JP6958522B2

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

Info

Publication number: JP6958522B2
Application number: JP2018173690A
Authority: JP
Inventors: 俊介梅木
Original assignee: Denso Wave Inc
Current assignee: Denso Wave Inc
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2018-09-18
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2038-09-18
Also published as: US20200088885A1; JP2020046250A; US11640001B2

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。

特開２０１５−５２４６５号公報

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。

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。

一実施形態におけるレーザレーダシステムの概略外観図。晴天時のレーザレーダシステムの上面図。晴天時のレーザレーダシステムの他の上面図。晴天時の受光信号とレーザ光射出角度との関係を示す図。雨天時のレーザレーダシステムの上面図。雨天時のレーザレーダシステムの他の上面図。雨天時の受光信号とレーザ光射出角度との関係を示す図。雨天判定処理を例示するフローチャート。

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

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。