The background light detection means detects background light based on the electrical signal converted by each light receiving element, and detects the light receiving element that has received the background light,
2. The laser radar apparatus according to claim 1, wherein the shutter control unit closes a shutter element corresponding to the light receiving element detected by the background light detection unit.
ことを特徴とする請求項２記載のレーザレーダ装置。 Instead of the shutter, the background light detection means, and the shutter control means, the background light is detected based on the electrical signal converted by each light receiving element, and the electrical signal from the light receiving element that receives the background light is cut. 3. The laser radar device according to claim 2, further comprising a signal shutter for performing the operation.
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