JP2013160717A

JP2013160717A - レーザ測距装置

Info

Publication number: JP2013160717A
Application number: JP2012025265A
Authority: JP
Inventors: Hisao Sone; 久雄曽根
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2012-02-08
Publication date: 2013-08-19

Abstract

【課題】計測対象物を目標として正確に捉えて距離を測定可能とするレーザ測距装置を得ること。
【解決手段】レーザ発振器１からのレーザ光のうち、第１直線偏光を透過させ、送出レーザ光４とする偏光子３と、反射レーザ光７のうち、第１直線偏光である第１受信レーザ光を検出し、第１受信輝度情報１６を出力する第１レーザ受信器１１と、反射レーザ光７のうち、第１直線偏光に対し振動方向が垂直な第２直線偏光である第２受信レーザ光を検出し、第２受信輝度情報１７を出力する第２レーザ受信器１４と、発振情報１５と、第１受信輝度情報１６とに応じて、計測対象物５までの距離を算出し、距離情報１９として出力する距離演算器１８と、第１受信輝度情報１６及び第２受信輝度情報１７を基に、送出レーザ光４に対する反射レーザ光７の偏光解消度を算出し、偏光解消度情報２１として出力する偏光解消度算出器２０と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光を用いて距離を計測するレーザ測距装置に関する。

レーザ測距装置は、レーザ発振器として例えば半導体レーザが使用されるようになっている。レーザ測距装置は、測量等のために使用されている。

特許第１５０９７１０号明細書

レーザ測距装置は、地上での測量のみならず、上空からの測量等にも使用されている。例えば、橋やビル等の建造物を上空から測量する場合に、建造物に近接する樹木等が存在していたとする。この場合に、レーザ測距装置は、計測対象物である建造物を計測としているか、あるいは計測対象物ではない樹木等を誤って計測しているかが、不確かとなる場合がある。この場合、意図する計測対象物に対してレーザ光が入射しているか否かを判断することが困難である。レーザ測距装置は、計測対象物の近くに計測対象外の物体が存在する場合に、計測対象物を目標として正確に捉えて距離を測定することが望まれている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、計測対象物を目標として正確に捉えて距離を測定可能とするレーザ測距装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、レーザ光を発振し、前記レーザ光の発振に応じた発振情報を出力するレーザ発振器と、前記レーザ発振器からの前記レーザ光のうち、第１直線偏光を透過させ、計測対象物へ送出する送出レーザ光とする偏光子と、前記計測対象物での反射を経た前記送出レーザ光である反射レーザ光のうち、前記第１直線偏光である第１受信レーザ光を検出し、検出した前記第１受信レーザ光の輝度に関するデータを含む第１受信輝度情報を出力する第１レーザ受信器と、前記反射レーザ光のうち、前記第１直線偏光に対し振動方向が垂直な第２直線偏光である第２受信レーザ光を検出し、検出した前記第２受信レーザ光の輝度に関するデータを含む第２受信輝度情報を出力する第２レーザ受信器と、前記レーザ発振器からの前記発振情報と、前記第１レーザ受信器からの前記第１受信輝度情報とに応じて、前記計測対象物までの距離を算出し、距離情報として出力する距離演算器と、前記第１受信輝度情報及び前記第２受信輝度情報を基に、前記送出レーザ光に対する前記反射レーザ光の偏光解消度を算出し、偏光解消度情報として出力する偏光解消度算出器と、を有することを特徴とする。

物体における光の反射特性は、物体の表面特性に依存する。本発明によれば、レーザ測距装置は、送出レーザ光を反射した物体の特性の違いを、偏光解消度情報の違いによって提示可能とする。例えば、計測対象物が橋やビル等の人工物であって、計測対象外の物体が樹木等の自然物であるとき、レーザ測距装置を使用する作業者は、偏光解消度情報の違いから、人工物を目標としたときの距離情報を把握する。これにより、計測対象物を目標として正確に捉えて距離を測定することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかるレーザ測距装置の概略構成を示すブロック図である。

以下に、本発明にかかるレーザ測距装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかるレーザ測距装置の概略構成を示すブロック図である。レーザ測距装置１００は、パルスレーザを用いて、計測対象物５までの距離を測定する。

レーザ発振器１は、短いパルス幅のレーザ光を発振する。レーザ発振器１は、例えば半導体レーザを備える。レーザ発振器１は、レーザ光の発振に応じて、レーザ光の発振と同時に発振情報１５を出力する。レンズ２は、レーザ発振器１からのレーザ光を、拡がりが少なく細いビーム状に整形する。

偏光子３は、レンズ２からのレーザ光のうち、第１直線偏光である例えば水平偏光成分のみを透過させる。偏光子３を透過した水平偏光成分を、計測対象物５へ送出する送出レーザ光４とする。送出レーザ光４は、レーザ測距装置１００の筐体２３に設けられた光学窓２４を透過することにより、レーザ測距装置１００の外へ射出する。

計測対象物５での反射を経た送出レーザ光４である反射レーザ光７は、レーザ測距装置１００に向けて進行し、光学窓２４を透過することにより、レーザ測距装置１００の中へ進入する。ハーフミラー８は、光学窓２４からの反射レーザ光７の半分を透過させ、半分を反射することで、反射レーザ光７を二等分する。

偏光子９は、ハーフミラー８を透過した反射レーザ光７のうち、第１直線偏光である水平偏光成分のみを透過させる。偏光子１２は、ハーフミラー８を反射した反射レーザ光７のうち、垂直偏光成分のみを透過させる。垂直偏光成分は、第１直線偏光に対し振動方向が垂直な第２直線偏光である。偏光子９および１２は、反射レーザ光７を水平偏光成分と垂直偏光成分とに分離する。

反射レーザ光７のうち偏光子９を透過した水平偏光成分は、第１受信レーザ光とする。レンズ１０は、偏光子９からの第１受信レーザ光を、第１レーザ受信器１１へ集光させる。第１レーザ受信器１１は、第１受信レーザ光を検出する。

第１レーザ受信器１１は、第１受信レーザ光の検出と同時に、第１受信輝度情報１６を出力する。第１受信輝度情報１６は、第１レーザ受信器１１が検出した第１受信レーザ光の輝度に関するデータを含む。

反射レーザ光７のうち偏光子１２を透過した垂直偏光成分は、第２受信レーザ光とする。レンズ１３は、偏光子１２からの第２受信レーザ光を、第２レーザ受信器１４へ集光させる。第２レーザ受信器１４は、第２受信レーザ光を検出する。

第２レーザ受信器１４は、第２受信レーザ光の検出と同時に、第２受信輝度情報１７を出力する。第２受信輝度情報１７は、第２レーザ受信器１４が検出した第２受信レーザ光の輝度に関するデータを含む。

距離演算器１８は、レーザ発振器１からの発振情報１５と、第１レーザ受信器１１からの第１受信輝度情報１６とを基に、計測対象物５までの距離を算出する。距離演算器１８は、演算結果である距離情報１９を出力する。

偏光解消度算出器２０は、第１受信輝度情報１６および第２受信輝度情報１７を基に、送出レーザ光４に対する反射レーザ光７の偏光解消度を算出する。偏光解消度算出器２０は、算出結果である偏光解消度情報２１を出力する。表示器２２は、距離演算器１８から入力された距離情報１９と、偏光解消度算出器２０から入力された偏光解消度情報２１とを表示する。表示器２２は、例えば、筐体２３に設けられている。

次に、レーザ測距装置１００による距離の測定の手法について説明する。ここでは、計測対象物５が、計測対象外の物体６の前方に存在する場合を例とする。計測対象物５は、例えば人工物である車両とする。物体６は、例えば自然物である樹木からなる生垣とする。

距離演算器１８は、レーザ発振器１がレーザ発振と同時に出力した発振情報１５と、第１レーザ受信器１１が第１受信レーザ光の検出と同時に出力した第１受信輝度情報１６とを受け取る。距離演算器１８は、発振情報１５を受けてから第１受信輝度情報１６を受けるまでの時間差Δｔを検出する。

距離演算器１８は、レーザ光について既知の伝播速度Ｃと時間差Δｔを掛け合わせることで、レーザ光の往復の伝播距離を求める。距離演算器１８は、伝播距離を半分にすることで、レーザ測距装置１００から送出レーザ光４が到達した位置までの距離（Δｔ×Ｃ／２）を算出する。

偏光解消度算出器２０は、第１レーザ受信器１１が第１受信レーザ光の検出と同時に出力した第１受信輝度情報１６と、第２レーザ受信器１４が第２受信レーザ光の検出と同時に出力した第２受信輝度情報１７とを受け取る。偏光解消度算出器２０は、第１受信レーザ光の輝度Ｌ１と、第２受信レーザ光の輝度Ｌ２との比（Ｌ２／Ｌ１）を、偏光解消度として算出する。輝度Ｌ１のデータは、第１受信輝度情報１６に含まれている。輝度Ｌ２のデータは、第２受信輝度情報１７に含まれている。Ｌ２／Ｌ１は、反射レーザ光７に含まれる水平偏光に対する垂直偏光の割合を表す。

偏光解消度は、レーザ光の偏光特性が、反射によりどの程度解消されているかを表す。この例では、偏光解消度算出器２０は、送出レーザ光４とした水平偏光が、反射レーザ光７において垂直偏光へ変換された割合を、偏光解消度として算出する。表示器２２は、距離演算器１８が算出した距離（Δｔ×Ｃ／２）と、偏光解消度算出器２０が算出した偏光解消度（Ｌ２／Ｌ１）とを表示する。

レーザ光の反射特性は、反射面の表面特性に依存する。レーザ光が反射する際、反射面が滑らかであるほど、入射時の偏光特性が保持される特性がある。自然体である植物、岩、地面等は、表面に塗装や加工仕上げが施されている人工物の多くと比較して、入射時の偏光特性を大きく変化させる傾向にある。人工物である計測対象物５での反射による偏光解消度は、自然物である物体６での反射による偏光解消度に比べ、低い値となる。

物体６の距離を取得したときの偏光解消度は、計測対象物５の距離を取得したときの偏光解消度に比べ、明らかに大きい値となる。レーザ測距装置１００を使用する作業者は、計測された距離とともに偏光解消度を確認することで、意図しない物体６についての計測結果を、意図する計測対象物５についての計測結果とする誤認を回避することが可能となる。これにより、計測対象物５を目標として正確に捉えて距離を測定することができるという効果を奏する。

例えば、地面や崖等の自然物を計測対象物５とし、車両等の人工物を計測対象外の物体６とした場合は、自然物である計測対象物５での反射による偏光解消度は、人工物である物体６での反射による偏光解消度に比べ、高い値となる。この場合も、レーザ測距装置１００は、距離とともに偏光解消度を提示することで、物体６についての計測結果を、計測対象物５についての計測結果とする誤認を回避することができる。

以上のように、本発明にかかるレーザ測距装置は、例えば、樹木等を背景としている橋、ビル、車両を計測対象物とする計測や、土木工事等に際し、車両等が障害物となっている地面、崖等を計測対象物とする測量等に適している。

１レーザ発振器
２、１０、１３レンズ
３、９、１２偏光子
４送出レーザ光
５計測対象物
６物体
７反射レーザ光
８ハーフミラー
１１第１レーザ受信器
１４第２レーザ受信器
１５発振情報
１６第１受信輝度情報
１７第２受信輝度情報
１８距離演算器
１９距離情報
２０偏光解消度算出器
２１偏光解消度情報
２２表示器
２３筐体
２４光学窓
１００レーザ測距装置

Claims

レーザ光を発振し、前記レーザ光の発振に応じた発振情報を出力するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器からの前記レーザ光のうち、第１直線偏光を透過させ、計測対象物へ送出する送出レーザ光とする偏光子と、
前記計測対象物での反射を経た前記送出レーザ光である反射レーザ光のうち、前記第１直線偏光である第１受信レーザ光を検出し、検出した前記第１受信レーザ光の輝度に関するデータを含む第１受信輝度情報を出力する第１レーザ受信器と、
前記反射レーザ光のうち、前記第１直線偏光に対し振動方向が垂直な第２直線偏光である第２受信レーザ光を検出し、検出した前記第２受信レーザ光の輝度に関するデータを含む第２受信輝度情報を出力する第２レーザ受信器と、
前記レーザ発振器からの前記発振情報と、前記第１レーザ受信器からの前記第１受信輝度情報とに応じて、前記計測対象物までの距離を算出し、距離情報として出力する距離演算器と、
前記第１受信輝度情報及び前記第２受信輝度情報を基に、前記送出レーザ光に対する前記反射レーザ光の偏光解消度を算出し、偏光解消度情報として出力する偏光解消度算出器と、を有することを特徴とするレーザ測距装置。
前記距離演算器からの前記距離情報と、前記偏光解消度算出器からの前記偏光解消度情報と、を表示する表示器を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ測距装置。