JPH0726846B2

JPH0726846B2 - 路面性状計測システムにおけるレ−ザスキヤン位置検出器

Info

Publication number: JPH0726846B2
Application number: JP3487286A
Authority: JP
Inventors: 達也丸山
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1986-02-19
Filing date: 1986-02-19
Publication date: 1995-03-29
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPS62192611A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、レーザビームにより路面をライン状に走査
し、前記路面からの前記レーザビームの反射光の受光出
力にもとづき前記路面の性状を計測するシステムにおい
て、前記受光出力がどの走査ラインに対応したものであ
るかを判別するための路面性状計測システムにおけるレ
ーザスキャン位置検出器に関する。

［従来の技術］近年、道路の老朽化に伴ない道路工事の主流が、新設か
ら維持、修繕へと移行するなかで、当該道路の適切な維
持管理を行なうことを目的として、第５図に示す如く、
路面の性状（路面の損傷度合）を高速、高精度で計測す
るための路面性状計測システムが実用化されるに至って
いる。

この路面性状計測システムは、路面走行可能な車両１
に、レーザビームによる走査光学系機構２および受光光
学系機構３を少なくとも搭載して成り、詳細には、第６
図に概念的に示す如くの構成を有している。

第６図において、レーザチューブ20内に実装される例え
ばアルゴン（Ar）レーザ発振器より発振されたレーザビ
ームは、ミラー21を通ってポリゴンスキャナ（回転多面
走査鏡）22の１鏡面に入射するとともに、該鏡面の姿勢
に応じて反射され、路面上の適当な位置に照射される。

ここでポリゴンスキャナ22は、図示しない回転駆動源に
より矢印ａ方向へ高速に回転駆動（例えば17280rpm）さ
れており、この回転に伴なって前記レーザビームに対す
る前記鏡面の姿勢が連続に変位するとともに、該レーザ
ビームの入射光路に介在する鏡面が順次隣接する鏡面へ
と移っていく。

従がって、このとき当該ポリゴンスキャナ22の各鏡面に
より反射されるレーザビームは、前記車両１による矢印
ｂ方向への走行に合わせて、路面上における当該車両１
の走行方向と大略直交する走査線ｌ上を、矢印ｃ方向へ
１ラインづつ走査される。

このようにして走査される前記レーザビームは、前記走
査線ｌ上の路面の性状に応じて反射され、前記車両１の
前面下部に配設された受光素子30に入射する。

次いで該レーザビームは、前記受光素子30によって、そ
の受光量に応じた電気信号に変換され、更にアンプ31に
よって増幅された後、VTR（ビデオ・テープ・レコー
ダ）32に入力され、前記走査線ｌ上の路面の性状を示す
計測データとして記録される。

この路面性状計測データの記録に際し、前記VTR32で
は、当該路面性状計測データがどの走査線上にある路面
の性状に対応したものであるかの時間的位置付けを行な
う必要があり、この処理のために要する前記走査線ｌの
ライン位置データを、以下に示すミラー33,34、位置検
出用センサ35、波形整形回路36によって成る光学系およ
び信号処理系から得るようにしている。

すなわち前記ミラー33は、前記ポリゴンスキャナ22の各
鏡面毎に走査されるレーザビームの各ラインの走査開始
点における走査光を受光できる位置に配置され、その反
射光は、ミラー34を経て位置検出用センサ（受光素子か
ら成る）35に受光される。

次いで該レーザビームは、前記位置検出用センサ35によ
り受光量に応じた電気信号に変換され、波形整形回路36
で波形の整形がなされた後、前述した走査線ｌの位置を
示すデータとしてVTR32に記録される。

こうしてVTR32は、前記位置データにもとづき時間的位
置付けのなされた路面性状計測データを記録保持するこ
とになり、該路面性状計測データは、前述した如くレー
ザビームによりスキャンされた路面全域における例えば
わだち掘れの状況を把握する等のために、反復して用い
られる。

［発明が解決しようとする問題点］ところでこの種の路面性状計測システムの計測対象とな
るべき路面の性状は安定していないのが一般的であり、
例えば前述したようなわだち掘れを呈する路面における
前記システムの運用に際しては、当該システムが搭載さ
れる車両１がバウンドする等、極めて不安定な走行を強
いられることになる。

こうした車両１の走行中におけるバウンドにより、前述
した走行光学系機構２および受光光学系機構３が振動を
受け、該振動に伴なう光学部品の微動により前記各光学
系の光路の変動がもたらされる。

このため特に前記位置検出用センサ35の受光部では、上
記振動によって入射光路が、第７図に示す如くに変動
し、該各入射光の受光位置によって、その受光検出出力
が変化する。

１例として、前記入射光が前記位置検出用センサ35のP₁
点で受光されたとき（車両１の停止時）と、P₂点で受光
されたとき（凹凸のある路面上の振動を伴なった車両１
の走行時）の当該位置検出用センサ35の受光出力は、そ
れぞれ第８図（ａ）および（ｂ）に示す如くレベル（振
幅）の差とともに、時間差を伴なった波形となる。

これに応じて、前記波形整形回路36による波形整形後の
出力も、それぞれ第９図（ａ）および（ｂ）に示すよう
な時間差を伴なった矩形波形となる。

従がってこのような矩形波形［第９図（ｂ）］なる位置
データにもとづき路面性状計測データの時間的位置付け
を行なった場合には、当該路面性状計測データに検出誤
差を生じることになる。

このように上記従来の路面性状計測システムにおけるレ
ーザスキャン位置検出器では、路面の凹凸により車両１
がバウンドした際、その振動を受けて、走査線ｌの位置
検出用の光学系の光路が変動し、前述した如く位置デー
タを正確に検出できなかったり、あるいは全く検出でき
なかったりするため、前記路面性状計測データに誤差が
生じたり、最悪の場合には、該路面性状計測データが抜
けてしまういわゆるハヌケが起こるという問題点があっ
た。

これは、上記各光学系を強度のある一体型のフレーム等
に収容した場合にも、避けることができない要因であっ
た。

［問題点を解決するための手段］そこで本発明では、上記問題点を解決するために、ポリ
ゴンスキャナの各鏡面毎に走査されるレーザビームの各
ラインの走査開始点における走査光を、走査線の位置検
出用センサに導くためのミラーと、前記位置検出用セン
サとの間の光路にシリンドリカルレンズを設けたもので
ある。

［作用］このシリンドリカルレンズは、入射光を、その入射位置
にかかわらず定位置に収束させ得る機能を有し、該機能
により入射光としてのレーザビームを、車両の振動に伴
なう光路変動にかかわらず前記位置検出用センサの受光
面の定位置に収束させ、当該位置検出用センサにおける
前記レーザビームの受光量を常に一定に保つようにする
ことによって、前記走査線の位置データの正確かつ確実
な検出を可能にしたものである。

［実施例］以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて詳細に説
明する。

第１図は、本発明に係る路面性状計測システムの１実施
例を示す概念図であり、第５図に示した従来の路面性状
計測システムの各部と同様の機能を果すものについては
同一の符号を付している。

この第１図において、ポリゴンスキャナ22の各鏡面によ
り走査されるレーザビームの当該各鏡面毎に走査開始点
における走査光を受光できる位置に配置されたミラー33
を経て、前記レーザビームを位置検出用センサ35の受光
面に導くミラー34と、前記位置検出用センサ35の受光面
との間の光路に、シリンドリカルレンズ37が新たに配設
されている。

このシリンドリカルレンズ37は、例えば円柱状のアクリ
ル材から成り、詳しくは第２図に示すように、その中心
軸が、前記ポリゴンスキャナ22からのレーザビームの基
準入射光路（第２図において、P₃を入射位置とするよう
な光路）に一致する状態から、前記レーザビームにより
走査される路面と平行な平面に沿って該シリンドリカル
レンズ37を、大略90°回転させたような状態で、前記位
置検出用センサ35との間の光路に介入されている。

また、当該シリンドリカルレンズ37の配置位置は、ポリ
ゴンスキャナ22の各鏡面毎の走査開始点における走査光
として導かれる前記レーザビームが、例えば車両１が停
止している等により、P₃を通って入射するときにも、あ
るいは、前記車両１の走行時におけるパウンド等によ
り、光路が変動し、P₄やP₅を通って入射するときにも、
これら各光路を辿るレーザビームが、常に前記位置検出
用センサ35の受光面の定位置P₀へ、入射し得るように設
定されている。

これによって前記位置検出用センサ35は、前述したよう
な車両１の走行中におけるバウンドに伴なう振動にかか
わらず、走査線ｌの位置を示すものとして前記ポリゴン
スキャナ22から導かれるレーザビームを、常に一定の光
量で受光することができ、その受光検出出力として第３
図（ａ）および（ｂ）に示す如く前記車両１の振動時に
も非振動時とレベル的あるいは時間的に一致する出力波
形を得ることができる。

従がって、波形整形回路36による前記位置検出用センサ
35の受光出力の波形整形処理後の出力は、それぞれ第４
図（ａ）および（ｂ）に示すように、時間的に一致した
矩形波形となり、常に、正確な位置データを確実に得る
ことができる。

更に、VTR32では、上述した方法により検出された位置
データにもとづき、計測データの時間的位置付けがなさ
れるため、当該計測データの検出誤差を解消することが
できる。

［発明の効果］以上説明したように本発明の路面性状計測システムにお
けるレーザスキャン位置検出器によれば、ポリゴンスキ
ャナの各鏡面により路面をライン状に走査されるレーザ
ビームの当該各ラインの走査開始点における走査光を、
シリンドリカルレンズを通して位置検出用センサに導
き、計測車両の振動に伴なう光路変動にかかわらず、当
該位置検出用センサの定位置に、常に一定の光量で受光
させるようにしたため、前述の如く計測車両が路面の凹
凸によりバウンドした場合にも、レーザビームの走査線
の位置データを正確かつ確実に検出することができ、該
位置データにもとづき処理される路面性状計測データの
誤差および取り込みミスをなくすることができるという
優れた利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る路面性状計測システムの１実施
例を示す概念図、第２図は、同路面性状計測システムに
おける要部を拡大して示す光路図、第３図（ａ）および
（ｂ）は、それぞれ同路面性状計測システムにおける車
両停止時および振動時の位置検出用センサ35の出力波形
を示す図、第４図（ａ）および（ｂ）は、それぞれ第３
図（ａ）および（ｂ）に示した出力波形に対する波形整
形回路36の出力波形を示す図、第５図は、この種の路面
性状計測システムが搭載される計測車両の概略を示す斜
視図、第６図は、同計測車両に搭載される従来の路面性
状計測システムの１例を示す概念図、第７図は、同路面
性状計測システムの問題点を説明するための光路図、第
８図（ａ）および（ｂ）は、それぞれ同路面性状計測シ
ステムにおける車両停止時および振動時の位置検出用セ
ンサ35の出力波形を示す図、第９図（ａ）および（ｂ）
は、それぞれ第８図（ａ）および（ｂ）に示した出力波
形に対する波形整形回路36の出力波形を示す図である。１…車両、２…走査光学系機構、３…受光光学系機構、
20…レーザチューブ、21、33、34…ミラー、30…受光素
子、31…アンプ、32…VTR（ビデオ・テープ・レコー
ダ）、35…位置検出用センサ、36…波形整形回路、37…
シリンドリカルレンズ、ｌ…走査線、P₀,P₁,P₂…受光位
置、P₃,P₄,P₅…入射位置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転多面走査鏡の回転に応じて、路面をレ
ーザビームによりライン状に走査し、前記路面からの前
記レーザビームの反射光を、第１の受光素子に受光さ
せ、当該第１の受光素子の受光出力から前記路面の性状
を示す計測データを得るとともに、前記回転多面走査鏡
の走査開始点における走査光を受光できる位置にミラー
を配置し、該ミラーからの反射光を第２の受光素子に受
光させ、該第２の受光素子の受光出力にもとづき前記計
測データがどの走査線に対応するかを判別する路面性状
計測システムにおけるレーザスキャン位置検出器におい
て、前記ミラーと前記第２の受光素子との間の光路に、
シリンドリカルレンズを配設したことを特徴とする路面
性状計測システムにおけるレーザスキャン位置検出器。