JP5644437B2 - Distance measuring device and distance measuring method - Google Patents

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本発明は、光ビームを測定対象物に照射して測定対象物までの距離を測定する距離測定装置および距離測定方法に関する。   The present invention relates to a distance measuring apparatus and a distance measuring method for measuring a distance to a measuring object by irradiating the measuring object with a light beam.

現在、走行車両の安全性向上のために、走行車両間の車間距離を一定に保つために車間距離を計測し、あるいは、走行車両の前方の障害物までの距離を計測し、危険をドライバに知らせることのできるシステムの開発が進んでいる。例えば、走行車両前方に位置する別の走行車両や障害物等の測定対象物までの距離を測定するために、ポリゴンミラーを利用してレーザを走査することで、車両前方の測定対象物の距離を計測する距離測定装置が種々提案されている。   Currently, in order to improve the safety of traveling vehicles, measure the distance between vehicles to keep the distance between traveling vehicles constant, or measure the distance to obstacles ahead of the traveling vehicle, and take the risk to the driver. The development of a system that can inform is in progress. For example, in order to measure the distance to another measurement object such as another traveling vehicle or an obstacle located in front of the traveling vehicle, the distance of the measurement object in front of the vehicle is scanned using a polygon mirror. Various distance measuring devices that measure the distance have been proposed.

図13に示されるように、上記距離測定装置100では、レーザ光源102がパルス状のレーザビームLを走行車両の前方に向けて照射し、レーザビームLが照射されて測定対象物104から帰ってきた散乱光である反射ビームRを受光器106が受光し、レーザビームLの出射から反射ビームRの受光までの時間Tを計測することにより、測定対象物104の距離情報を求める。
このとき、図14に示されるように、レーザ光源102から出射されるレーザビームLをポリゴンミラー108を利用してレーザビームLの照射方向を偏向させて走行車両の前方を走査する。これにより、距離測定装置100は、レーザビームLの走査範囲がポリゴンミラー108の周りの数10度の範囲となる。
As shown in FIG. 13, in the distance measuring apparatus 100, the laser light source 102 irradiates the pulsed laser beam L toward the front of the traveling vehicle, and the laser beam L is irradiated to return from the measurement object 104. The light receiver 106 receives the reflected beam R, which is the scattered light, and measures the time T from the emission of the laser beam L to the reception of the reflected beam R, thereby obtaining the distance information of the measurement object 104.
At this time, as shown in FIG. 14, the laser beam L emitted from the laser light source 102 is deflected in the irradiation direction of the laser beam L using the polygon mirror 108 to scan the front of the traveling vehicle. Thereby, in the distance measuring apparatus 100, the scanning range of the laser beam L becomes a range of several tens of degrees around the polygon mirror 108.

一方、最近、走行車両の前方あるいは後方に位置する車両や障害物等の測定対象物の情報をドライバに提供するカメラシステムが多くの車両に搭載されつつある。この車載カメラシステムでは、図15に示されるように、走行車両110の前方の撮影される視野範囲は、超広角レンズを用いることにより180度を超える範囲となっている場合が多い。このような車両や障害物等の測定対象物に関する画像の情報をドライバに提供する他、上記測定対象物までの距離情報をドライバに提供することは、ドライバにとって好ましい。   On the other hand, recently, camera systems that provide drivers with information on objects to be measured such as vehicles and obstacles positioned in front of or behind a traveling vehicle are being installed in many vehicles. In this in-vehicle camera system, as shown in FIG. 15, the field of view taken in front of the traveling vehicle 110 is often over 180 degrees by using an ultra-wide angle lens. It is preferable for the driver to provide the driver with information on the distance to the measurement object in addition to providing the driver with image information relating to the measurement object such as a vehicle or an obstacle.

このような状況下、空間領域における対象の位置の決定のためにパルス移動時間方法を利用するレーザ範囲検知装置が知られている。当該レーザ範囲検知装置は、光パルスを制御しつつ測定領域へ送るパルスレーザと、測定領域内に配された測定対象物から反射して戻る光パルスを受ける光検出部と、光束を考慮しつつ、光パルスの伝送及び受光間の時間から、パルスレーザから対象物までの距離に対する距離信号特性を決定する評価回路とを有する。このとき、レーザの走査のために、回転ミラーを用いるが、回転ミラーの反射表面は、回転軸に対し45度の角度をなすように傾斜している。   Under such circumstances, laser range detection devices that use a pulse travel time method to determine the position of an object in the spatial domain are known. The laser range detection device considers a light beam, a pulse laser that sends a light pulse to a measurement region while controlling the light pulse, a light detection unit that receives a light pulse reflected from a measurement object arranged in the measurement region, and a light beam. And an evaluation circuit for determining a distance signal characteristic with respect to the distance from the pulse laser to the object from the time between the transmission and reception of the light pulse. At this time, a rotating mirror is used for laser scanning, but the reflecting surface of the rotating mirror is inclined so as to form an angle of 45 degrees with respect to the rotation axis.

また、監視コストの上昇を少なく抑えつつ、境界に沿った広範囲な監視が可能であるレーザレーダ及びレーザレーダによる境界監視方法が知られている。
当該レーザレーダでは、二つの投光部から発したレーザ光を走査する走査部と、計測対象領域で反射して戻った反射レーザ光を受ける二つの受光部を備え、走査部は、ポリゴンミラーと、ポリゴンミラーで反射した二つの投光部からのレーザ光を走査すると共に、測定対象物で反射して戻った反射レーザ光をポリゴンミラーを介して個々に受光部に戻す揺動ミラーを備える。一方の投光部及び受光部と、他方の投光部及び受光部とをポリゴンミラーを挟んでそれぞれ配置し、各光軸が成す角度を鋭角に設定している。
In addition, a laser radar and a boundary monitoring method using a laser radar are known that can perform a wide range of monitoring along the boundary while suppressing an increase in monitoring cost.
The laser radar includes a scanning unit that scans laser light emitted from two light projecting units and two light receiving units that receive reflected laser light reflected and returned from the measurement target region. The scanning unit includes a polygon mirror, In addition, scanning laser beams from the two light projecting portions reflected by the polygon mirror are provided, and a oscillating mirror for individually returning the reflected laser beams reflected by the measurement object and returning to the light receiving portion through the polygon mirror is provided. One light projecting unit and light receiving unit and the other light projecting unit and light receiving unit are arranged with a polygon mirror interposed therebetween, and the angle formed by each optical axis is set to an acute angle.

特開平6−214027号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-214027 特開2010−71725号公報JP 2010-71725 A

上述したレーザ範囲検知装置では、レーザ光源から回転ミラーへ向かうレーザの入射光路は回転軸方向に平行であり、走査されるレーザの照射方向と直交するため、例えばレーザを水平方向に照射する場合、レーザ光源は、回転ミラーに対して鉛直方向上方あるいは鉛直下方の位置に設けられる。この結果、レーザ範囲検知装置は、嵩高く占有体積が大きくなり、レーザ範囲検知装置を車両の前方あるいは後方にコンパクトに搭載することができない場合がある。
また、上述した境界監視方法で用いるレーザレーダはポリゴンミラーを用いるため、一部の領域にレーザが照射されず測定できない範囲が発生し、さらには、ポリゴンミラーの回転軸周りに180度を超える広い範囲をレーザの光ビームは走査できない。
In the laser range detection apparatus described above, the incident optical path of the laser from the laser light source to the rotating mirror is parallel to the rotation axis direction and orthogonal to the irradiation direction of the laser to be scanned. For example, when irradiating the laser in the horizontal direction, The laser light source is provided at a position vertically above or vertically below the rotating mirror. As a result, the laser range detection device is bulky and has a large occupied volume, and the laser range detection device may not be mounted compactly in front of or behind the vehicle.
In addition, since the laser radar used in the above-described boundary monitoring method uses a polygon mirror, a part of the region is not irradiated with the laser and cannot be measured. Further, the laser radar is wider than 180 degrees around the rotation axis of the polygon mirror. The laser beam cannot scan the area.

そこで、本発明は、光ビームを測定対象物に照射して測定対象物までの距離を測定する距離測定装置および距離測定方法であって、従来に比べて光ビームの走査範囲を広くすることができる距離測定装置および距離測定方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a distance measuring apparatus and a distance measuring method for irradiating a measurement object with a light beam and measuring the distance to the measurement object, and can widen the scanning range of the light beam as compared with the related art. An object of the present invention is to provide a distance measuring device and a distance measuring method that can be used.

本発明の一態様は、光ビームを測定対象物に照射して測定対象物までの距離を測定する距離測定装置である。
当該距離測定装置は、
測定対象物に照射するために、お互いに向きの異なる複数の光ビームを出射するビーム出射部と、
測定対象物から反射して戻ってきた反射ビームを受光する受光部と、
前記受光部で受光した反射ビームを用いて、測定対象物の距離情報を求めるデータ処理部と、
前記ビーム出射部から出射された複数の光ビームのそれぞれを走査するビーム走査部と、を有する。
前記ビーム走査部は、複数の反射ミラーと、前記反射ミラーの反射面上に沿って回転軸を持つように反射ミラーを軸回転させる回転駆動部と、を備え、前記複数の光ビームは前記反射ミラーの反射面上の前記回転軸の位置に互いに異なる方向から入射する。
前記前記反射ミラーは、前記回転軸の方向に多段配列した、反射面の向きがお互いに異なる配列ミラーであり、前記配列ミラーのそれぞれが、前記複数の光ビームのうちの1つのビームの入射を受ける
One embodiment of the present invention is a distance measurement device that measures a distance to a measurement target by irradiating the measurement target with a light beam.
The distance measuring device is
A beam emitting unit for emitting a plurality of light beams having different directions to irradiate the measurement object;
A light receiving unit for receiving the reflected beam reflected from the measurement object and returned;
A data processing unit for obtaining distance information of a measurement object using a reflected beam received by the light receiving unit;
A beam scanning unit that scans each of the plurality of light beams emitted from the beam emitting unit.
The beam scanning unit includes a plurality of reflection mirrors, and a rotation driving unit that rotates the reflection mirror so as to have a rotation axis along a reflection surface of the reflection mirror, and the plurality of light beams reflect the reflection light. The light enters the position of the rotation axis on the reflection surface of the mirror from different directions.
The reflecting mirrors are arrayed mirrors arranged in multiple stages in the direction of the rotation axis, and the directions of the reflecting surfaces are different from each other, and each of the arraying mirrors receives incident one of the plurality of light beams. Receive .

本発明の他の一態様は、光ビームを測定対象物に照射して測定対象物までの距離を測定する距離測定方法である。
当該距離測定方法は、
向きの異なる複数の光ビームのそれぞれをビーム出射部から出射し、
反射面上に沿って回転軸を持ち、前記回転軸の周りに軸回転する1つまたは複数の反射ミラーの反射面上の前記回転軸の位置で前記複数の光ビームを反射させることにより、測定対象物に前記光ビームのそれぞれを照射させ、
前記光ビームの照射により測定対象物で反射して戻ってきた反射ビームを前記反射ミラーで反射させて受光し、
受光した前記反射ビームを用いて、測定対象物までの距離情報を求める。
このとき、前記回転軸の方向に多段配列した、反射面の向きがお互いに異なる配列ミラーのそれぞれが、前記複数の光ビームの1つの入射を受けることにより、前記配列ミラーのそれぞれが前記反射ミラーとして用いられる。
Another embodiment of the present invention is a distance measurement method for measuring a distance to a measurement object by irradiating the measurement object with a light beam.
The distance measurement method is
Each of a plurality of light beams having different directions is emitted from the beam emitting unit,
Measuring by reflecting the plurality of light beams at a position of the rotation axis on a reflection surface of one or more reflection mirrors having a rotation axis along the reflection surface and rotating about the rotation axis. Irradiate the object with each of the light beams;
The reflected beam reflected and returned by the measurement object by irradiation of the light beam is reflected by the reflecting mirror and received.
Using the received reflected beam, distance information to the measurement object is obtained.
At this time, each of the array mirrors arranged in a plurality of stages in the direction of the rotation axis and having different reflective surfaces from each other receives one incidence of the plurality of light beams, so that each of the array mirrors is the reflection mirror. Used as

上述の態様の距離測定装置および距離測定方法によれば、従来に比べて光ビームの走査範囲を広くすることができる。   According to the distance measuring apparatus and the distance measuring method of the above-described aspect, the scanning range of the light beam can be widened as compared with the conventional case.

本実施形態の距離測定装置を乗用車に搭載した形態を示す図である。It is a figure which shows the form which mounted the distance measuring device of this embodiment in the passenger car. 第1実施形態の距離測定装置の構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a configuration of a distance measuring device according to a first embodiment. (a)〜(c)は、反射ミラーと、レーザビームの入射および反射を説明する図である。(A)-(c) is a figure explaining incident and reflection of a reflective mirror and a laser beam. 第1実施形態のレーザビームの走査可能範囲を説明する図である。It is a figure explaining the scanable range of the laser beam of 1st Embodiment. 第1実施形態の距離測定装置において行われる距離測定方法のフローを示す図である。It is a figure which shows the flow of the distance measuring method performed in the distance measuring device of 1st Embodiment. (a),(b)は、第1実施形態の変形例の、ビーム走査部の反射ミラーについて説明する図である。(A), (b) is a figure explaining the reflective mirror of the beam scanning part of the modification of 1st Embodiment. (a),(b)は、第1実施形態の変形例を説明する図である。(A), (b) is a figure explaining the modification of 1st Embodiment. 第2実施形態の距離測定装置の概略の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the outline of the distance measuring device of 2nd Embodiment. 第2実施形態の距離測定装置における距離測定方法のフローを示す図である。It is a figure which shows the flow of the distance measuring method in the distance measuring device of 2nd Embodiment. 第3実施形態の距離測定装置の概略の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the outline of the distance measuring device of 3rd Embodiment. 第3実施形態のレーザビームおよび反射ビームの偏光状態を説明する図である。It is a figure explaining the polarization state of the laser beam of 3rd Embodiment, and a reflected beam. 第3実施形態の距離測定装置における距離測定方法のフローを示す図である。It is a figure which shows the flow of the distance measuring method in the distance measuring device of 3rd Embodiment. 従来の距離測定装置の距離測定を説明する図である。It is a figure explaining distance measurement of the conventional distance measuring device. 従来の距離測定装置におけるレーザビームの走査方法を説明する図である。It is a figure explaining the scanning method of the laser beam in the conventional distance measuring device. 従来の距離測定装置における走査範囲と車載カメラシステムの視野範囲を説明する図である。It is a figure explaining the scanning range in the conventional distance measuring device, and the visual field range of a vehicle-mounted camera system.

以下、本発明の距離測定装置および距離測定方法について説明する。
図1は、距離測定装置10を乗用車1に搭載した形態を示す図である。本実施形態の距
離測定装置10は、乗用車1の前方に搭載され、乗用車1の前方に位置する他の乗用車や障害物等の測定対象物の距離情報を求める装置である。距離測定装置10は、求めた距離情報を、図示されない車載カメラシステムのデータ処理装置に出力する。この距離情報は、車載カメラシステムで撮影された画像内にある撮影対象物までの距離として用いられ、測定対象物に接近しすぎている等の注意喚起あるいは警報をドライバへ発するために用いられる。
Hereinafter, the distance measuring device and the distance measuring method of the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram showing a form in which a distance measuring device 10 is mounted on a passenger car 1. The distance measuring device 10 according to the present embodiment is a device that is mounted in front of the passenger car 1 and obtains distance information of an object to be measured such as another passenger car or an obstacle located in front of the passenger car 1. The distance measuring device 10 outputs the obtained distance information to a data processing device of an in-vehicle camera system (not shown). This distance information is used as a distance to an object to be photographed in an image photographed by the in-vehicle camera system, and is used to issue a warning or an alarm to the driver that the object is too close to the measurement object.

距離測定装置10は、従来の距離測定装置と同様に、パルス状のレーザビームを出射して測定対象物に照射し、この測定対象物で反射して戻った反射ビームを受光する。このとき、距離測定装置10は、図13に示す従来の距離測定装置100と同様に、レーザビームの出射と反射ビームの受光の時間差を用いて測定対象物の距離を測定する。距離測定装置10は、車両前方の広い範囲に位置する測定対象物の距離を計測するために、レーザビームを、距離測定装置10の周りに、乗用車1の前方方向Xを中心として180度を超える範囲に走査する。この走査範囲は、従来のポリゴンミラーを用いたときの走査範囲に比べて広く、車載カメラシステムで撮像された画像の視野範囲と同等である。このため、車載カメラシステムで撮像された画像内の測定対象物の実際の距離情報をドライバに提供することができ、ドライバへの注意喚起及び警報を確実に行うことができる。
以下に説明する各実施形態では、レーザビームを用いるが、レーザビームに限定されず、LED等の各種光源から出射する、赤外線や紫外線を含む光ビームであってもよい。
Similar to the conventional distance measuring device, the distance measuring device 10 emits a pulsed laser beam to irradiate the measuring object, and receives the reflected beam reflected and returned by the measuring object. At this time, the distance measuring device 10 measures the distance of the measurement object using the time difference between the emission of the laser beam and the reception of the reflected beam, similarly to the conventional distance measuring device 100 shown in FIG. The distance measuring device 10 measures a distance of a measuring object located in a wide range in front of the vehicle by using a laser beam around the distance measuring device 10 and exceeding 180 degrees around the front direction X of the passenger car 1. Scan to range. This scanning range is wider than the scanning range when using a conventional polygon mirror, and is equivalent to the visual field range of an image captured by the in-vehicle camera system. For this reason, the actual distance information of the measurement object in the image captured by the in-vehicle camera system can be provided to the driver, and the driver can be alerted and alarmed reliably.
In each embodiment described below, a laser beam is used. However, the present invention is not limited to the laser beam, and may be a light beam including infrared rays and ultraviolet rays emitted from various light sources such as LEDs.

(第1実施形態)
図2は、第1実施形態の距離測定装置10の構成を示す斜視図である。距離測定装置10は、従来の距離測定装置100に比べて広範囲にレーザビームを走査する。距離測定装置10は、ビーム出射部12と、受光部14と、データ処理・制御部16と、ビーム走査部18と、を有する。
ビーム出射部12は、パルス状のレーザビーム(以降、ビームという)Lを出射するレーザ光源12aと、パルス状のビームL2を出射するレーザ光源12bと、を備える。レーザ光源12aおよびレーザ光源12bは、お互いに向きの異なる方向にビームを断続的に出射する。ビーム出射部12におけるレーザビームの出射は、データ処理・制御部16から供給される制御信号に従って行われる。
レーザ光源12a,12bは、例えば、波長780nm〜950nmの近赤外領域のレーザ光を発する半導体レーザ光源が用いられる。
(First embodiment)
FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the distance measuring device 10 of the first embodiment. The distance measuring device 10 scans a laser beam over a wider range than the conventional distance measuring device 100. The distance measuring device 10 includes a beam emitting unit 12, a light receiving unit 14, a data processing / control unit 16, and a beam scanning unit 18.
Beam emitting portion 12 is provided with a pulsed laser beam (hereinafter, a beam of) the laser light source 12a that emits L 1, a laser light source 12b for emitting a pulsed beam L 2, the. The laser light source 12a and the laser light source 12b intermittently emit beams in directions different from each other. The laser beam is emitted from the beam emitting unit 12 in accordance with a control signal supplied from the data processing / control unit 16.
As the laser light sources 12a and 12b, for example, semiconductor laser light sources that emit laser light in the near infrared region having a wavelength of 780 nm to 950 nm are used.

受光部14は、ハーフミラー14a,14bと、フォトダイオード15a,15bと、を有する。ハーフミラー14a,14bは、到来した光の略半分を透過させ、他の略半分を反射させる光学素子である。ハーフミラー14a,14bは、ビーム出射部12とビーム走査部18との間に設けられ、測定対象物でビームが反射されて測定対象物から到来する反射ビームを反射する。レーザ光源12a,12bから出射したビームL,L2は、ハーフミラー14a,14bを透過してビーム走査部18へ導かれる。図2では、ビームLがレーザ光源12aから出射され、ビームL2がレーザ光源12bから出射されていない状態を示している。
フォトダイオード15a,15bは、パルス状のビームL,L2が測定対象物で反射されることにより得られるパルス状の反射ビームを受光し、受光信号を出力する素子である。本実施形態では、受光部14において、フォトダイオード15a,15bを受光センサとして用いるが、この他に、公知の光電変換素子を用いることができる。
The light receiving unit 14 includes half mirrors 14a and 14b and photodiodes 15a and 15b. The half mirrors 14a and 14b are optical elements that transmit approximately half of the incoming light and reflect the other approximately half. The half mirrors 14 a and 14 b are provided between the beam emitting unit 12 and the beam scanning unit 18, and reflect a reflected beam coming from the measurement object as a result of the beam being reflected by the measurement object. The beams L 1 and L 2 emitted from the laser light sources 12 a and 12 b are transmitted through the half mirrors 14 a and 14 b and guided to the beam scanning unit 18. In Figure 2, the beam L 1 is emitted from the laser light source 12a, it shows a state in which the beam L 2 is not emitted from the laser light source 12b.
The photodiodes 15a and 15b are elements that receive a pulsed reflected beam obtained by reflecting the pulsed beams L 1 and L 2 by the measurement object and output a light reception signal. In the present embodiment, the photodiodes 15a and 15b are used as light receiving sensors in the light receiving unit 14, but other known photoelectric conversion elements can be used.

データ処理・制御部16は、受光部14で受光した反射ビームを用いて、距離測定装置10から測定対象物までの距離情報を求める。さらに、データ処理・制御部16は、レーザビームの出射のオン、オフの制御信号を生成し、レーザ光源12a,12bに供給する。具体的には、データ処理・制御部16は、後述する回転駆動部20から提供される反射ミラー18a,18b(図2参照)の位置情報に応じて、ビームL,L2を断続的に出射させるように、ビームL,L2の出射のオン、オフの制御信号を生成する。
データ処理・制御部16は、測定対象物までの距離情報を求めるとき、フォトダイオード15a,15bで受光して得られるパルス状の受光信号の提供を受け、パルス状のビームL, L2の出射のタイミングに対するパルス状の受光信号の遅れ時間を算出する。データ処理・制御部16は、レーザビームの出射のオン、オフの制御信号を生成するので、ビームL, L2の出射のタイミングの情報を取得している。さらに、データ処理・制御部16は、算出した遅れ時間に光速を乗算することにより、距離測定装置10から測定対象物までの距離情報を算出し、この距離情報を、図示されない車載カメラシステムのデータ処理装置へ提供する。
The data processing / control unit 16 uses the reflected beam received by the light receiving unit 14 to obtain distance information from the distance measuring device 10 to the measurement object. Further, the data processing / control unit 16 generates a laser beam emission on / off control signal and supplies it to the laser light sources 12a and 12b. Specifically, the data processing / control unit 16 intermittently transmits the beams L 1 and L 2 in accordance with position information of reflection mirrors 18 a and 18 b (see FIG. 2) provided from a rotation driving unit 20 described later. On / off control signals for the emission of the beams L 1 and L 2 are generated so as to be emitted.
When obtaining the distance information to the measurement object, the data processing / control unit 16 receives a pulsed light reception signal obtained by receiving light with the photodiodes 15a and 15b, and receives the pulsed beams L 1 and L 2 . The delay time of the pulsed light reception signal with respect to the emission timing is calculated. Since the data processing / control unit 16 generates on / off control signals for laser beam emission, the data processing / control unit 16 obtains information on the emission timings of the beams L 1 and L 2 . Further, the data processing / control unit 16 calculates distance information from the distance measuring device 10 to the measurement object by multiplying the calculated delay time by the speed of light, and this distance information is used as data of an in-vehicle camera system (not shown). Provide to processing equipment.

ビーム走査部18は、2つの反射ミラー18a,18bと、回転駆動部20と、回転体ステージ21と、を有する。反射ミラー18a,18bが軸回転する回転駆動部20から延びる回転軸19は、反射ミラー18a,18bの反射面上に当該反射面に沿って設けられている。図3(a)〜(c)は、反射ミラー18a,18bと、ビームL,L2の入射および反射を説明する図である。
具体的には、ビーム走査部18の反射ミラー18a,18bは、回転体ステージ21に載置されて固定されている。回転体ステージ21は、回転駆動部20と図示されない回転シャフトにより固定され、回転体ステージ21および反射ミラー18a,18bが軸回転する。反射ミラー18a,18bは、回転体ステージ21上に、回転軸19の軸方向に多段配列し、反射面の向きがお互いに異なるように配置された配列ミラーである。反射ミラー18a,18bの反射面上の回転軸19の位置に、図3(c)に示されるように、ビームL,L2が入射する。
The beam scanning unit 18 includes two reflecting mirrors 18 a and 18 b, a rotation driving unit 20, and a rotating body stage 21. A rotation shaft 19 extending from the rotation drive unit 20 on which the reflection mirrors 18a and 18b rotate is provided on the reflection surface of the reflection mirrors 18a and 18b along the reflection surface. FIGS. 3A to 3C are diagrams illustrating the incidence and reflection of the reflection mirrors 18a and 18b and the beams L 1 and L 2 .
Specifically, the reflection mirrors 18 a and 18 b of the beam scanning unit 18 are placed and fixed on the rotating body stage 21. The rotator stage 21 is fixed by the rotation drive unit 20 and a rotating shaft (not shown), and the rotator stage 21 and the reflection mirrors 18a and 18b rotate about the axis. The reflection mirrors 18a and 18b are array mirrors that are arranged in multiple stages on the rotating body stage 21 in the axial direction of the rotation shaft 19, and are arranged so that the directions of the reflection surfaces are different from each other. As shown in FIG. 3C, beams L 1 and L 2 enter the position of the rotation axis 19 on the reflection surfaces of the reflection mirrors 18a and 18b.

また、反射ミラー18a,18bの反射面の向きに応じて、ビームL及びビームL2が使い分けられる。具体的には、後述するように、前方方向Xを正面に見て前方方向Xから左側の範囲をビームLが走査し、前方方向Xを正面に見て前方方向Xから右側の範囲をビームL2が走査する。また、回転軸19の方向を高さ方向Zとしたとき、ビーム出射部12とビーム走査部18と間のビームLおよびビームL2の光路が、高さ方向Zに直交する平面上に形成されている。すなわち、レーザ光源12a,12bの高さ方向Zにおける位置が、反射ミラー18a,18b上のビームの入射点22a,22bの高さ方向Zの位置と同じになるように、レーザ光源12a,12bが設けられている。図2に示す例では、反射ミラー18bは反射ミラー18aに比べて高さ方向Zの位置が高いので、レーザ光源12bは、レーザ光源12aに比べて高さ方向Zの位置が高くなっている。
こうして、反射ミラー18aの反射面の向きが図3(a)に示されるような場合、反射ミラー18aは回転軸19上の反射面上で光ビームLの入射を受け、反射ミラー18bの反射面の向きが図3(b)に示されるような場合、反射ミラー18bは回転軸19上の反射面上で光ビームL2の入射を受ける。
The reflection mirror 18a, depending on the orientation of the reflecting surface of the 18b, the beam L 1 and the beam L 2 is selectively used. Specifically, as described later, the range of the left scanning beam L 1 from the front direction X when viewed forward direction X in the front, the range from the front direction X of the right side viewed forward direction X in the front beam L 2 is scanned. Further, when the direction of the rotary shaft 19 is the height direction Z, the optical paths of the beam L 1 and the beam L 2 between the beam emitting unit 12 and the beam scanning unit 18 are formed on a plane orthogonal to the height direction Z. Has been. That is, the laser light sources 12a and 12b are arranged such that the positions of the laser light sources 12a and 12b in the height direction Z are the same as the positions in the height direction Z of the beam incident points 22a and 22b on the reflection mirrors 18a and 18b. Is provided. In the example shown in FIG. 2, since the reflection mirror 18b is higher in the height direction Z than the reflection mirror 18a, the laser light source 12b is higher in the height direction Z than the laser light source 12a.
Thus, when the direction of the reflecting surface of the reflecting mirror 18a is shown in FIG. 3 (a), it receives the incident light beam L 1 on the reflecting surface of the rotary shaft 19 a reflection mirror 18a, the reflection of the reflection mirror 18b When the orientation of the surface is as shown in FIG. 3B, the reflection mirror 18 b receives the light beam L 2 on the reflection surface on the rotation shaft 19.

回転駆動部20は、一定の速度で回転する図示されない駆動モータと、反射ミラー18a,18bの向きを検出するための図示されない回転角度検出器、例えばロータリエンコーダと、を備える。回転角度検出器から出力されるパルス信号は、データ処理・制御部16に送られて、反射ミラー18a,18bの向きの検出に用いられる。   The rotation drive unit 20 includes a drive motor (not shown) that rotates at a constant speed, and a rotation angle detector (not shown), such as a rotary encoder, for detecting the orientation of the reflection mirrors 18a and 18b. The pulse signal output from the rotation angle detector is sent to the data processing / control unit 16 and used to detect the orientation of the reflection mirrors 18a and 18b.

図4は、ビームL,L2の走査可能範囲を説明する図である。
ビーム走査部18によるビームL, L2による走査範囲は、前方方向Xを中心とする、回転軸19の周りの範囲であり、ビーム出射部12のレーザ光源12a,12bは、ビームL,L2のそれぞれを、反射ミラー18a,18bの反射面上の回転軸19の位置に向けて、前方方向Xに対して後方の側から出射する。これにより、反射ミラー18aによって反射されたビームLは、図4に示すように、θ=θin1から180度+θin1の範囲、すなわち、範囲Aを走査することができる。図4では、図中の左右方向のうち右方向の軸をθ=0度としている。
一方、反射ミラー18bによって反射されたビームL2は、図4に示すように、θ=−θin2から180度−θin2の範囲、すなわち範囲Bを走査することができる。ここで、θin1は、図4中のθ=180度の方向に対するビームLの入射角度を表し、θin2は、図4中のθ=0度の方向に対するビームL2の入射角度を表す。
FIG. 4 is a diagram illustrating the scannable range of the beams L 1 and L 2 .
The scanning range of the beams L 1 and L 2 by the beam scanning unit 18 is a range around the rotation axis 19 with the forward direction X as the center, and the laser light sources 12a and 12b of the beam emitting unit 12 have the beam L 1 , Each of L 2 is emitted from the rear side with respect to the front direction X toward the position of the rotation shaft 19 on the reflection surfaces of the reflection mirrors 18a and 18b. Thus, the beam L 1 reflected by the reflecting mirror 18a, as shown in FIG. 4, the range of theta = theta in1 from 180 degrees + theta in1, i.e., it is possible to scan the range A. In FIG. 4, the right axis among the left and right directions in the figure is θ = 0 degrees.
On the other hand, the beam L 2 reflected by the reflecting mirror 18b, as shown in FIG. 4, it is possible to scan the range of theta = - [theta] in2 from 180 - [theta] in2, i.e. the range B. Here, θ in1 represents the incident angle of the beam L 1 with respect to the direction of θ = 180 degrees in FIG. 4, and θ in2 represents the incident angle of the beam L 2 with respect to the direction of θ = 0 degrees in FIG. .

距離測定装置10は、ビームLの範囲AとビームL2の範囲Bとにより、180度を超える範囲を走査可能範囲とするが、この走査可能範囲のうち、互いに重なっている部分は、いずれか一方のビームを出射させる。より具体的には、θ=90度以下の場合ビームL2が出射され、θ=90度を越える場合ビームLが出射される、このように、レーザ光源12a,12bの出射のオン、オフは、反射ミラー18a,18bの反射面の向きに応じて切り替えられる。本実施形態では、ビームL, L2が同時に出射されないが、ビームL, L2を同時に出射して、距離情報を同時に算出することもできる。 The distance measuring device 10 uses a range A of the beam L 1 and a range B of the beam L 2 as a scannable range that exceeds 180 degrees. One of the beams is emitted. More specifically, when θ = 90 degrees or less, the beam L 2 is emitted, and when θ = 90 degrees is exceeded, the beam L 1 is emitted. Thus, the emission of the laser light sources 12a and 12b is turned on / off. Are switched according to the orientation of the reflecting surfaces of the reflecting mirrors 18a, 18b. In the present embodiment, the beams L 1 and L 2 are not emitted at the same time, but the beams L 1 and L 2 can be emitted at the same time to calculate distance information at the same time.

図5は、距離測定装置10において行われる距離測定方法のフローを示す図である。
距離測定装置10では、データ処理・制御部16による駆動指示により、回転駆動部20のモータは駆動を開始する(ステップS10)。これに伴って、データ処理・制御部16は、ロータリエンコーダ等の回転角度検出器から出力されるパルス信号を受信し、モータの回転角度の情報を取得する(ステップS20)。回転角度検出器から出力されるパルス信号は、回転軸19の1回転中に数千のパルス信号を出力するので、パルスをカウントすることにより、回転角度の情報を精密に得ることができる。
データ処理・制御部16は、取得した回転角度の情報を用いて、反射ミラー18a,18bのそれぞれの反射面の向きを求め、さらに、反射面の向きから、ビームL, L2を出射したときの想定される走査位置を表す測定角度を算出する(ステップS30)。あるいは、ビームL, L2の測定角度は、回転軸19の回転角度とレーザビームの測定角度との関係を予め参照テーブルとして記録したものを用いて、回転角度検出器から得られた回転角度の情報から測定角度を求めることもできる。
FIG. 5 is a diagram illustrating a flow of a distance measuring method performed in the distance measuring apparatus 10.
In the distance measuring device 10, the motor of the rotation driving unit 20 starts driving in accordance with a driving instruction from the data processing / control unit 16 (step S10). Along with this, the data processing / control unit 16 receives a pulse signal output from a rotation angle detector such as a rotary encoder, and acquires information on the rotation angle of the motor (step S20). Since the pulse signal output from the rotation angle detector outputs several thousand pulse signals during one rotation of the rotating shaft 19, information on the rotation angle can be obtained accurately by counting the pulses.
The data processing / control unit 16 obtains the directions of the reflecting surfaces of the reflecting mirrors 18a and 18b using the acquired information on the rotation angle, and further emits beams L 1 and L 2 from the direction of the reflecting surfaces. A measurement angle representing the expected scanning position is calculated (step S30). Alternatively, the measurement angles of the beams L 1 , L 2 are rotation angles obtained from a rotation angle detector using a previously recorded relationship between the rotation angle of the rotary shaft 19 and the measurement angle of the laser beam as a reference table. The measurement angle can be obtained from the information.

次に、データ処理・制御部16は、ビームLを出射したときビームLの測定角度θ1が90度を越えて180度+θin1以内であるか、否かを判定する(ステップS40)。
上記判定において、測定角度θ1が90度を越えて180度+θin1以内である場合(ステップS40のYesの場合)、レーザ光源12aがビームLを出射するようにレーザ光源12aに制御信号を提供する。これによりビームLがレーザ光源12aから出射する(ステップS50)。ビームLはハーフミラー14aを透過し、反射ミラー18aで反射し、測定角度θ1の方向に照射される。測定角度θ1に位置する測定対象物におけるビームLの反射光である反射ビームは、反射ミラー18aに戻り、ビームLと同じ光路を通ってハーフミラー14aに戻る。ハーフミラー14aで反射された反射ビームは、フォトダイオード15aで受光され受光信号が出力される(ステップS60)。
Next, the data processing / control unit 16 determines whether or not the measurement angle θ 1 of the beam L 1 is more than 90 degrees and within 180 degrees + θ in1 when the beam L 1 is emitted (step S40). .
In the above determination, if the measured angle theta 1 is within 180 degrees + theta in1 beyond 90 degrees (in the case of Yes is selected in step S40), the control signal to the laser light source 12a such that the laser light source 12a emits a beam L 1 provide. Thus the beam L 1 is emitted from the laser light source 12a (step S50). Beam L 1 is transmitted through the half mirror 14a, reflected by the reflecting mirror 18a, it is emitted in the direction of the measurement angle theta 1. The reflected beam is a reflected light beam L 1 in the measurement object positioned to measure the angle theta 1 is returned to the reflecting mirror 18a, the flow returns to the half mirror 14a passes through the same optical path as beam L 1. The reflected beam reflected by the half mirror 14a is received by the photodiode 15a and a light reception signal is output (step S60).

一方、上記判定において、測定角度θ1が90度を越えて180度+θin1以内の範囲にない場合(ステップS40のNoの場合)、データ処理・制御部16は、ビームL2を出射したときビームL2の測定角度θ2が−θin2から90度以内であるか、否かを判定する(ステップS70)。上記判定において、測定角度θ2が−θin2から90度以内の範囲にある場合(ステップS70のYesの場合)、レーザ光源12bがビームL2を出射するように、データ処理・制御部16は、レーザ光源12bに制御信号を提供する。これによりビームL2がレーザ光源12bから出射する(ステップS80)。ビームL2はハーフミラー14bを透過し、反射ミラー18bで反射し、測定角度θ2の方向に照射される。測定対象物におけるビームL2の反射光である反射ビームは、反射ミラー18bに戻り、ビームL2と同じ光路を通ってハーフミラー14bに戻る。ハーフミラー14bで反射された反射ビームは、フォトダイオード15bで受光され受光信号が出力される(ステップS90)。 On the other hand, in the determination (in the case of No in step S40) measured when the angle theta 1 is not within a range of 180 degrees + theta in1 beyond 90 degrees, the data processing and control unit 16, upon exiting the beam L 2 or measuring angles theta 2 of the beam L 2 is within 90 degrees from the - [theta] in2, judges whether (step S70). In the determination, measurement (Yes in Step S70) angle theta 2 be in a range within 90 degrees from the - [theta] in2, as the laser light source 12b emits a beam L 2, the data processing and control unit 16 The control signal is provided to the laser light source 12b. Thus the beam L 2 is emitted from the laser light source 12b (step S80). Beam L 2 passes through the half mirror 14b, is reflected by the reflecting mirror 18b, is irradiated in the direction of the measurement angle .theta.2. The reflected beam, which is the reflected light of the beam L 2 on the measurement object, returns to the reflecting mirror 18 b and returns to the half mirror 14 b through the same optical path as the beam L 2 . The reflected beam reflected by the half mirror 14b is received by the photodiode 15b and a received light signal is output (step S90).

一方、ステップS70における判定において、ビームL2を出射したときビームL2の測定角度θ2が−θin2から90度以内の範囲内にない場合(ステップS70のNoの場合)、ビームLおよびビームL2のいずれも出射されず、ステップS20に戻り、ステップS40あるいはステップS70の判定が肯定されるまでビームL,L2は出射されない。 On the other hand, in the judgment in the step S70, (the case of No in step S70) beam if the measurement angle theta 2 of the beam L 2 when L 2 has the emission is not within the range of - [theta] in2 within 90 degrees, the beam L 1 and any of the beam L 2 is not emitted, the process returns to step S20, the beam L 1, L 2 is not emitted until the determination of step S40 or step S70 is affirmative.

次に、データ処理・制御部16は、測定対象物の距離測定を行う(ステップS100)。具体的には、フォトダイオード15aあるいはフォトダイオード15bから出力されたパルス状の受光信号を用いて、パルス状のビームLあるいはビームL2の出射のタイミングに対する遅れ時間を算出し、この遅れ時間に光速を乗算し、2を除算することにより、距離測定装置10から測定対象物までの距離情報を求める。求めた距離情報のデータは、図示されない車載カメラシステムのデータ処理装置に出力される(ステップS110)。なお、上記遅れ時間は、ビームLおよびビームL2の出射のための制御信号や受光信号の伝送による遅延時間や装置内の応答遅れ時間等の補正を行うことによって求められる。以上のステップS20〜S100は、モータの駆動開始後、継続的に行われ、距離測定がビームLおよびビームL2の出射のたびに行われるので、距離情報のデータがリアルタイムで出力される。 Next, the data processing / control unit 16 measures the distance of the measurement object (step S100). Specifically, using a photo diode 15a or the light receiving signal of the shaped pulse outputted from the photo diode 15b, and calculates the delay time for the timing of the pulsed beam L 1 or beam L 2 emitted, this delay time By multiplying the speed of light and dividing by 2, the distance information from the distance measuring device 10 to the measurement object is obtained. The obtained distance information data is output to a data processing device of an in-vehicle camera system (not shown) (step S110). The delay time is obtained by correcting a control signal for emission of the beam L 1 and the beam L 2 , a delay time due to transmission of the received light signal, a response delay time in the apparatus, and the like. Above steps S20~S100 after start of driving the motor is performed continuously, the distance measurement because performed each time the output beam L 1 and the beam L 2, the data of the distance information is output in real time.

以上のように、距離測定装置10の反射ミラー18a,18bの反射面上に、反射面上に沿って、反射ミラー18a,18bの回転軸19が設けられ、ビームL,L2は反射ミラー18a,18bの反射面上の回転軸19の位置に互いに異なる方向から入射される。このため、距離測定装置10は、−θin2から180度+θin1の範囲を、死角なしにビームL,L2を走査させることができる。すなわち、従来に比べてレーザビームの走査範囲を広くすることができる。
ビーム光走査部19は、回転軸19の方向に多段配列した、反射面の向きがお互いに異なる配列ミラーを、反射ミラー18a,18bとして備え、この配列ミラーのそれぞれが、ビームL,L2のうちの1つのビームの入射を受ける。このため、ビームL,L2により、走査範囲を別々に制御でき、2つのビームを用いて効率よく走査することができる。
ビーム出射部12は、ビームL,L2それぞれの出射のオン及びオフを、反射ミラー18a,18bの反射面の向きに応じて切り替えて、ビームL,L2のいずれか1つを断続的に出射するので、所望の走査範囲にある測定対象物の距離を測定することができる。
また、ビーム出射部12とビーム走査部18との間の光路は、回転軸19に沿った高さ方向Zに対して直交する平面上に形成されるので、距離測定装置10は、従来に比べて嵩高くない装置とすることができ、乗用車1の前方の空きスペースに配置固定することができる。
ビーム出射部12は、ビームL,L2のそれぞれを、回転軸19の位置に向けて、前方方向Xに対して後方の側から出射するので、距離測定装置10は、ビームL,L2を、回転軸周りに180度以上の範囲を走査することができる。
距離測定装置10は、ビーム出射部12とビーム走査部18との間に設けられ、測定対象物からの反射ビームを反射するハーフミラー14a,14bと、ハーフミラー14a,14bで反射した前記反射ビームを受光するフォトダイオード15a,15bと、を備える。このため、反射ミラーの光路をビームL,L2の光路と共有することができ、距離測定装置10をコンパクトにすることができる。
As described above, the rotation shaft 19 of the reflection mirrors 18a and 18b is provided on the reflection surfaces of the reflection mirrors 18a and 18b of the distance measuring device 10 along the reflection surface, and the beams L 1 and L 2 are reflected by the reflection mirrors. The light beams are incident on the rotary shaft 19 on the reflecting surfaces 18a and 18b from different directions. For this reason, the distance measuring apparatus 10 can scan the beams L 1 and L 2 in the range from −θ in2 to 180 degrees + θ in1 without a blind spot. That is, the scanning range of the laser beam can be widened compared to the conventional case.
Light beam scanning unit 19, and a multi-stage arrangement in the direction of the rotary shaft 19, different sequences mirror the orientation of the reflective surface each other, the reflection mirror 18a, includes a 18b, each of the array mirrors, beam L 1, L 2 One of the beams is incident. For this reason, the scanning range can be controlled separately by the beams L 1 and L 2 , and the scanning can be efficiently performed using the two beams.
Beam emitting portion 12, the beam L 1, L 2 each emission on and off, the reflecting mirror 18a, to switch according to the orientation of the reflecting surface of the 18b, intermittently any one of the beams L 1, L 2 Therefore, the distance of the measurement object in the desired scanning range can be measured.
In addition, since the optical path between the beam emitting unit 12 and the beam scanning unit 18 is formed on a plane perpendicular to the height direction Z along the rotation axis 19, the distance measuring device 10 is compared with the conventional one. And can be fixed in an empty space in front of the passenger car 1.
Since the beam emitting unit 12 emits each of the beams L 1 and L 2 from the rear side with respect to the front direction X toward the position of the rotation shaft 19, the distance measuring device 10 includes the beams L 1 and L 2. 2 can scan a range of 180 degrees or more around the rotation axis.
The distance measuring apparatus 10 is provided between the beam emitting unit 12 and the beam scanning unit 18, and reflects the reflected beam from the measurement object, and the reflected beam reflected by the half mirrors 14a and 14b. And photodiodes 15a and 15b that receive light. For this reason, the optical path of the reflection mirror can be shared with the optical paths of the beams L 1 and L 2 , and the distance measuring device 10 can be made compact.

図6(a),(b)は、第1実施形態の変形例である、ビーム走査部18の反射ミラーの構成について説明する図である。
図6(a),(b)は、第1実施形態と異なり、反射ミラー18a,18bが2つ設けられず、反射ミラー18aの1つが回転ステージ21上に設けられている。反射ミラー18a以外の構成は、第1実施形態の構成と同じであるので、反射ミラー18a以外の構成の説明は省略する。
反射ミラー18aが回転する回転軸19は、ビーム走査部18の反射ミラー18aの反射面上に、この反射面上に沿って設けられ、ビームL,L2が反射ミラー18aの反射面上の回転軸19の位置に互いに異なる方向から入射する。
したがって、図6(a)に示すように、回転する反射ミラー18aが所定の向きになるとき、ビームLをレーザ光源12aが出射し、ビームLの測定角度θ1が90度を越えて180度+θin1以内となるように走査する。また、図6(b)に示すように、回転する反射ミラー18aが所定の向きになるとき、ビームL2をレーザ光源12bが出射し、ビームL2の測定角度θ2が−θin2から90度以内となるように走査する。
FIGS. 6A and 6B are diagrams illustrating the configuration of the reflection mirror of the beam scanning unit 18, which is a modification of the first embodiment.
6A and 6B, unlike the first embodiment, two reflection mirrors 18a and 18b are not provided, and one of the reflection mirrors 18a is provided on the rotary stage 21. Since the configuration other than the reflection mirror 18a is the same as the configuration of the first embodiment, the description of the configuration other than the reflection mirror 18a is omitted.
The rotating shaft 19 on which the reflection mirror 18a rotates is provided on the reflection surface of the reflection mirror 18a of the beam scanning unit 18 along the reflection surface, and the beams L 1 and L 2 are on the reflection surface of the reflection mirror 18a. The light enters the position of the rotating shaft 19 from different directions.
Accordingly, as shown in FIG. 6 (a), when the reflecting mirror 18a to rotate a predetermined direction, the beam L 1 laser light source 12a is emitted, measured angle theta 1 of the beam L 1 is greater than 90 degrees Scan to within 180 degrees + θ in1 . Further, as shown in FIG. 6 (b), when the reflecting mirror 18a to rotate a predetermined direction, the beam L 2 laser light source 12b is emitted, measured angle theta 2 of the beam L 2 from - [theta] in2 90 Scan to within degrees.

このように、レーザ光源12a,12bは、ビームL,L2それぞれの出射のオン及びオフを、反射ミラー18aの反射面の向きに応じて切り替えて、ビームL,L2のいずれか1つを断続的に出射するので、1つの反射ミラー18aを有効に用いて走査することができる。
このとき、レーザ光源12a,12bとビーム走査部18との間の光路は、回転軸19に対して直交する平面上に形成されるので、距離測定装置10は、嵩高くない装置とすることができ、乗用車1の前方の空きスペースに配置固定することができる。
As described above, the laser light sources 12a and 12b switch on and off the emission of the beams L 1 and L 2 in accordance with the direction of the reflection surface of the reflection mirror 18a, so that one of the beams L 1 and L 2 is selected. Since one beam is emitted intermittently, scanning can be performed by effectively using one reflecting mirror 18a.
At this time, since the optical path between the laser light sources 12a and 12b and the beam scanning unit 18 is formed on a plane orthogonal to the rotation axis 19, the distance measuring device 10 is not a bulky device. It can be arranged and fixed in an empty space in front of the passenger car 1.

図7(a)は、第1実施形態の変形例を説明する図である。図7(a)に示すビーム走査部18は、回転ステージ21上に透明体24が設けられて固定されている。透明体24は、例えば石英からなる。透明体24内には、金属薄膜層からなる反射ミラー18a,18bが形成されている。反射ミラー18a,18bは、回転軸19の方向に多段配列した、反射面の向きがお互いに異なる配列ミラーである。反射ミラー18aがビームLの入射を受け、反射ミラー18bがビームL2の入射を受ける。
この反射ミラー18a,18bは、図2に示す反射ミラー18a,18bに対して、透明体24に設けられている点が異なるだけであり、透明体24以外は同じ構成であるので、透明体24以外の装置についての説明及び作用については省略する。
FIG. 7A is a diagram for explaining a modification of the first embodiment. In the beam scanning unit 18 shown in FIG. 7A, a transparent body 24 is provided on a rotary stage 21 and is fixed. The transparent body 24 is made of, for example, quartz. In the transparent body 24, reflection mirrors 18a and 18b made of a metal thin film layer are formed. The reflection mirrors 18 a and 18 b are array mirrors arranged in multiple stages in the direction of the rotation shaft 19 and having different reflection surface directions. Reflection mirrors 18a receives the incident beam L 1, reflective mirror 18b receives a incident beam L 2.
The reflection mirrors 18a and 18b are different from the reflection mirrors 18a and 18b shown in FIG. 2 only in that they are provided on the transparent body 24, and the transparent mirror 24 has the same configuration except for the transparent body 24. Description and operation of the other devices will be omitted.

図7(b)は、更に別の、第1実施形態の変形例を説明する図である。図7(b)に示すビーム走査部18は、回転ステージ21上に透明体24が設けられて固定されている。透明体24内には、金属薄膜層により一方の面に反射ミラー18aが形成され、他方の面に反射ミラー18bが形成されている。金属薄膜は薄いので、反射ミラー18aおよび反射ミラー18bのそれぞれの反射面上に、これらの反射面に沿って回転軸19が設けられている。
反射ミラー18aがビームLの入射を受け、反射ミラー18bがビームL2の入射を受ける。この反射ミラー18a,18bは、図2に示す反射ミラー18a,18bと異なり、透明体24内に設けられ、反射ミラー18aと反射ミラー18bの、回転軸19に沿った高さ方向Zの位置がお互いに同じである。このため、レーサ光源12a,12bと、ハーフミラー14a,14bと、フォトダイオード15a,15bを同じ高さ方向Zの位置に設け、高さ方向Zの嵩を低くすることができ、距離測定装置10をよりコンパクトにすることができる。透明体24以外の構成は、図2に示す距離測定装置10と同じであるので、透明体24以外の装置についての説明及び作用については省略する。
また、本変形例では、反射ミラー18aがビームLの入射を受け、反射ミラー18bがビームL2の入射を受けるが、反射ミラー18a,18bのいずれも、ビームL,L2が入射されてもよい。この場合、ビーム走査部18は、反射ミラー18a,18bが半回転する間に、−θin2から180度+θin1の範囲を走査することができる。
FIG. 7B is a diagram for explaining another modified example of the first embodiment. In the beam scanning unit 18 shown in FIG. 7B, a transparent body 24 is provided on a rotary stage 21 and fixed. In the transparent body 24, a reflective mirror 18a is formed on one surface by a metal thin film layer, and a reflective mirror 18b is formed on the other surface. Since the metal thin film is thin, the rotation shaft 19 is provided on the reflection surfaces of the reflection mirror 18a and the reflection mirror 18b along the reflection surfaces.
Reflection mirrors 18a receives the incident beam L 1, reflective mirror 18b receives the incident beam L 2. Unlike the reflection mirrors 18 a and 18 b shown in FIG. 2, the reflection mirrors 18 a and 18 b are provided in the transparent body 24, and the positions of the reflection mirror 18 a and the reflection mirror 18 b in the height direction Z along the rotation axis 19 are set. They are the same as each other. For this reason, the racer light sources 12a and 12b, the half mirrors 14a and 14b, and the photodiodes 15a and 15b are provided at the same position in the height direction Z, and the bulk in the height direction Z can be reduced. Can be made more compact. Since the configuration other than the transparent body 24 is the same as that of the distance measuring apparatus 10 shown in FIG. 2, description and operation of the apparatus other than the transparent body 24 are omitted.
In this modification, the reflecting mirror 18a receives the incident beam L 1, the reflection mirror 18b receives the incident beam L 2, the reflecting mirror 18a, none of the 18b, the beam L 1, L 2 is incident May be. In this case, the beam scanning unit 18 can scan the range from −θ in2 to 180 degrees + θ in1 while the reflection mirrors 18a and 18b are rotated halfway.

(第2実施形態)
図8(a),(b)は、第2実施形態の距離測定装置10の概略の構成を示す図である。図8(a),(b)に示す第2実施形態では、ビーム出射部12は、1つのレーザ光源12aがコリメータレンズ13とともに用いられる。また、第2実施形態では、ビーム出射部12とビーム走査部18との間の光路上に、シャッター25a,25bと、調整ミラー26a,26bとが設けられる。
コリメータレンズ13は、レーザ光源12aから出射したレーザビームを平行光とする。レーザ光源12aの前面には、ハーフミラー28が設けられる。ハーフミラー28は、1つのレーザ光源12aから出射した1つのビームの反射および透過により2つのビームL,L2に分離する光学素子である。
(Second Embodiment)
FIGS. 8A and 8B are diagrams illustrating a schematic configuration of the distance measuring device 10 according to the second embodiment. In the second embodiment shown in FIGS. 8A and 8B, the beam emitting unit 12 uses one laser light source 12 a together with the collimator lens 13. In the second embodiment, shutters 25 a and 25 b and adjustment mirrors 26 a and 26 b are provided on the optical path between the beam emitting unit 12 and the beam scanning unit 18.
The collimator lens 13 converts the laser beam emitted from the laser light source 12a into parallel light. A half mirror 28 is provided in front of the laser light source 12a. The half mirror 28 is an optical element that separates the two beams L 1 and L 2 by reflecting and transmitting one beam emitted from one laser light source 12a.

ビーム走査部18の反射ミラー18a,18bのいずれの反射面上にも、反射ミラー18a,18bが回転する回転軸19が、これらの反射面上に沿って設けられている。反射ミラー18a,18bは、反射ミラー18a,18bの反射面上の回転軸19の位置において、お互いに異なる方向からビームL,L2の入射を受ける。
反射ミラー18a,18bとして、図3(a)に示す第1実施形態の他に、図6(a),(b)に示す変形例や図7(a)あるいは図7(b)に示す変形例の各形態が用いられ得る。
図8(a)に示すように、ビームLがビーム走査部18に入射するとき、シャッター25aは開き、調整ミラー26aで反射されて、ビームLはビーム走査部18に導かれる。ビームLの反射ミラー18aへの入射は、ビームLを出射したときビームLの測定角度θ1が90度を越えて180度+θin1以内である場合に行われる。図8(b)に示すように、ビームL2がビーム走査部18に入射するとき、シャッター25bは開き、調整ミラー26bで反射されて、ビームL2はビーム走査部18に導かれる。ビームL2の反射ミラー18bへの入射は、ビームL2を出射したときビームL2の測定角度θ2が−θin2から90度以内である場合行われる。なお、ビームL2は、ビームLと同じレーザ光源12aから出射し、回転軸19の高さ方向Zの位置が反射ミラー18aと異なる反射ミラー18bに入射するが、ビームL2は、調整ミラー26bにおいて反射ミラー18bに入射するように反射される。したがって、ビームL2の光路は、厳密には回転軸19に対して直交する平面上に形成されず、反射ミラー18a,18bの高さ方向Zの位置ずれ分だけ上記平面に対して傾斜している。しかし、反射ミラー18a,18bの高さ方向Zの位置のずれ分は、光路長に比べて十分に小さいため、実質上、ビームL2の光路は、回転軸19に対して直交する平面上に形成される、といえる。
A rotating shaft 19 on which the reflecting mirrors 18a and 18b rotate is provided on the reflecting surfaces of the reflecting mirrors 18a and 18b of the beam scanning unit 18 along these reflecting surfaces. The reflection mirrors 18a and 18b receive the beams L 1 and L 2 from different directions at the position of the rotation axis 19 on the reflection surfaces of the reflection mirrors 18a and 18b.
As the reflection mirrors 18a and 18b, in addition to the first embodiment shown in FIG. 3A, the modification shown in FIGS. 6A and 6B, the modification shown in FIG. 7A, or FIG. 7B. Each form of the example may be used.
As shown in FIG. 8 (a), the beam L 1 is when entering the beam scanning unit 18, the shutter 25a is opened, is reflected by the adjustment mirror 26a, the beam L 1 is directed to a beam scanning unit 18. Incident to the reflective mirror 18a of the beam L 1 is measured angle theta 1 of the beam L 1 when the emitted beam L 1 is performed when it is within 180 degrees + theta in1 beyond 90 degrees. As shown in FIG. 8B, when the beam L 2 is incident on the beam scanning unit 18, the shutter 25 b is opened, reflected by the adjustment mirror 26 b , and the beam L 2 is guided to the beam scanning unit 18. Incident to the reflective mirror 18b of the beam L 2 is measured angle theta 2 of the beam L 2 when the emitted beam L 2 is performed when it is within 90 degrees from the - [theta] in2. The beam L 2 is emitted from the same laser light source 12 a as the beam L 1 and is incident on the reflection mirror 18 b whose position in the height direction Z of the rotating shaft 19 is different from the reflection mirror 18 a, but the beam L 2 is the adjustment mirror. The light is reflected so as to enter the reflection mirror 18b at 26b. Therefore, strictly speaking, the optical path of the beam L 2 is not formed on a plane orthogonal to the rotation axis 19, and is inclined with respect to the plane by the positional deviation in the height direction Z of the reflection mirrors 18 a and 18 b. Yes. However, the reflection mirror 18a, the deviation amount of the position in the height direction Z of 18b, since sufficiently smaller than the optical path length, substantially, the optical path of the beam L 2 has, on a plane perpendicular to the rotation axis 19 It can be said that it is formed.

図9は、第2実施形態の距離測定装置10における距離測定方法のフローを示す図である。第2実施形態における距離測定方法のうち、図9に示すステップS10〜S40,S60,S70,S90〜S110は、図5に示すステップS10〜S40,S60,S70,S90〜S110と同様であるので、その説明を省略する。図9に示すフローでは、ステップS45とステップS75が設けられている。
ステップS45では、ビームLを出射したときビームLの測定角度θ1が90度を越えて180度+θin1以内である場合(ステップS40のYesの場合)、シャッター25aが開き、シャッター25bが閉じる(ステップS45)。この状態で、レーザ光源12aからパルス状のレーザビームが出射され(ステップS50)、コリメータレンズ13を通して平行光とされて、ハーフミラー28でビームLとビームL2に分離される。ビームL2は、シャッター25bが閉じられることによりビーム走査部18への進行が阻止され、ビームLのみが、開いたシャッター25aを通過してビーム走査部18へ導かれる。
同様に、ステップS75では、ビームL2を出射したときビームL2の測定角度θ2が−θin2から90度以内である場合(ステップS70のYesの場合)、シャッター25bが開き、シャッター25aが閉じる(ステップS75)。この状態で、レーザ光源12aからパルス状のレーザビームが出射され(ステップS80)、コリメータレンズ13を通して平行光とされて、ハーフミラー28でビームLとビームL2に分離される。ビームLは、シャッター25aが閉じられることによりビーム走査部18への進行が阻止され、ビームL2のみが、開いたシャッター25bを通過してビーム走査部18へ導かれる。
このようにして、距離測定装置10は、パルス状のビームL,L2を断続的にビーム走査部18から測定対象物に照射することによって、測定対象物の距離を測定する。
図9中のステップS20〜S100は、モータの駆動開始後、継続的に行われ、距離測定がビームLおよびビームL2の出射のたびに行われるので、距離情報のデータがリアルタイムで出力される(ステップS110)。
FIG. 9 is a diagram illustrating a flow of a distance measurement method in the distance measurement device 10 of the second embodiment. Among the distance measurement methods in the second embodiment, steps S10 to S40, S60, S70, S90 to S110 shown in FIG. 9 are the same as steps S10 to S40, S60, S70, and S90 to S110 shown in FIG. The description is omitted. In the flow shown in FIG. 9, step S45 and step S75 are provided.
In step S45, (Yes in step S40) beam if the measurement angle theta 1 of the beam L 1 when the L 1 emitted is within 180 degrees + theta in1 beyond 90 degrees, open shutter 25a is, the shutter 25b is Close (step S45). In this state, pulsed laser beam is emitted from the laser light source 12a (step S50), is a parallel light through a collimator lens 13, the half mirror 28 is separated into beams L 1 and the beam L 2. Beam L 2 is progression to the beam scanning unit 18 is blocked by the shutter 25b is closed, only the beam L 1 is directed to a beam scanning unit 18 passes through the shutter 25a opened.
Similarly, in step S75, the case measured angle theta 2 of the beam L 2 when the emitted beam L 2 is within 90 degrees from the - [theta] in2 (Yes in step S70), opens the shutter 25b is, the shutter 25a is Close (step S75). In this state, pulsed laser beam is emitted from the laser light source 12a (step S80), is a parallel light through a collimator lens 13, the half mirror 28 is separated into beams L 1 and the beam L 2. Beam L 1 is progression to the beam scanning unit 18 is blocked by the shutter 25a is closed, only the beam L 2 is guided to the beam scanning unit 18 passes through the shutter 25b is opened.
Thus, the distance measuring apparatus 10 measures the distance of the measurement object by irradiating the measurement object from the beam scanning unit 18 intermittently with the pulsed beams L 1 and L 2 .
Step S20~S100 in Figure 9, after the start of the driving of the motor, is continuously performed, the distance measurement is performed for each of the outgoing beam L 1 and the beam L 2, the data of the distance information is output in real-time (Step S110).

したがって、第2実施形態の距離測定装置10においても第1実施形態の距離測定装置10と同様の効果を有する。さらに、第2実施形態の距離測定装置10は、レーザ光源12aから出射したビームを、ハーフミラー28を用いて反射および透過を行って、ビームL,L2に分離するので、用いるレーザ光源は1つで済ませることができ、コンパクトな距離測定装置10を提供することができる。 Therefore, the distance measuring device 10 of the second embodiment has the same effect as the distance measuring device 10 of the first embodiment. Furthermore, since the distance measuring device 10 of the second embodiment reflects and transmits the beam emitted from the laser light source 12a using the half mirror 28 and separates it into the beams L 1 and L 2 , the laser light source used is A single distance measuring device 10 can be provided.

(第3実施形態)
図10は、第3実施形態の距離測定装置10の概略の構成を示す図である。図10に示す第3実施形態では、ビーム出射部12は、第2実施形態と同様に、1つのレーザ光源12aがコリメータレンズ13とともに用いられる。また、受光部14は、測定対象物から到来したビームLの反射ビームと、測定対象物から到来したビームL2の反射ビームとを1つのフォトダイオード14で受光する。
具体的には、ビーム出射部12は、レーザ光源12aと、コリメータレンズ13と、偏光ビームスプリッタ29と、液晶板30と,を備える。ビーム出射部12とビーム走査部18との間のビームL,L2の光路上には、4分の1波長板32a,32bが設けられる。受光部14は反射ビームを受光するフォトダイオード15aを備える。
コリメータレンズ13は、レーザ光源12aから出射したレーザビームを平行光とする。液晶板30は、ビーム出射部12から出射した直線偏光した1つのレーザビームの偏光状態を制御する偏光回転素子である。液晶板30は、レーザビームの偏光状態の制御のために、測定対象物を測定するための第1実施形態と同様のデータ処理・制御部18(図2参照)と接続されており、データ処理・制御部18からの指示により、レーザビームの偏光状態を制御する。偏光ビームスプリッタ29は、液晶板30により偏光状態が制御されたレーザビームを、反射または透過させて、お互いに偏光状態が異なる直線偏光のビームLとビームL2に分離し、かつ、測定対象物からの反射ビームを偏光状態に応じて透過または反射させる光学素子である。偏光ビームスプリッタ29を透過した反射ビームのみが、フォトダイオード15aで受光される。
4分の1波長板32a,32bは、液晶板30で偏光されたビームL,L2の直線偏光を円偏光にし、測定対象物から到来した円偏光の反射ビームを直線偏光にする。
フォトダイオード15aは、ビーム走査部18の反射ミラー18a,18b及び4分の1波長板32a,32bを通り、偏光ビームスプリッタ29で透過あるいは反射した測定対象物からの反射ビームを受光する。
(Third embodiment)
FIG. 10 is a diagram illustrating a schematic configuration of the distance measuring device 10 according to the third embodiment. In the third embodiment shown in FIG. 10, the beam emitting unit 12 uses one laser light source 12 a together with the collimator lens 13 as in the second embodiment. The light receiving unit 14 receives the reflected beam of the beam L 1 coming from the measurement object and the reflected beam of the beam L 2 coming from the measurement object by one photodiode 14.
Specifically, the beam emitting unit 12 includes a laser light source 12a, a collimator lens 13, a polarization beam splitter 29, and a liquid crystal plate 30. Quarter-wave plates 32 a and 32 b are provided on the optical paths of the beams L 1 and L 2 between the beam emitting unit 12 and the beam scanning unit 18. The light receiving unit 14 includes a photodiode 15a that receives the reflected beam.
The collimator lens 13 converts the laser beam emitted from the laser light source 12a into parallel light. The liquid crystal plate 30 is a polarization rotating element that controls the polarization state of one linearly polarized laser beam emitted from the beam emitting unit 12. The liquid crystal plate 30 is connected to a data processing / control unit 18 (see FIG. 2) similar to that of the first embodiment for measuring a measurement object for controlling the polarization state of the laser beam. In accordance with an instruction from the control unit 18, the polarization state of the laser beam is controlled. The polarization beam splitter 29 reflects or transmits the laser beam whose polarization state is controlled by the liquid crystal plate 30 and separates it into linearly polarized beams L 1 and L 2 having different polarization states from each other. An optical element that transmits or reflects a reflected beam from an object in accordance with the polarization state. Only the reflected beam that has passed through the polarization beam splitter 29 is received by the photodiode 15a.
The quarter-wave plates 32a and 32b convert the linearly polarized beams L 1 and L 2 polarized by the liquid crystal plate 30 into circularly polarized light and the circularly polarized reflected beam coming from the measurement object into linearly polarized light.
The photodiode 15 a receives the reflected beam from the measurement object transmitted or reflected by the polarization beam splitter 29 through the reflection mirrors 18 a and 18 b and the quarter-wave plates 32 a and 32 b of the beam scanning unit 18.

図11は、レーザ光源12aが90度の直線偏光でレーザビームを出射した後、フォトダイオード15aで反射ビームを受光するまでのビームの偏光状態を説明している。
ビームL,L2は、第1実施形態と同様に、ビームLの測定角度θ1、ビームL2の測定角度θ2によって、ビーム走査部18の反射ミラー18a,18bへの入射が制御される。具体的には、ビームLが出射されたときビームLの測定角度θ1が、90度を越えて180度+θin1以内である場合、ビームLがビーム走査部18に入射するように、液晶板30は制御される。同様に、ビームLが出射されたときビームL2の測定角度θ2が、−θin2から90度以内で場合、ビームL2がビーム走査部18に入射するように、液晶板30は制御される。
FIG. 11 illustrates the polarization state of the beam after the laser light source 12a emits the laser beam with 90-degree linearly polarized light until the reflected beam is received by the photodiode 15a.
Beams L 1, L 2, like the first embodiment, the measurement angle theta 1 of the beam L 1, by measuring the angle theta 2 of the beam L 2, the reflection mirror 18a of the beam scanning unit 18, is incident to 18b control Is done. More specifically, as measured angle theta 1 of the beam L 1 when the beam L 1 is emitted is, if it is within 180 degrees + theta in1 beyond 90 degrees, the beam L 1 is incident on the beam scanning section 18 The liquid crystal plate 30 is controlled. Similarly, measuring the angle theta 2 of the beam L 2 when the beam L 1 is emitted is the case within 90 degrees from the - [theta] in2, so that the beam L 2 is incident on the beam scanning unit 18, the liquid crystal panel 30 is controlled Is done.

すなわち、ビームLが利用されるとき、90度の直線偏光のレーザビームが液晶板30で偏光状態を維持して透過する。偏光ビームスプリッタ29では、90度の直線偏光のレーザビームは反射され、ビームLとして分離される。このビームLは4分の1波長板32aにおいて円偏光状態になる。この状態で、ビームLは調整ミラー26aを介して反射ミラー18aで投射され、測定対象物に照射される。ビームLが照射された測定対象物から到来する反射ビームは、円偏光状態を維持し、4分の1波長板32aを通過するとき、偏光状態の位相が45度ずれて0度の直線偏光になる。このため、偏光ビームスプリッタ29に入射した反射ビームは、偏光ビームスプリッタ29を透過して、フォトダイオード15aで受光される。 That is, when the beam L 1 is used, a 90-degree linearly polarized laser beam is transmitted through the liquid crystal plate 30 while maintaining the polarization state. In the polarization beam splitter 29, the laser beam of the linearly polarized light of 90 degrees is reflected, is separated as beam L 1. The beam L 1 becomes circularly polarized state at wave plate 32a quarter. In this state, the beam L 1 is projected by the reflecting mirror 18a through an adjusting mirror 26a, and is irradiated to the measurement object. The reflected beam coming from the object of measurement beam L 1 is irradiated, maintaining the circular polarization state, when passing through the wave plate 32a quarter, out of phase by 45 degrees in the polarization state 0 ° linear polarization become. For this reason, the reflected beam incident on the polarization beam splitter 29 passes through the polarization beam splitter 29 and is received by the photodiode 15a.

同様に、ビームL2が利用されるとき、液晶板30が制御されて、90度の直線偏光のレーザビームが液晶板30により0度の偏光状態に変更される。偏光ビームスプリッタ29では、0度の直線偏光のレーザビームは透過され、ビームL2として分離される。このビームL2は4分の1波長板32bにおいて円偏光になる。この状態で、ビームL2は、調整ミラー26bを介して反射ミラー18bで投射され、測定対象物に照射される。ビームL2が照射された測定対象物から到来する反射ビームは、円偏光状態を維持し、4分の1波長板32bを通過するとき、偏光状態の位相が45度ずれて90度の直線偏光になる。このため、偏光ビームスプリッタ29に入射した反射ビームは、偏光ビームスプリッタ29で反射されて、フォトダイオード15aで受光される。 Similarly, when the beam L 2 is used, the liquid crystal plate 30 is controlled, and the 90-degree linearly polarized laser beam is changed to a 0-degree polarization state by the liquid crystal plate 30. In the polarization beam splitter 29, the laser beam of the 0-degree linearly polarized light is transmitted, is separated as beam L 2. The beam L 2 becomes circularly polarized light in one wave plate 32b quarter. In this state, the beam L 2 is projected by the reflecting mirror 18b via the adjustment mirror 26b, it is irradiated to the measurement object. The reflected beam coming from the measurement object irradiated with the beam L 2 maintains a circular polarization state, and when passing through the quarter-wave plate 32b, the polarization state is shifted by 45 degrees and linearly polarized light of 90 degrees. become. For this reason, the reflected beam incident on the polarization beam splitter 29 is reflected by the polarization beam splitter 29 and received by the photodiode 15a.

図12は、第3実施形態の距離測定装置における距離測定方法のフローを示す図である。第3実施形態における距離測定方法のうち図12に示すステップS10〜S40,S70,S100,S110は、図5に示すステップS10〜S40,S70,S100,S110と同様であるので説明を省略する。図12に示すフローでは、ステップS45とステップS75が設けられている。   FIG. 12 is a diagram illustrating a flow of a distance measuring method in the distance measuring apparatus according to the third embodiment. Of the distance measurement method according to the third embodiment, steps S10 to S40, S70, S100, and S110 shown in FIG. 12 are the same as steps S10 to S40, S70, S100, and S110 shown in FIG. In the flow shown in FIG. 12, step S45 and step S75 are provided.

ステップS45は、ビームLを出射したときビームLの測定角度θ1が90度を越えて180度+θin1以内である場合(ステップS40のYesの場合)に行われる。具体的には、第1実施形態のデータ処理・制御部16と同様の図示されないデータ処理・制御部が、90度の直線偏光のレーザビームが90度に維持されるように液晶板30へ電圧の印加を行う(ステップS45)。この状態で、レーザビームがレーザ光源12aから出射され(ステップS50)、図11に示すように偏光状態が調整されて円偏光のビームLが測定対象物に照射される。
ステップS75は、ビームL2を出射したとき反射ミラーL2の測定角度θ2が−θin2から90度以内である場合(ステップS70のYesの場合)に行われる。具体的には、第1実施形態のデータ処理・制御部16と同様の図示されないデータ処理・制御部が、90度の直線偏光のレーザビームの偏光状態が0度の直線偏光になるように液晶板30へ電圧の印加を行う(ステップS75)。この状態で、90度の直線偏光のレーザビームがレーザ光源12aから出射され(ステップS50)、図11に示すように偏光状態が調整されて円偏光のビームL2が測定対象物に照射される。
Step S45, the measurement angle θ1 of the beam L 1 when the emitted beam L 1 is performed when it is within 180 degrees + Shitain1 beyond 90 degrees (Yes in step S40). Specifically, a data processing / control unit (not shown) similar to the data processing / control unit 16 of the first embodiment applies a voltage to the liquid crystal plate 30 so that the 90-degree linearly polarized laser beam is maintained at 90 degrees. Is applied (step S45). In this state, a laser beam is emitted from the laser light source 12a (step S50), the polarization state beam L 1 of tuned circularly polarized light is irradiated to the measurement object as shown in FIG. 11.
Step S75, the measurement angle θ2 of the reflection mirror L 2 when the emitted beam L 2 is performed when it is within 90 degrees from the - [theta] in2 (Yes in step S70). Specifically, a data processing / control unit (not shown) similar to the data processing / control unit 16 of the first embodiment uses a liquid crystal so that the polarization state of a 90-degree linearly polarized laser beam becomes 0-degree linearly polarized light. A voltage is applied to the plate 30 (step S75). In this state, the laser beam of the linearly polarized light of 90 degrees is emitted from the laser light source 12a (step S50), the polarization state is adjusted beam L 2 of the circularly polarized light is irradiated to the measurement object as shown in FIG. 11 .

照射された測定対象物から反射光として到来する反射ビームは、偏光ビームスプリッタ29を通して透過あるいは反射されて、フォトダイオード15aに受光される(ステップS60)。
このようにして、距離測定装置10は、パルス状のビームL,L2を断続的にビーム走査部18から測定対象物に照射し、測定対象物の距離が測定される。
図12中のステップS20〜S100は、モータの駆動開始後、継続的に行われ、距離測定がビームLおよびビームL2の出射のたびに行われるので、距離情報のデータがリアルタイムで出力される(ステップS110)。
The reflected beam that arrives as reflected light from the irradiated measurement object is transmitted or reflected through the polarization beam splitter 29 and received by the photodiode 15a (step S60).
In this way, the distance measuring device 10 intermittently irradiates the measurement object from the beam scanning unit 18 with the pulsed beams L 1 and L 2 and measures the distance of the measurement object.
Step S20~S100 in Figure 12, after the start of the driving of the motor, is continuously performed, the distance measurement is performed for each of the outgoing beam L 1 and the beam L 2, the data of the distance information is output in real-time (Step S110).

したがって、第3実施形態の距離測定装置10においても第1実施形態の距離測定装置10と同様の効果を有する。さらに、第3実施形態の距離測定装置10は、レーザ光源12aから出射したレーザビームの偏光状態を、液晶板29を用いて調整することにより、レーザビームを偏光ビームスプリッタ29において反射または透過させて、ビームL,L2を生成する。第3実施形態の距離測定装置10は、さらに、4分の1波長板32a,32bを用いて反射ビームの偏光状態を調整して偏光ビームスプリッタ30において反射または透過させて、反射ビームをフォトダイオード15aにおいて受光する。このため、第3実施形態の距離測定装置10は、レーザ光源およびフォトダイオードをそれぞれ1つで済ませることができ、コンパクトな距離測定装置10を提供することができる。また、第2実施形態のようにハーフミラー28を用いて一部分のレーザビームを測定対象物に照射し、ハーフミラー14a,14bを用いて反射ビームの一部分を受光する場合に比べて、受光する反射ビームの光強度は低下しないので、第3実施形態では、レーザ光源12aのレーザビームの光強度を抑えることができる。 Therefore, the distance measuring device 10 of the third embodiment has the same effect as the distance measuring device 10 of the first embodiment. Further, the distance measuring device 10 of the third embodiment reflects or transmits the laser beam at the polarization beam splitter 29 by adjusting the polarization state of the laser beam emitted from the laser light source 12 a using the liquid crystal plate 29. , Beams L 1 and L 2 are generated. The distance measuring device 10 of the third embodiment further adjusts the polarization state of the reflected beam using the quarter-wave plates 32a and 32b and reflects or transmits the reflected beam at the polarization beam splitter 30, thereby making the reflected beam a photodiode. Light is received at 15a. For this reason, the distance measuring apparatus 10 of 3rd Embodiment can complete | finish only one laser light source and a photodiode, and can provide the compact distance measuring apparatus 10. FIG. Further, as in the second embodiment, the reflected light is received as compared with the case where the half mirror 28 is used to irradiate a part of the laser beam to the measurement object and the half mirrors 14a and 14b are used to receive a part of the reflected beam. Since the light intensity of the beam does not decrease, the light intensity of the laser beam of the laser light source 12a can be suppressed in the third embodiment.

上記実施形態は、以下に示す内容を開示する。
(付記1)
光ビームを測定対象物に照射して測定対象物までの距離を測定する距離測定装置(10)であって、
測定対象物に照射するために、お互いに向きの異なる複数の光ビームを出射するビーム出射部と、
測定対象物から反射して戻ってきた反射ビームを受光する受光部と、
前記受光部で受光した反射ビームを用いて、測定対象物の距離情報を求めるデータ処理部と、
前記ビーム出射部から出射された複数の光ビームのそれぞれを走査するビーム走査部と、を有し、
前記ビーム走査部は、1つまたは複数の反射ミラーと、前記反射ミラーの反射面上に沿って回転軸を持つように反射ミラーを軸回転させる回転駆動部と、を備え、前記複数の光ビームは前記反射ミラーの反射面上の前記回転軸の位置に互いに異なる方向から入射する、ことを特徴とする距離測定装置。
The said embodiment discloses the content shown below.
(Appendix 1)
A distance measuring device (10) for measuring a distance to a measurement object by irradiating the measurement object with a light beam,
A beam emitting unit for emitting a plurality of light beams having different directions to irradiate the measurement object;
A light receiving unit for receiving the reflected beam reflected from the measurement object and returned;
A data processing unit for obtaining distance information of a measurement object using a reflected beam received by the light receiving unit;
A beam scanning unit that scans each of the plurality of light beams emitted from the beam emitting unit,
The beam scanning unit includes one or a plurality of reflection mirrors, and a rotation driving unit that rotates the reflection mirror so as to have a rotation axis along a reflection surface of the reflection mirror, and the plurality of light beams Is incident on the position of the rotation axis on the reflection surface of the reflection mirror from different directions.

(付記2)
前記ビーム光走査部は、前記回転軸の方向に多段配列した、反射面の向きがお互いに異なる配列ミラーを、前記反射ミラーとして備え、
前記配列ミラーのそれぞれが、前記複数の光ビームのうちの1つのビームの入射を受ける、付記1に記載の距離測定装置。
(Appendix 2)
The beam light scanning unit includes, as the reflection mirror, an array of mirrors arranged in multiple stages in the direction of the rotation axis and having different directions of reflection surfaces.
The distance measuring device according to appendix 1, wherein each of the array mirrors receives incidence of one of the plurality of light beams.

(付記3)
前記ビーム出射部は、前記複数の光ビームそれぞれの出射のオン及びオフを、前記反射ミラーの反射面の向きに応じて切り替えて、前記複数の光ビームのいずれか1つを断続的に出射する、付記1または2に記載の距離測定装置。
(Appendix 3)
The beam emitting unit intermittently emits any one of the plurality of light beams by switching on / off of each of the plurality of light beams according to the direction of the reflecting surface of the reflecting mirror. The distance measuring device according to appendix 1 or 2.

(付記4)
前記ビーム出射部と前記ビーム走査部との間の光路は、前記回転軸に対して直交する平面上に形成される、付記1〜3のいずれか1項に記載の距離測定装置。
(Appendix 4)
4. The distance measuring device according to claim 1, wherein an optical path between the beam emitting unit and the beam scanning unit is formed on a plane orthogonal to the rotation axis.

(付記5)
前記ビーム走査部による前記複数の光ビームによる走査範囲は、第1の方向を中心とする、前記回転軸の周りの範囲であり、
前記ビーム出射部は、前記複数の光ビームのそれぞれを、前記反射ミラーの反射面上の前記回転軸の位置に向けて、前記第1の方向に対して後方の側から出射する、付記1〜4のいずれか1項に記載の距離測定装置。
(Appendix 5)
A scanning range by the plurality of light beams by the beam scanning unit is a range around the rotation axis centering on a first direction,
The beam emitting unit emits each of the plurality of light beams from the rear side with respect to the first direction toward the position of the rotation axis on the reflection surface of the reflection mirror. 5. The distance measuring device according to any one of 4 above.

(付記6)
前記ビーム出射部は、1つのビーム光源と、前記ビーム出射部から出射した1つの光ビームの反射および透過により2つの光ビームに分離する第1光学素子を備える光学系と、を有する付記1〜5のいずれか1項に記載の距離測定装置。
(Appendix 6)
The beam emitting unit includes one beam light source and an optical system including a first optical element that separates the two light beams by reflection and transmission of one light beam emitted from the beam emitting unit. 6. The distance measuring device according to any one of 5 above.

(付記7)
前記受光部は、前記ビーム出射部と前記ビーム走査部との間に設けられ、測定対象物からの反射ビームを反射する第2光学素子と、前記第2光学素子で反射した前記反射ビームを受光する受光センサと、を備える、付記1〜6のいずれか1項に記載の距離測定装置。
(Appendix 7)
The light receiving unit is provided between the beam emitting unit and the beam scanning unit, and receives a second optical element that reflects a reflected beam from an object to be measured, and the reflected beam reflected by the second optical element. The distance measuring device according to any one of appendices 1 to 6, comprising a light receiving sensor.

(付記8)
前記ビーム出射部は、1つのビーム光源と、前記ビーム出射部から出射した1つの光ビームの偏光状態を制御する偏光制御素子と、偏光状態が制御された光ビームを、前記光ビームの偏光状態に応じて反射または透過させ、かつ、測定対象物からの反射ビームを、前記反射ビームの偏光状態に応じて透過または反射させる第3光学素子と、を備え、
前記ビーム出射部と前記ビーム走査部との間には、4分の1波長板が設けられ、
前記受光部は、前記反射ミラー及び前記4分の1波長板を通り、前記第3光学素子で透過または反射した測定対象物からの前記反射ビームを受光する受光センサを備える、付記1〜5のいずれか1項に記載の距離測定装置。
(Appendix 8)
The beam emitting unit includes one beam light source, a polarization control element that controls a polarization state of one light beam emitted from the beam emitting unit, and a light beam whose polarization state is controlled, and the polarization state of the light beam. A third optical element that reflects or transmits the reflected light from the object to be measured and transmits or reflects the reflected beam from the measurement object according to the polarization state of the reflected beam,
A quarter wave plate is provided between the beam emitting unit and the beam scanning unit,
The light receiving unit includes a light receiving sensor that receives the reflected beam from the measurement object that has passed or reflected by the third optical element through the reflection mirror and the quarter-wave plate. The distance measuring device according to any one of claims.

(付記9)
光ビームを測定対象物に照射して測定対象物までの距離を測定する距離測定方法であって、
向きの異なる複数の光ビームのそれぞれをビーム出射部から出射し、
反射面上に沿って回転軸を持ち、前記回転軸の周りに軸回転する1つまたは複数の反射ミラーの反射面上の前記回転軸の位置で前記複数の光ビームを反射させることにより、測定対象物に前記光ビームのそれぞれを照射させ、
前記光ビームの照射により測定対象物で反射して戻ってきた反射ビームを前記反射ミラーで反射させて受光し、
受光した前記反射ビームを用いて、測定対象物までの距離情報を求める、ことを特徴とする距離測定方法。
(Appendix 9)
A distance measurement method for measuring a distance to a measurement object by irradiating the measurement object with a light beam,
Each of a plurality of light beams having different directions is emitted from the beam emitting unit,
Measuring by reflecting the plurality of light beams at a position of the rotation axis on a reflection surface of one or more reflection mirrors having a rotation axis along the reflection surface and rotating about the rotation axis. Irradiate the object with each of the light beams;
The reflected beam reflected and returned by the measurement object by irradiation of the light beam is reflected by the reflecting mirror and received.
A distance measurement method characterized in that distance information to a measurement object is obtained using the received reflected beam.

(付記10)
測定対象物の距離を測定するとき、前記反射ミラーの反射面の向きに応じて、前記複数の光ビームの照射のオンおよびオフを切り替えて、前記複数の光ビームのいずれか1つを断続的に出射する、付記9に記載の距離測定方法。
(Appendix 10)
When measuring the distance of the object to be measured, one of the plurality of light beams is intermittently switched by switching on and off the irradiation of the plurality of light beams in accordance with the direction of the reflecting surface of the reflecting mirror. The distance measuring method according to appendix 9, wherein the distance is emitted.

(付記11)
前記回転軸の方向に多段配列した、反射面の向きがお互いに異なる配列ミラーのそれぞれが、前記複数の光ビームの1つの入射を受けることにより、前記配列ミラーのそれぞれが前記反射ミラーとして用いられる、付記9に記載の距離測定方法。
(Appendix 11)
Each of the array mirrors arranged in multiple stages in the direction of the rotation axis and having different reflecting surface directions receives one incidence of the plurality of light beams, whereby each of the array mirrors is used as the reflection mirror. The distance measuring method according to appendix 9.

(付記12)
前記複数の光ビームそれぞれの走査範囲は、第1の方向を中心とする、前記回転軸の周りの範囲であり、
前記複数の光ビームのそれぞれは、前記反射ミラーの反射面上の前記回転軸の位置に向けて、前記第1の方向に対して後方の側から出射される、付記9〜11のいずれか1項に記載の距離測定方法。
(Appendix 12)
The scanning range of each of the plurality of light beams is a range around the rotation axis centering on a first direction;
Each of the plurality of light beams is emitted from a rear side with respect to the first direction toward the position of the rotation axis on the reflection surface of the reflection mirror, and any one of appendices 9 to 11 The distance measuring method according to item.

(付記13)
前記複数の光ビームは、第1光学素子を用いて1つの光ビームを透過および反射させることにより形成される、付記9〜12のいずれか1項に記載の距離測定方法。
(Appendix 13)
The distance measuring method according to any one of appendices 9 to 12, wherein the plurality of light beams are formed by transmitting and reflecting one light beam using a first optical element.

(付記14)
測定対象物からの前記反射ビームは、前記反射ミラーと前記ビーム出射部との間の前記複数の光ビームそれぞれの光路を逆方向に進み、前記光路上に設けられる第2光学素子を用いて前記反射ビームが反射されることにより、前記反射ビームは前記光路から外れた位置で受光センサにより受光される、付記9〜13のいずれか1項に記載の距離測定方法。
(Appendix 14)
The reflected beam from the measurement object travels in the reverse direction of each of the plurality of light beams between the reflection mirror and the beam emitting unit, and uses the second optical element provided on the optical path. 14. The distance measuring method according to any one of appendices 9 to 13, wherein the reflected beam is received by a light receiving sensor at a position off the optical path by reflecting the reflected beam.

(付記15)
前記複数の光ビームのそれぞれは、偏光制御素子を用いて偏光状態が制御され、さらに、第3光学素子を用いて前記偏光状態に応じて反射または透過させることにより、前記ビーム出射部から異なるタイミングで出射し、
偏光した前記複数の光ビームのそれぞれは4分の1波長板を用いて円偏光状態に調整されて、前記反射ミラーに入射され、
測定対象物からの前記反射ビームは、前記反射ミラーおよび前記4分の1波長板を通って前記第3光学素子に導かれ、前記第3光学素子により、前記反射ビームの偏光状態に応じて反射または透過されて、受光センサにより受光される、付記9〜12のいずれか1項に記載の距離測定方法。
(Appendix 15)
Each of the plurality of light beams is controlled in polarization state by using a polarization control element, and further reflected or transmitted according to the polarization state by using a third optical element, so that different timings can be obtained from the beam emitting unit. At
Each of the polarized light beams is adjusted to a circularly polarized state using a quarter-wave plate and is incident on the reflection mirror.
The reflected beam from the measurement object is guided to the third optical element through the reflection mirror and the quarter-wave plate, and is reflected by the third optical element according to the polarization state of the reflected beam. Alternatively, the distance measuring method according to any one of appendices 9 to 12, wherein the distance is transmitted and received by a light receiving sensor.

以上、本発明の距離測定装置および距離測定方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。   Although the distance measuring device and the distance measuring method of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications may be made without departing from the spirit of the present invention. Of course.

1 乗用車
10,100 距離測定装置
12 ビーム出射部
12a,12b,102 レーザ光源
13 コリメータレンズ
14,106 受光部
14a,14b,28 ハーフミラー
15a,15b フォトダイオード
16 データ処理・制御部
18 ビーム走査部
18a,18b 反射ミラー
19 回転軸
20 回転駆動部
21 回転体ステージ
22a,22b 入射点
24 透明体
25a,25b シャッター
26a,26b 調整ミラー
29 偏光ビームスプリッタ
30 液晶板
32a,32b 4分の1波長板
104 測定対象物
108 ポリゴンミラー
110 走行車両

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Passenger car 10,100 Distance measuring device 12 Beam emission part 12a, 12b, 102 Laser light source 13 Collimator lens 14,106 Light-receiving part 14a, 14b, 28 Half mirror 15a, 15b Photodiode 16 Data processing / control part 18 Beam scanning part 18a , 18b Reflective mirror 19 Rotating shaft 20 Rotating drive unit 21 Rotating body stage 22a, 22b Incident point 24 Transparent body 25a, 25b Shutter 26a, 26b Adjusting mirror 29 Polarizing beam splitter 30 Liquid crystal plate 32a, 32b Quarter wave plate 104 Measurement Object 108 Polygon mirror 110 Traveling vehicle

Claims (6)

光ビームを測定対象物に照射して測定対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、
測定対象物に照射するために、お互いに向きの異なる複数の光ビームを出射するビーム出射部と、
測定対象物から反射して戻ってきた反射ビームを受光する受光部と、
前記受光部で受光した反射ビームを用いて、測定対象物の距離情報を求めるデータ処理部と、
前記ビーム出射部から出射された複数の光ビームのそれぞれを走査するビーム走査部と、を有し、
前記ビーム走査部は、複数の反射ミラーと、前記反射ミラーの反射面上に沿って回転軸を持つように反射ミラーを軸回転させる回転駆動部と、を備え、前記複数の光ビームは前記反射ミラーの反射面上の前記回転軸の位置に互いに異なる方向から入射し、
前記前記反射ミラーは、前記回転軸の方向に多段配列した、反射面の向きがお互いに異なる配列ミラーであり、前記配列ミラーのそれぞれが、前記複数の光ビームのうちの1つのビームの入射を受ける、ことを特徴とする距離測定装置。
A distance measuring device that irradiates a measurement object with a light beam and measures the distance to the measurement object,
A beam emitting unit for emitting a plurality of light beams having different directions to irradiate the measurement object;
A light receiving unit for receiving the reflected beam reflected from the measurement object and returned;
A data processing unit for obtaining distance information of a measurement object using a reflected beam received by the light receiving unit;
A beam scanning unit that scans each of the plurality of light beams emitted from the beam emitting unit,
The beam scanning unit includes a plurality of reflection mirrors, and a rotation driving unit that rotates the reflection mirror so as to have a rotation axis along a reflection surface of the reflection mirror, and the plurality of light beams reflect the reflection light. Incident from different directions to the position of the rotation axis on the reflecting surface of the mirror ,
The reflecting mirrors are arrayed mirrors arranged in multiple stages in the direction of the rotation axis, and the directions of the reflecting surfaces are different from each other, and each of the arraying mirrors receives incident one of the plurality of light beams. A distance measuring device characterized by receiving .
前記ビーム出射部は、前記複数の光ビームそれぞれの出射のオン及びオフを、前記反射ミラーの反射面の向きに応じて切り替えて、前記複数の光ビームのいずれか1つを断続的に出射する、請求項に記載の距離測定装置。 The beam emitting unit intermittently emits any one of the plurality of light beams by switching on / off of each of the plurality of light beams according to the direction of the reflecting surface of the reflecting mirror. The distance measuring device according to claim 1 . 前記ビーム出射部と前記ビーム走査部との間の光路は、前記回転軸に対して直交する平面上に形成される、請求項1または2に記載の距離測定装置。 The optical path between the beam emitting portion and the beam scanning unit is formed on a plane perpendicular to the rotation axis, the distance measuring apparatus according to claim 1 or 2. 前記ビーム走査部による前記複数の光ビームによる走査範囲は、第1の方向を中心とする、前記回転軸の周りの範囲であり、
前記ビーム出射部は、前記複数の光ビームのそれぞれを、前記反射ミラーの反射面上の前記回転軸の位置に向けて、前記第1の方向に対して後方の側から出射する、請求項1〜のいずれか1項に記載の距離測定装置。
A scanning range by the plurality of light beams by the beam scanning unit is a range around the rotation axis centering on a first direction,
The beam emitting unit emits each of the plurality of light beams from a rear side with respect to the first direction toward a position of the rotation axis on a reflection surface of the reflection mirror. The distance measuring device according to any one of to 3 .
光ビームを測定対象物に照射して測定対象物までの距離を測定する距離測定方法であって、
向きの異なる複数の光ビームのそれぞれをビーム出射部から出射し、
反射面上に沿って回転軸を持ち、前記回転軸の周りに軸回転する複数の反射ミラーの反射面上の前記回転軸の位置で前記複数の光ビームを反射させることにより、測定対象物に前記光ビームのそれぞれを照射させ、
前記光ビームの照射により測定対象物で反射して戻ってきた反射ビームを前記反射ミラーで反射させて受光し、
受光した前記反射ビームを用いて、測定対象物までの距離情報を求め
前記回転軸の方向に多段配列した、反射面の向きがお互いに異なる配列ミラーのそれぞれが、前記複数の光ビームの1つの入射を受けることにより、前記配列ミラーのそれぞれが前記反射ミラーとして用いられる、ことを特徴とする距離測定方法。
A distance measurement method for measuring a distance to a measurement object by irradiating the measurement object with a light beam,
Each of a plurality of light beams having different directions is emitted from the beam emitting unit,
By reflecting the plurality of light beams at the position of the rotation axis on the reflection surface of the plurality of reflection mirrors having a rotation axis along the reflection surface and rotating about the rotation axis, Irradiating each of the light beams;
The reflected beam reflected and returned by the measurement object by irradiation of the light beam is reflected by the reflecting mirror and received.
Using the received reflected beam, obtain distance information to the measurement object ,
Each of the array mirrors arranged in multiple stages in the direction of the rotation axis and having different reflecting surface directions receives one incidence of the plurality of light beams, whereby each of the array mirrors is used as the reflection mirror. A distance measuring method characterized by that.
測定対象物の距離を測定するとき、前記反射ミラーの反射面の向きに応じて、前記複数の光ビームの照射のオンおよびオフを切り替えて、前記複数の光ビームのいずれか1つを断続的に出射する、請求項に記載の距離測定方法。 When measuring the distance of the object to be measured, one of the plurality of light beams is intermittently switched by switching on and off the irradiation of the plurality of light beams in accordance with the direction of the reflecting surface of the reflecting mirror. The distance measuring method according to claim 5 , wherein the distance is emitted.
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