JP2010071725A - レーザレーダ及びレーザレーダによる境界監視方法 - Google Patents

レーザレーダ及びレーザレーダによる境界監視方法 Download PDF

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Abstract

【課題】境界監視用に用いる場合、監視コストの上昇を少なく抑えつつ、境界に沿った広範囲な監視が可能であるレーザレーダ及びレーザレーダによる境界監視方法を提供する。
【解決手段】二つの投光部2A,2Bと、投光部2A,2Bから発したレーザ光LTを走査する走査部3と、計測対象領域で反射して戻った反射レーザ光LRを受ける二つの受光部4A,4Bを備え、走査部3は、ポリゴンミラー31と、ポリゴンミラー31で反射した二つの投光部2A,2Bからのレーザ光LTをフェンスFに沿って走査すると共に、フェンスF近傍の異なる計測対象で反射して戻った反射レーザ光LRをポリゴンミラー31を介して個々に受光部4A,4Bに戻す揺動ミラー32を具備し、一方の投光部2A及び受光部4Bと、他方の投光部2B及び受光部4Bとをポリゴンミラー31を挟んでそれぞれ配置し、各光軸LA,LBが成す角度θを鋭角に設定した。
【選択図】図2

Description

本発明は、領域を仕切る境界柵部、例えば、工場などの施設領域と外部とを仕切るフェンスに沿って監視を行うのに利用されるレーザレーダ及びレーザレーダによる境界監視方法に関するものである。
従来、上記した領域を仕切る境界柵部に沿って監視を行うレーザレーダとしては、例えば、レーザ光を発する投光部と、この投光部から発したレーザ光を二次元的に走査する走査部と、この走査部によるレーザ光走査により計測対象で反射して戻るレーザ光を受ける受光部を備えたものがあり、このようなレーザレーダにおいて、走査部は、投光部から発したレーザ光を水平方向に走査するポリゴンミラーと、このポリゴンミラーからのレーザ光を垂直方向に走査する揺動ミラーを具備したものとなっている(例えば、特許文献1参照)。
特開2005-69975号
このレーザレーダを用いて領域を仕切る境界柵部、例えば、フェンスに沿って監視を行う場合、少ない装置台数で監視領域を効率よくカバーするために、より長視程化のレーザレーダを用いることが求められる。
ところが、レーザレーダの長視程化を図るためには、投光するレーザ光のエネルギを高める方法や、レーザ光を受ける受光素子の感度を高める方法などがあるが、前者の場合は、人体に及ぼす影響を考慮すれば、投光可能なレーザ光のエネルギには自ずと上限が定まり、後者の場合は、電子デバイスの能力に限界があることから、いずれの場合もある程度以上の長視程化は実現困難である。
つまり、フェンスに沿う監視領域を効率よくカバーするためには、レーザレーダの台数を増やさざるを得ないという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
本発明は、上述した従来の課題に着目してなされたもので、境界監視用に使用する場合において、台数を増やすことなく、境界に沿った広範囲な監視が可能であるレーザレーダ及びレーザレーダによる境界監視方法を提供することを目的としている。
本発明の請求項1に係る発明は、レーザ光を発する二つの投光部と、これらの投光部から発した二筋のレーザ光をそれぞれ二次元的に走査する走査部と、この走査部によるレーザ光走査により互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光を前記走査部を介して個々に受ける二つの受光部を備え、前記走査部は、一つのポリゴンミラーと、このポリゴンミラーで反射した前記二つの投光部からの二筋のレーザ光を前記互いに異なる計測対象にそれぞれ走査すると共に、これらの計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光を前記ポリゴンミラーを介して個々に前記二つの受光部に戻す一つの揺動ミラーを具備し、前記二つの投光部のうちの一方の投光部及びこれと対を成す受光部と、前記二つの投光部のうちの他方の投光部及びこれと対を成す受光部とを前記ポリゴンミラーを挟んでそれぞれ配置すると共に、各々の光軸同士が成す角度を鋭角に設定した構成としたことを特徴としており、このレーザレーダの構成を前述の従来の課題を解決するための手段としている。
また、本発明の請求項2に係る発明は、領域を仕切る境界柵部に沿って監視を行うレーザレーダであって、レーザ光を発する二つの投光部と、これらの投光部から発した二筋のレーザ光をそれぞれ二次元的に走査する走査部と、この走査部によるレーザ光走査により互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光を前記走査部を介して個々に受ける二つの受光部を備え、前記走査部は、鉛直方向の回転軸回りに回転する一つのポリゴンミラーと、このポリゴンミラーの回転軸と直交する方向の揺動軸回りに揺動して前記ポリゴンミラーで反射した前記二つの投光部からの二筋のレーザ光を前記境界柵部に沿ってそれぞれ走査すると共に、該境界柵部の近傍における互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光を前記ポリゴンミラーを介して個々に前記二つの受光部に戻す一つの揺動ミラーを具備し、前記二つの投光部のうちの一方の投光部及びこれと対を成す受光部と、前記二つの投光部のうちの他方の投光部及びこれと対を成す受光部とを前記ポリゴンミラーを挟んでそれぞれ配置すると共に、各々の光軸同士が成す角度を鋭角に設定した構成としたことを特徴としており、このレーザレーダの構成を前述の従来の課題を解決するための手段としている。
さらに、本発明の請求項3に係るレーザレーダは、前記一方の投光部から発したレーザ光の前記走査部による走査範囲の前記ポリゴンミラーに近い部分、及び、前記他方の投光部から発したレーザ光の前記走査部による走査範囲の前記ポリゴンミラーに近い部分同士を隣接ないし重複させた構成とし、本発明の請求項4に係るレーザレーダは、前記二つの投光部に所定の周期でレーザ光の投光指令を発すると共に前記走査部による走査を制御する一つの制御部を備え、この制御部から前記二つの投光部に対して、互いに半周期ずらしてレーザ光の投光指令が発せられる構成としている。
一方、本発明の請求項5に係る発明は、請求項1,3,4のいずれかに記載のレーザレーダにより、領域を仕切る境界柵部に沿って監視を行うに際して、走査部のポリゴンミラーの回転軸を鉛直方向に沿わせて該ポリゴンミラーを配置すると共に、このポリゴンミラーで反射した前記二つの投光部からの二筋のレーザ光を前記境界柵部に沿ってそれぞれ走査し且つ該境界柵部の近傍における互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光を前記ポリゴンミラーを介して個々に前記二つの受光部に戻すべく揺動ミラーを配置し、次いで、前記二つの投光部のうちの一方の投光部及びこれと対を成す受光部と、前記二つの投光部のうちの他方の投光部及びこれと対を成す受光部とを前記ポリゴンミラーを挟んでそれぞれ配置すると共に、各々の光軸同士が成す角度を鋭角に設定し、前記走査部のポリゴンミラーを回転させつつ前記二つの投光部からレーザ光をそれぞれ投光すると共に、前記一つの揺動ミラーを揺動させて前記境界柵部に沿ってレーザ光をそれぞれ走査し、この走査部によるレーザ光走査により前記境界柵部の近傍における互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光を前記走査部の一つの揺動ミラー及びポリゴンミラーを介して個々に前記二つの受光部で受ける構成としたことを特徴としており、このレーザレーダによる境界監視方法の構成を前述の従来の課題を解決するための手段としている。
本発明のレーザレーダ及びレーザレーダによる境界監視方法において、投光部から発するレーザ光としては、半導体レーザや固体レーザやガスレーザなどを用いることができ、信号波形がパルス状や位相変調した正弦波状を成すレーザ光が使用される。
本発明のレーザレーダにおいて、領域を仕切る境界柵部に沿って監視を行う場合、例えば、図2に示すように、走査部3のポリゴンミラー31をその回転軸31aが境界柵部Fの高さ方向(鉛直方向)に沿うようにして境界柵部Fの上方に設置すると共に、揺動軸32aが境界柵部Fの長手方向に沿うようにして一つの揺動ミラー32を境界柵部Fの上方に設置する。
この際、二つの投光部2A,2Bのうちの一方の投光部2A及びこれと対を成す受光部4Aと、二つの投光部2A,2Bのうちの他方の投光部2B及びこれと対を成す受光部4Bとをポリゴンミラー31を挟んでそれぞれ配置すると共に、各々の光軸LA,LB同士が成す角度θを鋭角に設定する。
そして、このレーザレーダにおいて、走査部3のポリゴンミラー31及び一つの揺動ミラー32を動作させつつ、二つの投光部2A,2Bからパルス状や位相変調した正弦波状のレーザ光LTをそれぞれ投光すると、境界柵部Fに沿ってレーザ光LTが二次元的にそれぞれ走査されることとなり、これらのレーザ光LTが境界柵部F近傍の互いに異なる計測対象で反射して戻ってくるまでの時間を計測して処理することで、計測対象までの距離を求め得ることとなる。
ここで、上記レーザ光走査において、二つの投光部2A,2Bの各光軸LA,LBに沿って投光されたレーザ光LTが、図3(a),図5(a)に示すように、ポリゴンミラー31のミラー面31bに沿うようにして(極めて鋭角で)入射する状態では、図3(b),図5(b)に示すように、二筋のレーザ光LTはいずれも揺動ミラー32の中央部分で反射してポリゴンミラー31の下方近傍に照射され、一方、二つの投光部2A,2Bの各光軸LA,LBに沿って投光されたレーザ光LTが、図4(a)に示すように、ポリゴンミラー31のミラー面31bに対して上記入射角度よりも大きな角度で入射する状態では、図4(b)に示すように、二筋のレーザ光LTは揺動ミラー32の両端部でそれぞれ反射してポリゴンミラー31を間にして互いに下方で且つ離間する方向に照射される。
すなわち、二筋のレーザ光LTがポリゴンミラー31の下方近傍に照射される状態では、ポリゴンミラー31の真下辺りを計測することになり、二筋のレーザ光LTがポリゴンミラー31を間にして互いに下方で且つ離間する方向に照射される状態では、ポリゴンミラー31から離れた遠方を計測することになり、これらの計測結果を組み合わせることにより、図6に示すように、従来のレーザレーダ1台による計測可能距離lの約2倍の計測可能距離2lが実現することとなる。
また、ポリゴンミラー31の下方近傍において、一方の投光部2Aから発したレーザ光LTの照射範囲(走査範囲)Aと、他方の投光部2Bから発したレーザ光LTの照射範囲(走査範囲)Bとを重ねて重複部Cを形成するように成せば(あるいは隣接させるように成せば)、ポリゴンミラー31真下の死角を排除し得ることとなる。
さらに、二つの投光部に所定の周期でレーザ光の投光指令を発する一つの制御部を備えている場合において、この制御部から二つの投光部に対して、互いに半周期ずらしてレーザ光の投光指令を発するようになすと、照射範囲A,Bの距離演算タイミングを互いにずらすことができ、したがって、一つの制御部に加えて、距離演算部も一つで済むこととなる。
本発明の請求項1に係るレーザレーダでは、上記した構成としたから、境界監視用に使用する場合において、監視コストの上昇を少なく抑えたうえで、境界に沿った広範囲な監視が可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
また、本発明の請求項2に係るレーザレーダ及び請求項5に係るレーザレーダによる境界監視方法では、上記した構成としているので、1台のレーザレーダだけで、境界に沿って広い範囲を監視することができるという非常に優れた効果がもたらされる。
さらに、本発明の請求項3に係るレーザレーダでは、上記した構成としているので、死角のない実効性の高い監視を行うことができ、さらにまた、本発明の請求項4に係るレーザレーダでは、上記した構成としているので、より一層の監視コストの低減を実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
以下、本発明に係るレーザレーダ及びレーザレーダによる境界監視方法を図面に基づいて説明する。
図1〜図7は、本発明に係るレーザレーダの一実施形態を示しており、この実施形態では、本発明に係るレーザレーダを工場などの施設領域と外部とを仕切るフェンス(境界柵部)に沿った監視に用いた場合を例に挙げて説明する。
図1に示すように、このレーザレーダ1は、パルス状のレーザ光LTを発する二つの投光部2A,2Bと、これらの投光部2A,2Bから発した二筋のレーザ光LT,LTをそれぞれ二次元的に走査する走査部3と、この走査部3によるレーザ光LT,LTの走査により走査範囲内の互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光LR,LRを走査部3を介して個々に受ける二つの受光部4A,4Bと、投光部2A,2Bにレーザ光LTの投光指令を発すると共に走査部3による走査を制御する制御部5と、この制御部5から与えられるレーザ光LT,LTの投光タイミング及び受光部4A,4Bから与えられる反射レーザ光LR,LRの受光タイミングに基づいて計測対象の距離情報を取得する距離演算部6を備えている。
走査部3は、図2に示すように、モータ30の出力により回転する一つのポリゴンミラー31と、モータ33の出力により揺動してポリゴンミラー31で反射した二つの投光部2A,2Bからの二筋のレーザ光LTを互いに異なる計測対象にそれぞれ走査すると共に、これらの計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光LRをポリゴンミラー31を介して個々に二つの受光部4A,4Bに戻す一つの揺動ミラー32を具備していて、ポリゴンミラー31は、その回転軸31aがフェンスFの高さ方向(鉛直方向)に沿うようにしてフェンスFの上方に設置してあり、一方、一つの揺動ミラー32は、その揺動軸32aがフェンスFの長手方向に沿うようにしてフェンスFの上方に設置してある。
この場合、二つの投光部2A,2Bのうちの一方の投光部2A及びこれと対を成す受光部4Aと、二つの投光部2A,2Bのうちの他方の投光部2B及びこれと対を成す受光部4Bとをポリゴンミラー31を挟んで対称に配置してあり、各々の光軸LA,LB同士が成す角度θを鋭角に設定している。
また、このレーザレーダ1において、図7に示すように、投光部2A,2Bに対して所定の指令周期でレーザ光LTの投光指令を発する制御部5では、投光部2Aに対する投光指令(ア)と、投光部2Bに対する投光指令(イ)とを互いに半周期分ずらして発するようにしており、受光部4A,4Bの受光タイミング(ア),(イ)も互いに半周期分ずれるようにしている。
このレーザレーダ1において、走査部3のポリゴンミラー31及び一つの揺動ミラー32を動作させつつ、制御部5からの指令により二つの投光部2A,2Bからパルス状のレーザ光LTを所定の周期で且つ互いに半周期分ずらしてそれぞれ投光すると、図6に示すように、フェンスFに沿ってレーザ光LTが二次元的にそれぞれ走査されて領域A,Bの監視が成されることとなり、これらのレーザ光LTがフェンスF近傍における領域A,Bの互いに異なる計測対象で反射して戻ってくるまでの時間を距離演算部6により計測して処理することで、計測対象までの距離dA,dBを求め、制御部5において、この走査部3のポリゴンミラー31及び一つの揺動ミラー32から得た角度情報と、距離演算部6から得た距離情報とから、三次元データを生成して外部に出力するものとなっている。
上記した走査部3によるレーザ光走査において、二つの投光部2A,2Bの各光軸LA,LBに沿って投光されたレーザ光LTが、図3(a),図5(a)に示すように、ポリゴンミラー31のミラー面31bに沿うようにして入射する状態では、図3(b),図5(b)に示すように、二筋のレーザ光LTはいずれも揺動ミラー32の中央部分で反射してポリゴンミラー31の下方近傍に照射され、一方、二つの投光部2A,2Bの各光軸LA,LBに沿って投光されたレーザ光LTが、図4(a)に示すように、ポリゴンミラー31のミラー面31bに対して上記入射角度よりも大きな角度で入射する状態では、図4(b)に示すように、二筋のレーザ光LTは揺動ミラー32の両端部でそれぞれ反射してポリゴンミラー31を間にして互いに下方で且つ離間する方向に照射される。
すなわち、二筋のレーザ光LTがポリゴンミラー31の下方近傍に照射される状態では、ポリゴンミラー31の真下辺りを計測し、二筋のレーザ光LTがポリゴンミラー31を間にして互いに下方で且つ離間する方向に照射される状態では、ポリゴンミラー31から離れた遠方を計測することになり、これらの計測結果を組み合わせることで、図6に示すように、従来のレーザレーダの約2倍の距離2lの計測が可能となる。
また、この実施形態では、ポリゴンミラー31の下方近傍において、一方の投光部2Aから発したレーザ光LTの照射範囲(走査範囲)Aと、他方の投光部2Bから発したレーザ光LTの照射範囲(走査範囲)Bとを重ねることで、重複部Cを形成するようにしているので、ポリゴンミラー31真下の死角を排除し得ることとなり、その結果、実効性の高い監視がなされることとなる。なお、一方の投光部2Aから発したレーザ光LTの照射範囲Aと、他方の投光部2Bから発したレーザ光LTの照射範囲Bとを隣接させるだけでも、ポリゴンミラー31真下の死角を排除し得る。
さらに、上記したレーザレーダ1では、制御部5において、二つの投光部2A,2Bのうちの一方の投光部2Aに対する投光指令(ア)と、他方の投光部2Bに対する投光指令(イ)とを互いに半周期分ずらして発するようにしているので、図7の実線楕円内に示すように、照射範囲A,Bの距離演算タイミングを互いにずらすことができ、したがって、制御部5に加えて、距離演算部6も一つで済み、監視コストの上昇をより少なく抑え得ることとなる。
上記した実施形態では、本発明に係るレーザレーダを工場などの施設領域と外部とを仕切るフェンスに沿って監視を行うのに用いた場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。
また、本発明に係るレーザレーダの構成は、上記した実施形態によるレーザレーダ1の構成に限定されるものではない。
本発明に係るレーザレーダの一実施形態を示すブロック図である。 図1におけるレーザレーダの走査部,投光部,受光部の各位置関係を示すフェンス上方からの斜視説明図(a)及びフェンス下方からの斜視説明図(b)である。 図1におけるレーザレーダの走査部によるレーザ光走査要領を示す平面説明図(a)及び側面説明図(b)である。 図3と同じくレーザレーダの走査部によるレーザ光走査要領を示す平面説明図(a)及び側面説明図(b)である。 図3と同じくレーザレーダの走査部によるレーザ光走査要領を示す平面説明図(a)及び側面説明図(b)である。 図1におけるレーザレーダによる監視領域を示すである。 図1に示したレーザレーダの制御部による投光部への投光指令タイミングを説明するグラフである。
符号の説明
1 レーザレーダ
2A,2B 投光部
3 走査部
31 ポリゴンミラー
31a ポリゴンミラーの回転軸
32 揺動ミラー
32a 揺動ミラーの揺動軸
4A,4B 受光部
5 制御部
F フェンス(境界柵部)
LA,LB 投光部の光軸
LR 反射レーザ光
LT 投光レーザ光
θ 光軸同士が成す角度

Claims (5)

  1. レーザ光を発する二つの投光部と、
    これらの投光部から発した二筋のレーザ光をそれぞれ二次元的に走査する走査部と、
    この走査部によるレーザ光走査により互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光を前記走査部を介して個々に受ける二つの受光部を備え、
    前記走査部は、一つのポリゴンミラーと、このポリゴンミラーで反射した前記二つの投光部からの二筋のレーザ光を前記互いに異なる計測対象にそれぞれ走査すると共に、これらの計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光を前記ポリゴンミラーを介して個々に前記二つの受光部に戻す一つの揺動ミラーを具備し、
    前記二つの投光部のうちの一方の投光部及びこれと対を成す受光部と、前記二つの投光部のうちの他方の投光部及びこれと対を成す受光部とを前記ポリゴンミラーを挟んでそれぞれ配置すると共に、各々の光軸同士が成す角度を鋭角に設定した
    ことを特徴とするレーザレーダ。
  2. 領域を仕切る境界柵部に沿って監視を行うレーザレーダであって、
    レーザ光を発する二つの投光部と、
    これらの投光部から発した二筋のレーザ光をそれぞれ二次元的に走査する走査部と、
    この走査部によるレーザ光走査により互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光を前記走査部を介して個々に受ける二つの受光部を備え、
    前記走査部は、鉛直方向の回転軸回りに回転する一つのポリゴンミラーと、このポリゴンミラーの回転軸と直交する方向の揺動軸回りに揺動して前記ポリゴンミラーで反射した前記二つの投光部からの二筋のレーザ光を前記境界柵部に沿ってそれぞれ走査すると共に、該境界柵部の近傍における互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光を前記ポリゴンミラーを介して個々に前記二つの受光部に戻す一つの揺動ミラーを具備し、
    前記二つの投光部のうちの一方の投光部及びこれと対を成す受光部と、前記二つの投光部のうちの他方の投光部及びこれと対を成す受光部とを前記ポリゴンミラーを挟んでそれぞれ配置すると共に、各々の光軸同士が成す角度を鋭角に設定した
    ことを特徴とするレーザレーダ。
  3. 前記一方の投光部から発したレーザ光の前記走査部による走査範囲の前記ポリゴンミラーに近い部分、及び、前記他方の投光部から発したレーザ光の前記走査部による走査範囲の前記ポリゴンミラーに近い部分同士を隣接ないし重複させた請求項1又は2に記載のレーザレーダ。
  4. 前記二つの投光部に所定の周期でレーザ光の投光指令を発すると共に前記走査部による走査を制御する一つの制御部を備え、この制御部から前記二つの投光部に対して、互いに半周期ずらしてレーザ光の投光指令が発せられる請求項1〜3のいずれか一つの項に記載のレーザレーダ。
  5. 請求項1,3,4のいずれかに記載のレーザレーダにより、領域を仕切る境界柵部に沿って監視を行うに際して、
    走査部のポリゴンミラーの回転軸を鉛直方向に沿わせて該ポリゴンミラーを配置すると共に、このポリゴンミラーで反射した前記二つの投光部からの二筋のレーザ光を前記境界柵部に沿ってそれぞれ走査し且つ該境界柵部の近傍における互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光を前記ポリゴンミラーを介して個々に前記二つの受光部に戻すべく揺動ミラーを配置し、
    次いで、前記二つの投光部のうちの一方の投光部及びこれと対を成す受光部と、前記二つの投光部のうちの他方の投光部及びこれと対を成す受光部とを前記ポリゴンミラーを挟んでそれぞれ配置すると共に、各々の光軸同士が成す角度を鋭角に設定し、
    前記走査部のポリゴンミラーを回転させつつ前記二つの投光部からレーザ光をそれぞれ投光すると共に、前記一つの揺動ミラーを揺動させて前記境界柵部に沿ってレーザ光をそれぞれ走査し、
    この走査部によるレーザ光走査により前記境界柵部の近傍における互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光を前記走査部の一つの揺動ミラー及びポリゴンミラーを介して個々に前記二つの受光部で受ける
    ことを特徴とするレーザレーダによる境界監視方法。
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