JP3684931B2

JP3684931B2 - 光軸検出方法

Info

Publication number: JP3684931B2
Application number: JP23529699A
Authority: JP
Inventors: 仁城所
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-08-23
Filing date: 1999-08-23
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2019-08-23
Also published as: JP2001059724A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を用いたレーダ装置においてレーザ光の光軸を検出する装置に関し、特に水平方向の走査だけで水平垂直両方向の光軸ずれを検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光軸検出装置としては、特開平８−２９５３６号公報に開示されているものがある。これは、レーダヘッドの前方の所定の位置にリフレクタを配置し、レーダヘッドからレーザ光を２次元スキャンし、路面からの反射を検出することで垂直方向の光軸ずれを、上記リフレクタからの反射を検出することで水平方向の光軸ずれを、それぞれ判定するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来例においては、レーザ光を２次元にスキャンすることで垂直方向と水平方向の両方向の光軸ずれを判定するようになっているので、水平方向にのみレーザ光をスキャンするタイプのレーダヘッドを使用する場合には、水平方向の光軸ずれは検出できるが、垂直方向の光軸ずれは検出できないという問題があった。
【０００４】
本発明は上記のごとき従来技術の問題を解決するためになされたものであり、水平方向にレーザ光をスキャンするタイプのレーダヘッドを使用した場合でも、垂直方向の光軸ずれをも検出することのできる光軸検出方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明においては特許請求の範囲に記載するように構成している。すなわち、請求項１に記載の発明においては、垂直方向の照射幅より狭い水平方向の照射幅を有するレーザ光を水平方向にスキャンしながら照射し、前記レーザ光の反射光を受光手段で受光するレーダ装置の光軸検出方法であって、ボード上に、該ボードよりも反射率の高い物質からなる少なくとも長手方向が垂直方向に沿っている矩形状の第１の反射体と、前記第１の反射体から斜め上方向および斜め下方向にそれぞれ直線状に伸びる矩形状の第２の反射体とを備えたターゲットボードを、前記レーダ装置に対して所定の初期位置となるように設置し、前記レーダ装置から前記ターゲットボードにレーザ光を照射させ、前記受光手段で受光した反射強度が第１のしきい値以上の位置を中心とし、反射強度が前記第１のしきい値よりも小さい第２のしきい値以上で前記第１のしきい値よりも小さい範囲の両端位置を求め、前記中心からそれぞれの端までの距離の値に基づいて垂直方向の照射角度を求めるように構成している。
【０００６】
上記のように本発明においては、被光軸調整用のレーダ装置からターゲットボードにレーザ光を照射した際に、反射強度が非常に強い位置を中心とし、斜めに設置された反射体からの反射の両端部の位置と上記中心との距離を求めることで、垂直方向の照射角度を検出するものである。例えば、後記図２に示すように、レーザレーダの照射角度が水平よりも上を向いていると、ターゲットボード上の照射範囲が上方に片寄るため、中心からの距離に差（ｘ１＞ｘ２）が生じる。この距離の値は水平面からのずれ角Ψに対応しているので、この値を求めることで垂直方向のずれ角Ψ（水平面からの照射角、後記数１式）を求めることが出来る。なお、水平方向の光軸ずれは上記の反射強度が非常に強い位置との水平方向の角度差として容易に求めることが出来る。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１における中心から両端までの距離（ｘ１、ｘ２）の代わりに、レーダ装置と上記中心とを結ぶ線を基準軸として上記それぞれの端までの成す角度（φ１、φ２）の値に基づいて垂直方向の照射角度（後記数２式）を求めるように構成したものである。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、ターゲットボードの具体的構成例を示すものであり、例えば後記図２の実施の形態に相当する。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、ターゲットボードの他の具体的構成例を示すものであり、例えば後記図６の実施の形態に相当する。
【００１０】
【発明の効果】
本発明においては、水平方向にレーザ光をスキャンするタイプのレーダヘッドを使用した場合でも、垂直方向の光軸ずれをも容易に検出することが出来る、という効果が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１〜図５は本発明の一実施の形態を示す図である。
図１は、光軸検出装置の全体図であり、図１（ａ）は、光軸検出装置を上から見た図、（ｂ）は横方向から見た図である。
図１において、１はレーザレーダ装置であり、車両１０に搭載されている。１１は半導体レーザ、１２は半導体レーザ１１からのレーザ光を水平方向にスキャンするミラー、１３はミラー１２を回転させるモータである。モータ１３によってミラー１２の反射面の角度を変えることにより、レーザレーダ装置１の正面を０°として水平方向に±φ°の範囲で所定のスキャニング角単位でレーザ光をスキャンすることができる。１４は受光素子であり、受光レンズ１５を介して入射したレーザ光を受光する。そして、制御装置１６は半導体レーザ１１の発光タイミング、モータ１３によるミラー１２のスキャニング角および受光素子１４からの受光タイミングを制御する装置であり、後述する垂直方向の光軸ずれ量の演算を行い、表示装置１７にそのずれ量を出力する。表示装置１７は例えば液晶表示装置等であり、上記のずれ量等を表示する。なお、図１（ｂ）のΨは垂直方向のずれ角（水平面とレーザ光照射軸とのなす角度）である。
【００１２】
２０はターゲットボードであり、車両１０の前方正面で、車両１０（レーザレーダ装置１）に対して面が平行でかつ地面に対して面が垂直となるように配置されている。２１は保持具であり、ターゲットボード２０を保持すると共に、ターゲットボード２０を垂直方向に移動する機構（図示省略）を備えている。２２は後記図３に示すような光リニアセンサであり、ターゲットボード２０の穴（後記図２の２０３）に設置されている。２３は光リニアセンサ２２からの出力をもとに、ターゲットボード２０を垂直方向に移動する機構を制御する制御部である。
【００１３】
図２は、ターゲットボード２０を車両１０側から見た図である。ターゲットボード２０は、レーザ光に対して反射率の低い部材（例えば、艶消し黒色塗装板等）上に、垂直方向に延びる反射体２０１と、角度θで右上から左下に延び、かつ反射体２０１と交叉する反射体２０２とが貼り付けられて構成されている。反射体２０１の両側に延びた反射体２０２の両端までの長さは同じになっている。つまり反射体２０２と反射体２０１とはその中心部で交叉している。そして、反射体２０１と２０２の交点の部分および対応するターゲットボード２０には、穴２０３が設けられており、この部分に光リニアセンサ２２が設置されている。また、２１０はレーザ光を水平方向にスキャンさせたときのレーザ光の照射範囲を示している。レーザ光は垂直方向の幅が照射範囲２１０の垂直方向の幅と同じで、横方向の幅の狭い短冊型の光束として照射され、それが横方向にスキャンされる。また、Ｈはレーザ光照射範囲の垂直方向の中心位置の地表面からの高さ、ｈは車載されたレーザレーダ装置１の垂直方向の中心位置の地表面からの高さ（レーダ照射軸の高さ）を示している。なお、反射体２０１、２０２の反射率は共に同じであってもよいし、異なっていてもよいが、ターゲットボード２０よりは高いものを使用する。反射体２０１、２０２としては、例えば、細かなガラスビーズを用いた反射板等を用いることが出来る。
【００１４】
図３は、光リニアセンサ２２の一例の断面図である。図３において、２２１は受光素子、２２２はレンズであり、入射した光の受光位置を検出することができる。このような光リニアセンサ２２をターゲットボード２０の穴２０３（反射体２０１と２０２の交点）に、レンズ２２２側を車両１０側に向けて填め込む。
【００１５】
光軸ずれ量の検出方法の説明に先立ち、光軸検出を開始する前のターゲットボード２０の初期位置の設定について説明する。なお、ターゲットボード２０はレーザレーダ装置１の正面に設置する。このターゲットボード２０とレーザレーダ装置１との間隔をＬとする。
まず、制御部２３を用いて、ターゲットボード２０に設けられた光リニアセンサ２２の位置とレーザレーダ装置１の中心位置（半導体レーザ１１）とが同じ高さになるように、ターゲットボード２０の上下方向の位置を調整する。すなわち、図示しないスイッチ操作により制御部２３を調整モードにした後、半導体レーザ１１とは別個で光軸が水平方向に調整されたレーザ光源（図示省略、高さが車両のレーザレーダ装置１の中心位置と同じ高さで、レーザレーダ装置１の近傍に設置）を発光させる。もし、レーザ光が穴２０３に当っていなければ、光リニアセンサ２２は受光しないため、保持具２１の機構を制御して上方または下方にターゲットボード２０を移動させる。光リニアセンサ２２にレーザ光が受光した場合、入射するレーザ光の角度によって光リニアセンサ２２の受光位置が変わるため、光リニアセンサ２２の中心位置にレーザ光が入射するようにターゲットボード２０の上下方向の位置を調整する。これにより、光リニアセンサ２２の位置（ターゲットボード２０の反射体２０１と２０２の交点位置）とレーザ光源の位置とが同じ高さとなり、したがってターゲットボード２０の反射体２０１と２０２の交点位置と車両のレーザレーダ装置１の半導体レーザ１１とが同じ高さ（図２のｈ）に調整される。
【００１６】
なお、上記の調整用のレーザ光源の代わりに車両のレーザレーダ装置１自体を用いて上記ターゲットボード２０の上下方向の位置調整を行なうことも可能である。すなわち、車両のレーザレーダ装置１の取付け角度は、最初に取り付けた状態でもあまり極端に狂っていることはなく、水平面から数度程度の範囲には収まっている。そしてレーザビームには上下に幅があるので、上記程度の狂いならレーザビーム中に水平な成分が存在する。したがってターゲットボード２０に設けた光リニアセンサ２２でレーザビーム中の水平な成分を検出すれば、レーザレーダ装置１の半導体レーザ１１の高さ（図２のｈ）を検出することができる。このｈを用いて上記と同様の原理で位置調整を行なうことができる。
【００１７】
次に、図４は、レーザレーダ装置１に設けられた制御装置１６の処理内容を示すフローチャートである。以下、図４に基づいて光軸ずれ量の検出方法を説明する。まず、ステップＳ１では、レーザ光を発光させる。すなわち、図１（ａ）に示したように、−φ〜＋φの範囲で、所定スキャニング角毎にミラー１２の反射面を移動させるモータ１３を制御するとともに、各スキャニング角度においてパルス状のレーザ光を発光するように半導体レーザ１１を制御して、レーザ光を水平方向に１回スキャンさせる。
【００１８】
ステップＳ２では、反射光を検出する。上記図２に示したような照射範囲の場合には図５（ａ）に示したような受光強度の特性が得られる。前記のように、レーザ光は垂直方向の幅が照射範囲２１０の垂直方向の幅と同じで、横方向の幅の狭い短冊型の光束として照射され、それが横方向にスキャンされるので、光束が斜めの反射体２０２に当っている場合は反射範囲が狭いので反射強度は小さく、垂直の反射体２０１に当っている場合は反射範囲が広いので反射強度は大きくなる。図５（ａ）においては、台地状に受光強度が存在する部分は斜めの反射体２０２からの受光に相当し、ピーク状に立ち上がっている部分は垂直方向の反射体２０１からの受光に相当する。すなわち、ターゲットボード２０に向かって順次スキャンすると、最初は反射体のない部分で受光強度が非常に低い。そして斜めの反射体２０２からの反射光を受光するようになると受光強度が有る程度の値になってそれが継続し、垂直方向の反射体２０１からの反射光を受光する部分では受光強度が大幅に大きくなり、そこを過ぎると再び斜めの反射体２０２からの反射光の受光強度になり、最後は反射体のない部分に到達する。
【００１９】
次に、ステップＳ３では、所定の第１のしきい値Ｔｈ１以上の受光強度のデータがあるか否かを判定する。ここで、第１のしきい値Ｔｈ１は、垂直の反射体２０１は検出するが反射体２０２は検出しない程度のしきい値である。ステップＳ３で“ＮＯ”の場合、すなわち、水平方向または垂直方向のずれ角が大きくて反射体２０１からの反射光が得られなかった場合には、ステップＳ１０で、表示器１７に「ターゲットが適切に設置されていない」と表示する旨の信号を出力し、検査者にターゲットボード２０の位置調整を促す。
ステップＳ３で“ＹＥＳ”の場合は、ステップＳ４で、第１のしきい値Ｔｈ１以上の受光強度をもつデータの位置の照射角をφ０とし、ミラー１２によるレーザ光の照射基準位置を初期化する。すなわち、この位置が正面となるようにレーザレーダ装置１を設定する。これによって水平方向の照射角度は較正できる。図５（ｂ）は上記のように照射基準位置を初期化した状態で図５（ａ）の反射強度を示した図である。
【００２０】
次に、ステップＳ５では、φ０の絶対値が所定値以下であるか否かを判別し、所定値より大きい場合（“ＮＯ”の場合）は、ステップＳ１０で上記と同様の処理を行なう。ここで、所定値より大きい場合とは、水平方向のずれが大きすぎて、後述するステップＳ７で適確なφ１、φ２が検出できず、垂直方向のずれを測定できない場合である。
ステップＳ５で“ＹＥＳ”の場合は、ステップＳ６で、第１のしきい値Ｔｈ１より小さく、第２のしきい値Ｔｈ２（Ｔｈ１＞Ｔｈ２）よりは大きい反射強度のデータが得られたか否かを判別する。ここで、第２のしきい値Ｔｈ２は、斜めの反射体２０２を検出するためのしきい値である。ここで“ＮＯ”の場合は、斜めの反射体２０２からの反射光を受光出来ないほど、レーザ光の照射角が上下方向にずれているのであるから、ステップＳ１１で、表示器１７に「ターゲットが認識可能な上下範囲にない」旨の表示をさせ、検査者にレーザレーダ装置１の向きを調整〔図１（ｂ）参照〕させるよう促す。
【００２１】
一方、ステップＳ６で、“ＹＥＳ”の場合は、ステップＳ７で、第２のしきい値Ｔｈ２以上の受光強度が得られた部分の両端の角度φ１、φ２（中心位置：φ０からの角度）を検出する。ここで、φ１は、レーザ光の照射範囲の上端と反射体２０２が交叉した位置の角度であり、φ２は、レーザ光の照射範囲の下端と反射体２０２が交叉した位置の角度である。すなわち、角度φ１は図２の距離ｘ１に対応し、角度φ２は距離ｘ２に対応する。図５（ｂ）はφ０の位置を正面に初期設定（ステップＳ４）した後の角度φ１、φ２を示す図である。
【００２２】
図２に示したように、レーザレーダ装置１の照射角度が水平よりも上を向いていると、ターゲットボード上の照射範囲が上方に片寄るため、中心からの距離に差（ｘ１＞ｘ２）が生じる。なお、照射角度が水平よりも下を向いている場合は逆にｘ１＜ｘ２となる。このように上記距離の値は水平面からのずれ角Ψに対応しているので、この値を求めることで垂直方向のずれ角Ψ（水平面からの照射角、後記数１式）を求めることが出来る。なお、水平方向の光軸ずれは上記の反射強度が非常に強い位置との水平方向の角度差として容易に求めることが出来る。
【００２３】
説明を簡単にするため、角度φを距離ｘに置き換えて以下説明する。
角度φを距離ｘに置き換える場合は、図５（ｃ）に示すような対応関係がある。なお、Ｌはレーザレーダ装置１から反射体までの距離であり、レーザレーダ装置１で容易に求められる。
ｘ１＝Ｌsinφ１、ｘ２＝Ｌsinφ２より、
レーザ照射範囲の中心位置（照射軸）の高さＨとレーダ中心位置の高さｈとのずれは、

であらわされる。したがって垂直方向の光軸角度Ψ（水平面に対する角度：ずれ角）は、
Ψ＝tan^-1〔（１／２)(ｘ１−ｘ２）tanθ／Ｌ〕 …（数１）
となる。
上記の演算をステップＳ８で行ない、ステップＳ９で、表示器１７に垂直方向のずれ角Ψを表示させる。
【００２４】
上記のずれ角Ψが０になるようにレーザレーダ装置１の角度を調整すれば、Ｈ＝ｈ、ｘ１＝ｘ２となる。また、上記のようにφ０の位置を車両正面と認識するようにレーザレーダ装置１を設定することにより、水平方向の較正を同時に行なうことが出来る。
【００２５】
なお、上記（数１）式は、ずれ角Ψを横方向距離ｘを用いて表示しているが、角度φ１、φ２を用いても表示することが出来る。すなわち、ｘ１、ｘ２を算出するのに使用したφ１、φ２を用い、以下のように垂直方向の光軸角度Ψ（ずれ角）を求めることが出来る。
レーザ照射軸高さＨとレーダ中心位置高さｈとのずれ（Ｈ−ｈ）は、
Ｈ−ｈ＝（１／２）(tanφ１−tanφ２）tanθ
したがって垂直方向の光軸角度Ψ（水平面に対する角度：ずれ角）は、
Ψ＝tan^-1〔（１／２)(tanφ１−tanφ２）tanθ〕 …（数２）。
【００２６】
次に、第２の実施の形態について説明する。
図６は、第２の実施の形態に用いるターゲットボードの一例を示す図である。図６においては、斜めの反射体が２０４と２０５の二つに分かれており、それぞれが垂直の反射体２０１から反対側に斜め上方向と斜め下方向へ直線状に伸びている。レーザレーダ装置１の横方向の計測分解能が同じであるならば、tanθが小さい方が上下方向の分解能をより細かくすることが出来る。したがって、より精度の高い調整を行ないたい場合には図６に示したようなターゲットを使用することにより、θを小さくすることが出来る。図６においては、
レーザ照射範囲の中心位置の高さＨ＝(１／２)〔(ｘ１＋ｘ２）tanθ＋ｙ〕
レーザの中心位置の高さｈ＝ｘ２tanθ＋(ｙ／２）
したがってレーザ照射軸高さＨとレーダ中心位置高さｈとのずれ（Ｈ−ｈ）は、

となり、ずれ角Ψは下記のように前記（数１）式と同じになる。
Ψ＝tan^-1〔（１／２)(ｘ１−ｘ２）tanθ／Ｌ〕
ただし、ｙは反射体２０４、２０５が反射体２０１と接する部分の間隔（図６参照）である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における光軸検出装置の全体図であり、（ａ）は光軸検出装置を上から見た図、（ｂ）は横方向から見た図。
【図２】ターゲットボードを正面（レーザレーダ装置１側）から見た図。
【図３】光リニアセンサの断面図。
【図４】制御装置における演算内容を示すフローチャート。
【図５】レーザレーダ装置１でターゲットボードを照射した場合の反射強度特性図。
【図６】本発明の第２の実施の形態に用いるターゲットボードを示す図。
【符号の説明】
１…レーザレーダ装置１０…車両
１１…半導体レーザ１２…ミラー
１３…モータ１４…受光素子
１５…受光レンズ１６…制御装置
１７…表示装置２０…ターゲットボード
２１…保持具２２…光リニアセンサ
２３…制御部２０１…垂直方向の反射体
２０２…斜め方向の反射体２０３…穴
２１０…レーザ光の照射範囲２２１…受光素子
２２２…レンズ２０４、２０５…斜め方向の反射体

Claims

垂直方向の照射幅より狭い水平方向の照射幅を有するレーザ光を水平方向にスキャンしながら照射し、前記レーザ光の反射光を受光手段で受光するレーダ装置の光軸検出方法であって、
ボード上に、該ボードよりも反射率の高い物質からなる少なくとも長手方向が垂直方向に沿っている矩形状の第１の反射体と、前記第１の反射体から斜め上方向および斜め下方向にそれぞれ直線状に伸びる矩形状の第２の反射体とを備えたターゲットボードを、前記レーダ装置に対して所定の初期位置となるように設置し、前記レーダ装置から前記ターゲットボードにレーザ光を照射させ、前記受光手段で受光した反射強度が第１のしきい値以上の位置を中心とし、反射強度が前記第１のしきい値よりも小さい第２のしきい値以上で前記第１のしきい値よりも小さい範囲の両端位置を求め、前記中心からそれぞれの端までの距離の値に基づいて垂直方向の照射角度を求めることを特徴とする光軸検出方法。
垂直方向の照射幅より狭い水平方向の照射幅を有するレーザ光を水平方向にスキャンしながら照射し、前記レーザ光の反射光を受光手段で受光するレーダ装置の光軸検出方法であって、
ボード上に、該ボードよりも反射率の高い物質からなる少なくとも長手方向が垂直方向に沿っている矩形状の第１の反射体と、前記第１の反射体から斜め上方向および斜め下方向にそれぞれ直線状に伸びる矩形状の第２の反射体とを備えたターゲットボードを、前記レーダ装置に対して所定の初期位置となるように設置し、前記レーダ装置から前記ターゲットボードにレーザ光を照射させ、前記受光手段で受光した反射強度が第１のしきい値以上の位置を中心とし、反射強度が前記第１のしきい値よりも小さい第２のしきい値以上で前記第１のしきい値よりも小さい範囲の両端位置を求め、前記レーダ装置と前記中心とを結ぶ線を基準軸として前記それぞれの端までの成す角度の値に基づいて垂直方向の照射角度を求めることを特徴とする光軸検出方法。
前記ターゲットボードとして、長手方向が垂直方向に添って設けられた矩形状の第１の反射体と、該第１の反射体の中心と中心が一致し、かつ前記第１の反射体と所定角度で交差する矩形状の第２の反射体と、を有するターゲットボードを用いたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光軸検出方法。
前記ターゲットボードとして、長手方向が垂直方向に添って設けられた矩形状の第１の反射体と、該第１の反射体の長手方向の上半分以内の位置から斜め上方向に直線状に伸びた第１の部分および前記第１の反射体の長手方向の下半分以内の位置から前記第１の部分と反対側に斜め下方向に直線状に伸びた第２の部分からなる第２の反射体と、を有するターゲットボードを用いたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光軸検出方法。