JP5234255B2

JP5234255B2 - レーザレーダ及びレーザレーダの据付方向調整方法

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Publication number: JP5234255B2
Application number: JP2008126338A
Authority: JP
Inventors: 武寿高野
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2008-05-13
Filing date: 2008-05-13
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2028-05-13
Also published as: JP2009276150A

Description

本発明は、例えば、交差点内や踏切内における人の存否を監視するのに利用されるレーザレーダ及びレーザレーダの据付方向調整方法に関するものである。

従来、上記したレーザレーダとしては、例えば、レーザ光を発する投光部と、この投光部から発したレーザ光を二次元的に走査する走査部と、この走査部による走査範囲内の計測対象で反射して戻るレーザ光を受ける受光部と、投光部にレーザ光の投光指令を発すると共に走査部による走査を制御する制御部と、この制御部から与えられるレーザ光の投光タイミング及び前記受光部から与えられる反射レーザ光の受光タイミングに基づいて前記計測対象の三次元情報を取得する距離演算部を備えたものがある。

このようなレーザレーダにおいて、例えば、交差点に設置する場合には、カメラで撮影する際に向きや画角の調整を行うのと同様に、レーザレーダの据付方向の調整、すなわち、走査部のピッチ方向，ロール方向及びヨー方向の各調整を行う必要がある。
このレーザレーダの据付方向の調整を行うに際しては、未調整のレーザレーダによる三次元計測を行った後、これで得られた三次元情報を目視で確認しつつ、走査部のピッチ方向，ロール方向及びヨー方向が、環境座標系のピッチ方向，ロール方向及びヨー方向に一致するように微調整する手法が広く採用されており、この際、光軸及び座標系をレーザレーダとあらかじめ一致させたカメラを一体的に設けて、これで得た画像を表示させたコンピュータ画面上で領域の頂点の各情報を指定する手法が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平7-125567号

しかしながら、上記したレーザレーダにおいて、据付方向が未調整のレーザレーダで得た三次元情報を目視で確認しつつ、走査部のピッチ方向，ロール方向及びヨー方向を、環境座標系のピッチ方向，ロール方向及びヨー方向に合わせるように微調整する場合には、三次元情報を読み取って判定するのに熟練を要するうえ、この三次元情報の読み取りを目視により行う分だけ、高い精度が期待できないという問題があった。

また、カメラを用いてレーザレーダの計測対象を任意の領域に絞り込む場合には、レーザレーダとカメラの各光軸及び座標系を一致させる際の調整に手間隙がかかると共に、方向調整に必要な三次元情報を二次元であるカメラ画像から擬似的に生成する都合上、高い精度が期待できないという問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上述した従来の課題に着目してなされたもので、据付時における自身の方向調整を簡単且つ高精度で行うことができる、具体的には、走査部のピッチ方向，ロール方向及びヨー方向を周囲環境座標系のピッチ方向，ロール方向及びヨー方向に対して、簡単且つ高精度で一致させることが可能であるレーザレーダ及びレーザレーダの据付方向調整方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、レーザ光を発する投光部と、この投光部から発したレーザ光を二次元的に走査する走査部と、この走査部による走査範囲内の計測対象で反射して戻った反射レーザ光を前記走査部を介して受ける受光部と、前記投光部にレーザ光の投光指令を発すると共に前記走査部による走査を制御する制御部と、この制御部から与えられるレーザ光の投光タイミング及び前記受光部から与えられる反射レーザ光の受光タイミングに基づいて前記計測対象の三次元情報を取得する演算部を備えたレーザレーダにおいて、前記制御部から投光指令を受けて前記投光部に代わってレーザ光を照射して、水平面及び垂直面に沿う面状レーザビームを形成するレーザマーカを設け、前記制御部では、該制御部からの投光指令により前記レーザマーカからレーザ光を照射して面状レーザビームを形成する段階で、前記走査部に対して左右方向の受光走査動作のみを行わせて、反射して戻る面状レーザビームを読み取らせ、前記演算部では、前記レーザマーカにより水平面に沿う面状レーザビームを形成する段階で、反射して前記走査部を介して前記受光部に戻る水平方向面状レーザビームと前記走査部における走査線とが交差する一点を足掛かりにして、前記水平方向面状レーザビームに前記走査部の走査線を重ねるべく該走査線のピッチ方向及びロール方向の各調整量を演算すると共に、前記レーザマーカにより垂直面に沿う面状レーザビームを形成する段階で、反射して前記走査部を介して前記受光部に戻る垂直方向面状レーザビームの左右方向位置に基づいて、前記走査部における走査線のヨー方向の調整量を演算する構成としたことを特徴としており、このレーザレーダの構成を前述の従来の課題を解決するための手段としている。

また、本発明の請求項２に係るレーザレーダにおいて、前記レーザマーカが、光学照準器を具備していると共に、この光学照準器に光軸を一致させた可視レーザ光を照射可能としてある構成としている。
一方、本発明の請求項３に係る発明は、レーザ光を発する投光部と、この投光部から発したレーザ光を二次元的に走査する走査部と、この走査部による走査範囲内の計測対象で反射して戻った反射レーザ光を前記走査部を介して受ける受光部を具備し、前記投光部におけるレーザ光の投光タイミング及び前記受光部における反射レーザ光の受光タイミングに基づいて前記計測対象の三次元情報を取得するレーザレーダの据付方向調整方法であって、水平面及び垂直面に沿う面状レーザビームを形成可能なレーザマーカを前記レーザレーダの投光部に代えて作動させて、このレーザマーカにより水平面に沿う水平方向面状レーザビームを形成しつつ前記走査部に受光動作を行わせ、反射して走査部を介して前記受光部に戻る水平方向面状レーザビームと前記走査部における走査線とが交差する一点を足掛かりにして、前記水平方向面状レーザビームに前記走査部の走査線を重ねるべく、前記レーザレーダ自身のピッチ方向及びロール方向の方向調整を行うと共に、前記レーザマーカにより垂直面に沿う垂直方向面状レーザビームを形成しつつ前記走査部に受光動作を行わせ、反射して前記走査部を介して前記受光部に戻る垂直方向面状レーザビームの左右方向位置に基づいて、前記レーザレーダ自身のヨー方向の方向調整を行う構成としたことを特徴としており、このレーザレーダの据付方向調整方法の構成を前述の従来の課題を解決するための手段としている。

また、本発明の請求項４に係るレーザレーダの据付方向調整方法は、光学照準器を具備し、且つ、この光学照準器に光軸を一致させた可視レーザ光を照射可能なレーザマーカを使用する構成としている。
本発明のレーザレーダ及びレーザレーダの据付方向調整方法において、投光部及びレーザマーカから発するレーザ光としては、半導体レーザや固体レーザやガスレーザなどを用いることができ、信号波形がパルス状や位相変調した正弦波状を成すレーザ光が使用される。

また、本発明のレーザレーダ及びレーザレーダの据付方向調整方法で用いるレーザマーカにおいて、面状レーザビームを形成する手法としては、光源から照射されたレーザ光がシリンドリカルレンズを通過するように成すことでレーザ光を面状に拡散させる手法や、光源から照射されたレーザ光を光軸駆動手段により一次元的に走査することで面状レーザビームを形成する手法を採用することができる。

さらに、レーザマーカには水準器を有したものを用いることが望ましく、水平面に沿う面状レーザビームを形成する場合には、水準器によりレーザマーカを水平に保ちつつレーザ光を照射し、一方、垂直面に沿う面状レーザビームを形成する場合には、水平状態にあるレーザマーカを光軸回りに９０°回転させて（シリンドリカルレンズを用いる場合にはこのシリンドリカルレンズを光軸回りに９０°回転させて）レーザ光を照射する。

この際、投光部及びレーザマーカの各照射タイミングは、互いに同期させることが好ましいが、レーザマーカの照射タイミングが投光部の照射タイミングに比べて格段に早い場合などには、両者の各照射タイミングを必ずしも同期させる必要はない。
本発明では、レーザレーダの据付方向の調整を行うに際して、レーザレーダの投光部に代えてレーザマーカからレーザ光を照射して、例えば、水平面に沿う水平方向面状レーザビームを形成し、これで反射して戻る水平方向面状レーザビームを受光部に読み取らせて、水平方向面状レーザビームと走査部における走査線とが交差する一点を足掛かりにして、水平方向面状レーザビームに走査部の走査線を重ねるべく、レーザレーダ自身のピッチ方向及びロール方向の方向調整を行えば、レーザレーダ自身の水平面に対する方向調整がなされることとなる。

また、レーザマーカからレーザ光を照射して、垂直面に沿う垂直方向面状レーザビームを形成し、これで反射して戻る垂直方向面状レーザビームを受光部に読み取らせれば、垂直方向面状レーザビームの左右方向位置が得られることとなり、この垂直方向面状レーザビームの左右方向位置に基づいて、レーザレーダ自身のヨー方向の方向調整を行えば、レーザレーダ自身の垂直面に対する方向調整がなされることとなる。
つまり、レーザマーカにより水平面及び垂直面に沿う面状レーザビームを形成して、反射して戻る面状レーザビームを受光部に読み取らせるだけで、走査部のピッチ方向，ロール方向及びヨー方向を周囲環境座標系のピッチ方向，ロール方向及びヨー方向に一致させるのに必要な各調整量が得られるので、レーザレーダの据付時における方向調整作業の容易化及び精度の向上が図られることとなる。

本発明の請求項１に係るレーザレーダ及び請求項３に係るレーザレーダの据付方向調整方法では、上記した構成としたから、レーザレーダの据付を行うに際して、その据付の向きの調整を簡単且つ高精度で行うことが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
また、本発明の請求項２に係るレーザレーダ及び請求項４に係るレーザレーダの据付方向調整方法では、上記した構成としているので、光学照準器の照準と、レーザレーダ用波長のレーザ光の光軸と、可視レーザ光の光軸を全て一致させておき、光学照準器経由で可視レーザ光の照射点を参照しつつ照射位置を決定するようになせば、基準座標の指定をより正確且つ容易に行うことができるという非常に優れた効果がもたらされる。

以下、本発明に係るレーザレーダ及びレーザレーダの据付方向調整方法を図面に基づいて説明する。
図１〜図４は、本発明に係るレーザレーダの一実施形態を示している。
図１に示すように、このレーザレーダ１は、パルス状のレーザ光ＬＴを発する投光部２と、この投光部２から発したレーザ光ＬＴを二次元的に走査する走査部３と、この走査部３による走査範囲内の計測対象で反射して戻った反射レーザ光ＬＲを走査部３を介して受ける受光部４と、投光部２から発するレーザ光ＬＴの強度及び投光タイミングを制御すると共に走査部３による走査を制御する制御部５と、この制御部５から与えられるレーザ光ＬＴの投光タイミング及び受光部４から与えられる反射レーザ光ＬＲの受光タイミングに基づいて計測対象Ｔの三次元情報を取得する演算部６と、制御部５から投光指令を受けて投光部２に代わってレーザ光Ｌを照射するレーザマーカ１０を備えている。

このレーザマーカ１０は、図２にも示すように、光学照準用レンズ１１，１２を具備した光学照準器１３と、レーザ光Ｌの照射部１４と、水準器１５を一体化させてなっており、制御部５から投光指令を受けた段階で投光部２に代わって照射部１４がレーザ光Ｌを照射して、水平面に沿う水平方向面状レーザビームＨ及び垂直面に沿う垂直方向面状レーザビームＶを形成するようになっている。

この場合、照射部１４から照射されたレーザ光Ｌが図示しないシリンドリカルレンズを通過するように成すことで、レーザ光Ｌを面状に拡散させるようにしており、水平方向面状レーザビームＨを形成する場合には、水準器１５によりレーザマーカ１０全体を水平に保ちつつレーザ光Ｌを照射し、一方、垂直方向面状レーザビームＶを形成する場合には、水平状態にあるレーザマーカ１０を光軸回りに９０°回転させて（あるいはシリンドリカルレンズを光軸回りに９０°回転させて）レーザ光Ｌを照射する。

なお、このレーザマーカ１０において、光学照準器１３及び照射部１４の各光軸は互いに一致させてあり、この際、光学照準器１３に光軸を一致させた可視レーザ光を照射可能なレーザポインタを装着することができる。
そして、演算部６では、制御部５からの投光指令によりレーザマーカ１０からレーザ光Ｌを照射して、水平方向面状レーザビームＨ及び垂直方向面状レーザビームＶをそれぞれ形成した段階で、反射して３走査部を介して受光部４に戻る水平方向面状レーザビームＨ及び垂直方向面状レーザビームＶの各情報に基づいて、走査部３におけるピッチ方向，ロール方向及びヨー方向の各調整量を演算するようになっている。

このようなレーザレーダ１において、例えば、交差点に設置する場合に、据付方向の調整を行うに際しては、まず、図１に仮想線で示すように、レーザレーダ１の投光部２に代えてレーザマーカ１０に投光指令を与えて、レーザレーダ１に同期させてレーザ光Ｌを照射させる。
このレーザマーカ１０を作動させている間において、レーザレーダ１の走査部３は、上下方向の走査動作は行わずに上下方向中央における左右方向の受光走査動作のみを行い、レーザマーカ１０から照射されて前方で反射して戻るレーザ光Ｌを読み取る。

ここで、水平面に沿う水平方向面状レーザビームＨを形成する場合には、水準器１５によりレーザマーカ１０全体を水平に保ちつつレーザ光Ｌを照射する。この水平方向面状レーザビームＨの上下方向の形成位置は、図３に示すように、レーザレーダ１による計測対象領域Ｅの上下方向中央に合わせる。
この際、レーザマーカ１０からのレーザ光Ｌの照射により形成された水平方向面状レーザビームＨは、前方の計測対象領域Ｅで反射して戻って、レーザレーダ１の走査部３の受光走査動作によって読み取られるが、図３に仮想線で示すように、水平方向面状レーザビームＨと、レーザレーダ１における走査部３の受光走査範囲（走査線）Ｓが交差している場合には、受光走査範囲Ｓの一点Ｓｐ１のみで反射レーザ光Ｌが計測される。

そこで、水平方向面状レーザビームＨを形成する反射レーザ光Ｌが、受光走査範囲Ｓの全域で計測されるようにするべく、レーザレーダ１をピッチ方向（矢印Ｐ方向）及びロール方向（矢印Ｒ方向）にそれぞれ回動させると、レーザマーカ１０で形成した水平方向面状レーザビームＨに基づいて、レーザレーダ１自身のピッチ方向及びロール方向が決まることとなる。

次に、水平状態にあるレーザマーカ１０を光軸回りに９０°回転させてレーザ光Ｌを照射して、垂直面に沿う垂直方向面状レーザビームＶを形成する。この垂直方向面状レーザビームＶの左右方向の形成位置は、図４に示すように、レーザレーダ１による計測対象領域Ｅの左右方向中央に合わせる。
このようにして形成された垂直方向面状レーザビームＶも、前方の計測対象領域Ｅで反射して戻って、レーザレーダ１の走査部３の受光走査動作によって読み取られ、この際は、垂直方向面状レーザビームＶと、レーザレーダ１における走査部３の受光走査範囲（走査線）Ｓとが交差する一点Ｓｐ２のみで反射レーザ光Ｌが計測される。

そこで、垂直方向面状レーザビームＶと受光走査範囲Ｓとが交差する点Ｓｐ２が、この受光走査範囲Ｓの中央に位置するようにするべく、レーザレーダ１をヨー方向（矢印Ｙ方向）に回動させると、レーザマーカ１０で形成した垂直方向面状レーザビームＶに基づいて、レーザレーダ１自身のヨー方向が決まることとなる。
つまり、レーザマーカ１０により水平面に沿う水平方向面状レーザビームＨ及び垂直面に沿う垂直方向面状レーザビームＶを形成して、反射して戻る面状レーザビームＨ，Ｖを受光部４に読み取らせるだけで、走査部３のピッチ方向，ロール方向及びヨー方向を周囲環境座標系のピッチ方向，ロール方向及びヨー方向に一致させるのに必要な各調整量が得られるので、レーザレーダ１の据付時における方向調整作業の容易化及び精度の向上が図られることとなる。

上記した実施形態では、レーザレーダ１の据付方向の調整を行うに際して、まず、水平面に沿う水平方向面状レーザビームＨを形成して、この水平方向面状レーザビームＨに基づいてレーザレーダ１自身のピッチ方向及びロール方向を決めた後、垂直方向面状レーザビームＶを形成して、この垂直方向面状レーザビームＶに基づいて、レーザレーダ１自身のヨー方向を決めるようにしているが、水平方向面状レーザビームＨ及び垂直方向面状レーザビームＶを形成する順序を逆にして、レーザレーダ１自身のヨー方向から先に決定するようにしてもよい。

また、本発明に係るレーザレーダの構成は、上記した実施形態によるレーザレーダ１の構成に限定されるものではない。

本発明に係るレーザレーダの一実施形態を示すブロック図である。図１におけるレーザレーダのレーザマーカを示す斜視説明図（ａ），レーザマーカにより水平方向の面状レーザビームを形成している状況を示す斜視説明図（ｂ）及びレーザマーカにより垂直方向の面状レーザビームを形成している状況を示す斜視説明図（ｃ）である。図１に示したレーザレーダの据付方向調整時におけるピッチ方向及びロール方向の調整要領説明図である。図１に示したレーザレーダの据付方向調整時におけるヨー方向の調整要領説明図である。

符号の説明

１レーザレーダ
２投光部
３走査部
４受光部
５制御部
６演算部
１０レーザマーカ
１３光学照準器
Ｅ計測対象領域
Ｈ水平方向面状レーザビーム
Ｌレーザマーカからのレーザ光
ＬＲ反射レーザ光
ＬＴ投光レーザ光
Ｖ垂直方向面状レーザビーム

Claims

レーザ光を発する投光部と、
この投光部から発したレーザ光を二次元的に走査する走査部と、
この走査部による走査範囲内の計測対象で反射して戻った反射レーザ光を前記走査部を介して受ける受光部と、
前記投光部にレーザ光の投光指令を発すると共に前記走査部による走査を制御する制御部と、
この制御部から与えられるレーザ光の投光タイミング及び前記受光部から与えられる反射レーザ光の受光タイミングに基づいて前記計測対象の三次元情報を取得する演算部を備えたレーザレーダにおいて、
前記制御部から投光指令を受けて前記投光部に代わってレーザ光を照射して、水平面及び垂直面に沿う面状レーザビームを形成するレーザマーカを設け、
前記制御部では、該制御部からの投光指令により前記レーザマーカからレーザ光を照射して面状レーザビームを形成する段階で、前記走査部に対して左右方向の受光走査動作のみを行わせて、反射して戻る面状レーザビームを読み取らせ、
前記演算部では、前記レーザマーカにより水平面に沿う面状レーザビームを形成する段階で、反射して前記走査部を介して前記受光部に戻る水平方向面状レーザビームと前記走査部における走査線とが交差する一点を足掛かりにして、前記水平方向面状レーザビームに前記走査部の走査線を重ねるべく該走査線のピッチ方向及びロール方向の各調整量を演算すると共に、前記レーザマーカにより垂直面に沿う面状レーザビームを形成する段階で、反射して前記走査部を介して前記受光部に戻る垂直方向面状レーザビームの左右方向位置に基づいて、前記走査部における走査線のヨー方向の調整量を演算する
ことを特徴とするレーザレーダ。
前記レーザマーカが、光学照準器を具備していると共に、この光学照準器に光軸を一致させた可視レーザ光を照射可能としてある請求項１に記載のレーザレーダ。
レーザ光を発する投光部と、この投光部から発したレーザ光を二次元的に走査する走査部と、この走査部による走査範囲内の計測対象で反射して戻った反射レーザ光を前記走査部を介して受ける受光部を具備し、前記投光部におけるレーザ光の投光タイミング及び前記受光部における反射レーザ光の受光タイミングに基づいて前記計測対象の三次元情報を取得するレーザレーダの据付方向調整方法であって、
水平面及び垂直面に沿う面状レーザビームを形成可能なレーザマーカを前記レーザレーダの投光部に代えて作動させて、このレーザマーカにより水平面に沿う水平方向面状レーザビームを形成しつつ前記走査部に受光動作を行わせ、反射して走査部を介して前記受光部に戻る水平方向面状レーザビームと前記走査部における走査線とが交差する一点を足掛かりにして、前記水平方向面状レーザビームに前記走査部の走査線を重ねるべく、前記レーザレーダ自身のピッチ方向及びロール方向の方向調整を行うと共に、
前記レーザマーカにより垂直面に沿う垂直方向面状レーザビームを形成しつつ前記走査部に受光動作を行わせ、反射して前記走査部を介して前記受光部に戻る垂直方向面状レーザビームの左右方向位置に基づいて、前記レーザレーダ自身のヨー方向の方向調整を行う
ことを特徴とするレーザレーダの据付方向調整方法。
光学照準器を具備し、且つ、この光学照準器に光軸を一致させた可視レーザ光を照射可能なレーザマーカを使用する請求項３に記載のレーザレーダの据付方向調整方法。