JP5533759B2 - Laser radar equipment - Google Patents

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Description

本発明は、レーザレーダ装置に関するものである。   The present invention relates to a laser radar device.

レーザ光を用いて物体を検出する技術として、例えば特許文献1のような装置が提供されている。この特許文献1の装置では、レーザ光発生手段からのレーザ光の光軸上に、レーザ光を透過させ、かつ検出物体からの反射光を検出手段に向けて反射する光アイソレータを設けている。さらに、光アイソレータを透過するレーザ光の光軸上において当該光軸方向の中心軸を中心として回動する凹面鏡を設け、この凹面鏡によってレーザ光を空間に向けて反射させると共に、検出物体からの反射光を光アイソレータに向けて反射させることで360°の水平走査を可能としている。   As a technique for detecting an object using laser light, for example, an apparatus as disclosed in Patent Document 1 is provided. In the apparatus of Patent Document 1, an optical isolator that transmits laser light and reflects reflected light from a detection object toward the detection means is provided on the optical axis of the laser light from the laser light generation means. Furthermore, a concave mirror that rotates about the central axis in the optical axis direction is provided on the optical axis of the laser light that passes through the optical isolator. The concave mirror reflects the laser light toward the space and reflects it from the detection object. Reflecting light toward the optical isolator enables 360 ° horizontal scanning.

特許文献1の技術では、凹面鏡の回動により360°の水平走査を可能とし、検出領域(レーザ光による走査がなされる領域)を装置の周囲全体に拡大しているが、検出領域が平面に限定されてしまうという問題がある。即ち、凹面鏡から空間に向けて反射されたレーザ光は所定平面(走査平面)内で走査がなされるため、その走査平面から外れた領域については検出不能となる。従って、走査平面から外れた検出物体は検出することができず、また、走査平面内に検出物体が存在する場合であってもその検出物体を立体的に把握することはできなかった。   In the technique of Patent Document 1, 360 ° horizontal scanning is possible by rotating the concave mirror, and the detection area (area where scanning with laser light is performed) is expanded to the entire periphery of the apparatus, but the detection area is flat. There is a problem of being limited. That is, since the laser beam reflected toward the space from the concave mirror is scanned within a predetermined plane (scanning plane), the region outside the scanning plane cannot be detected. Therefore, a detected object that deviates from the scanning plane cannot be detected, and even if the detected object exists in the scanning plane, the detected object cannot be grasped in three dimensions.

このような問題を解消し、三次元的な走査を可能とする技術として、特許文献2のような技術が提供されている。例えば、特許文献2の三次元測距装置では、所定の回転軸線(P1)を中心として回転する回転体(8)を備えた二次元測距装置(100)と、この二次元測距装置(100)を第一軸心(P1)と斜交する第二軸心(P2)周りに回転駆動する第二回転機構(20)とが設けられている。そして、第二回転機構20には、第二軸心(P2)と直交する第三軸心(P3)周りに揺動支持する第一ブラケット(22)と、第一軸心(P1)上の所定位置にフリージョイント機構(24)を介して連結された回転アーム(24)とが設けられ、回転アーム(24)を駆動機構(28)によって回転駆動することにより、第一軸心(P1)のロール角度(α)及びピッチ角度(β)を変化させ、これにより、二次元測距装置(100)全体を揺動させて三次元走査を行っている。   As a technique that solves such a problem and enables three-dimensional scanning, a technique such as Patent Document 2 is provided. For example, in the three-dimensional distance measuring device of Patent Document 2, a two-dimensional distance measuring device (100) including a rotating body (8) that rotates about a predetermined rotation axis (P1), and the two-dimensional distance measuring device ( 100) is provided with a second rotation mechanism (20) that rotates around a second axis (P2) that obliquely intersects the first axis (P1). The second rotating mechanism 20 includes a first bracket (22) that swings and supports around a third axis (P3) orthogonal to the second axis (P2), and on the first axis (P1). A rotary arm (24) connected through a free joint mechanism (24) is provided at a predetermined position, and the rotary arm (24) is rotationally driven by a drive mechanism (28), whereby the first axis (P1). The roll angle (α) and the pitch angle (β) are changed, and thereby the two-dimensional distance measuring device (100) is swung to perform three-dimensional scanning.

特許2789741号公報Japanese Patent No. 2789741 特開2008−134163公報JP 2008-134163 A

上記特許文献2のような技術により三次元的にレーザ走査を行えば、水平方向に限定されていたレーザ走査範囲を高さ方向に広げることができ、用途や利便性を格段に高めることができる。しかしながら、このように高さ方向の走査の自由度が高まると、特許文献1のような水平走査ではあまり問題とならなかった新たな課題が生じることになる。   If laser scanning is performed three-dimensionally by the technique as described in Patent Document 2, the laser scanning range limited in the horizontal direction can be expanded in the height direction, and the application and convenience can be greatly improved. . However, when the degree of freedom in scanning in the height direction is increased in this way, a new problem that has not been a problem in horizontal scanning as in Patent Document 1 occurs.

例えば、レーザレーダ装置を屋外等に配置して物体検出を行う場合、特許文献1のような水平走査タイプのものでは、反射光が発生する位置(即ち、物体にレーザ光が照射される位置)が水平走査エリア上に限定されるため、外部空間における視野範囲(受光センサによって受光可能となる範囲)は、水平走査エリア上で生じる反射光を検出できる程度であればよい。従って、一般的には、視野範囲はそれほど広く設定する必要が無く、視野範囲の上方側の境界はそれほど高く設定しなくても足りるため、上方側からの外乱光(太陽光等)がそれほど問題とはなりにくかった。   For example, when an object is detected by placing a laser radar device outdoors or the like, in a horizontal scanning type like Patent Document 1, a position where reflected light is generated (that is, a position where the object is irradiated with laser light). Is limited to the horizontal scanning area, the visual field range in the external space (the range in which light can be received by the light receiving sensor) only needs to be such that reflected light generated on the horizontal scanning area can be detected. Therefore, in general, it is not necessary to set the field of view so wide, and the upper boundary of the field of view does not need to be set so high, so disturbance light (sunlight etc.) from the upper side is a problem. It was hard to become.

これに対し、特許文献2のようにレーザ光を三次元的に走査することで物体検出を行う場合、走査範囲が上下方向に広がることに伴い、これに合わせて受光可能となる視野範囲を広げざるを得ない。しかしながら、このように受光可能な視野範囲を広げてしまうと、視野範囲の拡張に起因して、水平方向から外れた側からの外乱光(例えば、上方側からの太陽光等)が受光され易くなることが懸念される。   On the other hand, when object detection is performed by three-dimensionally scanning laser light as in Patent Document 2, as the scanning range expands in the vertical direction, the field of view that can receive light is expanded accordingly. I must. However, if the field of view that can be received in this way is widened, disturbance light from the side deviating from the horizontal direction (for example, sunlight from the upper side) is easily received due to the expansion of the field of view. There is concern about becoming.

例えば、水平方向の走査だけでなく、これよりも高い方向にもレーザ光を走査し得るように三次元走査可能に構成する場合、水平走査時に物体から戻ってくる反射光だけでなく、高さ方向の走査レベルが最大・最小の場合においても物体から戻ってくる反射光を受光できるように、受光センサでの受光角度範囲をある程度広く設定し、外部空間での視野範囲(受光センサで受光可能となる範囲)を広げる必要がある。しかしながら、このように視野範囲を広げる場合、水平方向走査時に、レーザ走査に応じた物体からの正規の反射光だけでなく、レーザ走査とは関係のない上方側からの外乱光が取り込まれる可能性が高くなり、正規の反射光と外乱光とが区別できなくなってしまう虞がある。特にレーザレーダ装置を屋外に配置して三次元的なレーザ走査を行う場合、水平走査時であっても、光量が大きくレーザ光と同波長或いは近似波長の成分を有する太陽光が外乱光として入り込んでしまい、正確な物体検出が阻害される可能性がより大きくなる。   For example, when a 3D scan is possible so that the laser beam can be scanned not only in the horizontal direction but also in a higher direction, not only the reflected light returning from the object during the horizontal scan but also the height Even if the scanning level of the direction is the maximum or minimum, the light receiving angle range at the light receiving sensor is set to be somewhat wide so that the reflected light returning from the object can be received, and the field of view range in the external space (light can be received by the light receiving sensor) It is necessary to widen the range. However, when widening the field of view in this way, during horizontal scanning, not only regular reflected light from an object corresponding to laser scanning, but also disturbance light from the upper side unrelated to laser scanning may be captured. , And there is a possibility that regular reflected light and disturbance light cannot be distinguished. In particular, when a laser radar device is placed outdoors and three-dimensional laser scanning is performed, even during horizontal scanning, sunlight that has a large amount of light and has a component with the same wavelength or approximate wavelength as the laser light enters as disturbance light. Thus, there is a greater possibility that accurate object detection is hindered.

また、上記のような問題はレーザレーダ装置を屋外に配置する場合に限られるものではなく、水平方向から外れた上方側或いは下方側に外乱光を生じさせる要素が存在する場合(レーザレーダ装置の設置位置の上方側に外乱光となりうる照明光源などが存在する場合等)には同様の問題が生じる可能性がある。   In addition, the above problems are not limited to the case where the laser radar device is placed outdoors, but there is an element that generates disturbance light on the upper side or the lower side that deviates from the horizontal direction (of the laser radar device). A similar problem may occur when there is an illumination light source or the like that can be disturbing light above the installation position.

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、水平方向に近い方向及び水平方向から外れた方向にレーザ光を照射し得る三次元走査可能なレーザレーダ装置において、水平方向に近い方向にレーザ光を走査する場合に水平方向から外れた方向からの外乱光の影響を効果的に抑制し得る構成を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and in a laser radar device capable of three-dimensional scanning that can irradiate laser light in a direction close to the horizontal direction and a direction deviating from the horizontal direction, An object of the present invention is to provide a configuration capable of effectively suppressing the influence of disturbance light from a direction deviating from the horizontal direction when scanning laser light in a near direction.

上記目的を達成するため、請求項1の発明は、
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前記レーザ光を前記偏向部により外部空間に向けて偏向させる回転偏向手段と、
前記偏向部を介して前記外部空間に照射される前記レーザ光の水平方向に対する向きを、少なくとも、前記レーザ光が前記水平方向に対して斜めを向く第1方向と、前記第1方向のときよりも前記レーザ光と前記水平方向とのなす角度が小さい第2方向とに変更する照射方向変更手段と、
前記偏向部により前記外部空間に向けて偏向された前記レーザ光が前記外部空間に存在する物体で反射したときに当該物体からの反射光を装置内に定められた誘導経路に沿って誘導する構成をなし、且つ前記誘導経路の途中に前記反射光を集光する集光部を有してなる誘導手段と、
前記誘導手段によって誘導された前記反射光を受光する受光手段と、
前記集光部及び前記受光手段の少なくともいずれかを移動させて前記誘導経路における前記集光部から前記受光手段までの経路長さを変更することで、前記受光手段で受光可能となる前記外部空間での視野範囲を変更する視野範囲変更手段と、
を備え、
前記視野範囲変更手段は、前記照射方向変更手段により前記レーザ光の方向が前記第1方向に設定されている場合には、前記視野範囲を第1範囲に設定し、前記レーザ光の方向が前記第2方向に設定されている場合には、前記視野範囲を第2範囲に設定し、前記第1範囲よりも前記第2範囲の方が視野範囲が狭くなるように、前記集光部から前記受光手段までの前記経路長さを調整することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention of claim 1
Laser light generating means for generating laser light;
A deflection unit configured to be rotatable about a predetermined central axis; and a driving unit that rotationally drives the deflection unit, and the laser beam generated by the laser beam generation unit while rotating the deflection unit. Rotation deflecting means for deflecting toward the external space by the deflecting unit;
The direction of the laser beam irradiated to the external space through the deflection unit with respect to the horizontal direction is at least as compared with the first direction in which the laser beam is inclined with respect to the horizontal direction and the first direction. And an irradiation direction changing means for changing to a second direction having a small angle between the laser beam and the horizontal direction,
A configuration in which when the laser beam deflected toward the external space by the deflecting unit is reflected by an object existing in the external space, the reflected light from the object is guided along a guide path defined in the apparatus. And guiding means having a condensing part for condensing the reflected light in the middle of the guiding path;
A light receiving means for receiving the reflected light guided by the guiding means;
The external space that can receive light by the light receiving unit by moving at least one of the light collecting unit and the light receiving unit to change a path length from the light collecting unit to the light receiving unit in the guide path. Visual field range changing means for changing the visual field range at
With
The field-of-view range changing means sets the field-of-view range to the first range when the direction of the laser light is set to the first direction by the irradiation direction changing means, and the direction of the laser light is When set in the second direction, the visual field range is set to the second range, and the visual field range is narrower than the first range, so that the visual field range is narrower than the first range. The path length to the light receiving means is adjusted.

請求項1の発明では、受光手段で受光可能となる外部空間での視野範囲を変更可能な視野範囲変更手段が設けられており、この視野範囲変更手段は、集光部から受光手段までの経路長さを調整すること視野範囲を変更しており、照射方向変更手段によりレーザ光の方向が第1方向(水平方向とのなす角度が相対的に大きくなる方向)に設定されている場合に、視野範囲を第1範囲に設定し、レーザ光の方向が第2方向(水平方向とのなす角度が相対的に小さくなる方向)に設定されている場合に、視野範囲を第1範囲よりも狭い第2範囲に設定している。
この構成では、水平方向に対する傾きが相対的に大きい斜め上向き、或いは斜め下向き(第1方向)にレーザ光が照射されるときに、視野範囲を相対的に広く設定することができ、この照射方向から返ってくる正規の検出光(照射したレーザ光が物体で反射した反射光)を受光しやすくなる。従って、水平方向付近のみならず、水平方向から離れた斜め上向き或いは斜め下向き(第1方向)へのレーザ走査及び当該方向での物体検出を可能とすることができる。
一方、水平方向に対する傾きが相対的に小さい水平方向近く(第2方向)にレーザ光が照射されるときには、視野範囲を相対的に狭く設定することができるため、水平方向近くの向きにレーザ光を照射して物体検出を行う場合には、当該レーザ光の照射方向から大きく離れた上方側或いは下方側からの外乱光を極力受光させないようにすることができる。このように外乱光の影響を確実に抑えることができるため、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。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a visual field range changing means capable of changing the visual field range in the external space that can receive light by the light receiving means, and the visual field range changing means is a path from the light collecting unit to the light receiving means. When the viewing field range is changed by adjusting the length, and the direction of the laser beam is set to the first direction (the direction in which the angle formed with the horizontal direction becomes relatively large) by the irradiation direction changing means, When the visual field range is set to the first range and the direction of the laser beam is set to the second direction (the direction in which the angle formed with the horizontal direction becomes relatively small), the visual field range is narrower than the first range. The second range is set.
In this configuration, when the laser beam is irradiated obliquely upward or obliquely downward (first direction) with a relatively large inclination with respect to the horizontal direction, the viewing field range can be set relatively wide. It becomes easy to receive the regular detection light (reflected light reflected by the object of the irradiated laser beam) returned from the object. Therefore, it is possible to perform laser scanning not only in the vicinity of the horizontal direction but also obliquely upward or obliquely downward (first direction) away from the horizontal direction and object detection in that direction.
On the other hand, when the laser beam is irradiated near the horizontal direction (second direction) with a relatively small inclination with respect to the horizontal direction, the field of view range can be set relatively narrow, so that the laser beam is oriented in the direction near the horizontal direction. When the object is detected by irradiating the light, disturbance light from the upper side or the lower side far away from the irradiation direction of the laser light can be prevented from being received as much as possible. Since the influence of disturbance light can be reliably suppressed in this way, an object detection misjudgment caused by disturbance light (for example, when it is misjudged that an object detection was made due to the influence of disturbance light when no object exists) ) Or detection leakage due to disturbance light (for example, when regular reflected light is generated from an object but this reflected light is drowned out by disturbance light) can be more reliably prevented. The accuracy of object detection can be increased.

請求項2の発明では、回転偏向手段が、誘導手段の少なくとも一部として構成されている。また、偏向部が凹面鏡によって構成されており、この凹面鏡は、レーザ光発生手段からのレーザ光を外部空間側に偏向し、且つ検出物体からの反射光を集光しつつ受光手段側に誘導するように構成されている。そして、視野範囲変更手段は、受光手段を移動させて凹面鏡から受光手段までの経路長さを変更することで外部空間での視野範囲を変更するように構成されている。
このように、集光機能を有する凹面鏡を用い、受光手段を移動させて凹面鏡から受光手段までの経路長さを変更し得る構成とすれば、凹面鏡から受光手段に至るまでの経路に専用の集光手段を設ける必要が無く、或いは、設けるとしても大きさや数を少なくすることができ、部品点数の削減、及び装置構成の簡素化を図ることができる。
In the invention of claim 2, the rotational deflection means is configured as at least a part of the guiding means. Further, the deflecting unit is constituted by a concave mirror. The concave mirror deflects the laser light from the laser light generating means to the external space side and guides the reflected light from the detection object to the light receiving means side. It is configured as follows. The visual field range changing means is configured to change the visual field range in the external space by moving the light receiving means to change the path length from the concave mirror to the light receiving means.
In this way, if a concave mirror having a condensing function is used and the light receiving means is moved so that the path length from the concave mirror to the light receiving means can be changed, a dedicated collection is provided for the path from the concave mirror to the light receiving means. There is no need to provide the light means, or even if it is provided, the size and number can be reduced, the number of parts can be reduced, and the apparatus configuration can be simplified.

請求項3の発明では、照射方向変更手段は、レーザ光の向きを第1方向に切り替えた後には、偏向部が少なくとも1周以上回転する間は当該第1方向で維持し、第2方向に切り替えた後には、偏向部が少なくとも1周以上回転する間は当該第2方向で維持するように方向の制御を行っている。そして、視野範囲変更手段は、レーザ光の向きが第1方向で維持される周回では、視野範囲を第1範囲で維持し、レーザ光の向きが第2方向で維持される周回では、視野範囲を第2範囲で維持するように経路長さの切り替え制御を行う構成をなしている。
この構成では、レーザ光の向きが第1方向に切り替わってから偏向部が1周以上回転する間はその方向で維持され、その間、視野範囲は第1範囲で維持されることになる。同様に、レーザ光の向きが第2方向に切り替わってから偏向部が1周以上回転する間はその方向で維持され、その間、視野範囲は第2範囲で維持されることになる。従って、偏向部が1周する間に視野範囲の切り替え制御(即ち、経路長さの切り替え制御)が何回も繰り返されなくなり、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。
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、偏向部が1周する間に視野範囲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範囲を切り替える必要があり、安価な駆動手段ではこのような高速駆動は困難である。また、視野範囲の切り替えをある程度高速に行うことも考えられるが、このような駆動手段は高価であり、仮にこのような駆動手段を用いたとしても、1周の間に視野範囲を複数回切り替える方法では、偏向部の回転周期を視野範囲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、やはり偏向部の高速化は難しい。これに対し、上記構成では、視野範囲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、視野範囲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。
In the invention of claim 3, after the direction of the laser beam is switched to the first direction, the irradiation direction changing means maintains the first direction for at least one round of rotation of the deflecting unit and the second direction. After switching, the direction is controlled so as to maintain the deflecting unit in the second direction for at least one rotation. The field-of-view range changing means maintains the field-of-view range in the first range during the rotation in which the direction of the laser light is maintained in the first direction, and the field-of-view range in the rotation in which the direction of the laser light is maintained in the second direction. Is configured to perform path length switching control so as to be maintained in the second range.
In this configuration, after the direction of the laser beam is switched to the first direction, the direction of the field of view is maintained in the first range while the deflection unit is rotated one or more times. Similarly, after the direction of the laser beam is switched to the second direction, the deflection unit is maintained in that direction for one or more rotations, while the visual field range is maintained in the second range. Accordingly, the field-of-view range switching control (that is, the path length switching control) is not repeated many times during one round of the deflection unit, and the electrical and mechanical loads associated with the switching control can be reliably reduced. it can.
Further, according to the above configuration, it is easy to increase the speed of the deflection unit. For example, when the method of switching the field of view multiple times during one round of the deflection unit is used, it is necessary to switch the field of view by a fraction or tens of the period of the deflection unit, which is inexpensive driving Such a high-speed drive is difficult by means. In addition, although it is conceivable to switch the visual field range to a certain degree of speed, such a drive means is expensive, and even if such a drive means is used, the visual field range is switched multiple times during one round. In the method, since it is necessary to make the rotation period of the deflecting unit several times or several tens of times the switching range of the visual field range, it is difficult to increase the speed of the deflecting unit. On the other hand, in the above configuration, since the field-of-view range switching interval can be set longer than the rotation period of the deflecting unit, not only the field-of-view range can be switched at high speed, but also the switching interval is not so short. Even so, it becomes easier to cope with the higher speed of the deflection unit.

請求項4の発明では、検出エリアを設定する設定手段が設けられ、この設定手段は、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、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している。そして、照射方向変更手段は、レーザ光の向きを第1方向に切り替えた後に、偏向部の回転角度が検出範囲内にある期間を通して第1方向で維持し、第2方向に切り替えた後には、偏向部の回転角度が検出範囲内にある期間を通して第2方向で維持している。そして、視野範囲変更手段は、偏向部の回転位置が非検出範囲にあるタイミングで、集光部から受光手段までの経路長さの変更動作を行うように構成されている。
この構成では、偏向部の回転角度が非検出範囲にある期間を利用して、視野範囲を効率的に切り替えることができ、検出時(偏向部の回転角度が検出範囲にあるとき)には、レーザ光の方向を第1方向或いは第2方向に安定的に維持することができる。また、1周以上に一回のタイミングで視野範囲が切り替えられることになるため、1周の間に視野範囲を複数回切り替える方法と比較して切り替え制御に伴う電気的、機械的負荷を低減しやすく、偏向部の高速化も図りやすくなる。
In the invention of claim 4, there is provided a setting means for setting a detection area, and the setting means uses a predetermined rotation angle range as a detection range within the entire rotation angle range of the deflecting unit, and is outside the predetermined rotation angle range. The detection area is set to be a non-detection range. The irradiation direction changing means maintains the first direction through the period in which the rotation angle of the deflecting unit is within the detection range after switching the direction of the laser light to the first direction, and after switching to the second direction, The rotation angle of the deflecting unit is maintained in the second direction throughout the period within the detection range. The visual field range changing unit is configured to change the path length from the light collecting unit to the light receiving unit at a timing when the rotation position of the deflecting unit is in the non-detection range.
In this configuration, the visual field range can be efficiently switched using a period in which the rotation angle of the deflection unit is in the non-detection range, and at the time of detection (when the rotation angle of the deflection unit is in the detection range) The direction of the laser beam can be stably maintained in the first direction or the second direction. In addition, since the visual field range is switched once in one or more laps, the electrical and mechanical loads associated with the switching control are reduced compared to the method of switching the visual field range multiple times during one lap. This makes it easy to increase the speed of the deflection unit.

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。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a laser radar device according to a first embodiment of the present invention. 図2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。FIG. 2 is a flowchart illustrating the flow of visual field range switching processing in the laser radar apparatus of FIG. 図3(A)は、図1のレーザレーダ装置において、レーザ光の照射の向きが第1方向に設定されているときの視野範囲を概念的に説明する説明図であり、図3(B)は、レーザ光の照射の向きが第2方向に設定されているときの視野範囲を概念的に説明する説明図である。3A is an explanatory diagram conceptually illustrating the visual field range when the direction of laser light irradiation is set to the first direction in the laser radar apparatus of FIG. 1, and FIG. These are explanatory drawings for conceptually explaining the visual field range when the direction of laser light irradiation is set in the second direction. 図4は、受光手段と集光部との間の距離の可変量を説明する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the variable amount of the distance between the light receiving means and the light collecting unit. 図5は、外部空間で切り替わる視野範囲と外乱光の発生要素との関係を説明する説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the visual field range switched in the external space and the disturbance light generating element. 図6(A)は、視野範囲を切り替えないで第1範囲のまま物体検出を行ったときの受光波形の例を概略的に示す波形図であり、図6(B)は、視野範囲を第2範囲に切り替えて物体検出を行ったときの受光波形の例を概略的に示す波形図である。FIG. 6A is a waveform diagram schematically showing an example of a received light waveform when object detection is performed with the first range without switching the visual field range, and FIG. It is a wave form diagram showing roughly an example of a light reception waveform when it switches to 2 ranges and performs object detection. 図7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。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a laser radar device according to the second embodiment of the present invention. 図8は、図7のレーザレーダ装置を中心軸と直交する方向に切断した構成を概略的に示す概略断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view schematically showing a configuration in which the laser radar device of FIG. 7 is cut in a direction orthogonal to the central axis. 図9は、図7の状態から視野範囲を切り替えた後の様子を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a state after the visual field range is switched from the state of FIG.

[第1実施形態]
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。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の概略断面図である。
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、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。
[First embodiment]
Hereinafter, a first embodiment embodying the present invention will be described with reference to the drawings.
(Whole structure of laser radar device)
First, the overall configuration of the laser radar apparatus according to the first embodiment will be outlined with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the laser radar device according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the laser radar device 1 includes a laser diode 10 and a photodiode 20 that receives reflected light L2 from a detection object, and is configured as a device that detects the distance and direction to the detection object. Yes.

レーザダイオード10は、「レーザ光発生手段」の一例に相当するものであり、例えば公知のレーザダイオードによって構成されている。このレーザダイオード10は、図示しない駆動回路からパルス電流の供給を受け、このパルス電流に応じてパルスレーザ光(レーザ光L1)を所定間隔おきに間欠的に投光するものである。   The laser diode 10 corresponds to an example of “laser light generating means”, and is configured by, for example, a known laser diode. The laser diode 10 is supplied with a pulse current from a drive circuit (not shown) and intermittently projects a pulse laser beam (laser beam L1) at predetermined intervals according to the pulse current.

フォトダイオード20は、例えば、アバランシェフォトダイオード等の公知のフォトダイオードで構成されており、レーザダイオード10からレーザ光L1が発生したときに、このレーザ光L1が外部空間に存在する物体で反射した反射光L2を受光し、電気信号に変換する構成をなしている。なお、検出物体からの反射光L2については、後述する光学系で設定された視野範囲のものが取り込まれる構成となっており、図1の例では、レーザ光L1が実線で示す経路を通過する場合には、例えば符号L2で示す2つのライン間の領域を通る反射光が取り込まれるようになっている。   The photodiode 20 is formed of a known photodiode such as an avalanche photodiode, for example. When the laser light L1 is generated from the laser diode 10, the reflection of the laser light L1 reflected by an object existing in the external space. The light L2 is received and converted into an electrical signal. In addition, about the reflected light L2 from a detection object, the thing of the visual field range set with the optical system mentioned later is taken in, and the laser beam L1 passes the path | route shown with a continuous line in the example of FIG. In this case, for example, reflected light passing through a region between two lines indicated by reference numeral L2 is captured.

なお、フォトダイオード10は、「受光手段」の一例に相当し、後述する誘導手段によって誘導された反射光を受光するように機能する。また、本実施形態では、更にフォトダイオード20が移動可能に構成されており、このような特徴的構成については後に詳述する。   The photodiode 10 corresponds to an example of a “light receiving unit” and functions to receive reflected light guided by a guiding unit described later. Further, in the present embodiment, the photodiode 20 is further configured to be movable, and such a characteristic configuration will be described in detail later.

レーザダイオード10から照射されるレーザ光L1の光軸上にはレンズ60が設けられている。このレンズ60は、コリメートレンズとして構成されるものであり、レーザダイオード10からのレーザ光L1を略平行光に変換する機能を有する。   A lens 60 is provided on the optical axis of the laser light L1 emitted from the laser diode 10. The lens 60 is configured as a collimating lens and has a function of converting the laser light L1 from the laser diode 10 into substantially parallel light.

レンズ60を通過したレーザ光L1の光路上には、揺動ミラー31が配置されている。この揺動ミラー31は、レーザダイオード10からのレーザ光L1を回転偏向装置40に向けて反射する構成をなし、且つ揺動可能に構成されている。この揺動ミラー31は、偏向部41に対するレーザ光の入射方向を相対的に変化させることで、偏向部41からの反射の向きを変化させ、空間に照射されるレーザ光L1と水平面(鉛直方向と直交する仮想平面)とのなす角度を変更するように機能している。   On the optical path of the laser beam L1 that has passed through the lens 60, the oscillating mirror 31 is disposed. The oscillating mirror 31 is configured to reflect the laser beam L1 from the laser diode 10 toward the rotary deflecting device 40, and is configured to be oscillated. The oscillating mirror 31 changes the direction of reflection from the deflecting unit 41 by relatively changing the incident direction of the laser beam with respect to the deflecting unit 41, and the laser beam L <b> 1 irradiated to the space and the horizontal plane (vertical direction) It functions so as to change the angle formed by a virtual plane orthogonal to the horizontal plane.

また、この揺動ミラー31を、多自由度をもって駆動するミラー駆動部が設けられている。このようにミラーを多自由度をもって駆動する技術はガルバノミラー等の分野において公知であるので詳細は省略するが、ミラー駆動部については、例えば、揺動ミラー31をジンバル、ピボット軸受等で支持することにより、二方向へ回転運動させる構成とすることができる。   In addition, a mirror driving unit that drives the oscillating mirror 31 with multiple degrees of freedom is provided. Since the technique for driving the mirror with multiple degrees of freedom is well known in the field of galvano mirrors and the like, details thereof will be omitted, but for the mirror driving unit, for example, the oscillating mirror 31 is supported by a gimbal, a pivot bearing or the like. Thereby, it can be set as the structure made to rotationally move to two directions.

図1の例では、レーザダイオード10からのレーザ光L1の出射方向をX軸方向とし、回動変更機構40の中心軸42aの方向をY軸方向とし、X軸方向及びY軸方向に直交する方向をZ軸方向として説明している。このような定義において、反射面31aとXY平面とのなす角をα、反射面31aとYZ平面とのなす角をβ、反射面31aとXZ平面とのなす角をγとした場合、アクチュエータ36は、これらα、β、γを変更し得るように構成されており、後述する制御部70がアクチュエータ36を制御して、α、β、γの値を調整することにより、揺動ミラー31からのレーザ光L1の向き、及びレーザ光L1が偏向部41に入射するときの入射方向が定まり、これにより空間に照射されるレーザ光L1と水平面(鉛直方向と直交する仮想平面)とのなす角度が決定されるようになっている。   In the example of FIG. 1, the emission direction of the laser light L1 from the laser diode 10 is the X-axis direction, the direction of the central axis 42a of the rotation changing mechanism 40 is the Y-axis direction, and is orthogonal to the X-axis direction and the Y-axis direction. The direction is described as the Z-axis direction. In such a definition, when the angle between the reflecting surface 31a and the XY plane is α, the angle between the reflecting surface 31a and the YZ plane is β, and the angle between the reflecting surface 31a and the XZ plane is γ, the actuator 36 Are configured so that these α, β, and γ can be changed, and the control unit 70 that will be described later controls the actuator 36 to adjust the values of α, β, and γ. The direction of the laser beam L1 and the incident direction when the laser beam L1 is incident on the deflecting unit 41 are determined, whereby the angle formed between the laser beam L1 irradiated into the space and the horizontal plane (virtual plane orthogonal to the vertical direction) Is to be decided.

なお、本実施形態では、制御部70、揺動ミラー31、及びアクチュエータ36が「照射方向変更手段」の一例に相当し、偏向部41を介して外部空間に照射されるレーザ光L1の水平方向に対する向きを、少なくとも、レーザ光L1が水平方向に対して斜めを向く第1方向(例えば、図1の破線L1’の方向)と、第1方向のときよりもレーザ光L1と水平方向とのなす角度が小さい第2方向(例えば図1の実線L1”の方向)とに変更するように機能している。   In the present embodiment, the control unit 70, the oscillating mirror 31, and the actuator 36 correspond to an example of “irradiation direction changing means”, and the horizontal direction of the laser light L1 irradiated to the external space via the deflection unit 41. At least in the first direction in which the laser beam L1 is inclined with respect to the horizontal direction (for example, the direction of the broken line L1 ′ in FIG. 1) and the laser beam L1 and the horizontal direction than in the first direction. It functions so as to change to the second direction (for example, the direction of the solid line L1 ″ in FIG. 1) with a small angle.

揺動ミラー31で反射したレーザ光L1の光軸上には、回転偏向装置40が設けられている。この回転偏向装置40は、「回転偏向手段」の一例に相当するものであり、中心軸42aを中心として回転可能に構成された偏向部41と、偏向部41を回転駆動するモータとを備え、偏向部41を回転させつつレーザダイオード10にて発生したレーザ光L1を偏向部41により外部空間に向けて偏向させるように機能している。   On the optical axis of the laser beam L1 reflected by the oscillating mirror 31, a rotary deflection device 40 is provided. The rotation deflection device 40 corresponds to an example of a “rotation deflection unit”, and includes a deflection unit 41 configured to be rotatable about a central axis 42a, and a motor that rotationally drives the deflection unit 41. The laser beam L1 generated by the laser diode 10 is deflected toward the external space by the deflection unit 41 while rotating the deflection unit 41.

回転偏向手段40は、主として、偏向部41、支持台43、軸部42、モータ50、回転角度センサ52によって構成されている。偏向部41は、平坦な反射面41aを備えたミラーとして構成されており、反射面41aが斜め上方を向き且つこの反射面41aが入射するレーザ光L1に対して傾斜するように配されている。支持台43は、偏向部41を支持する台座として構成されるものであり、モータ50によって回転される軸部42に一体的に取り付けられている。軸部42は、図示しない軸受によって回転可能に支持されつつ、モータ50の駆動力を受けて回転するように構成されている。   The rotation deflection means 40 is mainly composed of a deflection section 41, a support base 43, a shaft section 42, a motor 50, and a rotation angle sensor 52. The deflecting unit 41 is configured as a mirror having a flat reflecting surface 41a, and is arranged so that the reflecting surface 41a faces obliquely upward and the reflecting surface 41a is inclined with respect to the incident laser beam L1. . The support base 43 is configured as a pedestal that supports the deflection unit 41, and is integrally attached to the shaft part 42 rotated by the motor 50. The shaft portion 42 is configured to rotate by receiving the driving force of the motor 50 while being rotatably supported by a bearing (not shown).

なお、本実施形態に係るレーザレーダ装置1では、偏向部41における反射光を偏向する偏向領域(偏向部41における反射面41aの領域)が、揺動ミラー31におけるレーザ光を偏向する偏向領域(揺動ミラー31における反射面31aの領域)よりも十分大きく構成されている。   In the laser radar device 1 according to the present embodiment, the deflection region (the region of the reflection surface 41a in the deflection unit 41) that deflects the reflected light in the deflection unit 41 is the deflection region (the region of the reflection surface 41a in the deflection unit 41) that deflects the laser light. It is configured to be sufficiently larger than the area of the reflecting surface 31a in the oscillating mirror 31).

モータ50は、「駆動手段」の一例に相当するものであり、例えば公知の直流モータ或いは公知の交流モータによって構成されている。そして、制御部70からの駆動指示があったときに、図示しないモータドライバによって駆動状態(例えば、回転タイミングや回転速度)が制御されるようになっており、このときに、予め定められた一定の回転速度で定常回転するようになっている。   The motor 50 corresponds to an example of “driving means”, and is constituted by, for example, a known DC motor or a known AC motor. When a drive instruction is issued from the control unit 70, a drive state (for example, rotation timing and rotation speed) is controlled by a motor driver (not shown), and at this time, a predetermined constant is set. It is designed to rotate at a constant rotation speed.

このモータは、回転駆動軸が軸部42と一体的に構成されており、軸部42と偏向部41とを、中心軸42aを回転中心として定常回転させるように構成されている。偏向部41は、偏向面(反射面41a)と中心軸42aとのなす角度θが一定角度(例えば45°)となるように配置されており、モータ50の駆動力を受けたときにこの角度θを一定角度で維持しつつ回転するようになっている。   In this motor, the rotation drive shaft is configured integrally with the shaft portion 42, and the shaft portion 42 and the deflecting portion 41 are configured to normally rotate about the center shaft 42a. The deflection unit 41 is arranged such that an angle θ formed by the deflection surface (reflection surface 41a) and the central axis 42a is a constant angle (for example, 45 °), and this angle when receiving the driving force of the motor 50. It rotates while maintaining θ at a constant angle.

また、本実施形態では、図1に示すように、モータ50の軸部42の回転角度位置(即ち偏向部41の回転角度位置)を検出する回転角度センサ52が設けられている。回転角度センサ52は、ロータリーエンコーダなど、軸部42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。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a rotation angle sensor 52 that detects the rotation angle position of the shaft portion 42 of the motor 50 (that is, the rotation angle position of the deflection portion 41) is provided. Various types of rotation angle sensors 52 can be used as long as they can detect the rotation angle position of the shaft portion 42, such as a rotary encoder.

また、回転偏向装置40からフォトダイオード20に至るまでの反射光の光路上には、フォトダイオード20に向けて反射光を集光する集光レンズ62が設けられ、その集光レンズ62とフォトダイオード20の間にはフィルタ64が設けられている。集光レンズ62は、偏向部41からの反射光を集光してフォトダイオード20に導くように機能している。また、フィルタ64は、回転偏向装置40からフォトダイオード20に至るまでの反射光の光路上において反射光を透過させ且つ反射光以外の光を除去するように機能している。例えば、反射光L2に対応した特定波長の光(例えば一定領域の波長の光)のみを透過させそれ以外の光を遮断する波長選択フィルタによって構成することができる。   A condensing lens 62 that condenses the reflected light toward the photodiode 20 is provided on the optical path of the reflected light from the rotary deflecting device 40 to the photodiode 20, and the condensing lens 62 and the photodiode are provided. 20 is provided with a filter 64. The condensing lens 62 functions to collect the reflected light from the deflecting unit 41 and guide it to the photodiode 20. The filter 64 functions to transmit the reflected light and remove light other than the reflected light on the optical path of the reflected light from the rotary deflecting device 40 to the photodiode 20. For example, it can be configured by a wavelength selection filter that transmits only light having a specific wavelength corresponding to the reflected light L2 (for example, light having a wavelength in a certain region) and blocks other light.

なお、本実施形態では、回転偏向装置40と集光レンズ62とが「誘導手段」の一例に相当しており、偏向部41により外部空間に向けて偏向されたレーザ光L1が外部空間に存在する物体で反射したときに当該物体からの反射光L2を装置内に定められた誘導経路に沿って誘導するように機能する。また、集光レンズ62は、「誘導手段」の一例に相当し、上記誘導経路の途中で反射光L2を集光するように機能する。   In the present embodiment, the rotary deflection device 40 and the condenser lens 62 correspond to an example of “guidance means”, and the laser beam L1 deflected toward the external space by the deflection unit 41 exists in the external space. It functions to guide the reflected light L2 from the object along the guide path defined in the device when reflected by the object. The condenser lens 62 corresponds to an example of “guidance means” and functions to collect the reflected light L2 in the middle of the guidance path.

制御部70は、CPUを備えたマイクロコンピュータなどの1又は複数の制御回路によって構成されており、上述したレーザダイオード10の投光動作やモータ50の回転動作、後述するセンサ移動部22の駆動動作を制御するように構成されている。また、フォトダイオード20や回転角度センサ52に接続されており、これらからの信号を取得可能に構成されている。また、制御部70には、ROM、RAM,不揮発性メモリなどの図示しないメモリが接続されており、制御部70は、このメモリ内の情報の読み出しやメモリに対する書き込みが可能となっている。   The control unit 70 includes one or a plurality of control circuits such as a microcomputer provided with a CPU. The light projecting operation of the laser diode 10 described above, the rotation operation of the motor 50, and the driving operation of the sensor moving unit 22 described later. Is configured to control. Moreover, it is connected to the photodiode 20 and the rotation angle sensor 52, and is configured to be able to acquire signals from these. In addition, a memory (not shown) such as a ROM, a RAM, and a nonvolatile memory is connected to the control unit 70, and the control unit 70 can read and write information in the memory.

また、本実施形態では、レーザダイオード10、フォトダイオード20、レーザ光偏向部30、レンズ60、回転偏向装置40、モータ50等がケース3内に収容され、防塵や衝撃保護が図られている。ケース3における偏向部41の周囲には、当該偏向部41を取り囲むようにレーザ光L1及び反射光L2の通過を可能とする導光部4が形成されている。導光部4は、偏向部41に入光するレーザ光L1の光軸を中心とした環状形態で、ほぼ360°に亘って構成されており、この導光部4を閉塞する形態でガラス板等からなるレーザ光透過板5が配され、防塵が図られている。   In the present embodiment, the laser diode 10, the photodiode 20, the laser beam deflecting unit 30, the lens 60, the rotation deflecting device 40, the motor 50, and the like are housed in the case 3, and dust and shock protection are achieved. Around the deflection unit 41 in the case 3, a light guide unit 4 that allows the laser light L <b> 1 and the reflected light L <b> 2 to pass is formed so as to surround the deflection unit 41. The light guide 4 is formed in an annular shape centering on the optical axis of the laser beam L1 incident on the deflecting unit 41 and is substantially 360 °, and the glass plate is closed in the form of closing the light guide 4. A laser light transmission plate 5 made of a material such as the like is arranged to prevent dust.

更に、本実施形態のレーザレーダ装置1には、フォトダイオード20の位置を変更し得るセンサ移動部22が設けられている。このセンサ移動部22は、例えばリニアアクチュエータによって構成され、制御部70から出力される信号に応じて動作する構成をなしており、移動対象となるフォトダイオード20を、集光レンズ62に近い側の位置(第1位置)と、この第1位置のときよりも集光レンズ62から遠くなる位置(第2位置)とで往復動させるように構成されている。具体的には、フォトダイオード20を受光光軸(集光レンズ62の光軸Lr)の方向に移動させるように構成されており、集光レンズ62に近い位置(第1位置)のときでも、集光レンズ62から遠くなる位置(第2位置)のときでも、フォトダイオード20の受光面の中心が光軸Lr上に位置するように変位させている。なお、リニアアクチュエータとしては、公知の様々な種類のものを用いることができ、周知のリニアモータ、リニア振動アクチュエータ、リニア電磁ソレノイドなどを好適に用いることができる。   Furthermore, the laser radar device 1 of the present embodiment is provided with a sensor moving unit 22 that can change the position of the photodiode 20. The sensor moving unit 22 is configured by, for example, a linear actuator, and is configured to operate according to a signal output from the control unit 70, and the photodiode 20 to be moved is moved closer to the condenser lens 62. It is configured to reciprocate between a position (first position) and a position (second position) farther from the condensing lens 62 than at the first position. Specifically, the photodiode 20 is configured to move in the direction of the light receiving optical axis (the optical axis Lr of the condensing lens 62), and even when it is close to the condensing lens 62 (first position), Even at a position far away from the condenser lens 62 (second position), the center of the light receiving surface of the photodiode 20 is displaced so as to be positioned on the optical axis Lr. Various known types of linear actuators can be used, and well-known linear motors, linear vibration actuators, linear electromagnetic solenoids, and the like can be suitably used.

(物体検出動作)
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60を通過することで平行光に変換される。レンズ60を通過したレーザ光L1は、揺動ミラー31で反射した後、偏向部41で更に反射し、空間に向けて照射される。
(Object detection operation)
Next, the basic operation of the object detection process (monitoring process) performed by the laser radar device 1 will be described.
In the laser radar apparatus 1 shown in FIG. 1, the deflection unit 41 is rotated at a constant speed by the driving force from the motor 50, and a pulse current is supplied to the laser diode 10 during such rotation. Then, a pulse laser beam (laser beam L1) at a time interval corresponding to the timing and pulse width of the pulse current is output from the laser diode 10. The laser light L1 is projected as diffused light having a certain spread angle, and is converted into parallel light by passing through the lens 60. The laser beam L1 that has passed through the lens 60 is reflected by the oscillating mirror 31, and then is further reflected by the deflecting unit 41 and irradiated toward the space.

このように偏向部41から照射されたレーザ光L1が、外部空間に存在する物体(検出物体)に当たったときには、この検出物体で反射して装置側に戻ってくる反射光の一部(反射光L2参照)がレーザ光透過板5を介してケース内に入り込み、偏向部41に入射することになる。偏向部41は、この反射光L2をフォトダイオード20側へ誘導(反射)し、その誘導された反射光L2は、集光レンズ62で集光され、フィルタ64を通過してフォトダイオード20に入射する。そして、フォトダイオード20は、このような反射光L2を受光したとき、その受光した反射光L2の強度に応じた電気信号(例えば受光した反射光L2に応じた電圧値)を出力する。   When the laser light L1 emitted from the deflecting unit 41 hits an object (detected object) existing in the external space, a part of the reflected light (reflected) reflected by the detected object and returned to the apparatus side. The light L2) enters the case through the laser light transmission plate 5 and enters the deflecting unit 41. The deflecting unit 41 guides (reflects) the reflected light L2 toward the photodiode 20, and the guided reflected light L2 is collected by the condenser lens 62, passes through the filter 64, and enters the photodiode 20. To do. When the photodiode 20 receives such reflected light L2, the photodiode 20 outputs an electrical signal corresponding to the intensity of the received reflected light L2 (for example, a voltage value corresponding to the received reflected light L2).

制御部70は、レーザダイオード10に対するパルス信号の送信タイミングとフォトダイオード20からの受光信号が出力されるタイミングとに基づいて、レーザ光L1の投光から受光までの時間T(即ち、レーザダイオード10がパルスレーザ光L1を出力してからフォトダイオード20が当該パルスレーザ光に応じた反射光L2を受光するまでの時間)を測定しており、更に、制御部70は、この時間Tと、既知の光速Cとに基づいて、装置内の基準位置(例えば位置P1)から検出物体までの距離Lを算出している。   Based on the transmission timing of the pulse signal to the laser diode 10 and the timing at which the light reception signal from the photodiode 20 is output, the controller 70 projects the time T from the light emission of the laser light L1 to the light reception (that is, the laser diode 10). The time from when the pulse laser beam L1 is output until the photodiode 20 receives the reflected light L2 corresponding to the pulse laser beam), the control unit 70 further measures the time T The distance L from the reference position (for example, position P1) in the apparatus to the detected object is calculated based on the light speed C.

更に、制御部70は、アクチュエータ36の変位量を制御しているため、上記パルスレーザ光L1が照射されるときの揺動ミラー31の変位(揺動ミラー31の反射面31aとXY平面とのなす角α、反射面31aとYZ平面とのなす角β、反射面31aとXZ平面とのなす角γ)を把握でき、且つ、パルスレーザ光L1が照射されるときの回転角度センサ52からの出力値(即ち、パルスレーザ光L1が照射されるタイミングにおける偏向部41の基準角度からの回転変位θ)をも把握できるようになっている。このように、揺動ミラー31の反射面31aとXY平面とのなす角α、反射面31aとYZ平面とのなす角β、反射面31aとXZ平面とのなす角γが定まり、偏向部41の回転変位θが定まると、偏向部41からレーザ光L1が向かう方向が一の方位に定まるため、制御部70は、パルスレーザ光L1の出力時におけるこれら値(α、β、γ、θ)と上記の算出距離Lとに基づいて、検出物体の方位を正確に検出できる。   Further, since the control unit 70 controls the amount of displacement of the actuator 36, the displacement of the oscillating mirror 31 when the pulse laser beam L1 is irradiated (the reflection surface 31a of the oscillating mirror 31 and the XY plane The angle α formed, the angle β formed between the reflecting surface 31a and the YZ plane, and the angle γ formed between the reflecting surface 31a and the XZ plane, and from the rotation angle sensor 52 when the pulse laser beam L1 is irradiated. The output value (that is, the rotational displacement θ from the reference angle of the deflection unit 41 at the timing of irradiation with the pulsed laser light L1) can also be grasped. Thus, the angle α formed between the reflecting surface 31a of the oscillating mirror 31 and the XY plane, the angle β formed between the reflecting surface 31a and the YZ plane, and the angle γ formed between the reflecting surface 31a and the XZ plane are determined, and the deflecting unit 41 When the rotational displacement θ is determined, the direction in which the laser beam L1 travels from the deflecting unit 41 is determined in one direction, and thus the control unit 70 outputs these values (α, β, γ, θ) when the pulsed laser beam L1 is output. And the calculated distance L, the orientation of the detected object can be accurately detected.

(視野範囲の制御)
次に、視野範囲の制御について説明する。
図2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(A)は、図1のレーザレーダ装置において、レーザ光の照射の向きが第1方向に設定されているときの視野範囲を概念的に説明する説明図であり、図3(B)は、レーザ光の照射の向きが第2方向に設定されているときの視野範囲を概念的に説明する説明図である。図4は、受光手段と集光部との間の距離の可変量を説明する説明図である。図5は、外部空間で切り替わる視野範囲と外乱光の発生要素との関係を説明する説明図である。図6(A)は、視野範囲を切り替えないで第1範囲のまま物体検出を行ったときの受光波形の例を概略的に示す波形図であり、図6(B)は、視野範囲を第2範囲に切り替えて物体検出を行ったときの受光波形の例を概略的に示す波形図である。なお、図3、図4では、偏向部41での反射によって曲げられる受光経路を直線的に表して概念的に説明している。
(View range control)
Next, control of the visual field range will be described.
FIG. 2 is a flowchart illustrating the flow of visual field range switching processing in the laser radar apparatus of FIG. 3A is an explanatory diagram conceptually illustrating the visual field range when the direction of laser light irradiation is set to the first direction in the laser radar apparatus of FIG. 1, and FIG. These are explanatory drawings for conceptually explaining the visual field range when the direction of laser light irradiation is set in the second direction. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the variable amount of the distance between the light receiving means and the light collecting unit. FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the visual field range switched in the external space and the disturbance light generating element. FIG. 6A is a waveform diagram schematically showing an example of a received light waveform when object detection is performed with the first range without switching the visual field range, and FIG. It is a wave form diagram showing roughly an example of a light reception waveform when it switches to 2 ranges and performs object detection. In FIGS. 3 and 4, the light receiving path bent by the reflection by the deflecting unit 41 is conceptually described by linearly representing.

図2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の傾斜角度を切り替える処理を行う(S1)。なお、図2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θ1等)に設定する。   As shown in FIG. 2, the laser radar device 1 performs a process of switching the inclination angle of the laser light L1 with respect to the horizontal plane with the start of the detection process (S1). In the process of S1 performed immediately after the start process of FIG. 2, the inclination angle of the laser beam L1 with respect to the horizontal plane is set to, for example, a default angle (such as θ1 shown in FIG. 1).

S1の処理の後には、S1で設定された傾斜角度に対応する視野範囲に切り替える処理を行う(S2)。例えば、レーザ光の方向が第1方向(図1の符号L1’の方向)に設定されている場合には、図3(A)のように、フォトダイオード20での視野範囲を第1範囲AR1に設定する。また、S1でレーザ光の方向が第2方向(図1の符号L1”の方向)に設定されている場合には、図3(B)のように、フォトダイオード20での視野範囲を第2範囲AR2に設定する。本実施形態では、光軸Cを中心とする上下方向の広がりが、第1範囲AR1よりも第2範囲AR2の方が狭くなっており、第1範囲AR1のときに、第2範囲AR2のときよりも、より上方側及びより下方側を受光可能範囲となるように構成されている。   After the process of S1, a process of switching to the visual field range corresponding to the tilt angle set in S1 is performed (S2). For example, when the direction of the laser beam is set to the first direction (the direction indicated by the symbol L1 ′ in FIG. 1), the visual field range at the photodiode 20 is set to the first range AR1 as shown in FIG. Set to. Further, when the laser beam direction is set to the second direction (the direction of L1 ″ in FIG. 1) in S1, the field-of-view range at the photodiode 20 is set to the second direction as shown in FIG. In this embodiment, the vertical extent centered on the optical axis C is narrower in the second range AR2 than in the first range AR1, and in the first range AR1, Compared to the second range AR2, the upper side and the lower side are configured to be a light receiving range.

本実施形態では、制御部70及びセンサ駆動部22が「視野範囲切替手段」の一例に相当し、フォトダイオード20を移動させて誘導経路における集光レンズ62からフォトダイオード20までの距離(経路長さ)を変更することで、フォトダイオード20で受光可能となる外部空間での視野範囲を変更するように機能する。   In the present embodiment, the control unit 70 and the sensor driving unit 22 correspond to an example of a “field-of-view range switching unit”, and the distance (path length) from the condenser lens 62 to the photodiode 20 in the guiding path by moving the photodiode 20. The function of changing the field of view in the external space that can be received by the photodiode 20 is changed.

S1、S2の処理の後には、それら処理にて設定された傾斜角度及び視野範囲で検出処理を行う(S3)。この例では、S1、S2で設定された傾斜角度及び視野範囲にて一定の角度範囲の検出処理を行っており、S2の切り替えが終了した後、所定の開始タイミングとなった時、或いは偏向部41が所定角度となった時などを起点(回転起点)として当該偏向部41が一定の角度範囲(例えば1周(360°の角度範囲)変位するまで検出エリア内でレーザ走査を行い、上述の方法で検出エリア内の物体を検出している。なお、この検出処理が行われている間にフォトダイオード20が検出エリア内の物体からの反射光を受光したときには、上述の方法でこの物体の位置及び高さを算出する(S3)。   After the processing of S1 and S2, detection processing is performed with the tilt angle and field of view range set in these processing (S3). In this example, detection processing of a certain angle range is performed in the tilt angle and field of view range set in S1 and S2, and when the predetermined start timing comes after the switching of S2, or the deflection unit Laser scanning is performed within the detection area until the deflection unit 41 is displaced within a certain angular range (for example, one round (an angular range of 360 °)), for example, when 41 is at a predetermined angle (rotation starting point). When the photodiode 20 receives reflected light from the object in the detection area while this detection process is being performed, the object is The position and height are calculated (S3).

このような検出処理は、S2の処理の後、偏向部41が一定角度回転するまで継続し、偏向部41が上記回転起点から一定角度範囲分だけ回転していない段階ではS4にてNoに進むことになり、S3の検出処理を繰り返すことになる。一方、偏向部41において上記回転起点から一定角度範囲分の回転が行われたときには、S4にてYesに進み、S1、S2に戻って傾斜角度の設定処理及び視野範囲の切り替え処理を行う。   Such a detection process continues after the process of S2 until the deflection unit 41 rotates by a certain angle, and proceeds to No in S4 when the deflection unit 41 does not rotate by a certain angle range from the rotation starting point. Therefore, the detection process of S3 is repeated. On the other hand, when the deflection unit 41 has performed rotation for a certain angle range from the rotation starting point, the process proceeds to Yes in S4, and returns to S1 and S2 to perform the tilt angle setting process and the visual field range switching process.

S4にてYesに進み、S1、S2に戻って処理を行う場合、水平面に対するレーザ光L1の傾斜角度を、直近のS3の処理で設定されていた角度から切り替える。本実施形態では、上述の「照射方向変更手段」により、レーザ光L1の向きを第1方向(水平面に対する傾斜角度がθ1となる方向)と第2方向(水平面に対する傾斜角度が0となる方向)とに切り替えることができるようになっており、S1を行う前の直近のS3の処理において水平面に対するレーザ光L1の傾斜角度がθ1に設定されていた場合、このS1の処理では、水平面に対するレーザ光L1の傾斜角度をθ1から0°に切り替える。この場合、直近のS3の処理では、傾斜角度θ1に対応する視野範囲(図3(A)に示す第1範囲AR1)に設定されていたのに対し、その直後のS2の処理では、切り替えられた傾斜角度(0°)に対応する視野範囲(図3(B)に示す第2範囲AR2)に切り替える。このように視野範囲を切り替えた後には、再び、一定の角度範囲内で物体の検出処理を行うことになる(S3、S4)。   When the process proceeds to Yes in S4 and returns to S1 and S2, the inclination angle of the laser light L1 with respect to the horizontal plane is switched from the angle set in the latest process of S3. In the present embodiment, the above-mentioned “irradiation direction changing means” changes the direction of the laser light L1 in the first direction (direction in which the inclination angle with respect to the horizontal plane is θ1) and the second direction (direction in which the inclination angle with respect to the horizontal plane is 0). When the inclination angle of the laser beam L1 with respect to the horizontal plane is set to θ1 in the most recent processing of S3 before performing S1, the laser beam with respect to the horizontal plane is set in this processing of S1. The inclination angle of L1 is switched from θ1 to 0 °. In this case, in the latest processing of S3, the field of view range (the first range AR1 shown in FIG. 3A) corresponding to the tilt angle θ1 was set, but in the processing of S2 immediately after that, switching was performed. The visual field range (second range AR2 shown in FIG. 3B) corresponding to the tilt angle (0 °) is switched. After switching the visual field range in this way, the object detection process is performed again within a certain angle range (S3, S4).

なお、S3で一定の角度範囲でレーザ走査がなされたか否かの判断をする方法としては、例えば、S2の後の上記開始起点から所定回数のパルス出力が行われたか否かに基づいて判断する方法を用いることができる。或いは、S1で走査を開始するときには、当該開始時の偏向部41の回転位置(基準角度に対する回転角度)を図示しないメモリ等に記録しておき、この記録内容に基づいて、偏向部41が一定範囲回転したか否かを判断してもよい。   As a method for determining whether or not laser scanning has been performed in a certain angle range in S3, for example, determination is made based on whether or not a predetermined number of pulse outputs have been performed from the start starting point after S2. The method can be used. Alternatively, when scanning is started in S1, the rotation position (rotation angle with respect to the reference angle) of the deflection unit 41 at the start is recorded in a memory (not shown), and the deflection unit 41 is fixed based on the recorded contents. It may be determined whether or not the range has been rotated.

上述の「照射方向変更手段」は、レーザ光L1の向きを第1方向(水平面との傾斜角度θ1の方向)に切り替えた後に、偏向部41が少なくとも1周以上回転する間、当該第1方向で維持するように制御を行い、レーザ光L1の向きを第2方向(水平面との傾斜角度0°の方向)に切り替えた後に、偏向部41が少なくとも1周以上回転する間、当該第2方向で維持するように方向の制御を行っている。そして、上述の「視野範囲変更手段」は、レーザ光L1の向きが第1方向で維持される周回では、視野範囲を相対的に広い第1範囲AR1で維持し、レーザ光L1の向きが第2方向で維持される周回では、視野範囲を相対的に狭い第2範囲AR2で維持するように経路長さb(図4)の切り替え制御を行っている。   The above-mentioned “irradiation direction changing means” is the first direction during which the deflection unit 41 rotates at least one round after the direction of the laser beam L1 is switched to the first direction (the direction of the inclination angle θ1 with the horizontal plane). In the second direction while the deflecting unit 41 rotates at least one round after the direction of the laser beam L1 is switched to the second direction (the direction at an inclination angle of 0 ° with respect to the horizontal plane). The direction is controlled so that The above-described “field-of-view range changing means” maintains the field-of-view range in the relatively wide first range AR1 and the direction of the laser light L1 is the first in the circulation in which the direction of the laser light L1 is maintained in the first direction. In the circulation maintained in two directions, the switching control of the path length b (FIG. 4) is performed so that the visual field range is maintained in the relatively narrow second range AR2.

また、受光センサ20と集光レンズ62間の距離(経路長さ)の距離の最大値bは、例えば図4(B)のような式で設定することができる。この式において、Lは、レーザレーダ装置1からの最大検出距離であり、Dは、レンズ有効視野径であり、fはレンズ焦点距離である。また、Sは、最大検出距離でのレーザスポット径であり、θは、垂直方向のスキャン角度(水平面に対する傾斜角度)である。このように、物体を検出すべき境界位置(前方且つ上方の境界位置)の方向の角度θ(第1方向の傾斜角度θ1)、最大検出距離L、受光レンズの特性等が定まれば、図4(A)のような考えにより、受光センサ20と集光レンズ62間の距離bを設定し、この境界位置を検出範囲に含むようにすることができる。   Further, the maximum distance b of the distance (path length) between the light receiving sensor 20 and the condensing lens 62 can be set by, for example, an expression as shown in FIG. In this equation, L is the maximum detection distance from the laser radar device 1, D is the lens effective field diameter, and f is the lens focal length. S is the laser spot diameter at the maximum detection distance, and θ is the vertical scan angle (inclination angle with respect to the horizontal plane). As described above, if the angle θ (inclination angle θ1 in the first direction) in the direction of the boundary position (front and upper boundary position) where the object is to be detected, the maximum detection distance L, the characteristics of the light receiving lens, and the like are determined, 4 (A), the distance b between the light receiving sensor 20 and the condenser lens 62 can be set, and this boundary position can be included in the detection range.

(第1実施形態の主な効果)
上述したように、本実施形態では、フォトダイオード20で受光可能となる外部空間での視野範囲を変更可能な「視野範囲変更手段」が設けられており、この「視野範囲変更手段」は、集光レンズ62からフォトダイオード20までの経路長さを調整すること視野範囲を変更している。そして、図1の符号L1’のように、「照射方向変更手段」によりレーザ光L1の方向が第1方向(水平面に対する傾斜角度が相対的に大きくなる方向)に設定されている場合には、図3(A)のように集光レンズ62とフォトダイオード20の受光面20aとの距離を相対的に短く設定し、フォトダイオード20によって受光可能となる視野範囲を第1範囲AR1に設定している。このように、水平方向に対する傾きが相対的に大きい斜め上向き(第1方向)にレーザ光が照射されるときに、視野範囲を相対的に広く設定することができるため、この照射方向から返ってくる正規の検出光(照射したレーザ光L1’が物体で反射した反射光)を受光しやすくなる。従って、水平方向から離れた斜め上向き(第1方向)へのレーザ走査及び当該方向での物体検出を可能とすることができる。
(Main effects of the first embodiment)
As described above, in the present embodiment, “field-of-view range changing means” capable of changing the field-of-view range in the external space that can be received by the photodiode 20 is provided. The visual field range is changed by adjusting the path length from the optical lens 62 to the photodiode 20. And, as indicated by reference numeral L1 ′ in FIG. 1, when the direction of the laser light L1 is set to the first direction (the direction in which the tilt angle with respect to the horizontal plane becomes relatively large) by the “irradiation direction changing unit”, As shown in FIG. 3A, the distance between the condenser lens 62 and the light receiving surface 20a of the photodiode 20 is set to be relatively short, and the visual field range that can be received by the photodiode 20 is set to the first range AR1. Yes. As described above, when the laser beam is irradiated obliquely upward (first direction) having a relatively large inclination with respect to the horizontal direction, the field of view range can be set relatively wide. It is easy to receive regular detection light (reflected light reflected by an object of the irradiated laser light L1 ′). Therefore, it is possible to perform laser scanning obliquely upward (first direction) away from the horizontal direction and object detection in this direction.

一方、図1の符号L1”のように、レーザ光L1の方向が第2方向(水平面に対する傾斜角度が相対的に小さくなる方向)に設定されている場合には、図3(B)のように、視野範囲を第1範囲AR1よりも狭い第2範囲AR2に設定している。これにより、水平方向近く(第2方向)にレーザ光L1が照射されるときには、視野範囲を相対的に狭く設定することができるため、水平方向近くの向きにレーザ光L1を照射して物体検出を行う場合には、当該レーザ光L1の照射方向から大きく離れた上方側或いは下方側からの外乱光を極力受光させないようにすることができる。   On the other hand, when the direction of the laser beam L1 is set to the second direction (the direction in which the inclination angle with respect to the horizontal plane becomes relatively small) as indicated by the symbol L1 ″ in FIG. In addition, the visual field range is set to the second range AR2 which is narrower than the first range AR1, so that when the laser light L1 is irradiated near the horizontal direction (second direction), the visual field range is relatively narrow. Therefore, when performing object detection by irradiating the laser beam L1 in the direction near the horizontal direction, disturbance light from the upper side or the lower side far away from the irradiation direction of the laser beam L1 is used as much as possible. It is possible to prevent light from being received.

このように外乱光の影響を確実に抑えることができるため、外乱光に起因する物体検出の誤判断を効果的に防止することができる。例えば、図5のように屋外で物体を検出しようとする場合に、視野範囲を第1範囲(図5の符号AR1’参照)に設定したまま第2方向(水平方向付近)にレーザ光を照射して物体Wa、Wbからの反射光を受光すると、これら物体Wa、Wbからの正規の反射光だけでなくエネルギーの大きい太陽光も受光してしまうことになり、図6(A)のように、特に遠距離の物体からの光量の小さい反射光が太陽光にかき消されてしまうことになる。しかしながら、本実施形態では、第2方向(水平方向付近)にレーザ光を照射する場合に、このような太陽光が入り込みやすい上方側を極力視野範囲とせず、検出に必要な水平方向付近に絞って視野範囲(第2範囲)を設定できるため、太陽光等の受光を抑制することができ、このような外乱光に起因する誤検出を効果的に防止することができる。   As described above, since the influence of disturbance light can be reliably suppressed, it is possible to effectively prevent erroneous detection of object detection caused by disturbance light. For example, when an object is to be detected outdoors as shown in FIG. 5, the laser beam is irradiated in the second direction (near the horizontal direction) while the field-of-view range is set to the first range (see symbol AR1 ′ in FIG. 5). Then, when the reflected light from the objects Wa and Wb is received, not only the regular reflected light from the objects Wa and Wb but also sunlight having high energy is received, as shown in FIG. In particular, reflected light with a small amount of light from a long-distance object is drowned out by sunlight. However, in the present embodiment, when laser light is irradiated in the second direction (near the horizontal direction), the upper side where such sunlight is likely to enter is not set as the visual field range as much as possible, but is limited to the vicinity of the horizontal direction necessary for detection. Since the visual field range (second range) can be set, light reception such as sunlight can be suppressed, and erroneous detection due to such disturbance light can be effectively prevented.

また、本実施形態において、「照射方向変更手段」は、レーザ光の向きを第1方向(傾斜角度θ1となる方向)に切り替えた後には、偏向部41が少なくとも1周以上回転する間は当該第1方向で維持し、第2方向(傾斜角度0°となる方向)に切り替えた後には、偏向部41が少なくとも1周以上回転する間は当該第2方向で維持するように方向の制御を行っている。そして、「視野範囲変更手段」は、レーザ光の向きが第1方向で維持される周回では、視野範囲を第1範囲AR1で維持し、レーザ光の向きが第2方向で維持される周回では、視野範囲を第2範囲AR2で維持するように経路長さ(受光面20aと集光レンズ62の間の距離)の切り替え制御を行っている。
この構成では、レーザ光の向きが第1方向に切り替わってから偏向部41が1周以上回転する間はその方向で維持され、その間、視野範囲は第1範囲AR1で維持されることになる。同様に、レーザ光の向きが第2方向に切り替わってから偏向部41が1周以上回転する間はその方向で維持され、その間、視野範囲は第2範囲AR2で維持されることになる。従って、偏向部41が1周する間に視野範囲の切り替え制御(即ち、経路長さの切り替え制御)が何回も繰り返されなくなり、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。
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、偏向部が1周する間に視野範囲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範囲を切り替える必要があり、安価な駆動手段ではこのような高速駆動は困難である。また、視野範囲の切り替えをある程度高速に行うことも考えられるが、このような駆動手段は高価であり、仮にこのような駆動手段を用いたとしても、1周の間に視野範囲を複数回切り替える方法では、偏向部の回転周期を視野範囲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、やはり偏向部41の高速化は難しい。これに対し、上記構成では、視野範囲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、視野範囲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。
Further, in the present embodiment, the “irradiation direction changing unit” is configured so that, after the direction of the laser beam is switched to the first direction (direction in which the inclination angle θ1 is set), the deflection unit 41 is rotated at least one turn. After maintaining in the first direction and switching to the second direction (direction in which the tilt angle is 0 °), the direction control is performed so that the deflection unit 41 is maintained in the second direction for at least one turn. Is going. Then, the “field-of-view range changing unit” maintains the field-of-view range in the first range AR1 in the circulation in which the direction of the laser light is maintained in the first direction, and in the circuit in which the direction of the laser light is maintained in the second direction. The path length (distance between the light receiving surface 20a and the condensing lens 62) is controlled so as to maintain the visual field range in the second range AR2.
In this configuration, after the direction of the laser beam is switched to the first direction, the deflection unit 41 is maintained in that direction for one or more rotations, while the visual field range is maintained in the first range AR1. Similarly, after the direction of the laser beam is switched to the second direction, the deflection unit 41 is maintained in that direction for one or more rotations, while the visual field range is maintained in the second range AR2. Therefore, the field-of-view range switching control (that is, the path length switching control) is not repeated many times during one round of the deflection unit 41, and the electrical and mechanical loads associated with the switching control are reliably reduced. Can do.
Moreover, according to the said structure, it becomes easy to increase the speed of the deflection | deviation part 41. FIG. For example, when the method of switching the visual field range a plurality of times during one round of the deflection unit is used, it is necessary to switch the visual field range by a fraction or tens of the period of the deflection unit 41, which is inexpensive. Such a high-speed drive is difficult with the drive means. In addition, although it is conceivable to switch the visual field range to a certain degree of speed, such a drive means is expensive, and even if such a drive means is used, the visual field range is switched multiple times during one round. According to the method, since the rotation period of the deflecting unit needs to be several times or several tens of times the switching range of the visual field range, it is difficult to increase the speed of the deflecting unit 41. On the other hand, in the above configuration, since the field-of-view range switching interval can be set longer than the rotation period of the deflecting unit 41, the field-of-view range can be switched at high speed, and the switching interval is not so short. Even in this case, it becomes easy to cope with the speeding up of the deflection unit.

[第2実施形態]
次に第2実施形態について説明する。
図7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8は、図7のレーザレーダ装置を中心軸と直交する方向に切断した構成を概略的に示す概略断面図である。図9は、図7の状態から視野範囲を切り替えた後の様子を示す説明図である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a laser radar device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view schematically showing a configuration in which the laser radar device of FIG. 7 is cut in a direction orthogonal to the central axis. FIG. 9 is an explanatory diagram showing a state after the visual field range is switched from the state of FIG.

第2実施形態では、集光部として凹面鏡41を用いている点が第1実施形態と異なっている。本実施形態では、回転偏向装置40が、「誘導手段」として構成されており、「偏向部」が凹面鏡によって構成されている。この凹面鏡41は、レーザダイオード10からのレーザ光を外部空間側に偏向し、且つ検出物体からの反射光を集光しつつ受光手段側に誘導するように構成されている。そして、本実施形態でも、第1実施形態と同様、制御回路70とセンサ移動部22とによって「視野範囲変更手段」が構成されており、受光センサ20を移動させて凹面鏡41から受光センサ20までの経路長さを変更することで外部空間での視野範囲を変更するように構成されている。この構成でも、第1実施形態と同様に視野範囲を切り替えることができ、レーザ光が第1方向に照射される場合(図7に示す符号L1’参照)には、図3(A)と同様に視野範囲を相対的に広い第1範囲AR1に設定でき、レーザ光が第2方向に照射される場合(図9に示す符号L1”参照)には、図3(B)と同様に視野範囲を相対的に狭い第2範囲AR2に設定できる。なお、図7では、レーザ光が第1方向(図7に示す符号L1’参照)に照射されるときの反射光L2の様子を符号L2’にて概念的に示しており、図9では、レーザ光が第2方向(図9に示す符号L1”参照)に照射されるときの反射光L2の様子を符号L2”にて概念的に示している。   The second embodiment is different from the first embodiment in that a concave mirror 41 is used as a light collecting unit. In the present embodiment, the rotary deflection device 40 is configured as “guidance means”, and the “deflection unit” is configured by a concave mirror. The concave mirror 41 is configured to deflect the laser light from the laser diode 10 to the external space side and to guide the reflected light from the detection object to the light receiving means side while collecting the reflected light. Also in this embodiment, as in the first embodiment, the “field-of-view range changing means” is configured by the control circuit 70 and the sensor moving unit 22, and the light receiving sensor 20 is moved to move from the concave mirror 41 to the light receiving sensor 20. The visual field range in the external space is changed by changing the path length. Even in this configuration, the field-of-view range can be switched in the same manner as in the first embodiment, and when laser light is irradiated in the first direction (see symbol L1 ′ shown in FIG. 7), it is the same as in FIG. When the laser beam is irradiated in the second direction (see symbol L1 ″ shown in FIG. 9), the visual field range can be set as in FIG. 3B. 7 can be set to a relatively narrow second range AR2.In Fig. 7, the state of the reflected light L2 when the laser beam is irradiated in the first direction (see the symbol L1 'shown in Fig. 7) is denoted by the symbol L2'. In FIG. 9, the state of the reflected light L2 when the laser beam is irradiated in the second direction (see the symbol L1 ″ shown in FIG. 9) is conceptually indicated by the symbol L2 ″. ing.

また、本実施形態では、検出エリアを設定する「設定手段」が設けられ、この「設定手段」は、偏向部41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、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している。例えば、図8に示すラインF1にレーザ光が照射されるときの偏向部41の回転位置から、ラインF2にレーザ光が照射されるときの偏向部41の回転位置までの間、前方側にレーザ光が照射されるときの回転角度範囲を検出範囲とし、それ以外の角度範囲(壁部5e、5d、5fにレーザ光が照射される角度範囲)を「非検出範囲」としている。   Further, in the present embodiment, a “setting unit” for setting a detection area is provided. The “setting unit” sets a predetermined rotation angle range as a “detection range” in the entire rotation angle range of the deflection unit 41, and The detection area is set so that the non-detection range is outside the predetermined rotation angle range. For example, the laser is moved forward from the rotation position of the deflection unit 41 when the laser beam is irradiated to the line F1 shown in FIG. 8 to the rotation position of the deflection unit 41 when the laser beam is irradiated to the line F2. The rotation angle range when the light is irradiated is set as a detection range, and the other angle range (angle range in which the laser beams are irradiated to the walls 5e, 5d, and 5f) is set as the “non-detection range”.

本実施形態では、例えばレーザダイオード10やレンズ60を一体的に揺動させるアクチュエータを用い、制御回路70によってこのアクチュエータを駆動制御することでレーザ光の照射方向を変化させることで凹面鏡41からのレーザ光の照射方向を変更させることができる。この場合、「照射方向変更手段」に相当する制御回路70及び図示しないアクチュエータは、レーザ光L1の向きを第1方向に切り替えた後(図7参照)に、凹面鏡41の回転角度が上記検出範囲内にある期間を通して第1方向で維持し、「視野範囲変更手段」は、凹面鏡41の回転位置が上記非検出範囲にあるタイミングで、凹面鏡41からフォトダイオード20までの経路長さの変更動作を行うように構成されている。同様に、レーザ光L1の向きを第2方向に切り替えた後(図9参照)には、凹面鏡41の回転角度が上記検出範囲内にある期間を通して第2方向で維持している。そして、「視野範囲変更手段」は、凹面鏡41の回転位置が上記非検出範囲にあるタイミングで、凹面鏡41からフォトダイオード20までの経路長さの変更動作を行うように構成されている。   In this embodiment, for example, an actuator that integrally swings the laser diode 10 and the lens 60 is used, and the actuator is driven and controlled by the control circuit 70 to change the irradiation direction of the laser light, thereby changing the laser from the concave mirror 41. The light irradiation direction can be changed. In this case, the control circuit 70 corresponding to the “irradiation direction changing means” and the actuator (not shown) change the rotation angle of the concave mirror 41 after the direction of the laser light L1 is switched to the first direction (see FIG. 7). The “field-of-view range changing means” changes the path length from the concave mirror 41 to the photodiode 20 at the timing when the rotational position of the concave mirror 41 is in the non-detection range. Configured to do. Similarly, after the direction of the laser beam L1 is switched to the second direction (see FIG. 9), the rotation angle of the concave mirror 41 is maintained in the second direction throughout the period within the detection range. The “field-of-view range changing means” is configured to change the path length from the concave mirror 41 to the photodiode 20 at the timing when the rotational position of the concave mirror 41 is in the non-detection range.

(第2実施形態の主な効果)
第2実施形態に係るレーザレーダ装置200でも第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
また、本実施形態では、集光機能を有する凹面鏡41を用い、フォトダイオード20を移動させて凹面鏡41からフォトダイオード20までの経路長さを変更し得る構成となっている。この構成では、凹面鏡41からフォトダイオード20に至るまでの経路に専用の集光手段を設ける必要が無く、或いは、設けるとしても大きさや数を少なくすることができ、部品点数の削減、及び装置構成の簡素化を図ることができる。
(Main effects of the second embodiment)
The laser radar device 200 according to the second embodiment can achieve the same effects as those of the first embodiment.
In the present embodiment, the concave mirror 41 having a condensing function is used, and the photodiode 20 is moved to change the path length from the concave mirror 41 to the photodiode 20. In this configuration, it is not necessary to provide a dedicated condensing means on the path from the concave mirror 41 to the photodiode 20, or even if provided, the size and number can be reduced, the number of parts can be reduced, and the device configuration Can be simplified.

また、本実施形態では、凹面鏡41の回転角度が非検出範囲にある期間を利用して、視野範囲を効率的に切り替えることができ、検出時(偏向部の回転角度が検出範囲にあるとき)には、レーザ光の方向を第1方向或いは第2方向に安定的に維持することができる。また、1周以上に一回のタイミングで視野範囲が切り替えられることになるため、1周の間に視野範囲を複数回切り替える方法と比較して切り替え制御に伴う電気的、機械的負荷を低減しやすく、凹面鏡41の高速化も図りやすくなる。   In the present embodiment, the visual field range can be efficiently switched using a period in which the rotation angle of the concave mirror 41 is in the non-detection range, and at the time of detection (when the rotation angle of the deflection unit is in the detection range). The laser beam direction can be stably maintained in the first direction or the second direction. In addition, since the visual field range is switched once in one or more laps, the electrical and mechanical loads associated with the switching control are reduced compared to the method of switching the visual field range multiple times during one lap. This makes it easy to increase the speed of the concave mirror 41.

[他の実施形態]
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。
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the embodiments described with reference to the above description and drawings. For example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

第1実施形態では、レーザ光が第1方向に設定され視野範囲が第1範囲にされた状態で360°の角度範囲(即ち偏向部が1回転する範囲)でレーザ光の走査及び物体検出を行っているが、例えば、レーザ光を第1方向に設定し且つ視野範囲を第1範囲に設定した状態で、偏向部が複数回転する間、レーザ光の走査及び物体検出を行うようにしてもよい。同様に、レーザ光を第2方向に設定し且つ視野範囲を第2範囲に設定した状態で、偏向部が複数回転する間、レーザ光の走査及び物体検出を行うようにしてもよい。   In the first embodiment, laser beam scanning and object detection are performed in an angle range of 360 ° (that is, a range in which the deflecting unit makes one rotation) with the laser beam set in the first direction and the visual field range set to the first range. For example, while the laser beam is set in the first direction and the visual field range is set in the first range, the laser beam scanning and the object detection may be performed while the deflection unit rotates a plurality of times. Good. Similarly, scanning of the laser beam and object detection may be performed while the deflection unit rotates a plurality of times with the laser beam set in the second direction and the visual field range set in the second range.

上記実施形態では、水平面に対するレーザ光の照射角度を2段階に切り替え得る構成を例示したが、水平面に対するレーザ光の傾斜角度を3段階以上の多段階に切り替え得る構成としてもよい。この場合、例えば、直線的に位置調整可能なリニアアクチュエータを用いてフォトダイオード20の受光面20aと集光レンズ62との距離を多段階に設定できるように構成し、レーザ光の傾斜角度が大きくなるほど視野範囲が広くなるように、視野範囲を多段階に設定出来るようにすると良い。   In the above-described embodiment, the configuration in which the irradiation angle of the laser beam with respect to the horizontal plane can be switched in two stages is exemplified. However, the tilt angle of the laser beam with respect to the horizontal plane may be switched in three or more stages. In this case, for example, a linear actuator whose position can be linearly adjusted is used so that the distance between the light receiving surface 20a of the photodiode 20 and the condenser lens 62 can be set in multiple stages, and the inclination angle of the laser light is large. It is preferable that the visual field range can be set in multiple stages so that the visual field range becomes wider.

上記実施形態では、レーザ光を三次元的に走査し得るレーザレーダ装置を例示したが、三次元的に走査する方法は上記の例に限られず、例えば、偏向部を変位させる方法や、ケース全体を変位させる方法など、公知の様々な方法を用いることができる。   In the above embodiment, the laser radar device capable of three-dimensionally scanning the laser light has been exemplified. However, the method of three-dimensional scanning is not limited to the above example. For example, the method of displacing the deflection unit or the entire case Various publicly known methods such as a method of displacing can be used.

1…レーザレーダ装置
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)
22…センサ移動部(視野範囲変更手段)
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、誘導手段)
41…偏向部
42a…中心軸
50…モータ(駆動手段)
62…集光レンズ(集光部、誘導手段)
70…制御部(照射方向変更手段、視野範囲変更手段、設定手段)
240…回転偏向装置(誘導手段)
241…凹面鏡(偏向部)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser radar apparatus 10 ... Laser diode (laser beam generation means)
20 ... Photodiode (light receiving means)
22 ... Sensor moving part (field-of-view range changing means)
31 ... Oscillating mirror (irradiation direction changing means)
36 ... Actuator (irradiation direction changing means)
40 ... Rotational deflection device (rotational deflection means, guidance means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 41 ... Deflection part 42a ... Center axis 50 ... Motor (drive means)
62 ... Condensing lens (condensing part, guiding means)
70: Control unit (irradiation direction changing means, visual field range changing means, setting means)
240 ... Rotational deflection device (guidance means)
241 ... Concave mirror (deflection part)

Claims (4)

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前記レーザ光を前記偏向部により外部空間に向けて偏向させる回転偏向手段と、
前記偏向部を介して前記外部空間に照射される前記レーザ光の水平方向に対する向きを、少なくとも、前記レーザ光が前記水平方向に対して斜めを向く第1方向と、前記第1方向のときよりも前記レーザ光と前記水平方向とのなす角度が小さい第2方向とに変更する照射方向変更手段と、
前記偏向部により前記外部空間に向けて偏向された前記レーザ光が前記外部空間に存在する物体で反射したときに当該物体からの反射光を装置内に定められた誘導経路に沿って誘導する構成をなし、且つ前記誘導経路の途中に前記反射光を集光する集光部を有してなる誘導手段と、
前記誘導手段によって誘導された前記反射光を受光する受光手段と、
前記集光部及び前記受光手段の少なくともいずれかを移動させて前記誘導経路における前記集光部から前記受光手段までの経路長さを変更することで、前記受光手段で受光可能となる前記外部空間での視野範囲を変更する視野範囲変更手段と、
を備え、
前記視野範囲変更手段は、前記照射方向変更手段により前記レーザ光の方向が前記第1方向に設定されている場合には、前記視野範囲を第1範囲に設定し、前記レーザ光の方向が前記第2方向に設定されている場合には、前記視野範囲を第2範囲に設定し、前記第1範囲よりも前記第2範囲の方が視野範囲が狭くなるように、前記集光部から前記受光手段までの前記経路長さを調整することを特徴とするレーザレーダ装置。
Laser light generating means for generating laser light;
A deflection unit configured to be rotatable about a predetermined central axis; and a driving unit that rotationally drives the deflection unit, and the laser beam generated by the laser beam generation unit while rotating the deflection unit. Rotation deflecting means for deflecting toward the external space by the deflecting unit;
The direction of the laser beam irradiated to the external space through the deflection unit with respect to the horizontal direction is at least as compared with the first direction in which the laser beam is inclined with respect to the horizontal direction and the first direction. And an irradiation direction changing means for changing to a second direction having a small angle between the laser beam and the horizontal direction,
A configuration in which when the laser beam deflected toward the external space by the deflecting unit is reflected by an object existing in the external space, the reflected light from the object is guided along a guide path defined in the apparatus. And guiding means having a condensing part for condensing the reflected light in the middle of the guiding path;
A light receiving means for receiving the reflected light guided by the guiding means;
The external space that can receive light by the light receiving unit by moving at least one of the light collecting unit and the light receiving unit to change a path length from the light collecting unit to the light receiving unit in the guide path. Visual field range changing means for changing the visual field range at
With
The field-of-view range changing means sets the field-of-view range to the first range when the direction of the laser light is set to the first direction by the irradiation direction changing means, and the direction of the laser light is When set in the second direction, the visual field range is set to the second range, and the visual field range is narrower than the first range, so that the visual field range is narrower than the first range. A laser radar device characterized by adjusting the length of the path to the light receiving means.
前記回転偏向手段は、前記誘導手段の少なくとも一部として構成され、
前記偏向部は、前記レーザ光発生手段からの前記レーザ光を前記外部空間側に偏向し、且つ前記検出物体からの前記反射光を集光しつつ前記受光手段側に誘導する凹面鏡によって構成されており、
前記視野範囲変更手段は、前記受光手段を移動させて前記凹面鏡から前記受光手段までの前記経路長さを変更することで前記外部空間での前記視野範囲を変更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。
The rotational deflection means is configured as at least a part of the guiding means,
The deflecting unit is configured by a concave mirror that deflects the laser light from the laser light generating means to the external space side and guides the reflected light from the detection object to the light receiving means side while condensing the reflected light. And
2. The field-of-view range changing unit changes the field-of-view range in the external space by moving the light-receiving unit to change the path length from the concave mirror to the light-receiving unit. The laser radar device described in 1.
前記照射方向変更手段は、前記レーザ光の向きを前記第1方向に切り替えた後には、前記偏向部が少なくとも1周以上回転する間は当該第1方向で維持し、前記第2方向に切り替えた後には、前記偏向部が少なくとも1周以上回転する間は当該第2方向で維持するように方向の制御を行い、
前記視野範囲変更手段は、前記レーザ光の向きが前記第1方向で維持される周回では、前記視野範囲を前記第1範囲で維持し、前記レーザ光の向きが前記第2方向で維持される周回では、前記視野範囲を前記第2範囲で維持するように前記経路長さの切り替え制御を行う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。
After the direction of the laser beam is switched to the first direction, the irradiation direction changing unit maintains the first direction for at least one turn and switches to the second direction. Later, while the deflection unit rotates at least one round or more, the direction is controlled so as to be maintained in the second direction,
The field-of-view range changing unit maintains the field-of-view range in the first range and the direction of the laser light is maintained in the second direction in a round in which the direction of the laser light is maintained in the first direction. 3. The laser radar device according to claim 1, wherein the path length switching control is performed so as to maintain the field-of-view range in the second range in a round.
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、前記レーザ光の向きを前記第1方向に切り替えた後に、前記偏向部の回転角度が前記検出範囲内にある期間を通して前記第1方向で維持し、前記第2方向に切り替えた後には、前記偏向部の回転角度が前記検出範囲内にある期間を通して前記第2方向で維持し、
前記視野範囲変更手段は、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、前記集光部から前記受光手段までの前記経路長さの変更動作を行う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。
A setting means for setting a detection area so that a predetermined rotation angle range is set as a detection range and an outside of the predetermined rotation angle range is set as a non-detection range in the entire rotation angle range of the deflection unit;
The irradiation direction changing means maintains the rotation direction of the deflection unit in the first direction throughout the period in which the rotation angle of the deflection unit is within the detection range after switching the direction of the laser light to the first direction, and in the second direction. After switching, the rotation angle of the deflecting unit is maintained in the second direction throughout a period in which the detection unit is within the detection range,
2. The visual field range changing unit performs an operation of changing the path length from the light collecting unit to the light receiving unit at a timing when the rotation position of the deflecting unit is in the non-detection range. Alternatively, the laser radar device according to claim 2.
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