JP2017049097A - Laser radar device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザレーダ装置に関し、特に、このレーザレーダ装置が備える筐体窓に付着する汚れを検知する技術に関する。 The present invention relates to a laser radar device, and more particularly to a technique for detecting dirt adhering to a housing window provided in the laser radar device.
レーザレーダ装置は、レーザ光を走査しつつ外部に照射し、照射したレーザ光が外部の物体で反射して生じた反射光を受光する。以下では、レーザレーダ装置が照射するレーザ光を、そのレーザ光が物体により反射されて生じた反射光と区別するために、照射光と記載することもある。レーザレーダ装置は、照射光を照射してから反射光を受光するまでの時間と光速とから、物体までの距離を算出する。 The laser radar device irradiates the outside while scanning with laser light, and receives the reflected light generated by reflecting the irradiated laser light with an external object. Hereinafter, the laser light emitted by the laser radar apparatus may be referred to as irradiation light in order to distinguish it from the reflected light that is generated when the laser light is reflected by an object. The laser radar device calculates the distance to the object from the time from the irradiation light irradiation until the reflected light is received and the speed of light.
レーザレーダ装置は装置全体が筐体に覆われており、筐体の一部に、照射光や反射光を通過させつつ、内部の部品を保護する光透過性の筐体窓が設けられる。筐体窓に不透過性の汚れが付着すると、照射光を装置外部に照射することができなくなるので、物体までの距離を算出できなくなる。 The entire laser radar device is covered with a housing, and a light transmissive housing window that protects internal components while allowing irradiation light and reflected light to pass therethrough is provided in a portion of the housing. If impermeable dirt adheres to the housing window, it becomes impossible to irradiate the irradiation light to the outside of the apparatus, and the distance to the object cannot be calculated.
そこで、筐体窓に汚れが付着しているか否かを判定する技術が知られている。たとえば、特許文献1では、計測時間が所定計測時間よりも短く、かつ、所定の受光強度以上であった場合に、筐体窓に汚れが付着していると判定する。 Therefore, a technique for determining whether or not dirt is attached to the housing window is known. For example, in Patent Document 1, when the measurement time is shorter than a predetermined measurement time and is equal to or higher than a predetermined light reception intensity, it is determined that dirt is attached to the housing window.
特許文献1では、装置外部の物体で反射して生じた外部反射光を受光する受光センサを用いて、筐体窓に汚れが付着しているか否かを判定する。筐体窓に汚れが付着しており、その汚れで反射して生じた反射光は、光路長が短いので減衰が少ない。そのため、受光強度が高いので、受光センサが飽和してしまう可能性がある。受光センサが飽和する場合としては、筐体窓の照射光が通過する範囲の全部に汚れが付着している場合に限らない。照射光が通過する範囲の一部に汚れが付着している場合にも、その汚れによる反射光で受光センサが飽和してしまう可能性がある。 In Patent Document 1, it is determined whether or not dirt is attached to the housing window using a light receiving sensor that receives externally reflected light that is reflected by an object outside the apparatus. Dirt adheres to the housing window, and the reflected light generated by reflection from the dirt is less attenuated because the optical path length is short. Therefore, since the light reception intensity is high, the light reception sensor may be saturated. The case where the light receiving sensor is saturated is not limited to the case where dirt is attached to the entire range through which the irradiation light from the housing window passes. Even when dirt is attached to a part of the range through which the irradiation light passes, there is a possibility that the light receiving sensor is saturated with the reflected light due to the dirt.
したがって、特許文献1の技術では、筐体窓において照射光が通過する範囲に汚れが部分的に付着しており、照射光の一部は装置外部へ照射される場合であっても、照射光の残りの一部が筐体窓に付着した汚れで反射して受光センサに受光されることで、外部の物体からの反射光を検出できない時間が生じる恐れがあった。 Therefore, in the technique of Patent Document 1, dirt is partially attached to the range through which the irradiation light passes in the housing window, and even if a part of the irradiation light is irradiated to the outside of the apparatus, the irradiation light Since the remaining part of the light is reflected by the dirt adhering to the housing window and received by the light receiving sensor, there is a possibility that a time during which reflected light from an external object cannot be detected may occur.
本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、筐体窓の汚れを検出することができ、かつ、筐体窓の汚れにより装置外部の物体を検出できない時間が生じてしまうことを抑制できるレーザレーダ装置を提供することにある。 The present invention has been made based on this situation, and the object of the present invention is to detect the dirt on the casing window and not to detect an object outside the apparatus due to the dirt on the casing window. An object of the present invention is to provide a laser radar device that can suppress the occurrence of time.
上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は、発明の更なる有利な具体例を規定する。特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。 The above object is achieved by a combination of the features described in the independent claims, and the subclaims define further advantageous embodiments of the invention. Reference numerals in parentheses described in the claims indicate a correspondence relationship with specific means described in the embodiments described later as one aspect, and do not limit the technical scope of the present invention. .
上記目的を達成するための請求項1に係る発明は、レーザ光を発生させて投光する投光部(10)と、
投光部が投光したレーザ光、および、レーザ光が外部の物体で反射して生じた外部反射光が通過する筐体窓(82)と、
外部反射光を受光する外部反射光用受光センサ(20)と、
を備えたレーザレーダ装置(1、100、200、300、400)であって、
筐体窓のレーザ光が通過する部分に不透過性の汚れが付着している場合にレーザ光が汚れで反射して生じる反射光である汚れ拡散反射光を、筐体窓のレーザ光が通過する部分に汚れが付着していない場合にレーザ光が筐体窓を通過する際に生じる反射光である通常拡散反射光と区別可能な受光強度で受光できる位置に、外部反射光用受光センサとは別の汚れ検出用受光センサ(45)を備えていることを特徴とする。
The invention according to claim 1 for achieving the above object includes a light projecting unit (10) for generating and projecting laser light,
A housing window (82) through which laser light projected by the light projecting unit and external reflected light generated by reflecting the laser light on an external object pass;
A light receiving sensor (20) for externally reflected light that receives externally reflected light;
A laser radar device (1, 100, 200, 300, 400) comprising:
When the opaque light is attached to the part of the housing window where the laser light passes, the laser light of the housing window passes through the diffuse diffuse reflection light that is reflected when the laser light is reflected by the dirt. The external reflected light receiving sensor at a position where it can be received with a light receiving intensity distinguishable from normal diffuse reflected light that is reflected light when the laser light passes through the housing window when no dirt is attached Is provided with another light receiving sensor (45) for detecting dirt.
汚れ拡散反射光は、筐体窓に付着している不透過性の汚れでランバート拡散反射をして生じる。一方、通常拡散反射光は、正規分布に類似した強度分布の拡散反射をした反射光である。したがって、通常拡散反射光の強度が最も強くなる方向である最大反射方向に対する角度が大きい方向に進む反射光を検出する位置に汚れ検出用受光センサを配置すれば、汚れ検出用受光センサにより、汚れ拡散反射光を、通常拡散反射光と区別可能な受光強度で受光できる。よって、汚れ検出用受光センサの検出値から、筐体窓に不透過性の汚れが付着しているか否かを判断できる。 The dirt diffuse reflection light is generated by Lambertian diffuse reflection by impermeable dirt adhering to the housing window. On the other hand, normal diffuse reflected light is reflected light that has been diffusely reflected with an intensity distribution similar to the normal distribution. Therefore, if the dirt detection light receiving sensor is disposed at a position where the reflected light traveling in the direction where the angle with respect to the maximum reflection direction, which is the direction in which the intensity of the diffuse reflected light is the strongest, is large, is detected, Diffuse reflected light can be received with a received light intensity that is distinguishable from normal diffuse reflected light. Therefore, it is possible to determine whether or not impermeable dirt is attached to the housing window from the detection value of the dirt detection light receiving sensor.
汚れ検出用受光センサは、外部反射光用受光センサに加えて備えられている受光センサである。そのため、外部反射光用受光センサを用いて筐体窓の汚れを検出する必要がない。したがって、レーザ光を投光してから、汚れ拡散反射光が外部反射光用受光センサに到達するまでの間、外部反射光用受光センサのゲインを低くすることが可能である。これにより、外部反射光用受光センサの検出値が、汚れ拡散反射光により飽和してしまうことを抑制できるので、筐体窓の汚れにより装置外部の物体を検出できない時間が生じてしまうことを抑制できる。 The dirt detection light receiving sensor is a light receiving sensor provided in addition to the external reflected light receiving sensor. Therefore, it is not necessary to detect the contamination of the housing window using the external reflected light receiving sensor. Accordingly, it is possible to reduce the gain of the external reflected light light receiving sensor from when the laser light is projected until the dirt diffuse reflected light reaches the external reflected light light receiving sensor. As a result, it is possible to prevent the detection value of the light receiving sensor for external reflected light from being saturated by the dirt diffuse reflected light, thereby preventing the occurrence of a time during which an object outside the apparatus cannot be detected due to dirt on the housing window. it can.
請求項2に係る発明は、投光部が投光したレーザ光を、回転しつつ筐体窓の方向に反射するとともに、外部反射光を、レーザ光の入射方向へ反射する回転ミラー(50)を備え、
汚れ検出用受光センサは、回転ミラーが外部反射光を反射する方向に配置されていることを特徴とする。
According to the second aspect of the present invention, the rotating mirror (50) reflects the laser light projected by the light projecting unit in the direction of the housing window while rotating and reflects the externally reflected light in the incident direction of the laser light. With
The dirt detection light receiving sensor is characterized in that the rotating mirror is arranged in a direction to reflect the external reflection light.
この発明によれば、筐体窓に付着した不透過性の汚れでレーザ光が反射して生じた汚れ拡散反射光の一部は、回転ミラーにより反射される結果、外部反射光が回転ミラーで反射される場合と同様、汚れが付着している角度によらず、レーザ光の入射方向、すなわち、一定の方向に反射される。 According to the present invention, a part of the dirt diffused reflection light generated by the reflection of the laser beam by the impermeable dirt attached to the housing window is reflected by the rotating mirror, so that the external reflected light is reflected by the rotating mirror. As in the case of reflection, the light is reflected in the incident direction of the laser beam, that is, in a certain direction, regardless of the angle at which the dirt is attached.
したがって、筐体窓の複数の箇所において生じた汚れ拡散反射光を、同じ汚れ検出用受光センサで検出できる。そのため、筐体窓において不透過性の汚れを検出する必要がある角度毎に汚れ検出用センサを用意する必要がないことから、汚れ検出用センサを少なくすることができる。 Therefore, it is possible to detect dirt diffused reflected light generated at a plurality of locations of the casing window by the same dirt detection light receiving sensor. Therefore, it is not necessary to prepare a dirt detection sensor for each angle at which it is necessary to detect impermeable dirt in the housing window, so that the number of dirt detection sensors can be reduced.
請求項3に係る発明は、投光部と回転ミラーの間に、投光部が投光したレーザ光が通過して回転ミラーに到達する貫通穴(42)を有しており、回転ミラー側が反射面(41)となっており、回転ミラーが反射した外部反射光を外部反射光用受光センサの方向に反射する穴あきミラー(40)を備え、
筐体窓は、通常拡散反射光の最大強度方向が、回転ミラーよりも穴あきミラー方向となるように傾斜しており、
汚れ検出用受光センサが、穴あきミラーよりも、投光部側において、汚れ拡散反射光の光路上に配置されていることを特徴とする。
The invention according to claim 3 has a through-hole (42) through which the laser light projected by the light projecting unit passes and reaches the rotating mirror between the light projecting unit and the rotating mirror. It has a reflecting surface (41), and includes a perforated mirror (40) that reflects externally reflected light reflected by the rotating mirror in the direction of the light receiving sensor for externally reflected light,
The housing window is usually inclined so that the maximum intensity direction of diffuse reflected light is in the direction of the perforated mirror rather than the rotating mirror,
The dirt detection light receiving sensor is arranged on the optical path of dirt diffused reflected light on the light projecting unit side with respect to the perforated mirror.
回転ミラーで反射されて筐体窓に向かったレーザ光は、筐体窓が汚れていなくても、多少は筐体窓で反射される。つまり、通常拡散反射光が生じる。通常拡散反射光が回転ミラーに戻り、穴あきミラーで反射されて外部反射光用受光センサに検出されてしまうと誤検出になる。そのため、穴あきミラーを備えているレーザレーダ装置の筐体窓は、通常拡散反射光が回転ミラーの方向に向かわないように傾斜している。一般的な筐体窓の傾斜と同様、この請求項3に係る発明では、筐体窓の傾斜は、通常拡散反射光の最大強度方向が、回転ミラーよりも穴あきミラー方向となる傾斜である。そのため、汚れ検出用受光センサが穴あきミラーよりも回転ミラー側にあると、汚れ検出用受光センサが通常拡散反射光を受光してしまう恐れがある。 The laser beam reflected by the rotating mirror and directed to the housing window is somewhat reflected by the housing window even if the housing window is not dirty. That is, normally diffuse reflected light is generated. Normally, diffused reflected light returns to the rotating mirror, is reflected by the perforated mirror, and is detected by the light receiving sensor for externally reflected light. For this reason, the casing window of the laser radar device provided with the perforated mirror is inclined so that normally diffuse reflected light does not face the direction of the rotating mirror. Similar to the inclination of a general casing window, in the invention according to claim 3, the inclination of the casing window is an inclination in which the direction of the maximum intensity of diffuse reflected light is usually a perforated mirror direction rather than a rotating mirror. . For this reason, if the dirt detection light-receiving sensor is located on the rotating mirror side of the perforated mirror, the dirt detection light-receiving sensor may receive normal diffuse reflected light.
しかし、この請求項3に係る発明では、汚れ検出用受光センサは、穴あきミラーよりも投光部側に配置されている。したがって、通常拡散反射光は穴あきミラーにより遮られるので、汚れ検出用受光センサが通常拡散反射光を受光してしまうことが抑制される。 However, in the invention according to claim 3, the dirt detection light receiving sensor is arranged closer to the light projecting portion than the perforated mirror. Accordingly, since the normal diffuse reflection light is blocked by the perforated mirror, it is possible to prevent the dirt detection light receiving sensor from receiving the normal diffuse reflection light.
一方、汚れ拡散反射光はランバート拡散反射をするので、一部は回転ミラーにより反射され、かつ、穴あきミラーの貫通穴を通過する。したがって、汚れ拡散反射光は、穴あきミラーよりも投光部側において汚れ拡散反射光の光路上に配置されている汚れ検出用受光センサにより検出できる。 On the other hand, since the dirt diffuse reflected light undergoes Lambert diffuse reflection, a part thereof is reflected by the rotating mirror and passes through the through hole of the perforated mirror. Therefore, the dirt diffuse reflected light can be detected by the dirt detecting light receiving sensor disposed on the optical path of the dirt diffuse reflected light on the light projecting portion side of the perforated mirror.
請求項4に係る発明は、汚れ拡散反射光の光路上に配置され、汚れ拡散反射光をさらに拡散反射させる表面形状を有する拡散反射部材(44)を備え、
汚れ検出用受光センサは、拡散反射部材に対向する位置に配置されていることを特徴とする。
The invention according to claim 4 includes a diffuse reflection member (44) disposed on the optical path of the dirt diffuse reflected light and having a surface shape that further diffuses and reflects the dirt diffuse reflected light.
The dirt detection light receiving sensor is arranged at a position facing the diffuse reflection member.
請求項4に係る発明によれば、拡散反射部材により汚れ拡散反射光が拡散反射されるので、汚れ検出用受光センサは、拡散反射部材に対向する位置に配置されていれば、汚れ拡散反射光を受光することができる。したがって、汚れ検出用センサの位置を決めるための細かな計算が不要となるので設計が容易になり、また、汚れ検出用センサの取り付け位置が少しずれていても、汚れ拡散反射光を受光できるので、組み立ても容易になる。 According to the fourth aspect of the present invention, the dirt diffuse reflection light is diffusely reflected by the diffuse reflection member. Therefore, if the dirt detection light receiving sensor is disposed at a position facing the diffuse reflection member, the dirt diffuse reflection light is detected. Can be received. This eliminates the need for detailed calculations to determine the position of the dirt detection sensor, facilitating the design, and allows the dirt diffuse reflected light to be received even if the dirt detection sensor mounting position is slightly shifted. Assembling is also easy.
請求項5に係る発明では、筐体窓は、レーザレーダ装置の全周の一部に形成されており、
回転ミラーは、通常拡散反射光の最大強度方向ではない方向であって、汚れ拡散反射光を反射する位置に配置され、
汚れ検出用受光センサは、筐体窓が形成されていない方向に受光面が向いており、
回転ミラーにより反射された汚れ拡散反射光の光路上に配置され、汚れ拡散反射光を汚れ検出用受光センサの方向に反射する反射部材(44)を備えていることを特徴とする。
In the invention which concerns on Claim 5, the housing | casing window is formed in a part of the perimeter of a laser radar apparatus,
The rotating mirror is usually located in a direction that is not the direction of maximum intensity of diffuse reflected light and reflects dirt diffuse reflected light,
The light receiving sensor for detecting dirt has a light receiving surface facing in a direction in which the housing window is not formed,
A reflection member (44) is provided on the optical path of the dirt diffuse reflected light reflected by the rotating mirror and reflects the dirt diffuse reflected light toward the dirt detection light receiving sensor.
この発明によれば、汚れ検出用受光センサの受光面は、筐体窓が形成されていない方向を向いている。よって汚れ検出用センサには、筐体窓で反射した通常拡散反射光が直接受光されることはない。 According to this invention, the light receiving surface of the dirt detection light receiving sensor faces the direction in which the housing window is not formed. Therefore, the normal diffuse reflection light reflected by the housing window is not directly received by the dirt detection sensor.
また、回転ミラーは、通常拡散反射光の最大強度方向ではない方向に配置されている。通常拡散反射光は正規分布に類似した強度分布の拡散反射をするので、回転ミラーが、通常拡散反射光の最大強度方向ではない方向に配置されていると、回転ミラーにより反射される通常拡散反射光の強度は低くなる。よって、通常拡散反射光は、回転ミラーによって反射されて汚れ検出用受光センサに受光されることも抑制される。 Further, the rotating mirror is usually arranged in a direction that is not the direction of the maximum intensity of the diffuse reflected light. Normally diffused reflected light is diffusely reflected with an intensity distribution similar to the normal distribution, so if the rotating mirror is placed in a direction that is not in the direction of the maximum intensity of the normally diffused reflected light, it is reflected by the rotating mirror. The light intensity is low. Therefore, the normal diffuse reflected light is also prevented from being reflected by the rotating mirror and received by the dirt detection light receiving sensor.
一方、汚れ拡散反射光はランバート拡散反射をした反射光であることから、汚れ拡散反射光の一部は、強い強度のまま、回転ミラーにより反射される。本発明では、回転ミラーにより反射された汚れ拡散反射光を汚れ検出用受光センサの方向に反射する反射部材が備えられているので、汚れ拡散反射光は汚れ検出用受光センサにより検出できる。 On the other hand, since the dirt diffuse reflected light is reflected light that has been subjected to Lambert diffuse reflection, a part of the dirt diffuse reflected light is reflected by the rotating mirror while maintaining a high intensity. In the present invention, since the reflecting member for reflecting the dirt diffuse reflected light reflected by the rotating mirror is provided in the direction of the dirt detecting light receiving sensor, the dirt diffuse reflected light can be detected by the dirt detecting light receiving sensor.
<第1実施形態>
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1に示すように、第1実施形態のレーザレーダ装置1は、投光部であるレーザダイオード10と、装置外部の物体からの反射光(以下、外部反射光)L1を受光する第1フォトダイオード20とを備え、装置外部の物体までの距離や方位を検出する装置である。このレーザレーダ装置1は、屋外に設置されて、このレーザレーダ装置1の監視エリア内を移動する物体を検出する。
<First Embodiment>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the laser radar device 1 of the first embodiment receives a
図1において、レーザダイオード10は、駆動回路からパルス電流が供給されてパルスレーザ光(以下、照射光L0)を投光する。第1フォトダイオード20は、外部反射光用受光センサの一例に相当するものであり、照射光L0が装置外部の物体で反射されて生じた外部反射光L1を検出し電気信号に変換する。
In FIG. 1, a
レーザダイオード10の光軸上にはコリメートレンズ30および穴あきミラー40が設けられている。コリメートレンズ30は、レーザダイオード10が投光した照射光L0を平行光に変換する。
A collimating
穴あきミラー40は、平板状であって、レーザダイオード10の光軸上に、その光軸に対し所定角度で傾斜して配置されている。穴あきミラー40の下側の面、すなわち、回転ミラー50側の面は反射面41となっており、穴あきミラー40の中心には、上下方向、すなわち、レーザダイオード10の光軸方向に貫通する貫通穴42が形成されている。この貫通穴42がレーザダイオード10の光軸上に位置するように、穴あきミラー40は配置されている。
The
穴あきミラー40のレーザダイオード10側の面(以下、投光部側面)43には、拡散反射部材44と、第2フォトダイオード45が配置されている。拡散反射部材44は、図2に示すように、穴あきミラー40の投光部側面43から突き出しており、かつ、貫通穴42の半周分以上を囲うように、貫通穴42の周囲に配置されている。貫通穴42に対して拡散反射部材44が配置されている方向は、貫通穴42に対して筐体窓82とは反対方向である。換言すれば、貫通穴42において、拡散反射部材44により囲われていない方向は筐体窓82の方向である。この拡散反射部材44は、本実施形態では紙製である。紙製であることから、表面は鏡面ではない。鏡面ではない表面形状であるので、拡散反射部材44に光が当たると拡散反射する。
A diffuse
第2フォトダイオード45は、拡散反射部材44よりもレーザレーダ装置1の正面側に配置されている。第2フォトダイオード45の向きは、受光面が拡散反射部材44の方向を向く向き、すなわち、受光面が拡散反射部材44に対向する向きである。したがって、第2フォトダイオード45の受光面の水平面内における向きは、筐体80の背面81の方向、すなわち、筐体窓82が形成されていない方向である。この第2フォトダイオード45は、汚れ検出用受光センサの一例である。
The
穴あきミラー40を通過する照射光L0の光軸上には、回転ミラー50が設けられている。この回転ミラー50は、レーザダイオード10の光軸方向に延びる中心軸を中心として回動可能に配設されるとともに、この中心軸上に焦点位置が設定される凹面鏡51によって照射光L0を偏向して、照射光L0を装置外部に向け照射する。また、凹面鏡51は、外部反射光L1を穴あきミラー40の方向に偏向する。
A
さらに、回転ミラー50を回転駆動するモータ60が設けられている。モータ60は、回転軸61を回転させることで、回転軸61と連結された回転ミラー50を回転駆動する。この回転軸61はモータ60の回転軸であるとともに、回転ミラー50がこの回転軸61の回転により回転させられるので、回転ミラー50の回転軸になっている。
Further, a
回転角度位置センサ62は、回転軸61の回転角度位置(すなわち凹面鏡51の回転角度位置)を検出する。回転角度位置センサ62は、ロータリーエンコーダなど、回転軸61の回転角度位置を検出しうるものであれば様々な種類のものを使用できる。
The rotation
回路部70は、レーザダイオード10を駆動させる駆動回路、第1フォトダイオード20が検出した検出信号に基づいて物体までの距離を演算する距離演算回路、回転角度位置センサ62の検出値を取得して回転ミラー50の回転位置および回転速度を決定しつつ、モータ60を所定の回転速度で回転させるモータ駆動回路を備えている。また、第2フォトダイオード45が検出した信号に基づいて、筐体窓82に不透過性の汚れ(以下、単に汚れ)84が付着しているか否を判定する汚れ判定回路も備えている。
The circuit unit 70 acquires the detection value of the driving circuit that drives the
これらの構成は、筐体80および筐体窓82により形成される装置内部空間に収容されている。筐体80は、筐体窓82が取り付けられる部分が開口する箱型の形状である。筐体窓82は、光透過性部材で構成されており、筐体80に取り付けられている。筐体窓82が取り付けられている水平面周りの範囲は、レーザレーダ装置1の正面方向を中心として、走査角度範囲あるいは走査角度範囲よりも大きい角度範囲である。走査角度範囲はたとえば190度である。なお、レーザレーダ装置1の正面方向は、筐体窓82を2等分する垂直断面においてレーザレーダ装置1の内部から筐体窓82に向かう方向である。
These configurations are accommodated in the internal space of the apparatus formed by the
筐体窓82は板状体であり、水平断面形状が部分的に弧状に湾曲している。また、筐体窓82は、上側ほど、回転軸61に直交する平面における回転軸61までの距離が長くなるように傾斜している。
The
筐体窓82がこのように傾斜している理由は、照射光L0が筐体窓82を通過するときに、部分的に筐体窓82で反射する反射光が第1フォトダイオード20に検出されないようにするためである。
The reason why the
以下、筐体窓82の照射光L0が通過する部分に汚れ84が付着しておらず、照射光L0の大部分が筐体窓82を通過する際に、一部が筐体窓82で反射して生じる反射光を通常拡散反射光L2という。
Hereinafter, the
[光路の説明]
照射光L0は、レーザダイオード10から周期的に投光され、コリメートレンズ30により平行光とされて、穴あきミラー40の貫通穴42を通過して、回転ミラー50により反射されて、筐体窓82を通過して装置外部へ照射される。また、回転ミラー50は所定速度で回転しているので、照射光L0が照射される方向は一定の角速度で変化する。
[Explanation of optical path]
The irradiation light L0 is periodically projected from the
照射光L0が装置外部の物体で反射すると外部反射光L1が生じる。外部反射光L1は、筐体窓82を通過して装置内部に入り、回転ミラー50の凹面鏡51により反射されて穴あきミラー40の反射面41の方向に偏向させられる。さらに、反射面41で反射して第1フォトダイオード20に入射する。
When the irradiation light L0 is reflected by an object outside the apparatus, external reflection light L1 is generated. The externally reflected light L1 passes through the
照射光L0が、汚れていない筐体窓82を通過するとき、照射光L0の一部が筐体窓82で反射して通常拡散反射光L2が生じる。通常拡散反射光L2は、反射の法則により、図1に示す方向に最大強度で反射する。以下、図2に示す方向を最大反射方向とする。この最大反射方向が回転ミラー50に向かう方向とならないように、筐体窓82の傾斜は設定されている。
When the irradiation light L0 passes through the
ただし、通常拡散反射光L2は最大反射方向以外の方向にも生じる。通常拡散反射光L2は、最大反射方向を中心として、最大反射方向に対する角度と強度との関係が、正規分布に類似した形状となる。正規分布に類似した形状であるので、通常拡散反射光L2の一部は回転ミラー50の方向に反射されるが、回転ミラー50により反射される通常拡散反射光L2の強度は弱い。したがって、通常拡散反射光L2は、第1フォトダイオード20や第2フォトダイオード45には検出されないか、検出されるとしても十分に低い強度で検出される。
However, the normal diffuse reflected light L2 is also generated in directions other than the maximum reflection direction. The normal diffuse reflected light L2 has a shape similar to the normal distribution in the relationship between the angle and the intensity with respect to the maximum reflection direction with the maximum reflection direction as the center. Since the shape is similar to the normal distribution, a part of the normal diffuse reflected light L2 is reflected in the direction of the
これに対して、筐体窓82の照射光L0が照射される部分に汚れ84が付着していると、照射光L0がその汚れ84により反射される。このとき生じる反射光を汚れ拡散反射光L3という。
On the other hand, if the
汚れ拡散反射光L3は、ランバート拡散反射をする。汚れ拡散反射光L3の反射中心は、通常拡散反射光L2と同じであるが、ランバート拡散反射をするため、最大反射方向に対する角度が大きい方向の汚れ拡散反射光L3でも比較的強い強度となる。 The dirt diffuse reflected light L3 undergoes Lambert diffuse reflection. The reflection center of the dirt diffuse reflected light L3 is the same as that of the normal diffuse reflected light L2, but because of Lambert diffuse reflection, the dirt diffuse reflected light L3 in a direction having a large angle with respect to the maximum reflection direction has a relatively strong intensity.
したがって、汚れ拡散反射光L3は、種々の反射方向において強い強度で生じる。その結果、図3に示すように、汚れ拡散反射光L3の一部は、凹面鏡51で反射して、かつ、穴あきミラー40の貫通穴42を通って、拡散反射部材44の種々の位置で反射される。よって、拡散反射部材44は、汚れ拡散反射光L3の光路上に配置されていることになる。なお、図3には、主として、貫通穴42を通過する汚れ拡散反射光L3について、光路を示している。
Therefore, the dirt diffuse reflected light L3 is generated with strong intensity in various reflection directions. As a result, as shown in FIG. 3, a part of the dirt diffuse reflection light L3 is reflected by the
また、拡散反射部材44は紙製であることから、汚れ拡散反射光L3は、拡散反射部材44で拡散反射をする。この拡散反射部材44で拡散反射した汚れ拡散反射光L3が第2フォトダイオード45により検出される。
Further, since the diffuse
前述したように、第2フォトダイオード45には、通常拡散反射光L2は検出されないか、検出されるとしても十分に低い強度で検出されることから、第2フォトダイオード45は、通常拡散反射光L2と汚れ拡散反射光L3とを区別可能な受光強度で受光できる位置に配置されていることになる。
As described above, the normal diffusion reflected light L2 is not detected by the
汚れ拡散反射光L3の光路長は予め計算できる。そこで、回路部70は、レーザダイオード10から照射光L0を投光してから、汚れ拡散反射光L3の光路長をレーザ光が伝播する時間に基づいて定まる汚れ判定時間の間、第2フォトダイオード45を作動させ、第2フォトダイオード45の検出値を取得する。
The optical path length of the dirt diffuse reflected light L3 can be calculated in advance. Therefore, the circuit unit 70 projects the irradiation light L0 from the
第2フォトダイオード45の検出値が所定の汚れ判定強度以上であれば、筐体窓82には、照射光L0の照射角度に汚れ84が付着していると判断する。反対に、第2フォトダイオード45の検出値が汚れ判定強度よりも小さければ、筐体窓82の照射光L0を照射した角度は、汚れ84が付着していないと判断する。
If the detected value of the
一方、回路部70は、レーザダイオード10から照射光L0を投光してから、汚れ拡散反射光L3の光路長をレーザ光が伝播する時間が経過するまでは第1フォトダイオード20のゲインを低くしておき、その時間が経過した後、第1フォトダイオード20のゲインを物体検出時のゲインとする。これにより、第1フォトダイオード20は汚れ拡散反射光L3を受光しても飽和しないので、外部反射光L1を受光できない時間が生じてしまうことを抑制できる。
On the other hand, the circuit unit 70 reduces the gain of the
[第1実施形態まとめ]
以上、説明した第1実施形態では、第2フォトダイオード45は、汚れ拡散反射光L3を、通常拡散反射光L2と区別可能な受光強度で検出できる。したがって、第2フォトダイオード45の検出値から、筐体窓82に不透過性の汚れ84が付着しているか否かを判断することができる。
[Summary of First Embodiment]
As described above, in the first embodiment described above, the
この第2フォトダイオード45が、装置外部の物体を検出するための第1フォトダイオード20とは別に備えられているので、第1フォトダイオード20を用いて筐体窓82の汚れを検出する必要がない。したがって、第1フォトダイオード20の検出値が、汚れ拡散反射光L3により飽和してしまうことを抑制できるので、筐体窓82の汚れにより装置外部の物体を検出できない時間が生じてしまうことを抑制できる。
Since the
また、本実施形態では、第2フォトダイオード45は、穴あきミラー40に固定されている。穴あきミラー40は、回転ミラー50が反射した外部反射光L1を第1フォトダイオード20の方向に反射する部材である。したがって、本実施形態では、第2フォトダイオード45は、回転ミラー50が外部反射光L1を反射する方向に配置されている。
In the present embodiment, the
回転ミラー50は、種々の方向から反射してくる外部反射光L1を穴あきミラー40の方向に反射する。筐体窓82に付着した汚れ84で反射して生じた汚れ拡散反射光L3の一部は、回転ミラー50により反射される結果、外部反射光L1が回転ミラー50で反射される場合と同様、汚れ84が付着している角度によらず、照射光L0の入射方向に反射される。
The rotating
したがって、筐体窓82の種々の箇所において生じた汚れ拡散反射光L3を、1つの第2フォトダイオード45で検出できる。そのため、筐体窓82において汚れ84を検出する必要がある角度毎に第2フォトダイオード45を用意する必要がないことから、第2フォトダイオード45を少なくすることができる。しかも、回転ミラー50の向きを検出することにより、汚れ84が付着している方向がどの方向であるかも分かる。
Therefore, the dirt diffused reflected light L3 generated at various locations of the
また、第2フォトダイオード45は、穴あきミラー40の投光部側面43に配置されていることから、穴あきミラー40よりも、レーザダイオード10側に配置されていることになる。この配置により、通常拡散反射光L2の最大反射方向成分は穴あきミラー40により遮られ易くなるので、第2フォトダイオード45が通常拡散反射光L2を受光してしまうことが抑制される。
Further, since the
一方、汚れ拡散反射光L3はランバート拡散反射をするので、一部は回転ミラー50により反射され、かつ、穴あきミラー40の貫通穴42を通過する。したがって、汚れ拡散反射光L3は、第2フォトダイオード45が穴あきミラー40の投光部側面43に配置されていても、第2フォトダイオード45により受光できる。
On the other hand, since the dirt diffused reflected light L3 undergoes Lambertian diffuse reflection, a part of the dirt diffused reflected light L3 is reflected by the rotating
また、本実施形態では、汚れ拡散反射光L3を拡散反射する拡散反射部材44を備えている。そのため、第2フォトダイオード45は、拡散反射部材44に対向していれば、汚れ拡散反射光L3を受光することができる。したがって、設計および組み立てが容易になる。
In the present embodiment, the diffuse
また、本実施形態では、第2フォトダイオード45は、受光面が筐体窓82が形成されていない方向を向いた配置となっている。よって第2フォトダイオード45には、筐体窓82で反射した通常拡散反射光L2が直接受光されることはない。
In the present embodiment, the
また、回転ミラー50は、通常拡散反射光L2の最大強度方向ではない方向に配置されている。通常拡散反射光L2は正規分布に類似した強度分布の拡散反射をするので、回転ミラー50が、通常拡散反射光L2の最大強度方向ではない方向に配置されていると、回転ミラー50により反射される通常拡散反射光L2の強度は低くなる。よって、通常拡散反射光L2が回転ミラー50によって反射されて、強い強度で第2フォトダイオード45に受光されることも抑制される。
The rotating
一方、汚れ拡散反射光L3はランバート拡散反射をした反射光であることから、汚れ拡散反射光L3の一部は、強い強度のまま、回転ミラー50により反射される。回転ミラー50により反射された汚れ拡散反射光L3は拡散反射部材44により反射されるので、汚れ拡散反射光L3は第2フォトダイオード45により受光できる。
On the other hand, since the dirt diffused reflected light L3 is reflected light subjected to Lambert diffused reflection, a part of the dirt diffused reflected light L3 is reflected by the rotating
<第2実施形態>
次に、第2実施形態を説明する。この第2実施形態以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。
Second Embodiment
Next, a second embodiment will be described. In the following description of the second embodiment, elements having the same reference numerals as those used so far are the same as elements having the same reference numerals in the previous embodiments unless otherwise specified. Further, when only a part of the configuration is described, the above-described embodiment can be applied to the other parts of the configuration.
第1実施形態では、拡散反射部材44を穴あきミラー40に固定していたが、第2実施形態のレーザレーダ装置100は、図4に示すように、拡散反射部材44を、貫通穴42の上方であって、レーザダイオード10の近くに配置する。図4に示す位置に拡散反射部材44を配置する場合、図示しない固定部材で拡散反射部材44を筐体80に固定する。
In the first embodiment, the diffuse
拡散反射部材44の位置が貫通穴42の上方であることから、図4に示す位置でも、拡散反射部材44には汚れ拡散反射光L3が当たり、汚れ拡散反射光L3は、拡散反射部材44で拡散反射されることにより、第2フォトダイオード45に受光される。なお、図4では、第2フォトダイオード45は第1実施形態と同じ位置に配置されているが、第2フォトダイオード45の受光面を拡散反射部材44の方向に向けても良い。
Since the position of the diffuse
この第2実施形態に示すように、拡散反射部材44は、穴あきミラー40に固定されていなくてもよい。
As shown in the second embodiment, the diffuse
<第3実施形態>
図5に示すように、第3実施形態のレーザレーダ装置200では、これまでの実施形態と同様、拡散反射部材44は、穴あきミラー40の投光部側面43において貫通穴42の周囲に配置されている。ただし、拡散反射部材44の貫通穴42に対する配置はこれまでの実施形態と異なる。第3実施形態のレーザレーダ装置200では、拡散反射部材44は、貫通穴42に対してレーザレーダ装置200の正面方向に配置されている。
<Third Embodiment>
As shown in FIG. 5, in the
一方、第2フォトダイオード45は、穴あきミラー40の投光部側面43において、筐体窓82とは反対側の端に配置されている。
On the other hand, the
この配置であっても、図5に示すように、拡散反射部材44には汚れ拡散反射光L3が当たり、拡散反射部材44で反射された汚れ拡散反射光L3が第2フォトダイオード45により受光される。
Even in this arrangement, as shown in FIG. 5, the diffuse
<第4実施形態>
第4実施形態のレーザレーダ装置300は、図6に示すように、穴あきミラー40の傾斜方向がこれまでの実施形態と異なる。第4実施形態では、穴あきミラー40、拡散反射部材44、第2フォトダイオード45、第1フォトダイオード20を、レーザダイオード10の光軸を対称軸として180度回転させた配置となっている。
<Fourth embodiment>
As shown in FIG. 6, the
したがって、穴あきミラー40は、筐体窓82から離れるほど、反射面41が下方に位置する傾斜となっている。また、第1フォトダイオード20は、穴あきミラー40よりもレーザレーダ装置300の正面方向に配置されている。
Therefore, the
拡散反射部材44は、穴あきミラー40の投光部側面43において、貫通穴42の周囲かつ筐体窓82側に配置されている。第2フォトダイオード45は、穴あきミラー40の投光部側面43において、筐体80の背面81側の端に配置されている。
The diffuse
このような配置でも、図6に示すように、拡散反射部材44には汚れ拡散反射光L3が当たり、拡散反射部材44で反射された汚れ拡散反射光L3が第2フォトダイオード45により受光される。
Even in such an arrangement, as shown in FIG. 6, the diffuse
<第5実施形態>
第5実施形態のレーザレーダ装置400は、図7に示すように、穴あきミラー40を備えておらず、代わりに、偏向ミラー402を備えている。また、レーザダイオード10と第1フォトダイオード20の配置が、これまでの実施形態と逆になっている。
<Fifth Embodiment>
As shown in FIG. 7, the
第5実施形態のレーザレーダ装置400は、図7に示すように、レーザダイオード10から、レーザレーダ装置400の正面方向に投光された照射光L0が、偏向ミラー402により回転ミラー50の方向に偏向される。
As shown in FIG. 7, in the
外部反射光L1は、回転ミラー50の凹面鏡51により反射されて装置上方に向かう方向に偏向される。回転ミラー50の上方に第1フォトダイオード20が配置されているので、外部反射光L1は第1フォトダイオード20により受光される。
The externally reflected light L1 is reflected by the
第5実施形態では、第2フォトダイオード45は、回転ミラー50の上方において、受光面が凹面鏡51の方向を向く姿勢で配置されている。したがって、凹面鏡51で反射された汚れ拡散反射光L3は、第2フォトダイオード45により受光される。
In the fifth embodiment, the
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, The following modification is also contained in the technical scope of this invention, Furthermore, the summary other than the following is also included. Various modifications can be made without departing from the scope.
<変形例1>
前述の実施形態では拡散反射部材44を用いていたが、表面が鏡面となっている反射部材(以下、鏡面反射部材)を用いてもよい。鏡面反射部材を用いる場合には、反射の法則にしたがって、汚れ拡散反射光L3を第2フォトダイオード45の方向に反射できるように、鏡面反射部材の角度を調整する。
<Modification 1>
In the above-described embodiment, the diffuse
<変形例2>
拡散反射部材の形状は、前述の実施形態の形状に限られない。たとえば、拡散反射部材は、平板形状でもよい。また、複数の平板形状が連結された形状でもよい。また、前述の実施形態の拡散反射部材44は、貫通穴42の半周分以上を囲う形状となっていた。しかし、拡散反射部材44は、前述の実施形態のものよりも短い長さであってもよい。汚れ拡散反射光L3はランバート拡散反射で生じているので、種々の方向に向かう成分がある。したがって、拡散反射部材の長さが短くても、汚れ拡散反射光L3の一部は拡散反射部材に当たる。また、拡散反射部材は、汚れ拡散反射光L3を拡散反射する。したがって、拡散反射部材の長さが短くても、拡散反射部材は、汚れ拡散反射光L3を第2フォトダイオード45の方向に反射することができる。
<
The shape of the diffuse reflection member is not limited to the shape of the above-described embodiment. For example, the diffuse reflection member may have a flat plate shape. Moreover, the shape where several flat plate shape was connected may be sufficient. Moreover, the diffuse
<変形例3>
拡散反射部材の材質は紙に限られず、表面形状が鏡面となっていなければ、材質に制限はない。
<Modification 3>
The material of the diffuse reflection member is not limited to paper, and the material is not limited as long as the surface shape is not a mirror surface.
<変形例4>
前述の実施形態では、走査角度範囲が180度となっていたが、走査角度範囲は180度よりも広くてもよい。走査角度範囲はたとえば360度でもよい。また、反対に、走査角度範囲は180度よりも狭くてもよい。
<Modification 4>
In the above-described embodiment, the scanning angle range is 180 degrees, but the scanning angle range may be wider than 180 degrees. The scanning angle range may be 360 degrees, for example. Conversely, the scanning angle range may be narrower than 180 degrees.
1:レーザレーダ装置 10:レーザダイオード 20:第1フォトダイオード 30:コリメートレンズ 40:穴あきミラー 41:反射面 42:貫通穴 43:投光部側面 44:拡散反射部材 45:第2フォトダイオード 50:回転ミラー 51:凹面鏡 60:モータ 61:回転軸 62:回転角度位置センサ 70:回路部 80:筐体 81:背面 82:筐体窓 100:レーザレーダ装置 200:レーザレーダ装置 300:レーザレーダ装置 400:レーザレーダ装置 402:偏向ミラー L0:照射光 L1:外部反射光 L2:通常拡散反射光 L3:拡散反射光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Laser radar apparatus 10: Laser diode 20: 1st photodiode 30: Collimating lens 40: Perforated mirror 41: Reflecting surface 42: Through-hole 43: Light projecting part side surface 44: Diffuse reflection member 45: 2nd photodiode 50 : Rotating mirror 51: concave mirror 60: motor 61: rotating shaft 62: rotation angle position sensor 70: circuit unit 80: housing 81: back surface 82: housing window 100: laser radar device 200: laser radar device 300: laser radar device 400: Laser radar device 402: Deflection mirror L0: Irradiation light L1: External reflection light L2: Normal diffuse reflection light L3: Diffuse reflection light
Claims (5)
前記投光部が投光した前記レーザ光、および、前記レーザ光が外部の物体で反射して生じた外部反射光が通過する筐体窓(82)と、
前記外部反射光を受光する外部反射光用受光センサ(20)と、
を備えたレーザレーダ装置(1、100、200、300、400)であって、
前記筐体窓の前記レーザ光が通過する部分に不透過性の汚れが付着している場合に前記レーザ光が前記汚れで反射して生じる反射光である汚れ拡散反射光を、前記筐体窓の前記レーザ光が通過する部分に汚れが付着していない場合に前記レーザ光が前記筐体窓を通過する際に生じる反射光である通常拡散反射光と区別可能な受光強度で受光できる位置に、前記外部反射光用受光センサとは別の汚れ検出用受光センサ(45)を備えていることを特徴とするレーザレーダ装置。 A light projecting unit (10) for generating and projecting laser light;
A housing window (82) through which the laser light projected by the light projecting unit and external reflected light generated by reflecting the laser light on an external object pass;
A light receiving sensor (20) for externally reflected light that receives the externally reflected light;
A laser radar device (1, 100, 200, 300, 400) comprising:
When the opaque light is attached to a portion of the housing window through which the laser light passes, the diffused diffused reflected light, which is reflected light generated by the laser light reflected by the dirt, is converted into the housing window. In a position where the laser beam can be received with a light receiving intensity that is distinguishable from the normal diffuse reflected light that is reflected when the laser beam passes through the housing window when no dirt is attached to the portion through which the laser beam passes. A laser radar apparatus comprising a dirt detection light receiving sensor (45) different from the external reflection light receiving sensor.
前記投光部が投光した前記レーザ光を、回転しつつ前記筐体窓の方向に反射するとともに、前記外部反射光を、前記レーザ光の入射方向へ反射する回転ミラー(50)を備え、
前記汚れ検出用受光センサは、前記回転ミラーが前記外部反射光を反射する方向に配置されていることを特徴とするレーザレーダ装置。 In claim 1,
A rotating mirror (50) that reflects the laser light projected by the light projecting unit in the direction of the housing window while rotating, and reflects the externally reflected light in the incident direction of the laser light,
The laser radar apparatus according to claim 1, wherein the dirt detection light receiving sensor is arranged in a direction in which the rotating mirror reflects the externally reflected light.
前記投光部と前記回転ミラーの間に、前記投光部が投光した前記レーザ光が通過して前記回転ミラーに到達する貫通穴(42)を有しており、前記回転ミラー側が反射面(41)となっており、前記回転ミラーが反射した前記外部反射光を前記外部反射光用受光センサの方向に反射する穴あきミラー(40)を備え、
前記筐体窓は、前記通常拡散反射光の最大強度方向が、前記回転ミラーよりも前記穴あきミラー方向となるように傾斜しており、
前記汚れ検出用受光センサが、前記穴あきミラーよりも、前記投光部側において、前記汚れ拡散反射光の光路上に配置されていることを特徴とするレーザレーダ装置。 In claim 2,
Between the light projecting unit and the rotating mirror, there is a through hole (42) through which the laser light projected by the light projecting unit passes and reaches the rotating mirror, and the rotating mirror side is a reflecting surface. (41), provided with a perforated mirror (40) for reflecting the externally reflected light reflected by the rotating mirror in the direction of the light receiving sensor for externally reflected light,
The housing window is inclined such that the maximum intensity direction of the normal diffuse reflected light is the perforated mirror direction rather than the rotating mirror,
The laser radar apparatus according to claim 1, wherein the dirt detection light receiving sensor is disposed on an optical path of the dirt diffuse reflected light on the light projecting unit side with respect to the perforated mirror.
前記汚れ拡散反射光の光路上に配置され、前記汚れ拡散反射光をさらに拡散反射させる表面形状を有する拡散反射部材(44)を備え、
前記汚れ検出用受光センサは、前記拡散反射部材に対向する位置に配置されていることを特徴とするレーザレーダ装置。 In any one of Claims 1-3,
A diffusive reflecting member (44) disposed on an optical path of the dirt diffuse reflected light and having a surface shape for further diffuse reflecting the dirt diffuse reflected light;
The laser radar apparatus according to claim 1, wherein the dirt detection light receiving sensor is disposed at a position facing the diffuse reflection member.
前記筐体窓は、前記レーザレーダ装置の全周の一部に形成されており、
前記回転ミラーは、前記通常拡散反射光の最大強度方向ではない方向であって、前記汚れ拡散反射光を反射する位置に配置され、
前記汚れ検出用受光センサは、前記筐体窓が形成されていない方向に受光面が向いており、
前記回転ミラーにより反射された前記汚れ拡散反射光の光路上に配置され、前記汚れ拡散反射光を前記汚れ検出用受光センサの方向に反射する反射部材(44)を備えていることを特徴とするレーザレーダ装置。 In claim 2,
The housing window is formed on a part of the entire circumference of the laser radar device,
The rotating mirror is a direction that is not the maximum intensity direction of the normal diffuse reflected light, and is disposed at a position that reflects the dirt diffuse reflected light,
The dirt detection light receiving sensor has a light receiving surface facing a direction in which the housing window is not formed,
A reflection member (44) is provided on the optical path of the dirt diffused reflected light reflected by the rotating mirror and reflects the dirt diffused reflected light toward the dirt detecting light receiving sensor. Laser radar device.
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JP6540388B2 (en) | 2019-07-10 |
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