JP2011085577A - レーザレーダ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザレーダ装置1は、レーザ光発生手段と、検出物体からの反射光を検出するフォトダイオード20(光検出手段)と、所定の中心軸42aを中心として回転可能に構成された偏向部41を備えると共に、当該偏向部41によりレーザ光L1を空間に向けて偏向させ、且つ検出物体からの反射光をフォトダイオード20に向けて偏向する回転偏向機構40と、この回転偏向機構40を駆動するモータ50とを備えている。そして、レーザ光発生手段は、回動偏向機構40の偏向部41がモータ50によって所定回転角度駆動される毎の「所定の回転角度位置」にてパルスレーザ光L1を発生させている。更に、パルスレーザ光L1を発生させる前記「所定の回転角度位置」を変更する変更手段が設けられている。
【選択図】図1
Description
そして、前記レーザ光発生手段が、所定の第1の周回において、前記パルス信号発生手段にて発生する前記パルス信号の内、前記基準信号と規定対応関係にある前記パルス信号を第1基準パルス信号とし、当該第1基準パルス信号から規定パルスおきに発生する第1パルス信号に基づいて、前記所定の回転角度位置において前記パルスレーザ光を発生させ、前記第1の周回とは異なる周回において、前記パルス信号発生手段にて発生する前記パルス信号の内、前記第1基準パルス信号から所定パルス分ずれて発生する前記パルス信号を第2基準パルス信号として、当該第2基準パルス信号から前記規定パルスおきに発生する第2パルス信号に基づいて、前記第1の周回のときとは異なる前記所定の回転角度位置において前記パルスレーザ光を発生させている。
このようにすると、特定周回のときに偏向部からパルスレーザ光が投射される各投射方向の間の領域を、各特定周回の間の複数の周回時に投射することができるようになり、各特定周回のときの検出抜けを各特定周回の間の周回のときにカバーできる。
更に、各特定周回の間の複数の周回においても、各周回のときにパルスレーザ光を発生させる回転角度位置(所定の回転角度位置)を、他の周回のときにパルスレーザ光を発生させる回転角度位置(所定の回転角度位置)と異ならせている。従って、各特定周回の間の複数の周回において、各周回のときに偏向部から出射されるパルスレーザ光の各出射方向と、他の周回のときに偏向部から出射されるパルスレーザ光の出射方向とをずらすことができ、特定周回のときの各パルスレーザ光の投射方向の間の領域を、特定周回の間の複数の周回においてより細かくカバーできる。
このようにすると、所定の第1の周回においては、基準信号(偏向部が基準回転位置のときに発生する信号)と、パルス信号発生手段にて発生するパルス信号とに基づき、パルスレーザ光を投射するべき「所定の回転角度位置」をそれぞれ正確に定めて(即ち、偏向部が「所定の回転角度位置」となるタイミングを正確に特定して)パルスレーザ光を発生させることができる。また、第1の周回とは異なる他の周回では、複雑な構成を用いることなく、基準信号とパルス信号発生手段にて発生するパルス信号とに基づき、第1の周回のときとは異なる「所定の回転角度位置」をより細かく且つ正確に定めて(即ち、偏向部が第1の周回のときとは異なる「所定の回転角度位置」となるタイミングをより細かく且つ正確に特定して)、パルスレーザ光を発生させることができる。従って、第1の周回のときの各パルスレーザ光の投射方向から精度高くずらしてパルスレーザ光を空間に投射できるようになる。
このようにすると、所定の第1の周回においては、パルス信号発生手段にて発生するパルス信号に基づき、パルスレーザ光を投射するべき「所定の回転角度位置」をそれぞれ正確に定めて(即ち、偏向部が「所定の回転角度位置」となるタイミングを正確に特定して)パルスレーザ光を発生させることができる。また、第1の周回とは異なる他の周回では、複雑な構成を用いることなく逓倍信号生成手段によって生成される逓倍信号に基づき、第1の周回のときとは異なる「所定の回転角度位置」をより細かく且つ正確に定めて(即ち、偏向部が第1の周回のときとは異なる「所定の回転角度位置」となるタイミングをより細かく且つ正確に特定して)、パルスレーザ光を発生させることができる。従って、第1の周回のときの各パルスレーザ光の投射方向から精度高くずらしてパルスレーザ光を空間に投射できるようになる。
このようにすると、複雑な構成を用いることなくエンコーダからのパルス信号を利用して、第1の周回のときの「所定の回転角度位置」と、他の周回のときの「所定の回転角度位置」とを正確にずらすことができる。また、エンコーダからのパルス信号を利用しているため、偏向部の回転速度にかかわらず、各周回の「所定の回転角度位置」を正確に定めることができる。
以下、本発明の第1実施形態に係るレーザレーダ装置について図面を参照して説明する。
(全体構成)
まず、図1等を参照して第1実施形態に係るレーザレーダ装置1の全体構成について説明する。なお、図1は、本発明の第1実施形態に係るレーザレーダ装置を概略的に例示する断面図である。また、図2は、図1のレーザレーダ装置の電気的構成を概略的に例示するブロック図である。また、図3は、レーザダイオードの駆動回路を例示する回路図である。
図1に示すように、レーザレーダ装置1は、レーザダイオード10と、検出物体からの反射光L2を受光するフォトダイオード20とを備え、装置外の空間に存在する検出物体までの距離や方位を検出する装置として構成されている。
なお、本実施形態では、レーザダイオード10、駆動回路72、及び制御回路70が「レーザ光発生手段」の一例に相当し、パルスレーザ光を間欠的に発生するように機能している。
次に、本実施形態に係るレーザレーダ装置1の特徴的構成について説明する。
なお、図4は、偏向部を平面視した状態と共に、第1の周回のときの各パルスレーザ光の投射方向を説明する説明図であり、図5は、第1の周回のときの各パルスレーザ光の投射方向と、第2の周回のときの各パルスレーザ光の投射方向とを説明する説明図であり、図6は、第3の周回のときの各パルスレーザ光の投射方向を、第1、第2の周回のときの各パルスレーザ光の投射方向と共に説明する説明図である。また、図7は、基準信号と各周回のときのパルス信号との関係を示すタイミングチャートである。なお、図4では、後述する駆動パルスSp1に応じたパルスレーザ光Lb11が発生するときの偏向部41の回転角度位置を実線で示しており、図5では、後述する駆動パルスSp2に応じたパルスレーザ光Lb21が発生するときの偏向部41の回転角度位置を実線で示している。また、図6では、後述する駆動パルスSp3に応じたパルスレーザ光Lb31が発生するときの偏向部41の回転角度位置を実線で示している。
更に、制御回路70は、偏向部41が所定周数(ここでは3周)回転する毎の各第1の周回(特定周回)において、偏向部41がモータ50により所定回転角度θ1駆動される毎の各回転角度位置(第1の周回のときの「所定の回転角度位置」)にてパルスレーザ光L1を発生させており、各第1の周回(特定周回)の間の複数の周回(第2、第3の周回)において、第1の周回(特定周回)のときの「所定の回転角度位置」からずれた「所定の回転角度位置」においてパルスレーザ光L1を発生させている。そして、更に、第2の周回のときのパルスレーザ光発生時の偏向部41の各回転角度位置(第2の周回時の「所定の回転角度位置」)を、第3の周回のときのパルスレーザ光発生時の偏向部41の各回転角度位置(第3の周回時の「所定の回転角度位置」)と異ならせるように機能している。
本実施形態のレーザレーダ装置1では、回動偏向機構40の偏向部41が所定回転角度θ1駆動される毎の所定の回転角度位置にてレーザ光発生手段がパルスレーザ光L1を発生させており、更に、パルスレーザ光L1が発生するときの偏向部41の各回転角度位置(所定の回転角度位置)を変更する変更手段が設けられている。このようにすると、ある周回のときに偏向部41から出射されるパルスレーザ光L1の各出射方向と、他の周回のときの偏向部41から出射されるパルスレーザ光L1の出射方向とをずらすことができるため、パルスレーザ光L1の投射ピッチに相当する所定回転角度θ1よりも細かな検出が可能となる。従って物体検出の精度を効果的に高めることができ、特に遠方側での検出抜けの防止効果が高まる。
また、本実施形態の構成によれば、駆動回路72に与える駆動パルスの間隔を短くせずに細かな検出角度とすることができるため、レーザダイオード10の駆動準備時間(コンデンサC1,C2のチャージ時間等)を確保することができ、パルスレーザ光L1を良好に投射できる。また、駆動パルスの間隔を短くせずに済むため、駆動回路72やレーザダイオード10の寿命を長くすることができ、装置の長期使用に有利となる。
このようにすると、第1の周回(特定周回)のときに偏向部41からパルスレーザ光L11が投射される各投射方向の間の領域を、各第1の周回の間の第2、第3の周回時に投射することができるようになり、各第1の周回のときの検出抜けを各第2、第3の周回のときにカバーできる。
更に、各第1の周回の間の第2、第3の周回においても、各周回のときにパルスレーザ光を発生させる回転角度位置(所定の回転角度位置)を、他の周回のときにパルスレーザ光を発生させる回転角度位置(所定の回転角度位置)と異ならせている。従って、各第1の周回の間の第2、第3の周回において、各周回のときに偏向部41から出射されるパルスレーザ光の各出射方向と、他の周回のときに偏向部41から出射されるパルスレーザ光の出射方向とをずらすことができ、各第1の周回のときの各パルスレーザ光L11の投射方向の間の領域を、各第2、第3の周回において投射されるパルスレーザ光L21,L31によって細かくカバーできる。
このようにすると、所定の第1の周回においては、基準信号Sb(偏向部41が基準回転位置のときに発生する信号)と、クロック発生回路78(パルス信号発生手段)にて発生するパルス信号とに基づき、パルスレーザ光L11を投射するべき「所定の回転角度位置」をそれぞれ正確に定めて(即ち、偏向部41が「所定の回転角度位置」となるタイミングを正確に特定して)パルスレーザ光L11を発生させることができる。また、第1の周回とは異なる他の周回では、複雑な構成を用いることなく、基準信号Sbとクロック発生回路78(パルス信号発生手段)にて発生するパルス信号とに基づき、第1の周回のときとは異なる「所定の回転角度位置」をより細かく且つ正確に定めて(即ち、偏向部41が第1の周回のときとは異なる「所定の回転角度位置」となるタイミングをより細かく且つ正確に特定して)、パルスレーザ光L21を発生させることができる。従って、第1の周回のときの各パルスレーザ光L11の投射方向から精度高くずらしてパルスレーザ光L21を空間に投射できるようになる。
[第2実施形態]
次に第2実施形態について説明する。
(第2実施形態の代表例)
まず、図8、図9を参照して第2実施形態の代表例を説明する。なお、図8は、第2実施形態のレーザレーダ装置における、回転角度センサから出力されるパルス信号と、このパルス信号の立上りをトリガとして発生する駆動パルス(第1の周回時の駆動パルス)と、このパルス信号の立下りをトリガとして発生する駆動パルス(第2の周回時の駆動パルス)との関係を示すタイミングチャートである。また、図9は、第2実施形態のレーザレーダ装置に関して、偏向部を平面視した状態と共に、第1の周回のときの各パルスレーザ光の投射方向と、第2の周回のときの各パルスレーザ光の投射方向とを説明する説明図である。なお、図9では、後述する初回駆動パルスSd1に応じたパルスレーザ光Lb11が発生するときの偏向部41の回転角度位置を実線で示しており、後述する初回駆動パルスSe1に応じたパルスレーザ光Lb21が発生するときの偏向部41の回転角度位置を破線41'で示している。
次に、第2実施形態の変更例について説明する。図10は、第2実施形態の変更例における、回転角度センサから出力されるA相、B相のパルス信号と、A相のパルス信号の立上りをトリガとして発生する駆動パルス(第1の周回時の駆動パルス)と、B相のパルス信号の立上りをトリガとして発生する駆動パルス(第2の周回時の駆動パルス)との関係を示すタイミングチャートである。
次に第3実施形態について説明する。
図11は、回転角度センサから出力されるパルス信号と、このパルス信号に基づいて生成される逓倍信号と、回転角度センサからのパルス信号の立上りをトリガとして発生する駆動パルス(第1の周回時の駆動パルス)と、逓倍信号の2周期毎の立下り信号をトリガとして発生する駆動パルス(第2の周回時の駆動パルス)と、逓倍信号の2周期毎の立上り信号をトリガとして発生する駆動パルス(第3の周回時の駆動パルス)と、逓倍信号における第2の周回時とはずれた2周期毎の立下り信号をトリガとして発生する駆動パルス(第4の周回時の駆動パルス)との関係を示すタイミングチャートである。また、図12は、第3実施形態におけるレーザレーダ装置の電気的構成を例示するブロック図である。
次に第4実施形態について図14〜図18を参照して説明する。
なお、図14は、第4実施形態に係るレーザレーダ装置を概略的に例示する断面図であり、図15は、第4実施形態に係るレーザレーダ装置からパルスレーザ光が照射された状態について、レーザレーダ装置の上方から見た様子を説明する説明図である。また、図16は、第4実施形態に係るレーザレーダ装置におけるレンズの配置とパルスレーザ光の拡散度合いとの関係を説明する説明図である。図17は、第4実施形態に係るレーザレーダ装置からパルスレーザ光が照射された状態について、レーザレーダ装置の上方から見た様子を説明する説明図であり、当該パルスレーザ光の前後に照射されるパルスレーザ光との関係を併せて説明する説明図である。図18は、第4実施形態に係るレーザレーダ装置における所定回動範囲内での各パルスレーザ光の走査の様子を説明する説明図である。
次に第4実施形態の変更例について図19及び図20を参照して説明する。
なお、図19は、第4実施形態の変更例に係るレーザレーダ装置からパルスレーザ光が照射された状態について、レーザレーダ装置の上方から見た様子を説明する説明図であり、当該パルスレーザ光の前後に照射されるパルスレーザ光との関係を併せて説明する説明図である。また、図20は、第4実施形態の変更例に係るレーザレーダ装置における所定回動範囲内での各パルスレーザ光の走査の様子を説明する説明図である。
次に第5実施形態について図21及び図22を参照して説明する。
なお、図21は、第5実施形態に係るレーザレーダ装置を概略的に例示する断面図である。また、図22は、第5実施形態に係るレーザレーダ装置の偏向部の形状を説明する説明図である。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
10…レーザダイオード(レーザ光発生手段)
20…フォトダイオード(光検出手段)
40…回動偏向機構(回動偏向手段)
41…偏向部
44…凹面部
50…モータ(駆動手段)
52…回転角度センサ(基準信号発生手段、エンコーダ、パルス信号発生手段)
60…レンズ(拡散手段)
70…制御回路(レーザ光発生手段、変更手段)
72…駆動回路(レーザ光発生手段)
78…クロック発生回路(パルス信号発生手段)
80…逓倍信号生成回路(逓倍信号生成手段)
Claims (12)
- パルスレーザ光を間欠的に発生するレーザ光発生手段と、
前記レーザ光発生手段から前記パルスレーザ光が発生し、当該パルスレーザ光が検出物体にて反射したときに、前記検出物体からの反射光を検出する光検出手段と、
所定の中心軸を中心として回転可能に構成された偏向部を備えると共に、当該偏向部により前記パルスレーザ光を空間に向けて偏向させ、且つ前記反射光を前記光検出手段に向けて偏向する回動偏向手段と、
前記回動偏向手段を駆動する駆動手段と、
を有するレーザレーダ装置であって、
前記レーザ光発生手段は、
前記回動偏向手段の前記偏向部が前記駆動手段により所定回転角度駆動される毎に所定の回転角度位置にて前記パルスレーザ光を発生させ、
更に、前記パルスレーザ光を発生させる前記所定の回転角度位置を変更する変更手段を備えたことを特徴とするレーザレーダ装置。 - 前記変更手段は、
前記偏向部が所定周数回転する毎の各特定周回において、前記偏向部が前記駆動手段により前記所定回転角度駆動される毎の前記所定の回転角度位置にて前記パルスレーザ光を発生させ、
前記各特定周回の間の複数の周回において、前記特定周回のときの前記所定の回転角度位置からずれた前記所定の回転角度位置において前記パルスレーザ光を発生させており、
更に、前記複数の周回において、各周回のときに前記パルスレーザ光を発生させる前記所定の回転角度位置を、他の周回のときに前記パルスレーザ光を発生させる前記所定の回転角度位置と異ならせていることを特徴とする請求項1に記載のレーザレーダ装置。 - 前記駆動手段は、一定の回転速度で前記回動偏向手段の前記偏向部を回転させており、
前記偏向部が基準回転位置となったときに基準信号を発生させる基準信号発生手段と、
設定された周波数でパルス信号を発生させるパルス信号発生手段と、
を備え、
前記レーザ光発生手段は、
所定の第1の周回において、前記パルス信号発生手段にて発生する前記パルス信号の内、前記基準信号と規定対応関係にある前記パルス信号を第1基準パルス信号とし、当該第1基準パルス信号から規定パルスおきに発生する第1パルス信号に基づいて、前記所定の回転角度位置において前記パルスレーザ光を発生させ、
前記第1の周回とは異なる周回において、前記パルス信号発生手段にて発生する前記パルス信号の内、前記第1基準パルス信号から所定パルス分ずれて発生する前記パルス信号を第2基準パルス信号として、当該第2基準パルス信号から前記規定パルスおきに発生する第2パルス信号に基づいて、前記第1の周回のときとは異なる前記所定の回転角度位置において前記パルスレーザ光を発生させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のレーザレーダ装置。 - 前記偏向部の回転位置と対応するパルス信号を発生させるパルス信号発生手段と、
前記パルス信号発生手段にて発生する前記パルス信号から逓倍信号を生成する逓倍信号生成手段と、
を備え、
前記レーザ光発生手段は、
所定の第1の周回において、前記パルス信号発生手段にて発生する前記パルス信号に基づき、前記所定の回転角度位置にて前記パルスレーザ光をそれぞれ発生させ、
前記第1の周回とは異なる周回において、前記逓倍信号生成手段によって生成される前記逓倍信号に基づき、前記第1の周回のときとは異なる前記所定の回転角度位置において前記パルスレーザ光を発生させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のレーザレーダ装置。 - 前記偏向部が規定角度回転する毎にパルス信号を発生させ、その発生する前記パルス信号に基づいて前記偏向部の回転位置を検出するエンコーダを備え、
前記レーザ光発生手段は、
所定の第1の周回において、前記エンコーダからの前記パルス信号の各立ち上がり信号及び各立ち下がり信号のいずれか一方の信号に基づいて前記所定の回転角度位置において
前記パルスレーザ光を発生させ、
前記第1の周回とは異なる周回において、前記エンコーダからの前記パルス信号の各立ち上がり信号及び各立ち下がり信号の他方の信号に基づいて、前記第1の周回のときとは異なる前記所定の回転角度位置において前記パルスレーザ光を発生させることを特徴とする請求項1に記載のレーザレーダ装置。 - 前記偏向部が規定角度回転する毎の各第1規定位置において第1相のパルス信号を発生させると共に、前記各第1規定位置からずれた各第2規定位置において第2相のパルス信号を発生させ、前記第1相のパルス信号及び前記第2相のパルス信号に基づいて前記偏向部の回転位置を検出するエンコーダを備え、
前記レーザ光発生手段は、
所定の第1の周回において、前記エンコーダの前記第1相のパルス信号に基づいて前記所定の回転角度位置において前記パルスレーザ光を発生させ、
前記第1の周回とは異なる周回において、前記第2相のパルス信号に基づいて、前記第1の周回のときとは異なる前記所定の回転角度位置において前記パルスレーザ光を発生させることを特徴とする請求項1に記載のレーザレーダ装置。 - 前記偏向部の回転に応じて前記パルスレーザ光が移動する方向を走査方向としたとき、前記偏向部から前記空間へ照射される前記パルスレーザ光の前記走査方向の広がりが所定角度以上となるように拡散させる拡散手段を備えたことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。
- パルスレーザ光を間欠的に発生するレーザ光発生手段と、
前記レーザ光発生手段から前記パルスレーザ光が発生し、当該パルスレーザ光が検出物体にて反射したときに、前記検出物体からの反射光を検出する光検出手段と、
所定の中心軸を中心として回転可能に構成された偏向部を備えると共に、当該偏向部により前記パルスレーザ光を空間に向けて偏向させ、且つ前記反射光を前記光検出手段に向けて偏向する回動偏向手段と、
前記回動偏向手段を駆動する駆動手段と、
を備え、
前記レーザ光発生手段は、前記回動偏向手段の前記偏向部が前記駆動手段により所定回転角度駆動される毎に所定の回転角度位置にて前記パルスレーザ光を発生させる構成をなしており、
更に、前記偏向部の回転に応じて前記パルスレーザ光が移動する方向を走査方向としたとき、前記偏向部から前記空間へ照射される前記パルスレーザ光の前記走査方向の広がりが所定角度以上となるように拡散させる拡散手段が設けられていることを特徴とするレーザレーダ装置。 - 前記拡散手段は、前記偏向部から前記空間に照射される前記パルスレーザ光の前記所定角度が前記所定回転角度よりも大きくなるように前記パルスレーザ光を拡散させることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載のレーザレーダ装置。
- 前記拡散手段は、前記偏向部から前記空間に照射される前記パルスレーザ光の前記所定角度が前記所定回転角度と等しくなるように前記パルスレーザ光を拡散させることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載のレーザレーダ装置。
- 前記拡散手段は、前記レーザ光発生手段から出射される前記パルスレーザ光の光軸上に配置されるコリメートレンズを有することを特徴とする請求項7から請求項10のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。
- 前記回動偏向手段の前記偏向部は、所定の曲率で形成されると共に、入射する前記パルスレーザ光を拡散させて反射する凹面部を備え、
前記拡散手段は、前記凹面部を有してなることを特徴とする請求項7から請求項11のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。
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