JP5190664B2 - Ranging method of laser radar device - Google Patents
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Description
本発明は、反射率が高くて近くに位置する物体から、反射率が低くて遠くに位置する物体まで、広いダイナミックレンジで計測するレーザレーダ装置の測距方法に関する。 The present invention relates to a distance measuring method for a laser radar apparatus that measures a wide dynamic range from an object located near a high reflectance to an object located far away from a low reflectance.
レーザレーダ装置は、パルス波または変調波のレーザ光を対象物に向けて送信し、対象物で反射したレーザ光を受信し、パルス波の送信パルスと受信パルスの時間差、或いは変調波の送信波と受信波の位相差から、対象物までの距離値を算出する装置である。 The laser radar device transmits a laser beam of a pulse wave or a modulated wave toward an object, receives the laser beam reflected by the object, a time difference between the transmission pulse of the pulse wave and the received pulse, or a transmission wave of the modulated wave And a distance value to the object from the phase difference between the received wave and the received wave.
かかるレーザレーダ装置において、ダイナミックレンジを調整する手段として、例えば特許文献1が開示されている。
In such a laser radar device, for example,
特許文献1の「測距装置」は、入射光量の検知時、その光量の検知にダイナミックレンジの限界があり、広範囲距離及び鏡面反射等の目標物の測定に対して、受光信号の光量の検知ができない問題の解決を目的とする。
そのため、この発明では、図9に示すように、受光した光を取り出す光学系54と複数のディテクタ56を用いて受光信号の光の強度を測定する。複数のディテクタ6に入射する光のレベルは、ディテクタ56のダイナミックレンジを考慮して1/10.1/100.・・・と数段階のレベルで光学的に変化させる。複数のディテクタ56の中で、ダイナミックレンジ内で動作しているディテクタのピーク値を用いて、予め用意された強度と補正距離の関係のテーブルから補正値を選び出し、演算部58で距離補正を行うものである。
The “ranging device” of
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 9, the light intensity of the received light signal is measured using an
図1は、従来の問題点を模式的に示す図である。この図において、(A)は受信センサと計測対象物の関係、(B)は近距離かつ高反射な物体に合わせて受信センサを調整した場合の受信波強度、(C)は遠距離かつ低反射な物体に合わせて受信センサを調整した場合の受信波強度をそれぞれ模式的に示している。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a conventional problem. In this figure, (A) is the relationship between the receiving sensor and the object to be measured, (B) is the received wave intensity when the receiving sensor is adjusted to a short-distance and highly reflective object, and (C) is the long-range and low. Each of the received wave intensities when the receiving sensor is adjusted according to a reflective object is schematically shown.
レーザレーダ装置において、計測対象物の反射率が異なる場合、受信される信号のレベルの大小となって現れる。また距離が異なる場合にも信号のレベルに差が生じる。 In the laser radar device, when the reflectivity of the measurement object is different, the level of the received signal appears. Even when the distances are different, a difference occurs in the signal level.
例えば、近距離かつ高反射な物体に合わせて受信センサを調整した場合には、図1Bの上図のように、近距離かつ高反射な物体からの受信波強度は適正になるが、遠距離かつ低反射な物体からの受信波強度は、図1Bの下図のように、過小で検知不能になる。
また、遠距離かつ低反射な物体に合わせて受信センサを調整した場合には、図1Cの下図のように、遠距離かつ低反射な物体からの受信波強度は適正になるが、近距離かつ高反射な物体からの受信波強度は、図1Cの上図のように、信号強度が飽和して歪み、正確な値を示さなくなる。
For example, when the reception sensor is adjusted according to a short distance and highly reflective object, the received wave intensity from the short distance and highly reflective object is appropriate as shown in the upper diagram of FIG. 1B. In addition, the received wave intensity from a low-reflecting object is too small to be detected as shown in the lower diagram of FIG. 1B.
In addition, when the reception sensor is adjusted according to a long distance and low reflection object, the received wave intensity from the long distance and low reflection object is appropriate as shown in the lower diagram of FIG. 1C. As shown in the upper diagram of FIG. 1C, the received wave intensity from a highly reflective object is distorted due to saturation of the signal intensity and does not show an accurate value.
従って、反射率が高くて近くに位置する物体と、反射率が低くて遠くに位置する物体とでは、受信される信号レベルに大きな差が生じ、前者の信号レベルを適切に調整すると後者のレベルが過小となって検出不能となり、逆に後者に合わせて調整すると前者が電気的に飽和してしまい、正しく距離計測ができないという問題があった。 Therefore, there is a large difference in the received signal level between an object with high reflectivity and a nearby object and an object with low reflectivity and a distant object, and if the former signal level is adjusted appropriately, the latter level However, there is a problem that the distance cannot be measured correctly because the former is electrically saturated when adjusted according to the latter.
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、反射率が高くて近くに位置する物体から、反射率が低くて遠くに位置する物体まで、信号レベルが飽和することなく広いダイナミックレンジで安定して計測できるレーザレーダ装置の測距方法を提供することにある。
The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, an object of the present invention is to provide a laser radar capable of stably measuring a wide dynamic range without saturation of a signal level from an object located near a high reflectance to an object located far away with a low reflectance. It is to provide a distance measuring method of an apparatus .
第1参考例によれば、パルス波または変調波からなる送信波を対象物に向けて送信する送信器と、
前記送信波が対象物で反射した受信波を受信する受信器と、
送信波と受信波の時間差または位相差から対象物までの距離値を演算する距離値演算器と、
前記受信波の飽和の有無を検知する飽和検知器と、
前記距離値演算器で得られた複数の距離値から適正距離を合成する距離値合成器とを備え、
所定の時間間隔で、送信強度または受信増幅率を動的に変化させ、受信波が飽和せず、かつ受信波の強度の高い距離値を測距距離として出力する、ことを特徴とするレーザレーダ装置が提供される。
According to the first reference example , a transmitter that transmits a transmission wave composed of a pulse wave or a modulated wave toward an object;
A receiver for receiving a received wave reflected by an object from the transmitted wave;
A distance value calculator for calculating the distance value from the time difference or phase difference between the transmitted wave and the received wave to the object;
A saturation detector for detecting the presence or absence of saturation of the received wave;
A distance value synthesizer that synthesizes an appropriate distance from a plurality of distance values obtained by the distance value calculator;
A laser radar characterized by dynamically changing transmission intensity or reception amplification factor at a predetermined time interval, and outputting a distance value in which the received wave is not saturated and the intensity of the received wave is high as a ranging distance An apparatus is provided.
また第1参考例によれば、所定の時間間隔で、送信強度または受信増幅率を動的に変化させて、複数の送信波を対象物に向けて送信し、かつ対象物で反射した複数の受信波を受信し、
前記受信波の飽和の有無をそれぞれ検知し、
前記複数の送信波と受信波の時間差または位相差から対象物までの複数の距離値を演算し、
前記複数の距離値のうち、受信波が飽和せずかつ受信波の強度の高い距離値を測距距離として出力する、ことを特徴とするレーザレーダ装置の測距方法が提供される。
Further, according to the first reference example , at a predetermined time interval, the transmission intensity or the reception amplification factor is dynamically changed, a plurality of transmission waves are transmitted toward the object, and the plurality of waves reflected by the object are transmitted. Receive the received wave,
Detecting the presence or absence of saturation of the received wave,
Calculate a plurality of distance values from the time difference or phase difference between the plurality of transmission waves and the reception wave to the object,
A distance measurement method for a laser radar apparatus is provided, wherein a distance value in which the received wave is not saturated and the intensity of the received wave is high is output as a distance measurement distance among the plurality of distance values.
また第2参考例によれば、パルス波または変調波からなる第1波長と第2波長の送信波を対象物に向けてそれぞれ送信する第1送信器及び第2送信器と、
前記送信波が対象物で反射した第1波長と第2波長の受信波を分離して受信する第1受信器及び第2受信器と、
第1波長と第2波長の送信波と受信波の時間差または位相差から対象物までの距離値をそれぞれ演算する第1距離値演算器及び第2距離値演算器と、
前記第1波長又は第2波長の受信波の飽和の有無を検知する飽和検知器と、
前記第1距離値演算器及び第2距離値演算器で得られた複数の距離値から適正距離を合成する距離値合成器とを備え、
前記第1送信器と第2送信器の送信強度、または前記第1受信器と第2受信器の受信増幅率が相違しており、
前記複数の距離値のうち、受信波が飽和せずかつ受信波の強度の高い距離値を測距距離として出力する、ことを特徴とするレーザレーダ装置が提供される。
Further, according to the second reference example , a first transmitter and a second transmitter that respectively transmit a transmission wave having a first wavelength and a second wavelength, which are a pulse wave or a modulation wave, toward an object;
A first receiver and a second receiver for separately receiving a first wave and a second wave received by the transmission wave reflected by an object;
A first distance value calculator and a second distance value calculator for calculating a distance value from the time difference or phase difference between the transmission wave and the reception wave of the first wavelength and the second wavelength, respectively,
A saturation detector for detecting the presence or absence of saturation of the received wave of the first wavelength or the second wavelength;
A distance value synthesizer that synthesizes an appropriate distance from a plurality of distance values obtained by the first distance value calculator and the second distance value calculator;
The transmission intensity of the first transmitter and the second transmitter, or the reception amplification factor of the first receiver and the second receiver are different,
Among the plurality of distance values, a laser radar device is provided, which outputs a distance value in which the received wave is not saturated and the intensity of the received wave is high as a distance measurement distance.
また第2参考例によれば、パルス波または変調波からなる第1波長と第2波長の送信波を対象物に向けてそれぞれ送信し、
前記送信波が対象物で反射した第1波長と第2波長の受信波を分離して受信し、かつ前記第1波長と第2波長の送信強度、または第1波長と第2波長の受信増幅率を相違させ、
前記第1波長と第2波長の送信波と受信波の時間差または位相差から対象物までの距離値をそれぞれ演算し、
前記第1波長又は第2波長の受信波の飽和の有無を検知し、
前記複数の距離値のうち、受信波が飽和せずかつ受信波の強度の高い距離値を測距距離として出力する、ことを特徴とするレーザレーダ装置の測距方法が提供される。
Further, according to the second reference example , the transmission waves of the first wavelength and the second wavelength composed of a pulse wave or a modulated wave are respectively transmitted toward the object,
The transmission wave receives the first and second wavelength reception waves reflected by the object separately and receives the transmission intensity of the first and second wavelengths, or the reception amplification of the first and second wavelengths. Different rates,
Calculating a distance value from the time difference or phase difference between the transmission wave and the reception wave of the first wavelength and the second wavelength to the object, respectively;
Detecting the presence or absence of saturation of the received wave of the first wavelength or the second wavelength;
A distance measurement method for a laser radar apparatus is provided, wherein a distance value in which the received wave is not saturated and the intensity of the received wave is high is output as a distance measurement distance among the plurality of distance values.
また本発明によれば、パルス波または変調波からなる送信波を対象物に向けて送信する送信器と、
該送信波の送信広がり角を送信前に変化させる送信用可変焦点器と、
前記送信波が対象物で反射した受信波を受信する受信器と、
前記受信波の計測焦点を受信前に変化させる受信用可変焦点器と、
前記送信波と受信波の時間差または位相差から対象物までの距離値を演算する距離値演算器と、
前記受信波の飽和の有無を検知する飽和検知器と、
前記距離値演算器で得られた複数の距離値から適正距離を合成する距離値合成器とを備え、
所定の時間間隔で、送信広がり角または計測焦点を動的に変化させ、受信波が飽和せず、かつ受信波の強度の高い距離値を測距距離として出力する、ことを特徴とするレーザレーダ装置が提供される。
According to the present invention, a transmitter for transmitting a transmission wave composed of a pulse wave or a modulated wave toward an object;
A transmission variable focus device for changing a transmission spread angle of the transmission wave before transmission;
A receiver for receiving a received wave reflected by an object from the transmitted wave;
A variable focus for reception that changes the measurement focus of the received wave before reception;
A distance value calculator for calculating a distance value from the time difference or phase difference between the transmitted wave and the received wave to the object;
A saturation detector for detecting the presence or absence of saturation of the received wave;
A distance value synthesizer that synthesizes an appropriate distance from a plurality of distance values obtained by the distance value calculator;
A laser radar characterized by dynamically changing a transmission divergence angle or a measurement focus at a predetermined time interval, and outputting a distance value in which a received wave is not saturated and the intensity of the received wave is high as a distance measured. An apparatus is provided.
また本発明によれば、所定の時間間隔で、送信広がり角または計測焦点を動的に変化させて、複数の送信波を対象物に向けて送信し、かつ対象物で反射した複数の受信波を受信し、
前記受信波の飽和の有無をそれぞれ検知し、
前記複数の送信波と受信波の時間差または位相差から対象物までの複数の距離値を演算し、
前記複数の距離値のうち、受信波が飽和せずかつ受信波の強度の高い距離値を測距距離として出力する、ことを特徴とするレーザレーダ装置の測距方法が提供される。
Further, according to the present invention, at a predetermined time interval, a transmission divergence angle or a measurement focus is dynamically changed, a plurality of transmission waves are transmitted toward an object, and a plurality of reception waves reflected by the object are transmitted. Receive
Detecting the presence or absence of saturation of the received wave,
Calculate a plurality of distance values from the time difference or phase difference between the plurality of transmission waves and the reception wave to the object,
A distance measurement method for a laser radar apparatus is provided, wherein a distance value in which the received wave is not saturated and the intensity of the received wave is high is output as a distance measurement distance among the plurality of distance values.
上記第1参考例の装置及び方法によれば、所定の時間間隔で、送信強度または受信増幅率を動的に変化させ、受信波が飽和せず、かつ受信波の強度の高い距離値を測距距離として出力するので、反射率が高くて近くに位置する物体から、反射率が低くて遠くに位置する物体まで、信号レベルが飽和することなく安定して計測できる。 According to the apparatus and method of the first reference example , the transmission intensity or the reception amplification factor is dynamically changed at predetermined time intervals, and the distance value where the reception wave is not saturated and the reception wave is high in intensity is measured. Since it is output as a distance, it is possible to stably measure from an object located near the object with high reflectivity to an object located far away with a low reflectivity without saturation of the signal level.
また、上記第2参考例の装置及び方法によれば、第1送信器と第2送信器の送信強度、または第1受信器と第2受信器の受信増幅率が相違しており、複数の距離値のうち、受信波が飽和せずかつ受信波の強度の高い距離値を測距距離として出力するので、反射率が高くて近くに位置する物体から、反射率が低くて遠くに位置する物体まで、信号レベルが飽和することなく安定して計測できる。 Further, according to the apparatus and method of the second reference example , the transmission intensity of the first transmitter and the second transmitter, or the reception amplification factor of the first receiver and the second receiver are different, Out of the distance values, the distance value where the received wave is not saturated and the intensity of the received wave is high is output as the distance measurement distance, so the object is located far away from the nearby object with high reflectance. Even an object can be measured stably without saturating the signal level.
また、上記本発明の装置及び方法によれば、所定の時間間隔で、送信広がり角または計測焦点を動的に変化させ、複数の距離値のうち、受信波が飽和せずかつ受信波の強度の高い距離値を測距距離として出力するので、反射率が高くて近くに位置する物体から、反射率が低くて遠くに位置する物体まで、信号レベルが飽和することなく安定して計測できる。 Further, according to the above-described apparatus and method of the present invention , the transmission divergence angle or the measurement focus is dynamically changed at a predetermined time interval, and the received wave is not saturated and the intensity of the received wave among a plurality of distance values. Since a high distance value is output as a distance measurement distance, it is possible to stably measure an object located close to a highly reflective object to an object located far away with a low reflectance without saturation of the signal level.
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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図2は、レーザレーダ装置の全体構成図である。この図においてレーザレーダ装置10は、送信器12、スキャナ装置14、受信器16、距離値演算器18及び制御器19を備える。
FIG. 2 is an overall configuration diagram of the laser radar device. In this figure, the
送信器12は、パルス波または変調波からなる送信波1を対象物に向けて送信する。送信波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。この送信器12は、制御器19からの制御信号5aにより、パルス波の発振タイミングとパルス周期、又は変調波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。
The
スキャナ装置14は、送信波1を対象物に向けて送信する。
この例において、スキャナ装置14は、送信波1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19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19に通知される。
なお、スキャナ装置14は必須ではなく、送信器12から直接送信波1を対象物に向けて送信してもよい。
The
In this example, the
The scanning speed of the optical scanner device can be changed in real time by the
The
受信器16は、送信波1が対象物で反射した受信波3を受信する。受信波3の受信タイミング8は、距離値演算器18に通知される。
The
距離値演算器18は、送信波1と受信波3の時間差または位相差から対象物までの距離値9を演算する。演算された距離値9は、制御器19に通知される。
The
制御器19は、送信器12、受信器16、および距離値演算器18を制御し、距離値演算器18で得られた距離値9に基づき、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19は、光学スキャナのスキャン角度7と、距離値演算器18から受信した距離値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。
The
Further, the
図3は、第1参考例によるレーザレーダ装置の図である。この図において第1参考例のレーザレーダ装置は、送信器12、受信器16、距離値演算器18、飽和検知器20、および距離値合成器22を備える。
FIG. 3 is a diagram of a laser radar device according to a first reference example . In this figure, the laser radar device of the first reference example includes a
この例において送信器12は、送信波1の強度を大小(又は強弱)に可変調整可能であり、受信器16は、受信波3の受信増幅率を大小に可変調整可能である。なお、この送信強度または受信増幅率の可変機能は、いずれか一方のみであってもよい。
In this example, the
飽和検知器20は、受信波3の飽和の有無を検知し、その結果を距離値合成器22に入力する。
距離値合成器22は、距離値演算器18で得られた複数の距離値から適正距離を合成する機能を有し、所定の時間間隔で、送信器12の送信強度または受信器16の受信増幅率を動的に変化させ、受信波3が飽和せず、かつ受信波の強度の高い距離値を測距距離として出力する。
The
The
飽和検知器20と距離値合成器22は、上述した制御器19に内蔵するのが好ましい。しかし、第1参考例、第2参考例および本発明はこれに限定されず、別個の制御装置として構成してもよい。
The
図4は、上述した装置を用いた第1参考例によるレーザレーダ装置の第1測距方法の全体フロー図である。この図において、第1参考例の測距方法は、ステップS1〜S9の各ステップからなる。 FIG. 4 is an overall flowchart of the first ranging method of the laser radar apparatus according to the first reference example using the above-described apparatus. In this figure, the distance measuring method of the first reference example includes steps S1 to S9.
この例でNは2以上の整数、Mは1以上の整数であり、M<Nの関係にある。
ステップS1で送信回数がN以下の場合、ステップS2で送信回数がMを超える(YES)場合と、M未満(NO)とに区別される。Mを超える(YES)場合、ステップS3で送信強度大または受信増幅率大に設定され、M未満(NO)の場合、ステップS4で送信強度小または受信増幅率小に設定される。
ステップS5では、設定した送信強度または受信増幅率で送信波1を対象物に向けて送信し、対象物で反射した受信波3を受信する。
ステップS6で受信波3の受信がない場合、およびステップS7で受信波3が飽和している場合には、受信データはないか正確でないのでステップS1に戻る。
受信があり(YES)、飽和していない場合には、受信データは有用なので、ステップS8で演算した距離値を保持する。このステップで、最終的な距離値は、新データで上書きしても、複数のデータから、最大値を選択してもよい。
上述したステップをN回繰り返した後、ステップS9で保持している距離値を最終的な距離値として確定し、測距を終了する。
In this example, N is an integer of 2 or more, M is an integer of 1 or more, and M <N.
When the number of transmissions is N or less in step S1, a distinction is made between the case where the number of transmissions exceeds M (YES) and the case where it is less than M (NO) in step S2. If it exceeds M (YES), the transmission intensity is set high or the reception amplification factor is large in step S3, and if it is less than M (NO), the transmission intensity is set low or the reception amplification factor is low in step S4.
In step S5, the
If the received
If there is reception (YES) and it is not saturated, the received data is useful, so the distance value calculated in step S8 is held. In this step, the final distance value may be overwritten with new data, or the maximum value may be selected from a plurality of data.
After repeating the above steps N times, the distance value held in step S9 is determined as the final distance value, and the distance measurement is terminated.
すなわち、この第1参考例では、送信強度または受信増幅率が低い状態でレーザ光を送信し、計測対象物に反射したレーザ光が受信器により受信できた場合は、送受信の時間差から計測対象物までの距離を演算する。また受光信号が飽和していない場合には演算した距離値を保持する。以上を一定回数繰り返したのち、送信強度または受信増幅率が高い状態で同様に一定回数繰り返して処理を行う。最後に保持された距離値を最終的な距離値として出力する。 That is, in the first reference example , when the laser light is transmitted in a state where the transmission intensity or the reception amplification factor is low and the laser light reflected by the measurement object can be received by the receiver, the measurement object is determined from the transmission / reception time difference. The distance to is calculated. If the received light signal is not saturated, the calculated distance value is held. After the above is repeated a certain number of times, the processing is similarly repeated a certain number of times in a state where the transmission intensity or the reception gain is high. The last distance value is output as the final distance value.
上述したように、第1参考例の測距方法は、所定の時間間隔で、送信強度または受信増幅率を動的に変化させて、複数の送信波を対象物に向けて送信し、かつ対象物で反射した複数の受信波を受信し(S1〜S6)、
前記受信波の飽和の有無をそれぞれ検知し(S7)、
前記複数の送信波と受信波の時間差または位相差から対象物までの複数の距離値を演算し、前記複数の距離値のうち、受信波が飽和せずかつ受信波の強度の高い距離値を測距距離として出力する(S8〜S9)。
As described above, the distance measuring method according to the first reference example dynamically changes the transmission intensity or the reception amplification factor at a predetermined time interval, and transmits a plurality of transmission waves toward the object. Receiving a plurality of received waves reflected by an object (S1 to S6);
Detecting the presence or absence of saturation of the received wave (S7);
A plurality of distance values from the time difference or phase difference between the plurality of transmission waves and the reception waves to the target are calculated, and among the plurality of distance values, a distance value in which the reception wave is not saturated and the intensity of the reception wave is high. The distance is output as a distance measurement (S8 to S9).
上述した第1参考例の装置及び方法によれば、所定の時間間隔で、送信強度または受信増幅率を動的に変化させ、受信波3が飽和せず、かつ受信波の強度の高い距離値を測距距離として出力するので、反射率が高くて近くに位置する物体から、反射率が低くて遠くに位置する物体まで、信号レベルが飽和することなく安定して計測できる。
According to the apparatus and method of the first reference example described above, the transmission intensity or reception amplification factor is dynamically changed at predetermined time intervals, the received
図5は、第2参考例によるレーザレーダ装置の図である。この図において第2参考例のレーザレーダ装置は、送信器12A,12B、フィルタ15A,15B、受信器16A,16B、距離値演算器18A,18B、飽和検知器20、および距離値合成器22を備える。
FIG. 5 is a diagram of a laser radar device according to a second reference example . In this figure, the laser radar device of the second reference example includes
第1送信器12A及び第2送信器12Bは、パルス波または変調波からなる第1波長aと第2波長bの送信波1A,1Bを対象物に向けてそれぞれ送信する。第1波長aと第2波長bは波長が相違しており、フィルタ15Aは第1波長aを通過させ、フィルタ15Bは第2波長bを通過させるように選択されている。
The
第1受信器16A及び第2受信器16Bは、送信波が1A,1B対象物で反射した第1波長aと第2波長bの受信波3A,3Bをフィルタ15A,15Bにより分離してそれぞれ受信する。
また、上述した第1送信器12Aと第2送信器12Bの送信強度、または第1受信器16Aと第2受信器16Bの受信増幅率が相違している。例えば、この例では、第1送信器12Aの送信強度または第1受信器16Aの受信増幅率が大であり、第2送信器12Bの送信強度または第2受信器16Bの受信増幅率が小に設定されている。
The
Further, the transmission intensity of the
第1距離値演算器18A及び第2距離値演算器18Bは、第1波長aと第2波長bの送信波1A,1Bと受信波3A,3Bの時間差または位相差から対象物までの距離値をそれぞれ演算する。
The first
飽和検知器20は、第1波長a又は第2波長bの受信波3A,3B(この例では受信波3A)の飽和の有無を検知する。
距離値合成器22は、第1距離値演算器18A及び第2距離値演算器18Bで得られた複数の距離値から適正距離を合成する機能を有し、複数の距離値のうち、受信波3A,3Bが飽和せずかつ受信波の強度の高い距離値を測距距離として出力する。
The
The
図6は、上述した装置を用いた第2参考例によるレーザレーダ装置の第2測距方法の全体フロー図である。この図において、第2参考例の測距方法は、ステップS11〜S18の各ステップからなる。 FIG. 6 is an overall flowchart of the second ranging method of the laser radar apparatus according to the second reference example using the above-described apparatus. In this figure, the distance measuring method of the second reference example includes steps S11 to S18.
ステップS11では、波長aおよび波長bを送信する。
ステップS12で波長aの受信があり(YES)、ステップS13で波長bの受信なし(NO)であれば、ステップS16で波長aの送受信間隔から演算した距離値を採用する。
ステップS13で波長bの受信あり(YES)でも、ステップS15で波長aの飽和なし(NO)であれば、波長aを優先し、ステップS16で波長aの送受信間隔から演算した距離値を採用する。
ステップS15で波長aの飽和あり(YES)であれば、ステップS17で波長bの送受信間隔から演算した距離値を採用する。
ステップS12で波長aの受信なし(NO)、ステップS14で波長bの受信あり(YES)であれば、ステップS17で波長bの送受信間隔から演算した距離値を採用する。
ステップS14で波長bの受信なし(NO)であれば、ステップS18で距離値なしと判断する。
上述したステップS16、ステップS17、ステップS18の後、測距を終了する。
In step S11, wavelength a and wavelength b are transmitted.
If there is reception of wavelength a in step S12 (YES) and no reception of wavelength b in step S13 (NO), the distance value calculated from the transmission / reception interval of wavelength a in step S16 is adopted.
Even if the wavelength b is received (YES) in step S13, if the wavelength a is not saturated (NO) in step S15, the wavelength a is prioritized, and the distance value calculated from the transmission / reception interval of the wavelength a is adopted in step S16. .
If the wavelength a is saturated in step S15 (YES), the distance value calculated from the transmission / reception interval of wavelength b in step S17 is adopted.
If there is no reception of wavelength a in step S12 (NO) and reception of wavelength b in step S14 (YES), the distance value calculated from the transmission / reception interval of wavelength b in step S17 is adopted.
If no wavelength b is received (NO) in step S14, it is determined in step S18 that there is no distance value.
After step S16, step S17, and step S18 described above, the distance measurement is terminated.
すなわち、この第2参考例では、異なる波長a,bの送信器と、波長a,bのみをそれぞれ通過させるフィルタ、受信器の組合せを備える。また波長a,bそれぞれについて距離値演算器、波長aについて飽和検知器、波長a,b共通に距離値合成器を備える。
波長aは送信強度または受信増幅率を大きく、波長bは小さく設定し、それぞれレーザ光を送信する。計測対象物に反射したレーザ光が波長aのみで受信された場合、波長aの送受信の時間差から演算した計測対象物までの距離を採用する。
波長a,bの両方で受信があり、かつ波長aの受信信号が飽和していない場合は、受信強度が高くS/Nが優れている波長aを用いた距離値を採用する。
波長a,bとも受信があり、波長aが飽和していた場合は、波長aでは飽和により計測誤差が生じるため、波長bによる距離値を採用する。
本来発生しないはずだが、万一波長bのみで受信があった場合は波長bによる距離値を採用する。
That is, the second reference example includes a combination of a transmitter having different wavelengths a and b, and a filter and a receiver that allow only the wavelengths a and b to pass therethrough. A distance value calculator is provided for each of the wavelengths a and b, a saturation detector is provided for the wavelength a, and a distance value synthesizer is provided in common for the wavelengths a and b.
The wavelength a is set to a large transmission intensity or reception amplification factor, and the wavelength b is set to a small value, and each transmits laser light. When the laser beam reflected by the measurement object is received only at the wavelength a, the distance to the measurement object calculated from the transmission / reception time difference of the wavelength a is adopted.
When there is reception at both wavelengths a and b and the received signal at wavelength a is not saturated, a distance value using wavelength a having high received intensity and excellent S / N is adopted.
When both the wavelengths a and b are received and the wavelength a is saturated, a measurement error occurs due to the saturation at the wavelength a. Therefore, the distance value by the wavelength b is adopted.
Although it should not occur originally, in the unlikely event that reception occurs only at the wavelength b, the distance value by the wavelength b is adopted.
上述したように、第2参考例の測距方法は、パルス波または変調波からなる第1波長aと第2波長bの送信波1A,1Bを対象物に向けてそれぞれ送信し(ステップS11)、
送信波1A,1Bが対象物で反射した第1波長aと第2波長bの受信波3A,3Bを分離して受信し、かつ第1波長aと第2波長bの送信強度、または第1波長aと第2波長bの受信増幅率を相違させ、
第1波長aと第2波長bの送信波1A,1Bと受信波3A,3Bの時間差または位相差から対象物までの距離値をそれぞれ演算し、
第1波長a(又は第2波長)の受信波3Aの飽和の有無を検知し(ステップS15)、
複数の距離値のうち、受信波が飽和せずかつ受信波の強度の高い距離値を測距距離として出力する(S12〜S17)。
As described above, in the distance measuring method of the second reference example , the transmission waves 1A and 1B of the first wavelength a and the second wavelength b, which are pulse waves or modulated waves, are respectively transmitted toward the object (step S11). ,
The transmission waves 1A and 1B are received separately from the reception waves 3A and 3B of the first wavelength a and the second wavelength b reflected by the object, and the transmission intensity of the first wavelength a and the second wavelength b, or the first Differentiating the reception amplification factors of the wavelength a and the second wavelength b,
Calculating the distance value from the time difference or phase difference between the transmission waves 1A, 1B and the reception waves 3A, 3B of the first wavelength a and the second wavelength b to the object, respectively;
The presence or absence of saturation of the received wave 3A of the first wavelength a (or the second wavelength) is detected (step S15),
Among the plurality of distance values, a distance value in which the received wave is not saturated and the intensity of the received wave is high is output as a distance measurement distance (S12 to S17).
上述した第2参考例の装置及び方法によれば、第1送信器12Aと第2送信器12Bの送信強度、または第1受信器16Aと第2受信器16Bの受信増幅率が相違しており、複数の距離値のうち、受信波が飽和せずかつ受信波の強度の高い距離値を測距距離として出力するので、反射率が高くて近くに位置する物体から、反射率が低くて遠くに位置する物体まで、信号レベルが飽和することなく安定して計測できる。
According to the apparatus and method of the second reference example described above, the transmission intensity of the
図7は、本発明によるレーザレーダ装置の実施形態図である。この図において本発明のレーザレーダ装置は、送信器12、送信用可変焦点器13、受信器16、受信用可変焦点器17、距離値演算器18、飽和検知器20、および距離値合成器22を備える。
FIG. 7 is a diagram showing an embodiment of a laser radar device according to the present invention. In this figure, the laser radar apparatus of the present invention includes a
送信用可変焦点器13は、送信波1の送信広がり角を送信前に変化させ、送信広がり角を狭く(焦点距離を遠距離に設定)して対象物に照射される送信波密度を大にし、或いは送信広がり角を広く(焦点距離を近距離に設定)して対象物に照射される送信波密度を疎にできるようになっている。
また、受信用可変焦点器17は、受信波3の計測焦点を受信前に変化させ、遠距離にピントを合わせたとき(焦点距離を遠距離に設定)は近距離からの受信波を弱め、近距離にピントを合わせたとき(焦点距離を近距離に設定)は遠距離からの受信波を弱めるようになっている。
その他の構成は、上述した第1参考例と同様である。
The transmission
Further, the receiving
Other configurations are the same as those of the first reference example described above.
図8は、上述した装置を用いた本発明によるレーザレーダ装置の第3測距方法の全体フロー図である。この図において、本発明の測距方法は、ステップS21〜S29の各ステップからなる。 FIG. 8 is an overall flowchart of the third distance measuring method of the laser radar apparatus according to the present invention using the above-described apparatus. In this figure, the distance measuring method of the present invention comprises steps S21 to S29.
この例でNは2以上の整数、Mは1以上の整数であり、M<Nの関係にある。
ステップS21で送信回数がN以下の場合、ステップS22で送信回数がMを超える(YES)場合と、M未満(NO)とに区別される。Mを超える(YES)場合、ステップS23で焦点距離を遠距離に設定しかつ送信強度大または受信増幅率大に設定され、M未満(NO)の場合、ステップS24で焦点距離を近距離に設定しかつ送信強度小または受信増幅率小に設定される。
ステップS25では、設定した焦点距離、送信強度、受信増幅率で送信波1を対象物に向けて送信し、対象物で反射した受信波3を受信する。
ステップS26で受信波3の受信がない場合、およびステップS27で受信波3が飽和している場合には、受信データはないか正確でないのでステップS21に戻る。
受信があり(YES)、飽和していない場合には、受信データは有用なので、ステップS28で演算した距離値を保持する。このステップで、最終的な距離値は、新データで上書きしても、複数のデータから、最大値を選択してもよい。
上述したステップをN回繰り返した後、ステップS29で保持している距離値を最終的な距離値として確定し、測距を終了する。
In this example, N is an integer of 2 or more, M is an integer of 1 or more, and M <N.
When the number of transmissions is N or less in step S21, a distinction is made between the case where the number of transmissions exceeds M (YES) and the case where it is less than M (NO) in step S22. If it exceeds M (YES), the focal length is set to a long distance in step S23 and the transmission intensity is set to be large or the reception amplification factor is large. If less than M (NO), the focal length is set to a short distance in step S24. In addition, the transmission intensity is set low or the reception gain is set low.
In step S25, the
If the received
If there is reception (YES) and it is not saturated, the received data is useful, so the distance value calculated in step S28 is held. In this step, the final distance value may be overwritten with new data, or the maximum value may be selected from a plurality of data.
After repeating the above steps N times, the distance value held in step S29 is determined as the final distance value, and the distance measurement is terminated.
すなわち、この実施形態では、一定期間ごとに送受信の焦点距離を動的に変化させ、近距離に合焦させる場合は送信強度または受信増幅率を低く設定し、遠距離に合焦させる場合は送信強度または受信増幅率を高く設定する。送信強度または受信増幅率を高くし遠方に合焦した場合は、近距離に反射率の高い物体が存在したとしても、焦点がぼけた状態であるために送信した信号のエネルギー密度が低く、受信信号のレベルが低く抑えられる。これにより近距離での飽和を防止し、計測距離範囲を拡大する。 That is, in this embodiment, the focal length of transmission / reception is dynamically changed at regular intervals, and when focusing on a short distance, the transmission intensity or reception amplification factor is set low, and when focusing on a long distance, transmission is performed. Set strength or reception gain high. When the transmission intensity or reception amplification factor is increased and the object is focused far away, the energy density of the transmitted signal is low because the focus is out of focus even if an object with high reflectivity exists at a short distance. The signal level is kept low. This prevents saturation at short distances and expands the measurement distance range.
上述したように、本発明の測距方法は、所定の時間間隔で、送信広がり角または計測焦点を動的に変化させて、複数の送信波を対象物に向けて送信し、かつ対象物で反射した複数の受信波を受信し(S21〜S26)、
前記受信波の飽和の有無をそれぞれ検知し(S27)、
前記複数の送信波と受信波の時間差または位相差から対象物までの複数の距離値を演算し、前記複数の距離値のうち、受信波が飽和せずかつ受信波の強度の高い距離値を測距距離として出力する(S28〜S29)。
As described above, the distance measuring method of the present invention dynamically changes the transmission divergence angle or the measurement focus at a predetermined time interval, and transmits a plurality of transmission waves toward the object. A plurality of reflected reception waves are received (S21 to S26),
Detecting the presence or absence of saturation of the received wave (S27);
A plurality of distance values from the time difference or phase difference between the plurality of transmission waves and the reception waves to the target are calculated, and among the plurality of distance values, a distance value in which the reception wave is not saturated and the intensity of the reception wave is high. The distance is output as a distance measurement (S28 to S29).
従って、上記本発明の実施形態の装置及び方法によれば、所定の時間間隔で、送信広がり角または計測焦点を動的に変化させ、複数の距離値のうち、受信波が飽和せずかつ受信波の強度の高い距離値を測距距離として出力するので、反射率が高くて近くに位置する物体から、反射率が低くて遠くに位置する物体まで、信号レベルが飽和することなく安定して計測できる。 Therefore, according to the apparatus and method of embodiments of the present invention, at predetermined time intervals, dynamically changing the transmission divergence angle or measuring focus of the plurality of distance values, and receiving the reception wave is not saturated Since the distance value with high wave intensity is output as the distance measurement, the signal level is stable without saturation from an object with high reflectivity and a nearby object to an object with low reflectivity and a distant object. It can be measured.
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。例えば、本発明を適用するレーザレーダ装置は、レーザ光に限定されず、LEDなどの単波長光、ミリ波、マイクロ波、超音波などを用いてもよい。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, the laser radar device to which the present invention is applied is not limited to laser light, and single wavelength light such as an LED, millimeter wave, microwave, ultrasonic wave, or the like may be used.
1,1A,1B 送信波、3,3A,3B 受信波、
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、
12,12A,12B 送信器、
13 送信用可変焦点器、14 スキャナ装置、
15A,15B フィルタ、16,16A,16B 受信器、
17 受信用可変焦点器、
18,18A,18B 距離値演算器、19 制御器、
20 飽和検知器、22 距離値合成器
1, 1A, 1B transmission wave, 3, 3A, 3B reception wave,
5a, 5b control signal, 6 speed command, 7 angle information,
8 Light reception timing, 9 Distance data,
10 Laser radar device, 11 Measurement data,
12, 12A, 12B transmitter,
13 Variable focus device for transmission, 14 Scanner device,
15A, 15B filter, 16, 16A, 16B receiver,
17 Variable focus device for reception,
18, 18A, 18B Distance value calculator, 19 controller,
20 Saturation detector, 22 Distance value synthesizer
Claims (1)
(B)送信用可変焦点器と受信用可変焦点器の焦点距離を遠距離に設定し、かつ、送信強度または受信増幅率を高く設定して、送信波を対象物に向けて送信し、対象物で反射した受信波を受信し、
前記受信波の飽和の有無をそれぞれ検知し、
前記複数の送信波と受信波の時間差または位相差から対象物までの複数の距離値を演算する場合に、
Nは2以上の整数、Mは1以上の整数であり、M<Nの関係にあるとして、
前記(A)を(M+1)回行ったら、前記(B)を行い、
前記(A)と前記(B)を合わせて(N+1)回行ったら、前記複数の距離値のうち、受信波が飽和せずかつ受信波の強度の高い距離値を測距距離として出力する、ことを特徴とするレーザレーダ装置の測距方法。 (A) Set the focal length of the transmission variable focus device and the reception variable focus device to a short distance, and set the transmission intensity or the reception amplification factor to be low, and transmit the transmission wave toward the object. Receives the reflected wave from the object,
(B) Set the focal length of the transmission variable focus device and the reception variable focus device to a long distance, and set the transmission intensity or the reception amplification factor to be high, and transmit the transmission wave toward the object. Receives the reflected wave from the object,
Detecting the presence or absence of saturation of the received wave,
When calculating a plurality of distance values from the time difference or phase difference of the plurality of transmission waves and reception waves to the object ,
N is an integer of 2 or more, M is an integer of 1 or more, and M <N.
When (A) is performed (M + 1) times, (B) is performed,
When (A) and (B) are combined and performed (N + 1) times, a distance value in which the received wave is not saturated and the intensity of the received wave is high is output as a distance measurement distance among the plurality of distance values. A distance measuring method for a laser radar device.
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