JP6958522B2 - レーザレーダ装置、レーザレーダシステムおよび雨の検出方法 - Google Patents
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Description
本発明は、レーザレーダ装置と、レーザレーダ装置を含むレーザレーダシステムと、レーザレーダ装置を用いた雨の検出方法とに関する。
特許文献1には、レーザ光が基準となる構造物(壁面)に照射して反射される反射光のレベルの減衰量を利用して、降雨があるか否かを判別するレーザレーダ装置が開示されている。
しかしながら、レーザレーダ装置の照射面や壁面の汚れやキズ等によっても反射光のレベルが減衰するので、降雨があると誤って判別する虞がある。本発明は、従来とは異なる方法でより正確に雨を検出する技術を提供する。
本発明は、以下の形態として実現することが可能である。
(1)本発明の一形態によれば、レーザレーダ装置が提供される。このレーザレーダ装置は、レーザ光を外部に射出するとともに、外部の反射体によって反射される前記レーザ光の反射光を受光するレーザレーダ光学系と、前記レーザ光と前記反射光とを用いて測定された前記レーザ光の走査方向における前記反射体の測定幅が、前記反射体の予め定めた基準となる測定幅よりも大きい場合に、雨天であると判定する雨判定部と、を備える。
雨天の環境では、レーザ光が雨滴に当たると屈折して拡散するので、反射体の測定幅が基準となる測定幅よりも大きい。従って、この形態のレーザレーダ装置によれば、反射体の測定幅が基準となる測定幅よりも大きい場合に、雨天であると判定されるので、より正確に雨を検出することができる。
(2)本発明の他の形態によれば、レーザレーダシステムが提供される。このレーザレーダシステムは、上記のレーザレーダ装置と、再帰性反射材によって形成された前記反射体としての反射装置と、を備える。
この形態のレーザレーダ装置によれば、再帰性反射材によって形成された反射装置が確実にレーザ光を反射するので、反射装置の測定幅をより容易に測定することができる。
雨天の環境では、レーザ光が雨滴に当たると屈折して拡散するので、反射体の測定幅が基準となる測定幅よりも大きい。従って、この形態のレーザレーダ装置によれば、反射体の測定幅が基準となる測定幅よりも大きい場合に、雨天であると判定されるので、より正確に雨を検出することができる。
(2)本発明の他の形態によれば、レーザレーダシステムが提供される。このレーザレーダシステムは、上記のレーザレーダ装置と、再帰性反射材によって形成された前記反射体としての反射装置と、を備える。
この形態のレーザレーダ装置によれば、再帰性反射材によって形成された反射装置が確実にレーザ光を反射するので、反射装置の測定幅をより容易に測定することができる。
本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、雨の検出方法等の形態で実現することができる。
図1は、本発明の一実施形態におけるレーザレーダシステム10の概略外観図である。レーザレーダシステム10は、レーザレーダ装置100と、反射装置200とを備える。レーザレーダ装置100は、屋外に設置されている。図1の例では、レーザレーダ装置100は、壁Wに設置されている。反射装置200は、支持棒201を介してグランドGに設置され、レーザレーダ装置100の照射範囲内に設置されている。
レーザレーダ装置100は、レーザレーダ光学系110と、レーザレーダ光学系110を収容する光学系ケース130とを備える。光学系ケース130は、開口部135を有し、開口部135には、透光板120が配置されている。透光板120は、例えば透明の樹脂製の板によって形成されている。レーザレーダ光学系110は、レーザ光Liを射出するレーザダイオードを含む発光部(図示せず)と、レーザ光Liの反射光Lrを受光するフォトダイオードを含む受光部(図示せず)と、レーザ光Liの射出を制御するとともにレーザレーダ光学系110とレーザ光Liを反射した反射体との間の距離を測定する制御部115とを有する。制御部115は、例えばマイクロコンピュータによって構成されている。レーザ光Liには、例えば赤外線が利用される。本明細書において、「反射体」とは、光を反射可能な物体のことである。
レーザレーダ装置100は、外部の反射体までの距離を測定するために、例えば次のように動作する。レーザレーダ光学系110の発光部は、図示しない回転部の駆動によってレーザ光Liを水平方向に断続的に射出する。レーザ光Liが射出される間隔(回転角度分解能)は、例えば0.25°である。レーザ光Liが透光板120を通過して外部の反射体に到達すると、反射体によって反射される。レーザレーダ光学系110の受光部は、反射体によって反射されて透光板120を通過した反射光Lrを受光する。レーザレーダ光学系110の制御部115は、レーザ光Liが射出された時点から反射光Lrが受光された時点までの時間を用いて反射体までの距離を測定する。また、制御部115は、レーザ光Liとその反射光Lrとレーザ光Liの射出角度とを用いて、反射体の測定幅を測定することが可能である。この詳細は後述する。なお、レーザ光Liの射出角度は、図示しない角度エンコーダによって検出可能である。
雨判定部140は、例えばマイクロコンピュータによって構成されている。雨判定部140は、レーザレーダ光学系110の制御部115によって測定された反射体の測定幅を用いて、レーザレーダシステム10を取り巻く環境が雨天であるか否かを判定する。この詳細は後述する。なお、説明の便宜上、雨判定部140とレーザレーダ光学系110の制御部115とを分けているが、雨判定部140は、制御部115に組み込まれてもよい。
反射装置200は、再帰性反射材によって形成された反射体である。「再帰性反射材」とは、入射光の複数回の反射又は複数回の反射と屈折との組み合わせによって、入射光を入射方向の逆方向に反射する反射材である。反射装置200としては、例えばカプセルレンズ型反射材や、封入レンズ型反射材、露出レンズ型反射材等を採用可能である。反射装置200は、入射したレーザ光Liを、放射照度問わずほぼ100%反射する。
図2と図3は、レーザレーダシステム10の上面図であり、反射体である反射装置200の測定幅の測定方法を例示して説明する図である。図示の便宜上、雨判定部140は省略されている。レーザレーダ装置100の照射範囲RE0は、レーザレーダ装置100を中心とする半円形の範囲であり、レーザレーダ装置100の開口部135により決定される。説明の便宜上、レーザ光Li0の射出角度として、照射範囲RE0の半円の円弧の中点を0°とし、円弧の端点をそれぞれ−90°と+90°とする。反射装置200は、射出角度が0°のレーザ光Li0が反射装置200の中心を通るように設置されている。なお、図2と図3の例では、レーザレーダシステム10を取り巻く環境は晴天である。
レーザレーダ装置100のレーザレーダ光学系110は、−90°から+90°までの射出範囲で断続的にレーザ光Li0を射出する。レーザ光Li0の走査方向は、矢印AW1の方向である。レーザ光Li0が反射装置200に当たって反射されると、レーザ光Li0の射出向きと逆向きに反射光Lr0がレーザレーダ光学系110に入射する。レーザレーダ光学系110の制御部115は、反射光Lr0の入射があると、レーザ光Li0が射出された角度を角度エンコーダから取得して受光信号を生成する。例えば、制御部115は、レーザ光Li0が反射装置200の第1端部S1から第2端部S2の間に当たって反射された反射光Lr0がレーザレーダ光学系110に入射すると、射出されたレーザ光Li0の角度−α〜+αを角度エンコーダから取得して、図4のような受光信号を生成する。受光信号は、反射光Lr0の入射があるときにはONとなり、反射光Lr0の入射がないときにはOFFとなる。
図4は、図2と図3の例における受光信号とレーザ光Liの射出角度との関係を示す図である。図2と図3の説明から分かるように、レーザ光Liの射出角度が−αから+αまでの間のときに反射光Lr0の入射があるので、角度−αから+αまでの間に受光信号がONとなり、−90°から角度−αまでの間及び角度+αから+90°までの間に受光信号がOFFとなる。レーザレーダ光学系110の制御部115は、受光信号がONのときに対応する角度の範囲、この例では角度−αと+αの絶対値の和2α、を用いて、予め定めた演算方法により、レーザ光Li0の走査方向AW1における反射装置200の測定幅D1を算出する。図2と図3の例ではレーザレーダシステム10を取り巻く環境が晴天であるため、レーザ光Li0と反射光Lr0を阻害する物体がほぼ存在しないので、算出された反射装置200の測定幅D1は反射装置200の実際の幅とほぼ同様である。なお、レーザ光Li0は、射出から反射装置200に到達するまで空気中の塵埃等により多少に拡散するため、予め定めた補正演算により測定幅D1を補正してもよい。なお、制御部115は、−90°から+90°までの範囲の測定距離とレーザ光Li0の射出角度とを用いて二次元マップを生成し、この二次元マップによって反射装置200の測定幅D1を算出してもよい。
図5と図6と図7は、図2と図3と図4に対応する図であり、レーザレーダシステム10を取り巻く環境が雨天の場合の説明図である。図5と図6に示すように、雨天の場合、レーザレーダ光学系110から射出されたレーザ光Li0は、反射装置200に到達する前に雨滴R1,R2に当たってしまう。レーザ光Li0が雨滴R1,R2に当たると、レーザ光Li0の一部は、屈折して複数の拡散光Li1,Li2となる。これらの拡散光Li1,Li2は、周囲の物体に当たり、反射されてしまう。図5の例では、レーザ光Li0の射出角度が角度−θ(θ>α)のときに、レーザ光Li0が雨滴R1に当たって生じた拡散光Li2が反射装置200の第1端部S1に当たって反射され、反射光Lr2がレーザレーダ光学系110に入射する。すなわち、レーザ光Li0が反射装置200を照射する前に、反射光Lr2の入射が発生してしまう。一方、図6の例では、レーザ光Li0の射出角度が角度+θのときに、レーザ光Li0が雨滴R2に当たって生じた拡散光Li1が反射装置200の第2端部S2に当たって反射され、反射光Lr1がレーザレーダ光学系110に入射する。すなわち、レーザ光Li0の照射が反射装置200を過ぎても、反射光Lr1の入射が発生する。レーザレーダ光学系110の制御部115は、反射光Lr1,Lr2が入射すると、レーザ光Li0の射出角度−θ〜+θを取得して、図7のような受光信号を生成する。
図7では、角度−θから+θまでの間に受光信号がONとなり、−90°から角度−θまでの間及び角度+θから+90°までの間に受光信号がOFFとなる。図4と比較すると、受光信号がONのときに対応する角度の範囲、図7の例では角度−θと+θの絶対値の和2θは、図4に示した受光信号がONのときに対応する角度の範囲2αよりも大きい。この結果、レーザレーダ光学系110の制御部115により角度の範囲2θを用いて算出されたレーザ光Li0の走査方向AW1における反射装置200の測定幅D2は、図4によって算出された反射装置200の測定幅D1よりも大きい。すなわち、雨天時の反射装置200の測定幅D2は、晴天時の反射装置200の測定幅D1よりも大きい。雨判定部140は、このような現象を利用して、雨天であるか否かを判定する。
図8は、雨判定部140における雨天判定処理を例示するフローチャートである。雨天判定処理は、レーザレーダ装置100の測距中に繰り返して実行される。説明の便宜上、雨天判定処理のフローチャートを取り出して説明する。なお、雨判定部140は、例えば、晴天時の反射装置200の測定幅D1を予め定めた基準となる測定幅として記憶している。
ステップS110において、雨判定部140は、レーザレーダ光学系110がレーザ光Li0を射出して反射光Lr0(Lr1,Lr2)を受光すると、レーザレーダ光学系110の制御部115から反射装置200の現在の測定幅を随時に取得する。ステップS120において、雨判定部140は、反射装置200の現在の測定幅を基準となる測定幅D1と比較する。雨判定部140は、反射装置200の現在の測定幅が基準となる測定幅D1よりも大きい場合(ステップS120、Yes)には、ステップS130に移行して雨天であると判定する。雨判定部140は、雨天であると判定すると、例えば照射範囲内の監視対象物の測定幅について補正を行うなど、雨の影響を低減するための処理を行ってもよい。この後、雨判定部140は、雨天判定処理を終了する。一方、雨判定部140は、反射装置200の現在の測定幅が基準となる測定幅D1未満の場合(ステップS120、No)には、ステップS140に移行して雨天ではないと判定し、雨天判定処理を終了する。ステップS140は、省略されてもよい。なお、晴天時の反射装置200の測定幅D1を基準となる測定幅とする代わりに、雨天であるか否かを判定するために経験又は実験で得られる適切な測定値を基準となる測定幅としてもよい。
以上説明したように、一実施形態では、雨判定部140は、レーザ光Li0とその反射光Lr0(Lr1,Lr2)とを用いて測定されたレーザ光Li0の走査方向AW1における反射装置200の測定幅が、反射装置200の予め定めた基準となる測定幅D1よりも大きい場合に、雨天であると判定する。従来技術では、レーザ光の反射光の減衰により雨天であるか否かを判定するので、判定結果はレーザレーダ装置100の照射面や基準となる構造物の状態等に左右されやすい。本願発明の発明者は、雨天の環境で反射装置200の測定幅が通常より大きいことから、レーザ光Li0が雨滴R1,R2に当たると屈折して拡散する現象に着目し、本発明に着想した。本実施形態によれば、雨判定部140が反射装置200の測定幅を用いて雨天であるか否かを判定するので、レーザレーダ装置100の照射面や基準となる構造物の状態等に左右されにくく、より正確に雨を検出することができる。
なお、反射装置200としては、再帰性反射材によって形成された反射体の代わりに、他の反射体を採用してもよい。但し、再帰性反射材によって形成された反射体を利用すれば、レーザ光Li0の放射照度よりも低い拡散光Li1,Li2の反射光Lr1,Lr2を確実に反射することができるので、雨天の場合に反射装置200の測定幅をより容易に測定することができる。
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
10…レーザレーダシステム、100…レーザレーダ装置、110…レーザレーダ光学系、115…制御部、120…透光板、130…光学系ケース、135…開口部、140…雨判定部、200…反射装置、201…支持棒、G…グランド、Li…レーザ光、Li0…レーザ光、Li1…拡散光、Li2…拡散光、Lr…反射光、Lr0…反射光、Lr1…反射光、Lr2…反射光、R1…雨滴、R2…雨滴、RE0…照射範囲、S1…第1端部、S2…第2端部、W…壁
Claims (3)
- レーザレーダ装置であって、
レーザ光を外部に射出するとともに、外部の反射体によって反射される前記レーザ光の反射光を受光するレーザレーダ光学系と、
前記レーザ光と前記反射光とを用いて測定された前記レーザ光の走査方向における前記反射体の測定幅が、前記反射体の予め定めた基準となる測定幅よりも大きい場合に、雨天であると判定する雨判定部と、
を備えるレーザレーダ装置。 - レーザレーダシステムであって、
請求項1に記載のレーザレーダ装置と、
再帰性反射材によって形成された前記反射体としての反射装置と、
を備えるレーザレーダシステム。 - 雨の検出方法であって、
再帰性反射材によって形成された反射装置にレーザ光を射出する工程と、
前記レーザ光と前記反射装置による前記レーザ光の反射光とを用いて、前記レーザ光の走査方向における前記反射装置の測定幅を測定する工程と、
前記測定幅が前記反射装置の予め定めた基準となる測定幅よりも大きい場合に、雨天であると判定する工程と、
を備える雨の検出方法。
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