JP3962929B2 - レーザ距離画像生成装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ距離画像生成装置及び方法に関する。

従来のレーザ距離画像生成装置について図１１を参照して説明する。

図１１（ａ）のレーザ距離画像生成装置は、パルスレーザ発生装置７０、レーザ走査装置７１、受光光学部７５、検知素子７６、アンプ回路７７、パルスカウント回路７８、処理部７９及び制御部８１を有している。

パルスレーザ発生装置７０は、制御部８１からの指令（レーザトリガ）に応じてパルスレーザ光を発生させ、レーザ走査装置７１へ出力する。同時に、パルスレーザ発生装置７０は、レーザ送信信号８０を処理部７９へ出力する。

レーザ走査装置７１は、制御部８１からの走査位置指令に基づき、パルスレーザ発生装置７０からのパルスレーザ光を目標へ向けて照射しつつ走査する。換言すると、レーザ走査装置７１は、走査パルスレーザ７２の照射位置を制御する。このとき、レーザ走査装置７１は、パルスレーザ発生装置７０からの出力レーザ光をそのまま使うため、走査パルスレーザ７２はペンシルビームである。

受光光学部７５は、目標７３からの反射レーザ信号７４を検知素子７６の受光面に集光する。

検知素子７６は、入力光を電気信号に変換する。アンプ回路７７は、検知素子７６からの電気信号を増幅してパルスカウント回路７８へ出力する。

パルスカウント回路７８は、クロックカウンタを有しており、処理部７９の指令に基づき、レーザ送信信号８０が処理部７９に入力されてから、アンプ回路７７からの電気信号がパルスカウント回路７８に入力されるまでの時間をカウントする。

処理部７９は、パルスカウント回路７８がカウントした時間に基づき、このレーザ距離画像生成装置から目標７３までの距離を表す距離値を求める。具体的には、得られた時間に光速／２を乗算して距離値とする。処理部７９は、求めた距離値を制御部８１へ出力する。

このレーザ距離画像生成装置では、制御部８１からレーザトリガが１回出力される毎に、１個の距離値が得られる。従って、走査領域（全視野範囲）を複数の画素領域に区分し、これらの画素領域に対して、走査パルスレーザ７２を順次照射することにより、図１１（ｂ）に示すような走査領域（全視野範囲）の全画素の距離値を得ることができる。制御部８１は、こうして得られた全画素の距離値に基づいて距離画像を合成する。
特開２００２−３２３５６４号公報 特開平０４−２８３６８５号公報 特開２００１−０５２１７１号公報 特開２００２−２５０７６９号公報 特開平０４−３５１９８８号公報

しかしながら、従来のレーザ距離画像生成装置においては、次のような問題点がある。

第１の問題点は、レーザ光の照射範囲が狭く、全視野範囲を走査するのに長時間を要する点である。換言すると、従来のレーザ距離画像生成装置は、フレーム周期が長いという問題点がある。これは、パルスレーザ発生装置からのパルスレーザ光をそのまま用いるため、即ち、走査レーザビームがペンシルビームであるためである。

第２の問題点は、視野が狭い点である。これは、単一の検知素子を使用しているためである。この問題を解決する方法として、複数の検知素子を用いることが考えられるが、検知素子を増加させるとそれに応じてパルスカウト回路も増やさなければならないので、装置が大型化するという別の問題が生じる。

本発明は、上記問題点を解決し、装置を大幅に大型化することなく、フレーム周期を短縮できるレーザ距離画像生成装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、パルスレーザビームで視野領域内を走査し、その反射レーザビームを検知部で検知して距離画像を生成するレーザ距離画像生成装置において、前記検知部として、前記視野領域を構成する複数の画素領域に１対１で対応する複数の検知素子を備えたアレイ検知素子を用い、前記パルスレーザビームの走査を複数の画素領域を走査単位として行うとともに、前記反射レーザビームの検知を対応する複数の検知素子を検知単位として行うようにし、各検知単位を構成する複数の検知素子の出力を、他の検知単位を構成する複数の検知素子であって同一位置にある検知素子の出力と集約するようにしたことを特徴とするレーザ距離画像生成装置が得られる。

また、本発明によれば、パルスレーザビームを発生するパルスレーザ発生装置と、前記パルスレーザビームの形状を所定形状に成形するレーザビーム成形部と、該レーザビーム成形部により成形されたパルスレーザビームを視野領域内で走査するレーザ走査装置と、前記視野領域を構成する複数の画素領域に１対１で対応する複数の検知素子を備え、かつこれら複数の検知素子が複数のブロックに区分された、反射レーザビームを検知するアレイ検知素子と、前記複数のブロックの同一位置にある複数の検知素子に共通接続され、前記パルスレーザビームの発生から前記反射レーザビームの検知までに要する時間をカウントする複数のカウンタ回路と、該複数のカウンタ回路からの出力に基づいてレーザ画像を生成する処理部と、前記パルスレーザ発生装置、前記レーザ走査装置及び前記処理部を制御する制御部とを備え、前記反射レーザビームの検知が前記ブロックを単位として行われるように、前記所定形状を定め、前記成形されたパルスレーザビームの走査を行うようにしたことを特徴とするレーザ距離画像生成装置が得られる。

さらに、本発明によれば、パルスレーザビームで視野領域内を走査し、その反射レーザビームを検知部で検知して距離画像を生成するレーザ距離画像生成方法であって、前記検知部として、前記視野領域を構成する複数の画素領域に１対１で対応する複数の検知素子を備えたアレイ検知素子を用いるレーザ距離画像生成方法において、前記パルスレーザビームの走査を複数の画素領域を走査単位として行うとともに、前記反射レーザビームの検知を対応する複数の検知素子を検知単位として行い、各検知単位を構成する複数の検知素子の出力を、他の検知単位を構成する複数の検知素子であって同一位置にある検知素子の出力と集約するようにしたことを特徴とするレーザ距離画像生成方法が得られる。

本発明によれば、パルスレーザ発生装置からのペンシルビームを成形して照射範囲を広げ、複数の画素に相当する複数の検知素子を検知単位として測距を行うようにしたことで、フレーム周期を短縮することができる。

また、本発明によれば、各検知単位を構成する検知素子の出力を他の検知単位を構成する検知素子の出力と集約するようにしたことで、検知素子の数に比べて、カウント回路の数を大幅に少なくすることができる。これにより、装置を大幅に大型することなく、広視野化を実現することができる。

さらに、本発明によれば、パルスカウント回路などを増やすことなく、画像の画素数を増加させることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１に本発明の第１の実施の形態に係るレーザ距離画像生成装置を示す。

図１のレーザ距離画像生成装置は、パルスレーザ発生装置１、レーザビーム成形部２、レーザ走査装置３、受光光学部７、アレイ検知素子８、可動アパーチャ９、アンプ回路１０、周期集約信号ケーブル１１、パルスカウント回路１２、処理部１３、及び制御部１５を備えている。

パルスレーザ発生装置１は、制御部１５からのレーザトリガに応じて、パルスレーザ光を発生させ、レーザビーム成形部２へ出力する。同時に、パルスレーザ発生装置は、パルスレーザ光を発生させたことを表すレーザ送信信号１４を処理部１３へ出力する。

レーザビーム成形部２は、パルスレーザ発生装置１からのパルスレーザ光（ペンシルビーム）の径を広げて所定のビーム形状（具体的には、後述する焦点面ブロック８−２に対応する形状）に成形し、レーザ走査装置３へ出力する。

レーザ走査装置３は、制御部１５からの走査位置指令に基づき、目標５へ向けて走査パルスレーザ４を照射し、その照射位置を制御する。即ち、レーザ走査装置３は、目標５を含むように想定した視野領域を所定の走査パターンで走査するように、走査パルスレーザ４の照射位置を制御する。

受光光学部７は、目標５からの反射レーザ光６をアレイ検知素子８の入射面に集光させる。換言すると、受光光学部７は、レーザ走査装置３によって走査される範囲（視野範囲）と、アレイ検知素子８の視野範囲とを一致させる。

可動アパーチャ９は、アレイ検知素子８の入射面側に配置され、アレイ検知素子８の一部を露出させる。可動アパーチャ９の位置は、制御部１５からの走査位置信号により制御され、それによって、露出する検知素子群（ブロック）が変更される。

アレイ検知素子８は、多数の検知素子を、例えばＡ個×Ｂ個に行列配列したものである。あるいは複数の検知素子を行列配置（例えばＥ個×Ｆ個）した複数のアレイ検知素子を、行列配置（例えば、Ｍ個×Ｎ個）したものでもよい。このアレイ検知素子８は、レーザ走査装置３の走査領域（視野領域）に対応している。即ち、視野領域をＡ個×Ｂ個の画素領域とした場合に、これらの画素領域にアレイ検知素子８を構成する検知素子が１対１で対応している。

アンプ回路１０は、アレイ検知素子８の検知素子に１対１に設けられている。各アンプ回路１０は、対応する検知素子からの出力電気信号を増幅して出力する。アンプ回路１０の出力は、周期集約型信号ケーブル１１を介してパルスカウント回路１２に入力される。

ここで、図２を参照して、周期集約型信号ケーブル１１について説明する。

図２において、アレイ検知素子８はＡ個×Ｂ個に行列配置された複数の検知素子８−１（小丸で示す）を有している。このＡ×Ｂの配列が最終的な距離画像の画素数に相当する。

アレイ検知素子８は、Ｍ個×Ｎ個の焦点面ブロック８−２に区切られている（分割されている）。各焦点面ブロック８−２は、Ｅ個×Ｆ個の検知素子８−１で構成される。したがって、アレイ検知素子８の検知素子８−１の数は、Ａ×Ｂ＝Ｍ・Ｅ×Ｎ・Ｆ、と記述できる。

アンプ回路１０は、上述したように、アレイ検知素子８の検知素子８−１に１対１で接続されている。従って、アンプ回路１０もアレイ検知素子８と同様に複数のブロックに分割されていると考えることができる。

周期集約型信号ケーブル１１は、全焦点面ブロック８−２に含まれる検知素子出力を同一の位置にあるもの同士で接続する。つまり、周期集約型信号ケーブル１１は、各焦点面ブロック８−２の検知素子が他の焦点面ブロック８−２の同一位置の（位置対応する）検知素子と接続されるように、アンプ回路１０の出力を集約する。

具体的には、各焦点面ブロック８−２の左上の検知素子（黒丸で示す素子、全部でＭ×Ｎ個）に接続された出力アンプ回路１０の出力を１つの出力チャンネル１１−１に集める。また、他の検知素子についても同様に、同じ位置にあるもの同士が接続されるよう、出力アンプ回路１０の出力を出力チャンネル１１−１に集約する。その結果、出力チャンネルの数は、各焦点面ブロック８−２の検知素子数と同じ、Ｅ×Ｆ個になる。

図１に戻ると、周期集約型信号ケーブル１１には、パルスカウント回路１２接続されている。上述したように、周期集約型信号ケーブル１１の出力チャンネル数は、各焦点面ブロック８−２の検知素子数と同じであり、パルスカウント回路１２の総数は、この数に等しい。つまり、パルスカウント回路１２の総数（Ｅ×Ｆ個）は、アレイ検知素子８の検知素子の総数（Ａ×Ｂ＝Ｍ・Ｅ×Ｎ・Ｆ個）よりも少ない。従って、複数の検知素子を有するアレイ検知素子８を用いても、この装置はそれほど大型化しない。なお、各焦点面ブロック８−２の検知素子数を減らせば、パルスカウント回路１２の数を減らせるが、走査に要する時間が増大する。

各パルスカウント回路１２は、クロックカウンタを有しており、処理部１３からの指令に基づき、処理部１３がレーザ送信信号１４を受けてからアンプ回路１０の出力信号が得られるまでの時間を求める。

処理部１３は、パルスカウント回路１２がカウントした時間に基づいて、レーザ距離画像生成装置と目標５との間の距離を表す距離値を求める。具体的には、求めた時間に光速／２を乗算して距離値とする。１回のレーザトリガにより、Ｅ×Ｆ個の画素の距離値が同時に得られる。処理部１３は、求めた距離値を制御部１５へ出力する。

このレーザ距離画像生成装置では、レーザビーム成形部２の働きにより、レーザ走査装置３より照射される１回の走査パルスレーザ４の大きさ（照射範囲）を、アレイ検知素子８の入射面上の１つの焦点面ブロック８−２の視野範囲となるよう設定している。従って、焦点面ブロック８−２の視野範囲を走査単位として、走査パルスレーザ４を走査することにより、前記画素の距離値を求めることができる。制御部１５は、走査パルスレーザ３（及び可動アパーチャ９）を制御しているので、処理部１３から出力される距離値がどの焦点面ブロック８−２からのものであるのか識別できる。

図３を参照して、走査パルスレーザと、可動アパーチャ９及びアレイ検知ブロック８との関係を説明する。

図３（ａ）は、走査パルスレーザ４が照射される全視野範囲を示しており、図３（ｂ）は、可動アパーチャ９の開口部とアレイ検知素子８との位置関係を示している。

図３（ａ）に示すように、このレーザ距離画像生成装置の全視野範囲１６は、アレイ検知素子８の入射面上の焦点面ブロック８−２の視野範囲に対応させてＭ×Ｎ個の照射ブロック１７に区分されている。即ち、照射ブロック１７と焦点面ブロック８−２とは１対１に対応している。また、走査パルスレーザ４の大きさ（照射範囲）、形状は１つの照射ブロック１７と同じとする。走査パルスレーザ４の大きさは、図３（ｃ）に示すように、レーザ強度分布１８の半値幅１９で規定される。

可動アパーチャ９は、レーザビーム裾野２０の影響を取り除くために、目標とする照射ブロック１７に対応する焦点面ブロック８−２のみを露出させ、他の焦点面ブロック８−２を覆うよう位置制御される。走査パルスレーザ４を照射する位置を図３（ａ）に矢印で示すように隣の照射ブロックに移動させるときには、可動アパーチャも同期して同方向の焦点面ブロック８−２を露出させるべく移動制御する。これにより、目標とする照射ブロック１７の隣の照射ブロックに向かって照射されるレーザビーム裾野２０が遮られ、クロストークノイズの発生が防止される。即ち、目標の照射ブロック１７に対応する焦点面ブロック８−２のみからの検知信号に基づく距離値が得られる。

再び図１にもどると、制御部１５は、レーザ走査装置３（及び可動アパーチャ９）への走査位置指令と、処理部１３からの距離値とを対応させ、各焦点面ブロックに対応する画像データを得る。そして、制御部１５は、走査パルスレーザ４を順次走査・照射しながら全焦点面ブロックに対応する画像データを取得し、全視野範囲の距離画像を合成する。

以上のように、本実施の形態に係るレーザ距離画像生成装置では、複数の焦点面ブロックに区分された多数の検知素子の出力を周期集約型信号ケーブルで集約し、所定形状に広げたレーザビームを用いて、焦点面ブロックを検知単位とするレーザ走査を行うようにしたことで、多画素の距離画像を作成する装置において、構成ユニット数の大きく増加させることなく、高速化を実現することができる。また、このレーザ距離画像生成装置では、焦点面ブロックを一つだけ露出させる可動アパーチャを用いることにより、クロストークノイズのない距離画像を得ることができる。

また、本実施の形態に係るレーザ処理画像再生装置では、焦点面ブロック単位で検知画素を増設し、その出力を他の焦点面ブロックの出力と集約することにより、パルスカウント回路１２を増やすことなく、画素数を増やすことができる。

次に、図４乃至図７を参照して、本発明の第２の実施の形態に係るレーザ距離画像生成装置について説明する。

図４のレーザ距離画像生成装置は、パルスレーザ発生装置２１、レーザビーム成形部２２、レーザ走査装置２３、受光光学部２７、周期集約型光ファイバ２８、可動アパーチャ２９、集光レンズ３０、検知素子３１、パルスカウント回路３２、処理部３３、及び制御部３５を備えている。なお、パルスレーザ発生装置２１、レーザビーム成形部２２、レーザ走査装置２３、受光光学部２７、可動アパーチャ２９、パルスカウント回路３２、処理部３３、及び制御部３５は、それぞれ、図１のレーザ距離画像生成装置が備えるものと同様なので、その説明を省略する。

周期集約型光ファイバ２８は、画素に１対１で対応する複数の光ファイバからなる。それらの光ファイバの一端は、レーザ走査装置の走査領域（視野範囲）に対応するように行列配置され、ファイバ入力焦点面２８−１を構成する。このファイバ入力焦点面２８−１が、第１の実施の形態におけるアレイ検知素子８に相当する。これらの光ファイバの他端は、第１の実施の形態における周期集約信号ケーブルと同様に、ファイバ入力焦点面２８−１上の位置に応じて、複数のファイバ出力チャンネル２８−２に集約される。

複数のファイバ出力チャンネル２８−２には、それぞれ集光レンズ３０を介して検知素子３１が接続されている。また、検知素子３１は、１対１でパルスカウント回路３２に接続されている。検知素子３１は、ファイバ出力チャンネル２８−２から出力される光を電気信号に変換してパルスカウント回路３２へ出力する。

図５を参照して、周期集約型光ファイバ２８についてより詳細に説明する。

図５に示す例では、周期集約型光ファイバ２８は、３５×３５本の光ファイバ２８−４からなる。そして、その一端は、３５個×３５個に行列配置され、ファイバ入力焦点面２８−１を形成する。この３５個×３５個の配列が最終的な距離画像の画素数に相当する。

光ファイバ２８−４の各々が、例えば、１ｍｒａｄの視野角を有しているとすると、ファイバ入力焦点面２８−１の全視野は３５ｍｒａｄ×３５ｍｒａｄである。

ファイバ入力焦点面２８−１は、７個×７個の焦点面ブロック２８−３に区分されている。従って、各焦点面ブロック２８−３は、５本×５本の光ファイバ２８−４を有する。これにより、１つの焦点面ブロック２８−３の視野角は５ｍｒａｄ×５ｍｒａｄである。

各焦点面ブロック２８−３の光ファイバ２８−４は、他の焦点面ブロックの同じ位置に位置する光ファイバ２８−４と集約され１つのファイバ出力チャンネル２８−２とされる。具体的には、黒丸で示す４９本の光ファイバ（各焦点面ブロック２８−３の左上に位置する光ファイバ）が集約される。同様に、他の光ファイバも、４９本ずつ集約される。こうして、ファイバ入力焦点面２８−１の３５×３５本の光ファイバ２８−４が２５個のファイバ出力チャンネル２８−２に集約される。

図６（ａ）及び（ｂ）に、図４に示す走査パルスレーザ２４と可動アパーチャ２９の詳細を示す。図６（ａ）に示すように、このレーザ距離画像生成装置の全視野範囲３６は、ファイバ入力焦点面２８−１上の焦点面ブロック２８−２と同じ視野範囲を持つように７×７個の照射ブロック３７に区分されている。これにより、照射ブロック３７と焦点面ブロック２８−３とは１対１に対応する。走査パルスレーザ２４の大きさ、形状は１つの照射ブロック３７と同じとする。走査パルスレーザ２４の大きさは、図６（ｃ）に示すように、レーザ強度分布３８の半値幅３９で規定され、上記例では、断面形状をφ５ｍｒａｄの円形とする。

可動アパーチャ２９は、走査パルスレーザ２４が照射されている照射ブロックに対応する焦点面ブロック２８−３を一つだけ選択的に露出させ、他の焦点面ブロック２８−３への反射光の入射を遮る。即ち、走査パルスレーザ２４の大きさを図６（ｃ）で示すようにレーザ強度分布３８の半値幅３９で規定した場合に、レーザビーム裾野２０が目標の照射ブロック３７に隣接する照射ブロック３７照射されるのを防止し、クロストークノイズの発生を防ぐ。可動アパーチャ２９は、走査パルスレーザ２４の照射位置を制御する走査位置指令を受け、走査パルスレーザの照射位置が図６（ａ）の矢印のように移動する場合に、同期して対応する焦点面ブロック２８−３を露出させるように移動制御される。

次に、図７を参照して、図４のレーザ距離画像生成装置の動作を説明する。図７（ａ）にタイミングチャート、図７（ｂ）に走査パルスレーザの走査の様子を示す。

図７（ａ）において、制御部３５がレーザトリガを出力すると、パルスレーザ発生装置２１は、各レーザトリガに応答してレーザ光を発生しレーザビーム成形部２２へ出力する。同時に、パルスレーザ発生装置は、レーザ送信信号３４を出力する。

レーザビーム成形部２２は、レーザ光をφ５ｍｒａｄの円形に成形し、レーザ走査装置２３へ出力する。レーザ走査装置２３は、制御部３５の走査位置指令によりレーザ成形部２２から受けたパルスレーザ光の照射方向を制御し、走査パルスレーザ２４を照射する。

可動アパーチャ２９は、制御部３５の走査位置指令により露光位置制御を行う。この位置制御は、走査パルスレーザ２４の照射位置変更と同期して行われる。

周期集約型光ファイバ２８は、ファイバ入力焦点面２８−１に入射した反射レーザ光を集約し、集光レンズ３０を介して、検知素子３１に入射させる。

検知素子３１は入射する光を電気信号に変換する。

パルスカウント回路３２は、レーザ送信信号３４により時間計測を開始し、検知素子３１の出力信号により時間計測を終了する。パルスカウント回路３２は、計測した時間を処理部３３へ通知する。

処理部３３は、パルスカウント回路３２からの計測時間から、この装置と目標との距離を表す距離値を算出し、制御部３５へ通知する。制御部３５は、走査位置指令に基づいて画素位置を特定し、処理部３３からの距離値（距離データ）と画素位置（走査位置データ）とを互いに関連付けてメモリに保存する。

以降、制御部３５がレーザトリガ及び走査位置指令を出力する毎に上記動作を繰り返す。その際、図７（ｂ）に示すように、照射ブロック単位でパルスレーザ光の照射位置が変更される。以上の動作を４９回繰り返すと、全視野範囲３６の距離値が取得できる。即ち、１フレーム分の距離データが得られる。１フレーム分の処理データを得た制御部３５は、メモリに保存されている距離データと走査位置データをもとに距離画像を合成し表示等を行う。

以上のように、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様、装置を大幅に大型化することなく、高速化ができる。

なお、上記実施の形態では、レーザビーム成形部で成形したレーザ光の断面形状を円形としたが、楕円形や矩形でもよい。

また、視野角度、画素数、ブロック数、ファイバ数などは、上記実施の形態に限定されるものではなく、装置の使用目的等に応じて適宜変更される。

次に、図８乃至図１０を参照して、本発明の第３の実施の形態に係るレーザ距離画像生成装置ついて説明する。

図８のレーザ距離画像生成装置は、図４の装置と基本構成は同じである。即ち、図８のパルスレーザ発生装置５１、レーザビーム成形部５３、レーザ走査装置５５、受光光学部５０、周期集約型光ファイバ５９、可動アパーチャ６０、集光レンズ６１、検知素子６２、パルスカウント回路６３、処理部６４、及び制御部６６が、それぞれ、図４の、パルスレーザ発生装置２１、レーザビーム成形部２２、レーザ走査装置２３、受光光学部２７、周期集約型光ファイバ２８、可動アパーチャ２９、集光レンズ３０、検知素子３１、パルスカウント回路３２、処理部３３、及び制御部３５に対応する。

図８のレーザ距離画像生成装置が、図４の装置と異なる点は、パルスレーザ装置５２とレーザビーム成形部５４とをさらに備えている点である。

パルスレーザ発生装置５１，５２は、同一構成の装置であり、それぞれ制御部６６からのレーザトリガ受けてパルスレーザ光を発生し、レーザビーム成形部５３，５４へ出力する。また、パルスレーザ発生装置５１，５２はそれぞれレーザ送信信号を処理部６４へ出力する。

また、レーザビーム成形部５３，５４も同一構成の装置であり、パルスレーザ発生装置５１，５２からのパルスレーザ光をそれぞれ所定の形状（同一形状）に成形する。

レーザ走査装置５５は、図９（ａ）に示すように、あらかじめパルスレーザ発生装置５１からの走査パルスレーザ５６−１とパルスレーザ発生装置５２からの走査パルスレーザ５６−２とを互いに異なる２個の照射ブロック６８に照射するように設定される。パルスレーザ発生装置５１，５２からの走査パルスレーザ５６は、同時に同方向に走査される。従って、これらの走査パルスレーザ５６は、いずれか一方のみが全視野範囲６７の外に照射されることがないように、図９（ａ）のように、同一行の２つの照射ブロック６８に照射されるようにすることが望ましい。また、互いに隣り合う照射ブロック６８に走査パルスレーザ５６を照射するとクロストークノイズの影響を防止できなくなるので、１以上の焦点面ブロック分の間隔を開けることが望ましい。

可動アパーチャ６０は、図９（ｂ）に示すように、走査パルスレーザ５６の照射位置にあわせて、２箇所の焦点面ブロック５９−３を露出させる。これにより、１回の位置制御で２箇所の照射ブロック６８の測距データを取得できる。

次に、図１０を参照して、図８のレーザ距離画像生成装置の動作について説明する。

まず、制御部６６からの位置指令により、レーザ走査装置５５は照射位置を制御し、可動アパーチャ６０は露光位置制御を行う。

次に、制御部６６は、パルスレーザ発生装置５１へレーザトリガを出力する。これに応じてパルスレーザ発生装置５１は、パルスレーザ光を発生させ、レーザ送信信号を出力する。

その後、第２の実施の形態と同様にして、２つの可動アパーチャ６０によって露出させた２つの焦点面ブロックのうちの一方に入射した反射ビームに基づく測距データを得る。

続いて、制御部６６は、パルスレーザ発生装置５２へレーザトリガを出力する。これに応じてパルスレーザ発生装置５２は、パルスレーザ光を発生させ、レーザ送信信号を出力する。

その後、上記と同様にして、可動アパーチャ６０によって露出させた２つの焦点面ブロックのうちの他方に入射した反射ビームに基づく測距データを得る。

以降、図９（ａ）に矢印で示すように、走査パルスレーザ５６の照射位置を移動させつつ、上記動作を繰り返すことによって、全視野範囲の測距データを得る。

このように、本実施の形態に係るレーザ距離画像生成装置では、制御部６６が１回の走査位置指令を出した後、パルスレーザ発生装置５１へのレーザトリガとパルスレーザ発生装置５２へのレーザトリガを、異なるタイミングで出力する。このように、本実施の形態では、２つの照射ブロックに対して走査パルスレーザを照射するのに、１度の走査位置指令を出すだけでよい。図９の例では、６４個の照射ブロック６８の測距を行うための位置指令回数は３２回でよい。

このように、本実施の形態では、複数のレーザ発生装置を設置し、あらかじめ互いに異なる複数の照射ブロックに走査パルスレーザを照射できるように設定しておくことで、走査位置制御の回数を減少させることができ、全体の測距時間（フレーム周期）を短縮できる。

本発明の第１の実施の形態に係るレーザ距離画像生成装置の構成を示すブロック図である。 図１のレーザ距離画像生成装置に用いられる周期集約型信号ケーブルを説明するための図である。 （ａ）は図１のレーザ距離画像生成装置における全視野範囲と走査パルスレーザとの関係を示す図、（ｂ）は同装置におけるアレイ検知素子と可動アパーチャとの関係を示す図、及び（ｃ）は同装置における走査パルスレーザの大きさを説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態に係るレーザ距離画像生成装置の構成を示すブロック図である。 図４のレーザ距離画像生成装置に用いられる周期集約型光ファイバを説明するための図である。 （ａ）は図４のレーザ距離画像生成装置における全視野範囲と走査パルスレーザとの関係を示す図、（ｂ）は同装置におけるファイバ入力焦点面と可動アパーチャとの関係を示す図、及び（ｃ）は同装置における走査パルスレーザの大きさを説明するための図である。 図４のレーザ距離画像生成装置の動作を説明するための図であって、（ａ）はタイミングチャート、（ｂ）は全視野範囲における走査パルスレーザの走査方向を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係るレーザ距離画像生成装置の構成を示すブロック図である。 （ａ）は図８のレーザ距離画像生成装置におけるレーザ走査装置からの走査パルスレーザの照射位置を説明するための図、及び（ｂ）は同装置における可動アパーチャの開口位置を説明するための図である。 図８のレーザ距離画像生成装置の動作を説明するための図である。 （ａ）は従来のレーザ距離画像生成装置の構成を示すブロック図、及び（ｂ）は（ａ）の装置による走査領域と画素について説明するための図である。

符号の説明

１，２１，５１，５２，７０ パルスレーザ発生装置
２，２２，５３，５４ レーザビーム成形部
３，２３，５５，７１ レーザ走査装置
４，２４，５６，５６−１，５６−２，７２ 走査パルスレーザ
５，２５，５７，７３ 目標
６，２６，５８，７４ 反射レーザ光
７，２７，５０，７５ 受光光学部
８ 検知素子アレイ
８−１ 素子
８−２ 焦点面ブロック
９，２９，６０ 可動アパーチャ
１０，７７ アンプ回路
１１ 周期集約信号ケーブル
１１−１ 出力チャンネル
１２，３２，６３、７８ パルスカウント回路
１３，３３，６４、７９ 処理部
１４，３４，６５、８０ レーザ送信信号
１５，３５，６６、８１ 制御部
１６，３６，６７ 全視野範囲
１７，３７，６８ 照射ブロック
１８，３８ レーザ強度分布
１９，３９ 半値幅
２０ レーザビーム裾野
２８，５９ 周期集約型光ファイバ
２８−１，５９−１ ファイバ入力焦点面
２８−２，５９−２ ファイバ出力チャンネル
２８−３，５９−３ 焦点面ブロック
２８−４ 光ファイバ
３０，６１ 集光レンズ
３１，６２ 検知素子
４１ 円形形状
４２，６９ 走査方向
７６ 検知素子

Claims (7)

1. パルスレーザビームで視野領域内を走査し、その反射レーザビームを検知部で検知して距離画像を生成するレーザ距離画像生成装置において、
   前記検知部として、前記視野領域を構成する複数の画素領域に１対１で対応する複数の検知素子を備えたアレイ検知素子を用い、
   前記パルスレーザビームの走査を複数の画素領域を走査単位として行うとともに、前記反射レーザビームの検知を対応する複数の検知素子を検知単位として行うようにし、
   各検知単位を構成する複数の検知素子の出力を、他の検知単位を構成する複数の検知素子であって同一位置にある検知素子の出力と集約するようにしたことを特徴とするレーザ距離画像生成装置。
2. 請求項１に記載のレーザ距離画像生成装置において、
   前記アレイ検知素子の入射面側に、前記複数の検知素子を前記検知単位で露出させるアパーチャを設けたことを特徴とするレーザ距離画像生成装置。
3. パルスレーザビームを発生するパルスレーザ発生装置と、
   前記パルスレーザビームの形状を所定形状に成形するレーザビーム成形部と、
   該レーザビーム成形部により成形されたパルスレーザビームを視野領域内で走査するレーザ走査装置と、
   前記視野領域を構成する複数の画素領域に１対１で対応する複数の検知素子を備え、かつこれら複数の検知素子が複数のブロックに区分された、反射レーザビームを検知するアレイ検知素子と、
   前記複数のブロックの同一位置にある複数の検知素子に共通接続され、前記パルスレーザビームの発生から前記反射レーザビームの検知までに要する時間をカウントする複数のカウンタ回路と、
   該複数のカウンタ回路からの出力に基づいてレーザ画像を生成する処理部と、
   前記パルスレーザ発生装置、前記レーザ走査装置及び前記処理部を制御する制御部とを備え、
   前記反射レーザビームの検知が前記ブロックを単位として行われるように、前記所定形状を定め、前記成形されたパルスレーザビームの走査を行うようにしたことを特徴とするレーザ距離画像生成装置。
4. 請求項３に記載のレーザ距離画像生成装置において、
   前記アレイ検知素子の入射面側に、前記ブロックを単位として前記複数の検知素子を露出させるアパーチャを設けたことを特徴とするレーザ距離画像生成装置。
5. 請求項３または４に記載のレーザ距離画像生成装置において、
   前記反射レーザビームの検知が２以上の前記ブロックを単位として行われるように、前記所定の形状を定め、前記整形されたパルスレーザビームの走査を行うようにしたことを特徴とするレーザ距離画像生成装置。
6. パルスレーザビームで視野領域内を走査し、その反射レーザビームを検知部で検知して距離画像を生成するレーザ距離画像生成方法であって、前記検知部として、前記視野領域を構成する複数の画素領域に１対１で対応する複数の検知素子を備えたアレイ検知素子を用いるレーザ距離画像生成方法において、
   前記パルスレーザビームの走査を複数の画素領域を走査単位として行うとともに、前記反射レーザビームの検知を対応する複数の検知素子を検知単位として行い、
   各検知単位を構成する複数の検知素子の出力を、他の検知単位を構成する複数の検知素子であって同一位置にある検知素子の出力と集約するようにしたことを特徴とするレーザ距離画像生成方法。
7. 請求項６に記載のレーザ距離画像生成方法において、
   前記パルスレーザビームの走査に同期して、前記アレイ検知素子の入射面側に設けられたアパーチャを移動させ、それによって前記複数の検知素子を前記検知単位で露出させることを特徴とするレーザ距離画像生成方法。

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