JP2021117100A - レーザ測距装置 - Google Patents

Abstract

【課題】新たな動力源を用いずに、照射したレーザ光とその反射光とが通過する窓部に異物が付着することを防止できるレーザ測距装置を提供する。【解決手段】レーザ測距装置（１）は、窓部（５）を介してレーザ光の照射と反射光の受光を行う回転部（２）と、回転部（２）を回転可能に支持する固定部（３）と、回転部（２）の回転によって生成された気流の流速を流路断面積の変化によって増大させて窓部（５）に吹き付けるダクト部（７）とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、レーザ光を用いて測定対象物との距離を測定するレーザ測距装置に関する。

レーザ測距装置は、測定領域へレーザ光を照射し、測定領域へ照射されたレーザ光の測定対象物からの反射光を利用することにより、測定対象物までの距離を測定する。また、レーザ測距装置には、レーザ光の照射と反射光の受光を行う光学機構が収容された回転部と、回転部を回転可能に保持する固定部とを備えるものがある。回転部を回転させた状態でレーザ光の照射と反射光の受光を行うことにより、レーザ測距装置周辺の広範囲な測定が可能である。

また、例えば、特許文献１には、レーザ光の照射と反射光の受光を行う光学機構が収容された透明なフードと、フードに付着した汚れを除去する汚れ自動除去装置を備えたレーザ測距装置が記載されている。特許文献１に記載されたレーザ測距装置では、光学機構を回転させる回転駆動部がフードの内側に収容されており、光学機構をフードの内側で回転させながら、レーザ光の照射とその反射光の受光が行われる。

汚れ自動除去装置は、周囲の空気を圧縮するエアコンプレッサ、圧縮空気を蓄えるためのタンクおよび圧縮空気をフードの表面へ吹き付ける複数のノズルを有する。レーザ測距装置によってフードに対する汚れの付着が検出されると、汚れ自動除去装置は、エアコンプレッサによって生成された圧縮空気をタンクに蓄え、タンクに蓄えられた高圧の圧縮空気をノズルによって一定のタイミングでフードの表面に吹き付ける。これにより、フードの汚れが除去される。

特開２０１７−６７５５９号公報

従来のレーザ測距装置は、照射したレーザ光とその反射光とが通過する窓部（例えば、フード）に付着した、塵、埃または泥といった異物を除去するための専用の装置が必要であり、この装置を動かすための新たな動力源が必要であるという課題があった。

本開示は上記課題を解決するものであり、新たな動力源を用いずに、照射したレーザ光とその反射光とが通過する窓部に異物が付着することを防止できるレーザ測距装置を得ることを目的とする。

本開示に係るレーザ測距装置は、レーザ光を照射し、照射したレーザ光の測定対象物からの反射光を受光する光学機構を収容し、窓部を介してレーザ光の照射と反射光の受光を行う回転部と、回転部を回転可能に支持する固定部と、回転部の回転によって生成された気流の流速を流路断面積の変化によって増大させて窓部に吹き付ける第１のダクト部とを備える。

本開示によれば、第１のダクト部が、回転部の回転によって生成された気流の流速を流路断面積の変化によって増大させて窓部に吹き付けるので、窓部の近傍に存在する異物が除去される。これにより、本開示のレーザ測距装置は、新たな動力源を用いずに、照射したレーザ光とその反射光とが通過する窓部に異物が付着することを防止できる。

実施の形態１に係るレーザ測距装置を示す斜視図である。 図２Ａは、実施の形態１に係るレーザ測距装置を示す正面図であり、図２Ｂは、図２Ａのレーザ測距装置をＸ−Ｘ線で切った断面を示す断面矢示図であり、図２Ｃは、図２Ａのレーザ測距装置をＹ１−Ｙ１線で切った断面を示す断面矢示図であり、図２Ｄは、図２Ａのレーザ測距装置をＹ２−Ｙ２線で切った断面を示す断面矢示図である。 ダクト部が破線で記載された回転部を示す斜視図である。 仮想的に展開したダクト部の概要を示す概要図である。 図５Ａは、実施の形態２に係るレーザ測距装置を示す斜視図であり、図５Ｂは、実施の形態２におけるダクト部を破線で記載したレーザ測距装置を示す斜視図であり、図５Ｃは、図５Ｂのダクト部における空気の流れを示す平面図である。 実施の形態２に係るレーザ測距装置を搭載した無人航空機を示す斜視図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るレーザ測距装置１を示す斜視図である。レーザ測距装置１は、レーザ光を用いて測定対象物までの距離を測定する装置であり、図１に示すように、回転部２および固定部３を備える。回転部２は、回転軸部４を中心として、図１に示す矢印方向に回転する。回転部２の筐体の一部には窓部５が設けられ、当該筐体の内部には光学機構６が収容されている。回転部２の筐体は、遮光性の材料によって構成され、外部の環境光を遮光する遮光フードとして機能する。また、回転部２の筐体には、ダクト部７が形成されている。

固定部３は、回転部２を回転可能に支持する。固定部３の筐体には、例えば、回転部２を回転させる回転力を発生するモータを含む回転駆動部、回転駆動部を制御する駆動制御回路、光学機構６によるレーザ光の照射と反射光の受光を制御する測定制御回路、および遠隔操作装置などの外部装置との間で通信を行う通信回路が収容されている。レーザ測距装置１は、固定部３を介して取付箇所に取り付けられる。例えば、レーザ測距装置１が天吊り型である場合には、固定部３が、天井部分に取り付けられる。

回転部２は、例えば、１ｒｐｓ（ｒｏｔａｔｉｏｎｓ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）程度の高速で回転しながら、レーザ光の照射と反射光の受光を行う。窓部５は、レーザ光を透過し環境光を遮断する硬質な材料によって構成された平板状の部材である。光学機構６は、窓部５を介してレーザ光の照射および反射光の受光を行う。光学機構６は、回転部２の外部へレーザ光を照射し、照射したレーザ光の測定対象物からの反射光を受光する。光学機構６には、レーザ光を発光する発光素子、反射光を受光する受光素子、反射ミラーおよびレンズを含む光学部材、発光素子および受光素子を動作させる回路基板が含まれる。

図２Ａは、レーザ測距装置１を示す正面図である。また、図２Ｂは、レーザ測距装置１を、図２ＡのＸ−Ｘ線で切った断面を示す断面矢示図であり、回転部２に収容された光学機構６の記載が省略されている。図２Ｃは、レーザ測距装置１を、図２ＡのＹ１−Ｙ１線で切った断面を示す断面矢示図であり、図２Ｄは、レーザ測距装置１を、図２ＡのＹ２−Ｙ２線で切った断面を示す断面矢示図である。図３は、ダクト部７が破線で記載された回転部２を示す斜視図である。図４は、仮想的に展開したダクト部７の概要を示す概要図である。

図２Ａおよび図２Ｂに示すように、ダクト部７は、回転部２における窓部５のＹ方向に沿った一方側に空気の取り込み口７ａを有し、窓部５のＹ方向に沿った他方側に気流の吹き出し口７ｂを有した空気流路を形成する第１のダクト部である。この空気流路は、図２Ｂおよび図３に示すように、回転部２の筐体における、回転軸部４周りの外周に沿って形成されている。これにより、回転軸部４を中心に回転部２が高速回転すると、取り込み口７ａから取り込まれた空気によって上記空気流路に気流が生成される。

図２Ｃに示すように、ダクト部７における、取り込み口７ａ、内壁部７ｃおよび内壁部７ｄを含む流路部は、Ｘ方向に沿った流路幅が徐々に狭まっている。当該流路部は、Ｘ方向に沿った流路幅が最も狭まった部分で流路部７ｅに繋がっている。流路部７ｅは、図２Ｂに示すように、回転部２の筐体における窓部５とは反対側の外周面側に設けられた流路部である。流路部７ｅは、図２Ｄに示すように、内壁部７ｆ、内壁部７ｇおよび吹き出し口７ｂを含む流路部に繋がっている。当該流路部におけるＸ方向に沿った流路幅は、吹き出し口７ｂに向かうに連れて徐々に狭まっている。

ダクト部７は、図２Ｂ、図２Ｃおよび図２Ｄに示すように流路幅が狭まるので、図４に示すように、空気の取り込み口７ａの流路断面積をＳ１とし、流路部７ｅの流路断面積をＳ２とし、吹き出し口７ｂの流路断面積をＳ３とした場合に、流路断面積Ｓ１からＳ３へ徐々に減少する。図４においては、気流の流速が矢印の長さで示されている。例えば、取り込み口７ａにおける矢印の長さは最も短く、流路部７ｅから吹き出し口７ｂへ向かうにつれて長くなっている。ダクト部７における流路断面積の変化に伴い、回転部２の回転によって生成された気流の流速は増加し、流速が最も増加した気流が窓部５に吹き付けられる。これにより、レーザ測距装置１は、新たな動力源を用いることなく、窓部５に異物が付着することを防止できる。

なお、レーザ測距装置１は、ダクト部７における取り込み口７ａと吹き出し口７ｂとに開閉式のカバーを備えてもよい。例えば、雨天に水滴がダクト部７に浸入しないように、取り込み口７ａおよび吹き出し口７ｂにおけるカバーを閉める。カバーは、メッシュ状の部材を使用してもよい。この場合、水滴の浸入がメッシュによって防がれるので、取り込み口７ａおよび吹き出し口７ｂに常にカバーが設けられた構造であってもよい。

以上のように、実施の形態１に係るレーザ測距装置１は、窓部５を介してレーザ光の照射と反射光の受光を行う回転部２と、回転部２を回転可能に支持する固定部３と、回転部２の回転によって生成された気流の流速を流路断面積の変化によって増大させて窓部５に吹き付けるダクト部７を備える。ダクト部７が、回転部２の回転によって生成された気流の流速を流路断面積の変化によって増大させて窓部５に吹き付けるので、窓部５に存在する異物が除去される。これにより、レーザ測距装置１は、新たな動力源を用いず、窓部５に異物が付着することを防止できる。

実施の形態２．
図５Ａは、実施の形態２に係るレーザ測距装置１Ａを示す斜視図であり、図５Ｂは、ダクト部８を破線で記載したレーザ測距装置１Ａを示す斜視図であり、図５Ｃは、ダクト部８における空気の流れを示す平面図である。図６は、レーザ測距装置１Ａを搭載した無人航空機（ＵＡＶ）９を示す斜視図である。レーザ測距装置１Ａは、レーザ光を用いて測定対象物までの距離を測定する装置であり、図５Ａに示すように回転部２および固定部３Ａを備えている。

回転部２は、回転軸部４を中心として回転する。回転部２の筐体の一部には、窓部５が設けられ、当該筐体の内部には光学機構６が収容されている。回転部２の筐体は、遮光性の材料によって構成され、外部の環境光を遮光する遮光フードとして機能する。

固定部３Ａは、回転部２を回転可能に支持する。固定部３Ａの筐体には、例えば、回転部２を回転させる回転力を発生するモータを含む回転駆動部、回転駆動部を制御する駆動制御回路、光学機構６によるレーザ光の照射と反射光の受光とを制御する測定制御回路、および遠隔操作装置などの外部装置との間で通信を行う通信回路が収容されている。

レーザ測距装置１Ａは、固定部３Ａを介して移動体に取り付けられる。測定領域が地表面である場合、固定部３Ａは、例えば、図６に示すように、ＵＡＶ９に取り付けられる。回転部２は、例えば、１ｒｐｓ程度で高速回転しながら、レーザ光の照射と反射光の受光を行う。

固定部３Ａにはダクト部８が設けられる。図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃに示すように、ダクト部８は、固定部３Ａにおける、回転部２側の端部に気流の吹き出し口８ａを有し、回転部２とは反対側の端部に空気の取り込み口８ｂを有した空気流路を形成する、第２のダクト部である。例えば、レーザ測距装置１ＡがＵＡＶ９に取り付けられた場合、図６に示すように、矢印Ａ方向にＵＡＶ９とともにレーザ測距装置１Ａが移動することにより、取り込み口８ｂから取り込まれた空気によって上記空気流路に気流が生成される。

ダクト部８は、図５Ｃに示すように、流路幅が狭まるので、空気の取り込み口８ｂから吹き出し口８ａに向かうにつれて流路断面積が徐々に減少する。ダクト部８における流路断面積の変化に伴い、レーザ測距装置１Ａの移動によって生成された気流の流速は増加していき、流速が最も増加した気流が窓部５に吹き付けられる。これにより、レーザ測距装置１Ａは、新たな動力源を用いることなく、窓部５に異物が付着することを防止できる。

なお、レーザ測距装置１Ａが搭載される移動体がＵＡＶ９である場合を示したが、レーザ測距装置１Ａを移動させる移動体であれば、例えば、自動車、自動二輪車、自転車、船舶、有人の航空機であってもよい。

また、レーザ測距装置１Ａは、回転部がダクト部を備えていなくてもよい。すなわち、レーザ測距装置１Ａは、回転部がダクト部７を備えず、固定部３Ａのみにダクト部８を備えた構成であってもよい。さらに、レーザ測距装置１Ａは、固定部３Ａの外周面における二面以上にダクト部８を有した構成であってもよい。例えば、図５Ｂにおいて、固定部３Ａにおける外周面の四面にダクト部８が設けられてもよい。

なお、レーザ測距装置１Ａは、ダクト部８における吹き出し口８ａおよび取り込み口８ｂに開閉式のカバーを備えてもよい。例えば、雨天に水滴がダクト部８に浸入しないように、吹き出し口８ａおよび取り込み口８ｂにおけるカバーを閉める。カバーは、メッシュ状の部材を使用してもよい。この場合、水滴の浸入がメッシュによって防がれるので、吹き出し口８ａおよび取り込み口８ｂに常にカバーが設けられた構造であってもよい。

以上のように、実施の形態２に係るレーザ測距装置１Ａは、窓部５を介してレーザ光の照射と反射光の受光を行う回転部２と、回転部２を回転可能に支持する固定部と、レーザ測距装置１Ａの移動によって生成された気流の流速を流路断面積の変化によって増大させて窓部５に吹き付けるダクト部８を備える。ダクト部８が、レーザ測距装置１Ａの移動によって生成された気流の流速を流路断面積の変化によって増大させて窓部５に吹き付けるので、窓部５の近傍に存在する異物が除去される。これにより、レーザ測距装置１Ａは、新たな動力源を用いずに、窓部５に異物が付着することを防止できる。

なお、各実施の形態の組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。

１，１Ａ レーザ測距装置、２ 回転部、３，３Ａ 固定部、４ 回転軸部、５ 窓部、６ 光学機構、７，８ ダクト部、７ａ，８ｂ 取り込み口、７ｂ，８ａ 吹き出し口、７ｃ，７ｄ，７ｆ，７ｇ 内壁部、７ｅ 流路部。

Claims (4)

1. レーザ光を照射し、照射したレーザ光の測定対象物からの反射光を受光する光学機構を収容し、窓部を介してレーザ光の照射と反射光の受光を行う回転部と、
   前記回転部を回転可能に支持する固定部と、
   前記回転部の回転によって生成された気流の流速を流路断面積の変化によって増大させて前記窓部に吹き付ける第１のダクト部と、
   を備えたことを特徴とするレーザ測距装置。
2. レーザ光を照射し、照射したレーザ光の測定対象物からの反射光を受光する光学機構を収容し、窓部を介してレーザ光の照射と反射光の受光を行う回転部と、
   前記回転部を回転可能に支持する固定部と、
   レーザ測距装置の移動によって生成された気流の流速を流路断面積の変化によって増大させて前記窓部に吹き付ける第２のダクト部と、
   を備えたことを特徴とするレーザ測距装置。
3. レーザ測距装置の移動によって生成された気流の流速を流路断面積の変化によって増大させて前記窓部に吹き付ける第２のダクト部を備えたこと
   を特徴とする請求項１記載のレーザ測距装置。
4. 前記固定部は、複数の前記第２のダクト部を有すること
   を特徴とする請求項２または請求項３記載のレーザ測距装置。

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