JPH0695141B2 - レーザレーダ画像形成装置 - Google Patents

レーザレーダ画像形成装置

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JPH0695141B2
JPH0695141B2 JP62258862A JP25886287A JPH0695141B2 JP H0695141 B2 JPH0695141 B2 JP H0695141B2 JP 62258862 A JP62258862 A JP 62258862A JP 25886287 A JP25886287 A JP 25886287A JP H0695141 B2 JPH0695141 B2 JP H0695141B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、二次元的に走査するレーザ光を用い、対象物
の形状と距離を測定するレーザレーダ画像形成装置に関
するものである。
従来の技術 対象物までの距離をレーザ光を用いて測定するレーザレ
ーダ画像形成装置は、移動ロボットの遠隔操作のための
視覚情報源として盛んに利用されるようになってきた。
このレーザレーダ画像形成装置は、例えばアプライド・
オプティクス第23巻、2565頁、1984年(Appl.Optics,Vo
l.23,P2565,1984)に示されているように、第6図のよ
うな構成になっていた。
すなわち、レーザ発振器1から出たレーザ光を光変調器
2で強度変調を行い、スキャナ20によって対象物5へレ
ーザ光を二次元的に照射し、対象物5から反射したレー
ザ光を検出器8で検出する。画像形成は走査光と同期を
とった画像取込み装置21により行う。
一般にレーザ光を走査する場合には、ガルバノミラー方
式、レゾナント方式、回転ミラー方式、ホログラム方式
等が用いられる。
従来例によれば、スキャナ20にはガルバノミラーを用い
てラスター走査を行い、512本の走査線で、視野角12×1
2°の画像を9分のフレームタイムで得ている。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、ガルバノミラー方式のスキャナでは、ミ
ラーを小型化しても100〜300Hz程度の走査速度しか得ら
れず、1画面の形成に数秒〜数十秒を要する。もっとも
ガルバノミラー方式は走査画角を任意に変えることが可
能であり、レーザレーダ画像形成装置に、走査画角の制
御によるズーム機能を付加することができる。
他方、レゾナント方式、回転ミラー方式、ホログラム方
式のスキャナは、数百〜数千Hzの高速の走査が可能であ
るが、走査画角の任意の制御ができないため、ズーム機
能は付加できない。
本発明は、従来技術の上記問題点に鑑み、レーザ光の走
査を高速に行い、1画面の形成時間を短縮し、しかも任
意のズーム機能を有するレーザレーダ画像形成装置を提
供することを目的とするものである。
問題点を解決するための手段 本発明のレーザレーダ画像形成装置は、レーザ光を出射
するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から出射された
レーザ光を強度変調する強度変調手段と、前記強度変調
手段で強度変調されたレーザ光を対象物に対して第1の
方向に走査する第1の走査手段と、前記レーザ光を前記
対象物に対して前記第1の方向と直交する第2の方向に
走査する第2の走査手段と、前記第1の走査手段と前記
第2の走査手段とにより前記対象物上を走査されたレー
ザ光の前記対象物からの反射光を受光し前記反射光に対
応した画像情報信号を送出する検出手段と、前記検出手
段から送出される画像情報信号を取込んで画像を形成す
る画像形成手段と、前記画像形成手段が前記画像情報信
号を取込むタイミングと取込む期間とを決定する画像情
報信号取込み信号を前記画像形成手段へ送出する画像情
報信号取込み信号生成手段とを有するレーザレーダ画像
形成装置であって、前記画像情報信号の前記第1の方向
の走査期間中に送出された部分を前記画像情報信号を用
いて取込む際に、前記画像情報信号取込み信号の前記画
像情報信号を取込む期間を決定するための部分を可変し
て前記画像形成手段で形成される画像のズームを行なう
ものである。
作用 本発明は上記構成により、高速のレーザ光走査を実現す
ると共に、検出器からの信号取込み時間を任意に制御す
ることにより任意のズーム機能を付加するようにしたも
のである。
すなわち、レーザ光走査手段によってレーザ光を高速に
走査し、対象物に照射する。対象物からの反射レーザ光
は検出器で検出され、この検出信号を画像取込み信号発
生器の出力に基づき取込み画像形成手段により画像を形
成する。この画像形成の時に画像取込み信号発生器の出
力信号を任意の値に制御することにより、レーザ光走査
手段の走査角度、走査速度を変えることなく画像のズー
ミングを行うものである。
実施例 以下、本発明を、その実施例を示す図面を参照しながら
説明する。
第1図は本発明に係るレーザレーダ画像形成装置の光学
系の実施例の斜視図を示す。
レーザ発振器1はレーザ光を出力する手段、光変調器2
はその光を強度変調する手段、X軸スキャナ3とY軸ス
キャナ4はレーザ光により二次元的に対象物5を走査範
囲51で走査する手段である。このX軸スキャナ3は高速
の走査を行うため、例えば回転ミラー方式とし、Y軸ス
キャナ4には例えばガルバノミラー方式とする。Y軸ス
キャナ4の走査速度Syは、X軸スキャナ3の走査速度を
Sx、走査線数をNとすれば Sy=Sx/N (1) となる。ここで、X軸の走査速度を6000Hz、走査線数を
256とすれば、Y軸の走査速度は23.4Hzとなり、ガルバ
ノミラー方式のスキャナで十分追従できる。
対象物5から反射したレーザ光は、Y軸スキャナ4、X
軸スキャナ3、ビームスプリッタ6を経て、レンズ7で
検出器8に集光される。
検出器8は反射レーザ光を検出する手段である。画像形
成装置9は、画像取込み信号発生器18の出力に基づき画
像を作成する。本実施例では、検出器8の出力のレーザ
光の光変調器2の基準信号との位相差から対象物5まで
の距離を求め、この距離データを8ビットの信号とし、
フレームメモリに距離の画像として記録している。フレ
ームメモリに記録した画像はモニタTV10にリアルタイム
表示される。
次に前記画像取込み信号発生器18の動作を中心に本発明
の作用を説明する。
検出器8からは常に検出信号が出力されているため、ズ
ーム画像を形成する場合には、画像取込み信号発生器18
の出力により検出信号を選択して取込む必要がある。ま
た、X軸スキャナ3とY軸スキャナ4とは完全に同期を
とり、画像の走査線間のズレが無いようにする必要があ
る。
レーザ光の走査線と画像取込みの信号の関係を第2図
(a)、(b)、(c)、(d)、(e)に示す。
第2図(e)に示すようにレーザ光はX軸、Y軸の二次
元的に走査されるが、X軸スキャナ3のみを図示してい
る。X軸への入射レーザ光11はX軸スキャナ3によって
例えば左から右へと走査され、回転ミラーの1面で1本
の走査線12が得られる。各走査線間での画像を一致させ
るために、走査基準位置を検出する。本実施例では回転
ミラーの他の面を使用し、半導体レーザ13と、フォトダ
イオード14を組合せた走査基準位置検出器15で走査線の
基準を決める。走査線12に対し、走査基準位置信号
(a)は使用不適な部分を省くための時間t0だけ遅れて
発生する(第2図(a))。この走査基準位置信号
(a)より時間遅れtdを設定し、時間間隔Δtの画像取
込み信号(b)を画像取込み信号発生器18から発生し
て、検出信号(c)を画像形成装置9に取込む(第2図
(b)、(c))。取込まれた画像データ(d)は、指
定されたアドレスに従ってフレームメモリに記録される
(第2図(d))。
第3図(a)、(b)、(c)にX、Y軸の走査範囲と
画像形成範囲の関係を示す。
レーザ光は対象物5に対して走査照射されている。X軸
の走査角度は、X軸スキャナ3の選定により決定される
ので走査範囲51のX軸の幅は一定となる。画像のズーム
を行うときには、画像取込み信号の発生器18の取込み信
号の発生周波数(f=1/Δt)を変えることにより、走
査範囲51の中に占める画像形成範囲52を変える。画像形
成範囲52における画像の画素数(画像取込み信号の数n
×走査線本数N)は一定であるので、モニタTV上の画像
はズームされることになる。
他方Y軸の走査角度は、ガルバノミラーに与える電圧に
比例するので、画像形成範囲52の設定に合わせて、ga〜
gcと変化させる。走査線12の本数Nは一定であるため、
対象物5に対する走査はgaでは密に、gcでは疎になる。
画像形成の位置を走査範囲51の中央にするために、基準
位置信号からの時間遅れtdを画像形成範囲52に応じて変
える。X軸の一走査時間をT、基準位置信号発生の時間
遅れto、画像取込み信号間隔Δt、1走査線の取込み画
素数nとして、基準位置信号からの時間遅れtdは、次式
で与えられる。
td=1/2{(T−2to−nΔt)} (2) tdを零としたときに最も広角の画像となる。また、X
軸、Y軸のズームの割合を故意に変えて、縦横の倍率を
変えた画像を得ることも可能である。
第4図はズーム制御系を中心とする本発明の実施例のブ
ロック図である。
ズームの倍率の入力をコントロール回路16より入力す
る。CPU(中央演算処理ユニット)17により、ズームの
倍率に応じて画像取込み信号周波数f(=1/Δt)、基
準位置信号からの時間遅れtd、Y軸スキャナ4の走査電
圧が演算される。
今、コントロール回路16に画像取込みスタートが入力さ
れると、CPU17から、X軸スキャナ3、Y軸スキャナ4
の各々のドライバー31、41に信号が送られ、スキャナが
作動する。X軸スキャナ3が回転すると、前記基準位置
検出器15から基準位置検出信号がCPU17に入力される。C
PU17は基準位置信号を受けるとtd時間後にΔtの間隔で
n個の信号を画像取込み信号発生器18に出力し、画像形
成装置9は画像取込み信号発生器18からその発生信号に
基づき検出器8より画像データを取込む。画像形成装置
9に取込まれた画像は、リアルタイムでモニタTV10に表
示される。
次に本発明の第2の実施例として、レゾナント方式によ
るX軸走査を行った場合について説明する。
第5図にレゾナント方式のスキャナの走査角度と画像取
込みの関係を示す。ここで、レゾナントスキャナは、バ
ネ等の弾性体で支持した走査鏡であり、弾性体のバネ定
数と走査鏡自体の質量を適当に調節して、これらの関係
で決定される共振周波数で走査鏡を振動させながら、入
射光を走査するものである。そして、この共振周波数
は、数百から数千Hzの範囲内で設定が可能か高速なもの
であり、その安定性にも優れたものであるが、走査角度
が走査時間に対して正弦波状に変化するという性質を持
っている。よって、第1図のX軸スキャナ3として、こ
のレゾナントスキャナを用いた場合には、正弦波状に変
化する角度の内の直線性を有する部分のみが好適に使用
可能となる。そのため、走査角度に対して、基準位置信
号発生の時間遅れtoは回転ミラー方式に比べて長くする
必要がある。基準位置信号からの時間遅れtd、画像取込
み時間間隔Δtの設定は、第1の実施例で説明した場合
と同様である。
以上述べたように、例えばX軸の走査には高速のスキャ
ナを用い、走査角度、走査速度を変えずにズームを行う
ことができるのでスキャナの時間応答性によらず、瞬時
のズーム切換ができ、またY軸の走査はガルバノミラー
方式を用い、ズームの倍率に応じて走査角度を制御する
ことができるため、1画面の画像形成所要時間はズーム
の倍率に寄らず一定となる。
また、ズームの倍率を変えたときには、基準位置信号を
用いて、ズームの倍率に応じた時間遅れをCPUにて演算
し、画面の中心位置が変化しないようにしてあるので、
観測者に対して違和感を与えない。
さらに、X、Y軸のズームの倍率を変えることにより縦
横比の異なる画像を得ることができる。そして、高速の
回転ミラーやレゾナントスキャナを用いると、レーザ光
が高速に走査されるため1画面の走査時間が短縮され、
高速の画像の取込みが可能となる。
発明の効果 本発明は以上述べた構成により、検出器からの信号取込
み時間を制御し、任意のズーム機能を持たせることがで
きるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例のレーザレーダ画像形成装置
の光学系の斜視図、第2図(a)、(b)、(c)、
(d)、(e)は同レーザレーダ画像形成装置のレーザ
光の走査線と画像取込みの信号の関係を説明するための
図、第3図(a)、(b)、(c)は同レーザレーダ画
像形成装置のX、Y軸の走査範囲と画像形成範囲の関係
を示す図、第4図は同レーザレーダ画像形成装置のズー
ム制御系のブロック図、第5図はレゾナント方式のスキ
ャナを用いた本発明の他の実施例の走査角度と画像取込
みの関係を示すグラフ、第6図は従来のレーザレーダ画
像形成装置のブロック図である。 1……レーザ発振器、2……光変調器、3……X軸スキ
ャナ、4……Y軸スキャナ、5……対象物、6……ビー
ムスプリッタ、7……レンズ、8……検出器、9……画
像形成手段、10……モニタTV、11……レーザ光、12……
走査線、13……半導体レーザ、14……フォトダイオー
ド、15……走査基準位置検出器、16……コントロール回
路、17……CPU、18……画像取込み信号発生器、20……
スキャナ、21……画像取込み走査、31……X軸スキャナ
用ドライバー、41……Y軸スキャナ用ドライバー、51…
…走査範囲、52……画像形成範囲
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 邦夫 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 内藤 宏之 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内 (56)参考文献 特開 昭50−126708(JP,A) 特公 昭57−17445(JP,B2)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザ光を出射するレーザ発振器と、前記
    レーザ発振器から出射されたレーザ光を強度変調する強
    度変調手段と、前記強度変調手段で強度変調されたレー
    ザ光を対象物に対して第1の方向に走査する第1の走査
    手段と、前記レーザ光を前記対象物に対して前記第1の
    方向と直交する第2の方向に走査する第2の走査手段
    と、前記第1の走査手段と前記第2の走査手段とにより
    前記対象物上を走査されたレーザ光の前記対象物からの
    反射光を受光し前記反射光に対応した画像情報信号を送
    出する検出手段と、前記検出手段から送出される画像情
    報信号を取込んで画像を形成する画像形成手段と、前記
    画像形成手段が前記画像情報信号を取込むタイミングと
    取込む期間とを決定する画像情報信号取込み信号を前記
    画像形成手段へ送出する画像情報信号取込み信号生成手
    段とを有するレーザレーダ画像形成装置であって、前記
    画像情報信号の前記第1の方向の走査期間中に送出され
    た部分を前記画像情報信号を用いて取込む際に、前記画
    像情報信号取込み信号の前記画像情報信号を取込む期間
    を決定するための部分を可変して前記画像形成手段で形
    成される画像のズームを行なうレーザレーダ画像形成装
    置。
  2. 【請求項2】画像情報信号取込み信号の画像情報信号を
    取込む期間を決定するための部分を可変して画像形成手
    段で形成される画像のズームを行なう際に、前記画像情
    報信号取込み信号の画像情報信号を取込むタイミングを
    決定するための部分を可変する特許請求の範囲第1項記
    載のレーザレーダ画像形成装置。
  3. 【請求項3】第2の走査手段の走査速度を可変する特許
    請求の範囲第2項記載のレーザレーダ画像形成装置。
  4. 【請求項4】画像情報取込み信号生成手段が画像情報信
    号取込み信号を送出するタイミングを可変する特許請求
    の範囲第1項から第3項のいずれか記載のレーザレーダ
    画像形成装置。
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