レーザ距離測定装置の感度調整方法及びレーザ距離測定装置
【課題】照射距離の遠い範囲の感度を維持しつつ照射距離の近い範囲の感度を低下させることができるレーザ距離測定装置の感度調整方法及びレーザ距離測定装置を提供する。
【解決手段】本発明のレーザ距離測定装置１は、レーザ光の照射方向と同一方向にある対象物Ｘからの反射光を受光して距離を測定するレーザ距離測定装置であり、レーザ光を対象物Ｘに照射する投光部２と、対象物Ｘの反射光のうち照射経路を通らない反射光を受光する受光部３と、投光部２及び受光部３を支持する本体部４と、を有し、投光部２及び受光部３は、投光部２の照射範囲２Ａと受光部３の受光視野範囲３Ａとが重ならない死角領域５を対象物Ｘと本体部４との間に形成するように光学調整されている。
【解決手段】本発明のレーザ距離測定装置１は、レーザ光の照射方向と同一方向にある対象物Ｘからの反射光を受光して距離を測定するレーザ距離測定装置であり、レーザ光を対象物Ｘに照射する投光部２と、対象物Ｘの反射光のうち照射経路を通らない反射光を受光する受光部３と、投光部２及び受光部３を支持する本体部４と、を有し、投光部２及び受光部３は、投光部２の照射範囲２Ａと受光部３の受光視野範囲３Ａとが重ならない死角領域５を対象物Ｘと本体部４との間に形成するように光学調整されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の照射方向と同一方向にある対象物からの反射光を受光して距離を測定するレーザ距離測定装置の感度調整方法及びレーザ距離測定装置に関し、特に、遠距離の感度を維持しつつ近距離の感度を低下させることができるレーザ距離測定装置の感度調整方法及びレーザ距離測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を利用したレーザ距離測定装置は、既に種々のタイプのものが開発・実用化されており、例えば、特許文献１，特許文献２等に記載されたものが提案されている。特許文献１に記載されたレーザ距離測定装置は、多面体ミラー（ポリゴンミラー）と、多面体ミラーを一定速度で回転駆動する主走査モータと、この主走査モータに対してその回転軸を直交するように設けてポリゴンミラーの回転軸を所定の角度範囲内で傾動させてポリゴンミラーの回転面を所定速度で揺動させる副走査モータと、を備えた光学系を有している。レーザ光源から射出されたレーザパルス光は、ハーフミラーを介してポリゴンミラーに投射される。このレーザパルス光は、ポリゴンミラーの回転に応じてレーザ光源から射出されると共に、副走査モータによって所定速度でポリゴンミラーのミラー面が揺動されて所定の測定範囲に照射される。そして、レーザ光の照射範囲内に存在する対象物からの反射光をポリゴンミラーによって集光レンズに導き、集光された反射光を受光素子が受光する。
【０００３】
かかる特許文献１に記載されたレーザ距離測定装置では、多面体ミラーの一面のみを照射面と受光面に使用している。したがって、照射光と反射光の光軸は一致しており、集光される反射光は照射光の対象物からの正反射光となっている。すなわち、照射光が照射される範囲に含まれる全ての対象物の反射光が集光され受光素子により検出される。
【０００４】
特許文献２に記載されたレーザ距離測定装置は、基本的な構成は特許文献１に記載されたものと同じであるが、反射光の受光面として、ポリゴンミラーの照射面とは異なる面を使用している。このように照射光と反射光の光軸をずらすことによってレーザ距離測定装置の照射窓（ガラス窓）からの反射光（ノイズ）を受光しないようにしている。
【特許文献１】特開２００５−２１４７１８号公報
【特許文献２】特開２００５−６９９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されたレーザ距離測定装置のように、照射光と反射光の光軸が一致している場合には、照射光の照射範囲に存在する対象物の全ての反射光を受光してしまう。また、レーザ光の受光感度は、照射距離の二乗に反比例し、照射距離が近いほど受光感度が高く、照射距離が遠いほど受光感度が低いという性質がある。レーザ距離測定装置を装置から離れた所定の領域（例えば、踏切、交差点等）の障害物検知装置として使用する場合には、監視領域外の照射距離の近い範囲において受光感度が高いという問題がある。その結果、監視領域外の水蒸気や粉塵・砂塵等までも検知してしまい、これらのノイズを除去しなければならない。その対策として、例えば、レーザ出力を低下させる、受光感度を下げる、減光フィルタを使用する等が考えられるが、照射距離の近い範囲のノイズを検知しないようにすると、必然的に照射距離の遠い範囲の対象物の検知能力も低下してしまい、監視領域の障害物を適切に検知できなくなってしまうことになる。
【０００６】
また、特許文献２に記載されたレーザ距離測定装置のように、照射光と反射光の光軸をずらすことによって照射範囲と受光視野範囲とを区別して考えることができる。そして、特許文献２では照射窓からのノイズを低減することを目的として、照射面から照射窓までの至近距離のみを照射範囲と受光視野範囲とが重ならないようにしている。しかしながら、照射窓から対象物の間における照射距離の近い範囲においては特許文献１と同じ問題が生じている。
【０００７】
本発明は上述した問題点に鑑み創案されたものであり、照射距離の遠い範囲の感度を維持しつつ照射距離の近い範囲の感度を低下させることができるレーザ距離測定装置の感度調整方法及びレーザ距離測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、レーザ光の照射方向と同一方向にある対象物からの反射光を受光して距離を測定するレーザ距離測定装置の感度調整方法において、前記レーザ光を前記対象物に照射する時の投光軸と前記対象物の反射光を受光する時の受光軸とをずらし、前記レーザ光の照射範囲と前記反射光の受光視野範囲とが重ならない死角領域を前記対象物と前記レーザ距離測定装置との間に形成する、ことを特徴とするレーザ距離測定装置の感度調整方法が提供される。
【０００９】
また、前記死角領域の大きさは、前記投光軸と前記受光軸の距離、前記投光軸と前記受光軸の角度、前記照射範囲若しくは前記受光視野範囲の拡がり又はこれらの組み合わせのいずれかにより調整するようにしてもよい。
【００１０】
また、前記対象物は、前記レーザ距離測定装置に近い近縁と前記レーザ距離測定装置から遠い遠縁とを有する監視領域内に存在する対象物であって、前記近縁及び前記遠縁における前記対象物の受光信号が第一閾値を越えるように前記死角領域を形成するようにしてもよい。さらに、前記近縁と前記遠縁との間における前記対象物の受光信号が第二閾値を越えないように前記死角領域を形成するようにしてもよい。
【００１１】
また、本発明によれば、レーザ光の照射方向と同一方向にある対象物からの反射光を受光して距離を測定するレーザ距離測定装置において、前記レーザ光を前記対象物に照射する投光部と、前記対象物の反射光のうち照射経路を通らない反射光を受光する受光部と、前記投光部及び前記受光部を支持する本体部と、を有し、前記投光部及び前記受光部は、前記投光部の照射範囲と前記受光部の受光視野範囲とが重ならない死角領域を前記対象物と前記本体部との間に形成するように光学調整されている、ことを特徴とするレーザ距離測定装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
上述した本発明のレーザ距離測定装置の感度調整方法によれば、投光軸と受光軸をずらしたことにより死角領域を形成することが可能となり、対象物とレーザ距離測定装置との間に死角領域を形成することによって、照射距離の近い範囲の感度を低下させることができる。したがって、照射距離が近いほど受光感度が高く、照射距離が遠いほど受光感度が低いというレーザ光の性質に反して、照射距離の遠い範囲の感度を維持しつつ照射距離の近い範囲の感度を低下させることができ、水蒸気や粉塵・砂塵等の検知によるノイズを低減することができる。
【００１３】
また、死角領域の大きさは、前記投光軸と前記受光軸の距離、前記投光軸と前記受光軸の角度、前記照射範囲若しくは前記受光視野範囲の拡がり又はこれらの組み合わせのいずれかにより任意に調整することができ、レーザ距離測定装置の使用条件等に適するように調整することができる。
【００１４】
また、近縁及び遠縁の受光信号が第一閾値を越えるように死角領域を形成することにより、対象物を検知したい領域を確実に監視することができ、近縁と遠縁との間における受光信号が第二閾値を越えないように死角領域を形成することにより、受光信号を飽和させることなく対象物の距離を測定することができる。
【００１５】
また、上述した本発明のレーザ距離測定装置によれば、受光部を対象物の反射光のうち照射経路を通らない反射光を受光するように配置したことにより死角領域を形成することが可能となり、対象物と本体部との間に死角領域を形成することによって、照射距離の近い範囲の感度を低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図１〜図６を用いて説明する。ここで、図１は、本発明のレーザ距離測定装置を示す図である。また、図２は、本発明のレーザ距離測定装置の感度調整方法を示す図であり、（Ａ）〜（Ｃ）は死角領域の大きさを三段階に分けて表示したものである。
【００１７】
図１に示すように、本発明のレーザ距離測定装置１は、レーザ光の照射方向と同一方向にある対象物Ｘからの反射光を受光して距離を測定するレーザ距離測定装置であり、レーザ光を対象物Ｘに照射する投光部２と、対象物Ｘの反射光のうち照射経路を通らない反射光を受光する受光部３と、投光部２及び受光部３を支持する本体部４と、を有し、投光部２及び受光部３は、投光部２の照射範囲Ａ２と受光部３の受光視野範囲Ａ３とが重ならない死角領域５を対象物Ｘと本体部４との間に形成するように光学調整されている。
【００１８】
前記投光部２は、対象物Ｘに対してレーザ光を発光して照射する部品である。図１に示すように、投光部２は、例えば、光源となるレーザダイオード２ａと、レーザ光をコリメートする投光レンズ２ｂと、を有する。また、後述するように、投光部２に照射ミラー等を使用して種々の光学系を構成するようにしてもよい。なお、光源は、レーザ光を発光できるものであればよく、レーザダイオード２ａに限定されるものではない。
【００１９】
投光部２の照射範囲Ａ２は、光源の種類及びレーザ光径によって定まる拡がり角度、投光レンズ２ｂの焦点距離及び投光軸Ｃ２の向きにより設定される。レーザ光は指向性に優れているが、照射距離が延びるに連れて若干の拡がりを見せる。図１では、レーザダイオード２ａが発光したレーザ光を略正面に照射するように投光軸Ｃ２を設定しているが、投光部２全体、レーザダイオード２ａ又は投光レンズ２ｂの向きを変えて、投光軸Ｃ２の向きを変更するようにしてもよい。また、照射範囲Ａ２は、投光レンズ２ｂの種類・大きさ・曲率等を変更することにより調整することもできる。
【００２０】
前記受光部３は、対象物Ｘに照射されたレーザ光の反射光を受光する部品である。レーザ距離測定装置において、投光部２と受光部２は一体に形成されており、投光軸Ｃ２と受光軸Ｃ３とが一致するように構成されているものが一般的であるが、本発明では投光部２と受光部３とを分離している。これは、投光軸Ｃ２と受光軸Ｃ３をずらして死角領域５を形成するためである。受光部３は、図１に示すように、例えば、反射光を集光する受光レンズ３ａと、集光された反射光を受光して電圧に変換する受光素子３ｂと、を有する。また、後述するように、受光部３に受光ミラー等を使用して種々の構成の光学系を構成するようにしてもよい。なお、受光素子３ｂには、フォトダイオード等が使用される。
【００２１】
受光部３の受光視野範囲Ａ３は、受光素子３ｂの種類及び径、受光レンズ３ａの焦点距離及び受光軸Ｃ３の向きにより設定される。一般に、受光視野範囲Ａ３の拡がり角度は照射範囲Ａ２の拡がり角度よりも大きい。図１では、受光部３全体の向きを変えて受光軸Ｃ３を設定しているが、受光レンズ３ａ又は受光素子３ｂの向きを変えて、受光軸Ｃ３の向きを変更するようにしてもよい。また、受光視野範囲Ａ３は、受光レンズ３ａの種類・大きさ・曲率等を変更することにより調整することもできる。
【００２２】
前記本体部４は、投光部２及び受光部３を支持する筐体であり、前面に透過窓４ａを備えている。透過窓４ａは、例えば、ガラス窓である。また、本体部４は、隣接又は離隔して配置される制御部６が接続されている。制御部６は、図１に示すように、例えば、投光部２に接続された時間計測部６ａと、受光部３に接続された信号処理部６ｂと、投光部２、受光部３、時間計測部６ａ及び信号処理部６ｂに接続された演算部６ｃと、により構成される。時間計測部６ａは、レーザダイオード２ａのパルス発光の時間及びタイミングを計測し、演算部６ｃにデータを送信する。信号処理部６ｂは、受光素子３ｂからの信号に増幅・圧縮・デコード等の処理を施して、演算部６ｃにデータを送信する。演算部６ｃは、時間計測部６ａ及び信号処理部６ｂからの信号に加え、投光部２から照射範囲Ａ２や投光軸Ｃ２に関するデータを受信し、受光部３から受光視野範囲Ａ３や受光軸Ｃ３に関するデータを受信する。そして、演算部６ｃは、これらの受信したデータから、対象物Ｘの距離を算出し、ディスプレイやプリンタ等の出力機器に出力する。このとき、受光視野範囲全体又は一部の領域に含まれる反射光の受光信号に基づいて二次元画像又は三次元画像として出力するようにしてもよい。
【００２３】
前記死角領域５は、図１において斜線で示すように、投光部２の照射範囲Ａ２と受光部３の受光視野範囲Ａ３とが重ならない領域であり、本体部４、照射範囲Ａ２及び受光視野範囲Ａ３の外縁により囲まれた三角形の領域である。受光視野範囲Ａ３外の領域は、対象物Ｘの反射光を受光し難いという意味において、全て死角領域ということもできるが、本発明において、上述した斜線領域を死角領域５と定義する。要は、照射範囲Ａ２と受光視野範囲Ａ３とが重なり始める交点Ｐが、対象物Ｘと本体部４との間に配置されるように、照射範囲Ａ２及び受光視野範囲Ａ３が設定されていればよい。そのように照射範囲Ａ２及び受光視野範囲Ａ３を設定することにより、レーザダイオード２ａの照射距離の近い範囲の感度を低下させることができる。したがって、照射距離が近いほど受光感度が高く、照射距離が遠いほど受光感度が低いというレーザ光の性質に反して、照射距離の遠い範囲の感度を維持しつつ照射距離の近い範囲の感度を低下させることができ、水蒸気や粉塵・砂塵等の検知によるノイズを低減することができる。なお、図１では、投光軸Ｃ２と受光軸Ｃ３を交差させて死角領域５を形成しているが、投光軸Ｃ２と受光軸Ｃ３を平行に設定した状態で照射範囲Ｃ２及び受光視野範囲Ｃ３の拡がり角度のみを調整して死角領域５を形成するようにしてもよい。
【００２４】
次に、本発明のレーザ距離測定装置の感度調整方法について説明する。本発明のレーザ距離測定装置の感度調整方法は、図１に示すように、レーザ光を対象物Ｘに照射する時の投光軸Ｃ２と対象物Ｘの反射光を受光する時の受光軸Ｃ３とをずらし、レーザ光の照射範囲Ａ２と反射光の受光視野範囲Ａ３とが重ならない死角領域５を対象物Ｘとレーザ距離測定装置１（具体的には、本体部４）との間に形成することを特徴とする。
【００２５】
以下、死角領域５の設定方法について、図２を参照しつつ説明する。ただし、レーザダイオード２ａ、投光レンズ２ｂ、受光レンズ３ａ及び受光素子３ｂは、レーザ距離測定装置１の使用条件等により予め定まっているものとする。
【００２６】
まず、照射範囲Ａ２の拡がり角度と方向を設定する。照射範囲Ａ２の拡がり角度は、投光レンズ２ｂの焦点距離を調整することにより決定される。照射範囲Ａ２の方向は、投光軸Ｃ２の向きを調整することにより決定される。なお、照射範囲Ａ２は、対象物Ｘの距離を検出したい範囲（監視領域）を照射できるように拡がり角度と方向が設定される。図２では、投光部２の照射距離の短い、すなわち、本体部４に近い近縁Ｌ１と、投光部２の照射距離の長い、すなわち、本体部４から遠い遠縁Ｌ２とにより囲まれた範囲を監視領域として設定している。
【００２７】
次に、受光視野範囲Ａ３の拡がり角度と方向を設定する。受光視野範囲Ａ３の拡がり角度は、受光レンズ３ａの焦点距離を調整することにより決定される。受光視野範囲Ａ３の方向は、受光軸Ｃ３の向きを調整することにより決定される。また、受光視野範囲Ａ３の拡がり角度と方向は、近縁Ｌ１と遠縁Ｌ２により設定される監視領域内の対象物Ｘを検知できるように設定される。このとき、受光素子３ｂの出力、すなわち、受光部３の受光感度をモニターしながら設定される。
【００２８】
例えば、まず遠縁Ｌ２近傍の対象物Ｘを検知できるように、受光視野範囲Ａ３の拡がり角度と方向が調整され、受光部３からの受光信号が閾値α（第一閾値）を越えるように設定される。閾値αは、対象物Ｘを検知できる下限値に設定されることが好ましい。次に、受光視野範囲Ａ３の拡がり角度と方向を徐々に調整し、近縁Ｌ１近傍の対象物Ｘを検知できるように、かつ、対象物Ｘと本体部４との間に死角領域５を形成するように設定する。このときも、受光部３からの受光信号が閾値αを越えるように設定される。また、近縁Ｌ１と遠縁Ｌ２との間における監視領域の受光信号が閾値β（第二閾値）を越えないように、受光視野範囲Ａ３の拡がり角度と方向を調整するとよい。閾値βは、受光素子３ｂの受光量が飽和しない値に設定される。閾値βを設定することにより、監視領域内における対象物Ｘの距離の濃淡を適切に検知して出力することができる。
【００２９】
本発明においては、図２（Ａ）に示すように、できるだけ死角領域５を大きくすることが好ましい。死角領域５を大きくすることで、近縁Ｌ１〜本体部４の間における対象物Ｘからの反射光を受光し難くすることができる。図２（Ａ）では、照射範囲Ａ２と受光視野範囲Ａ３の交点Ｐが監視領域内に設定されている。これは、受光視野範囲Ａ３は、受光視野範囲Ａ３外の領域における対象物Ｘの反射光も受光可能であるためである。すなわち、監視領域が受光視野範囲Ａ３から外れていたとしても、外れた部分の受光感度が閾値αを越えていれば対象物Ｘの検知が可能である。
【００３０】
図２（Ｂ）は、近縁Ｌ１上に交点Ｐを設定した場合である。この場合、監視領域の受光感度を上げることができるが、死角領域５が図２（Ａ）の場合よりも狭いため、近縁Ｌ１〜本体部４の間における対象物Ｘからの反射光を受光し易くなっている。さらに、図２（Ｃ）に示すように、監視領域全体において、照射範囲Ａ２と受光視野範囲Ａ３とが完全に重なるように交点Ｐを設定してもよい。この場合、監視領域の受光感度をより上げることができるが、死角領域５が図２（Ｂ）の場合よりもさらに狭いため、近縁Ｌ１〜本体部４の間における対象物Ｘからの反射光を受光し易くなっている。この交点Ｐの位置は、投光部２及び受光部３の構成やレーザ距離測定装置１の用途等に応じて変更されるものであるが、いずれにせよ、近縁Ｌ１及び遠縁Ｌ２の受光信号が閾値αを越え、監視領域内の受光信号が閾値βを越えないように設定すればよい。
【００３１】
次に、投光部２及び受光部３の光学系の変形例について、図３を参照しつつ説明する。ここで、図３は、本発明のレーザ距離測定装置における他の実施形態を示し、（Ａ）は第二実施形態、（Ｂ）は第三実施形態を示している。なお、各図において、投光部２及び受光部３の光学系のみを図示している。
【００３２】
図３（Ａ）に示す光学系は、投光部２と受光部３とが対峙して配置されており、投光部２と受光部３との間に多面体から構成されるポリゴンミラー３１が配置されている。ポリゴンミラー３１は、照射面３１ａと受光面３１ｂとを有する。照射面３１ａは、投光部２からのレーザ光を反射して対象物Ｘ側にレーザ光を照射する。受光面３１ｂは、対象物Ｘからの反射光を受光部３が受光できるように反射する。例えば、ポリゴンミラー３１の断面が正方形の場合であって、照射面３１ａ及び受光面３１ｂの略中央部で反射させるように設定した場合に、ポリゴンミラー３１の一辺の長さをａとすれば、投光軸Ｃ２と受光軸Ｃ３の距離Ｄは、Ｄ＝０．５（√２）ａとして求めることができる。この距離Ｄを調整する場合には、投光部２又は受光部３の位置を平行移動又は回転移動させてレーザ光又は反射光の入射ポイントをずらしたり、ポリゴンミラー３１の大きさを調整したりすればよい。このように、ポリゴンミラー３１を使用した光学系の場合、照射面３１ａと受光面３１ｂの角度が常に一定であるため、ポリゴンミラー３１を回転させても投光軸Ｃ２と受光軸Ｃ３の位置関係を維持することができ、レーザ光を走査させる場合に適している。
【００３３】
図３（Ｂ）に示す光学系は、投光部２と受光部３とが対峙して配置されており、投光部２と受光部３との間にレーザ光を反射する照射ミラー３２と対象物Ｘからの反射光を反射する受光ミラー３３とが配置されている。照射ミラー３２は、投光部２からのレーザ光を反射して対象物Ｘ側にレーザ光を照射する。受光ミラー３３は、対象物Ｘからの反射光を受光部３が受光できるように反射する。この光学系では、照射ミラー３２と受光ミラー３３とを個別に調整することができるため、照射範囲Ａ２及び受光視野範囲Ａ３の調整が容易である。例えば、投光軸Ｃ２と受光軸Ｃ３の距離を調整したい場合には、照射ミラー３２と受光ミラー３３の間隔を調整すればよい。
【００３４】
なお、本発明のレーザ距離測定装置１において使用される光学系は、図３（Ａ）及び（Ｂ）に図示したものに限定されるものではなく、ハーフミラーやビームスプリッタ等を適宜使用して種々の光学系を使用しうることはいうまでもない。
【００３５】
次に、本発明のレーザ距離測定装置の感度調整方法の作用について、図４及び図５を参照しつつ説明する。ここで、図４は、受光視野範囲Ａ３に入る反射光の割合を示したグラフであり、図５は、本発明のレーザ距離測定装置の受光感度を示したグラフである。
【００３６】
本発明のレーザ距離測定装置１を使用して、図１に示す死角領域５の範囲を変動させ、受光視野範囲Ａ３に入る対象物Ｘからの反射光の割合を図示したものが図４のグラフである。具体的には、照射範囲Ａ２と受光視野範囲Ａ３の交点Ｐの位置を１０ｍ〜４０ｍの範囲で変動させた結果である。横軸は、交点Ｐの本体部４からの距離（ｍ）を示し、縦軸は、対象物Ｘからの反射光が含まれる割合（％）を示している。
【００３７】
図４において、グラフＦ１は交点Ｐの本体部４からの距離が１０ｍの場合、グラフＦ２は交点Ｐの本体部４からの距離が１５ｍの場合、グラフＦ３は交点Ｐの本体部４からの距離が２０ｍの場合、グラフＦ４は交点Ｐの本体部４からの距離が３０ｍの場合、グラフＦ５は交点Ｐの本体部４からの距離が４０ｍの場合を示している。図４に示すように、交点Ｐの本体部４からの距離を本体部４に近づけると、交点Ｐの位置までは、受光視野範囲Ａ３に入る反射光の割合が距離の二乗に反比例するように増加していくが、交点Ｐを過ぎると受光視野範囲Ａ３に入る反射光の割合が徐々に減少していくことが分かる。また、交点Ｐよりも本体部４に近い領域でも一定の反射光が受光されていることも分かる。
【００３８】
本発明のレーザ距離測定装置１を使用して感度調整を行った結果を図示したものが図５のグラフである。横軸は、本体部４からの距離（ｍ）を示し、縦軸は、受光信号（Ｖ）を示している。ここで、本発明のレーザ距離測定装置１の受光信号を実線で表示し、従来のレーザ距離測定装置の受光信号を破線で表示している。なお、各レーザ距離測定装置において、レーザダイオード、投光レンズ、受光レンズ及び受光素子には、全く同じものを使用している。
【００３９】
図５に示すように、従来のレーザ距離測定装置の受光感度を調整する場合、監視領域の遠縁Ｌ２における受光信号が閾値αを越えていなければならない。そして、遠縁Ｌ２〜本体部４までの受光感度は、必然的に距離の二乗に反比例して上昇し、ある地点で閾値βを越え、いずれ飽和に達する。図５に示す例では、本体部４からの距離が２０ｍの付近で閾値βを越え、近縁Ｌ１（距離１０ｍ）の付近で受光信号が飽和に達していることがわかる。一方、本発明のレーザ距離測定装置１では、照射範囲Ａ２と受光視野範囲Ａ３の交点Ｐの位置を１４ｍ付近に設定すると、近縁Ｌ１及び遠縁Ｌ２の付近の受光信号が閾値αを越え、監視領域内の受光信号が閾値βを越えないように感度を調整することができた。なお、ここでは、閾値αを約１．０Ｖ、閾値βを約２．７Ｖに設定したが、かかる数値に限定されるものではない。
【００４０】
最後に、本発明のレーザ距離測定装置１を三次元レーザレーダに適用した場合について、図６を参照しつつ説明する。ここで、図６は、本発明のレーザ距離測定装置１を適用した三次元レーザレーダの概念図である。
【００４１】
図６に示す三次元レーザレーダ６１は、図１等に示したレーザ距離測定装置１に、レーザ光を走査（スキャン）させる主走査モータ６２及び副走査モータ６３を付加した装置である。光学系には、例えば、図３（Ａ）に示したようなポリゴンミラー３１を使用したものを採用することが好ましい。主走査モータ６２は、レーザ光をＸ方向に走査させるモータである。具体的には、ポリゴンミラー３１を照射面３１ａと受光面３１ｂの並びの方向に回転又は回動させる。副走査モータ６３は、レーザ光をＹ方向に走査させるモータである。具体的には、主走査モータ６２の走査方向と垂直な方向にポリゴンミラー３１又は本体部４を揺動させる。
【００４２】
かかる三次元レーザレーダ６１は、図６に示すように、例えば、監視領域６４を俯瞰できる高所に設置される。そして、主走査モータ６２及び副走査モータ６３を駆動させることにより、レーザ光を走査させて監視領域６４を一定の間隔でスキャンすることができる。本発明のレーザ距離測定装置１を三次元レーザレーダ６１に適用することにより、図６に示すような三次元的な死角領域６５を形成することができる。三次元レーザレーダ６１のスキャンごとに照射範囲Ａ２と受光視野範囲Ａ３の交点Ｐをプロットすると仮想球面６５ａを描くことができ、この仮想球面６５ａから三次元レーザレーダ６１までの間の空間が死角領域６５として設定される。なお、監視領域６４は、例えば、踏み切り、交差点、工場内、その他種々の施設内等である。
【００４３】
本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のレーザ距離測定装置を示す図である。
【図２】本発明のレーザ距離測定装置の感度調整方法を示す図であり、（Ａ）〜（Ｃ）は死角領域の大きさを三段階に分けて表示したものである。
【図３】本発明のレーザ距離測定装置における他の実施形態を示し、（Ａ）は第二実施形態、（Ｂ）は第三実施形態を示している。
【図４】受光視野範囲に入る反射光の割合を示したグラフである。
【図５】本発明のレーザ距離測定装置の受光感度を示したグラフである。
【図６】本発明のレーザ距離測定装置を適用した三次元レーザレーダの概念図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ レーザ距離測定装置
２ 投光部
２ａ レーザダイオード
２ｂ 投光レンズ
３ 受光部
３ａ 受光レンズ
３ｂ 受光素子
４ 本体部
４ａ 透過窓
５，６５ 死角領域
６ 制御部
６ａ 時間計測部
６ｂ 信号処理部
６ｃ 演算部
３１ ポリゴンミラー
３１ａ 照射面
３１ｂ 受光面
３２ 照射ミラー
３３ 受光ミラー
６１ 三次元レーザレーダ
６２ 主走査モータ
６３ 副走査モータ
６４ 監視領域
６５ａ 仮想球面
Ａ２ 照射範囲
Ａ３ 受光視野範囲
Ｃ２ 投光軸
Ｃ３ 受光軸
Ｘ 対象物
Ｐ 交点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の照射方向と同一方向にある対象物からの反射光を受光して距離を測定するレーザ距離測定装置の感度調整方法及びレーザ距離測定装置に関し、特に、遠距離の感度を維持しつつ近距離の感度を低下させることができるレーザ距離測定装置の感度調整方法及びレーザ距離測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を利用したレーザ距離測定装置は、既に種々のタイプのものが開発・実用化されており、例えば、特許文献１，特許文献２等に記載されたものが提案されている。特許文献１に記載されたレーザ距離測定装置は、多面体ミラー（ポリゴンミラー）と、多面体ミラーを一定速度で回転駆動する主走査モータと、この主走査モータに対してその回転軸を直交するように設けてポリゴンミラーの回転軸を所定の角度範囲内で傾動させてポリゴンミラーの回転面を所定速度で揺動させる副走査モータと、を備えた光学系を有している。レーザ光源から射出されたレーザパルス光は、ハーフミラーを介してポリゴンミラーに投射される。このレーザパルス光は、ポリゴンミラーの回転に応じてレーザ光源から射出されると共に、副走査モータによって所定速度でポリゴンミラーのミラー面が揺動されて所定の測定範囲に照射される。そして、レーザ光の照射範囲内に存在する対象物からの反射光をポリゴンミラーによって集光レンズに導き、集光された反射光を受光素子が受光する。
【０００３】
かかる特許文献１に記載されたレーザ距離測定装置では、多面体ミラーの一面のみを照射面と受光面に使用している。したがって、照射光と反射光の光軸は一致しており、集光される反射光は照射光の対象物からの正反射光となっている。すなわち、照射光が照射される範囲に含まれる全ての対象物の反射光が集光され受光素子により検出される。
【０００４】
特許文献２に記載されたレーザ距離測定装置は、基本的な構成は特許文献１に記載されたものと同じであるが、反射光の受光面として、ポリゴンミラーの照射面とは異なる面を使用している。このように照射光と反射光の光軸をずらすことによってレーザ距離測定装置の照射窓（ガラス窓）からの反射光（ノイズ）を受光しないようにしている。
【特許文献１】特開２００５−２１４７１８号公報
【特許文献２】特開２００５−６９９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されたレーザ距離測定装置のように、照射光と反射光の光軸が一致している場合には、照射光の照射範囲に存在する対象物の全ての反射光を受光してしまう。また、レーザ光の受光感度は、照射距離の二乗に反比例し、照射距離が近いほど受光感度が高く、照射距離が遠いほど受光感度が低いという性質がある。レーザ距離測定装置を装置から離れた所定の領域（例えば、踏切、交差点等）の障害物検知装置として使用する場合には、監視領域外の照射距離の近い範囲において受光感度が高いという問題がある。その結果、監視領域外の水蒸気や粉塵・砂塵等までも検知してしまい、これらのノイズを除去しなければならない。その対策として、例えば、レーザ出力を低下させる、受光感度を下げる、減光フィルタを使用する等が考えられるが、照射距離の近い範囲のノイズを検知しないようにすると、必然的に照射距離の遠い範囲の対象物の検知能力も低下してしまい、監視領域の障害物を適切に検知できなくなってしまうことになる。
【０００６】
また、特許文献２に記載されたレーザ距離測定装置のように、照射光と反射光の光軸をずらすことによって照射範囲と受光視野範囲とを区別して考えることができる。そして、特許文献２では照射窓からのノイズを低減することを目的として、照射面から照射窓までの至近距離のみを照射範囲と受光視野範囲とが重ならないようにしている。しかしながら、照射窓から対象物の間における照射距離の近い範囲においては特許文献１と同じ問題が生じている。
【０００７】
本発明は上述した問題点に鑑み創案されたものであり、照射距離の遠い範囲の感度を維持しつつ照射距離の近い範囲の感度を低下させることができるレーザ距離測定装置の感度調整方法及びレーザ距離測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、レーザ光の照射方向と同一方向にある対象物からの反射光を受光して距離を測定するレーザ距離測定装置の感度調整方法において、前記レーザ光を前記対象物に照射する時の投光軸と前記対象物の反射光を受光する時の受光軸とをずらし、前記レーザ光の照射範囲と前記反射光の受光視野範囲とが重ならない死角領域を前記対象物と前記レーザ距離測定装置との間に形成する、ことを特徴とするレーザ距離測定装置の感度調整方法が提供される。
【０００９】
また、前記死角領域の大きさは、前記投光軸と前記受光軸の距離、前記投光軸と前記受光軸の角度、前記照射範囲若しくは前記受光視野範囲の拡がり又はこれらの組み合わせのいずれかにより調整するようにしてもよい。
【００１０】
また、前記対象物は、前記レーザ距離測定装置に近い近縁と前記レーザ距離測定装置から遠い遠縁とを有する監視領域内に存在する対象物であって、前記近縁及び前記遠縁における前記対象物の受光信号が第一閾値を越えるように前記死角領域を形成するようにしてもよい。さらに、前記近縁と前記遠縁との間における前記対象物の受光信号が第二閾値を越えないように前記死角領域を形成するようにしてもよい。
【００１１】
また、本発明によれば、レーザ光の照射方向と同一方向にある対象物からの反射光を受光して距離を測定するレーザ距離測定装置において、前記レーザ光を前記対象物に照射する投光部と、前記対象物の反射光のうち照射経路を通らない反射光を受光する受光部と、前記投光部及び前記受光部を支持する本体部と、を有し、前記投光部及び前記受光部は、前記投光部の照射範囲と前記受光部の受光視野範囲とが重ならない死角領域を前記対象物と前記本体部との間に形成するように光学調整されている、ことを特徴とするレーザ距離測定装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
上述した本発明のレーザ距離測定装置の感度調整方法によれば、投光軸と受光軸をずらしたことにより死角領域を形成することが可能となり、対象物とレーザ距離測定装置との間に死角領域を形成することによって、照射距離の近い範囲の感度を低下させることができる。したがって、照射距離が近いほど受光感度が高く、照射距離が遠いほど受光感度が低いというレーザ光の性質に反して、照射距離の遠い範囲の感度を維持しつつ照射距離の近い範囲の感度を低下させることができ、水蒸気や粉塵・砂塵等の検知によるノイズを低減することができる。
【００１３】
また、死角領域の大きさは、前記投光軸と前記受光軸の距離、前記投光軸と前記受光軸の角度、前記照射範囲若しくは前記受光視野範囲の拡がり又はこれらの組み合わせのいずれかにより任意に調整することができ、レーザ距離測定装置の使用条件等に適するように調整することができる。
【００１４】
また、近縁及び遠縁の受光信号が第一閾値を越えるように死角領域を形成することにより、対象物を検知したい領域を確実に監視することができ、近縁と遠縁との間における受光信号が第二閾値を越えないように死角領域を形成することにより、受光信号を飽和させることなく対象物の距離を測定することができる。
【００１５】
また、上述した本発明のレーザ距離測定装置によれば、受光部を対象物の反射光のうち照射経路を通らない反射光を受光するように配置したことにより死角領域を形成することが可能となり、対象物と本体部との間に死角領域を形成することによって、照射距離の近い範囲の感度を低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図１〜図６を用いて説明する。ここで、図１は、本発明のレーザ距離測定装置を示す図である。また、図２は、本発明のレーザ距離測定装置の感度調整方法を示す図であり、（Ａ）〜（Ｃ）は死角領域の大きさを三段階に分けて表示したものである。
【００１７】
図１に示すように、本発明のレーザ距離測定装置１は、レーザ光の照射方向と同一方向にある対象物Ｘからの反射光を受光して距離を測定するレーザ距離測定装置であり、レーザ光を対象物Ｘに照射する投光部２と、対象物Ｘの反射光のうち照射経路を通らない反射光を受光する受光部３と、投光部２及び受光部３を支持する本体部４と、を有し、投光部２及び受光部３は、投光部２の照射範囲Ａ２と受光部３の受光視野範囲Ａ３とが重ならない死角領域５を対象物Ｘと本体部４との間に形成するように光学調整されている。
【００１８】
前記投光部２は、対象物Ｘに対してレーザ光を発光して照射する部品である。図１に示すように、投光部２は、例えば、光源となるレーザダイオード２ａと、レーザ光をコリメートする投光レンズ２ｂと、を有する。また、後述するように、投光部２に照射ミラー等を使用して種々の光学系を構成するようにしてもよい。なお、光源は、レーザ光を発光できるものであればよく、レーザダイオード２ａに限定されるものではない。
【００１９】
投光部２の照射範囲Ａ２は、光源の種類及びレーザ光径によって定まる拡がり角度、投光レンズ２ｂの焦点距離及び投光軸Ｃ２の向きにより設定される。レーザ光は指向性に優れているが、照射距離が延びるに連れて若干の拡がりを見せる。図１では、レーザダイオード２ａが発光したレーザ光を略正面に照射するように投光軸Ｃ２を設定しているが、投光部２全体、レーザダイオード２ａ又は投光レンズ２ｂの向きを変えて、投光軸Ｃ２の向きを変更するようにしてもよい。また、照射範囲Ａ２は、投光レンズ２ｂの種類・大きさ・曲率等を変更することにより調整することもできる。
【００２０】
前記受光部３は、対象物Ｘに照射されたレーザ光の反射光を受光する部品である。レーザ距離測定装置において、投光部２と受光部２は一体に形成されており、投光軸Ｃ２と受光軸Ｃ３とが一致するように構成されているものが一般的であるが、本発明では投光部２と受光部３とを分離している。これは、投光軸Ｃ２と受光軸Ｃ３をずらして死角領域５を形成するためである。受光部３は、図１に示すように、例えば、反射光を集光する受光レンズ３ａと、集光された反射光を受光して電圧に変換する受光素子３ｂと、を有する。また、後述するように、受光部３に受光ミラー等を使用して種々の構成の光学系を構成するようにしてもよい。なお、受光素子３ｂには、フォトダイオード等が使用される。
【００２１】
受光部３の受光視野範囲Ａ３は、受光素子３ｂの種類及び径、受光レンズ３ａの焦点距離及び受光軸Ｃ３の向きにより設定される。一般に、受光視野範囲Ａ３の拡がり角度は照射範囲Ａ２の拡がり角度よりも大きい。図１では、受光部３全体の向きを変えて受光軸Ｃ３を設定しているが、受光レンズ３ａ又は受光素子３ｂの向きを変えて、受光軸Ｃ３の向きを変更するようにしてもよい。また、受光視野範囲Ａ３は、受光レンズ３ａの種類・大きさ・曲率等を変更することにより調整することもできる。
【００２２】
前記本体部４は、投光部２及び受光部３を支持する筐体であり、前面に透過窓４ａを備えている。透過窓４ａは、例えば、ガラス窓である。また、本体部４は、隣接又は離隔して配置される制御部６が接続されている。制御部６は、図１に示すように、例えば、投光部２に接続された時間計測部６ａと、受光部３に接続された信号処理部６ｂと、投光部２、受光部３、時間計測部６ａ及び信号処理部６ｂに接続された演算部６ｃと、により構成される。時間計測部６ａは、レーザダイオード２ａのパルス発光の時間及びタイミングを計測し、演算部６ｃにデータを送信する。信号処理部６ｂは、受光素子３ｂからの信号に増幅・圧縮・デコード等の処理を施して、演算部６ｃにデータを送信する。演算部６ｃは、時間計測部６ａ及び信号処理部６ｂからの信号に加え、投光部２から照射範囲Ａ２や投光軸Ｃ２に関するデータを受信し、受光部３から受光視野範囲Ａ３や受光軸Ｃ３に関するデータを受信する。そして、演算部６ｃは、これらの受信したデータから、対象物Ｘの距離を算出し、ディスプレイやプリンタ等の出力機器に出力する。このとき、受光視野範囲全体又は一部の領域に含まれる反射光の受光信号に基づいて二次元画像又は三次元画像として出力するようにしてもよい。
【００２３】
前記死角領域５は、図１において斜線で示すように、投光部２の照射範囲Ａ２と受光部３の受光視野範囲Ａ３とが重ならない領域であり、本体部４、照射範囲Ａ２及び受光視野範囲Ａ３の外縁により囲まれた三角形の領域である。受光視野範囲Ａ３外の領域は、対象物Ｘの反射光を受光し難いという意味において、全て死角領域ということもできるが、本発明において、上述した斜線領域を死角領域５と定義する。要は、照射範囲Ａ２と受光視野範囲Ａ３とが重なり始める交点Ｐが、対象物Ｘと本体部４との間に配置されるように、照射範囲Ａ２及び受光視野範囲Ａ３が設定されていればよい。そのように照射範囲Ａ２及び受光視野範囲Ａ３を設定することにより、レーザダイオード２ａの照射距離の近い範囲の感度を低下させることができる。したがって、照射距離が近いほど受光感度が高く、照射距離が遠いほど受光感度が低いというレーザ光の性質に反して、照射距離の遠い範囲の感度を維持しつつ照射距離の近い範囲の感度を低下させることができ、水蒸気や粉塵・砂塵等の検知によるノイズを低減することができる。なお、図１では、投光軸Ｃ２と受光軸Ｃ３を交差させて死角領域５を形成しているが、投光軸Ｃ２と受光軸Ｃ３を平行に設定した状態で照射範囲Ｃ２及び受光視野範囲Ｃ３の拡がり角度のみを調整して死角領域５を形成するようにしてもよい。
【００２４】
次に、本発明のレーザ距離測定装置の感度調整方法について説明する。本発明のレーザ距離測定装置の感度調整方法は、図１に示すように、レーザ光を対象物Ｘに照射する時の投光軸Ｃ２と対象物Ｘの反射光を受光する時の受光軸Ｃ３とをずらし、レーザ光の照射範囲Ａ２と反射光の受光視野範囲Ａ３とが重ならない死角領域５を対象物Ｘとレーザ距離測定装置１（具体的には、本体部４）との間に形成することを特徴とする。
【００２５】
以下、死角領域５の設定方法について、図２を参照しつつ説明する。ただし、レーザダイオード２ａ、投光レンズ２ｂ、受光レンズ３ａ及び受光素子３ｂは、レーザ距離測定装置１の使用条件等により予め定まっているものとする。
【００２６】
まず、照射範囲Ａ２の拡がり角度と方向を設定する。照射範囲Ａ２の拡がり角度は、投光レンズ２ｂの焦点距離を調整することにより決定される。照射範囲Ａ２の方向は、投光軸Ｃ２の向きを調整することにより決定される。なお、照射範囲Ａ２は、対象物Ｘの距離を検出したい範囲（監視領域）を照射できるように拡がり角度と方向が設定される。図２では、投光部２の照射距離の短い、すなわち、本体部４に近い近縁Ｌ１と、投光部２の照射距離の長い、すなわち、本体部４から遠い遠縁Ｌ２とにより囲まれた範囲を監視領域として設定している。
【００２７】
次に、受光視野範囲Ａ３の拡がり角度と方向を設定する。受光視野範囲Ａ３の拡がり角度は、受光レンズ３ａの焦点距離を調整することにより決定される。受光視野範囲Ａ３の方向は、受光軸Ｃ３の向きを調整することにより決定される。また、受光視野範囲Ａ３の拡がり角度と方向は、近縁Ｌ１と遠縁Ｌ２により設定される監視領域内の対象物Ｘを検知できるように設定される。このとき、受光素子３ｂの出力、すなわち、受光部３の受光感度をモニターしながら設定される。
【００２８】
例えば、まず遠縁Ｌ２近傍の対象物Ｘを検知できるように、受光視野範囲Ａ３の拡がり角度と方向が調整され、受光部３からの受光信号が閾値α（第一閾値）を越えるように設定される。閾値αは、対象物Ｘを検知できる下限値に設定されることが好ましい。次に、受光視野範囲Ａ３の拡がり角度と方向を徐々に調整し、近縁Ｌ１近傍の対象物Ｘを検知できるように、かつ、対象物Ｘと本体部４との間に死角領域５を形成するように設定する。このときも、受光部３からの受光信号が閾値αを越えるように設定される。また、近縁Ｌ１と遠縁Ｌ２との間における監視領域の受光信号が閾値β（第二閾値）を越えないように、受光視野範囲Ａ３の拡がり角度と方向を調整するとよい。閾値βは、受光素子３ｂの受光量が飽和しない値に設定される。閾値βを設定することにより、監視領域内における対象物Ｘの距離の濃淡を適切に検知して出力することができる。
【００２９】
本発明においては、図２（Ａ）に示すように、できるだけ死角領域５を大きくすることが好ましい。死角領域５を大きくすることで、近縁Ｌ１〜本体部４の間における対象物Ｘからの反射光を受光し難くすることができる。図２（Ａ）では、照射範囲Ａ２と受光視野範囲Ａ３の交点Ｐが監視領域内に設定されている。これは、受光視野範囲Ａ３は、受光視野範囲Ａ３外の領域における対象物Ｘの反射光も受光可能であるためである。すなわち、監視領域が受光視野範囲Ａ３から外れていたとしても、外れた部分の受光感度が閾値αを越えていれば対象物Ｘの検知が可能である。
【００３０】
図２（Ｂ）は、近縁Ｌ１上に交点Ｐを設定した場合である。この場合、監視領域の受光感度を上げることができるが、死角領域５が図２（Ａ）の場合よりも狭いため、近縁Ｌ１〜本体部４の間における対象物Ｘからの反射光を受光し易くなっている。さらに、図２（Ｃ）に示すように、監視領域全体において、照射範囲Ａ２と受光視野範囲Ａ３とが完全に重なるように交点Ｐを設定してもよい。この場合、監視領域の受光感度をより上げることができるが、死角領域５が図２（Ｂ）の場合よりもさらに狭いため、近縁Ｌ１〜本体部４の間における対象物Ｘからの反射光を受光し易くなっている。この交点Ｐの位置は、投光部２及び受光部３の構成やレーザ距離測定装置１の用途等に応じて変更されるものであるが、いずれにせよ、近縁Ｌ１及び遠縁Ｌ２の受光信号が閾値αを越え、監視領域内の受光信号が閾値βを越えないように設定すればよい。
【００３１】
次に、投光部２及び受光部３の光学系の変形例について、図３を参照しつつ説明する。ここで、図３は、本発明のレーザ距離測定装置における他の実施形態を示し、（Ａ）は第二実施形態、（Ｂ）は第三実施形態を示している。なお、各図において、投光部２及び受光部３の光学系のみを図示している。
【００３２】
図３（Ａ）に示す光学系は、投光部２と受光部３とが対峙して配置されており、投光部２と受光部３との間に多面体から構成されるポリゴンミラー３１が配置されている。ポリゴンミラー３１は、照射面３１ａと受光面３１ｂとを有する。照射面３１ａは、投光部２からのレーザ光を反射して対象物Ｘ側にレーザ光を照射する。受光面３１ｂは、対象物Ｘからの反射光を受光部３が受光できるように反射する。例えば、ポリゴンミラー３１の断面が正方形の場合であって、照射面３１ａ及び受光面３１ｂの略中央部で反射させるように設定した場合に、ポリゴンミラー３１の一辺の長さをａとすれば、投光軸Ｃ２と受光軸Ｃ３の距離Ｄは、Ｄ＝０．５（√２）ａとして求めることができる。この距離Ｄを調整する場合には、投光部２又は受光部３の位置を平行移動又は回転移動させてレーザ光又は反射光の入射ポイントをずらしたり、ポリゴンミラー３１の大きさを調整したりすればよい。このように、ポリゴンミラー３１を使用した光学系の場合、照射面３１ａと受光面３１ｂの角度が常に一定であるため、ポリゴンミラー３１を回転させても投光軸Ｃ２と受光軸Ｃ３の位置関係を維持することができ、レーザ光を走査させる場合に適している。
【００３３】
図３（Ｂ）に示す光学系は、投光部２と受光部３とが対峙して配置されており、投光部２と受光部３との間にレーザ光を反射する照射ミラー３２と対象物Ｘからの反射光を反射する受光ミラー３３とが配置されている。照射ミラー３２は、投光部２からのレーザ光を反射して対象物Ｘ側にレーザ光を照射する。受光ミラー３３は、対象物Ｘからの反射光を受光部３が受光できるように反射する。この光学系では、照射ミラー３２と受光ミラー３３とを個別に調整することができるため、照射範囲Ａ２及び受光視野範囲Ａ３の調整が容易である。例えば、投光軸Ｃ２と受光軸Ｃ３の距離を調整したい場合には、照射ミラー３２と受光ミラー３３の間隔を調整すればよい。
【００３４】
なお、本発明のレーザ距離測定装置１において使用される光学系は、図３（Ａ）及び（Ｂ）に図示したものに限定されるものではなく、ハーフミラーやビームスプリッタ等を適宜使用して種々の光学系を使用しうることはいうまでもない。
【００３５】
次に、本発明のレーザ距離測定装置の感度調整方法の作用について、図４及び図５を参照しつつ説明する。ここで、図４は、受光視野範囲Ａ３に入る反射光の割合を示したグラフであり、図５は、本発明のレーザ距離測定装置の受光感度を示したグラフである。
【００３６】
本発明のレーザ距離測定装置１を使用して、図１に示す死角領域５の範囲を変動させ、受光視野範囲Ａ３に入る対象物Ｘからの反射光の割合を図示したものが図４のグラフである。具体的には、照射範囲Ａ２と受光視野範囲Ａ３の交点Ｐの位置を１０ｍ〜４０ｍの範囲で変動させた結果である。横軸は、交点Ｐの本体部４からの距離（ｍ）を示し、縦軸は、対象物Ｘからの反射光が含まれる割合（％）を示している。
【００３７】
図４において、グラフＦ１は交点Ｐの本体部４からの距離が１０ｍの場合、グラフＦ２は交点Ｐの本体部４からの距離が１５ｍの場合、グラフＦ３は交点Ｐの本体部４からの距離が２０ｍの場合、グラフＦ４は交点Ｐの本体部４からの距離が３０ｍの場合、グラフＦ５は交点Ｐの本体部４からの距離が４０ｍの場合を示している。図４に示すように、交点Ｐの本体部４からの距離を本体部４に近づけると、交点Ｐの位置までは、受光視野範囲Ａ３に入る反射光の割合が距離の二乗に反比例するように増加していくが、交点Ｐを過ぎると受光視野範囲Ａ３に入る反射光の割合が徐々に減少していくことが分かる。また、交点Ｐよりも本体部４に近い領域でも一定の反射光が受光されていることも分かる。
【００３８】
本発明のレーザ距離測定装置１を使用して感度調整を行った結果を図示したものが図５のグラフである。横軸は、本体部４からの距離（ｍ）を示し、縦軸は、受光信号（Ｖ）を示している。ここで、本発明のレーザ距離測定装置１の受光信号を実線で表示し、従来のレーザ距離測定装置の受光信号を破線で表示している。なお、各レーザ距離測定装置において、レーザダイオード、投光レンズ、受光レンズ及び受光素子には、全く同じものを使用している。
【００３９】
図５に示すように、従来のレーザ距離測定装置の受光感度を調整する場合、監視領域の遠縁Ｌ２における受光信号が閾値αを越えていなければならない。そして、遠縁Ｌ２〜本体部４までの受光感度は、必然的に距離の二乗に反比例して上昇し、ある地点で閾値βを越え、いずれ飽和に達する。図５に示す例では、本体部４からの距離が２０ｍの付近で閾値βを越え、近縁Ｌ１（距離１０ｍ）の付近で受光信号が飽和に達していることがわかる。一方、本発明のレーザ距離測定装置１では、照射範囲Ａ２と受光視野範囲Ａ３の交点Ｐの位置を１４ｍ付近に設定すると、近縁Ｌ１及び遠縁Ｌ２の付近の受光信号が閾値αを越え、監視領域内の受光信号が閾値βを越えないように感度を調整することができた。なお、ここでは、閾値αを約１．０Ｖ、閾値βを約２．７Ｖに設定したが、かかる数値に限定されるものではない。
【００４０】
最後に、本発明のレーザ距離測定装置１を三次元レーザレーダに適用した場合について、図６を参照しつつ説明する。ここで、図６は、本発明のレーザ距離測定装置１を適用した三次元レーザレーダの概念図である。
【００４１】
図６に示す三次元レーザレーダ６１は、図１等に示したレーザ距離測定装置１に、レーザ光を走査（スキャン）させる主走査モータ６２及び副走査モータ６３を付加した装置である。光学系には、例えば、図３（Ａ）に示したようなポリゴンミラー３１を使用したものを採用することが好ましい。主走査モータ６２は、レーザ光をＸ方向に走査させるモータである。具体的には、ポリゴンミラー３１を照射面３１ａと受光面３１ｂの並びの方向に回転又は回動させる。副走査モータ６３は、レーザ光をＹ方向に走査させるモータである。具体的には、主走査モータ６２の走査方向と垂直な方向にポリゴンミラー３１又は本体部４を揺動させる。
【００４２】
かかる三次元レーザレーダ６１は、図６に示すように、例えば、監視領域６４を俯瞰できる高所に設置される。そして、主走査モータ６２及び副走査モータ６３を駆動させることにより、レーザ光を走査させて監視領域６４を一定の間隔でスキャンすることができる。本発明のレーザ距離測定装置１を三次元レーザレーダ６１に適用することにより、図６に示すような三次元的な死角領域６５を形成することができる。三次元レーザレーダ６１のスキャンごとに照射範囲Ａ２と受光視野範囲Ａ３の交点Ｐをプロットすると仮想球面６５ａを描くことができ、この仮想球面６５ａから三次元レーザレーダ６１までの間の空間が死角領域６５として設定される。なお、監視領域６４は、例えば、踏み切り、交差点、工場内、その他種々の施設内等である。
【００４３】
本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のレーザ距離測定装置を示す図である。
【図２】本発明のレーザ距離測定装置の感度調整方法を示す図であり、（Ａ）〜（Ｃ）は死角領域の大きさを三段階に分けて表示したものである。
【図３】本発明のレーザ距離測定装置における他の実施形態を示し、（Ａ）は第二実施形態、（Ｂ）は第三実施形態を示している。
【図４】受光視野範囲に入る反射光の割合を示したグラフである。
【図５】本発明のレーザ距離測定装置の受光感度を示したグラフである。
【図６】本発明のレーザ距離測定装置を適用した三次元レーザレーダの概念図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ レーザ距離測定装置
２ 投光部
２ａ レーザダイオード
２ｂ 投光レンズ
３ 受光部
３ａ 受光レンズ
３ｂ 受光素子
４ 本体部
４ａ 透過窓
５，６５ 死角領域
６ 制御部
６ａ 時間計測部
６ｂ 信号処理部
６ｃ 演算部
３１ ポリゴンミラー
３１ａ 照射面
３１ｂ 受光面
３２ 照射ミラー
３３ 受光ミラー
６１ 三次元レーザレーダ
６２ 主走査モータ
６３ 副走査モータ
６４ 監視領域
６５ａ 仮想球面
Ａ２ 照射範囲
Ａ３ 受光視野範囲
Ｃ２ 投光軸
Ｃ３ 受光軸
Ｘ 対象物
Ｐ 交点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光の照射方向と同一方向にある対象物からの反射光を受光して距離を測定するレーザ距離測定装置の感度調整方法において、
前記レーザ光を前記対象物に照射する時の投光軸と前記対象物の反射光を受光する時の受光軸とをずらし、前記レーザ光の照射範囲と前記反射光の受光視野範囲とが重ならない死角領域を前記対象物と前記レーザ距離測定装置との間に形成する、ことを特徴とするレーザ距離測定装置の感度調整方法。
【請求項２】
前記死角領域の大きさは、前記投光軸と前記受光軸の距離、前記投光軸と前記受光軸の角度、前記照射範囲若しくは前記受光視野範囲の拡がり又はこれらの組み合わせのいずれかにより調整される、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ距離測定装置の感度調整方法。
【請求項３】
前記対象物は、前記レーザ距離測定装置に近い近縁と前記レーザ距離測定装置から遠い遠縁とを有する監視領域内に存在する対象物であって、前記近縁及び前記遠縁における前記対象物の受光信号が第一閾値を越えるように前記死角領域を形成する、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ距離測定装置の感度調整方法。
【請求項４】
前記近縁と前記遠縁との間における前記対象物の受光信号が第二閾値を越えないように前記死角領域を形成する、ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ距離測定装置の感度調整方法。
【請求項５】
レーザ光の照射方向と同一方向にある対象物からの反射光を受光して距離を測定するレーザ距離測定装置において、
前記レーザ光を前記対象物に照射する投光部と、前記対象物の反射光のうち照射経路を通らない反射光を受光する受光部と、前記投光部及び前記受光部を支持する本体部と、を有し、前記投光部及び前記受光部は、前記投光部の照射範囲と前記受光部の受光視野範囲とが重ならない死角領域を前記対象物と前記本体部との間に形成するように光学調整されている、ことを特徴とするレーザ距離測定装置。
【請求項１】
レーザ光の照射方向と同一方向にある対象物からの反射光を受光して距離を測定するレーザ距離測定装置の感度調整方法において、
前記レーザ光を前記対象物に照射する時の投光軸と前記対象物の反射光を受光する時の受光軸とをずらし、前記レーザ光の照射範囲と前記反射光の受光視野範囲とが重ならない死角領域を前記対象物と前記レーザ距離測定装置との間に形成する、ことを特徴とするレーザ距離測定装置の感度調整方法。
【請求項２】
前記死角領域の大きさは、前記投光軸と前記受光軸の距離、前記投光軸と前記受光軸の角度、前記照射範囲若しくは前記受光視野範囲の拡がり又はこれらの組み合わせのいずれかにより調整される、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ距離測定装置の感度調整方法。
【請求項３】
前記対象物は、前記レーザ距離測定装置に近い近縁と前記レーザ距離測定装置から遠い遠縁とを有する監視領域内に存在する対象物であって、前記近縁及び前記遠縁における前記対象物の受光信号が第一閾値を越えるように前記死角領域を形成する、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ距離測定装置の感度調整方法。
【請求項４】
前記近縁と前記遠縁との間における前記対象物の受光信号が第二閾値を越えないように前記死角領域を形成する、ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ距離測定装置の感度調整方法。
【請求項５】
レーザ光の照射方向と同一方向にある対象物からの反射光を受光して距離を測定するレーザ距離測定装置において、
前記レーザ光を前記対象物に照射する投光部と、前記対象物の反射光のうち照射経路を通らない反射光を受光する受光部と、前記投光部及び前記受光部を支持する本体部と、を有し、前記投光部及び前記受光部は、前記投光部の照射範囲と前記受光部の受光視野範囲とが重ならない死角領域を前記対象物と前記本体部との間に形成するように光学調整されている、ことを特徴とするレーザ距離測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−４７４３３（Ｐ２００９−４７４３３Ａ）
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１０８６１（Ｐ２００７−２１０８６１）
【出願日】平成１９年８月１３日（２００７．８．１３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月１３日（２００７．８．１３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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