JP6824236B2 - レーザ距離測定装置 - Google Patents
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Description
レーザ光を出射するレーザ光発生部と、
物体に反射したレーザ光の反射光を受光し、受光信号を出力する受光部と、
出射した前記レーザ光及び前記受光信号に基づいて物体までの距離である物体距離を算出する距離算出部と、
前記レーザ光の照射角度を変化させる走査機構と、
前記走査機構を制御して前記レーザ光の照射角度を周期的に走査させる走査制御部と、を備え、
前記距離算出部は、前記物体距離及び前記移動体の移動速度に基づいて、前記物体距離の算出に用いる、今回及び過去に測定した前記受光信号の時間波形の設定個数を変化させ、
今回と同じ照射角度で今回及び過去の走査周期で測定した前記設定個数の前記受光信号の時間波形を、前記レーザ光の発光開始時点を時間0とした各時間において積算し、各時間の積算値からなる前記受光信号の積算値の時間波形に基づいて、前記物体距離を算出し、
過去に測定した前記受光信号の時間波形における前記レーザ光の発光開始時点を時間0とした各時間から、前記移動体の移動により変化した前記物体距離に対応する時間分だけ減算して時間シフトさせ、時間シフトさせた過去の前記受光信号の時間波形を用いて、各時間における積算を行うものである。
実施の形態1に係るレーザ距離測定装置10について図面を参照して説明する。図1は、レーザ距離測定装置10の概略構成を示すブロック図である。図2は、レーザ距離測定装置10の光学系の概略配置構成を示す模式図である。レーザ距離測定装置10は、LiDAR(Light Detection and Ranging)又はレーザレーダとも呼ばれる。レーザ距離測定装置10は、移動体としての車両に搭載され、移動体の前方にレーザ光L1を2次元走査して照射し、レーザ距離測定装置10(移動体)から移動体の前方に存在する物体までの距離を測定する。
レーザ光発生部11は、レーザ光L1を出射する。レーザ光発生部11は、レーザ光源111、及びレーザ光源駆動回路112を備えている。レーザ光源駆動回路112は、図8に示すように、パルス周期Tpでオンになるパルス状の出力信号(光源信号)を生成する。レーザ光源駆動回路112は、後述する送受光制御部16からの指令信号に基づいて、パルス状の出力信号を生成する。レーザ光源111は、レーザ光源駆動回路112から伝達された出力信号がオンになったときに、近赤外波長のレーザ光L1を発生し、走査機構12に向かって出射する。なお、レーザ光源111から出射されたレーザ光L1は、レーザ光源111と走査機構12との間に配置された集光ミラー133を透過する。
走査機構12は、レーザ光L1の照射角度を変化させる。本実施の形態では、走査機構12は、移動体の前方に照射するレーザ光L1の照射角度を、移動体の進行方向(照射中心線)に対して左右方向及び上下方向に変化させる。走査機構12は、可動ミラー121、及びミラー駆動回路122を備えている。図2に示すように、レーザ光源111から出射したレーザ光L1は、集光ミラー133を透過した後、可動ミラー121に反射し、筐体9に設けられた透過窓19を透過して、可動ミラー121の角度に応じた照射角度で移動体の前方に照射される。
受光部13は、移動体の前方の物体に反射したレーザ光の反射光L2を受光する。受光部13は、光検出器131、光検出器制御回路132、及び集光ミラー133を備えている。図2に示すように、移動体の前方にある物体40に反射した反射光L2は、透過窓19を透過し、可動ミラー121に反射した後、集光ミラー133に反射し、光検出器131に入射する。
レーザ距離測定装置10は、制御装置20を備えている。制御装置20は、走査制御部14、距離算出部15、及び送受光制御部16等の機能部を備えている。制御装置20の各機能は、制御装置20が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置20は、図6に示すように、処理回路として、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理装置90(コンピュータ)、演算処理装置90とデータのやり取りをする記憶装置91、演算処理装置90に外部の信号を入出力する入出力装置92、及びレーザ距離測定装置10の外部の外部装置とデータ通信を行う外部通信装置93等を備えている。
送受光制御部16は、レーザ光源駆動回路112に指令信号を伝達し、パルス周期Tpで、パルス幅を有するパルス状のレーザ光を出力させる。また、送受光制御部16は、光検出器制御回路132に指令信号を伝達し、光検出器131に受光信号を出力させる。
走査制御部14は、走査機構12を制御してレーザ光の照射角度を走査させる。本実施の形態では、走査制御部14は、移動体の進行方向に対する左右方向の照射角度範囲でレーザ光を走査させると共に、移動体の進行方向に対する上下方向の照射角度範囲でレーザ光L1を走査させる2次元走査を行う。
距離算出部15は、出射したレーザ光及び受光信号に基づいて、照射角度に存在する物体までの距離を算出する。図7に示すように、レーザ光源111から出射したレーザ光L1は、距離Lだけ前方にある物体40に反射し、反射光L2は、距離Lだけ後方にある光検出器131に入射する。図8は、レーザ光源111から出射したレーザ光L1の光源信号と、光検出器131で受光した反射光L2の受光信号との関係を示している。光源信号の立ち上がりから受光信号のピークまで時間Tcntは、レーザ光源111及び光検出器131と物体40との間の距離Lをレーザ光が往復する時間である。よって、時間Tcntに光速を乗算し、2で除算すれば、物体40までの距離Lを算出することができる。
図9は、レーザ光の照射角度を左から右に走査した時の各照射角度P1、P2、P3を示し、照射角度P1、P2において、レーザ光が物体40に当った箇所を黒丸で示している。比較例に係るレーザ距離測定装置では、図10に示すように、パルス状のレーザ光が照射角度P1、P2、P3の時点で出射され、照射角度P1、P2において物体40に反射した反射光が光検出器131に入射し、受光信号R1、R2が出力されている。受光信号R1は、閾値を超えているので、パルス状の受光検出信号が出力されている。しかし、受光信号R2は、信号のピークが低く、閾値を超えていないため、受光検出信号が出力されていない。よって、距離の測定ができていない。
本実施の形態では、距離算出部15は、物体距離及び移動体の移動速度に基づいて、受光信号の受光感度を変化させる。距離算出部15は、物体距離及び移動体の移動速度に基づいて、物体距離の算出に用いる、今回及び過去に測定した受光信号の処理回数を変化させるように構成されている。
次に、処理回数の設定について説明する。物体の距離が遠くなるほど、レーザ光の拡がりにより、物体に照射されるレーザ光の強度が低下したり、空気中の雨、霧、又は塵等により光が散乱する頻度が増加したりし、受光強度が低下する。よって、物体の距離が遠くなるほど、処理回数を増加させて、受光感度を高くすることが求められる。一方、移動体の移動速度が大きくなるほど、衝突防止の観点から、処理回数を減少させて、より時間遅れなく(リアルタイム)に検出することが求められる。
移動体が走行している場合は、過去の受光信号の測定時点から、今回の受光信号の測定時点の間に、移動体の移動により、物体距離が変化する。そのため、図13に示すように、過去の測定時点から今回の測定時点までの物体距離の変化に対応する時間だけ、受光信号の時間波形がシフトする。走査周期及び移動速度にも依存するが、今回及び過去の受光信号の時間波形をそのまま積算すると、時間シフトの分だけずれが生じる。
ΔTsht=ΔTm×Vs/c0×2 ・・・(1)
なお、上述した実施の形態では、今回及び過去の受光信号の積算値又は平均値を算出する場合を例に説明したが、距離算出部15は、今回と同じ照射角度で今回及び過去の走査周期で測定した処理回数の受光信号の最大値を算出し、受光信号の最大値に基づいて、物体距離を算出するように構成されてもよい。
次に、実施の形態2に係るレーザ距離測定装置10について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係るレーザ距離測定装置10の基本的な構成は実施の形態1と同様であるが、受光信号の受光感度の変化方法が実施の形態1と異なる。
最後に、本願のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
Claims (6)
- 移動体に搭載されたレーザ距離測定装置であって、
レーザ光を出射するレーザ光発生部と、
物体に反射したレーザ光の反射光を受光し、受光信号を出力する受光部と、
出射した前記レーザ光及び前記受光信号に基づいて物体までの距離である物体距離を算出する距離算出部と、
前記レーザ光の照射角度を変化させる走査機構と、
前記走査機構を制御して前記レーザ光の照射角度を周期的に走査させる走査制御部と、を備え、
前記距離算出部は、前記物体距離及び前記移動体の移動速度に基づいて、前記物体距離の算出に用いる、今回及び過去に測定した前記受光信号の時間波形の設定個数を変化させ、
今回と同じ照射角度で今回及び過去の走査周期で測定した前記設定個数の前記受光信号の時間波形を、前記レーザ光の発光開始時点を時間0とした各時間において積算し、各時間の積算値からなる前記受光信号の積算値の時間波形に基づいて、前記物体距離を算出し、
過去に測定した前記受光信号の時間波形における前記レーザ光の発光開始時点を時間0とした各時間から、前記移動体の移動により変化した前記物体距離に対応する時間分だけ減算して時間シフトさせ、時間シフトさせた過去の前記受光信号の時間波形を用いて、各時間における積算を行うレーザ距離測定装置。 - 移動体に搭載されたレーザ距離測定装置であって、
レーザ光を出射するレーザ光発生部と、
物体に反射したレーザ光の反射光を受光し、受光信号を出力する受光部と、
出射した前記レーザ光及び前記受光信号に基づいて物体までの距離である物体距離を算出する距離算出部と、
前記レーザ光の照射角度を変化させる走査機構と、
前記走査機構を制御して前記レーザ光の照射角度を周期的に走査させる走査制御部と、を備え、
前記距離算出部は、前記物体距離及び前記移動体の移動速度に基づいて、前記物体距離の算出に用いる、今回及び過去に測定した前記受光信号の時間波形の設定個数を変化させ、
今回と同じ照射角度で今回及び過去の走査周期で測定した前記設定個数の前記受光信号の時間波形を、前記レーザ光の発光開始時点を時間0とした各時間において積算し、各時間の積算値を前記設定個数で除算した各時間の平均値からなる前記受光信号の平均値の時間波形に基づいて、前記物体距離を算出し、
過去に測定した前記受光信号の時間波形における前記レーザ光の発光開始時点を時間0とした各時間から、前記移動体の移動により変化した前記物体距離に対応する時間分だけ減算して時間シフトさせ、時間シフトさせた過去の前記受光信号の時間波形を用いて、各時間における積算を行うレーザ距離測定装置。 - 移動体に搭載されたレーザ距離測定装置であって、
レーザ光を出射するレーザ光発生部と、
物体に反射したレーザ光の反射光を受光し、受光信号を出力する受光部と、
出射した前記レーザ光及び前記受光信号に基づいて物体までの距離である物体距離を算出する距離算出部と、
前記レーザ光の照射角度を変化させる走査機構と、
前記走査機構を制御して前記レーザ光の照射角度を周期的に走査させる走査制御部と、を備え、
前記距離算出部は、前記物体距離及び前記移動体の移動速度に基づいて、前記物体距離の算出に用いる、今回及び過去に測定した前記受光信号の時間波形の設定個数を変化させ、
今回と同じ照射角度で今回及び過去の走査周期で測定した前記設定個数の前記受光信号の時間波形の内、前記レーザ光の発光開始時点を時間0とした各時間において前記受光信号の最大値を選択し、各時間の最大値からなる前記受光信号の最大値の時間波形に基づいて、前記物体距離を算出し、
過去に測定した前記受光信号の時間波形における前記レーザ光の発光開始時点を時間0とした各時間から、前記移動体の移動により変化した前記物体距離に対応する時間分だけ減算して時間シフトさせ、時間シフトさせた過去の前記受光信号の時間波形を用いて、各時間における最大値の選択を行うレーザ距離測定装置。 - 前記距離算出部は、前記物体距離が大きくなるに従って、前記設定個数を増加させると共に、前記移動速度が大きくなるに従って、前記設定個数を減少させる請求項1から3のいずれか一項に記載のレーザ距離測定装置。
- 前記距離算出部は、前記物体距離及び前記移動速度に基づいて、前記レーザ光発生部から出射される前記レーザ光のパルス幅を変化させる請求項1から4のいずれか一項に記載のレーザ距離測定装置。
- 前記距離算出部は、前記物体距離が大きくなるに従って、前記パルス幅を増加させると共に、前記移動速度が大きくなるに従って、前記パルス幅を増加させる請求項5に記載のレーザ距離測定装置。
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