JP2017173258A - Distance measurement device, distance measurement method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、距離測定装置、距離測定方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a distance measuring device, a distance measuring method, and a program.
レーザ光を用いて測定対象までの距離を測定する、レーザレーダ装置とも呼ばれる距離測定装置が提案されている。レーザレーダ装置は、レーザ光を例えばMEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラーで2次元走査して照射する投光ユニットを有する。また、レーザレーダ装置は、測定対象からの反射光を光検出器で検出し、走査位置毎に測定対象までの距離を算出する受光ユニットを有する。 A distance measuring device called a laser radar device that measures the distance to a measurement object using laser light has been proposed. The laser radar apparatus includes a light projecting unit that irradiates a laser beam by, for example, two-dimensional scanning with a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror. In addition, the laser radar device includes a light receiving unit that detects reflected light from the measurement target with a photodetector and calculates a distance to the measurement target for each scanning position.
投光ユニットは、レーザ光を2次元走査して予め設定された走査範囲を走査する。このため、測定対象が走査範囲内にあれば、受光ユニットにおいて測定対象までの距離を算出できる。しかし、測定対象が走査範囲の外へ移動すると、受光ユニットは測定対象からの反射光を検出できないため、測定対象までの距離を算出できなくなってしまう。 The light projecting unit scans a preset scanning range by two-dimensionally scanning laser light. For this reason, if the measurement object is within the scanning range, the distance to the measurement object can be calculated in the light receiving unit. However, if the measurement object moves outside the scanning range, the light receiving unit cannot detect the reflected light from the measurement object, and thus cannot calculate the distance to the measurement object.
測定対象が移動しても、受光ユニットにおいて測定対象までの距離を算出できるように、例えばレーザレーダ装置の走査範囲よりも広い撮像範囲を撮像するカメラを設けて測定対象を追従可能とする方法がある。この場合、測定対象が移動してレーザレーダ装置の走査範囲から外れても、カメラが撮像範囲内にある測定対象を検知可能である。これにより、レーザレーダ装置のレーザ光の照射方向を、カメラが検知した測定対象の位置に合わせて調整することで、移動した測定対象を追従して測定対象までの距離を測定することができる。しかし、この方法では、レーザレーダ装置を含む第1光学系に加え、カメラを含む第2の光学系が設けられるため、装置の構成が複雑になってしまう。また、第1及び第2の光学系を設ける場合、2つの光学系間の位置合わせが必要となる。さらに、第2の光学系を追加することで、装置のコストが増大してしまう。 For example, a method of providing a camera that captures an imaging range wider than the scanning range of the laser radar device so that the measurement target can be tracked so that the distance to the measurement target can be calculated in the light receiving unit even if the measurement target moves. is there. In this case, even if the measurement object moves and moves out of the scanning range of the laser radar apparatus, the measurement object within the imaging range can be detected by the camera. Accordingly, by adjusting the irradiation direction of the laser light of the laser radar device according to the position of the measurement target detected by the camera, the distance to the measurement target can be measured following the moved measurement target. However, in this method, since the second optical system including the camera is provided in addition to the first optical system including the laser radar apparatus, the configuration of the apparatus becomes complicated. In addition, when the first and second optical systems are provided, alignment between the two optical systems is necessary. Further, the addition of the second optical system increases the cost of the apparatus.
従来、移動した測定対象を追従して測定対象までの距離を測定する場合、2つの光学系を設けるため、装置の構成が複雑化してしまう。 Conventionally, when measuring a distance to a measurement target by following the moved measurement target, since the two optical systems are provided, the configuration of the apparatus becomes complicated.
そこで、1つの側面では、比較的簡単な構成で、移動した測定対象を追従して測定対象までの距離を測定できる距離測定装置、距離測定方法及びプログラムを提供することを目的とする。 Therefore, an object of one aspect is to provide a distance measuring device, a distance measuring method, and a program that can measure the distance to the measuring object by following the moved measuring object with a relatively simple configuration.
1つの案によれば、パルス状のレーザ光を2次元で走査範囲を走査させる投光ユニットと、前記レーザ光の反射光に基づき測定対象までの距離を計測する受光ユニットとを有するセンサ本体と、前記センサ本体を移動する移動手段と、前記投光ユニットからの前記レーザ光が走査する走査範囲が、前記測定対象を追従するように、前記移動手段を制御する制御手段と、を備え、前記投光ユニットは、前記走査範囲内の少なくとも一列に並んだ測距点の領域を拡大領域に拡大する拡大手段を有し、前記制御手段は、前記拡大領域内の前記測定対象の位置に応じて、前記移動手段による前記センサ本体の移動を制御する距離測定装置が提供される。 According to one proposal, a sensor body having a light projecting unit that scans a scanning range two-dimensionally with pulsed laser light, and a light receiving unit that measures a distance to a measurement object based on reflected light of the laser light; A moving means for moving the sensor body; and a control means for controlling the moving means so that a scanning range scanned by the laser light from the light projecting unit follows the measurement object, The light projecting unit has an enlarging means for enlarging the area of the distance measuring points arranged in at least one line within the scanning range into an enlarged area, and the control means is responsive to the position of the measurement target in the enlarged area. A distance measuring device for controlling movement of the sensor body by the moving means is provided.
一態様によれば、比較的簡単な構成で、移動した測定対象を追従して測定対象までの距離を測定できる。 According to one aspect, the distance to the measurement object can be measured by following the moved measurement object with a relatively simple configuration.
開示の距離測定装置、距離測定方法及びプログラムでは、パルス状のレーザ光を2次元で走査範囲を走査させる投光ユニットと、レーザ光の反射光に基づき測定対象までの距離を計測する受光ユニットとを有するセンサ本体を移動する移動手段を用いる。制御手段は、投光ユニットからのレーザ光が走査する走査範囲が、測定対象を追従するように、移動手段を制御する。投光ユニットは、走査範囲内の少なくとも一列に並んだ測距点の領域を拡大領域に拡大する拡大手段を有し、制御手段は、拡大領域内の測定対象の位置に応じて、移動手段によるセンサ本体の移動を制御する。 In the disclosed distance measuring apparatus, distance measuring method, and program, a light projecting unit that scans a scanning range in two dimensions with pulsed laser light, and a light receiving unit that measures a distance to a measurement object based on reflected light of the laser light, A moving means for moving the sensor main body having the above is used. The control means controls the moving means so that the scanning range scanned by the laser light from the light projecting unit follows the measurement object. The light projecting unit has an enlarging means for enlarging the area of the distance measuring points arranged in at least one line within the scanning range into an enlarged area, and the control means is based on the moving means according to the position of the measurement target in the enlarged area. Controls the movement of the sensor body.
以下に、開示の距離測定装置、距離測定方法及びプログラムの各実施例を図面と共に説明する。 Embodiments of the disclosed distance measuring device, distance measuring method, and program will be described below with reference to the drawings.
図1は、一実施例における距離測定装置の一例を示す図である。図1に示す距離測定装置は、投光ユニット2及び受光ユニット3を含むセンサ本体1と、コンピュータ4と、回転ステージ5とを有する。センサ本体1は、筐体1A内に収納されている。筐体1A(即ち、センサ本体1)は、回転ステージ5上に、回転可能に設けられている。回転ステージ5は、モータなどを有する、筐体1A(即ち、センサ本体1)を移動する移動手段の一例である。回転ステージ5の回転角度は、コンピュータ4により制御可能である。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a distance measuring device according to an embodiment. The distance measuring device shown in FIG. 1 includes a
投光ユニット2は、例えば制御回路21と、発光回路22と、レーザダイオードなどで形成されたレーザ光源23と、2次元MEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラー24とを有する周知の構成に加え、シリンドリカルレンズ25を有する。制御回路21は、発光回路22の制御下でレーザ光源23がパルス状のレーザ光(即ち、レーザパルス)を出射するように、発光回路22を制御する。また、制御回路21は、レーザ光源23から出射されたレーザ光を2次元で走査させるように、MEMSミラー24を2次元で駆動する周知の駆動部(図示せず)を制御する。つまり、レーザ光を、例えば行方向(または、地面に対して水平方向)及び列方向(または、地面に対して垂直方向)へラスタ走査させる。これにより、レーザ光は、図1中実線で示すように、開口26またはシリンドリカルレンズ25を介して2次元で走査範囲61を走査する。また、シリンドリカルレンズ25が設けられていることにより、シリンドリカルレンズ25を介して走査される走査範囲61の一部は、拡大領域62を形成する。シリンドリカルレンズ25は、走査範囲61内の少なくとも1行の測距点の領域(または、少なくとも一列に、直線的に並んだ測距点の領域)の領域を拡大する拡大手段の一例である。
The light projecting unit 2 includes, for example, a
図1に示す走査範囲61及び拡大領域62内で、梨地で示す○印は、測距点に相当する。図1からもわかるように、測距点とは、センサ本体1から出射されたレーザ光が到達する、距離を測定する走査範囲61または拡大領域62上の点である。走査範囲61内の測距点は、一定の第1の間隔(または、サンプリング間隔)を有する。これに対し、拡大領域62内の測距点は、一定の第2の間隔(または、サンプリング間隔)を有するが、第2の間隔は、走査範囲61内の測距点の第1の間隔より広い。
In the
走査範囲61及び拡大領域62は、この例では矩形を有するが、形状は特に限定されない。なお、図1に示す例では、拡大領域62は、1行の測距点で形成されているが、2行以上の測距点で形成されていても良い。つまり、拡大領域62は、少なくとも1行の測距点で形成されていれば良い。また、拡大領域62は、この例では矩形の走査範囲61の行方向(即ち、水平方向)に沿って拡大されているが、矩形の走査範囲61の列方向(即ち、垂直方向)に沿って拡大されていても、或いは、矩形の走査範囲61の行列に対して斜め方向(例えば、対角線)に沿って拡大されていても良い。さらに、拡大領域62は、図1に示す例のように走査範囲61の中心を通るように拡大されていても、当該中心を通らないように拡大されていても良い。
The
図1に示す例では、説明の便宜上、走査範囲61内の測距点が5行×5列であるが、実際は例えば320行×240列などである。このため、図1に示す例のように1行分、または、例えば数行分(例えば、5行以下)の測距点を有する拡大領域62を設けても、拡大領域62内におけるデータの歪みは無視できる程度に小さく、距離測定精度への影響は無視できる程度に少ない。
In the example shown in FIG. 1, for convenience of explanation, the distance measuring points in the
測定対象100で反射されたレーザ光は、図1中点線で示すように受光ユニット3により受光される。測定対象100は、この例では人間であるが、人間に限定されず、車両などであっても良い。受光ユニット3は、例えば受光レンズ31と、光検出器32と、距離計測回路33とを含む、周知の構成を有する。測定対象100を含む走査範囲61内で反射されたレーザ光は、受光レンズ31を介して光検出器32で検出される。光検出器32の検出出力は、距離計測回路33に供給される。距離計測回路33は、レーザ光を出射してから、レーザ光が測定対象100で反射されて戻ってくるまでの往復時間(TOF:Time Of Flight)ΔTを計測することで、測定対象100までの距離を光学的に計測し、計測した距離を示す距離情報(または、距離信号)を出力する。ここで、高速をc(約30万km/s)で表すと、測定対象100までの距離は、(c×ΔT)/2から求めることができる。
The laser beam reflected by the
距離計測回路33で計測された各測距点までの距離を示す距離情報は、受光ユニット3からコンピュータ4へ出力される。また、測距点までの距離とは、センサ本体1から測距点までの距離である。コンピュータ4は、各測距点までの距離を示す距離情報に基づき、測定対象100に追従するように回転ステージ5の回転位置を制御する。これにより、測定対象100が例えばスポーツ選手の場合、当該スポーツ選手の動きに追従して、当該スポーツ選手を追従することができる。また、スポーツ選手の動きに追従することで、当該スポーツ選手までの距離を測定することができる。なお、コンピュータ4は、投光ユニット2の制御回路21が制御するレーザ光源23の発光タイミング、発光パワーなどを設定しても良い。
Distance information indicating the distance to each distance measuring point measured by the
コンピュータ4は、例えば図2に示す構成を有しても良い。図2は、コンピュータの一例を示すブロック図である。図2に示すコンピュータ4は、バス40を介して互いに接続されたプロセッサ41と、メモリ42と、入力装置43と、表示装置44と、インタフェース(または、通信装置)45とを有する。プロセッサ41は、例えば中央処理装置(CPU:Central Processing Unit)などで形成可能であり、メモリ42に記憶されたプログラムを実行して、コンピュータ4全体の制御を司る。メモリ42は、例えば半導体記憶装置、磁気記録媒体、光記録媒体、光磁気記録媒体などの、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体により形成可能である。メモリ42は、プロセッサ41が実行する距離測定プログラムを含む各種プログラム、各種データなどを記憶する。
The
入力装置43は、ユーザ(または、オペレータ)により操作される、例えばキーボードなどで形成可能であり、プロセッサ41にコマンド及びデータを入力するのに用いられる。表示装置44は、ユーザに対するメッセージ、距離測定処理の測定結果などを表示する。インタフェース45は、コンピュータ4を他のコンピュータなどと通信可能に接続する。この例では、コンピュータ4は、インタフェース45を介して受光ユニット3の距離計測回路33に接続されている。コンピュータ4は、インタフェース45を介して投光ユニット2の制御回路21に接続されていても良い。
The
なお、コンピュータ4は、当該コンピュータ4の構成要素がバス40を介して接続されたハードウェア構成に限定されるものではない。コンピュータ4には、例えば汎用コンピュータを用いても良い。
The
また、コンピュータ4の入力装置43及び表示装置44は、省略可能である。また、コンピュータ4のインタフェース45をさらに省略したモジュール、半導体チップなどの場合、センサ本体1の出力(即ち、距離計測回路33の出力)は、バス40に接続されても、プロセッサ41に直接接続されても良い。例えばコンピュータ4を半導体チップなどで形成した場合、半導体チップなどは、センサ本体1内に設けられていても良い。コンピュータ4は、投光ユニット2による走査範囲61が測定対象100を追従するように回転ステージ5を制御する制御手段の一例を形成する。
Further, the
図3は、距離測定処理の一例を説明するフローチャートである。図3に示す距離測定処理は、例えば図2に示すプロセッサ41により実行可能である。
FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of the distance measurement process. The distance measurement process shown in FIG. 3 can be executed by, for example, the
図3において、距離測定処理が開始されると、ステップS1では、プロセッサ41が、投光ユニット2内の制御回路21を介してMEMSミラー24を制御すると共に、制御回路21及び発光回路22を介してレーザ光源23を制御する。これにより、レーザ光(即ち、レーザパルス)が、MEMSミラー24及び開口26またはシリンドリカルレンズ25を介して、図1に示す如き走査範囲61を走査する、2次元走査処理が行われる。測定対象100を含む走査範囲61内で反射されたレーザ光は、受光ユニット3内の受光レンズ31を介して光検出器32で検出され、距離計測回路33において測定対象100の測距点までの距離が計測され、計測した距離を示す距離情報が出力される。
In FIG. 3, when the distance measurement process is started, in step S <b> 1, the
ステップS2では、プロセッサ41が、距離計測回路33から出力される距離情報より、測定対象100の位置を算出する。ステップS3では、プロセッサ41が、測定対象100の走査範囲61に対する位置ズレが、閾値を超えているか否かを判定し、判定結果がNOであると処理はステップS1へ戻り、判定結果がYESであると処理はステップS4へ進む。
In step S <b> 2, the
図4は、測定対象と基準位置との関係の一例を説明する図である。この例では、走査範囲61内に、予め基準位置p0を設定しておく。基準位置p0は、例えば走査範囲61内の中心位置p3である。この場合、測定対象100の走査範囲61に対する位置ズレはErは、基準位置p0との相対距離の絶対値、即ち、E=|pn−p0|から求めることができる。ここで、nはこの例ではn=1〜5である。走査範囲61内の互いに隣り合う2つの測距点間の距離をdで表すと、例えば閾値が3dの場合、測定対象100が拡大領域62内の測距点の位置p1及び測距点の位置p5にある時に、ステップS3の判定結果がYESとなる。これにより、位置ズレが閾値を超えている場合には、測定対象100の少なくとも一部が走査範囲61外に移動していると判断できる。また、測定対象100が拡大領域62内の測距点の位置p2,p3,p4にある時に、ステップS3の判定結果がNOとなる。位置ズレが閾値以下である場合には、測定対象100が走査範囲61内にあると判断できる。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the relationship between the measurement target and the reference position. In this example, a reference position p0 is set in advance within the
ステップS4では、プロセッサ41が、測定対象100が走査範囲61内に入るように、測定対象100を追従するための回転ステージ5(または、センサ本体1)の回転補正角度θを算出する。回転補正角θは、測定対象100が走査範囲61内に入るように、測定対象100を追従するための移動手段の移動量の一例である。具体的には、測距点の位置pに基づき、測定対象100を追従するために回転ステージ5を回転させる回転補正角度θを算出する。なお、回転補正角度θは、各測距点の位置pについて予め算出しておいても良い。この場合、表1の如き測距点の位置pに対する回転補正角度θのテーブルをメモリ42などの格納しておき、ステップS4では、プロセッサ41が、測距点の位置pに対応する回転補正角度θをメモリ42内のテーブルから読み出しても良い。図4に示す例では、測定対象100が測距点の位置p4にあるため、テーブルからは回転補正角度θ=−5°が読み出される。表1中、回転補正角度θが負の値の場合には、例えば回転ステージ5を反時計方向(例えば、負方向)へ回転させることを表し、回転補正角度θが正の値の場合には、回転ステージ5を時計方向(例えば、正方向)へ回転させることを表す。
In step S <b> 4, the
ステップS5では、プロセッサ41が、測定対象100が走査範囲61内に収まるよう
に筐体1A(即ち、センサ本体1)を移動するように、回転ステージ5を制御する。具体
的には、回転ステージ5を、回転補正角度θ=−5°だけ回転するように制御する。これにより、測定対象100は、走査範囲61内となる。ステップS6では、プロセッサ41が、2次元走査処理が終了したか否かを判定し、判定結果がNOであると処理はステップS1へ戻り、判定結果がYESであると距離測定処理は終了する。
In step S <b> 5, the
次に、シリンドリカルレンズの例を、図5乃至図7と共に説明する。図5は、シリンドリカルレンズの第1の例を示す図である。図5に示すシリンドリカルレンズ25−1は、ライン状に薄くカットされた単一のレンズ部材で形成されており、例えば円形の開口26を形成する筐体1Aの壁に接着されている。シリンドリカルレンズ25−1は、レーザ光が走査する走査範囲61の行方向(または、地面に対して水平方向)と平行に配置されている。なお、シリンドリカルレンズ25−1は、開口26の中心を通るように配置されているので、拡大領域62は、図1に示すように、走査範囲61の中心を通るように拡大される。このため、拡大領域62を用いて、測定対象100の中心部分が走査範囲61外に移動したことを検知できる。
Next, an example of a cylindrical lens will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a diagram illustrating a first example of a cylindrical lens. A cylindrical lens 25-1 shown in FIG. 5 is formed of a single lens member that is thinly cut in a line shape, and is bonded to, for example, a wall of the housing 1A that forms a
図6は、シリンドリカルレンズの第2の例を示す図である。シリンドリカルレンズ25−2は、ライン状に薄くカットされた複数(この例では、一対)の平行なレンズ部材で形成されており、例えば円形の開口26を形成する筐体1Aの壁に接着されている。シリンドリカルレンズ25−2は、レーザ光が走査する走査範囲61の行方向(または、地面に対して水平方向)と平行に配置されている。なお、シリンドリカルレンズ25−2は、開口26の中心を避けた上下を通るように配置されているので、一対の拡大領域62は、走査範囲61の中心を避けた上下を通るように拡大される。このため、一対の拡大領域62を用いて、測定対象100の上部分及び下部分が走査範囲61外に移動したことを検知できる。つまり、測定対象100が人間の場合、一対の拡大領域62を用いて、人間の頭部と足部とを検知できる。この場合、一対の拡大領域62の夫々は、1行分、または、例えば数行分(例えば、5行以下)の測距点を有しても良い。
FIG. 6 is a diagram illustrating a second example of the cylindrical lens. The cylindrical lens 25-2 is formed of a plurality (in this example, a pair) of parallel lens members that are thinly cut in a line shape, and is bonded to, for example, the wall of the housing 1A that forms the
図7は、シリンドリカルレンズの第3の例を示す図である。シリンドリカルレンズ25−3は、ライン状に薄くカットされた単一のレンズ部材で形成されており、例えば円形の開口26を形成する筐体1Aの壁に接着されている。シリンドリカルレンズ25−2は、レーザ光が走査する走査範囲61の行方向(または、地面に対して水平方向)に対して、或いは、走査範囲61の列方向(または、地面に対して垂直方向)に対して、平行以外の傾いた配置を有する。なお、シリンドリカルレンズ25−3は、開口26の中心を通るように斜めに配置されているので、拡大領域62は、走査範囲61の中心を通るように斜めに拡大される。このため、拡大領域62を用いて、測定対象100の上部分が水平方向に沿って一方の方向(例えば、左方向)へ走査範囲61外に移動したことを検知すると共に、測定対象100の下部分が水平方向に沿って他方の方向(例えば、右方向)へ走査範囲61外に移動したことを検知することができる。なお、斜めの配置を有するシリンドリカルレンズ25−3は、開口26の中心を避けて配置しても良く、複数のレンズ部材で形成されていても良い。
FIG. 7 is a diagram illustrating a third example of the cylindrical lens. The cylindrical lens 25-3 is formed of a single lens member that is thinly cut in a line shape, and is bonded to, for example, a wall of the housing 1A that forms a
筐体1Aに回転可能な円形のスリーブが設けられ、開口26がスリーブの壁により形成される場合には、スリーブを回転させることで、各シリンドリカルレンズ25,25−1〜25−3を任意の回転角度に設定可能である。なお、この場合のスリーブは、開口26を有するリング部材であり、例えば図1において開口26の部分に相当するため、図示は省略する。
When the casing 1A is provided with a rotatable circular sleeve and the
次に、レーザ光の到達位置について、図8及び図9と共に説明する。図8は、シリンドリカルレンズが設けられない場合のレーザ光の到達位置を説明する図である。また、図9は、シリンドリカルレンズが設けられる場合のレーザ光の到達位置を説明する図である。図8及び図9において、Mpは、MEMSミラー24の反射面の位置を示し、Sp1,Sp2は、位置Mpからの距離がLである走査範囲61の位置を示す。
Next, the arrival position of the laser beam will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a diagram for explaining the arrival position of the laser beam when the cylindrical lens is not provided. FIG. 9 is a diagram for explaining the arrival position of the laser beam when a cylindrical lens is provided. 8 and 9, Mp indicates the position of the reflection surface of the MEMS mirror 24, and Sp1 and Sp2 indicate the position of the
図8に示すように、MEMSミラー24の地面と平行な水平面に対する振り角をθ1とすると、シリンドリカルレンズ25を通らず、開口26を介して出射されるレーザ光の光路長k1は、位置Mpからの水平距離をLを用いてk1=L/cosθ1で表すことができる。図8において、d1は、位置Mpから水平距離Lの位置における、この例では開口26の中心を通る水平面に対するレーザ光のビーム位置(または、高さ位置)を示す。
As shown in FIG. 8, when the swing angle of the MEMS mirror 24 with respect to the horizontal plane parallel to the ground is θ 1 , the optical path length k 1 of the laser light emitted through the
一方、図9に示すように、シリンドリカルレンズ25を介して出射されるレーザ光の光路長k2については、レーザ光のビーム位置をd2と、位置Mpからシリンドリカルレンズ25までの水平距離をsとし、シリンドリカルレンズ25を通るレーザ光の水平面に対する振り角をθ2とすると、次式(1)が成り立つ。図9において、d2は、位置Mpから水平距離Lの位置における、シリンドリカルレンズ25を通る水平面に対するレーザ光のビーム位置(または、高さ位置)を示す。
On the other hand, as shown in FIG. 9, for the optical path length k 2 of the laser light emitted through the
tanθ2=(d2−s×tanθ1)/(L−s) ・・・式(1)
従って、シリンドリカルレンズ25を介して出射されるレーザ光の光路長k2は、上記の式(1)を用いて次式(2)から算出することができる。図8及び図9からもわかるように、シリンドリカルレンズ25を介して出射されるレーザ光の光路長k2は、シリンドリカルレンズ25を通らず、開口26を介して出射されるレーザ光の光路長k1より長くなる。
tan θ 2 = (d 2 −s × tan θ 1 ) / (L−s) (1)
Therefore, the optical path length k 2 of the laser light emitted through the
k2=(s/cosθ1)+{(L−s)/cosθ2)} ・・・式(2)
図3に示すステップS2において、プロセッサ41は、シリンドリカルレンズ25を通らず、開口26を介して出射されるレーザ光の測距点については、上記の光路長k1に基づき測定対象100の位置を算出することで、測定対象100までの距離を測定できる。また、ステップS2において、プロセッサ41は、シリンドリカルレンズ25を介して出射されるレーザ光の測距点については、上記の光路長k2に基づき多測定対象100の位置を算出することで、測定対象100までの距離を測定できる。このように、シリンドリカルレンズ25を介して出射されるレーザ光の測距点については、シリンドリカルレンズ25を通らず、開口26を介して出射されるレーザ光の測距点について算出した測定対象100の位置を補正して、測定対象100までの距離を測定しても良い。このような補正を行う場合、測定対象100までの距離の測定精度を向上することができる。
k 2 = (s / cos θ 1 ) + {(L−s) / cos θ 2 )} Expression (2)
In step S <b> 2 shown in FIG. 3, the
なお、振り角θ1の時のビーム位置d2を予め求めておき、データテーブルに登録しておいても良い。この場合、データテーブルは、図2に示すメモリ42などに格納可能である。振り角θ1に対する光路長k2は、データテーブルから読み出したビーム位置d2を用いて、上記の式(1),(2)に基づいて算出することができる。さらに、シリンドリカルレンズ25の光学条件がわかる場合には、光学シミュレーションにより振り角θ1と光路長k2との関係を算出してメモリ42などに格納しておいても良い。この場合、振り角θ1に対する光路長k2は、メモリ42から読み出した関係から求めることができる。
Incidentally, it obtained in advance of the beam position d 2 when the swing angle theta 1, may be registered in the data table. In this case, the data table can be stored in the
上記実施例によれば、単一の光学系を用いた比較的簡単な構成で、移動した測定対象を追従して測定対象までの距離を測定できる。また、単一の光学系を用いた比較的簡単な構成を用いるため、2つの光学系を設けた場合のような、2つの光学系間の位置合わせが不要となる。さらに、単一の光学系を用いた比較的簡単な構成を用いるため、距離測定装置のコストの増大を避けることができる。 According to the above embodiment, the distance to the measurement object can be measured by following the moved measurement object with a relatively simple configuration using a single optical system. Further, since a relatively simple configuration using a single optical system is used, alignment between the two optical systems as in the case where two optical systems are provided becomes unnecessary. Furthermore, since a relatively simple configuration using a single optical system is used, an increase in the cost of the distance measuring device can be avoided.
以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
パルス状のレーザ光を2次元で走査範囲を走査させる投光ユニットと、前記レーザ光の反射光に基づき測定対象までの距離を計測する受光ユニットとを有するセンサ本体と、
前記センサ本体を移動する移動手段と、
前記投光ユニットからの前記レーザ光が走査する走査範囲が、前記測定対象を追従するように、前記移動手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記投光ユニットは、前記走査範囲内の少なくとも一列に並んだ測距点の領域を拡大領域に拡大する拡大手段を有し、
前記制御手段は、前記拡大領域内の前記測定対象の位置に応じて、前記移動手段による前記センサ本体の移動を制御することを特徴とする、距離測定装置。
(付記2)
前記拡大手段は、前記センサ本体の筐体の開口に設けられた、単一のレンズ部材で形成されたシリンドリカルレンズを有することを特徴とする、付記1記載の距離測定装置。
(付記3)
前記シリンドリカルレンズは、前記開口の中心を通るように配置され、前記拡大領域は、前記走査範囲の中心を通ることを特徴とする、付記2記載の距離測定装置。
(付記4)
前記拡大手段は、前記センサ本体の筐体の開口に設けられた、複数の平行なレンズ部材で形成されたシリンドリカルレンズを有することを特徴とする、付記1記載の距離測定装置。
(付記5)
前記シリンドリカルレンズは、地面に対して水平方向に対して、或いは、前記地面に対して垂直方向に対して、平行以外の傾いた配置を有することを特徴とする、付記2乃至4のいずれか1項記載の距離測定装置。
(付記6)
前記センサ本体の筐体に設けられた回転可能な円形のスリーブを備え、
前記シリンドリカルレンズは、前記開口を形成する前記スリーブの壁に設けられ、
前記シリンドリカルレンズの回転角度は、前記スリーブを回転することで設定可能される、
付記5記載の距離測定装置。
(付記7)
前記制御手段は、
前記シリンドリカルレンズを介して出射される前記レーザ光の測距点については、前記シリンドリカルレンズを通らず、前記開口を介して出射される前記レーザ光の測距点について算出した前記測定対象の位置を補正して、測定対象までの距離を測定することを特徴とする、付記2乃至6のいずれか1項記載の距離測定装置。
(付記8)
前記測距点の位置に基づき、前記測定対象を追従するために前記移動手段の移動量が各測距点の位置について予め算出された、前記測距点の位置に対する前記移動量のテーブルを格納したメモリをさらに備え、
前記制御手段は、各測距点の位置に対応する移動量を前記メモリ内の前記テーブルから読み出して、前記移動手段を読み出した当該移動量だけ、当該移動量の値の正負に応じた方向へ移動するように制御することを特徴とする、付記1乃至7のいずれか1項記載の距離測定装置。
(付記9)
コンピュータが、パルス状のレーザ光を2次元で走査範囲を走査させる投光ユニットと、前記レーザ光の反射光に基づき測定対象までの距離を計測する受光ユニットとを有するセンサ本体を移動する移動手段を、前記投光ユニットからの前記レーザ光が走査する走査範囲が、前記測定対象を追従するように制御し、
前記投光ユニットの拡大手段が、前記走査範囲内の少なくとも一列に並んだ測距点の領域を拡大領域に拡大し、
前記コンピュータが、前記拡大領域内の前記測定対象の位置に応じて、前記移動手段による前記センサ本体の移動を制御することを特徴とする、距離測定方法。
(付記10)
前記コンピュータが、
前記拡大手段を形成するシリンドリカルレンズを介して出射される前記レーザ光の測距点については、前記シリンドリカルレンズを通らず出射される前記レーザ光の測距点について算出した前記測定対象の位置を補正して、測定対象までの距離を測定することを特徴とする、付記9記載の距離測定方法。
(付記11)
前記測距点の位置に基づき、前記測定対象を追従するために前記移動手段の移動量が各測距点の位置について予め算出された、前記測距点の位置に対する前記移動量のテーブルがメモリされており、
前記コンピュータが、各測距点の位置に対応する移動量を前記メモリ内の前記テーブルから読み出して、前記移動手段を読み出した当該移動量だけ、当該移動量の値の正負に応じた方向へ移動するように制御することを特徴とする、付記9または10記載の距離測定方法。
(付記12)
コンピュータに、距離測定処理を実行させるプログラムであって、
パルス状のレーザ光を2次元で走査範囲を走査させる投光ユニットと、前記レーザ光の反射光に基づき測定対象までの距離を計測する受光ユニットとを有するセンサ本体を移動する移動手段を、前記投光ユニットからの前記レーザ光が走査する走査範囲が、前記測定対象を追従するように制御し、
前記投光ユニットの拡大手段が、前記走査範囲内の少なくとも一列に並んだ測距点の領域を拡大した拡大領域内の前記測定対象の位置に応じて、前記移動手段による前記センサ本体の移動を制御する、
処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、プログラム。
(付記13)
前記拡大手段を形成する前記シリンドリカルレンズを介して出射される前記レーザ光の測距点については、前記シリンドリカルレンズを通らず出射される前記レーザ光の測距点について算出した前記測定対象の位置を補正して、測定対象までの距離を測定する、
処理を前記コンピュータにさらに実行させることを特徴とする、付記12記載のプログラム。
(付記14)
前記測距点の位置に基づき、前記測定対象を追従するために前記移動手段の移動量が各測距点の位置について予め算出された、前記測距点の位置に対する前記移動量のテーブルがメモリされており、
各測距点の位置に対応する移動量を前記メモリ内の前記テーブルから読み出して、前記移動手段を読み出した当該移動量だけ、当該移動量の値の正負に応じた方向へ移動するように制御する、
処理を前記コンピュータにさらに実行させることを特徴とする、付記12または13記載のプログラム。
The following additional notes are further disclosed with respect to the embodiment including the above examples.
(Appendix 1)
A sensor body having a light projecting unit that scans a scanning range in two dimensions with pulsed laser light, and a light receiving unit that measures a distance to a measurement object based on reflected light of the laser light;
Moving means for moving the sensor body;
Control means for controlling the moving means so that a scanning range scanned by the laser light from the light projecting unit follows the measurement object;
With
The light projecting unit has an enlarging means for enlarging an area of ranging points arranged in at least one line within the scanning range into an enlarged area,
The distance measuring apparatus according to
(Appendix 2)
The distance measuring apparatus according to
(Appendix 3)
The distance measuring device according to claim 2, wherein the cylindrical lens is disposed so as to pass through a center of the opening, and the enlarged region passes through a center of the scanning range.
(Appendix 4)
The distance measuring apparatus according to
(Appendix 5)
Any one of Supplementary notes 2 to 4, wherein the cylindrical lens has an inclined arrangement other than parallel with respect to a horizontal direction with respect to the ground or with respect to a vertical direction with respect to the ground. The distance measuring device according to item.
(Appendix 6)
A rotatable circular sleeve provided in the housing of the sensor body;
The cylindrical lens is provided on a wall of the sleeve forming the opening;
The rotation angle of the cylindrical lens can be set by rotating the sleeve.
The distance measuring device according to
(Appendix 7)
The control means includes
For the distance measurement point of the laser light emitted through the cylindrical lens, the position of the measurement object calculated for the distance measurement point of the laser light emitted through the opening without passing through the cylindrical lens The distance measuring device according to any one of appendices 2 to 6, wherein the distance measuring device corrects and measures the distance to the measuring object.
(Appendix 8)
Based on the position of the distance measuring point, a table of the amount of movement with respect to the position of the distance measuring point is stored in which the amount of movement of the moving means is calculated in advance for the position of each distance measuring point in order to follow the measurement object. With additional memory,
The control means reads the movement amount corresponding to the position of each ranging point from the table in the memory, and moves the movement means in the direction corresponding to the sign of the movement amount by the movement amount read out. The distance measuring device according to any one of
(Appendix 9)
Moving means for moving a sensor main body having a light projecting unit that scans a scanning range two-dimensionally with pulsed laser light and a light receiving unit that measures a distance to a measurement object based on reflected light of the laser light A scanning range scanned by the laser light from the light projecting unit is controlled to follow the measurement object,
The enlargement unit of the light projecting unit enlarges the area of the distance measuring points arranged in at least one line within the scanning range into an enlarged area,
The distance measuring method, wherein the computer controls movement of the sensor body by the moving means in accordance with a position of the measurement target in the enlarged region.
(Appendix 10)
The computer is
For the ranging point of the laser beam emitted through the cylindrical lens forming the magnifying means, the position of the measurement object calculated for the ranging point of the laser beam emitted without passing through the cylindrical lens is corrected. Then, the distance measuring method according to appendix 9, wherein the distance to the measuring object is measured.
(Appendix 11)
Based on the position of the distance measuring point, a table of the amount of movement relative to the position of the distance measuring point in which the amount of movement of the moving means is calculated in advance for the position of each distance measuring point in order to follow the measurement object is stored in the memory. Has been
The computer reads the movement amount corresponding to the position of each ranging point from the table in the memory, and moves in the direction corresponding to the positive or negative value of the movement amount by the movement amount read from the moving means. The distance measuring method according to appendix 9 or 10, wherein control is performed so that
(Appendix 12)
A program for causing a computer to execute a distance measurement process,
Moving means for moving a sensor body having a light projecting unit that scans a scanning range two-dimensionally with pulsed laser light and a light receiving unit that measures a distance to a measurement object based on reflected light of the laser light; A scanning range scanned by the laser light from the light projecting unit is controlled so as to follow the measurement object,
In accordance with the position of the measurement target in the enlarged area obtained by enlarging the area of the distance measuring points arranged in at least one line in the scanning range, the enlargement means of the light projecting unit moves the sensor body by the moving means. Control,
A program for causing a computer to execute processing.
(Appendix 13)
For the ranging point of the laser beam emitted through the cylindrical lens forming the magnifying means, the position of the measurement object calculated for the ranging point of the laser beam emitted without passing through the cylindrical lens is Correct and measure the distance to the measurement object,
The program according to appendix 12, further causing the computer to execute a process.
(Appendix 14)
Based on the position of the distance measuring point, a table of the amount of movement relative to the position of the distance measuring point in which the amount of movement of the moving means is calculated in advance for the position of each distance measuring point in order to follow the measurement object is stored in the memory. Has been
The movement amount corresponding to the position of each distance measuring point is read from the table in the memory, and the movement means is controlled to move in the direction corresponding to the value of the movement amount by the read movement amount. To
14. The program according to appendix 12 or 13, further causing the computer to execute processing.
以上、開示の距離測定装置、距離測定方法及びプログラムを実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。 As described above, the disclosed distance measuring device, distance measuring method, and program have been described by way of examples. However, the present invention is not limited to the above examples, and various modifications and improvements can be made within the scope of the present invention. Needless to say.
1 センサ本体
1A 筐体
2 投光ユニット
3 受光ユニット
4 コンピュータ
5 回転ステージ
21 制御回路
22 発光回路
23 レーザ光源
24 2次元MEMSミラー
25,25−1〜25−3 シリンドリカルレンズ
26 開口
31 受光レンズ
32 光検出器
33 距離計測回路
41 プロセッサ
42 メモリ
43 入力装置
44 表示装置
45 インタフェース
61 走査範囲
62 拡大領域
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記センサ本体を移動する移動手段と、
前記投光ユニットからの前記レーザ光が走査する走査範囲が、前記測定対象を追従するように、前記移動手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記投光ユニットは、前記走査範囲内の少なくとも一列に並んだ測距点の領域を拡大領域に拡大する拡大手段を有し、
前記制御手段は、前記拡大領域内の前記測定対象の位置に応じて、前記移動手段による前記センサ本体の移動を制御することを特徴とする、距離測定装置。 A sensor body having a light projecting unit that scans a scanning range in two dimensions with pulsed laser light, and a light receiving unit that measures a distance to a measurement object based on reflected light of the laser light;
Moving means for moving the sensor body;
Control means for controlling the moving means so that a scanning range scanned by the laser light from the light projecting unit follows the measurement object;
With
The light projecting unit has an enlarging means for enlarging an area of ranging points arranged in at least one line within the scanning range into an enlarged area,
The distance measuring apparatus according to claim 1, wherein the control unit controls movement of the sensor body by the moving unit according to a position of the measurement target in the enlarged region.
前記シリンドリカルレンズを介して出射される前記レーザ光の測距点については、前記シリンドリカルレンズを通らず、前記開口を介して出射される前記レーザ光の測距点について算出した前記測定対象の位置を補正して、測定対象までの距離を測定することを特徴とする、請求項2または3記載の距離測定装置。 The control means includes
For the distance measurement point of the laser light emitted through the cylindrical lens, the position of the measurement object calculated for the distance measurement point of the laser light emitted through the opening without passing through the cylindrical lens The distance measuring device according to claim 2, wherein the distance measuring device corrects and measures the distance to the measuring object.
前記投光ユニットの拡大手段が、前記走査範囲内の少なくとも一列に並んだ測距点の領域を拡大領域に拡大し、
前記コンピュータが、前記拡大領域内の前記測定対象の位置に応じて、前記移動手段による前記センサ本体の移動を制御することを特徴とする、距離測定方法。 Moving means for moving a sensor main body having a light projecting unit that scans a scanning range two-dimensionally with pulsed laser light and a light receiving unit that measures a distance to a measurement object based on reflected light of the laser light A scanning range scanned by the laser light from the light projecting unit is controlled to follow the measurement object,
The enlargement unit of the light projecting unit enlarges the area of the distance measuring points arranged in at least one line within the scanning range into an enlarged area,
The distance measuring method, wherein the computer controls movement of the sensor body by the moving means in accordance with a position of the measurement target in the enlarged region.
パルス状のレーザ光を2次元で走査範囲を走査させる投光ユニットと、前記レーザ光の反射光に基づき測定対象までの距離を計測する受光ユニットとを有するセンサ本体を移動する移動手段を、前記投光ユニットからの前記レーザ光が走査する走査範囲が、前記測定対象を追従するように制御し、
前記投光ユニットの拡大手段が、前記走査範囲内の少なくとも一列に並んだ測距点の領域を拡大した拡大領域内の前記測定対象の位置に応じて、前記移動手段による前記センサ本体の移動を制御する、
処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、プログラム。 A program for causing a computer to execute a distance measurement process,
Moving means for moving a sensor body having a light projecting unit that scans a scanning range two-dimensionally with pulsed laser light and a light receiving unit that measures a distance to a measurement object based on reflected light of the laser light; A scanning range scanned by the laser light from the light projecting unit is controlled so as to follow the measurement object,
In accordance with the position of the measurement target in the enlarged area obtained by enlarging the area of the distance measuring points arranged in at least one line in the scanning range, the enlargement means of the light projecting unit moves the sensor body by the moving means. Control,
A program for causing a computer to execute processing.
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