(57)【要約】【課題】数値演算の負荷の増加や所要計測時間の増加を最小限に抑えながら、遠距離にある計測対象物の空間分解能を高めることができ、或いは近距離であっても特定の対象物の空間分解能を従来以上に高めることができるレーザレーダ装置とその制御方法を提供する。【解決手段】レーザ発振器１２、投光器１４、受光器１６、距離演算器１８及び制御器２０を備え、距離演算器１８で得られた距離データ９に基づき、計測領域に向けて走査するレーザ光（投光レーザ光２）の走査ピッチを変更する。投光レーザ光２の走査ピッチの変更により、所定の計測領域に向けて空間的に走査される投光レーザ光２の角度ピッチが変更される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を所定の周期で発振又は変調するレーザ発振器と、
該レーザ光を所定の計測領域に向けて空間的に走査しながら投光する投光器と、
該計測領域で反射された前記レーザ光を受光する受光器と、
投光し受光したレーザ光の時間差から距離データを算出する距離演算器と、
前記レーザ発振器、投光器、および距離演算器を制御する制御器とを備え、
制御器により、距離演算器で得られた距離データに基づき、計測領域に向けて走査するレーザ光の走査ピッチを変更する、ことを特徴とするレーザレーダ装置。
【請求項２】
前記投光器は、レーザ光を反射して所定の計測領域に向けて１次元的または２次元的にスキャンする光学スキャナ装置である、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ装置。
【請求項３】
レーザ光を所定の周期で発振又は変調するレーザ発振器と、
該レーザ光を所定の計測領域に向けて空間的に走査しながら投光する投光器と、
該計測領域で反射された前記レーザ光を受光する受光器と、
投光し受光したレーザ光の時間差から距離データを算出する距離演算器とを備えたレーザレーダ装置の制御方法であって、
距離演算器で得られた距離データに基づき、前記計測領域に向けて走査するレーザ光の走査ピッチを変更する、ことを特徴とするレーザレーダ装置の制御方法。
【請求項４】
レーザ光の発振周期の変更、或いは投光器の角度ピッチの変更により、前記走査ピッチを変更する、ことを特徴とする請求項３に記載のレーザレーダ装置の制御方法。
【請求項５】
予め設定したパターンに従い、遠方の計測領域では走査ピッチを密にし、近方の計測領域では走査ピッチを粗にし、これにより、計測対象物の位置における水平方向及び／又は垂直方向の空間分解能を均一化する、ことを特徴とする請求項３に記載のレーザレーダ装置の制御方法。
【請求項６】
距離演算器で得られた距離データに基づき、遠方の計測領域では走査ピッチを密にし、近方の計測領域では走査ピッチを粗にし、これにより、計測対象物の位置における水平方向及び／又は垂直方向の空間分解能を均一化する、ことを特徴とする請求項３に記載のレーザレーダ装置の制御方法。
【請求項７】
所定の計測領域に新たな物体の存在を検知した場合に、その物体の存在領域のみ走査ピッチを密にし、検知した物体の周辺のみをより高い空間分解能で計測する、ことを特徴とする請求項３に記載のレーザレーダ装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠距離にある計測対象物の空間分解能を高め、或いは近距離であっても特定の対象物の空間分解能を従来以上に高めるレーザレーダ装置とその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザレーダ装置とは、計測対象物にレーザ光を投光して反射光を受光し、投光と受光の時間差から対象物までの距離や対象物の形状等を検出する装置である。
レーザレーダ装置は、一定周期でパルス状のレーザ光を投光し、或いは一定周期で変調したレーザ光を投光するレーザ投光装置と、計測対象物からの反射光を受光し投受光の時間差から距離を算出する演算手段とからなる。レーザ投光装置に微細なＭＥＭＳミラーやポリゴンスキャナ、ガルバノスキャナなどの光学的な１次元または２次元スキャン機構を組み合わせることにより、計測対象物の２次元、３次元の計測が可能である。
【０００３】
従来のレーザレーダ装置は、例えば特許文献１〜３に開示されている。
特許文献１は、散乱体による偏光解消度を精密に測定でき、かつ調整や演算が容易であり、誤差が生じにくいレーザレーダ装置を目的とする。
【０００４】
この装置は、大気中の微少散乱体の物性を遠隔から計測するレーザレーダ装置５０であって、図４に示すように、レーザ光５１を散乱体５２に放射するレーザ装置５４と、散乱体５２によるミー散乱光５３を検出する検出装置５５と、散乱体５２の偏光解消度を演算する演算装置５６とを備え、検出装置５５の光検出器が、レーザ光５１の偏光面の直交時と平行時にミー散乱光の強度を測定し、演算装置５６が、直交時と平行時の出力比から偏光解消度を演算するものである。
【０００５】
特許文献２は、運転状況、環境状況などによって広角レーザレーダ装置の性能を最適化し、安全性の高い広角レーザレーダ装置を目的とする。
【０００６】
この装置は、図５に示すように、送光部６１より送出されたパルスレーザ光が反射体にあたってかえってきた反射光を複数の受光素子６２より成る受光部６３で受光し、パルスレーザ光を送出してから反射光を受光するまでの時間差及び反射光を受光した受光素子の位置から反射体までの距離及び方向を距離・方向検出部６４で測定する際に、車両の状態または車外の状態を検知する検知手段６５の出力に基づいて、複数の受光素子の組み合わせ方を受光素子組合せ制御手段６６、６７で制御し、組み合わされた受光素子の出力を加算手段６８で加算して、この加算出力により反射体までの距離と方向を測定するものである。
【０００７】
特許文献３は、レーザ光を測定対象物に照射し測定対象物からの反射光を受光することにより測定対象物の３次元画像情報を取得する装置であって、従来のシステムとは異なる方法を用いて高速に３次元画像を取得することを目的とする。
【０００８】
この３次元画像取得装置は、図６に示すように、レーザ光の光強度を所定の周波数の変調信号に従って時間変調して測定対象物に照射するレーザ光出射ユニット７０と、測定対象物で反射したレーザ光を受光して電気信号に変換する光電変換器７１と、マイクロミラーの反射面を所定の向きに制御してＯＮ状態にすることにより測定対象物からのレーザ光の反射光を光電変換器７２の受光面に導くマイクロミラーアレイ空間変調素子７３と、受光されたレーザ光の電気信号における、変調信号に対する位相ずれ情報とＯＮ状態のマイクロミラーの位置情報とを用いて測定対象物の３次元位置情報を求めるデータ処理部とを有するものである。
【０００９】
【特許文献１】特許第３５６７９４９号公報、「レーザレーダ装置」
【特許文献２】特開平７−１９１１４８号公報、「広角レーザレーダ装置」
【特許文献３】特開２００５−３５１８５１号公報、「３次元画像情報取得装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した従来のレーザレーダ装置において、水平・垂直方向の空間分解能は、計測対象物までの距離が遠くなるほど粗くなる問題がある。
この問題を解決するために、レーザの投光周期を短くすることにより遠方での空間分解能を細かく設定すると、単位時間あたりの計測点数が増加するために、物体の検知や位置算出といった数値演算装置（例えばＣＰＵ）の負荷が増加する。
またスキャナの速度を遅くすることにより、空間分解能を細かく設定すると、計測に要する時間が長くなるという問題がある。
【００１１】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、数値演算の負荷の増加や所要計測時間の増加を最小限に抑えながら、遠距離にある計測対象物の空間分解能を高めることができ、或いは近距離であっても特定の対象物の空間分解能を従来以上に高めることができるレーザレーダ装置とその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、レーザ光を所定の周期で発振又は変調するレーザ発振器と、
該レーザ光を所定の計測領域に向けて空間的に走査しながら投光する投光器と、
該計測領域で反射された前記レーザ光を受光する受光器と、
投光し受光したレーザ光の時間差から距離データを算出する距離演算器と、
前記レーザ発振器、投光器、および距離演算器を制御する制御器とを備え、
制御器により、距離演算器で得られた距離データに基づき、計測領域に向けて走査するレーザ光の走査ピッチを変更する、ことを特徴とするレーザレーダ装置が提供される。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記投光器は、レーザ光を反射して所定の計測領域に向けて１次元的または２次元的にスキャンする光学スキャナ装置である。
【００１４】
また本発明によれば、レーザ光を所定の周期で発振又は変調するレーザ発振器と、
該レーザ光を所定の計測領域に向けて空間的に走査しながら投光する投光器と、
該計測領域で反射された前記レーザ光を受光する受光器と、
投光し受光したレーザ光の時間差から距離データを算出する距離演算器とを備えたレーザレーダ装置の制御方法であって、
距離演算器で得られた距離データに基づき、前記計測領域に向けて走査するレーザ光の走査ピッチを変更する、ことを特徴とするレーザレーダ装置の制御方法が提供される。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態によれば、レーザ光の発振周期の変更、或いは投光器の角度ピッチの変更により、前記走査ピッチを変更する。
【００１６】
また、予め設定したパターンに従い、遠方の計測領域では走査ピッチを密にし、近方の計測領域では走査ピッチを粗にし、これにより、計測対象物の位置における水平方向及び／又は垂直方向の空間分解能を均一化する。
あるいは、距離演算器で得られた距離データに基づき、遠方の計測領域では走査ピッチを密にし、近方の計測領域では走査ピッチを粗にし、これにより、計測対象物の位置における水平方向及び／又は垂直方向の空間分解能を均一化する。
【００１７】
また、所定の計測領域に新たな物体の存在を検知した場合に、その物体の存在領域のみ走査ピッチを密にし、検知した物体の周辺のみをより高い空間分解能で計測する。
【発明の効果】
【００１８】
上記本発明の装置及び方法によれば、距離演算器で得られた距離データに基づき、計測領域に向けて走査するレーザ光の走査ピッチを変更するので、所定の計測領域のうち所望範囲に限って走査ピッチを密にして空間分解能を高めることにより、数値演算の負荷増加や計測所要時間の増加を最小限に抑えるとともに、遠方で空間分解能が低下するという問題を解決することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２０】
図１は、本発明によるレーザレーダ装置の全体構成図である。この図に示すように、本発明のレーザレーダ装置１０は、レーザ発振器１２、投光器１４、受光器１６、距離演算器１８及び制御器２０を備える。
【００２１】
レーザ発振器１２は、レーザ光１を所定の周期で発振又は変調する。レーザ光１はパルスレーザ光であるのが好ましいが、変調された変調レーザ光であってもよい。このレーザ発振器１２は、制御器２０からの制御信号５ａにより、パルスレーザ光の発振タイミングとパルス周期、又は連続レーザ光の変調周期と位相を自由に制御できるようになっている。
【００２２】
投光器１４は、レーザ発振器１２からのレーザ光１を所定の計測領域に向けて空間的に走査しながら投光する。以下、投光されるレーザ光を「投光レーザ光」と呼ぶ。
この例において、投光器１４は、レーザ光１を反射して、投光レーザ光２を所定の計測領域に向けて１次元的または２次元的にスキャン可能な光学スキャナ装置である。光学スキャナ装置としては、微細なＭＥＭＳミラーやポリゴンスキャナ、ガルバノスキャナなどを用いることができる。
制御器２０からの速度指令６により、光学スキャナ装置のスキャン速度をリアルタイムに変更できるようになっている。また、光学スキャナ装置の角度情報７は、制御器２０に通知される。
【００２３】
受光器１６は、計測領域で反射されたレーザ光（以下、「受光レーザ光」と呼ぶ）を受光する。受光レーザ光３の受光タイミング８は、距離演算器１８に通知される。
【００２４】
距離演算器１８は、制御器２０からの制御信号５ｂと受光タイミング８から、投光し受光したレーザ光（投光レーザ光２と受光レーザ光３）の時間差を求め、これから距離データ９を算出する。算出された距離データ９は、制御器２０に通知される。
なお、光学スキャナの動作速度を変更する場合には、パルスレーザによる測距方式だけでなく、変調レーザによる位相差方式による測距も可能である。
【００２５】
制御器２０は、レーザ発振器１２、投光器１４、および距離演算器１８を制御し、距離演算器１８で得られた距離データ９に基づき、計測領域に向けて走査するレーザ光（投光レーザ光２）の走査ピッチを変更し、制御信号５ａ、５ｂ及び速度指令６として出力する。
また、制御器２０は、光学スキャナのスキャン角度７と、距離演算器１８から受信した距離データ９とから、角度距離情報を生成し、計測データ１１（二次元データまたは三次元データ）として図示しない出力装置（表示装置、記憶装置、制御装置等）に出力する。
【００２６】
本発明の制御方法では、上述した距離演算器１８で得られた距離データ９に基づき、レーザ光１の発振周期又は変調周期の変更、或いは投光器１４の角度ピッチの変更により、投光レーザ光２の走査ピッチを変更する。投光レーザ光２の走査ピッチの変更により、所定の計測領域に向けて空間的に走査される投光レーザ光２の角度ピッチが変更される。
【００２７】
図２は、本発明の制御方法の第１実施形態図である。この図において、（Ａ）は従来例、（Ｂ）は本発明を示している。この図で１０は本発明の装置、１０’は従来の装置である。
図２Ａに示す従来例では、フェンスや壁面等の監視対象物２２（所定の計測領域）が近距離から遠距離までおよぶ場合に、投光レーザ光２の角度ピッチが一定のため、近距離における空間分解能は必要以上に高くなるが、遠距離における空間分解能（両矢印で示す）は低くなりすぎてしまう。
これに対して、図２Ｂに示すように、本発明の方法では、距離演算器１８で得られた距離データ９か、予め設定したパターンのいずれかに基づき、投光レーザ光２の角度ピッチを変更して、遠方の計測領域では走査ピッチを密にし、近方の計測領域では走査ピッチを粗にする。これにより、計測対象物の位置における水平方向及び／又は垂直方向の空間分解能（両矢印で示す）を均一化することができ、数値演算の負荷増加量や計測所要時間の増加を最小限に抑えながら、距離によらず均一な空間分解能を得ることができる。
【００２８】
図３は、本発明の制御方法の第２実施形態図である。
この例では、所定の計測領域に新たな物体２３の存在を検知した場合に、その物体２３の存在領域のみ走査ピッチを密にし、検知した物体の周辺のみをより高い空間分解能で計測する。
この方法により、数値演算の負荷増加量や計測所要時間の増加を最小限に抑えながら、検知した物体２３の精密な計測を実現することができる。
【００２９】
上述したように、本発明の装置及び方法によれば、距離演算器１８で得られた距離データ９に基づき、計測領域に向けて走査するレーザ光（投光レーザ光２）の走査ピッチを変更するので、所定の計測領域のうち所望範囲に限って走査ピッチを密にして空間分解能を高めることにより、数値演算の負荷増加や計測所要時間の増加を最小限に抑えるとともに、遠方で空間分解能が低下するという問題を解決することができる。
【００３０】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明によるレーザレーダ装置の全体構成図である。
【図２】本発明の制御方法の第１実施形態図である。
【図３】本発明の制御方法の第２実施形態図である。
【図４】特許文献１の「レーザレーダ装置」の模式図である。
【図５】特許文献２の「広角レーザレーダ装置」の模式図である。
【図６】特許文献３の「３次元画像情報取得装置」の模式図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  レーザ光、２  投光レーザ光、３  受光レーザ光、
５ａ，５ｂ  制御信号、６  速度指令、７  角度情報、
８  受光タイミング、９  距離データ、
１０  レーザレーダ装置、１１  計測データ、
１２  レーザ発振器、１４  投光器、１６  受光器、
１８  距離演算器、２０  制御器、
２２  監視対象物、２３  物体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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