JP6341500B2 - Laser radar equipment - Google Patents
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Description
この発明は、レーザレーダ装置に関する。 The present invention relates to a laser radar device.
レーザレーダ装置(以下、レーザ測距装置とも言う)は、種々のものが提案され、知られている(特許文献1等)。 Various types of laser radar devices (hereinafter also referred to as laser ranging devices) have been proposed and are known (Patent Document 1, etc.).
レーザ測距装置は、レーザ光束を2次元的に走査して測距対象物に照射し、測距対象物により反射されたレーザ光を測距用受光素子で受光して検出する。 The laser distance measuring device scans the laser light beam two-dimensionally and irradiates the object to be measured, and receives and detects the laser beam reflected by the distance measuring object by the light receiving element for distance measurement.
そして「レーザ光が測距対象物までの距離を往復するのに要した時間」により測距対象物までの距離を測定する。
測距対象物はレーザ光束により2次元的に走査されるので、距離測定により測距対象物の形状も知ることができる。
Then, the distance to the distance measuring object is measured based on “the time required for the laser light to travel back and forth the distance to the distance measuring object”.
Since the object to be measured is scanned two-dimensionally by the laser beam, the shape of the object to be measured can also be known by measuring the distance.
測距対象物に照射されるレーザ光束を「照射用レーザ光」と呼び、測距対象物により反射されて受光されるレーザ光を「戻りレーザ光束」と呼ぶことにする。 The laser beam irradiated to the distance measurement object is referred to as “irradiation laser light”, and the laser light reflected and received by the distance measurement object is referred to as “return laser beam”.
また、レーザ光源から放射されるレーザ光を2次元的に偏向して「測距対象物を走査する照射用レーザ光」とする部分を「照射用光学系」と呼び、戻りレーザ光束を測距用受光素子に導光する部分を「受光用光学系」と呼ぶことにする。 In addition, the portion of the laser beam emitted from the laser light source that is two-dimensionally deflected to be “irradiation laser beam that scans the object to be measured” is called “irradiation optical system”, and the return laser beam is measured A portion that guides light to the light receiving element is referred to as a “light receiving optical system”.
「測距用受光素子」は上記の如く、戻りレーザ光束を受光する受光素子である。 As described above, the “ranging light receiving element” is a light receiving element that receives the return laser beam.
レーザ測距装置は「異軸系」と「共軸系」の2種類に大別される。 Laser ranging devices are roughly classified into two types, “different axis system” and “coaxial system”.
「異軸系」は、レーザ光源と照射用光学系の部分を、受光用光学系と測距用受光素子の部分と別個に構成したものである。 In the “different axis system”, the laser light source and the irradiation optical system are configured separately from the light receiving optical system and the distance measuring light receiving element.
「共軸系」は、照射用光学系を構成する光学系の一部と、受光用光学系を構成する光学系の一部を共用したもので、異軸系に比してコンパクト且つ低コストに実現可能である。 The “coaxial system” is a part of the optical system composing the irradiation optical system and part of the optical system composing the light receiving optical system. Is feasible.
即ち、共軸系ではレーザ測距装置内に「レーザ光源および照射用光学系」と「測距用受光素子と受光用光学系」とが共に配備されている。 That is, in the coaxial system, both the “laser light source and irradiation optical system” and the “ranging light receiving element and light receiving optical system” are provided in the laser distance measuring apparatus.
この発明は、共軸系の新規なレーザレーダ装置の実現を課題とする。 This invention makes it a subject to implement | achieve the novel laser radar apparatus of a coaxial system.
この発明のレーザレーダ装置は、レーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光を、2次元的に偏向して測距対象物を走査する照射用レーザ光とする照射用光学系と、前記測距対象物により反射された戻りレーザ光束を受光する測距用受光素子と、前記戻りレーザ光束を前記測距用受光素子に導光する受光用光学系と、前記レーザ光が放射されてから前記測距用受光素子が前記戻りレーザ光束を受光するまでの時間により、前記測距対象物までの距離を求める制御演算手段と、を有し、前記照射用光学系が、前記レーザ光源から放射されたレーザ光を収束性のレーザ光束に変換するカップリング光学系と、前記収束性のレーザ光束を収束途上で2次元的に偏向させる偏向手段と、2次元的に偏向された収束性のレーザ光束を平行光束状の照射用レーザ光として射出させる対物レンズと、を有し、前記受光用光学系は、少なくとも前記対物レンズと前記偏向手段とを、前記照射用光学系と共用するとともに、前記対物レンズにより発散性の光束となり、発散途上で前記偏向手段により偏向された戻りレーザ光束を前記測距用受光素子に向けて集光する集光レンズ系を有し、前記偏向手段は、MEMSとして構成され、2次元的に搖動するミラー部を有し、該ミラー部の、エッジ部を含み有効反射領域より外側の部分を、前記戻りレーザ光束に対して遮光する低反射率のマスクを有する。 The laser radar device according to the present invention includes a laser light source, an irradiation optical system for irradiating laser light for scanning a distance measuring object by two-dimensionally deflecting laser light from the laser light source, and the distance measurement A ranging light-receiving element that receives the return laser beam reflected by the object, a light-receiving optical system that guides the return laser beam to the ranging light-receiving element, and the measurement after the laser light is emitted. And a control calculation means for obtaining a distance to the distance measuring object according to a time until the distance light receiving element receives the return laser beam, and the irradiation optical system is radiated from the laser light source . A coupling optical system for converting laser light into a convergent laser beam, deflection means for deflecting the convergent laser beam in a two-dimensional manner during convergence, and a two-dimensionally deflected convergent laser beam. For parallel light beam irradiation It has an objective lens for emitted as laser light, and the light receiving optical system, at least the objective lens and the deflecting means, as well as shared with the illumination optical system, a light beam divergent by the objective lens And has a condensing lens system for condensing the return laser beam deflected by the deflecting means toward the light receiving element for distance measurement in the course of divergence , and the deflecting means is configured as a MEMS and is two-dimensionally It has a mirror part that swings, and has a low-reflectance mask that shields the part of the mirror part including the edge part and outside the effective reflection region from the return laser beam.
上記の如く、この発明のレーザレーダ装置では、戻りレーザ光束は、対物レンズを透過すると発散性の光束となって、偏向手段のミラー部に入射する。 As described above, in the laser radar device of the present invention, the return laser beam becomes a divergent beam when passing through the objective lens, and enters the mirror portion of the deflecting means.
偏向手段はMEMSとして構成され、ミラー部の2次元的な搖動により、レーザ光源からのレーザ光を反射により2次元的に偏向させる。 The deflecting unit is configured as a MEMS, and deflects the laser light from the laser light source two-dimensionally by reflection by two-dimensional swinging of the mirror unit.
レーザ光を偏向させるミラー部の大きさは、偏向されるレーザ光を反射できる大きさであるが、偏向されるレーザ光束の光束径が小さいので「有効反射領域」は小面積である。 The size of the mirror part for deflecting the laser beam is such that the deflected laser beam can be reflected, but the “effective reflection region” has a small area because the beam diameter of the deflected laser beam is small.
一方の戻りレーザ光束は「発散性」であるので、偏向手段に入射するときの光束の大きさは、上記有効反射領域に収まりきらず、該領域から食み出してしまう。 Since one return laser beam is “divergent”, the size of the beam when entering the deflecting unit does not fit in the effective reflection region, and protrudes from the region.
戻りレーザ光束の「有効反射領域から食み出した部分」は、有効反射領域を囲繞する部分に入射して乱反射される。 The “part protruding from the effective reflection region” of the return laser beam is incident on the portion surrounding the effective reflection region and is irregularly reflected.
特に、ミラー部の「エッジ部(ミラー面をなす形状の外形部)」で乱反射される反射光は、反射される方向も不定で、且つ、ミラー部の搖動と共に変化する。 In particular, the reflected light irregularly reflected by the “edge part (outer shape part forming the mirror surface)” of the mirror part has an indefinite reflection direction and changes with the swing of the mirror part.
このように乱反射された光が測距用受光素子に入射すると「ノイズ成分」となり、距離測定の精度を劣化させる原因となる。 When such irregularly reflected light is incident on the distance measuring light receiving element, it becomes a “noise component”, which causes a deterioration in distance measurement accuracy.
この発明のレーザレーダ装置は、偏向手段のミラー部の「エッジ部を含み有効反射領域より外部の部分」を、戻りレーザ光束に対して遮光する低反射率のマスクを有するので、上記の如き乱反射を有効に軽減もしくは防止でき、安定した制度で距離測定を実施することができる。 Since the laser radar apparatus of the present invention has a low reflectance mask that shields the “part including the edge part and outside the effective reflection area” of the mirror part of the deflecting means against the return laser beam, the irregular reflection as described above. Can be effectively reduced or prevented, and distance measurement can be carried out in a stable system.
以下、発明の実施の形態を説明する。
図1は、レーザレーダ装置の実施の1形態を説明するための図である。
Embodiments of the invention will be described below.
FIG. 1 is a diagram for explaining one embodiment of a laser radar device.
図1(a)において、符号10は「レーザ光源」、符号12は「カップリングレンズ」、符号14は「調整用レンズ系」、符号16は「照射用光路屈曲ミラー」を示す。
In FIG. 1A,
符号18は「偏向手段」、符号20は「対物レンズ」、符号30は「測距用受光素子」、符号32は「集光レンズ」、符号34は「受光用レンズ系」を示す。
符号36は「受光用光路屈曲ミラー」を示し、符号40は「制御演算手段としての制御演算部」を示す。
レーザ光源10は、半導体レーザ(LD)であって、高出力のレーザ光を放射する。
The
レーザ光源10から放射されたレーザ光は、カップリングレンズ12と調整用レンズ系14とを透過し、これらの光学作用を受けて「収束性のレーザ光束」に変換される。
The laser light emitted from the
即ち、カップリングレンズ12と調整用レンズ系14とは「レーザ光源10から放射されたレーザ光を収束性のレーザ光束に変換するカップリング光学系」を構成する。
That is, the
カップリング光学系により収束傾向を与えられたレーザ光束は照射用光路屈曲ミラー16に入射し、収束傾向を保って偏向手段18に向けて反射される。
The laser beam given the convergence tendency by the coupling optical system is incident on the irradiation optical path bending mirror 16 and reflected toward the
偏向手段18は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)として構成された偏向器で「ミラー部を2次元的に搖動」させて反射光の向きを2次元的に偏向させる。 The deflecting means 18 is a deflector configured as MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), and “mirrors the mirror part two-dimensionally” to deflect the direction of reflected light two-dimensionally.
即ち、ミラー部の2次元的な搖動は、図面に直交する方向を搖動軸とする搖動と、図面に平行な方向を搖動軸とする搖動であり、これらの搖動が重ね合わせられる。 That is, the two-dimensional swing of the mirror part is a swing with the direction orthogonal to the drawing as the swing axis and a swing with the direction parallel to the drawing as the swing axis, and these swings are superimposed.
偏向手段18により2次元的に偏向されたレーザ光は、図1の「図面に平行な面内」で搖動するとともに、「図面に直交する方向」においても搖動する。 The laser beam deflected two-dimensionally by the deflecting means 18 moves in “in a plane parallel to the drawing” in FIG. 1 and also in “a direction orthogonal to the drawing”.
このように、レーザ光源10からのレーザ光は、偏向手段18により2次元的に偏向されつつ収束状態で対物レンズ20に入射する。
As described above, the laser light from the
即ち、図1において、カップリングレンズ12と調整用レンズ系14と、偏向手段18と対物レンズ20とは「照射用光学系」を構成する。
That is, in FIG. 1, the
偏向手段18により2次元的に偏向されたレーザ光束は、収束状態で対物レンズ20に入射し、対物レンズ20により「平行光束状」の照射用レーザ光SRLとなる。
The laser beam that is two-dimensionally deflected by the deflecting
平行光束状の照射用レーザ光SRLは、図示されない測距対象物に照射される。 The parallel laser beam irradiation laser beam SRL is irradiated to a distance measuring object (not shown).
偏向手段18の動作に伴い、照射用レーザ光SRLは2次元的に偏向する。 With the operation of the deflecting means 18, the irradiation laser beam SRL is deflected two-dimensionally.
測距対象物を照射した照射用レーザ光SRLは、測距対象物により反射されて「戻りレーザ光束BKL」となる。 The irradiation laser light SRL that irradiates the distance measurement object is reflected by the distance measurement object to become a “return laser beam BKL”.
レーザレーダ装置は、例えば「車載用や監視カメラ用」に用いられるが、一般的な使用状況において、測距対象物までの距離は大きい。 The laser radar device is used, for example, for “on-vehicle use or surveillance camera”, but the distance to the object to be measured is large in a general use situation.
従って、測距対象物に反射されて対物レンズ20に入射する戻りレーザ光束BKLは、実質的に平行光束状態で、照射用レーザ光SRLと同方向で逆向きである。
Therefore, the return laser beam BKL reflected by the object to be measured and incident on the
戻りレーザ光束BKLは、対物レンズ20に入射すると、対物レンズ20の作用により発散傾向を与えられ、偏向手段18により反射される。
When the return laser beam BKL is incident on the
偏向手段18により反射された戻りレーザ光束BKLは、受光用光路屈曲ミラー36に入射して反射され、発散性を保ちつつ受光用レンズ系34に入射する。
The return laser beam BKL reflected by the
受光用レンズ系34を透過した戻りレーザ光束BKLは集光レンズ32に入射し、測距用受光素子30に向けて集光され、測距用受光素子30により受光される。
The return laser beam BKL transmitted through the light
受光用レンズ系34と集光レンズ32とは「集光レンズ系」を構成する。
The light
測距用光学素子30は、戻りレーザ光束BKLを受光すると、受光信号(適宜の増幅率で増幅される)を制御演算部40に送る。
制御演算部40は、CPUやマイクロコンピュータにより構成されている。
When receiving the return laser beam BKL, the distance measuring
The control calculation unit 40 is constituted by a CPU and a microcomputer.
制御演算部40は、レーザ光源10をパルス発光させ、発光の瞬間から上記受光信号を受けた瞬間までの時間:2Tを確定し、光速:Cを用いて、距離:CTを演算する。
The control calculation unit 40 causes the
照射用レーザ光SRLの偏向と共に、上記時間:2Tの取得とCTの演算を繰り返す。 Along with the deflection of the irradiation laser beam SRL, the acquisition of the time: 2T and the calculation of CT are repeated.
このようにして、測距対象物までの距離と、測距対象物の3次元形状が得られる。 In this way, the distance to the distance measurement object and the three-dimensional shape of the distance measurement object are obtained.
前述の如く、測距対象物を2次元的に走査する照射用レーザ光SRLは「平行光束状」であるから、測距対象物へ向かう途上で光束径が不変であり、光強度が変化しない。 As described above, the irradiation laser light SRL for two-dimensionally scanning the object to be measured has a “parallel light beam shape”, so that the light beam diameter does not change on the way to the object to be measured, and the light intensity does not change. .
従って、測距対象物までの距離に拘らず、常に「同一強度の照射用レーザ光」で測距対象物を走査でき、安定した距離測定を行うことができる。 Therefore, regardless of the distance to the distance measurement object, the distance measurement object can always be scanned with the “irradiation laser beam having the same intensity”, and stable distance measurement can be performed.
即ち、図1(a)に示すレーザレーダ装置は、レーザ光源10と、該レーザ光源からのレーザ光を、2次元的に偏向して測距対象物を走査する照射用レーザ光SRLとする「照射用光学系」を有する。
That is, the laser radar apparatus shown in FIG. 1A uses a
また、測距対象物により反射された戻りレーザ光束BKLを受光する測距用受光素子30と、戻りレーザ光束BKLを測距用受光素子30に導光する受光用光学系を有する。
Further, the light-receiving
そして、レーザ光が放射されてから測距用受光素子30が戻りレーザ光束BKLを受光するまでの時間:2Tにより、測距対象物までの距離:CTを求める制御演算手段40を有している。
Then, it has a control calculation means 40 for obtaining the distance: CT to the distance measuring object by the time: 2T from when the laser light is emitted until the distance measuring
「照射用光学系」は、レーザ光源10から放射されたレーザ光を収束性のレーザ光束に変換するカップリング光学系12、14と、収束性のレーザ光束を2次元的に偏向させる偏向手段18と、2次元的に偏向された「収束性のレーザ光束」を平行光束状の照射用レーザ光SRLとする対物レンズ20と、を有する。
The “irradiation optical system” includes coupling
「受光用光学系」は、対物レンズ20と偏向手段18とを、照射用光学系と共用する。
The “light receiving optical system” shares the
そして、対物レンズ20により発散性の光束となり、偏向手段18により偏向された戻りレーザ光束BKLを、測距用受光素子30に向けて集光する集光レンズ系34、32を有する。
Then, there are condensing
また、図1(a)に示す実施の形態においては、照射用光学系は、カップリング光学系12、14による収束性のレーザ光束の光路を偏向手段18に向けて屈曲させる照射用光路屈曲ミラー16を有する。
In the embodiment shown in FIG. 1A, the irradiation optical system is an irradiation optical path bending mirror that bends the optical path of the convergent laser beam by the coupling
受光用光学系はまた、偏向手段18を介した発散性の戻りレーザ光束BKLの光路を、集光レンズ系34、32に向けて屈曲させる受光用光路屈曲ミラー36を有する。
The light receiving optical system also includes a light receiving optical
受光用光路屈曲ミラー36につき若干付言する。
A few additional notes regarding the light receiving
前述の如く、戻りレーザ光束BKLは、照射用レーザ光SRLと同方向、且つ逆向きの平行光束状態で対物レンズ20に入射する。
As described above, the return laser beam BKL is incident on the
そして、対物レンズ20の作用により発散性のレーザ光束となり、偏向手段18により反射される。
Then, a divergent laser beam is produced by the action of the
このため、偏向手段18に反射された戻りレーザ光束BKLの光路は、照射用光路屈曲ミラー16から偏向手段18に向かうレーザ光束の光路と平行である。
For this reason, the optical path of the return laser beam BKL reflected by the deflecting
一方、図1(a)に示す実施の形態では、カップリング光学系の光軸と、集光レンズ系の光軸を互いに平行にレイアウトしている。 On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 1A, the optical axis of the coupling optical system and the optical axis of the condenser lens system are laid out parallel to each other.
従って、この場合、受光用光路屈曲ミラー36のミラー面は、照射用光路屈曲ミラー16のミラー面と平行になる。
Therefore, in this case, the mirror surface of the light receiving optical
図1(a)に示す実施の形態では「カップリング光学系」が、レーザ光源10側に配されるカップリングレンズ12と、カップリングレンズ12を透過したレーザ光に収束性を付与する調整用レンズ系14とを有する。
In the embodiment shown in FIG. 1A, the “coupling optical system” is for adjusting the
以下、図1(a)に実施の形態を示すレーザ測距装置について、さらに具体的に説明する。 Hereinafter, the laser distance measuring device whose embodiment is shown in FIG.
この発明では、レーザ光源10から放射されたレーザ光を、カップリング光学系12、14により収束性のレーザ光束に変換し、この収束性のレーザ光束を偏向手段18により2次元的に偏向させる。
In the present invention, laser light emitted from the
そして、2次元的に偏向された収束性のレーザ光束を対物レンズ20により平行光束状の照射用レーザ光SRLとする。
Then, the convergent laser beam deflected two-dimensionally is converted into a parallel beam-shaped irradiation laser beam SRL by the
このように、カップリング光学系の「レーザ光源10から放射されたレーザ光を収束性のレーザ光束に変換」する作用と、対物レンズ20の作用の組み合わせにより、平行光束状の照射用レーザ光SRLが実現される。
As described above, the combination of the action of “converting the laser light emitted from the
このような「カップリング光学系と対物レンズとの組み合わせ」は、種々の組み合わせが可能である。 Such a “combination of a coupling optical system and an objective lens” can be variously combined.
図1(a)に示す実施の形態では、カップリングレンズ12はコリメート作用を有し、レーザ光源10からのレーザ光束を平行光束にする。
In the embodiment shown in FIG. 1A, the
調整用レンズ系14は「シリンドリカルレンズ」であり、図面に平行な面内で正の屈折力を持ち、カップリングレンズ12側から入射する平行光束状態のレーザ光を、図面に平行な面内で収束性のレーザ光束に変換する。
The
一方、対物レンズ20は、図面に平行な面内にのみ「負の屈折力」を持ち、図面に直交する方向には屈折力を持たない「凹のシリンドリカルレンズ」である。
On the other hand, the
対物レンズ20に入射するレーザ光束は、図面に直交する方向には平行光束で、図面に平行な面内では収束光束である。
The laser beam incident on the
このような入射レーザ光束は、図面に平行な面内における収束性が、対物レンズ20の負の屈折力により補正されて平行光束化され、また、図面に直交する方向においては対物レンズの屈折力が作用しない。
Such an incident laser beam is converted into a parallel beam by correcting the convergence in a plane parallel to the drawing by the negative refractive power of the
従って、対物レンズ20から射出する照射用レーザ光SRLは「平行光束状」となる。
Therefore, the irradiation laser beam SRL emitted from the
このため、対物レンズ20の「負の屈折力」による虚焦点は、対物レンズ20の「測距対象物側」に位置する。
For this reason, the imaginary focal point due to the “negative refractive power” of the
この虚焦点の位置を、調整用レンズ14の「像側焦点位置と実質的に合致」させるように、調整用レンズ系14を光軸方向に変位調整する。
The
カップリング光学系と対物レンズの組み合わせは、このようなものに限られない。 The combination of the coupling optical system and the objective lens is not limited to this.
例えば、対物レンズ20を「光軸に対して回転対称な負の屈折力を持つレンズ」とし、調整用レンズ系14を「光軸に対して回転対称な正レンズ」とする。
For example, the
そして、この正レンズの焦点位置が対物レンズ20の焦点位置と実質的に合致するように、相互の位置関係を「正レンズの光軸方向の変位」により調整する。
Then, the mutual positional relationship is adjusted by “displacement of the positive lens in the optical axis direction” so that the focal position of the positive lens substantially matches the focal position of the
このようにしても、平行光束状の照射用レーザ光SRLを得ることができる。 Even in this case, the irradiation laser beam SRL in the form of a parallel light beam can be obtained.
この場合、調整用レンズ系14を省略し、カップリングレンズ12単独で収束性のレーザ光束を得、これを対物レンズ20に入射させ、対物レンズ20の負の屈折力により平行光束化した照射用レーザ光SRLを実現することもできる。
In this case, the
即ち、カップリング光学系と対物レンズとは、平行光束状の照射用レーザ光SFLを実現できるように、適宜に組み合わせて設計できる。 That is, the coupling optical system and the objective lens can be designed in an appropriate combination so as to realize the parallel laser beam irradiation laser beam SFL.
図1(a)の実施の形態では、集光レンズ系を構成する集光レンズ32と受光用レンズ系34のうち、受光用レンズ系34は、調整用レンズ系14と同様の機能を持つ「凸のシリンドリカルレンズ」である。
In the embodiment of FIG. 1A, among the
即ち、受光用レンズ系34は、戻りレーザ光束BKLを平行光束に戻して集光レンズ32に入射させる。
That is, the light receiving
測距用受光素子30は、その受光部を集光レンズ32の焦点位置に位置させており、集光レンズ32により集光される戻りレーザ光束BKLを受光する。
The distance measuring
この場合も、受光用レンズ系34を省略し、戻り光束BKLを集光レンズ32により直接に測距用受光素子30に集光させるようにしてもよい。
Also in this case, the light receiving
上述の如く、調整用レンズ系14を「光軸に対する回転対称な正レンズ」とする場合には、受光用レンズ系34も、この正レンズと同じ機能を持つ正レンズとすればよい。
As described above, when the
なお、戻りレーザ光束BKLは、集光レンズ系に入射する段階で、調整用レンズ系14を通るレーザ光束よりも光束径が大きいので、それに応じて、集光レンズ系を構成するレンズのレンズ径も大きくする必要がある。
Note that the return laser beam BKL has a larger beam diameter than the laser beam passing through the
このため、受光用レンズ系34と集光レンズ32のレンズ径を大きくしている。
For this reason, the lens diameters of the light receiving
上記の如く、調整用レンズ系14や受光用レンズ系34は、省略することもできる。
As described above, the
しかし、これら「コリメート機能を持つレンズ」を用いることにより、光学系の調整の自由度が大きくなるので、これらのレンズ14や34の使用は好ましい。
However, the use of these “lenses having a collimating function” increases the degree of freedom of adjustment of the optical system, so the use of these
ここで、偏向手段18の具体的な例を説明する。 Here, a specific example of the deflecting means 18 will be described.
前述の如く、偏向手段18は、MEMSとして構成された偏向器で「反射面を2次元的に搖動」させて反射光の向きを2次元的に偏向させる。
As described above, the deflecting
図1(b)は、偏向手段18の主要部を説明図的に示している。 FIG. 1B illustrates the main part of the deflecting means 18 in an explanatory manner.
偏向手段18は、ミラー部181と第1枠体182と第2枠体184を有する。これらは「単一の構造体」として形成されている。
The deflecting
ミラー部181は平面鏡でその鏡面が上記「反射面」である。
The
反射面をなすミラー部181は、照射用光路屈曲ミラー16の側から入射するレーザ光束LFの全体を受光して反射できるようになっている。
The
即ち、図1(b)に示す如く、ミラー部181の反射面は、照射用光路屈曲ミラー16の側から入射するレーザ光束LFの光束径より大きい。
That is, as shown in FIG. 1B, the reflection surface of the
第1枠体182、第2枠体184は共に長方形形状の枠体で、ミラー部181は第1枠体182に、揺動軸を共有する軸j1、j2により固定されている。
Both the
軸j1、j2は「捩れ弾性」を有し、捩れ変形の復元力により、反射鏡181を軸j1、j2に共有される揺動軸の回りに揺動させることができるようになっている。
The axes j1 and j2 have “torsional elasticity”, and the reflecting
第1枠体182は第2枠体184に、軸j3、j4により固定されている。
軸J3、j4も、揺動軸を共有している。
The
The axes J3 and j4 also share the swing axis.
軸j3、j4も捩れ弾性を有し、捩れ変形の復元力により、第1枠体182を軸j3、j4に共有される揺動軸の回りに揺動させることができるようになっている。
The shafts j3 and j4 also have torsional elasticity, and the
軸j1、j2、j3、j4も、第1枠体182、第2枠体184とともに単一の構造体の部分をなす。
The axes j1, j2, j3, and j4 also form part of a single structure together with the
第2枠体184は、図1(d)に示すように、ケーシングMQS内に固定的に配置されている。
図示されない駆動手段は、MEMSにより電子回路素子として構成され、図1(b)に示す構造体とともに作製されている。
軸j1、j2に共有される揺動軸と、軸j3、j4に共有される揺動軸とは互いに直交している。
従って、ミラー部181を「互いに直交する縦横2方向において独立して揺動させる」ことができる。
As shown in FIG. 1D, the
The driving means (not shown) is configured as an electronic circuit element by MEMS, and is manufactured together with the structure shown in FIG.
The swing axis shared by the axes j1 and j2 and the swing axis shared by the axes j3 and j4 are orthogonal to each other.
Therefore, the
ミラー部181に固定した駆動手段を反射鏡181に連結して、反射鏡181を揺動する駆動を行うことができる。
The driving means fixed to the
同様に、第2枠体184に固定した駆動手段を第1枠体182に連結して、ミラー部181を有する第1枠体182を揺動する駆動を行うことができる。
Similarly, driving means fixed to the
なお、「駆動手段」が制御演算部40により動作を制御されることは言うまでもない。 Needless to say, the operation of the “driving means” is controlled by the control calculation unit 40.
図1(c)を参照してマスクMQを説明する。 The mask MQ will be described with reference to FIG.
マスクMQは、ミラー部181の「エッジ部を含み有効反射領域より外部の部分」を、戻りレーザ光束に対して遮光するものであって「低反射率」である。
The mask MQ shields the “part including the edge part and outside the effective reflection region” of the
図1(c)に示すように、マスクMQを介してミラー部181を見ると、マスクMQに開けられた開口部の部分のみでミラー部181が見えることになる。
As shown in FIG. 1C, when the
マスクMQに開けられた開口部は「ミラー部181のエッジ部(破線で示す。)を含み有効反射領域より外部の部分」を、戻りレーザ光束に対して遮光する大きさである。 The opening portion opened in the mask MQ is a size that shields the “return laser beam” from “the portion including the edge portion of the mirror portion 181 (shown by a broken line) and outside the effective reflection region”.
マスクMQは、図1(d)に示すように、ミラー部181を収納するケーシングMQSと、このケーシングMSQをレーザレーダ装置の本体側に取り付ける取り付け部材DRに挟まれるように配置される。
As shown in FIG. 1D, the mask MQ is disposed so as to be sandwiched between a casing MQS that houses the
このようにして、ミラー部181の、エッジ部を含み有効反射領域より外部の部分を、戻りレーザ光束BKLに対して遮光する低反射率のマスクMQを設けることにより、前述の戻り光束の乱反射を有効に軽減もしくは防止できる。
In this way, by providing the low-reflectance mask MQ that shields the part of the
このようにマスクを用いる代わりに、ミラー部18の「有効反射領域よりも外側」の部分に「反射防止処理」を施すことも考えられるが、マスクを用いる方が低コストで済む。
Instead of using a mask in this way, it is conceivable to apply an “antireflection treatment” to the portion “outside the effective reflection region” of the
マスクMQは「低屈折率」であれば適宜の材料で形成することができるが、「起毛紙」はマスクの材料として好適である。 The mask MQ can be formed of any appropriate material as long as it has a “low refractive index”, but “raised paper” is suitable as a mask material.
起毛紙は、種々の種類のものが廉価で市販されており、距離測定に使用するレーザ光の波長に応じ、このレーザ光に対する反射率の低いものを適宜に選択することができる。 Various types of brushed paper are commercially available at low prices, and those having low reflectivity with respect to the laser beam can be appropriately selected according to the wavelength of the laser beam used for distance measurement.
また、必要に応じて、マスクの交換も容易である。 In addition, the mask can be easily replaced if necessary.
以上のように、この発明によれば以下の如きレーザレーダ装置を実現できる。 As described above, according to the present invention, the following laser radar device can be realized.
[1]
レーザ光源10と、該レーザ光源からのレーザ光を、2次元的に偏向して測距対象物を走査する照射用レーザ光SRLとする照射用光学系と、測距対象物により反射された戻りレーザ光束BKLを受光する測距用受光素子30と、戻りレーザ光束を測距用受光素子に導光する受光用光学系と、前記レーザ光が放射されてから測距用受光素子が戻りレーザ光束を受光するまでの時間により、測距対象物までの距離を求める制御演算手段40と、を有し、照射用光学系が、レーザ光源10から放射されたレーザ光を収束性のレーザ光束に変換するカップリング光学系12,14と、前記収束性のレーザ光束を収束途上で2次元的に偏向させる偏向手段18と、2次元的に偏向された収束性のレーザ光束を平行光束状の照射用レーザ光として射出させる対物レンズ20と、を有し、受光用光学系は、少なくとも対物レンズ20と偏向手段18とを、照射用光学系と共用するとともに、対物レンズ20により発散性の光束となり、発散途上で偏向手段18により偏向された戻りレーザ光束BKLを測距用受光素子30に向けて集光する集光レンズ系32、34を有し、偏向手段18は、MEMSとして構成され、2次元的に搖動するミラー部181を有し、該ミラー部の、エッジ部を含み有効反射領域より外側の部分を、戻りレーザ光束に対して遮光する低反射率のマスクMQを有するレーザレーダ装置。
[1]
[2]
マスクMQが、起毛紙で形成されている[1]に記載のレーザレーダ装置。
[2]
The laser radar device according to [1], wherein the mask MQ is formed of brushed paper.
以上、発明の好ましい実施の形態について説明したが、この発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
この発明の実施の形態に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。
The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the invention described in the claims unless otherwise specified in the above description. Various modifications and changes are possible within the scope of the above.
The effects described in the embodiments of the present invention are merely a list of suitable effects resulting from the invention, and the effects of the present invention are not limited to those described in the embodiments.
10 レーザ光源
12 カップリングレンズ
14 調整用レンズ系
16 照射用光路折り返しミラー
18 偏向手段
20 対物レンズ
SRL 照射用レーザ光
BKL 戻りレーザ光束
30 測距用受光素子
32 集光レンズ
34 シリンドリカルレンズ
MQ マスク
10 Laser light source
12 Coupling lens
14 Lens system for adjustment
16 Optical path folding mirror for irradiation
18 Deflection means
20 Objective lens
Laser light for SRL irradiation
BKL return laser beam
30 Light receiving element for distance measurement
32 condenser lens
34 Cylindrical lens
MQ mask
Claims (2)
該レーザ光源からのレーザ光を、2次元的に偏向して測距対象物を走査する照射用レーザ光とする照射用光学系と、
前記測距対象物により反射された戻りレーザ光束を受光する測距用受光素子と、
前記戻りレーザ光束を前記測距用受光素子に導光する受光用光学系と、
前記レーザ光が放射されてから前記測距用受光素子が前記戻りレーザ光束を受光するまでの時間により、前記測距対象物までの距離を求める制御演算手段と、を有し、
前記照射用光学系が、前記レーザ光源から放射されたレーザ光を収束性のレーザ光束に変換するカップリング光学系と、前記収束性のレーザ光束を収束途上で2次元的に偏向させる偏向手段と、2次元的に偏向された収束性のレーザ光束を平行光束状の照射用レーザ光として射出させる対物レンズと、を有し、
前記受光用光学系は、少なくとも前記対物レンズと前記偏向手段とを、前記照射用光学系と共用するとともに、前記対物レンズにより発散性の光束となり、発散途上で前記偏向手段により偏向された戻りレーザ光束を前記測距用受光素子に向けて集光する集光レンズ系を有し、
前記偏向手段は、MEMSとして構成され、2次元的に搖動するミラー部を有し、該ミラー部の、エッジ部を含み有効反射領域より外側の部分を、前記戻りレーザ光束に対して遮光する低反射率のマスクを有するレーザレーダ装置。 A laser light source;
An irradiating optical system that irradiates laser light from the laser light source in a two-dimensional manner and scans the object to be measured;
A light-receiving element for distance measurement that receives the return laser beam reflected by the object to be measured;
A light receiving optical system for guiding the return laser beam to the distance measuring light receiving element;
Control calculation means for obtaining a distance to the distance measuring object according to a time from when the laser light is emitted until the distance measuring light receiving element receives the return laser beam,
A coupling optical system for converting the laser light emitted from the laser light source into a converging laser beam; and a deflecting unit for deflecting the converging laser beam two-dimensionally during convergence. An objective lens that emits a two-dimensionally deflected convergent laser beam as a parallel beam-shaped irradiation laser beam, and
The light receiving optical system shares at least the objective lens and the deflecting means with the irradiation optical system, becomes a divergent light beam by the objective lens, and is returned by the deflecting means while being diverged. A condensing lens system for condensing a light beam toward the distance measuring light receiving element;
The deflecting unit is configured as a MEMS, has a mirror part that swings two-dimensionally, and shields the part of the mirror part including the edge part and outside the effective reflection region from the return laser beam. A laser radar apparatus having a reflectance mask.
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