(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
認識対象物に向けてパルスレーザ光を照射するとともに、この照射に同期した所定時間後にシャッタを開いて前記パルスレーザ光の反射光を撮像手段に取り込み、さらにこの撮像手段の出力信号を信号処理手段で処理してその画像を表示手段で再生するレーザレーダ装置において、
前記反射光の一部を取り込んでこれを検出する光センサと、
前記パルスレーザ光の照射時点を表す照射タイミングパルスと、前記光センサによる反射光の受光時点を表す受光タイミングパルスとの時間的な間隔に基づき認識対象物までの距離を演算する計数手段とを有するとともに、
前記光センサは、複数個の光電変換素子を面状に配設するとともに、表示手段の再生画面上の各領域の位置関係を各光電変換素子の位置に対応させたものとし、
さらに表示手段に再生された再生画像上で、選択手段により選択した認識対象物の位置に対応する光電変換素子の出力信号である受光タイミングパルスを利用して当該認識対象物迄の距離を検出するようにしたことを特徴とする高精度測距レーザレーダ装置。
【請求項２】
認識対象物に向けてパルスレーザ光を照射するとともに、この照射に同期した所定時間後にシャッタを開いて前記パルスレーザ光の反射光を撮像手段に取り込み、さらにこの撮像手段の出力信号を信号処理手段で処理してその画像を表示手段で再生するレーザレーダ装置において、
前記反射光の一部を取り込んでこれを検出する光センサと、
前記パルスレーザ光の照射時点を表す照射タイミングパルスと、前記光センサによる反射光の受光時点を表す受光タイミングパルスとの時間的な間隔に基づき認識対象物までの距離を演算する計数手段とを有するとともに、
前記光センサは、複数個の光電変換素子を線状に配設して表示手段におけるその再生画像の一部の領域に対応させたものとし、
さらに表示手段に再生された画面を視認しながら目標の認識対象物からの反射光が光センサの特定の光電変換素子に取り込まれるよう、当該高精度測距レーザレーダ装置を旋回してパルスレーザ光の照射方向を調節し得るように構成したことを特徴とする高精度測距レーザレーダ装置。
【請求項３】
認識対象物に向けてパルスレーザ光を照射するとともに、この照射に同期した所定時間後にシャッタを開いて前記パルスレーザ光の反射光を撮像手段に取り込み、さらにこの撮像手段の出力信号を信号処理手段で処理してその画像を表示手段で再生するレーザレーダ装置において、
前記反射光の一部を取り込んでこれを検出する光センサと、
前記パルスレーザ光の照射時点を表す照射タイミングパルスと、前記光センサによる反射光の受光時点を表す受光タイミングパルスとの時間的な間隔に基づき認識対象物までの距離を演算する計数手段とを有するとともに、
前記光センサは、表示手段における再生画像の一部の領域に対応させた単体の光電変換素子で構成し、
さらに表示手段に再生された画面を視認しながら目標の認識対象物からの反射光が光センサの光電変換素子に取り込まれるよう、当該高精度測距レーザレーダ装置を旋回してパルスレーザ光の照射方向を調節し得るように構成したことを特徴とする高精度測距レーザレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高精度測距レーザレーダ装置に関し、特にレーザレーダ装置で認識対象物を探査するだけでなく、この認識対象物迄の距離を高精度に計測する場合に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
雨天，霧中等の悪天候時、また夜間，薄暮にも安定した認識対象物の長距離且つ高分解能での画像監視を可能とする装置としてレーザレーダ装置がある。このレーザレーダ装置は、ストロボ写真撮影と類似した動作原理を有しており、ストロボフラッシュの代わりに、「極短パルスレーザ光」を、また写真機の代わりに、「高速ゲート付きＩＣＣＤカメラ」を用いたアクティブな撮像装置である。さらに詳言すると、図４に示すように、レーザ装置１から極短パルスのレーザ光を認識対象物２に向けて照射し、高速度で動作するシャッター機能を有する超高速ゲート付ＩＣＣＤカメラ（以下、ＩＣＣＤカメラと称す。）３にて認識対象物２からの反射光を観測する。すなわち、認識対象物２からの反射光がＩＣＣＤカメラ３に到達する瞬間のみ、シャッタをＯＮ（開）状態にすることにより、認識対象物２の発見とともに、レーザ光の伝搬速度（光速）に基づき認識対象物２迄の距離も検知する。
【０００３】
かかるレーザレーダ装置を用いれば、レーザ装置１及びＩＣＣＤカメラ３と認識対象物２間の外乱（霧、雨、波浪等）の影響を大幅に低減することが可能であるばかりでなく、レーザ光を用いたアクティブな探査方法であるため昼夜を問わず運用できるという特長も有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如き従来技術に係るレーザレーダ装置における測距精度は、ＩＣＣＤカメラ３のシャッタのＯＮ（開）時間に対応する。シャッタのＯＮ時間で認識対象物２が存在する範囲が特定されるからである。ちなみに、シャッタのＯＮ時間は、通常数１０ｎｓｅｃ乃至１００ｎｓｅｃ程度であり、例えば１００ｎｓｅｃの場合、この間の光速ｃに基づいて求まる認識対象物２の存在する範囲は１５ｍとなる。すなわち、この場合の距離は最大で１５ｍの誤差を含むことになる。
【０００５】
このように、従来技術に係るレーザレーダ装置において測距精度を向上させようとすればＩＣＣＤカメラ３のシャッタのＯＮ時間を短縮する必要がある。ターゲット２が存在する範囲を特定することはできるが、当該特定範囲におけるター認識対象物２の位置を特定することはできないからである。ところが、ＩＣＣＤカメラ３のシャッタのＯＮ時間を短縮するためには、シャッタのさらなる高速動作を実現する必要があり、当該レーザレーダ装置のコストアップの原因となる。また、シャッタのＯＮ時間を短縮した場合には、得られる画像情報において奥行き方向（レーザ光の照射方向）の情報が欠落するという問題もある。
【０００６】
本発明は、上記従来技術に鑑み、シャッタのＯＮ時間を短縮することなく（レーザレーダ装置のコストアップを生起することなく）、また奥行き方向の画像情報の欠落を生起することなく、測距精度を向上させることができる高精度測距レーザレーダ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。
【０００８】
１）  認識対象物に向けてパルスレーザ光を照射するとともに、この照射に同期した所定時間後にシャッタを開いて前記パルスレーザ光の反射光を撮像手段に取り込み、さらにこの撮像手段の出力信号を信号処理手段で処理してその画像を表示手段で再生するレーザレーダ装置において、
前記反射光の一部を取り込んでこれを検出する光センサと、
前記パルスレーザ光の照射時点を表す照射タイミングパルスと、前記光センサによる反射光の受光時点を表す受光タイミングパルスとの時間的な間隔に基づき認識対象物までの距離を演算する計数手段とを有するとともに、
前記光センサは、複数個の光電変換素子を面状に配設するとともに、表示手段の再生画面上の各領域の位置関係を各光電変換素子の位置に対応させたものとし、
さらに表示手段に再生された再生画像上で、選択手段により選択した認識対象物の位置に対応する光電変換素子の出力信号である受光タイミングパルスを利用して当該認識対象物迄の距離を検出するようにしたこと。
２）  認識対象物に向けてパルスレーザ光を照射するとともに、この照射に同期した所定時間後にシャッタを開いて前記パルスレーザ光の反射光を撮像手段に取り込み、さらにこの撮像手段の出力信号を信号処理手段で処理してその画像を表示手段で再生するレーザレーダ装置において、
前記反射光の一部を取り込んでこれを検出する光センサと、
前記パルスレーザ光の照射時点を表す照射タイミングパルスと、前記光センサによる反射光の受光時点を表す受光タイミングパルスとの時間的な間隔に基づき認識対象物までの距離を演算する計数手段とを有するとともに、
前記光センサは、複数個の光電変換素子を線状に配設して表示手段におけるその再生画像の一部の領域に対応させたものとし、
さらに表示手段に再生された画面を視認しながら目標の認識対象物からの反射光が光センサの特定の光電変換素子に取り込まれるよう、当該高精度測距レーザレーダ装置を旋回してパルスレーザ光の照射方向を調節し得るように構成したこと。
３）  認識対象物に向けてパルスレーザ光を照射するとともに、この照射に同期した所定時間後にシャッタを開いて前記パルスレーザ光の反射光を撮像手段に取り込み、さらにこの撮像手段の出力信号を信号処理手段で処理してその画像を表示手段で再生するレーザレーダ装置において、
前記反射光の一部を取り込んでこれを検出する光センサと、
前記パルスレーザ光の照射時点を表す照射タイミングパルスと、前記光センサによる反射光の受光時点を表す受光タイミングパルスとの時間的な間隔に基づき認識対象物までの距離を演算する計数手段とを有するとともに、
前記光センサは、表示手段における再生画像の一部の領域に対応させた単体の光電変換素子で構成し、
さらに表示手段に再生された画面を視認しながら目標の認識対象物からの反射光が光センサの光電変換素子に取り込まれるよう、当該高精度測距レーザレーダ装置を旋回してパルスレーザ光の照射方向を調節し得るように構成したこと。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の形態に係る高精度測距レーザレーダ装置を示すブロック線図である。同図に示すように、本形態の高精度測距レーザレーダ装置は、図４にその原理を示す従来技術に係るレーザレーダ装置に、光センサ８、計数回路９及び選択部１０を追加したものである。
【００１５】
すなわち、レーザ装置１は認識対象物２に向けてパルスレーザ光を照射するとともに、認識対象物２で反射したレーザ光を光学系４を介して超高速ゲート付のＩＣＣＤカメラ３で取り込むようになっている。同期回路５は、レーザレーダ装置２がパルスレーザ光を照射した時点を示す照射タイミングパルスＳ１  と、パルスレーザ光の認識対象物２による反射光とに基づき認識対象物２迄の距離を計測してその距離情報を信号処理部６に送出する。この場合の距離情報は、シャッタの開時間で決まる所定の範囲を特定したものであり、最大その範囲の奥行き方向（パルスレーザ光の進行方向）の距離の分の誤差を含むものである。信号処理部６は、前記距離情報とともに、ＩＣＣＤカメラ３の出力信号を処理して表示部７に送出する。この結果、表示部７の画面にＩＣＣＤカメラ３の撮像画像が距離情報とともに表示される。
【００１６】
光センサ８は、例えば光電変換素子を面状に多数配設してなり、認識対象物２で反射したパルスレーザ光の反射光の一部を取り込んでこれを検出する。このため、光学系４とＩＣＣＤカメラ３との間にはハーフミラー１１が配設してあり、このハーフミラー１１で反射した前記反射光の一部を取り込んで反射光の受光時点を表す受光タイミングパルスＳ２  をその出力信号として送出する。計数回路９は、レーザ装置１から供給されるパルスレーザ光の照射時点を表す照射タイミングパルスＳ１  と、光センサ８による反射光の受光時点を表す受光タイミングパルスＳ２  との時間的な間隔（パルスレーザ光が認識対象物２迄の距離を往復する時間）であるパルスレーザ光の飛行時間ｔｆ  （図２参照。）に基づき認識対象物２迄の距離Ｌを演算する。具体的には次式による。
距離Ｌ＝１／２（光速ｃ×飛行時間間ｔｆ  ）・・・・・（１）
【００１７】
計数回路９は上式（１）により求めた高精度距離情報を信号処理部６に送出し、この信号処理部６で所定の信号処理を行うことにより表示部７に表示する。ここで計数回路９の出力信号として得る距離情報は、認識対象物２迄の距離Ｌを精確に反映したものとなる。光センサ８の出力信号は、反射光量の時間軸における変化を高精度に検出し得るからである。ちなみに、ＩＣＣＤカメラ３の出力信号はゲートの開時間に取り込んだ反射光量の積分値であるため、同期回路５から信号処理部６に供給される距離情報は、従来技術の説明で述べた如く、シャッタの開時間で決まる所定の範囲としての距離情報となり、その分精度が劣るものとなる。
【００１８】
選択部１０は、表示部７をオペレータが視認しながら距離Ｌを知りたい目標となる認識対象物２を選択するためのものである。この点を図３を追加して詳細に説明する。
【００１９】
図３は上記表示部１０に表示される再生画像の一例である。この再生画像は、ＩＣＣＤカメラ３の出力信号である画像信号を再生したものである。ここで、図中に点線で区切った各区画が光センサ８の各光電変換素子に位置的に対応させてある。そして、高精度の距離Ｌを知りたい目標の認識対象物２をポインタ１１で選択することにより、この選択信号が光センサ８及び計数回路９に供給され、計数回路９で得る高精度距離情報を表示部７に表示するようになっている。すなわち、上述の如くポインタ１１で認識対象物２を選択することにより発生する選択信号で光センサ８の各光電変換素子から上記認識対象物２に位置的に対応する光電変換素子が選択され、この選択された光電変換素子の出力信号である受光タイミングパルスＳ２  が計数回路９に送出される。計数回路９は上記選択信号の供給により所定の演算処理を行う。したがって、計数回路９では、上記認識対象物２迄の距離Ｌを演算し、高精度距離情報として信号処理部６に送出する。かくして信号処理部６で処理して高精度距離情報を表す映像信号が形成され、この映像信号で表示部７に高精度距離情報を表示する。
【００２０】
本形態における上記選択部１０は、パーソナルコンピュータのマウスを利用して好適に形成することができる。マウスで選択部１０を形成した場合、ポインタ１１をドラッグし、表示部７における目標の認識対象物２に合わせてクリックすることによりこの認識対象物２を選択することができる。
【００２１】
ただ、必ずしも選択部１０をマウスで形成する必要は、勿論ない。例えば、表示部７を、図３に示す点線で区切った各区画に対応するタッチパネルで形成することによっても、同様の選択操作を行うことができる。
【００２２】
上述の如き本形態においては、先ず、レーザ装置１からパルスレーザ光を認識対象物２に向けて照射し、その反射光をＩＣＣＤカメラ３に取り込んで所定の処理をすることにより、表示部７に反射光による画像を再生する。この点は従来と同様である。
【００２３】
次に、オペレータが選択部１０を操作して表示部７を視認しながら高精度の距離Ｌを知りたい認識対象物２を選択する。本形態においては、表示部７の物理的な場所をそのまま保持して、光センサ８を構成する各光電変換素子に対応させてあるので、選択部１１により選択された認識対象物２に対応する位置の光電変換素子が選択される。
【００２４】
一方、本形態においては、反射光の一部をハーフミラー１１で反射して面状の光電変換素子の集合体である光センサ８に取り込んでいる。この結果、選択された光電変換素子の出力信号として、反射光の光量の時間軸における変化を高精度に表す受光タイミングパルスＳ２  を得る。そこで、レーザ装置１が送出する照射タイミングパルスＳ１  及び受光タイミングパルスＳ２  に基づき計数回路９で所定の演算を行う。かかる演算処理により認識対象物２迄の距離Ｌを高精度に検出し得るので、この高精度距離情報を信号処理部６で処理して表示部７に表示する。
【００２５】
なお、上記実施の形態における高精度距離情報は選択部の選択により得るようにしているが、必ずしもこのように構成する必要はない。例えば、認識対象物２が複数存在する場合、上述の如き選択をすることなく、全ての認識対象物２迄の高精度の距離Ｌが表示されるようにしても良い。要は、光センサ８の出力信号である受光タイミングパルスＳ２  を利用して高精度に距離を検出し得るような構成となっていれば、本願発明の技術思想の中に含まれる。
【００２６】
また、上記実施の形態における光センサ８は、複数個の光電変換素子を面状に配設して構成したものであるが、必ずしもこのように面状に配設する必要はない。単体の光電変換素子又は複数個の光電変換素子を線状に並べたものでも良い。すなわち、表示部７における再生画像の一部の領域（単体の光電変換素子の場合には、図３に点線で示す区画のうちの、例えば一区画に対応する領域、光電変換素子を線状に並べたものである場合には、図３に点線で示す区画の、例えば一列に対応する領域）に対応させた光センサとしておく。かくして、ＩＣＣＤカメラ３の旋回台（図示せず。）を操作してこれに取り込む映像を視認しつつ目標となる認識対象物２を、例えば十字のレチクルの中央に合わせ込み、かかる状態でパルスレーザ光を照射して、このときの反射光を光学系４、ハーフミラー１１及び光学系１２を介して光センサ８に取り込むようにすれば良い。
【００２７】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、〔請求項１〕に記載する発明は、
認識対象物に向けてパルスレーザ光を照射するとともに、この照射に同期した所定時間後にシャッタを開いて前記パルスレーザ光の反射光を撮像手段に取り込み、さらにこの撮像手段の出力信号を信号処理手段で処理してその画像を表示手段で再生するレーザレーダ装置において、
前記反射光の一部を取り込んでこれを検出する光センサと、
前記パルスレーザ光の照射時点を表す照射タイミングパルスと、前記光センサによる反射光の受光時点を表す受光タイミングパルスとの時間的な間隔に基づき認識対象物までの距離を演算する計数手段とを有するとともに、
前記光センサは、複数個の光電変換素子を面状に配設するとともに、表示手段の再生画面上の各領域の位置関係を各光電変換素子の位置に対応させたものとし、
さらに表示手段に再生された再生画像上で、選択手段により選択した認識対象物の位置に対応する光電変換素子の出力信号である受光タイミングパルスを利用して当該認識対象物迄の距離を検出するようにしたので、
照射タイミングパルスと受光タイミングパルスとの時間的な間隔に基づき認識対象物迄の距離を検出し得る。ここで、受光タイミングパルスは、時間軸における光量の変化を高精度に検出し得る光センサの出力信号により得ているので、
上記距離情報は、認識対象物が存在する範囲迄の距離情報として得る従来技術の測距精度に較べ格段に高精度なものとなる。また、かかる高精度の距離情報を得るのに、撮像手段のシャッタ速度を変える必要はないので、当該高精度測距レーザレーダ装置のコストアップ及び奥行き方向の情報の欠落という問題を生起することもない。
さらに、再生画像を視認した後、目標の認識対象物を選択することによりこの認識対象物を特定してその高精度距離情報を得ることができる。
〔請求項２〕に記載する発明は、
認識対象物に向けてパルスレーザ光を照射するとともに、この照射に同期した所定時間後にシャッタを開いて前記パルスレーザ光の反射光を撮像手段に取り込み、さらにこの撮像手段の出力信号を信号処理手段で処理してその画像を表示手段で再生するレーザレーダ装置において、
前記反射光の一部を取り込んでこれを検出する光センサと、
前記パルスレーザ光の照射時点を表す照射タイミングパルスと、前記光センサによる反射光の受光時点を表す受光タイミングパルスとの時間的な間隔に基づき認識対象物までの距離を演算する計数手段とを有するとともに、
前記光センサは、複数個の光電変換素子を線状に配設して表示手段におけるその再生画像の一部の領域に対応させたものとし、
さらに表示手段に再生された画面を視認しながら目標の認識対象物からの反射光が光センサの特定の光電変換素子に取り込まれるよう、当該高精度測距レーザレーダ装置を旋回してパルスレーザ光の照射方向を調節し得るように構成したので、
〔請求項１〕に記載する発明と同様の効果を複数個の光電変換素子を線状に配設した光センサを用いて得ることができる。
〔請求項３〕に記載する発明は、
認識対象物に向けてパルスレーザ光を照射するとともに、この照射に同期した所定時間後にシャッタを開いて前記パルスレーザ光の反射光を撮像手段に取り込み、さらにこの撮像手段の出力信号を信号処理手段で処理してその画像を表示手段で再生するレーザレーダ装置において、
前記反射光の一部を取り込んでこれを検出する光センサと、
前記パルスレーザ光の照射時点を表す照射タイミングパルスと、前記光センサによる反射光の受光時点を表す受光タイミングパルスとの時間的な間隔に基づき認識対象物までの距離を演算する計数手段とを有するとともに、
前記光センサは、表示手段における再生画像の一部の領域に対応させた単体の光電変換素子で構成し、
さらに表示手段に再生された画面を視認しながら目標の認識対象物からの反射光が光センサの光電変換素子に取り込まれるよう、当該高精度測距レーザレーダ装置を旋回してパルスレーザ光の照射方向を調節し得るように構成したので、
〔請求項１〕に記載する発明と同様の効果を単体の光電変換素子で形成した光センサを用いて得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る高精度測距レーザレーダ装置を示すブロック線図である。
【図２】レーザ光の照射による測距原理を示す説明図である。
【図３】図１の高精度測距レーザレーダ装置の表示部を概念的に示す説明図である。
【図４】レーザレーダ装置の原理を示す説明図である。
【符号の説明】
１        レーザ装置
２        認識対象物
３        ＩＣＣＤカメラ
６        信号処理部
７        表示部
８        光センサ
９        計数回路
１０        選択部
Ｓ１        照射タイミングパルス
Ｓ２        受光タイミングパルス
【図１】
0003553515.tif 000002
【図２】
0003553515.tif 000003
【図３】
0003553515.tif 000004
【図４】
0003553515.tif 000005