JP2013205094A - 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、回転しつつレーザ光L1を反射する偏向部41を備えており、この偏向部41の周囲にレンズ部材62が配置されている。レンズ部材62は、偏向部41との上下の相対的位置関係に応じて視野方向(フォトダイオード20で受光可能となる視野の方向)を定めるように構成されている。更に、視野方向変更手段が設けられており、この視野方向変更手段は、レンズ部材62又は偏向部41を上下に移動させ、レンズ部材62及び偏向部41の上下の相対的位置関係を変更することで、視野方向がレーザ光の向きに対応するように調整している。
【選択図】図1
Description
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と、前記偏向部を回転駆動する駆動手段とを備え、前記偏向部を回転させつつ前記レーザ光発生手段にて発生したレーザ光を前記偏向部により当該レーザレーダ装置の装置外の外部空間に向けて偏向させ、前記外部空間に存在する物体に前記レーザ光を照射して当該物体で反射光を生じさせる回転偏向手段と、
前記中心軸と平行な方向を上下方向としたとき、前記偏向部を介して前記外部空間に照射されるレーザ光の前記上下方向の向きを変更する照射方向変更手段と、
前記外部空間で生じた前記反射光を受光するための受光手段と、
前記偏向部の周囲に配置されると共に前記偏向部との上下の相対的位置関係に応じて前記外部空間において前記受光手段で受光可能となる視野方向を定めるように構成され、前記視野方向にある前記反射光を、前記偏向部を介して前記受光手段へ導くレンズ部材と、
前記レンズ部材又は前記偏向部を上下に移動させ、前記レンズ部材及び前記偏向部の上下の相対的位置関係を変更することで、前記受光手段で受光可能となる前記視野方向を、前記照射方向変更手段で設定されたレーザ光の向きに対応させて上下に変更する視野方向変更手段と、
前記受光手段による受光結果に基づいて前記物体の位置を検出する検出手段と、
を有することを特徴とする。
この構成では、受光手段で受光可能となる視野の向き(視野方向)と、外部空間に照射されるレーザ光の向きとが対応するように制御されるため、レーザ光の向きとは関係の無い方向からの外乱光が受光手段に受光されにくくなり、このような外乱光の影響をより確実に抑えることができる。例えば、水平方向や斜め下方向にレーザ光が照射されるときにその照射方向とは関係の無い上方側の光(例えば太陽光などの強い光)が受光センサに入り込むといったことを抑えることができる。また、上方側の外乱光に限られるものではなく、例えば、水平方向や斜め上方向にレーザ光が照射されるときに下側からの光(例えば、水たまりや雪などに太陽光が照射されたときの照り返し等)が受光センサに入り込むことを抑えることができる。そして、このように外乱光が入り込むことを防ぐことで、外乱光に起因する物体検出の誤判断(例えば、物体が存在しないのに外乱光の影響によって物体検出がなされたと誤判断する場合等)、或いは外乱光に起因する検出漏れ(例えば、物体から正規の反射光が生じているのに、この反射光が外乱光にかき消されてしまう場合等)などをより確実に防止することができ、物体検出の精度を高めることができる。
この構成では、回転中心付近に集約された回転偏向手段を上下動させることでレーザ光の照射方向と視野方向とを合わせることができるため、嵩張る構成のものを上下動させるような構成と比較すると、相対移動を実現するための部材保持構造や駆動構成をコンパクト化しやすくなり、装置全体の小型化に有利となる。
この構成よれば、静止体(レンズ部材)を駆動させることで相対移動(偏向部に対してレンズ部材を相対的に上方又は下方に移動させる動作)を実現できる。このため、回転偏向手段のような常時動作する物体を上下動させて視野方向を変更する構成と比較して、偏向部(回転体)の上下の位置や回転軸の方向を正確に保ちやすく、一定の回転状態で安定させやすくなる。
この構成によれば、偏向部の回転角度が非検出範囲にある期間を利用し、物体検出動作への影響が少ないタイミングで視野方向を効率的に切り替えることができる。
この構成では、偏向部が1周する間に視野方向の切り替え制御が何回も繰り返されないため、切り替え制御に伴う電気的、機械的負荷を確実に低減することができる。例えば、偏向部が1周する間に視野方向を複数回切り替える方法を用いた場合、偏向部の周期の数分の一、或いは数十分の一で視野方向を切り替える必要があり、このような高速駆動は技術的に困難性を伴うが、上記構成によればこのような問題が生じ難い。
また、上記構成によれば、偏向部の高速化も図りやすくなる。例えば、1周の間に視野方向を複数回切り替える方法では、偏向部の回転周期を視野方向の切り替え間隔の何倍、或いは何十倍にする必要があるため、偏向部の高速化が難しくなる。これに対し、上記構成では、視野方向の切り替え間隔を偏向部の回転周期以上に長く設定することができるため、視野方向を高速に切り替え可能な場合は勿論のこと、それほど切り替え間隔が短くない場合であっても偏向部の高速化に対応し易くなる。
以下、本発明を具現化した第1実施形態について、図面を参照して説明する。
(レーザレーダ装置の全体構成)
まず、図1等を参照し、第1実施形態に係るレーザレーダ装置の全体構成について概説する。図1は、本発明の第1実施形態に係るレーザレーダ装置の概略断面図である。図1では照射されるレーザ光L1を実線で示しており、この実線のレーザ光から向きが変更されたレーザ光を一点鎖線にて仮想的に示している。なお、図面では、空間に照射されるレーザ光L1のうち、水平方向に照射されるレーザ光を符号L11で示しており、斜め上方向に照射されるレーザ光を符号L12で示している。また、物体で反射して返ってくる反射光L2のうち、水平方向に入り込んでくる反射光を符号L21で示しており、斜め上から入り込んでくる反射光を符号L22で示している。
次に、レーザレーダ装置1で行われる物体の検出処理(監視処理)について基本的な動作を説明する。
図1に示すレーザレーダ装置1では、モータ50からの駆動力により偏向部41が一定速度で回転するようになっており、このような回転時に、レーザダイオード10に対してパルス電流が供給されると、このパルス電流のタイミング及びパルス幅に応じた時間間隔のパルスレーザ光(レーザ光L1)がレーザダイオード10から出力される。このレーザ光L1は、ある程度の広がり角をもった拡散光として投光され、レンズ(図示略)を通過することで平行光に変換される。このレンズ(図示略)を通過したレーザ光L1は、揺動ミラー31で反射した後、ミラー30の貫通孔30aを通過し、偏向部41で更に反射して空間に向けて照射される。
次に、視野範囲の制御について説明する。
図3は、図1のレーザレーダ装置における視野範囲切替処理の流れを例示するフローチャートである。
図3に示すように、レーザレーダ装置1では、検出処理の開始に伴い、水平面に対するレーザ光L1の傾斜角度(レーザ光L1の水平面に対する傾き)を切り替える処理を行う(S1)。なお、図3の開始処理直後に行われるS1の処理では、水平面に対するレーザ光L1の傾斜角度を例えばデフォルトの角度(図1に示す実線の方向等)に設定する。
本実施形態に係るレーザレーダ装置1では、偏向部41の周囲にレンズ部材62が配置され、このレンズ部材62と偏向部41との上下の相対的位置関係に応じて視野方向(フォトダイオード20で受光可能となる視野の方向)が定められるようになっている。更に、視野方向変更手段により、レンズ部材62を上下に移動させ、レンズ部材62及び偏向部41の上下の相対的位置関係を変更することで、視野方向を図1のような水平方向、或いは図2のような斜め上方向といった具合にレーザ光L1の向きに対応させて上下に変更している。
この構成では、フォトダイオード20で受光可能となる視野の向き(視野方向)と、外部空間に照射されるレーザ光L1の向きとが対応するように制御される。即ち、レーザ光L1が斜め上向きに照射されるときには視野方向もその向きに対応して斜め上向きになり、レーザ光L1が水平向きに照射されるときには視野方向もその向きに対応して水平向きになっている。また、レーザ光L1が斜め下向きに照射されるときには視野方向もその向きに対応して斜め下向きになる。この構成によれば、レーザ光L1の向きとは関係の無い方向からの外乱光がフォトダイオード20に受光されにくくなり、このような外乱光の影響をより確実に抑えることができる。
この構成では、偏向部41が1周する間に視野方向の切り替え制御が何回も繰り返されないため、切り替え制御に伴う電気的、機械的負荷を確実に低減することができる。例えば、偏向部41が1周する間に視野方向を複数回切り替える方法を用いた場合、偏向部41の周期の数分の一、或いは数十分の一で視野方向を切り替える必要があり、このような高速駆動は技術的に困難性を伴うが、上記構成によればこのような問題が生じ難い。
また、上記構成によれば、偏向部41の高速化も図りやすくなる。例えば、1周の間に視野方向を複数回切り替える方法では、偏向部41の回転周期を視野方向の切り替え間隔の何倍、或いは何十倍にする必要があるため、偏向部41の高速化が難しくなる。これに対し、上記構成では、視野方向の切り替え間隔を偏向部41の回転周期以上に長く設定することができるため、視野方向を高速に切り替え可能な場合は勿論のこと、それほど切り替え間隔が短くない場合であっても偏向部41の高速化に対応し易くなる。
次に、第2実施形態について説明する。
図6は、本発明の第2実施形態に係るレーザレーダ装置の概略断面図である。図7は、図6での視野方向とは異なる視野方向に切り替えた様子を説明する説明図である。この第2実施形態に係るレーザレーダ装置1は、レンズ部材62が所定位置に固定されており、偏向部41が上下動し得るようになっている点が第1実施形態と異なり、これ以外の点については、第1実施形態と同様である。例えば、ケース3、レーザ光透過板5、レーザダイオード10、フォトダイオード20、揺動ミラー31、アクチュエータ36、ミラー30、メモリ72については、第1実施形態と同一の配置、構成、機能となっている。また、回転偏向装置40は、上下動可能に構成されている点が第1実施形態と異なるが、構成自体は第1実施形態と同様である。また、制御部70は、レンズ駆動部80を制御する代わりに機構駆動部250を制御している点が異なり、それ以外は第1実施形態と同様である。また、物体検出方法についても第1実施形態と同様であり、図3のような切替制御についても第1実施形態と同様である。
次に、第3実施形態について説明する。図8は、本発明の第3実施形態に係るレーザレーダ装置の概略断面図である。また、図9は、図8での視野方向とは異なる視野方向に切り替えた様子を説明する説明図である。第3実施形態では、レンズ部材62をレーザ光透過板の一部として兼用している点が第2実施形態と異なり、それ以外は第2実施形態と同様である。即ち、レーザ光透過板、レンズ部材以外の構成は、第2実施形態と同様あり、レーザ光透過板、レンズ部材以外の構成については第2実施形態と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
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。
3…ケース
5…レーザ光透過板
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(受光手段)
31…揺動ミラー(照射方向変更手段)
36…アクチュエータ(照射方向変更手段)
40…回転偏向装置(回転偏向手段)
41…偏向部
42a…中心軸
50…モータ(駆動手段)
62…レンズ部材
70…制御部(照射方向変更手段、視野方向変更手段、検出手段、駆動制御手段、設定手段)
80…レンズ駆動部(視野方向変更手段、上下動手段)
250…機構駆動部(視野方向変更手段、上下動手段)
Claims (5)
- レーザ光を発生させるレーザ光発生手段と、
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と、前記偏向部を回転駆動する駆動手段とを備え、前記偏向部を回転させつつ前記レーザ光発生手段にて発生したレーザ光を前記偏向部により当該レーザレーダ装置の装置外の外部空間に向けて偏向させ、前記外部空間に存在する物体に前記レーザ光を照射して当該物体で反射光を生じさせる回転偏向手段と、
前記中心軸と平行な方向を上下方向としたとき、前記偏向部を介して前記外部空間に照射されるレーザ光の前記上下方向の向きを変更する照射方向変更手段と、
前記外部空間で生じた前記反射光を受光するための受光手段と、
前記偏向部の周囲に配置されると共に前記偏向部との上下の相対的位置関係に応じて前記外部空間において前記受光手段で受光可能となる視野方向を定めるように構成され、前記視野方向にある前記反射光を、前記偏向部を介して前記受光手段へ導くレンズ部材と、
前記レンズ部材又は前記偏向部を上下に移動させ、前記レンズ部材及び前記偏向部の上下の相対的位置関係を変更することで、前記受光手段で受光可能となる前記視野方向を、前記照射方向変更手段で設定されたレーザ光の向きに対応させて上下に変更する視野方向変更手段と、
前記受光手段による受光結果に基づいて前記物体の位置を検出する検出手段と、
を有することを特徴とするレーザレーダ装置。 - 前記視野方向変更手段は、前記偏向部の回転中心となる軸の向きを前記上下方向に維持しつつ前記回転偏向手段を上下に移動させる上下動手段と、前記照射方向変更手段によるレーザ光の向きの変更に応じて、前記回転偏向手段の上下方向の位置をその変更されるレーザ光の向きに対応する位置とするように前記上下動手段の駆動を制御する駆動制御手段と、を有す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。
- 少なくとも前記回転偏向手段及び前記レンズ部材を収容する構成をなし、前記偏向部の周囲において当該偏向部からのレーザ光を通過させる開口部が形成されてなるケースと、
前記偏向部の周囲において前記開口部を閉塞する構成で前記ケースに固定されるレーザ光透過板と、
を備え、
前記レンズ部材は、前記レーザ光透過板とは別部材として構成され前記ケース内において前記偏向部の周囲且つ前記レーザ光透過板の内側の位置に配置されており、
前記視野方向変更手段は、前記レンズ部材を上下に移動させる上下動手段と、前記照射方向変更手段によるレーザ光の向きの変更に応じて、前記レンズ部材の上下方向の位置をその変更されるレーザ光の向きに対応する位置とするように前記上下動手段の駆動を制御する駆動制御手段とを有す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。 - 前記偏向部の全回転角度範囲の内、所定の回転角度範囲を検出範囲とし、前記所定の回転角度範囲外を非検出範囲とするように検出エリアを設定する設定手段を備え、
前記照射方向変更手段は、前記偏向部の回転位置が前記非検出範囲にあるタイミングでレーザ光の向きを切り替える動作を行い、
前記視野方向変更手段は、前記偏向部の回転位置が前記非検出範囲にあるタイミングで前記視野範囲を変更する動作を行うことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。 - 前記照射方向変更手段は、前記偏向部が1周回転する時間以上の時間間隔をあけて定められる動作タイミング毎に前記外部空間に照射されるレーザ光の向きを変更し、
前記視野方向変更手段は、それら動作タイミング毎に前記レンズ部材又は前記偏向部を移動させ、変更されるレーザ光の向きに合わせて前記視野方向を切り替えることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。
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