JP2010060309A - レーザレーダ及びレーザレーダによる境界監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】境界監視用に使用する場合において、監視コストの上昇を少なく抑えたうえで、従来境界柵部の内側及び外側のいずれかに生じていた死角をなくすことが可能であるレーザレーダ及びレーザレーダによる境界監視方法を提供する。
【解決手段】二つの投光部２Ａ，２Ｂと、投光部２Ａ，２Ｂから発したレーザ光ＬＴを走査する走査部３と、計測対象領域で反射して戻った反射レーザ光ＬＲを受ける二つの受光部４Ａ，４Ｂを備え、走査部３は、水平軸回りに回転する一つのポリゴンミラー３１と、フェンスＦの内外にそれぞれ配置されてポリゴンミラー３１で反射した二つの投光部２Ａ，２Ｂからの二筋のレーザ光ＬＴをフェンスＦの内外にそれぞれ走査すると共に、フェンスＦの内外における互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光ＬＲをポリゴンミラー３１を介して個々に二つの受光部４Ａ，４Ｂに戻す二つの揺動ミラー３２，３２を具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、領域を仕切る境界柵部、例えば、工場などの施設領域と外部とを仕切るフェンスの内外を監視するのに利用されるレーザレーダ及びレーザレーダによる境界監視方法に関するものである。

従来、上記した領域を仕切る境界柵部の内外を監視するレーザレーダとしては、例えば、レーザ光を発する投光部と、この投光部から発したレーザ光を二次元的に走査する走査部と、この走査部によるレーザ光走査により計測対象で反射して戻るレーザ光を受ける受光部を備えたものがあり、このようなレーザレーダにおいて、走査部は、投光部から発したレーザ光を水平方向に走査するポリゴンミラーと、このポリゴンミラーからのレーザ光を垂直方向に走査する揺動ミラーを具備したものとなっている（例えば、特許文献１参照）。
特開2005-69975号

ところが、このレーザレーダを用いて領域を仕切る境界柵部、例えば、フェンスの内外を監視する場合には、このフェンスが否応なく障害となって内側及び外側のいずれかに死角が生じて監視の実効性が低下してしまうという問題があった。
また、このような死角をなくすために、上記レーザレーダを２組用いることが提案されているが、この場合には、監視コストの上昇を招いてしまうという問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上述した従来の課題に着目してなされたもので、境界監視用に使用する場合において、監視コストの上昇を少なく抑えたうえで、従来境界柵部の内側及び外側のいずれかに生じていた死角をなくすことが可能であるレーザレーダ及びレーザレーダによる境界監視方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、レーザ光を発する二つの投光部と、これらの投光部から発した二筋のレーザ光をそれぞれ二次元的に走査する走査部と、この走査部によるレーザ光走査により互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光を前記走査部を介して個々に受ける二つの受光部を備え、前記走査部は、一つのポリゴンミラーと、このポリゴンミラーで反射した前記二つの投光部からの二筋のレーザ光を前記互いに異なる計測対象にそれぞれ走査すると共に、これらの互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光を前記ポリゴンミラーを介して個々に前記二つの受光部に戻す二つの揺動ミラーを具備している構成としたことを特徴としており、このレーザレーダの構成を前述の従来の課題を解決するための手段としている。

また、本発明の請求項２に係る発明は、領域を仕切る境界柵部の内外を監視するレーザレーダであって、レーザ光を発する二つの投光部と、これらの投光部から発した二筋のレーザ光をそれぞれ二次元的に走査する走査部と、この走査部によるレーザ光走査により互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光を前記走査部を介して個々に受ける二つの受光部を備え、前記走査部は、水平軸回りに回転する一つのポリゴンミラーと、前記境界柵部の内外にそれぞれ配置されて前記ポリゴンミラーで反射した前記二つの投光部からの二筋のレーザ光を前記境界柵部の内外にそれぞれ走査すると共に、該境界柵部の内外における互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光を前記ポリゴンミラーを介して個々に前記二つの受光部に戻す二つの揺動ミラーを具備している構成としたことを特徴としており、このレーザレーダの構成を前述の従来の課題を解決するための手段としている。

さらに、本発明の請求項３に係るレーザレーダは、前記二つの投光部に所定の周期でレーザ光の投光指令を発すると共に前記走査部による走査を制御する一つの制御部を備え、この制御部から前記二つの投光部に対して、互いに半周期ずらしてレーザ光の投光指令が発せられる構成としている。
一方、本発明の請求項４に係る発明は、請求項１又は３に記載のレーザレーダにより、領域を仕切る境界柵部の内外を監視するに際して、走査部のポリゴンミラーの中心軸を水平方向に沿わせて該ポリゴンミラーを配置すると共に、このポリゴンミラーで反射した前記二つの投光部からの二筋のレーザ光を前記境界柵部の内外にそれぞれ走査し且つ該境界柵部の内外における互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光を前記ポリゴンミラーを介して個々に前記二つの受光部に戻すべく前記境界柵部の内外に二つの揺動ミラーをそれぞれ配置し、前記走査部のポリゴンミラーを回転させつつ前記二つの投光部からレーザ光をそれぞれ投光して、前記二つの揺動ミラーを介して前記境界柵部の内外にレーザ光をそれぞれ走査し、この走査部によるレーザ光走査により前記境界柵部の内外における互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光を前記走査部の二つの揺動ミラー及びポリゴンミラーを介して個々に前記二つの受光部で受ける構成としたことを特徴としており、このレーザレーダによる境界監視方法の構成を前述の従来の課題を解決するための手段としている。

本発明のレーザレーダ及びレーザレーダによる境界監視方法において、投光部から発するレーザ光としては、半導体レーザや固体レーザやガスレーザなどを用いることができ、信号波形がパルス状や位相変調した正弦波状を成すレーザ光が使用される。
本発明のレーザレーダにおいて、領域を仕切る境界柵部の内外を監視する場合、例えば、図２に示すように、走査部３のポリゴンミラー３１をその回転軸３１ａが境界柵部Ｆの長手方向（水平方向）に沿うようにして境界柵部Ｆの上方に設置すると共に、このポリゴンミラー３１を挟むようにして二つの揺動ミラー３２，３２を境界柵部Ｆの内外に設置する。

この際、二つの揺動ミラー３２，３２の各回動軸３２ａ，３２ａを境界柵部Ｆの高さ方向（垂直方向）に合わせ、図３に示すように、ポリゴンミラー３１における境界柵部Ｆの内側に位置する部分に二つの投光部２Ａ，２Ｂのうちの一方の投光部２Ａ及びこれと対を成す受光部４Ａを向けると共に、ポリゴンミラー３１における境界柵部Ｆの外側に位置する部分に二つの投光部２Ａ，２Ｂのうちの他方の投光部２Ｂ及びこれと対を成す受光部４Ｂを向ける。

そして、このレーザレーダにおいて、走査部３のポリゴンミラー３１及び二つの揺動ミラー３２，３２を動作させつつ、二つの投光部２Ａ，２Ｂからパルス状や位相変調した正弦波状のレーザ光ＬＴをそれぞれ投光すると、図５（ａ）に示すように、境界柵部Ｆの内外にレーザ光ＬＴが二次元的にそれぞれ走査されることとなり、これらのレーザ光ＬＴが境界柵部Ｆの内外の各監視領域Ａ，Ｂにおける互いに異なる計測対象で反射して戻ってくるまでの時間を計測して処理することで、計測対象までの距離を求め得ることとなる。

このとき、境界柵部Ｆの内側におけるレーザ光走査では、図５（ｂ）に示すように、境界柵部Ｆの外側に該境界柵部Ｆの厚み分の死角Ｄａが生じ、一方、境界柵部Ｆの外側におけるレーザ光走査では、図５（ｃ）に示すように、境界柵部Ｆの内側に該境界柵部Ｆの厚み分の死角Ｄｂが生じるが、境界柵部Ｆ外側の死角Ｄａは境界柵部Ｆの外側のレーザ光走査で解消され、境界柵部Ｆ内側の死角Ｄｂは境界柵部Ｆの内側のレーザ光走査で解消されるので、実効性の高い監視がなされることとなる。

このように、本発明のレーザレーダでは、一つのポリゴンミラー及び二つの揺動ミラーを具備した走査部としているので、境界監視用に使用する場合において、監視コストの上昇を少なく抑え得ることとなる。
また、二つの投光部に所定の周期でレーザ光の投光指令を発する一つの制御部を備えている場合において、この制御部から二つの投光部に対して、互いに半周期ずらしてレーザ光の投光指令を発するようになすと、二つの投光部の電力消費タイミング及び距離演算タイミングをずらすことができ、したがって、一つの制御部に加えて、二つの投光部用高圧電源及び距離演算部がいずれも一つで済むこととなる。

本発明の請求項１に係るレーザレーダでは、上記した構成としたから、境界監視用に使用する場合において、コストの上昇を抑えたうえで、死角のない実効性の高い監視を行うことが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
また、本発明の請求項２に係るレーザレーダ及び請求項４に係るレーザレーダによる境界監視方法では、上記した構成としているので、監視コストの上昇を抑えつつ、死角のない実効性の高い監視を行うことが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

さらに、本発明の請求項３に係るレーザレーダでは、上記した構成としているので、より一層の監視コストの低減を実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

以下、本発明に係るレーザレーダ及びレーザレーダによる境界監視方法を図面に基づいて説明する。
図１〜図５は、本発明に係るレーザレーダの一実施形態を示しており、この実施形態では、本発明に係るレーザレーダを工場などの施設領域と外部とを仕切るフェンス（境界柵部）の内外を監視するのに用いた場合を例に挙げて説明する。

図１に示すように、このレーザレーダ１は、パルス状のレーザ光ＬＴを発する二つの投光部２Ａ，２Ｂと、これらの投光部２Ａ，２Ｂから発した二筋のレーザ光ＬＴ，ＬＴをそれぞれ二次元的に走査する走査部３と、この走査部３によるレーザ光ＬＴ，ＬＴの走査により走査範囲内の互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光ＬＲ，ＬＲを走査部３を介して個々に受ける二つの受光部４Ａ，４Ｂと、投光部２Ａ，２Ｂにレーザ光ＬＴの投光指令を発すると共に走査部３による走査を制御する制御部５と、この制御部５から与えられるレーザ光ＬＴ，ＬＴの投光タイミング及び受光部４Ａ，４Ｂから与えられる反射レーザ光ＬＲ，ＬＲの受光タイミングに基づいて計測対象の距離情報を取得する距離演算部６を備えており、投光部２Ａ，２Ｂは、共通の高圧電源７から供給される電源によりそれぞれレーザ光ＬＴを投光するようになっている。

走査部３は、図２に示すように、モータ３０の出力により回転する一つのポリゴンミラー３１と、モータ３３の出力により揺動してポリゴンミラー３１で反射した二つの投光部２Ａ，２Ｂからの二筋のレーザ光ＬＴを互いに異なる計測対象にそれぞれ走査すると共に、これらの計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光ＬＲをポリゴンミラー３１を介して個々に二つの受光部４Ａ，４Ｂに戻す二つの揺動ミラー３２，３２を具備していて、ポリゴンミラー３１は、その回転軸３１ａがフェンスＦの長手方向（水平方向）に沿うようにしてフェンスＦの上方に設置してあり、一方、二つの揺動ミラー３２，３２は、このポリゴンミラー３１を挟むようにしてフェンスＦの内外に設置してある。

この場合、二つの揺動ミラー３２，３２の各揺動軸３２ａ，３２ａをフェンスＦの高さ方向（垂直方向）に合わせて、図３に示すように、ポリゴンミラー３１におけるフェンスＦの内側に位置する部分に二つの投光部２Ａ，２Ｂのうちの一方の投光部２Ａ及びこれと対を成す受光部４Ａを向けると共に、ポリゴンミラー３１におけるフェンスＦの外側に位置する部分に二つの投光部２Ａ，２Ｂのうちの他方の投光部２Ｂ及びこれと対を成す受光部４Ｂを向けるようにしている。

また、このレーザレーダ１において、図４に示すように、投光部２Ａ，２Ｂに対して所定の指令周期でレーザ光ＬＴの投光指令を発する制御部５では、投光部２Ａに対する投光指令アと、投光部２Ｂに対する投光指令イとを互いに半周期分ずらして発するようにしており、受光部４Ａ，４Ｂの受光タイミングア，イも互いに半周期分ずれるようにしている。

このレーザレーダ１において、走査部３のポリゴンミラー３１及び二つの揺動ミラー３２を動作させながら、制御部５からの指令により二つの投光部２Ａ，２Ｂからパルス状のレーザ光ＬＴを所定の周期で且つ互いに半周期分ずらしてそれぞれ投光させると、図５（ａ）に示すように、フェンスＦの内外にレーザ光ＬＴが二次元的にそれぞれ走査されて領域Ａ，Ｂの監視が成されることとなり、これらのレーザ光ＬＴがフェンスＦの内外における領域Ａ，Ｂの互いに異なる計測対象で反射して戻ってくるまでの時間を距離演算部６により計測して処理することで、計測対象までの距離ｄＡ，ｄＢを求め、制御部５において、この走査部３のポリゴンミラー３１及び二つの揺動ミラー３２，３２から得た角度情報と、距離演算部６から得た距離情報とから、三次元データを生成して外部に出力するものとなっている。

このとき、フェンスＦの内側におけるレーザ光ＬＴの二次元的走査による領域Ａでは、図５（ｂ）にも示すように、フェンスＦの外側に該フェンスＦの厚み分の死角Ｄａが生じ、一方、フェンスＦの外側におけるレーザ光ＬＴの二次元的走査による領域Ｂでは、図５（ｃ）もに示すように、フェンスＦの内側に該フェンスＦの厚み分の死角Ｄｂが生じるが、フェンスＦ外側の死角ＤａはフェンスＦの外側におけるレーザ光走査で解消され、フェンスＦ内側の死角ＤｂはフェンスＦの内側におけるレーザ光走査で解消されるので、実効性の高い監視がなされることとなる。

そして、この実施形態に係るレーザレーダ１では、一つのポリゴンミラー３１及び二つの揺動ミラー３２，３２を具備した走査部３としているので、境界監視用に使用する場合において、監視コストの上昇を少なく抑え得ることとなる。
また、上記したレーザレーダ１では、制御部５において、二つの投光部２Ａ，２Ｂのうちの一方の投光部２Ａに対する投光指令アと、他方の投光部２Ｂに対する投光指令イとを互いに半周期分ずらして発するようにしているので、図４の破線楕円内に示すように、二つの投光部２Ａ，２Ｂが電力を消費するタイミングをずらすことができるうえ、図４の実線楕円内に示すように、距離演算タイミングもずらすことができ、したがって、制御部５に加えて、高圧電源７及び距離演算部６がいずれも一つで済み、監視コストの上昇をより少なく抑え得ることとなる。

上記した実施形態では、本発明に係るレーザレーダを工場などの施設領域と外部とを仕切るフェンスの内外を監視するのに用いた場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。
また、本発明に係るレーザレーダの構成は、上記した実施形態によるレーザレーダ１の構成に限定されるものではない。

本発明に係るレーザレーダの一実施形態を示すブロック図である。 図１におけるレーザレーダの走査部，投光部，受光部の各位置関係を示すフェンス内側からの斜視説明図である。 図１におけるレーザレーダの走査部，投光部，受光部の各位置関係を示すフェンス上方からの斜視説明図（ａ）及びフェンス上方で且つポリゴンミラー後方からの斜視説明図（ｂ）である。 図１に示したレーザレーダの制御部による投光部への投光指令タイミングを説明するグラフである。 図１におけるレーザレーダによる監視領域を示す平面説明図（ａ），フェンス内側監視領域の視野イメージ説明図（ｂ）及びフェンス外側監視領域の視野イメージ説明図（ｃ）である。

符号の説明

１ レーザレーダ
２Ａ，２Ｂ 投光部
３ 走査部
３１ ポリゴンミラー
３１ａ ポリゴンミラーの回転軸
３２ 揺動ミラー
３２ａ 揺動ミラーの揺動軸
４Ａ，４Ｂ 受光部
５ 制御部
６ 距離演算部
Ｆ フェンス（境界柵部）
ＬＲ 反射レーザ光
ＬＴ 投光レーザ光

Claims (4)

1. レーザ光を発する二つの投光部と、
   これらの投光部から発した二筋のレーザ光をそれぞれ二次元的に走査する走査部と、
   この走査部によるレーザ光走査により互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光を前記走査部を介して個々に受ける二つの受光部を備え、
   前記走査部は、一つのポリゴンミラーと、このポリゴンミラーで反射した前記二つの投光部からの二筋のレーザ光を前記互いに異なる計測対象にそれぞれ走査すると共に、これらの互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光を前記ポリゴンミラーを介して個々に前記二つの受光部に戻す二つの揺動ミラーを具備している
   ことを特徴とするレーザレーダ。
2. 領域を仕切る境界柵部の内外を監視するレーザレーダであって、
   レーザ光を発する二つの投光部と、
   これらの投光部から発した二筋のレーザ光をそれぞれ二次元的に走査する走査部と、
   この走査部によるレーザ光走査により互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光を前記走査部を介して個々に受ける二つの受光部を備え、
   前記走査部は、水平軸回りに回転する一つのポリゴンミラーと、前記境界柵部の内外にそれぞれ配置されて前記ポリゴンミラーで反射した前記二つの投光部からの二筋のレーザ光を前記境界柵部の内外にそれぞれ走査すると共に、該境界柵部の内外における互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光を前記ポリゴンミラーを介して個々に前記二つの受光部に戻す二つの揺動ミラーを具備している
   ことを特徴とするレーザレーダ。
3. 前記二つの投光部に所定の周期でレーザ光の投光指令を発すると共に前記走査部による走査を制御する一つの制御部を備え、この制御部から前記二つの投光部に対して、互いに半周期ずらしてレーザ光の投光指令が発せられる請求項１又は２に記載のレーザレーダ。
4. 請求項１又は３に記載のレーザレーダにより、領域を仕切る境界柵部の内外を監視するに際して、
   走査部のポリゴンミラーの中心軸を水平方向に沿わせて該ポリゴンミラーを配置すると共に、このポリゴンミラーで反射した前記二つの投光部からの二筋のレーザ光を前記境界柵部の内外にそれぞれ走査し且つ該境界柵部の内外における互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光を前記ポリゴンミラーを介して個々に前記二つの受光部に戻すべく前記境界柵部の内外に二つの揺動ミラーをそれぞれ配置し、
   前記走査部のポリゴンミラーを回転させつつ前記二つの投光部からレーザ光をそれぞれ投光して、前記二つの揺動ミラーを介して前記境界柵部の内外にレーザ光をそれぞれ走査し、
   この走査部によるレーザ光走査により前記境界柵部の内外における互いに異なる計測対象で反射して戻った二筋の反射レーザ光を前記走査部の二つの揺動ミラー及びポリゴンミラーを介して個々に前記二つの受光部で受ける
   ことを特徴とするレーザレーダによる境界監視方法。

Images