JP6728837B2 - レーザレーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、俯角方向にレーザ光を走査するレーザレーダ装置に関する。

俯角方向にレーザ光を照射して物体を検出することができるレーザレーダ装置が知られている（たとえば特許文献１）。高い位置にレーザレーダ装置を設置して、俯角方向にレーザ光を照射することで、レーザレーダ装置に近い位置に物体が存在していても、その物体に遮られずに、その物体よりも遠くに位置する別の物体を検出することができる。

また、特許文献１のレーザレーダ装置は、レーザ光の走査範囲を監視範囲に限定している。これにより、監視範囲よりも広い範囲にレーザ光を照射してしまう場合に比較して、監視範囲においてレーザレーダ装置から遠い領域の分解能を向上させている。

特開２０１３−２９３７５号公報

レーザレーダ装置がレーザ光を走査する角度を一定の角度間隔とすると、レーザレーダ装置から遠い領域の分解能は、レーザレーダ装置から近い領域の分解能よりも低くなる。したがって、レーザレーダ装置から遠い領域の分解能をレーザレーダ装置から近い領域の分解能に近づけようとすると、レーザ光の照射角度が０度に近いとき、つまり浅い俯角でレーザ光を照射するときは、狭い角度間隔でレーザ光を照射する必要がある。

特許文献１のレーザレーダ装置は、装置内に備えられたポリゴンミラーを回転させることで、レーザ光の俯角方向の照射角度を制御している。この特許文献１の装置とは異なり、レーザレーダ装置の筐体を水平軸周りに揺動させることで、レーザ光の俯角方向の照射角度を制御することも考えられる。以下、筐体を揺動させる形式のレーザレーダ装置を揺動型レーザレーダ装置とする。

揺動型レーザレーダ装置において、浅い俯角でレーザ光を照射するときのレーザ光の走査角度間隔を狭くするためには、浅い俯角でレーザ光を照射するときの筐体の揺動速度を十分に遅くすることが考えられる。

しかし、浅い俯角でレーザ光を照射するときの揺動速度に合わせて、常時、筐体の揺動速度を遅くしてしまうと、深い俯角でレーザ光を照射するときのレーザ光の走査角度間隔が狭くなりすぎて、無駄なレーザ光の照射が生じる恐れがある。

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、浅い俯角でレーザ光を照射するときの筐体の揺動速度が十分に遅い速度になり、かつ、深い俯角範囲への不要なレーザ光の照射を少なくすることができるレーザレーダ装置を提供することにある。

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。

上記目的を達成するための請求項１に係る発明は、俯角方向に照射角度を変化させつつ、レーザ光を走査するレーザレーダ装置であって、水平方向に延びる回転軸周りに揺動可能であり、レーザ光を一定の上下方向相対角度で出射する筐体（１０）と、筐体を駆動させるためのモータ（３１）と、モータの回転軸（３１ａ）に取り付けられ、モータの回転軸とともに回転する回転体（３２）と、一端が回転体に連結され、他端が筐体に揺動可能に連結されている連結体（３３）とを備え、モータの回転軸、回転体と連結体とが連結される部分である第１連結部と、連結体と筐体とが連結される部分である第２連結部と、筐体の回転軸とが４節となるリンク機構が形成され、連結体の長さは、リンク機構が死点となったときに、筐体の姿勢がレーザ光を最も浅い俯角で走査する姿勢となる長さであり、モータの回転軸から回転体の連結体が連結されている部分までの長さである回転リンク長さは、リンク機構が動作する上限長さ以下であって、かつ、連結体の回転体が連結されている部分から筐体に連結されている部分までの長さである連結リンク長さの５０％以上である。

本発明によれば、リンク機構により筐体を揺動運動させており、連結体の長さを、リンク機構が死点となったときに、筐体の姿勢がレーザ光を最も浅い俯角で走査する姿勢となる長さとしている。リンク機構が死点となったとき、リンク機構の１つのリンクに相当する部分を備える筐体は、揺動運動の方向が変化する。また、リンク機構においては、揺動運動の方向が変化する位置に付近において揺動速度が低下する。

したがって、リンク機構が死点となったときに筐体の姿勢がレーザ光を最も浅い俯角で走査する姿勢となるようにすれば、レーザ光を最も浅い俯角で走査する付近において筐体の揺動速度が遅くなる。

そして、データを用いて後述するように、回転リンク長さを連結リンク長さに近づけるほど、揺動方向が変化する角度付近における、モータの回転軸の回転速度に対する筐体の回転軸の回転速度の比は小さくなる。つまり、回転リンク長さを連結リンク長さに近づけるほど、揺動方向が変化する角度付近において、筐体の揺動速度を遅くすることができる。そこで、本発明では、回転リンク長さを連結リンク長さの５０％以上とする。これにより、浅い俯角でレーザ光を照射するときの筐体の揺動速度を十分に遅い速度にできる。

また、前述のように、本発明では、筐体の姿勢がレーザ光を最も浅い俯角で走査する姿勢となる付近において筐体の揺動速度が遅くなる。換言すれば、筐体の姿勢がレーザ光を最も浅い俯角で走査する姿勢となる付近と、筐体の姿勢が最も下向きになる付近との間の中間の角度では、筐体の揺動速度が相対的に速くなる。これにより、深い俯角範囲への不要なレーザ光の照射を少なくすることができる。

また、本発明では、最も浅い俯角は、俯角が０度であり、筐体の姿勢がレーザ光を水平に照射する姿勢となったときの筐体の正面方向と垂直方向とを含む平面に平行な平面をｘｙ平面とし、筐体の姿勢がレーザ光を水平に照射する姿勢となったときの筐体の正面方向を０度としたとき、筐体の姿勢がレーザ光を水平に照射する姿勢となっている状態で、第２連結部に対するモータの回転軸の方向が、ｘｙ平面において１３５度〜２２５度の範囲である。

俯角が小さい範囲において、レーザ光の照射角度が俯角小へ変化していくときの筐体の揺動速度と、レーザ光の照射角度が俯角大へ変化していくときの筐体の揺動速度との差が大きいと、揺動速度が大きい側はレーザ光の照射数が相対的に少なくなる。その結果、遠方領域に存在する物体の検出精度が低下しやすい。

本発明のようにすれば、データを用いて後述するように、俯角が小さい範囲において、レーザ光の照射角度が俯角小へ変化していくときの筐体の揺動速度と、レーザ光の照射角度が俯角大へ変化していくときの筐体の揺動速度との差が小さくなる。よって、遠方領域存在する物体の検出精度を向上させやすい。

実施形態のレーザレーダ装置１の使用状態を示す図である。 図１の筐体１０を揺動させるリンク機構４０を説明する図である。 筐体１０が揺動運動している状態を示す図である。 リンク機構４０が上死点となった状態を示す図である。 リンク機構４０が上死点のときに筐体１０が鉛直姿勢となるためのリンク長さを示す図である。 リンク機構４０が下死点となった状態を示す図である。 リンク機構４０が下死点のときに、上死点から振り角だけ筐体１０が揺動するためのリンク長さを示す図である。 リンク長さ比を９０％とした場合の減速比率を示すグラフである。 リンク長さ比を７０％とした場合の減速比率を示すグラフである。 リンク長さ比を５０％とした場合の減速比率を示すグラフである。 リンク長さ比を３０％とした場合の減速比率を示すグラフである。 リンク長さ比を９０％、７０％、５０％、３０％、２０％としたときのそれぞれの筐体角度―３度における減速比率を示す表である。 モータ回転軸方向を１２０度としたときの減速比率を示すグラフである。 モータ回転軸方向を１３５度としたときの減速比率を示すグラフである。 モータ回転軸方向を１５０度としたときの減速比率を示すグラフである。 モータ回転軸方向を１８０度としたときの減速比率を示すグラフである。 モータ回転軸方向を２１０度としたときの減速比率を示すグラフである。 モータ回転軸方向を２２５度としたときの減速比率を示すグラフである。 モータ回転軸方向を２４０度としたときの減速比率を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すレーザレーダ装置１は、建物の壁２に固定されている。もちろん、壁２は一例であり、他の部材にレーザレーダ装置１が固定されていてもよい。

レーザレーダ装置１の設置高さＴは、測距対象物体の高さよりも高い高さとされる。なお、設置高さＴは、より正確には、レーザ光が水平方向にレーザレーダ装置１から射出される場合における、レーザ光の射出位置の高さである。レーザ光が水平方向に照射される角度が俯角０度である。測距対象物体は、たとえば子供であり、設置高さＴはたとえば数メートルとされる。

レーザレーダ装置１は、俯角方向に照射角度を変化させつつ、レーザ光を走査することができる。また、レーザレーダ装置１は、水平方向の照射角度も変化させることができる。レーザ光の照射方向が俯角０度方向であり、かつ、水平方向の走査範囲の中心方向を正面方向とし、この方向をｘ軸とする。また、ｘ軸と垂直に交差するとともにレーザレーダ装置１の筐体１０を通る、水平面に垂直な軸をｙ軸とする。ｘ軸とｙ軸とを含む平面であるｘｙ平面は、筐体１０が鉛直となったときの筐体１０の正面方向と垂直方向とを含む平面である。

［レーザレーダ装置１の構成］
レーザレーダ装置１は、筐体１０と、支持部２０と、駆動部３０とを備える。筐体１０は、内部に投光部、受光部、制御部などを備える。制御部は投光部と受光部を制御する。投光部から投光されたレーザ光はスクリーン１１を介して筐体１０の外部へ投光される。投光部は、レーザ光の出射方向を筐体１０に対して水平方向に走査する。これにより、レーザ光が水平方向に走査できる。一方、投光部は、レーザ光の出射方向を筐体１０の上下方向に走査する構成は備えていない。よって、筐体１０から投光されるレーザ光は、筐体１０およびスクリーン１１に対して一定の上下方向相対角度となる。この上下方向相対角度は、たとえば、筐体１０が鉛直となったときにレーザ光が俯角０度で出射される角度である。

筐体１０の外部へ投光されたレーザ光が外部の物体で反射して生じた反射光は、スクリーン１１を通過して受光部に受光される。レーザ光の照射時間間隔は一定時間ごと、つまり、レーザ光の照射周期は一定周期である。

支持部２０は、台座２１と固定台２２を備えている。台座２１は、底面が壁２に固定されている。固定台２２は、底面が台座２１に固定され、先端部には、筐体回転軸２３が貫通している。筐体回転軸２３はｘ軸、ｙ軸にともに直交し、水平方向に延びる軸である。

筐体回転軸２３は、固定台２２の先端部に加えて、筐体１０の側面の一部および背面の一部を保持する保持体２４および筐体１０の側壁を貫通している。したがって、筐体１０は、支持部２０に支持されるとともに、筐体回転軸２３を回転中心として揺動可能である。

駆動部３０は、固定台２２に固定されているモータ３１を備えており、このモータ３１の回転軸（以下、モータ回転軸）３１ａは筐体回転軸２３と平行に設けられる。モータ回転軸３１ａには回転板３２が固定されている。よって、回転板３２はモータ回転軸３１ａと一体回転する。回転板３２は円盤形状であり、中心にモータ回転軸３１ａが固定されている。モータ３１には、たとえばステッピングモータを用いる。なお、回転板３２は請求項の回転体に相当する。

回転板３２の周縁部には、連結体に相当する連結棒３３の一端が連結され、連結棒３３の他端は保持体２４に連結されている。連結棒３３において回転板３２に連結されている側の端部をモータ側端部３３ａとし、保持体２４に連結されている側の端部を筐体側端部３３ｂとする。筐体側端部３３ｂが保持体２４に連結されている位置は、保持体２４において筐体回転軸２３が貫通している部分よりも上部である。

連結棒３３のモータ側端部３３ａはピン３４により回転板３２に連結され、連結棒３３の筐体側端部３３ｂはピン３５により保持体２４に連結されている。よって、連結棒３３は、回転板３２、保持体２４に対して相対回転可能である。なお、保持体２４は、筐体回転軸２３とピン３５の２つにより、筐体１０に取り付けられている。したがって、保持体２４は筐体１０に対して相対移動不能であり、連結棒３３は、保持体２４を介して間接的に筐体１０に揺動可能に連結されていることになる。

このように構成されたレーザレーダ装置１は、図２に示すリンク機構４０を備える。なお、図２は、このリンク機構４０を説明するための図であるので、リンク機構４０の説明に不要な構成は一部省略しているとともに、概念的に認識できる第１リンクＬ１、第２リンクＬ２、第３リンクＬ３も示している。

リンク機構４０は、４リンク機構であり、モータ回転軸３１ａ、ピン３４、３５、筐体回転軸２３が４節となる。回転板３２と連結棒３３においてピン３４が固定されている部分が、回転板３２と連結棒３３の連結部すなわち第１連結部であり、連結棒３３と筐体１０においてピン３５が固定されている部分が、連結棒３３と筐体１０との連結部すなわち第２連結部である。

第１リンクＬ１は、筐体１０のうち筐体回転軸２３とピン３５の間の部分である。第２リンクＬ２は、回転板３２のうちモータ回転軸３１ａとピン３４との間の部分である。第３リンクＬ３は、連結棒３３のうち、２つのピン３４、３５の間の部分である。これら３つのリンクＬ１、Ｌ２、Ｌ３と、モータ回転軸３１ａと筐体回転軸２３との間の固定リンクＬ０とにより、４リンク機構であるリンク機構４０が構成される。

このリンク機構４０において、第２リンクＬ２は回転板３２の一部の構成であることから、第２リンクＬ２は回転する。この第２リンクＬ２の長さが請求項の回転リンク長さである。また、第３リンクＬ３の長さが請求項の連結リンク長さである。

リンク機構４０が動作すると、レーザレーダ装置１は、図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、筐体１０が筐体回転軸２３を回転中心として揺動運動する。これにより、レーザレーダ装置１は、レーザ光を、レーザレーダ装置１の前後方向へ走査することができる。

本実施形態のレーザレーダ装置１は、これらのリンクＬ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の長さを調整することで、筐体１０が鉛直姿勢となったときにリンク機構４０が上死点となるようにする。換言すれば、リンクＬ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の長さを、リンク機構４０が上死点となったときに、筐体１０の姿勢がレーザ光を最も浅い俯角で走査する姿勢となるようにすることになる。筐体１０が鉛直姿勢となるときのレーザ光の照射方向が、レーザ光の走査範囲において最も浅い俯角であるからである。なお、浅い俯角は俯角０度も含んでいてもよい。上死点は、リンク機構４０の２つの死点のうち、筐体１０が鉛直側の姿勢となる死点を意味する。上死点においては、第２リンクＬ２と第３リンクＬ３とが重なっている。なお、鉛直姿勢は、厳密に筐体１０が鉛直である場合のみではなく、実質的な鉛直も含まれる意味である。

また、本実施形態のレーザレーダ装置１は、次の第１、第２の観点も満たすようにリンク機構４０を調整している。第１の観点は、上死点付近における揺動速度が遅くなるようにするという観点である。第２の観点は、上死点付近、すなわち、レーザ光の照射角度が０度付近において、照射角度が俯角小へ変化していくときの筐体１０の揺動速度と、照射角度が俯角大へ変化していくときの筐体１０の揺動速度との差が小さくなるようにするという観点である。

［リンク長さの関係］
まず、筐体１０が鉛直姿勢となったときにリンク機構４０が上死点となるようにし、揺動角度範囲を９０度あるいはそれ以上とするためのリンクＬ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の長さの関係を説明する。

次の説明では、筐体回転軸２３の位置を原点とし、モータ回転軸３１ａの座標を（Ｍ_ｘ、Ｍ_ｙ）とする。よって、リンクＬ０の長さは式１となる。なお、式および図中、Ｌに続いて添字で数字を付している符号は、その添字に対応するリンクの長さを意味する。

図４は、筐体１０が鉛直になったときに、リンク機構４０が上死点となるリンクＬ１、Ｌ２、Ｌ３の長さの関係を示している。ピン３４とピン３５との間を斜辺とする、破線で示す直角三角形の各辺の長さは、図５に示す長さとなる。したがって、三平方の定理より式２が成り立つ。

図６は、リンク機構４０が下死点となった状態を示している。下死点では、第２リンクＬ２と第３リンクＬ３が一直線上に位置し、かつ、それら第２リンクＬ２と第３リンクＬ３に重なりがない。

この第２リンクＬ２と第３リンクＬ３により形成される辺を斜辺とする、破線で示す直角三角形の各辺の長さは、図７に示す長さとなる。したがって、三平方の定理より式３が成り立つ。なお、式３においてＰは筐体１０の振り角である。

式２を変形すると、式４が得られる。

また、式４と式３から、式５が得られる。

この式４、式５において、Ｐに９０度以上の値を入れて、式４、式５を満たすように、第２リンクＬ２の長さと第３リンクＬ３の長さを設定する。これにより、筐体１０が鉛直姿勢となったときにリンク機構４０が上死点となり、揺動角度範囲が９０度以上になる。

［揺動速度を遅くするためのリンク機構４０の調整］
次に、前述した第１の観点、すなわち、上死点付近における揺動速度が遅くなるようにするためのリンク機構４０の調整について説明する。レーザ光の走査範囲をレーザレーダ装置１の前後方向に走査するための構成として、リンク機構４０により筐体１０を揺動させる場合、筐体１０が鉛直姿勢となる付近における揺動速度を遅くすることが望まれる。筐体１０が鉛直姿勢となる付近において揺動速度を遅くすれば、レーザ光の照射間隔が一定でも、筐体１０が鉛直姿勢となる付近における照射角度間隔を狭くすることができるからである。

前述した式４、５を満たすように第２リンクＬ２、第３リンクＬ３の長さを設定することにより、筐体１０が鉛直姿勢となったときにリンク機構４０を上死点とすることができる。一般にリンク機構は死点付近ではリンクの揺動速度が遅くなる。そのため、筐体１０が鉛直姿勢となったときにリンク機構４０を上死点とすることで、筐体１０が鉛直姿勢となる付近における筐体１０の揺動速度を遅くすることができる。

また、次のように考察することもできる。図３（Ａ）と図３（Ｃ）の比較、および、図４と図６の比較から分かるように、連結棒３３がピン３４により回転板３２に連結されている部分である第１連結部が後方に位置する場合を、第１連結部が前方に位置する場合と比較すると、第１連結部が後方に位置する場合の方が、モータ回転軸３１ａとピン３５との距離が近くなる。

図３（Ａ）や図４に示す、リンク機構４０が上死点になったときにも、図３（Ｃ）や図６に示す、リンク機構４０が下死点になったときにも、ピン３５は、モータ回転軸３１ａからピン３５までの距離を回転半径として揺動するとみなすことができる。また、回転角度が同じでも、回転半径が短ければ、単位時間当たりのピン３５の移動距離は短い（すなわち速度は遅い）。

そして、リンク機構４０が上死点になったときには、モータ回転軸３１ａとピン３５との距離が最も短くなる。そのため、モータ３１の回転速度が同じであっても、リンク機構４０が上死点になったときには、筐体１０の揺動速度は最も遅くなる。このことからも、筐体１０が鉛直姿勢となったときにリンク機構４０を上死点とすることで、筐体１０が鉛直姿勢となる付近における筐体１０の揺動速度を遅くできることが分かる。

加えて、本発明者は、第２リンクＬ２の長さと第３リンクＬ３の長さの比を変更すると、上死点付近における筐体１０の揺動速度が変化することを見出した。より具体的には、第２リンクＬ２の長さを第３リンクＬ３の長さに近づけるほど、上死点における筐体１０の揺動速度を遅くできることを見出した。この理由を次に説明する。

前述した図４は、リンク機構４０が上死点になっている状態である。この図４をもとに、上死点付近における筐体１０の揺動速度を考察する。筐体１０の揺動速度は、ピン３５の移動速度と考えることができる。この図４において、実際には不可能であるが、モータ回転軸３１ａをピン３５の位置まで移動させたと考える。この場合、ピン３５の位置は変化しない。よって、筐体１０の揺動速度は０となる。また、このとき、第２リンクＬ２の長さは第３リンクＬ３の長さと等しくなる。

したがって、モータ回転軸３１ａが、リンク機構４０が上死点となっている状態におけるピン３５の位置に近いほど、上死点付近における筐体１０の揺動速度を遅くできると推定できる。

次に、この推定の検証を行う。以下では、第３リンクＬ３の長さに対する第２リンクＬ２の長さの比を、リンク長さ比とする。また、以下では、リンク長さ比をパーセントで表す。

図８はリンク長さ比を９０％とした場合の、筐体角度が０度付近における減速比率を示すグラフである。減速比率は、モータ回転軸３１ａの回転速度Ｖｍに対する、筐体回転軸２３の回転速度Ｖｃの比（Ｖｃ／Ｖｍ）である。また、筐体角度は、Ｙ軸に対する筐体１０の角度を意味し、筐体角度はレーザ光の照射角度と同じになる。また、筐体角度が０度は筐体１０が鉛直姿勢であることを意味する。

図９、図１０、図１１は、図８と同様のグラフであり、図８との違いはリンク長さ比である。図９はリンク長さ比が７０％、図１０はリンク長さ比が５０％、図１１はリンク長さ比が３０％である。

図８〜図１１のいずれも、第１リンクＬ１の長さを３０ｍｍとし、モータ回転軸３１ａのＹ座標を３０に固定し、振り角を９０度とした。これにより、モータ回転軸３１ａのＸ座標を決めれば、式１より固定リンクＬ０の長さが算出でき、式５より第２リンクＬ２の長さが算出できる。さらに、第２リンクＬ２の長さが算出できれば、式４より第３リンクＬ３の長さも算出できる。このようにして、リンク機構４０のすべてのリンクの長さを算出できる。

リンク機構４０の自由度は１であることから、リンク機構４０のすべてのリンクの長さが算出できると、前述した減速比率も算出できる。なお、図８〜図１１には、いずれも２本の曲線が示されている。２本の曲線が存在する理由は、リンク機構４０はてこクランク機構であり、てこクランク機構には、クランク節が等速で回転していても、てこ節の揺動速度は往時と戻り時で異なるからである。これは、早戻り運動として知られている。

前述したように、第１の観点は、上死点付近における揺動速度が遅くなるようにすることである。上死点付近は筐体角度が０度付近を意味する。付近とする角度は、要求される仕様により適宜設定することになるが、本実施形態では０度から−３度を０度付近とする。０度から−３度の範囲では−３度が最も揺動速度が速い。よって、−３度のときの揺動速度に着目する。

揺動速度を遅くするためには、減速比率を小さくすることになる。図８、９、１０、図１１において筐体角度が−３度のときの減速比率を比較すると、リンク長さ比が小さくなっていくと、減速比率が大きくなっていることが分かる。よって、リンク長さ比が大きいほうが、筐体角度が０度付近における揺動速度を遅くできることになる。

このように、具体的な計算結果から、モータ回転軸３１ａが、リンク機構４０が上死点となっている状態におけるピン３５の位置に近いほど、上死点付近における筐体１０の揺動速度を遅くできることが検証できた。

図１２は、リンク長さ比を９０％、７０％、５０％、３０％、２０％としたときのそれぞれの筐体角度−３度における減速比率を示す表である。なお、図１２に示す減速比率は、同図にも示すように、図８〜図１１に示したグラフと同様、モータ回転軸３１ａのＹ座標は３０ｍｍに固定して、第１リンクＬ１の長さは３０ｍｍに固定して計算した。また、図１２において、各リンク長さ比に対して２つの減速比率の値があるのは、前述のように、往時と戻り時で揺動速度が異なるからである。

図１２からも、減速比率を小さくするためにはリンク長さ比を大きくすればよいことが分かる。リンク長さ比が大きければ大きいほど減速比率は小さくなる。したがって、減速比率にのみ着目すれば、リンク長さ比は１００％であることが好ましい。しかし、リンク長さ比が１００％ではリンク機構４０は動作しない。当然、リンク機構４０が動作することが前提となる。よって、リンク機構４０が動作する範囲で、リンク長さ比が大きい、つまり第２リンクＬ２の長さが長いほうがよいことになる。なお、リンク機構４０が動作するためのリンク長さ比の上限は、本実施形態では特に示す必要はないので、厳密な数値は省略するが、９０％よりもやや大きい値がリンク機構４０が動作する上限となるリンク長さ比である。

減速比率が小さいと言えるリンク長さ比の下限は、許容される減速比率により異なる。ただし、前述したように、減速比率のみに着目すれば、前述したようにリンク長さ比が１００％であることが好ましい。この値の半分以下になると、減速比率を小さくするという効果が得られにくい。よって、リンク長さの比は５０％以上が好ましい。図１２には、５０％以上のリンク長さ比およびそのリンク長さ比のときの減速比率を太線で囲んでいる。図１２においては、太線で示す範囲が、減速比率を小さくできる範囲となる。

［往復時の揺動速度差を小さくするためのリンク機構４０の調整］
次に、前述した第２の観点、すなわち、レーザ光の照射角度が０度付近において、レーザ光の照射角度が俯角小へ変化していくときと俯角大へ変化していくときの筐体１０の揺動速度の差を小さくするためのリンク機構４０の調整について説明する。なお、以下では、この揺動速度の差を、０度付近揺動速度差とする。

往時および戻り時の一方のみの揺動速度が遅くても、他方の揺動速度が速いと、遠方領域に向けて照射するレーザ光の照射数が減少するので、遠方領域に存在する物体の検出精度が低下する。したがって、０度付近揺動速度差を小さくすることが好ましいのである。

０度付近揺動速度差が生じる理由は、前述した早戻り運動にある。また、早戻り運動による速度差は、第２リンクＬ２を時計回りに回した時と、反時計周りにまわした時で、リンク機構４０が一方の死点となってから他方の死点となるまでに第２リンクＬ２が回転する角度の差により生じる。

図１３〜図１９は、リンク機構４０が上死点となったときのピン３５に対するモータ回転軸３１ａが位置する方向（以下、モータ回転軸方向）を種々変化させて、減速比率を計算した結果を示すグラフである。図１３〜図１９における減速比率を計算するための共通入力値として、固定リンクＬ０および第１リンクＬ１の長さを３０ｍｍとし、振り角Ｐを９０度としている。

一方、図１３、図１４、図１５、図１６、図１７、図１８、図１９におけるモータ回転軸方向は、それぞれ、１２０度、１３５度、１５０度、１８０度、２１０度、２２５度、２４０度である。なお、０度は前述の正面方向であり、０度から仰角方向に角度が増加する。

固定リンクＬ０の長さを決定し、かつ、リンク機構４０が上死点となったときのピン３５に対するモータ回転軸３１ａが位置する方向が定まれば、モータ回転軸３１ａの位置が定まる。よって、モータ回転軸３１ａの位置、第１リンクＬ１の長さ、振り角Ｐが定まることになるので、式１、式４、式５から、固定リンクＬ０の長さ、第２リンクＬ２の長さ、第３リンクＬ３の長さを計算することができる。

図１３〜図１９にそれぞれ示す２本の減速比率の線の間隔を比較すると、モータ回転軸方向が１８０度となる場合が、最も２本の減速比率の線の間隔が狭くなることが分かる。また、モータ回転軸方向が１８０度から下側に離れる場合も、１８０度から上側に離れる場合も、モータ回転軸方向が１８０度から離れるほど、２本の減速比率の線の間隔が広くなる。よって、０度付近揺動速度差を小さくするには、モータ回転軸方向が１８０度付近であることが好ましいと言える。

なお、図１３〜図１９の計算においては、固定リンクＬ０の長さを一定値としている。しかし、揺動速度差が生じる理由は、第２リンクＬ２を時計回りに回した時と、反時計周りにまわした時で、リンク機構４０が一方の死点となってから他方の死点となるまでに第２リンクＬ２が回転する回転角度に差があるからである。モータ回転軸方向を変化させずに固定リンクＬ０の長さを変化させても、この回転角度の差はそれほど変化しない。よって、固定リンクＬ０の長さによらず、０度付近揺動速度差を小さくするには、モータ回転軸方向が１８０度付近であることが好ましいと言える。

０度付近揺動速度差が小さいと言えるモータ回転軸方向の上限および下限は、許容される０度付近揺動速度差により異なる。ただし、０度付近揺動速度差を最も小さくするには、モータ回転軸方向が１８０度付近であることが好ましい。この１８０度方向は、筐体１０が鉛直姿勢になった状態において、ピン３５に対してモータ回転軸３１ａが真後ろに位置する。このことから、筐体１０が鉛直姿勢になった状態において、ピン３５に対してモータ回転軸３１ａが後方に位置、すなわち、リンク機構が死点となっていることが、０度付近揺動速度差が小さくなる要件であると考えることができる。１８０度に対して±４５度の範囲であれば、筐体１０が鉛直になった状態において、ピン３５に対してモータ回転軸３１ａが後方に位置、すなわち、リンク機構が死点となっていると考えることができる。

以上より、０度付近揺動速度差が小さいと言えるモータ回転軸方向の範囲は、筐体１０が鉛直になった状態、すなわち、筐体１０がレーザ光を水平に照射する姿勢となった状態において、ピン３５に対してモータ回転軸方向が１３５度〜２２５度の範囲である。

以上、説明したように、本実施形態のレーザレーダ装置１は、リンク機構４０により筐体１０を揺動運動させている。また、連結棒３３の長さを、リンク機構４０が上死点となったときに、筐体１０の姿勢がレーザ光を最も浅い俯角で走査する姿勢となる長さとしている。

連結棒３３の回転板３２に連結されている部分が最もレーザレーダ装置１の後方に位置したとき、リンク機構４０の第１リンクＬ１に相当する部分を備える筐体１０は、揺動運動の方向が変化する。また、リンク機構４０においては、揺動運動の方向が変化する位置に付近において揺動速度が低下する。

したがって、リンク機構４０が上死点となったときに筐体１０の姿勢がレーザ光を最も浅い俯角で走査できる姿勢となるようにすれば、レーザ光を最も浅い俯角で走査する付近において筐体１０の揺動速度が遅くなる。

また、筐体角度が０度付近における減速比率は、図８〜図１２を用いて説明したように、リンク長さ比を大きくするほど、小さくなる。つまり、リンク長さ比を大きくするほど、筐体角度０度付近において筐体１０の揺動速度を遅くすることができる。

一方、筐体角度０度付近において筐体１０の揺動速度を遅くすることができることは、筐体１０の姿勢がレーザ光を最も浅い俯角で走査する姿勢となる付近と最も下向きになる付近との間の中間の角度では、筐体１０の揺動速度が相対的に速くなることを意味する。そのため、筐体１０の角度によらず、常に筐体１０の揺動速度を遅くしてしまう場合よりも、深い俯角範囲への不要なレーザ光の照射を少なくすることができる。

さらに、モータ回転軸方向を１８０度付近にすれば、０度付近揺動速度差を小さくできる。０度付近揺動速度差が小さくできると、遠方領域に存在する物体の検出精度が向上する。

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。なお、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。

たとえば、前述の実施形態では、連結体として連結棒３３を備えていたが、連結体の形状を棒状ではない形状としてもよい。

１：レーザレーダ装置 ２：壁 １０：筐体 １１：スクリーン ２０：支持部 ２１：台座 ２２：固定台 ２３：筐体回転軸 ２４：保持体 ３０：駆動部 ３１：モータ ３１ａ：モータ回転軸 ３２：回転板 ３３：連結棒 ３３ａ：モータ側端部 ３３ｂ：筐体側端部 ３４：ピン ３５：ピン ４０：リンク機構 Ｌ０：固定リンク Ｌ１：第１リンク Ｌ２：第２リンク Ｌ３：第３リンク

Claims (1)

1. 俯角方向に照射角度を変化させつつ、レーザ光を走査するレーザレーダ装置であって、
   水平方向に延びる回転軸周りに揺動可能であり、前記レーザ光を一定の上下方向相対角度で出射する筐体（１０）と、
   前記筐体を駆動させるためのモータ（３１）と、
   前記モータの回転軸（３１ａ）に取り付けられ、前記モータの回転軸とともに回転する回転体（３２）と、
   一端が前記回転体に連結され、他端が前記筐体に揺動可能に連結されている連結体（３３）とを備え、
   前記モータの回転軸、前記回転体と前記連結体とが連結される部分である第１連結部と、前記連結体と前記筐体とが連結される部分である第２連結部と、前記筐体の回転軸とが４節となるリンク機構が形成され、
   前記連結体の長さは、前記リンク機構が死点となったときに、前記筐体の姿勢が前記レーザ光を最も浅い俯角で走査する姿勢となる長さであり、
   前記モータの回転軸から前記回転体の前記連結体が連結されている部分までの長さである回転リンク長さは、前記リンク機構が動作する上限長さ以下であって、かつ、前記連結体の前記回転体が連結されている部分から前記筐体に連結されている部分までの長さである連結リンク長さの５０％以上であり、
   前記最も浅い俯角は、俯角が０度であり、
   前記筐体の姿勢が前記レーザ光を水平に照射する姿勢となったときの前記筐体の正面方向と垂直方向とを含む平面に平行な平面をｘｙ平面とし、前記筐体の姿勢が前記レーザ光を水平に照射する姿勢となったときの前記筐体の正面方向を０度としたとき、
   前記筐体の姿勢が前記レーザ光を水平に照射する姿勢となっている状態で、前記第２連結部に対する前記モータの回転軸の方向が、前記ｘｙ平面において１３５度〜２２５度の範囲であるレーザレーダ装置。

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