JP6850549B2 - 光測距装置 - Google Patents
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[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る光測距装置の概略構成を示しており、TOF方式を例に取っている。この光測距装置は、レーザ投光部10、二次元光スキャナ(MEMS光スキャナ)20、レーザ受光部30、測距部40、及び制御部50等を備えている。レーザ投光部10は、光源(発光素子)としてアイセーフ帯のUVレーザ11(波長400nm未満)、このUVレーザ11を駆動するレーザドライバ12、投光ビームのスポットサイズを可変でき、UVレーザ11の波長帯を効率よく透過するフィルタ機能(UVフィルタ)を有する投光光学系13、及びこの投光光学系13から放射されるUVレーザの投光タイミングをモニタする発光モニタ14を含んで構成されている。
加えて、投光側のレーザ安全の制約、受光側の利得の制約が大きく緩和できることによって、光ビームの走査にMEMS光スキャナを使った投光/受光同軸型の測距装置の課題であったMEMSミラーのサイズの製造上、あるいはコスト上の制約により受光側の所要のS/N比が得られない課題も解決できる。
前述したように、光電子増倍管31の光電面への入射光が大きくなると出力電流が飽和、あるいは最大定格を超えてしまうことがあり、印加電圧を低くすることで回避可能である。しかし、印加電圧を低くすると図4の(Va)低電圧領域に至り、暗ノイズ成分が大きくなることがある。そこで、これを避けるために、本発明の第2の実施形態に係る光測距装置では、光電子増倍管31の電子増倍部(ダイノード)の段数を選択できるように構成している。
なお、図8では、出力端子P1〜P6を選択し、選択した出力端子にアンプ33の入力端子を接続するようになっているが、この構成に限られるものではない。出力端子P1〜P6を電気的または機械的に切り換えて、アンプ33の入力端子に接続するように構成し、ダイノード64の段数を切り換えてもよい。
図9は、本発明の第3の実施形態に係る光測距装置について説明するためのもので、レーザ受光部の他の構成例を示すブロック図である。本第3の実施形態は、上述した光電子増倍管31への印加電圧(バイアス電圧)を調整する具体的な構成を示している。すなわち、光電子増倍管31への印加電圧を調整するバイアス回路34を設けたものである。このバイアス回路34は、制御部50の演算処理判定部51により制御され、光電子増倍管31の利得を変化させてS/N比を制御する。
このような構成によれば、図5で説明したように、光電子増倍管31への印加電圧を調整することでS/N比を最大にできる。また、入射光のレベルに応じて、出力が最大定格を超えないように光電子増倍管31の印加電圧を調整できる。
図10は、本発明の第4の実施形態に係る光測距装置について説明するためのもので、レーザ光源と投光レンズ間の距離を変化させてターゲット位置のスポットサイズを可変する場合の模式図である。(A)図は光学系を示しており、(B)図はスポットサイズを小さくした場合の投光ビーム配列を示し、(C)図はスポットサイズを大きくした場合の投光ビーム配列を示す。
このように、拡大光学系を用いて投光ビームのスポットサイズを拡大すると光電子増倍管31の受光レベルが下がる。そこで、スポットサイズの拡大による光電子増倍管31の受光レベルの低下は、UVレーザ11の出力と光電子増倍管31の受光利得の少なくとも一方を上昇させて補償する。
また、パルス伝播方式や位相差測距方式等のTOF方式に限らず、放射光の放射位置と反射光の受光位置との差から測距を行う三角測距法にも適用できる。
また、投光ビームと受光ビームの軸が一致した投光/受光同軸型について説明したが、この構成に限定されるものではなく、投光ビームと受光ビームの光路が異なっていても良いことはもちろんである。
Claims (8)
- 測定対象物に光を放射する光源と、前記測定対象物で反射された光を受ける光検出器とを備え、前記光源から前記測定対象物への放射光と、前記光検出器で受光した反射光とに基づいて前記測定対象物までの距離を測定する光測距装置であって、
前記光源にアイセーフ帯のUVレーザを設け、前記光検出器に電子増倍部の段数を選択可能な光電子増倍管を設け、前記光電子増倍管の段数とバイアス電圧を制御してS/N比を最大にする光測距装置。 - 前記放射光の投光タイミングと前記反射光の受光タイミングとの時間差、前記放射光と前記反射光との位相差、及び前記放射光の投光位置と前記反射光の受光位置との距離のいずれかを検出して前記測定対象物までの距離を演算する測距部と、前記UVレーザ、前記光電子増倍管及び前記測距部を制御する制御部とを更に具備する、ことを特徴とする請求項1に記載の光測距装置。
- 前記光電子増倍管のバイアス電圧を制御するバイアス回路を更に備え、前記制御部で前記バイアス回路を制御し、前記光電子増倍管の利得を変化させてS/N比を制御する、ことを特徴とする請求項2に記載の光測距装置。
- 前記光電子増倍管は、電子増倍部の出力段を選択可能に構成され、この電子増倍部の異なる出力段から出力を行うことで利得を変化させてS/N比を制御する、ことを特徴とする請求項1乃至3いずれか1つの項に記載の光測距装置。
- 前記光電子増倍管の受光部に、狭視野角でUV波長帯の光を透過する光学的バンドパスフィルタを有する受光光学系を更に備える、ことを特徴とする請求項1乃至4いずれか1つの項に記載の光測距装置。
- 前記光電子増倍管から出力される光電変換後の周波数成分から外乱光ノイズをフィルタ処理するアンプを更に備える、ことを特徴とする請求項1乃至5いずれか1つの項に記載の光測距装置。
- 前記光源から放射される光を集光し、前記制御部の制御により前記測定対象物の照射位置を二次元走査する走査光学系と、この走査光学系により光を集光して生成したスポットサイズを拡大する拡大光学系とを更に備え、前記走査光学系で走査した隣接投光ビーム間の隙間を前記拡大光学系によるスポットサイズの拡大で埋めるように構成した、ことを特徴とする請求項2乃至6いずれか1つの項に記載の光測距装置。
- 前記スポットサイズの拡大による前記光電子増倍管の受光レベルの低下を、前記UVレーザの出力と前記光電子増倍管の受光利得の少なくとも一方を上昇させて補償する、ことを特徴とする請求項7に記載の光測距装置。
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