JPH076781U - 測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】大型化を防止でき、コスト低減を図れるととも
に、走査時間の短縮化を図れる測距装置を実現する。 【構成】半導体レーザ２０１のレーザ光出射開始をトリ
ガとして遅延部２０７から所定の遅延時間を付与したパ
ルス信号ＰＬＳを発生させ、パルス信号ＰＬＳをセンサ
駆動部２０８に順次入力させ、入力パルス信号ＰＬＳに
同期させた駆動信号ＤＲを生成して順次ＣＣＤ撮像装置
２１０に供給し、駆動信号ＤＲの供給時のみ画像データ
を蓄積し、信号処理部２１１で蓄積画像データＩＤとセ
ンサ駆動部２０８による時間データとを対応させて、発
射レーザ光ＯＰＬが被測定対象物体で反射されて当該装
置に帰還するまでの時間Δｔを割り出し、割り出した時
間Δｔに基づいて被測定対象物体までの距離が算出す
る。これにより、高価な機械走査部を用いることなく多
次元の距離情報を得ることができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、対象物体に対して光を照射し、この反射光を検出して対象物体まで の距離を測定する測距装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、この種の測距装置は、図６に示すように、レーザレーダ装置１からパ ルス状の光を、たとえば自動車などの被測定対象物体２ａ（または２ｂ）に向か って発射し、この発射レーザ光が、被測定対象物体に取り付けた反射体により反 射された光をレーザレーダ装置１に設けた光検出器で検出し、レーザ光発射から 反射光検出までの時間Δｔを計測し、下記式に基づいて距離を算出して被測定対 象物体までの距離を測定するように構成される。 Ｒ＝（Ｃ・Δｔ）／２ …(1) ただし、Ｃは光速を示している。

【０００３】 また、たとえば図６に示すように、位置が異なる複数の被測定対象物体２ａお よび２ｂが存在する場合には、発射レーザ光を可変ミラーなどで所定方向に走査 することにより、一次元あるいは二次元の距離情報を得られる、多次元測距装置 が実現される。

【０００４】 図７は、従来の多次元測距装置としてのレーザレーダ装置の基本的概念を示す ブロック構成図である。 図７において、１０１はたとえば半導体レーザ、１０２はトリガ回路、１０３ はハーフミラー、１０４，１０８レンズ、１０５は第１の光検出器、１０６はト リガ信号発生部、１０７は走査部、１０９は第２の光検出器、１１０はカウンタ 、１１１は信号処理部をそれぞれ示している。

【０００５】 走査部１０７は、固定ミラーＭ１と、反射面が固定ミラーＭ１の反射面と対向 する可変ミラーＭ２とからなり、可変ミラーＭ２の反射面の角度を所望の角度だ け変化させて、半導体レーザ１０１の出射光ＯＰＬの発射方向を変化できるよう に構成されている。

【０００６】 このような構成において、トリガ回路１０２の出力信号に応じて半導体レーザ １０１が所定の波長で発振し、パルス状のレーザ光ＯＰＬが出射される。 半導体レーザ１０１の出射光ＯＰＬは、ハーフミラー１０３に入射され、一部 はハーフミラー１０３を透過し、レンズ１０４を介して走査部１０７の固定ミラ ーＭ１に入射され、ここで反射された後、さらに可変ミラーＭ２で反射されて、 本装置から被測定対象物体２ａに向かって発射される。 レーザレーダ装置１から発射された光は、所定時間（Δｔ／２）後に被測定対 象物体２ａに到達し、そこに取り付けられた反射体で反射される。

【０００７】 また、半導体レーザ１０１の出射光の一部はハーフミラー１０３で反射されて 第１の光検出器１０５で受光される。 第１の光検出器１０５では、受けた光が受光レベルに応じた電気信号ｄｔ１に 変換され、トリガ信号発生部１０６に出力される。トリガ信号発生部１０６では カウンタスタート信号ＳＲＴが生成されてカウンタ１１０に出力される。 カウンタ１１０では、カウンタスタート信号ＳＲＴの入力に伴いカウント動作 が開始される。

【０００８】 被測定対象物体２ａに取り付けられた反射体により反射されたレーザ光は、反 射されてから所定時間（Δｔ／２）後にレーザレーダ装置１に到達し、レンズ１ ０８で集光されて第２の光検出器１０９で受光される。 第２の光検出器１０９では、受けた光が受光レベルに応じた電気信号に変換さ れる。この電気信号はカウントストップ信号ＳＴＰとしてカウンタ１１０に入力 される。 カウンタ１１０では、カウントストップ信号ＳＴＰの入力に伴いカウント動作 が停される。これにより、カウンタ１１０では、レーザ光発射から反射光が帰還 するまでの時間Δｔが計測されたことになる。カウンタ１１０の計測値は、信号 処理部１１１に入力される。 信号処理部１１１では、上記（１）式に基づいて被測定対象物体２ａまでの距 離が算出され、距離データとして出力される。

【０００９】 次いで、被測定対象物体２ｂまでの距離を測定する場合には、走査部１０７の 可変ミラーＭ２の反射面の角度が変化されて、発射レーザ光ＯＰＬの走査方向が 被測定対象物体２ｂの方向に切り替えられる。

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上述した従来の測距装置では、被測定対象物体の距離を正確に 得るには、精度の良い機械走査部が必要で、装置の大型化を招き、またコスト高 となり、高分解能を得ようとすれば、走査に長時間を要するなどの問題がある。

【００１１】 本考案は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、大型化を防 止でき、コスト低減を図れるとともに、走査時間の短縮化を図れる測距装置を提 供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため、本考案では、被測定対象物体に対して光を発射し、 その反射光を検出して被測定対象物体までの距離を測定する測距装置であって、 被測定対象物体に対して光を発射する光発射手段と、上記光発射手段の光発射開 始に応じてパルス信号を出力するパルス信号出力手段と、上記各パルス信号に同 期した駆動信号を出力する駆動信号出力手段と、上記駆動信号の入力時のみ被測 定対象物体の位置する方向の画像データを蓄積する撮像手段と、上記撮像手段の 蓄積画像データおよび上記各駆動信号の出力時間から、被測定対象物体の画像が 蓄積された時間データを得、この時間データにより距離の算出処理を行う信号処 理手段とを有する。

【００１３】

【作用】

本考案によれば、光発射手段から、たとえばほぼ同一方向に位置する複数の被 測定対象物体に向かって光が発射される。 光発射手段から発射された光は、一部が所定時間後に一の被測定対象物体に到 達し、一部がさらに所定時間後に他の被測定対象物体に到達し、これら被測定対 象物体で反射される。 また、パルス信号出力手段により光発射手段の光発射開始から所定の時間間隔 をおいてパルス信号が出力される。このパルス信号は駆動信号出力手段に入力さ れる。 駆動信号出力手段では、入力パルス信号に同期した駆動信号が生成され、これ ら駆動信号が所定の時間間隔をおいて撮像手段に出力される。 撮像手段では、駆動信号の入力時のみ被測定対象物体の位置する方向の画像デ ータが蓄積される。 以上の動作が光発射手段による光発射に応じて行われ、画像データの蓄積は順 次行われる。 光発射手段から発射された光が被測定対象物体で反射され、この反射光が帰還 するまでにはある程度の時間を要することから、撮像手段に蓄積される画像デー タには、反射光が帰還しないときの画像データも含まれる。 したがって、被測定対象物体の画像を含まない画像データも存在する。 これらの画像データは、信号処理部に入力される。信号処理部では、撮像手段 の蓄積画像データおよび各駆動信号の出力時間から、被測定対象物体の画像が蓄 積された時間データが割り出され、この時間データを用いて距離の算出処理が行 れる。

【００１４】

【実施例】

図１は、本考案に係る測距装置の一実施例を示すブロック構成図である。 図１において、２０１は半導体レーザ、２０２はトリガ回路、２０３はハーフ ミラー、２０４，２０９はレンズ、２０５は光検出器、２０６はトリガ信号発生 部、２０７は遅延部、２０８はセンサ駆動部、２１０はＣＣＤ撮像装置、２１１ は信号処理部をそれぞれ示している。

【００１５】 半導体レーザ２０１は、所定波長で発振し、パルス状のレーザ光ＯＰＬを出射 する。 トリガ回路２０２は、半導体レーザ２０１を発振させるための駆動信号を半導 体レーザ２０１に供給する。 ハーフミラー２０３は、半導体レーザ２０１の出射光ＯＰＬが入射され、出射 光ＯＰＬの一部を透過させてレンズ２０４に入射させ、一部を反射して光検出器 ２０５の受光部に入射させる。

【００１６】 光検出器２０５は、ハーフミラー２０３で反射された半導体レーザ２０１によ るレーザ光ＯＰＬを受光し、その受光量に応じたレベルの電気信号ＤＴ1 に変換 しトリガ信号発生部２０６に出力する。

【００１７】 トリガ信号発生部２０６は、光検出器２０５の出力信号ＤＴ１を受けてトリガ 信号ＴＲＧを発生し、遅延部２０７に出力する。

【００１８】 遅延部２０７は、トリガ信号ＴＲＧを受けて、たとえば時間τの遅延を加えた 蓄積時間開始トリガとしてのパルス信号ＰＬＳをセンサ駆動部２０８に出力する 。この遅延時間は、センサ駆動部２０８からの遅延コントロール信号ＤＣＬによ ってコントロールされ、レーザ光ＯＰＬが発射される毎に遅延量を変化させる。 このように、遅延時間を持たせるのは、レーザ光ＯＰＬ発射から被測定対象物 体で反射された光ＯＰＲが帰還するまでに所定時間Δｔを要することによる。

【００１９】 センサ駆動部２０８は、遅延部２０７によるパルス信号ＰＬＳの入力に同期し た駆動信号ＤＲをＣＣＤ撮像装置２１０の電子シャッタなどを有するセンサ部に 出力するとともに、画像蓄積時間データＴＤを信号処理部２１１に出力する。

【００２０】 レンズ２０９は、半導体レーザ２０１の出射光ＯＰＬのうち被測定対象物体で 反射されレーザレーダ装置５に帰還した光ＯＰＲなどを集光し、ＣＣＤ撮像装置 ２１０のセンサ部に入射させる。

【００２１】 ＣＣＤ撮像装置２１０は、駆動信号ＤＲの入力時のみ電子シャッタが開状態と なり、そのときの入射光に基づく画像データを蓄積し、その一連の画像データＩ Ｄを信号処理部２１１に出力する。

【００２２】 信号処理部２１１は、センサ駆動部２０８による画像蓄積時間データＴＤおよ びＣＣＤ撮像装置２１０の入力に伴い、被測定対象物体の画像が蓄積された際の 時間データを選択し、上述した（１）式｛Ｒ＝（Ｃ・Δｔ）／２｝に基づいて被 測定対象物体までの距離を算出するとともに、被測定対象物体の位置情報を得る 。

【００２３】 次に、上記構成による動作を、図２および図３を用いて説明する。 なお、ここでは図６に示す場合と同様の状態で２つの被測定対象物体２ａ，２ ｂが存在する場合を例に説明する。

【００２４】 まず、センサ駆動部２０８から遅延部２０７に対して遅延コントロール信号Ｄ ＣＬが出力され、遅延時間τ1 が設定される（Ｓ１）。 次いで、トリガ回路２０２の出力信号に応じて半導体レーザ２０１が所定の波 長で発振し、パルス状のレーザ光ＯＰＬが出射される（Ｓ２）。 半導体レーザ２０１の出射光ＯＰＬは、ハーフミラー２０３に入射され、一部 はハーフミラー２０３を透過し、レンズ２０４を介して本装置からある広がりを もって被測定対象物体２ｂおよび２ａに向かって発射される。 発射された光は、たとえば一部が時間（Δｔ2 ／２）後に被測定対象物体２ｂ に到達し、一部が時間（Δｔ1 ／２）後に被測定対象物体２ａに到達し、各被測 定対象物体２ｂ，２ａに取り付けられた反射体で反射される。

【００２５】 半導体レーザ２０１の出射光の一部はハーフミラー２０３で反射されて光検出 器２０５で受光される。 光検出器２０５では、受けた光が受光レベルに応じた電気信号ＤＴ１に変換さ れ、トリガ信号発生部２０６に出力される。トリガ信号発生部２０６ではトリガ 信号ＴＲＧが生成されて遅延部２０７に出力される（Ｓ３）。

【００２６】 遅延部２０７では、トリガ信号ＴＲＧを受けて、図２(b) に示すように、レー ザ光ＯＰＬ出射ら時間τ1 だけ遅延させてパルス信号ＰＬＳ１がセンサ駆動部２ ０８に出力される（Ｓ４）。 センサ駆動部２０８では、入力されたパルス信号ＰＬＳ１に同期した、図２(b ) に示すような、駆動信号ＤＲ１が生成されてＣＣＤ撮像装置２１０に出力され る。 また、センサ駆動部２０８から信号処理部２１１に対してパルス信号に係る時 間データＴＤが出力される。

【００２７】 このとき、時間τ1 では、被測定対象物体２ｂによる反射光ＯＰＲ2bは帰還し ていないため、図２(c) に示すような、画像ＩＤ1 が得られ（Ｓ５）、この画像 データＩＤ1 は信号処理部２１１に読み出される（Ｓ６）。

【００２８】 次に、センサ駆動部２０８から遅延部２０７に対して遅延コントロール信号Ｄ ＣＬが出力され、遅延時間τ2 が設定される（Ｓ７）。 次いで、トリガ回路２０２の出力信号に応じて半導体レーザ２０１が所定の波 長で発振し、パルス状のレーザ光ＯＰＬが出射される（Ｓ８）。 半導体レーザ２０１の出射光ＯＰＬは、上述したと同様に、ハーフミラー２０ ３に入射され、一部はハーフミラー２０３を透過し、レンズ２０４を介して本装 置からある広がりをもって被測定対象物体２ｂおよび２ａに向かって発射される 。

【００２９】 半導体レーザ２０１の出射光の一部はハーフミラー２０３で反射されて光検出 器２０５で受光される。 光検出器２０５では、受けた光が受光レベルに応じた電気信号ＤＴ１に変換さ れ、トリガ信号発生部２０６に出力される。トリガ信号発生部２０６ではトリガ 信号ＴＲＧが生成されて遅延部２０７に出力される（Ｓ９）。

【００３０】 遅延部２０７では、トリガ信号ＴＲＧを受けて、図２(b) に示すように、レー ザ光ＯＰＬ出射ら時間τ2 だけ遅延させてパルス信号ＰＬＳ２がセンサ駆動部２ ０８に出力される（Ｓ１０）。 センサ駆動部２０８では、入力されたパルス信号ＰＬＳ２に同期した、図２(b ) に示すような、駆動信号ＤＲ２が生成されてＣＣＤ撮像装置２１０に出力され る。 また、センサ駆動部２０８から信号処理部２１１に対してパルス信号に係る時 間データＴＤが出力される。

【００３１】 このとき、レーザ光ＯＰＬ発射から時間τ2 後には、被測定対象物体２ｂによ る反射光ＯＰＲ2bは帰還しており、図２(c) に示すような、被測定対象物体２ｂ が撮像された画像ＩＤ2 が得られ（Ｓ１１）、この画像データＩＤ2 は信号処理 部２１１に読み出される（Ｓ１２）。

【００３２】 以上の動作が繰り返されて、画像データＩＤ3 〜ＩＤ6 が順次得られ、信号処 理部２１１に読み出される（Ｓ１３，Ｓ１４）。

【００３３】 信号処理部２１１では、入力された蓄積画像データＩＤとセンサ駆動部２０８ による時間データとを対応させて、被測定対象物体２ｂの画像が蓄積された時間 、すなわち発射レーザ光ＯＰＬが被測定対象物体２ｂで反射されて当該装置に帰 還するまでの時間Δｔ2 と、被測定対象物体２ａの画像が蓄積された時間、すな わち発射レーザ光ＯＰＬが被測定対象物体２ａで反射されて当該装置に帰還する までの時間Δｔ1 とが割り出される。 そして、割り出した時間Δｔ2 に基づいて被測定対象物体２ｂまでの距離が算 出され、時間Δｔ1 に基づいて被測定対象物体２ａまでの距離が算出される。 また、信号処理部２１１では、蓄積画像データＩＤにより被測定対象物体２ｂ および２ａの位置情報が得られる（Ｓ１５）。

【００３４】 以上説明したように、本実施例によれば、半導体レーザ２０１のレーザ光出射 開始をトリガとして遅延部２０７から所定の遅延時間を付与したパルス信号ＰＬ Ｓを発生させ、パルス信号ＰＬＳをセンサ駆動部２０８に順次入力させ、入力パ ルス信号ＰＬＳに同期させた駆動信号ＤＲを生成して順次ＣＣＤ撮像装置２１０ に供給し、駆動信号ＤＲの供給時のみ画像データを蓄積し、信号処理部２１１で 蓄積画像データＩＤとセンサ駆動部２０８による時間データとを対応させて、発 射レーザ光ＯＰＬが被測定対象物体で反射されて当該装置に帰還するまでの時間 Δｔを割り出し、割り出した時間Δｔに基づいて被測定対象物体までの距離が算 出するようにしたので、高価な機械走査部などを用いることなく多次元の距離情 報を得ることができる。 したがって、大型化を防止でき、コスト低減を図れるとともに、走査時間の短 縮化を図れる測距装置を実現できる。

【００３５】 なお、以上の説明では、図２に示すように被測定対象物体の位置に対して、レ ーザ光のパルス幅および画像の蓄積時間が短い場合を例に説明したが、図４に示 すように、レーザ光のパルス幅およびが画像の蓄積時間が長い場合も、上記した と同様の効果を得ることができる。 図５(a) はこの場合の被測定対象物体２ｂの蓄積時間に対する反射出力を時系 列的に並べたものであり、同図(b) は(a) の波形を微分し反転させた波形を示し 、同図(c) は(b) の波形の立ち上がりを微分した波形を示している。 このような信号処理を行うことによって、図２の例の場合と同様に、どの蓄積 時間より被測定対象物体による反射光が帰還したかを知ることができる。

【００３６】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、大型化を防止でき、コスト低減を図れ るとともに、走査時間の短縮化を図れる測距装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る測距装置の一実施例を示すブロッ
ク構成図である。

【図２】図１の動作を説明するための状態遷移図であ
る。

【図３】図１の動作を説明するためのフローチャートで
ある。

【図４】本考案に係る他の動作例を説明するための図で
ある。

【図５】本考案に係る他の信号処理例を説明するための
図である。

【図６】測距装置の概念を説明するための図である。

【図７】従来の測距装置のブロック構成図である。

【符号の説明】

２０１…半導体レーザ ２０２…トリガ回路 ２０３…ハーフミラー ２０４，２０９…レンズ ２０５…光検出器 ２０６…トリガ信号発生部 ２０７…遅延部 ２０８…センサ駆動部 ２１０…ＣＣＤ撮像装置 ２１１…信号処理部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定対象物体に対して光を発射し、そ
   の反射光を検出して被測定対象物体までの距離を測定す
   る測距装置であって、 被測定対象物体に対して光を発射する光発射手段と、 上記光発射手段の光発射開始に応じてパルス信号を出力
   するパルス信号出力手段と、 上記パルス信号に同期した駆動信号を出力する駆動信号
   出力手段と、 上記駆動信号の入力時のみ被測定対象物体の位置する方
   向の画像データを蓄積する撮像手段と、 上記撮像手段の蓄積画像データおよび上記各駆動信号の
   出力時間から、被測定対象物体の画像が蓄積された時間
   データを得、この時間データにより距離の算出処理を行
   う信号処理手段とを有することを特徴とする測距装置。