JP2021124418A - 測距装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測距センサにおける測距の誤差に起因する位置センサでの自己位置の検出に対する誤差を低減する。
【解決手段】信号を送信し、測定対象物２００によって反射された当該信号を受信することによって、基準点に対する測定対象物２００までの距離を測定する測距センサ１０２と、自己の位置を検出可能な位置センサ１０４と、を備え、測距センサ１０２の基準点に対して、信号の経路及び信号の処理の遅延時間の少なくとも１つに起因する測距の誤差に相当する距離だけ位置センサ１０４を離して設置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、測距装置に関する。

従来、経度と緯度を測定する位置センサとレーザレーダを組み合わせて、自己位置の測定と測定対象物までの距離の測距が可能な測距装置が開示されている（特許文献１）。

特開２００８−２８１３８０号公報

近年、複数の測距装置を組み合わせて測定対象物の運動を検知するシステムが開発されつつある。例えば、１００ｍ四方程度の測定領域の平面上を移動する物体（移動体）に対して、測定領域の周囲に複数の位置センサであるＬＩＤＡＲを設置し、これら複数のＬＩＤＡＲを用いて移動体の運動を検出する技術が開発されている。

ここで、移動体の運動を検出するためには、複数の位置センサが出力する点群（測定情報）の座標を精度よく合わせる必要がある。したがって、測定装置の自己位置を測定するための自己位置検出可能な位置センサと測定装置から測定対象物までの距離を正確に測定できる測距センサの基準点を正確に合わせることが要求されている。

本発明の１つの態様は、信号を送信し、測定対象物によって反射された当該信号を受信することによって、基準点に対する前記測定対象物までの距離を測定する測距センサと、自己の位置を検出可能な位置センサと、を備え、前記測距センサの前記基準点に対して、前記信号の経路及び前記信号の処理の遅延時間の少なくとも１つに起因する測距の誤差に相当する距離だけ前記位置センサを離して設置していることを特徴とする測距装置である。

ここで、前記測距センサは、前記信号として光を用いた光学的センサであり、前記測距センサ内における前記光の光路及び前記信号の処理の遅延時間に起因する測距の誤差に相当する距離だけ前記位置センサを離して設置していることが好適である。

また、前記位置センサは、ＧＮＳＳであることが好適である。

本発明により、測距センサにおける測距の誤差に起因する位置センサでの自己位置の検出に対する誤差を低減することができる。

本発明の実施の形態における測距装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態における測距装置の具体的な構成を示す図である。

本発明の実施の形態における測距装置１００は、図１に示すように、測距センサ１０２及び位置センサ１０４を備える。

測距センサ１０２は、信号を送信し、測定対象物で反射された当該信号を受信することで、基準点から測定対象物までの距離を測定するセンサである。測距センサ１０２は、例えば、レーザレーダとすることができる。ただし、測距センサ１０２は、これに限定されるものではない。

位置センサ１０４は、測距装置１００の自己位置を測定するセンサである。位置センサ１０４は、例えばＧＰＳ（全地球測位システム）等のＧＮＳＳとすることができる。位置センサ１０４は、これに限定されるものではない。

測距装置１００に含まれる測距センサ１０２及び位置センサ１０４の機能は独立しており、それぞれ測定の基準点を持つため、双方の基準点のずれが測定精度に影響する。そこで、本実施の形態における測距装置１００では、測距センサ１０２の測距の基準点に対して、信号の経路及び信号の処理に伴う遅延時間の少なくとも１つに起因する測距の誤差に相当する距離に応じて位置センサ１０４の設置位置を決めている。

以下、図２を参照して、本実施の形態における測距装置１００における測距センサ１０２と位置センサ１０４の配置について説明する。

測距センサ１０２は、光源１０、受光部１２、ミラー１４、ポリゴンミラー１６及び信号処理部１８を含んで構成される。測距センサ１０２は、光源１０から所定の波長λ_ＬＤのパルス光を出力し、測定対象物２００において反射された反射光を受光部１２にて受光することにより測定対象物２００までの距離を測定する。

光源１０は、測距センサ１０２において測距に利用される光を出射する。光源１０は、レーザダイオード（ＬＤ）とすることができる。光源１０は、例えば、中心発光波長λ_ＬＤが（８７０ｎｍといった）赤外線の帯域であるＬＤを使用してもよい。ただし、光源１０から照射される光の波長は、これに限定されるものではなく、測定対象物２００において反射され、受光部１２において当該反射光が受光できる波長の光や電磁波であればよい。

本実施の形態では、光源１０からパルス光が出力される。光源１０からパルス光が出射されると、その出射時刻ｔ_０が信号処理部１８に入力される。

また、光源１０から光を広範囲に照射するための手段を設けてもよい。例えば、光源１０から出力された光をミラー１４で反射させ、さらにポリゴンミラー１６を回転させて、光源１０から出力される光の照射角度を変更できる構成としてもよい。光源１０の出光面が測距センサ１０２における測距の基準点となる。なお、測距センサ１０２ではミラー１４及びポリゴンミラー１６を用いる構成としたが、これに限定されるものではない。

受光部１２は、受光素子を含んで構成される。受光部１２は、例えば、複数の受光素子を配列させた構成とされる。例えば、縦４個×横４個の合計１６個の受光素子をアレイ状に並べた構成とすることができる。ただし、受光部１２における受光素子の配置は、これに限定されるものではなく、単一の受光素子で構成してもよいし、複数の受光素子を１次元的又は２次元的に配置するような構成としてもよい。

受光部１２の各受光素子に光が入射すると、光の強度に応じた電気信号に変換されて信号処理部１８へ強度信号が出力される。したがって、受光部１２から出力される強度信号の時間的変化から強度波形を取得することができる。

信号処理部１８は、受光部１２において取得された強度波形を処理して、測距センサ１０２から測定対象物２００までの距離を算出する。すなわち、信号処理部１８は、受光部１２において取得された信号の強度波形に含まれるパルス光の反射光に基づいて物体までの距離を算出する。具体的には、光源１０から出力されたパルス光を測定対象物２００が反射した反射光の成分を受光部１２で取得した信号の強度波形から抽出し、当該パルス光の出射時刻ｔ_０から当該パルス光の反射光の受光時刻ｔ_ｒとの差分Ｔ（＝ｔ_ｒ−ｔ_０）に基づいて測距センサ１０２から測定対象物２００までの距離Ｄを演算する。すなわち、信号処理部１８は、数式（１）に示すように、差分Ｔに光速ｃを乗算し、それを２で割ることで測定対象物２００までの距離Ｄを求める。

ここで、送信時刻ｔ_ｏと受光時刻ｔ_ｒの差分Ｔは、測距センサ１０２内のミラー１４やポリゴンミラー１６等を含む光路の長さと信号処理部１８における信号処理における回路遅延による誤差を含んでいる。すなわち、信号処理部１８によって算出された距離Ｄにもその誤差が含まれる。したがって、単純に位置センサ１０４を測距センサ１０２の光源１０の直上に配置すると、位置センサ１０４の基準点と測距センサ１０２の基準点に誤差が生じる。

そこで、測距装置１００では、当該誤差を減少させるように測距センサ１０２及び位置センサ１０４を配置する。本実施の形態の測距センサ１０２の構成では、差分Ｔは、光源１０からミラー１４までの光路ｄ１、ミラー１４からポリゴンミラー１６までの光路ｄ２における遅延時間２（ｄ１＋ｄ２）／ｃ及び信号処理部１８における回路遅延による時間ｔｄを含んでいる。

したがって、実際に測定される差分Ｔ’は数式（２）で表される。ただし、ポリゴンミラー１６の反射面と光源１０の出光面（測距センサ１０２の基準点）は一致するように構成されているものとし、光源１０の出光面と測定対象物２００との距離を光路ｄａとする。

このうち、光路の長さと信号処理における回路遅延による誤差分の時間Ｔｅは数式（３）となる。

この誤差分の時間Ｔｅを数式（１）の差分Ｔに代入すると、数式（４）のように誤差距離Ｄｅを求めることができる。

この誤差距離Ｄｅを考慮して、測距センサ１０２の基準点である光源１０の出光面から誤差距離Ｄｅだけ後の位置に位置センサ１０４の受信部の位相中心（位置センサ１０４のセンサの基準点）を配置する。

このように、測距センサ１０２の基準点から誤差距離Ｄｅに相当する距離だけ位置センサ１０４の基準点を離して設置することによって、測距センサ１０２の測距機能と位置センサ１０４の自己位置の検出機能とに誤差がない測距装置１００を提供することができる。すなわち、複数の測距装置１００の位置座標を組み合わせて測定対象物２００の位置を検出するシステムを構成した際に、複数の測距装置１００の点群（測定情報）の座標を精度よく合わせることができる。

なお、本実施の形態では、光路の長さによる誤差分と信号処理における回路遅延による誤差分との両方に応じて測距センサ１０２と位置センサ１０４の基準点を離して配置する構成としたが、光路の長さによる誤差分と信号処理における回路遅延による誤差分の少なくとも１つに起因する誤差に相当する距離だけ測距センサ１０２と位置センサ１０４の基準点を離して配置する構成とすればよい。これによって、光路の長さによる誤差分と信号処理における回路遅延による誤差分のいずれかに起因する測距と自己位置検出との誤差を軽減することができる。

１０ 光源、１２ 受光部、１４ ミラー、１６ ポリゴンミラー、１８ 信号処理部、１００ 測距装置、１０２ 測距センサ、１０４ 位置センサ、２００ 測定対象物。

Claims (3)

1. 信号を送信し、測定対象物によって反射された当該信号を受信することによって、基準点に対する前記測定対象物までの距離を測定する測距センサと、
   自己の位置を検出可能な位置センサと、
   を備え、
   前記測距センサの前記基準点に対して、前記信号の経路及び前記信号の処理の遅延時間の少なくとも１つに起因する測距の誤差に相当する距離だけ前記位置センサを離して設置していることを特徴とする測距装置。
2. 請求項１に記載の測距装置であって、
   前記測距センサは、前記信号として光を用いた光学的センサであり、
   前記測距センサ内における前記光の光路及び前記信号の処理の遅延時間に起因する測距の誤差に相当する距離だけ前記位置センサを離して設置していることを特徴とする測距装置。
3. 請求項１又は２に記載の測距装置であって、
   前記位置センサは、ＧＮＳＳであることを特徴とする測距装置。
   

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