(57)【要約】ポリゴンミラーの一回転中の回転速度変化により各反射面でのレーザー光走査に同期した方位角が異なってしまっても、これを改善した距離画像データを生成する。ポリゴンミラー（Ｐ）の回転位相を、周方向の複数の検出箇所で検出する回転検出手段（ボスＳとフォトインタラプタ３）と、距離画像データを、回転検出手段の検出結果に基づいて補正する補正手段（ＦＰＧＡ１１）とを備え、補正手段は、一の反射面での走査した範囲のデータと、他の反射面での走査した範囲のデータとの相互の回転軸回りの方位角のずれが縮小するように補正する。検出箇所は、ポリゴンミラーの周方向に並んだ反射面の数の整数倍の数で設けられる。一の検出箇所での検出から次の検出箇所での検出までの区間時間を測定し、区間時間の長短に応じて補正量を決定する。
2018008393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するポリゴンミラーによりレーザー光を走査して出射し物体に反射して戻ってきたレーザー光の受信信号に基づき同物体までの距離を検出し距離画像データを取得するレーザーレーダー装置であって、
前記ポリゴンミラーは、回転の周方向に複数の反射面を有し、周方向に並んだ各反射面が互いに仰俯角が異なっていて、仰俯角が異なる反射面での反射によりレーザー光を走査する範囲が回転軸方向に連続するように異なっており、
前記ポリゴンミラーの回転位相を、周方向の複数の検出箇所で検出する回転検出手段と、距離画像データを、前記回転検出手段の検出結果に基づいて補正する補正手段とを備え、前記補正手段は、一の反射面での走査した範囲のデータと、他の反射面での走査した範囲のデータとの相互の回転軸回りの方位角のずれが縮小するように補正することを特徴とするレーザーレーダー装置。
【請求項２】
前記検出箇所は、前記ポリゴンミラーの周方向に並んだ反射面の数の整数倍の数で設けられ、周方向に所定の間隔で設けられている請求項１に記載のレーザーレーダー装置。
【請求項３】
前記補正手段は、前記回転検出手段の検出結果に基づいて、一の検出箇所での検出から次の検出箇所での検出までの区間時間を測定し、当該区間時間の長短に応じて補正量を決定し、当該補正量に基づき同区間時間において取得した距離画像データを補正する請求項１又は請求項２に記載のレーザーレーダー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザーレーダー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転するポリゴンミラーを用いてレーザー光を走査し、周囲環境を３次元的に検出するレーザーレーダー装置が利用されている。
ポリゴンミラーは回転の周方向に複数の反射面を有し、ポリゴンミラーの周方向に並んだ各反射面は互いに仰俯角が異なっており、仰俯角が異なる反射面での反射により走査する範囲が上下（回転軸方向）に連続するように異なっている。各反射面での走査により取得したデータを上下に積み重ねることにより、ポリゴンミラーの一回転で全域のデータを得る。
レーザー光の走査タイミングとこれを反射する反射面の回転軸回りの方位角とが同期していることが理想である。そのためには、ポリゴンミラーの回転周期が一定であることが理想である。ある時点のポリゴンミラーの一回転と次の一回転との時間が異なってしまうと、走査タイミングと方位角とがずれてしまい、レーザーレーダー装置からみて定位置にある物体が移動したかのように見えてしまう。特許文献１に記載の発明は、このようなポリゴンミラーの回転周期が長くなったり短くなったりする変化に対処することを目的としている。そのために、探査波の照射が開始される方位角が各走査間で一定となるように、周期算出手段にて算出される回転周期に従って照射手段の起動タイミングを変化させたり（特許文献１の請求項１）、回転周期と設定周期との周期誤差を算出する周期誤差算出手段を設け、探査波の受信手段での検出結果と共に、周期誤差算出手段での算出結果を出力したりする（特許文献１の請求項８）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−８４００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ポリゴンミラーの回転周期が一定していても、振動、横Ｇなどの外乱により一回転中の回転速度にバラつきが生じることがある。すなわち、ポリゴンミラーの一回転する時間が同じでも、振動により回転速度が速くなったり遅くなったりする、横Ｇにより次第に回転速度が落ちる又は上がるといった一回転中の変化がある。
このような場合、第１反射面での走査時の方位角と、第２反射面での走査時の方位角とでずれが生じ、例えば、垂直に立つ縦棒が第１反射面での走査範囲と第２反射面での走査範囲との境界で上下に分断され、水平方向にずれるという現象が現れる。
特許文献１に記載の発明にあっては、ポリゴンミラーの回転周期が一定している場合については、なんら対処することはなく、ポリゴンミラーの一回転中の回転速度変化の問題に対しては、改善できるものではない。【０００５】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、ポリゴンミラーの一回転中の回転速度変化により各反射面でのレーザー光走査に同期した方位角が異なってしまっても、これを改善した距離画像データを生成できるレーザーレーダー装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、回転するポリゴンミラーによりレーザー光を走査して出射し物体に反射して戻ってきたレーザー光の受信信号に基づき同物体までの距離を検出し距離画像データを取得するレーザーレーダー装置であって、
前記ポリゴンミラーは、回転の周方向に複数の反射面を有し、周方向に並んだ各反射面が互いに仰俯角が異なっていて、仰俯角が異なる反射面での反射によりレーザー光を走査する範囲が回転軸方向に連続するように異なっており、
前記ポリゴンミラーの回転位相を、周方向の複数の検出箇所で検出する回転検出手段と、距離画像データを、前記回転検出手段の検出結果に基づいて補正する補正手段とを備え、前記補正手段は、一の反射面での走査した範囲のデータと、他の反射面での走査した範囲のデータとの相互の回転軸回りの方位角のずれが縮小するように補正することを特徴とするレーザーレーダー装置である。【０００７】
請求項２記載の発明は、前記検出箇所は、前記ポリゴンミラーの周方向に並んだ反射面の数の整数倍の数で設けられ、周方向に所定の間隔で設けられている請求項１に記載のレーザーレーダー装置である。【０００８】
請求項３記載の発明は、前記補正手段は、前記回転検出手段の検出結果に基づいて、一の検出箇所での検出から次の検出箇所での検出までの区間時間を測定し、当該区間時間の長短に応じて補正量を決定し、当該補正量に基づき同区間時間において取得した距離画像データを補正する請求項１又は請求項２に記載のレーザーレーダー装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ポリゴンミラーの一回転中の回転速度変化により各反射面でのレーザー光走査に同期した方位角が異なってしまっても、これを改善した距離画像データを生成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザーレーダー装置のハードウエアの配置図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るレーザーレーダー装置の回路ブロック図である。
【図３Ａ】距離画像データ中の縦棒の像の模式図であって、ポリゴンミラーの一回転中の回転速度変化が無かった場合を示す。
【図３Ｂ】距離画像データ中の縦棒の像の模式図であって、振動によりポリゴンミラーの一回転中の回転速度が速くなったり遅くなったりした場合を示す。
【図３Ｃ】距離画像データ中の縦棒の像の模式図であって、横Ｇによりポリゴンミラーの一回転中の回転速度が次第に落ちた又は上がった場合を示す。
【図４Ａ】本発明の一実施形態に係るレーザーレーダー装置に備えられる回転検出手段の要素であるボスの配置図であり、ボスの数が４の場合を示す。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態に係るレーザーレーダー装置に備えられる回転検出手段の要素であるボスの配置図であり、ボスの数が８の場合を示す。
【図５Ａ】本発明の一実施形態に係る距離測定装置において、補正前の距離画像データを示す模式図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態に係る距離測定装置において、補正後の距離画像データを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【００１２】
図１は、本実施形態のレーザーレーダー装置を、ポリゴンミラーＰの回転軸に垂直な方向に見たときのハードウエアの配置図である。
図１に示すように本実施形態のレーザーレーダー装置は、処理基板１と、ポリゴン駆動モーターＭと、投受光ユニット２と、フォトインタラプタ３と、ポリゴンミラーＰと、回転位相検出用のボスＳとを備える。回転検出手段は、フォトインタラプタ３と、ボスＳとで構成される。
図２に示すように処理基板１には、情報処理回路（ＦＰＧＡ）１１と、メモリー１２と、通信インターフェース１３と、モータードライバー１４と、受光信号の増幅回路１５と、デジタル変換回路１６とが設けられており、投受光ユニット２には、レーザーダイオード３１と、その発光回路３２と、受光素子としてのアバランシェフォトダイオード３３と、その受光信号の増幅回路３４とが設けられており、ポリゴン駆動モーターＭと、フォトインタラプタ３とを含めて、図２に示す通りの出入力関係で本装置が構成されている。
【００１３】
ボスＳは、ポリゴンミラーＰの回転軸方向の端面に凸設されている。ボスＳはポリゴンミラーＰの回転軸から一定の距離に配置され、ポリゴンミラーＰの回転に伴いフォトインタラプタ３の光路をボスＳが通過するように、これら各部が配置されている。
【００１４】
本実施形態のポリゴンミラーＰは、回転の周方向に４つの反射面を有する。周方向の反射面の数は例示であって、３面や５面以上で実施してもよい。なお、図１に上下一対の反射面でレーザー光を２回（出射時２回、受光時２回）反射する構成のポリゴンミラーを図示するが、これに限られず、上下に対になっていないレーザー光を１回（出射時１回、受光時１回）反射する構成でもよい。
ポリゴンミラーＰは、周方向に並んだ各反射面が互いに仰俯角（回転軸に対する角度）が異なっていて、仰俯角が異なる反射面での反射によりレーザー光を走査する範囲が回転軸方向に連続するように異なっている。したがって、本装置に対して定位置で垂直に立つ縦棒を本装置で走査したとき、図３Ａに示すように、第１反射面で走査した部分Ａ１と、第２走査面で走査した部分Ｂ１と、第３走査面で走査した部分Ｃ１と，第４走査面で走査した部分Ｄ１とに上下に分割される。このように各反射面での走査により取得したデータを上下に積み重ねることにより、ポリゴンミラーの一回転で全域のデータを得る。
しかし、図３Ａのようになるのは、レーザー光の走査タイミングとこれを反射する反射面の回転軸回りの方位角とが同期している理想的な場合である。
【００１５】
本装置に加わる振動によりポリゴンミラーＰの一回転中の回転速度が速くなったり遅くなったりすると、図３Ｂに示すように、縦棒の各検出部分（Ａ２、Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２）が水平方向にずれる。
本装置に加わる横ＧによりポリゴンミラーＰの一回転中の回転速度が次第に落ちる又は上がると、図３Ｃに示すように、縦棒の各検出部分（Ａ３、Ｂ３，Ｃ３，Ｄ３）が水平方向にずれる。
【００１６】
以上のような水平方向のずれを本発明により補正する。
そのために、図４Ａ，４Ｂに示すようにボスは、ポリゴンミラーＰの周方向に並んだ反射面の数の整数倍の数で設けられ、周方向に等間隔の位置に設けられている。
例えば図４Ａに示すように、周方向の反射面の数と同数（１倍数）である４つのボスＳ１〜Ｓ４を設けて、９０度ごとに等間隔に配置する。
また図４Ｂに示すように、周方向の反射面の数の２倍数である８つのボスＳ１ａ，Ｓ１ｂ〜Ｓ４a，Ｓ４ｂを設けて、４５度ごとに等間隔に配置する。
図４ＡでポリゴンミラーＰの回転方向を反時計回りとして、回転速度が基準値で一定である理想状態において、フォトインタラプタ３がボスＳ１を検出してから次のボスＳ２を検出するまでの区間時間内に第１反射面によるレーザー光の走査期間があるように、フォトインタラプタ３を配置する。すなわち、ボスＳ１から次のボスＳ２までの区間時間により第１反射面によりレーザー光を走査している期間におけるポリゴンミラーＰの回転速度の変化がわかるようにする。第２〜第４反射面に対しても同様である。
一区間内での速度（時間）の変化は検出できないので、速度一定と仮定した処理となる。そのため、回転位相の検出分解能を挙げることが有効となる。
図４Ａに比較して図４Ｂでは、回転位相の検出分解能を挙げて、１つの反射面による走査期間を２分割してそれぞれポリゴンミラーＰの回転速度の変化がわかるようにできる。さらにボスの数を１６，３２・・・と増加することで、１つの反射面による走査期間を細かく分割した区間につき時間の長短がわかるようになる。
【００１７】
さて、補正手段は、情報処理回路（ＦＰＧＡ）１１によって構成され、情報処理回路（ＦＰＧＡ）１１が、デジタル変換回路１６からの入力信号を変換した距離画像データを、フォトインタラプタ３から入力される回転検出手段の検出結果に基づいて、以下の理論により演算することで補正する。
【００１８】
本装置に加わる振動により、同じ水平方向位置であるはずの縦棒の各検出部分（Ａ２、Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２）が水平方向にずれる場合を例とする。ボスは図４Ａの４つの場合とする。
図５Ａに示す帯Ａ１０は第１反射面での走査で得られた距離画像データを示す。１ブロックは所定の画素単位を示す。同様に帯Ｂ１０は第２反射面での走査で得られた距離画像データ、帯Ｃ１０は第３反射面での走査で得られた距離画像データ、帯Ｄ１０は第４反射面での走査で得られた距離画像データを示す。横軸Ｘｉは、画像上の水平座標である。
帯Ａ１０、帯Ｂ１０、帯Ｃ１０、帯Ｄ１０の上下の積み重ねでできた全域の距離画像データの中に、縦棒の各検出部分（Ａ２、Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２）が水平方向にずれて現れている。
【００１９】
情報処理回路（ＦＰＧＡ）１１は、帯Ａ１０が得られた時のレーザー光を走査した第１反射面による走査期間が含まれるボスＳ１―ボスＳ２間の区間時間の長短に応じて補正量を決定する。区間時間が長ければ、短く変換する。ここでは、帯Ａ１０に対応する区間時間は基準時間より長かったとする。そのため、図５Ｂに示すように帯Ａ１０を短く変換する。変換率は、区間時間と基準時間との比率に応じる。このように区間時間が基準時間より長かったということはポリゴンミラーＰの回転速度が基準値より低下しているので、帯Ａ１０が得られた時のレーザー光の走査期間におけるポリゴンミラーＰの振り角が基準値より小さかったことを意味する。そのため、実際の振り角相当に帯Ａ１０を変換して、実像に近づける。
【００２０】
情報処理回路（ＦＰＧＡ）１１は、帯Ｂ１０が得られた時のレーザー光を走査した第２反射面による走査期間が含まれるボスＳ２―ボスＳ３間の区間時間の長短に応じて補正量を決定する。区間時間が短ければ、長く変換する。ここでは、帯Ｂ１０に対応する区間時間は基準時間より短かったとする。そのため、図５Ｂに示すように帯Ｂ１０を長く変換する。変換率は、区間時間と基準時間との比率に応じる。このように区間時間が基準時間より短かったということはポリゴンミラーＰの回転速度が基準値より上昇しているので、帯Ｂ１０が得られた時のレーザー光の走査期間におけるポリゴンミラーＰの振り角が基準値より大きかったことを意味する。そのため、実際の振り角相当に帯Ｂ１０を変換して、実像に近づける。
【００２１】
同様に、帯Ｃ１０、帯Ｄ１０の水平方向長さを変換して図５Ｂに示すように全域の距離画像データを得る。必要により矩形状に切り出したり、画素縮減を行って抽出する。
図５Ｂに示すように、縦棒の各検出部分（Ａ２、Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２）の水平方向のず
れが解消又は減少する。
以上のようにして、情報処理回路（ＦＰＧＡ）１１は、一の反射面での走査した範囲のデータと、他の反射面での走査した範囲のデータとの相互の回転軸回りの方位角のずれが縮小するように補正する。
図３Ｃに示すように縦棒の各検出部分（Ａ３、Ｂ３，Ｃ３，Ｄ３）が水平方向にずれる場合も、同様に補正可能である。
ボスを、図４Ｂに示すようにボス数を８としたり、さらにボス数を１６，３２・・・として増加することで、同じ帯Ａ１０でも水平方向に分割してそれぞれポリゴンミラーＰの振り角に応じた変換をすることができる。すなわち、回転検出手段の分解能を挙げることで、補正の精度を向上することができる。
【００２２】
なお、測定した区間時間と基準時間との差が所定の下限値以下の場合は、補正を実行せず、補正しないままの距離画像データを有効なものとして出力するように実施してもよい。
また、測定した区間時間と基準時間との差が所定の上限値を超える場合は、距離画像データを無効なものとして補正も行わず、ポリゴンミラーの回転が安定化し、上記差が上限値以下に低下するのを待つように実施してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、レーザーレーダー装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００２４】
Ｍ ポリゴン駆動モーター
Ｐ ポリゴンミラー
Ｓ ボス
１ 処理基板
２ 投受光ユニット
３ フォトインタラプタ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
2018008393.tif 000010
【図５Ｂ】
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【国際調査報告】
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2018008393.tif 000013
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