JPH0531947B2 - - Google Patents

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JPH0531947B2
JPH0531947B2 JP62142191A JP14219187A JPH0531947B2 JP H0531947 B2 JPH0531947 B2 JP H0531947B2 JP 62142191 A JP62142191 A JP 62142191A JP 14219187 A JP14219187 A JP 14219187A JP H0531947 B2 JPH0531947 B2 JP H0531947B2
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JP
Japan
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infrared
laser beam
reflected
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detector
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JP62142191A
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JPS63307379A (ja
Inventor
Minoru Kimura
Hidemi Takahashi
Osamu Yamada
Hiroyuki Naito
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、視覚情報と距離情報を同時に得る
ことができる視覚センサに関する。
従来の技術 従来のこの種の赤外線視覚センサとしては、例
えばアプライド・オプテイクス第23巻2565頁、
1984年(Appl.Optics,Vol23,P2565,1984)に
示されているような構成が知られている。
以下、上記従来の赤外線視覚センサについて第
4図を参照しながら説明する。
第4図に示すようにレーザ発振器27から出射
された連続波のレーザ光はビームスプリツタ28
により参照レーザ光36と測定レーザ光29とに
分離される。測定レーザ光29は周波数シフタ3
0により周波数シフトされ、さらに、変調器31
により強度変調される。強度変調されたレーザ光
32は二次元スキヤナ33により走査され、対象
物34に照射される。対象物34から反射した反
射レーザ光35は二次元スキヤナ33を通り、上
記参照レーザ光36とビームスプリツタ37によ
り混合され、レンズ38により検出器39へ集光
され、光のヘテロダイン検波が行われる。検出器
39からの信号は、周波数シフタ30の周波数
と、変調周波数の両側帯波が出力される。この信
号がプリアンプ40により増幅され、バンドパス
フイルタ41に通され、復調器42により復調さ
れる。復調された信号の一方は位相検出器43に
より変調信号と位相比較され、距離情報として出
力され、復調された信号の分岐した他方は強度変
調検出器44により反射レーザ光強度から輝度情
報として出力される。なお、この距離情報とは、
周波数シフタ30が周波数シフトした赤外線レー
ザ光の出力に対する、復調器42の出力の位相差
φを位相検出器43で検出することにより、対象
物34までの距離情報L L=cφ/4πfm (但し、cは光の速度、 fmは周波数シフタ30のシフト周波数)を得
ることができるものである。
また、輝度情報とは、例えば、強度変調検出器
44の検出する反射レーザ光強度、すなわち、そ
の振幅に応じて濃淡表現するにより可視化画像を
得ることができるものである。
発明が解決しようとする問題点 しかし、このような従来の赤外線視覚センサで
は、対象物34の材質によつて検出器39でで反
射レーザ光35を検出することができず、対象物
34が見えないことがある。すなわち、対象物3
4のレーザ光32に対する反射率が非常に小さい
場合であつて、反射レーザ光35の強度が検出器
39の検出能力により小さくなれば検出不能とな
る。また対象物34のレーザ光32に対する反射
率が大きく、かつ対象物34の面が傾いて位置し
ている場合には、照射したレーザ光32の大部分
のエネルギーが他方へ反射されて検出器39に戻
つてこないので、検出不能となる。従つて視覚セ
ンサから情報を得ることは困難であり、視覚セン
サとしての役割を果さないことになる。
そこで、本発明は、上記のような従来例の問題
点を解決するもので、出射したレーザ光が吸収さ
れたり、他方へ反射されたりする対象物であつて
も、これを検知し、可視化することができるよう
にして赤外線視覚センサを提供しようとするもの
である。
問題点を解決するための手段 本発明は、レーザ発振器の赤外線レーザ光を第
1のタイミングで出射させ、第2のタイミングで
停止させ、この第1、第2のタイミングを交互に
繰返すことにより、前記レーザ発振器の断続的制
御を行なうレーザ発振器制御部と、 前記レーザ発振器から出射した前記赤外線レー
ザ光を周波数シフト及び強度変調する音響光学変
調素子と、 この音響光学変調素子により強度変調された赤
外線レーザ光を対象物に対し二次元照射するとと
もに、当該赤外線レーザ光がその対象物から反射
してくる反射赤外線レーザ光、及びその対象物自
らの対象物赤外輻射光の双方を少なくとも受光す
るスキヤナと、 そのスキヤナを介して受光した前記対象物から
の前記反射赤外線レーザ光、及び対象物赤外輻射
光の双方を少なくとも光電変換する赤外線検出器
と、 その赤外線検出器の出力から、前記反射赤外線
レーザ光に対応した第1の信号成分を分離して出
力する第1の分離手段と、 前記赤外線検出器の出力から、前記対象物赤外
輻射光に対応した第2の信号成分を分離して出力
する第2の分離手段と、 前記音響光学変調素子が強度変調した前記赤外
線レーザ光の出力に対する、前記第1の分離手段
の出力の位相差φを検出することにより、前記対
象物までの距離情報L L=cφ/4πfm (但し、cは光の速度、 fmは前記音響光学変調素子のシフト周波数)
を出力する位相検出器と、 その位相検出器が出力する距離情報、及び前記
第1の分離手段が出力する、前記反射赤外線レー
ザ光の輝度情報としての前記第1の信号成分を、
前記レーザ発振器制御部からの制御に基づいて第
1のタイミングで取り込み、当該反射赤外線レー
ザ光の輝度情報を可視化画像情報となし、 一方、前記第2の分離手段が出力する、対象物
の赤外輻射による輝度情報としての前記第2の信
号成分を、前記レーザ発振器制御部からの制御に
基づいて第2のタイミングで取り込み、当該対象
物の赤外輻射による輝度情報を可視化画像情報と
なす画像情報取込手段とを設けたものである。
作 用 上記技術的手段による作用は次のようになる。
すなわち、レーザ光を対象物に断続的に照射
し、レーザ光による対象物の距離情報と輝度情報
も得、レーザ光が照射していない時に対象物から
の赤外輻射光による輝度情報を得るようにしてい
る。このように反射レーザ光が得られないような
対象物の場合には赤外輻射光が増加し、この赤外
輻射光を輝度情報として可視化することができ、
従つてあらゆる対象物を検知して可視化すること
ができる。
実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照しな
がら説明する。
まず、本発明の第1実施例について説明する。
第1図は本発明の第1実施例における赤外線視覚
センサを示す構成図である。
第1図において、1はレーザ発振器、2はビー
ムスプリツタ、4は音響光学変調器、6は穴開き
鏡、7は二次元スキヤナ、8は対象物、6aは反
射鏡、12はビームスプリツタ、13はレンズ、
14は検出器、15は広帯域プリアンプ、16は
バンドパスフイルタ、17は復調器、18は位相
検出器、19は低周波プリアンプ、20は画像取
込装置、21はスキヤナドライバ、22はレーザ
電源、23はパルス発生器、24は入力セレクタ
である。
次に上記実施例の動作について説明する。
レーザ発振器1から出射したレーザ光がビーム
スプリツタ2により参照レーザ光11と測定レー
ザ光3とに分離される。測定レーザ光3は音響光
学変調器4により正弦波的に強度変調され、か
つ、変調波の搬送波周波数だけ周波数シフトされ
た照射レーザ光5となる。照射レーザ光5は穴開
き鏡6の穴を通り、二次元スキヤナ7により二次
元に走査され、対象物8に照射される。対象物8
で反射した反射レーザ光9は二次元スキヤナ7に
取込まれ、穴開き鏡6、反射鏡6aで反射され、
ビームスプリツタ12により上記参照レーザ光1
1と混合され、レンズ13により検出器14に集
光される。
対象物8からは物体温度に応じた赤外輻射光1
0が放射されており、この赤外輻射光10もまた
上記のように二次元スキヤナ7等を介して検出器
14に取込まれる。すなわち、物体の温度が絶対
零度以上であれば、全ての物体表面から赤外輻射
がある。この赤外輻射光10の量は物体の温度お
よび放射率(赤外輻射の効率)により異なり、高
温物体ほど多く、また同一温度の場合には赤外線
をまつたく反射しない完全黒体の場合に最大とな
る。完全反射体の場合には、その物体自身からの
赤外輻射光は零となるが、周囲の物体からの赤外
輻射光が反射されて物体が認識される。従つて対
象物8から出た赤外輻射光10も検出器14によ
り検出される。
上記レーザ発振器1の発振に際し、パルス発生
器23によりパルスを発生し、レーザ電源22を
制御してレーザ発振を断続的に行ない、第3図a
に示すような出力Poの矩形波形とする。上記赤
外輻射光10は常時放射されているため、一定温
度Tの対象物8では強度PTで第3図bに示すよ
うな一定値となつており、検出器14への入射光
は、第3図cに示すようにaに示す照射レーザ光
と対象物8の反射率の積PRとbに示す赤外輻射
光の和となる。
検出器14の出力は2つに分けられ、1つは広
帯域プリアンプ15により増幅され、別の1つは
低周波プリアンプ19により増幅される。広帯域
プリアンプ15により増幅された信号はバンドパ
スフイルタ16を通過した後、復調器17により
復調され、反射レーザ光9による情報が選択され
る。復調信号は信号強度から輝度情報202とし
て画像取込装置20に取り込まれ、位相検出器1
8から得られる位相から距離情報201として画
像取込装置20に取込まれる。低周波プリアンプ
19により増幅された信号は赤外輻射光10によ
り輝度情報203として画像取込装置20に取込
まれる。
画像取込装置20の中には、反射レーザ光9に
よる距離情報201と、輝度情報202と、赤外
輻射光10による輝度情報203それぞれにフレ
ームメモリが用意され、スキヤナドライバ21か
らのアドレス信号204と入力セレクタ24から
の入力切替え信号205に応じて画像取込みが行
われる。
本実施例では、パルス発生器23によりレーザ
発振器1の発振を制御し、同時に入力セレクタ2
4の制御も行い、反射レーザ光9による情報と赤
外輻射光10による情報とを交互に得ている。こ
のためヘテロダイン検波法による光学系で、赤外
輻射情報の取込みが可能となり、従来の反射レー
ザ光9による情報のみの赤外線視覚センサでは見
えなかつた対象物の可視化が可能となる。
次に本発明の第2実施例について説明する。第
2図は本発明の第2実施例を示す構成図である。
本実施例では、光チヨツパー25を用いてレー
ザ発振器1から出射するレーザ光を断続的に制御
し、光チヨツパードライバ26により入力セレク
タ24の制御を行なうようにしたものであり、そ
の他の構成は上記第1実施例と同一であるので、
同一符号を付してその説明を省略する。
本実施例によれば、レーザ発振器1がパルス発
振の機能を有しない場合に有効である。
上記各実施例によれば、パルス発生器23また
は光チヨツパー25、光チヨツパードライバ26
と、入力セレクタ24を従来の赤外線視覚センサ
に付加すればよく、構成が簡単である。
発明の効果 以上述べたように本発明によれば、レーザ光を
対象物に断続的に照射し、対象物からの反射レー
ザ光による情報と、対象物からの赤外輻射光によ
る情報を交互に得るようにしているので、反射レ
ーザ光による情報では、ヘテロダイン検波法によ
る測定光学系を用いた高精度測定が可能となり、
赤外輻射光による情報では、検出器の入力過多が
防止され、従来の赤外線視覚センサでは見えない
対象物(完全黒体や完全反射体など)を可視化す
ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例における赤外線視
覚センサを示す構成図、第2図は本発明の第2実
施例における赤外線視覚センサを示す構成図、第
3図は本発明による赤外線視覚センサの入出力赤
外線光を示す波形図、第4図は従来の赤外線視覚
センサを示す構成図である。 1……レーザ発振器、2……ビームスプリツ
タ、3……測定レーザ光、4……音響光学変調
器、5……照射レーザ光、6……穴開き鏡、7…
…二次元スキヤナ、8……対象物、9……反射レ
ーザ光、10……赤外輻射光、11……参照レー
ザ光、12……ビームスプリツタ、13……レン
ズ、14……検出器、15……広帯域プリアン
プ、16……バンドパスフイルタ、17……復調
器、18……位相検出器、19……低周波プリア
ンプ、20……画像取込装置、21……スキヤナ
ドライバ、22……レーザ電源、23……パルス
発生器、24……入力セレクタ、25……光チヨ
ツパー、26……光チヨツパードライバ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 レーザ発振器の赤外線レーザ光を第1のタイ
    ミングで出射させ、第2のタイミングで停止さ
    せ、この第1、第2のタイミングを交互に繰返す
    ことにより、前記レーザ発振器の断続的制御を行
    なうレーザ発振器制御部と、 前記レーザ発振器から出射した前記赤外線レー
    ザ光を周波数シフト及び強度変調する音響光学変
    調素子と、 この音響光学変調素子により強度変調された赤
    外線レーザ光を対象物に対し二次元照射するとと
    もに、当該赤外線レーザ光がその対象物から反射
    してくる反射赤外線レーザ光、及びその対象物自
    らの対象物赤外輻射光の双方を少なくとも受光す
    るスキヤナと、 そのスキヤナを介して受光した前記対象物から
    の前記反射赤外線レーザ光、及び対象物赤外輻射
    光の双方を少なくとも光電変換する赤外線検出器
    と、 その赤外線検出器の出力から、前記反射赤外線
    レーザ光に対応した第1の信号成分を分離して出
    力する第1の分離手段と、 前記赤外線検出器の出力から、前記対象物赤外
    輻射光に対応した第2の信号成分を分離して出力
    する第2の分離手段と、 前記音響光学変調素子が強度変調した前記赤外
    線レーザ光の出力に対する、前記第1の分離手段
    の出力の位相差φを検出することにより、前記対
    象物までの距離情報L L=cφ/4πfm (但し、cは光の速度、 fmは前記音響光学変調素子のシフト周波数)
    を出力する位相検出器と、 その位相検出器が出力する距離情報、及び前記
    第1の分離手段が出力する、前記反射赤外線レー
    ザ光の輝度情報としての前記第1の信号成分を、
    前記レーザ発振器制御部からの制御に基づいて第
    1のタイミングで取り込み、当該反射赤外線レー
    ザ光の輝度情報を可視化画像情報となし、 一方、前記第2の分離手段が出力する、対象物
    の赤外輻射による輝度情報としての前記第2の信
    号成分を、前記レーザ発振器制御部からの制御に
    基づいて第2のタイミングで取り込み、当該対象
    物の赤外輻射による輝度情報を可視化画像情報と
    なす画像情報取込手段とを具備した赤外線視覚セ
    ンサ。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH04346095A (ja) * 1991-05-23 1992-12-01 Mitsubishi Electric Corp 監視装置
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JP6435781B2 (ja) * 2014-10-31 2018-12-12 株式会社豊田中央研究所 自己位置推定装置及び自己位置推定装置を備えた移動体

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