JPH032582A - 物体検知装置 - Google Patents

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］ この発明は、前方の特定視野内に物体があるかないか、
あるいは物体の形状等を検知するための物体検知装置に
関する。 ［従来の技術］ 前方の特定視野内にある物体を検知したり、その物体の
形状を検知することは、ロボット作業、オフイースオー
トメーション機器等では重要である。 従来、この主の物体検知装置としては、例えば英国特許
第１４０６７０７号、あるいは特開昭６２−２７７５３
８号等に開示されたものがある。 これらは、いずれもレーザ光などで物体を照射し、その
反射光を検出するものである。

【発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の物体検知装置は、物体の背景光が強
力な場合、この背景光に比較して、照射光の物体におけ
る反射光が弱く、即ち、ＳＮ比が低くなり、検出が困難
となるという問題点がある。 又、上記特開昭６１−２７７５３８号に開示される物体
検知装置は、平面波パルスを物体に照射するものである
ため、例えば、物体が電線であり、この電線が平面波パ
ルスの長手方向にある場合は、効率良く反射光を捕らえ
ることができるが、直交している場合は、反射光が弱く
なり、電線がどのように存在しているか既知であれば有
効であるが、未知の場合にはかえって信号処理が困難と
なってしまうという問題点がある。 この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
って、物体の背景光が強くても、又は、物体が例えば電
線であっても、これを容易に検知することができるよう
にした物体検知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］ この発明は、パルスレーザ光源及びレーザ光走査手段を
含む光発生手段と；前記光発生手段から物体に照射され
た光パルスの反射光を含む光を集める集光手段、前記光
発生手段からの光パルスの波長情報に基づき、前記、集
光手段の集めた光から前記反射光を分離する分光手段、
前記光発生手段からの光パルスの発生時間情報に基づき
、前記集光手段の集めた光から前記反射光を時系列的に
分離する時系列切り出し手段、及び前記分光手段と時系
列切り出し手段を経て分離された反射光を受光して光電
変換する受光素子、を含む受光手段と；前記光発生手段
及び前記受光手段を制御すると共に、前記受光素子から
の検知信号を処理する情報制御手段と；前記情報手段に
よる信号処理結果を表示する表示手段と；を有してなり
、前記物の存在、形状を認識する物体検知装置により上
記目的を達成するものである。 又、前記分光手段を、前記光発生手段からの光パルスに
よる照射見込み部分を走査する見込み視野走査手段を備
えて構成し上記目的を達成するものである。 更に、前記光パルスによる照射部分全体を監視する手段
を設けると共に、前記表示手段を、前記監視手段による
監視範囲の信号に前記検知信号を加えて表示するように
して上記目的を達成するものである。 更に又、前記受光素子を、マルチチャンネルプレート光
電子増倍管として上記目的を達成するものである。 又、前記レーザ光走査手段を、視野の枠に沿ってのみ走
査可能とすることにより物体の存在の有無を検知できる
ようにするものである。 又、前記レーザ光走査手段を、間引き走査可能として上
記目的を達成するものである。 更に又、前記時系列切り出し手段を、前記受光素子の前
に配置された高速光シャッターとすることにより上記目
的を達成するものである。 又、前記時系列切り出し手段を、前記受光素子又は該受
光素子の出力信号のいずれか一方を制御するゲート回路
とすることにより上記目的を達成するものである。 （作用］ この発明においては、物体に照射された光パルスの反射
光を集光手段で集め、この集められた反射光を、光パル
スの波長情報に基づき、照射きれた光パルスの波長範囲
に限定して分光手段によって分離し、更に、光パルスの
発生時間情報に基づいて、反則光を時系列的に分離する
ようにしているので、物体に照射した光パルスの反射光
を効率的に背景光から切り出しすることができ、従って
、背景光が強くても物体を検知することができる。 更に、物体を照射する光パルスは、レーザ光走査手段に
よって任意に走査できるので、電線等の物体も、これを
容易に検知することができる。 【実施例） 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。 この実施例は、第１図に示されるように、パルスレーザ
光源１０及びレーザ光走査手段１２を含む光発生手段１
４と；前記光発生手段１４から物体１６に照射された光
パルスの反射光を含む光を集める集光レンズ１８、前記
光発生手段１４からの光パルスの波長情報に基づき、前
記集光レンズの集めた光から前記反射光を分離する分光
手段２０１前記光発生手段１４からの光パルスの発生時
間情報に基づき、前記集光レンズ、分光手段２０を経た
光から前記反射光を時系列的に分離する時系列切り出し
手段２２、及び、前記分光手段２０及び時系列切り出し
手段２２を経て分離された反射光を受光して光電変換す
るマルチチャンネルプレート光電子増倍管（ＭＣＰ−Ｍ
ＰＴ）２４、を含む受光手段２６と：前記光発生手段１
４及び前記受光手段２６を制御すると共に、前記ＭＣＰ
−ＭＰＴ２４からの検知信号を処理する情報制御手段２
８と；前記情報制御手段２８による信号処理結果を表示
する表示手段３０と：を有してなる物体検知装置を構成
したものである。 前記レーザ光走査手段は、第２図に示されるように、走
査制御装置１２△によって制御されるＸ方向及びＹ方向
のガルバノミラ−１２Ｂ、１２Ｃを含んで構成されてい
る。 前記走査制御装置１２Ａは、前記情報制御手段２８から
の制御信号によって作動される。 前記分光手段２０は、第３図に示されるように、分光器
２ＯＡと、コントローラー２０Ｂと、このコントローラ
ー２０Ｂによって制御され、集光レンズ１８によって集
められた光を分光器２ＯＡ方向に選択的に反射させるこ
とができる一対のミラー２０Ｃとを含んで構成されてい
る。 前記コントローラー２０８は、情報制御手段２８からの
信号によって制御されるものである。 又、前記時系列切り出し手段２２は情報制御手段２８に
よって制御される高速光シャッターから構成されている
。 次に上記実施例の作用について説明する。 例えば、物体１６が５０ｍ先にあり、この物体１６又は
この物体１６を含む背景を５ｍＸ５ｍの範囲で光パルス
で走査することを考える。 ここで、前記パルスレーザ光源１０を、キャビティダン
プＡｒレーザとして、波長５１４．５ｎｍ。 パルス幅１０ｎｓ、ビークパワー２００Ｗ、１パルス当
りのフォトン数を約５　Ｘ　１０　”個、繰返し周波数
１ＭＨ２で動作させるものとする。 又、スキャンの状態は、第１図に示されるように、縦横
５ｍの走査範囲を上からジグザグにスキャンするように
する。このときに、上記５×５ｍの走査範囲では、縦方
向に２５６点、横方向に２５６点即ち、約６．６Ｘ１０
’点に光パルスを照射する。光パルスのビーム形状を直
径３ｃｍの円とすると縦横５ｍの範囲を１秒間に約１５
回くまなく走査できる。 ここで、前記分光手段２０にあける分光器２０Ａは、そ
の分解能が０．５Ａであり、背景光の波長範囲を４００
０〜７０００Ａと仮定すると、分光器２ＯＡを単純に用
いた場合は、０．５Ａ／３０００Ａ＝１．７Ｘ１０−’
の分離が可能となる。 このように、視野走査手段がないとき、見込視野面積Ｓ
として、この中に光パルスが照射されていて、そのスポ
ット面積を８℃とすると５ＩＳＡだけ分離度が低下する
。 そこで、前記情報制御手段２８により制御されるパルス
レーザ光源１０から射出され、レーザ光走査手段１２に
よって走査された光パルスの走査に合せて、コントロー
ラー２０Ｂを介してミラー２０Ｃを制御する。 即ち、受光手段２６の視野を走査する。 この視野走査によって、Ｓ／Ｓβα５として、前記分光
手段２６による分離と合せて、分離度をおよそ１０−５
程度とすることができる。 次に、時系列切り出し手段２２による信号切り出しを考
える。 パルスレーザ光源１０からの光パルスの出射後、光の５
０ｍの距離の往復時間である３３０ｎｓの後に、高速光
シャッターである時系列切り出し手段２２を２０ｎＳだ
け開くようにする。 このようにすると５０〜５３ｍ先の対象物検知が可能と
なる。 ここで、前記物体１６での光パルスの反射率を０．１と
し、集光レンズ１８の直径を１０ｃｍ、物体１６から集
光レンズ１８を見込む角度を２θとすると、第４図に示
されるように、θ−０，０２となる。 物体１６での反射散乱光の空間分布を第５図のように仮
定すると、２θ−０，０４の範囲、即ち第５図の斜線部
分の範囲の面積は、０．０４ＸＩｏ／１８０ｘ　Ｉ　ｏ
　ｘｏ、５＝Ｑ、００４となる。 このことはＸ軸方向及びＹ軸方向の両方について言える
ので、結局集光率は、（０，００４）２−２Ｘ１０　　
程度となる。前記１パルス当りのフォトン数は、５　Ｘ
　１０　”個であるので、物体１６全面に光パルスが照
射され、伝搬中の空気のゆらぎ等による光の歪み、損失
が零とすると、５×１０”ｘｏ、１Ｘ　（２Ｘ　１０−
７＞　−１０５ｐｈｏｔｏｎ／ｐｕ　ｌ　ｓｅ程度の光
を検出することができる。 次に背景光について考える。 まず１１ｕｘ＝１／６８０Ｗ／］Ｔ１２とすルト、前述
の如く、Ｓ／５Ｊ２−５であるので、見込み視野はＳ＝
０．００３５ｔ２となる。曇天時、即ち１００ＵＸ程度
の背景光があるとすると、１００／６８０　Ｘ　Ｏ、Ｏ
Ｏ３５＝　５　Ｘ　１０−’　Ｗとなる。仮に、この背
景光が全て、受光手段２６に入射すると２０ｎｓの間に
（５ｘ１０−’）Ｘ　（２０ｎｓ）Ｘ　（１゜７Ｘ１０
−’）／（４Ｘ１０−”）　−４，３Ｘ’ｌ○３個程度
のフォトンが受光される。ここで、（１゜７Ｘ１０−’
）は、前述の、背景光中に存在するレザ光と同一波長成
分の割合を示し、＜４．０Ｘ１０−’９）は、１個のフ
ォトンのエネルギーを示す。 前述の如く、１パルス当り集光レンズ１８によって捕ら
えられるフォトン数は１０５個であるので、信号光／波
形光−１０５／４．３Ｘ１０３　＝２３となる。 この信号光／背景光−２まで検出可能とすると、レーザ
ご一ム面積に対して約１／１０の物体まで検知可能とな
る。 以上のように、上記実施例によれば、分光手段２０によ
り所定波長部分だけ切り出し、更に時系列切り出し手段
２２によって光パルス出射タイミングに合せて信号を検
出しているので、ＭＣＰＭＰＴ２４に入力される信号の
うち不要部分が非常に少なくなり、Ｓ／Ｎの高い物体検
知を行うことができる。 又、レーザ光走査手段１２によって光パルスを任意に走
査できるようにしているので、光パルスのスポット形状
を円形として、物体を隙間なく走査することができる。 ここで、上記実施例においては、レーザ光走査手段１２
による光パルスの走査は、第１図に示されるようなジグ
ザグ形状としたものであるが、例えば、被測定視野に対
して電線のような物が横切っていないかというような検
知を行う場合には、第６図（Ａ）のように四角枠状にス
キャンしたり、又は第６図（Ｂ）に示されるように円形
にスキャンしたりすればよい。 又は、レーザ走査長を短くするには、第６図（Ｃ）に示
されるように、斜め横方向に１方向にのみ間引き走査を
することもできる。 この場合、レーザ走査長が短いので、１辺当りの照射パ
ルス数を大きくとることが可能となり、同一レーザを用
いても先方で絞り込むようにしてスキャンすることがで
きる。従って、同一フォトン数が反射してくるに足りる
先方の物体の面積が小さくてよく、より小さな物体検知
が可能となる。 あるいは又、照射レーザビームが物体全面に当って反射
する条件においては、例えば径を１／２に絞ったとき、
これに伴い見込み視野径を１／２にでき背景光が４倍と
なっても検出可能となる。 次に第７図に示される本発明の第２実施例につき説明す
る。 この第２実施例は、前記第１実施例の構成に対して、前
記光パルスによる照射部分全体を監視する監視手段３２
及び付加回路３４を設けたものであり、前記表示手段３
０は、監視手段３２による監視範囲の信号に受光手段２
６における検知信号を加えて表示するようにされている
。 前記付加回路３４は第８図に示されるように、Ｍ　ＣＰ
　−Ｍ　Ｐ　Ｔ　２４からの信号をホールドするサンプ
ルホールド回路３４Ａと、このサンプルホルト回路３４
Ａからの出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３４Ｂ
と、このＡ／Ｄ変換器３４Ｂからの出力を記憶するフレ
ームメモリ３４Ｃと前記情報制御手段２８からの前記時
系列切り出し手段２２への制御信号と同一のｆＩｔｌＪ
御信号により制御され、且つ前記フレームメモリ３２Ｃ
を制御して、メモリ情報を出力させるＡＯＤ発生回路３
２Ｄとを備えて構成されている。 この付加回路３４は例えばビジコンカメラからなる前記
監視手段３２からの入力信号に、前記フレームメモリ３
４．　Ｃからの出力信号を加えて、前記表示手段３０に
出力するようにされている。 この第２実施例では、どシコンカメラ等の監視手段３２
により物体ｉ６の全体を監視しつつ、その信号に、ＭＣ
Ｐ−ＭＰＴ２４からの信号を載せて表示できるので、全
体に対してどの部分を検知しているのか容易に検出する
ことができる。 なお上記実施例において、時系列切り出し手段２２は、
高速光シャッターから構成されているが、これは、第９
図あるいは第１０図に示されるようにゲート回路を利用
したものであってもよい。 即ち、第９図に示される時系列切り出し手段は、情報制
御手段２８からの制御信号に基づいて作動されるゲート
回路３６であり、このゲート回路３６は、情報制御手段
２８からの制御信号があるときのみＭＣＰ−ＭＰＴ２４
を開き、その出力信号が情報制御手段２８に送られるよ
うにしている。 又は第９図に示される実施例の場合は、前記ＭＣＰ−Ｍ
ＰＴ２４と情報制御手段２８の間にゲート回路３８を配
置したものであり、ゲート回路３８は、情報制御手段２
８からの制御信号が入力している間だけ、ＭＣＰ−ＭＰ
Ｔ２４からの出力信号を情報制御手段２８に送るように
したものである。 なお上記実施例において、レーザ光走査手段１２は、ガ
ルバノミラ−１２８，１２Ｃ１及び走査制御装置１２Ａ
から構成されているが、このレーザ光走査手段１２は、
他の構成であってもよい。 又は集光レンズ１８は、レンズに限定されるものでなく
、物体からの反射光を集光できるものであればよいく、
又は分光手段２０も、集光レンズ１８が集めた光のうち
から、光発生手段１４からの反射光を分離できるもので
あればよく、必ずしも視野走査手段がなくてもよい。 更に、時系列切り出し手段２２も、分光手段２０を経た
信号を時系列的に切り出すことができるものであれば実
施例の構成に限定されない。 更に又、受光手段２６におけるＭＣＰ−ＭＰＴ２４も、
他の受光素子であってもよい。 【発明の効果】 本発明は上記のように構成したので、背景光が比較的強
くても、又、物体が電線のようなものでも、非常に高い
ＳＮ比で、確実にこれを検知することができるという優
れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る物体検知装置の実施例を示すブロ
ック図、第２図は同実施例におけるレーザ走査手段を示
すブロック図、第３図は同実施例における分光手段を示
すブロック図、第４図は同実施例で物体を検知する場合
の物体側から見た集光レンズを見込む角度を示す線図、
第５図は物体での反射散乱光の空間分布状態を示す図、
第６図は上記実施例におけるレーザ走査態様を示す線図
、第７図は本発明の第２実施例を示すブロック図、第８
図は同第２実施例の要部を示すブロック図、第９図は本
発明の第３実施例の要部を示すブロック図、第１０図は
同第４実施例を示すブロック図である。 ３６． ３８・・・ゲ ト回路。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）パルスレーザ光源及びレーザ光走査手段を含む光
   発生手段と；前記光発生手段から物体に照射された光パ
   ルスの反射光を含む光を集める集光手段、前記光発生手
   段からの光パルスの波長情報に基づき、前記、集光手段
   の集めた光から前記反射光を分離する分光手段、前記光
   発生手段からの光パルスの発生時間情報に基づき、前記
   集光手段の集めた光から前記反射光を時系列的に分離す
   る時系列切り出し手段、及び前記分光手段と時系列切り
   出し手段を経て分離された反射光を受光して光電変換す
   る受光素子、を含む受光手段と；前記光発生手段及び前
   記受光手段を制御すると共に、前記受光素子からの検知
   信号を処理する情報制御手段と；前記情報手段による信
   号処理結果を表示する表示手段と：を有してなり、前記
   物の存在、形状を認識する物体検知装置。
2. （２）請求項１において、前記分光手段は、前記光発生
   手段からの光パルスによる照射見込み部分を走査する見
   込み視野走査手段を備えたことを特徴とする物体検知装
   置。
3. （３）請求項１又は２において、前記光パルスによる照
   射部分全体を監視する手段を設けると共に、前記表示手
   段を、前記監視手段による監視範囲の信号に前記検知信
   号を加えて表示するようにしたことを特徴とする物体検
   知装置。
4. （４）請求項１、２又は３において、前記受光素子は、
   マルチチャンネルプレート光電子増倍管であることを特
   徴とする物体検知装置。
5. （５）請求項１乃至４のうちのいずれかにおいて、前記
   レーザ光走査手段は、視野の枠に沿つてのみ走査可能と
   されたことを特徴とする物体検知装置。
6. （６）請求項１乃至４のうちのいずれかにおいて、前記
   レーザ光走査手段は、間引き走査可能とされたことを特
   徴とする物体検知装置。
7. （７）請求項１乃至６のうちのいずれかにおいて、前記
   時系列切り出し手段は、前記受光素子の前に配置された
   高速光シャッターであることを特徴とする物体検知装置
   。
8. （８）請求項１乃至６のうちのいずれかにおいて、前記
   時系列切り出し手段は、前記受光素子又は該受光素子の
   出力信号のいずれか一方を制御するゲート回路であるこ
   とを特徴とする物体検知装置。