JPH01100491A

JPH01100491A - レーザレーダ画像形成装置

Info

Publication number: JPH01100491A
Application number: JP62258862A
Authority: JP
Inventors: Minoru Kimura; 実木村; Hidemi Takahashi; 秀美高橋; Osamu Yamada; 修山田; Kunio Yoshida; 邦夫吉田; Hiroyuki Naito; 宏之内藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-10-14
Filing date: 1987-10-14
Publication date: 1989-04-18
Anticipated expiration: 2009-11-24
Also published as: JPH0695141B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ジ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（Ａｐ
ｐ！、　　０ｐｔｉｃｓ。

Ｖｏｌ、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ヘ
レーザ光を二次元的に照射し、対果物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、ガルバノミラ一方
式、レゾナント方式、回転ミラ一方式、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−を用
いてラスター走査を行い、５１２本の走査線で、視野角
１２Ｘ１２°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、ガルバノミラ一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。

もつともガルバノミラ一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、回転ミラ一方式、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。

問題点を解決するだめの手段本発明のレーザレーダ画像形成装置は、レーザ発振器と
、レーザ発振器から出力されたレーザ光を強度変調する
だめの光変調手段と、その強度変調されたレーザ光を対
象物に二次元的に照射するためのレーザ光走査手段と、
対象物からの反射レーザ光を検出する検出器と、画像形
成のための画像取込み信号発生器と、検出器出力から画
像取込み信号発生器の出力に基づき画像を形成する画像
形成手段とを具備するものである。

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ｌ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、例えば回転ミラ一方式とし、Ｙ軸
スキャナ４には例えばガルバノミラ一方式とする。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′１ｔＳｘ、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．
４　Ｈｚ　となり、ガルバノミラ一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
とレーザ光の光変調器２０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ビツトの信
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ＴＶＩＯ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
明の詳細な説明する。

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１
８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Ｙ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。Ｙ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）は時間ｔｏ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ｔ
ｄを設定し、時間間隔ム【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）
　ｅ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。Ｙ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Ｙ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＝ｌ／へｔ）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−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、ｇ
　ａ　／％／　ｇ　ｃ　　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。Ｙ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、■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ｔ
ｄは、次式で与えられる。

ｔ　ａ　＝　１　／　２　（（Ｔ　−２ｔ　ｏ　−ｎ　
Δｔ　）　）　　　（２１ｔｄを零としたときに最も広
角の画像となる。また、Ｙ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／Δ
ｔ）、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、０ＰＵ１７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ＣＰＵ１
７に入力される。ＣＰＵ１７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軸走査金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。レゾナントスキャナは共振を利用し
て高速のスキャナを実現するものであるので、走査は正
弦波状となる。画像取込みのためのスキャナとして用い
るには、正弦波の中のある程度直線性のある部分を使用
する。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は回転ミラ一方式に比べて長くする必要
がおる。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
一方式を用い、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であるので
、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。

発明の効果本発明は以上述べた構成により、レーザ光を高速に走査
し、１画面の走査時間を短縮し、しかも、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）は同レーザーレーダ画
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・・・光変調型　、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Ｔ
Ｖ、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ＤＯ
路、１７・・・ＣＰＵ、１８・・・画像取込み信号発生
器、２０・・・スキャナ、２１・・・画像取込み装置、
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・・
・画像形成範囲代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第３
図ツ　　　　　　　　　　　　゛かり　　　　　　　　　　　　Ｉ ′！２５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レーザ発振器と、レーザ発振器から出力されたレ
ーザ光を強度変調するための光変調手段と、その強度変
調されたレーザ光を対象物に二次元的に照射するための
レーザ光走査手段と、前記対象物からの反射レーザ光を
検出する検出器と、画像形成のための画像取込み信号発
生器と、前記検出器出力から前記画像取込み信号発生器
の出力に基づき画像を形成する画像形成手段とを具備す
ることを特徴とするレーザレーダ画像形成装置。
（２）画像形成のための画像取込み信号発生器が、任意
の周波数に制御できる機能を備えていることを特徴とす
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）レーザ光の走査基準位置を検出する手段を備え、
その検出信号から任意の時間遅れを設定して前記画像取
込み信号発生器により画像取込みを行うことを特徴とす
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。