物体検出装置
【課題】監視領域がレーザレーダの近辺から遠方まで広く分布する場合であっても、監視領域の物体を正確に検出すること。
【解決手段】走査光ＬＢ１の主走査方向Ｘにおけるレーザレーダヘッド５からの距離が遠い監視領域では、反射光ＬＢ２の拡散の度合いが大きいので、反射光ＬＢ２の強度が弱くなる。そこで、主走査方向Ｘにおけるレーザレーダヘッド５からの距離が遠い監視領域では、レーザ投光器１のドライバ回路１ａのパルス信号周期を長くする。すると、光ファイバ増幅器１ｂの光ファイバ１ｄに励起原子が蓄積される周期が長くなる。これにより、種光がレーザダイオード１ｃから入射されることにより光ファイバ１ｄのコアの電子が励起されて蓄積される励起エネルギが大きくなり、種光の増幅のゲインが大きくなって、光ファイバ１ｄから出力されるレーザ光ＬＢの強度が強くなる。よって、走査光ＬＢ１の強度が強くなり、反射光ＬＢ２の強度も強くなる。
【解決手段】走査光ＬＢ１の主走査方向Ｘにおけるレーザレーダヘッド５からの距離が遠い監視領域では、反射光ＬＢ２の拡散の度合いが大きいので、反射光ＬＢ２の強度が弱くなる。そこで、主走査方向Ｘにおけるレーザレーダヘッド５からの距離が遠い監視領域では、レーザ投光器１のドライバ回路１ａのパルス信号周期を長くする。すると、光ファイバ増幅器１ｂの光ファイバ１ｄに励起原子が蓄積される周期が長くなる。これにより、種光がレーザダイオード１ｃから入射されることにより光ファイバ１ｄのコアの電子が励起されて蓄積される励起エネルギが大きくなり、種光の増幅のゲインが大きくなって、光ファイバ１ｄから出力されるレーザ光ＬＢの強度が強くなる。よって、走査光ＬＢ１の強度が強くなり、反射光ＬＢ２の強度も強くなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、監視領域に存在する物体を検出する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
測距用の走査光により３次元空間を主走査方向及び副走査方向に走査させるレーザレーダを用い、走査光の反射光を解析することで物体を検出する技術は、例えば、監視領域における侵入物の監視の分野にも利用可能な技術である（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２１２１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したレーザレーダは、監視領域の全体からの見通しがよい高さに設置されることになる。そして、監視領域がレーザレーダの近辺から遠方まで広いエリアに亘る場合、レーザレーダの発光手段から監視領域に照射された走査光は、照射を受けた対象物の表面で拡散反射され、その反射光をレーザレーダの受光手段が受光する。反射光は拡散しながらレーザレーダまで到来するため、受光手段が受光する反射光の強度は、レーザレーダから走査光の照射箇所までの距離の二乗に反比例して弱まる。そのため、遠方の監視領域からの反射光を解析可能な強度で受光手段に受光させるには、発光手段が出力する走査光を相応の強度とする必要がある。
【０００５】
しかし、遠方の監視領域に合わせて走査光の強度を高くすると、近辺の監視領域から受光する反射光の強度が強すぎてしまう場合がある。受光する反射光の強度が強すぎると、反射光の受光強度に応じた受光手段の出力信号が光学的に飽和してその出力波形が歪み、正しい物体検出を行うことができなくなる。その結果、例えば近辺の監視領域の地表面が実際よりも高い位置にあると誤って判断される等の支障を生じる。
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、レーザレーダから監視領域に走査光を照射しその反射光をレーザレーダで受光し解析することで、監視領域に存在する物体を検出する際に、監視領域がレーザレーダの近辺から遠方まで広く分布する場合であっても、監視領域の物体を正確に検出することができる物体検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明の物体検出装置は、レーザレーダから出力されて所定の監視領域を走査した走査光の反射光を前記レーザレーダで受光することで、前記監視領域に存在する物体を検出する装置において、前記レーザレーダが、種光を出力する種光源と、前記種光が入射され自身のスイッチング周期に応じたゲインで前記種光を増幅しレーザ光を発振する光ファイバ増幅器と、該光ファイバ増幅器が発振する前記レーザ光を所定の走査方向に走査させて前記走査光とする走査手段とを有しており、前記光ファイバ増幅器が、前記監視領域の前記走査光によって走査される箇所が該走査光の走査方向において前記レーザレーダから遠ざかるほど、長いスイッチング周期に応じたゲインで、前記走査光に対応する前記種光を増幅することを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載した本発明の物体検出装置によれば、種光源によるレーザ媒質の励起中に、Ｑスイッチ等により励起原子を蓄積させ放出する方法により、スイッチングの周期が長ければ長いほど放出されるエネルギー量が増大し、光ファイバ増幅器から出力されるレーザ光や走査手段から出力される走査光の強度が高くなる。
【０００９】
監視領域における走査光の照射箇所が走査光の走査方向において移動するのに合わせて、走査光の種光強度を動的に高速で変化させるのは、レーザ光の発光メカニズムからして技術的に困難である。しかし、光ファイバからの励起原子放出の周期（即ち、光ファイバ増幅器のスイッチング周期）を動的に高速で変化させることは、技術的に可能である。
【００１０】
したがって、走査光が走査方向におけるレーザレーダの近辺の監視領域に照射されるか遠方の監視領域に照射されるかに応じて、光ファイバからの励起原子放出の周期（即ち、光ファイバ増幅器のスイッチング周期）を動的に高速で変化させることで、反射光の拡散の度合いが大きい遠方の監視領域には強い強度の走査光を照射させ、反射光の拡散の度合いが小さい近辺の監視領域には弱い強度の走査光を照射させることができる。これにより、遠方の監視領域からの反射光を解析可能な強度とし、かつ、近辺の監視領域からの反射光を光学的に飽和しない程度の強度に抑えることができる。よって、レーザレーダからの走査光により走査される監視領域がレーザレーダの近辺から遠方まで広く分布する場合であっても、監視領域からレーザレーダが受光する走査光の反射光によって監視領域の物体を正確に検出することができる。
【００１１】
また、請求項２に記載した本発明の物体検出装置は、請求項１に記載した本発明の物体検出装置において、前記光ファイバ増幅器が、前記走査手段による前記走査光の前記監視領域に対する前記走査方向における走査角度に基づいて決定した、前記走査方向における、前記監視領域の前記走査光によって走査される箇所に対応する前記スイッチング周期に応じたゲインで、前記種光を増幅することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載した本発明の物体検出装置によれば、請求項１に記載した本発明の物体検出装置において、走査光の監視領域に対する走査角度に基づいて決定する光ファイバ増幅器のスイッチング周期とそれに応じた種光の増幅時のゲインは、監視領域の走査光によって走査される箇所の、走査光の走査方向におけるレーザレーダからの遠近に応じたものとなる。したがって、監視領域の走査光によって走査される箇所が走査光の走査方向においてレーザレーダから遠ざかるほど、光ファイバ増幅器のスイッチング周期を長くして、走査光に対応する種光を大きいゲインで増幅することができる。
【００１３】
さらに、請求項３に記載した本発明の物体検出装置は、請求項１又は２に記載した本発明の物体検出装置において、前記光ファイバ増幅器が、前記監視領域を前記走査方向において複数の領域に区分した各区分領域にそれぞれ照射される前記走査光に対応する前記種光を、前記各区分領域の前記発光手段からの前記走査方向における距離に対応する前記スイッチング周期に応じたゲインで増幅することを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載した本発明の物体検出装置によれば、請求項１又は２に記載した本発明の物体検出装置において、光ファイバ増幅器が種光を増幅する際のゲインを定めるスイッチング周期の長短を変化させる段階を、監視領域の走査方向における区分数によって定めることができる。したがって、監視領域の区分数を通じて、光ファイバ増幅器による種光の増幅時のゲインを変化させる段階を適切な段階数に設定することができる。なお、監視領域の区分数は、例えば、走査方向における走査光の走査線数を最大値とする２以上の整数とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、レーザレーダからの走査光により走査される監視領域がレーザレーダの近辺から遠方まで広く分布する場合であっても、監視領域からレーザレーダが受光する走査光の反射光によって監視領域の物体を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る物体検出装置を示す概略構成図である。
【図２】図１の走査光により走査する監視領域とレーザレーダヘッドの設置位置との関係を示す説明図である。
【図３】図１のレーザ投光器の詳細な構成を示す説明図である。
【図４】図２の監視領域を主走査方向におけるレーザレーダヘッドからの距離に応じて複数に区分した区分領域を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は本発明の一実施形態に係る物体検出装置を示す概略構成図である。図１に示す物体検出装置は、監視領域を走査光により走査してその反射光により監視領域内に侵入した物体を検出するもので、走査光を出力しその反射光を受光するレーザレーダヘッド５と、走査光及び反射光に基づいてエリア内の物体の検出処理を行う制御装置６とを有している。
【００１９】
図１の物体検出装置を例えば敷地内の監視領域における侵入物の検出に用いる場合、前記レーザレーダヘッド５は、図２の説明図に示すように、監視領域Ａの全体を見通せる支柱Ｂの上端付近に取り付け設置される。このような高所にレーザレーダヘッド５を設置することで、レーザレーダヘッド５からの走査光ＬＢ１で監視領域Ａの全体を走査することができる。本実施形態では、支柱Ｂの地上高Ｈ［ｍ］のところにレーザレーダヘッド５を設置しているものとする。
【００２０】
なお、本実施形態では、監視領域Ａは、レーザレーダヘッド５からの走査光ＬＢ１の主走査方向Ｘ（請求項中の走査方向に相当）において、支柱ＢからＬｍｉｎ［ｍ］〜Ｌｍａｘ［ｍ］の範囲に延在している。このＬｍｉｎ［ｍ］は、Ｌｍｉｎ＝０［ｍ］としてもよい。つまり、レーザレーダヘッド５からの走査光ＬＢ１が届くのであれば、監視領域Ａを支柱Ｂの根元から延在させることもできる。
【００２１】
また、図２のθは、走査光ＬＢ１の監視領域Ａに対する主走査方向Ｘにおける走査角度を示す。この走査角度θは、主走査方向Ｘにおける走査光ＬＢ１の走査箇所のレーザレーダヘッド５乃至支柱Ｂからの距離をＬとした場合、θ＝ｔａｎ-1（Ｌ／Ｈ）で表すことができる。走査角度θは、主走査方向Ｘにおける走査光ＬＢ１の走査箇所がレーザレーダヘッド５乃至支柱Ｂに近いほど小さく、遠いほど大きい値となる（但し、θ＜９０゜）。
【００２２】
そして、レーザレーダヘッド５は、図１に示すように、レーザ光ＬＢを間欠的に出力するレーザ投光器１と、レーザ光ＬＢを垂直及び水平方向に走査させて走査光ＬＢ１とするポリゴンミラー１１及びガルバノミラー１２と、物体に照射された走査光ＬＢ１の反射光ＬＢ２をガルバノミラー１２及びポリゴンミラー１１による反射後に受光する受光器２と、ポリゴンミラー１１を回転駆動させるポリゴンスキャナ１１ａと、ガルバノミラー１２を回転駆動させるガルバノスキャナ１２ａとを有している。
【００２３】
前記レーザ投光器１は、図３の説明図に示すように、パルス信号を出力するドライバ回路１ａと、このパルス信号に同期してレーザ光ＬＢを間欠的に出力する光ファイバ増幅器１ｂとを有している。
【００２４】
光ファイバ増幅器１ｂは、ドライバ回路１ａが出力するパルス信号のオン期間中に種光を出力するレーザダイオード（ＬＤ）１ｃ（請求項中の種光源に相当）と、種光が一端から入力される光ファイバ１ｄとを有している。光ファイバ１ｄのコアには、希土類元素（例えば、イッテルビウムＹｂやエルビウムＥｒ）が添加（ドープ）されている。
【００２５】
光ファイバ１ｄにおいては、反転分布状態で種光が入射されることで生じる電子の誘導放出を、コアの両端間で共振させることで、種光を増幅させたレーザ光ＬＢを他端側から出力する。具体的には、種光によるレーザ媒質（光ファイバ１ｄのコアの電子）の励起中に、Ｑスイッチ等のスイッチングにより励起原子を蓄積させて放出する。このスイッチングの周期が長ければ長いほど、光ファイバ１ｄの他端側から放出されるレーザ光ＬＢのエネルギー量が増大する。Ｑスイッチ等のスイッチングの周期は、ドライバ回路１ａのパルス信号の周期に同期する。そのため、レーザ投光器１の光ファイバ増幅器１ｂは、ドライバ回路１ａのパルス信号の周期が長ければ長いほど、つまり、Ｑスイッチのスイッチング周期が長ければ長いほど、励起原子を多く光ファイバ１ｄに蓄積する。したがって、Ｑスイッチのスイッチング周期が長いほど、光ファイバ増幅器１ｂが種光を増幅する際のゲインが大きくなり、言い換えると、光ファイバ１ｄが出力するレーザ光ＬＢの強度が強くなる。
【００２６】
図１に示すように、前記ポリゴンミラー１１（請求項中の走査手段に相当）は、高速回転する６面体を有しており、鏡面化された４側面を除く対峙する２面（上下面）の中心を回転軸としてポリゴンスキャナ１１ａにより回転されるように構成されている。このポリゴンミラー１１の４側面のいずれかでレーザ光ＬＢが反射されることで、レーザ光ＬＢは主走査方向（垂直走査方向）Ｘに走査される。
【００２７】
前記ガルバノミラー１２は、ガルバノスキャナ１２ａにより限られた角度範囲で往復回動される回動軸の側面に接続されており、この回動軸の往復回動により往復揺動される。このガルバノミラー１２の一面でレーザ光ＬＢが反射されることで、レーザ光ＬＢは副走査方向（水平走査方向）Ｙに走査される。
【００２８】
なお、ポリゴンスキャナ１１ａ及びガルバノスキャナ１２ａは、後述する制御装置６の制御器１３からの速度指令により指令される回転速度で、ポリゴンミラー１１を回転させ、また、ガルバノミラー１２を揺動させる。また、ポリゴンスキャナ１１ａ及びガルバノスキャナ１２ａは、ポリゴンミラー１１の回転角度やガルバノミラー１２の揺動角度を示す角度情報を制御器１３に出力する。したがって、本実施形態では、ポリゴンスキャナ１１ａが請求項中の走査角度検出手段に相当している。なお、上述したポリゴンミラー１１及びガルバノミラー１２は単なる一例であり、レーザ光ＬＢの走査光学系は図示した構成に限定されるものではない。
【００２９】
図１に示す構成のレーザレーダヘッド５は、ポリゴンミラー１１によるレーザ光ＬＢの走査方向（主走査方向Ｘ）が、図２に示すように、監視領域Ａの支柱Ｂに接近離間する方向と一致するように、支柱Ｂに取り付けられる。したがって、ガルバノミラー１２によるレーザ光ＬＢの走査方向（副走査方向Ｙ）は、図２の監視領域Ａの幅方向、つまり、図２の紙面の表裏方向に延在することになる。
【００３０】
図１に示す制御装置６は、制御器１３及び距離演算器１４を有している。制御器１３と距離演算器１４とは別々のマイクロコンピュータで構成することもでき、一つのマイクロコンピュータで構成することもできる。
【００３１】
制御器１３は、レーザ投光器１に対して投光指令を間欠的に出力する。この投光指令の間欠周期に同期して、レーザ投光器１のドライバ回路１ａは光ファイバ増幅器１ｂのＱスイッチ（図示せず）にパルス信号を出力する。なお、この投光指令は、距離演算器１４にも並行して出力される。
【００３２】
距離演算器１４には、上述した投光指令が制御器１３から入力されると共に、反射光ＬＢ２を受光したときに受光器２が出力する受光タイミング信号が入力される。距離演算器１４は、投光指令の入力から受光タイミング信号の入力までの時間差と、光の速度Ｖ［ｍ／ｓｅｃ］とに基づいて、走査光ＬＢ１の光路上に存在する物体のレーザレーダヘッド５からの距離を演算し、演算した距離を示す距離情報を制御器１３に出力する。
【００３３】
制御器１３は、上述したように、ポリゴンスキャナ１１ａやガルバノスキャナ１２ａに速度指令をそれぞれ出力する。各速度指令で指令するポリゴンミラー１１の回転速度やガルバノミラー１２の揺動速度は、図２の監視領域Ａの主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｙにそれぞれ間欠的に照射する走査光ＬＢ１のピッチ、つまり、監視領域Ａにおける走査光ＬＢ１の空間分解能に応じて決定される。
【００３４】
また、制御器１３は、ポリゴンスキャナ１１ａやガルバノスキャナ１２ａからそれぞれ入力される角度情報によって、ポリゴンミラー１１の回転角度やガルバノミラー１２の揺動角度を算出することができる。したがって、制御器１３は、ポリゴンスキャナ１１ａやガルバノスキャナ１２ａから受け取った角度情報に基づいて、レーザ投光器１に出力する投光指令により走査光ＬＢ１が照射される監視領域Ａの箇所の座標値を特定することができる。特定した座標値は、距離演算器１４からの距離情報に基づいて監視領域Ａに侵入した物体を検出する際に利用する。
【００３５】
ここで、上述した監視領域Ａにおける走査光ＬＢ１の空間分解能のうち、主走査方向Ｘにおける走査光ＬＢ１の空間分解能について説明する。ポリゴンミラー１１の回転角速度をω［°／ｓｅｃ］（光学角）、走査光ＬＢ１の元となるレーザ光ＬＢのレーザ投光器１による出力周波数を繰り返し周波数をＳ（Ｈｚ）とした場合、主走査方向Ｘにおいてレーザレーダヘッド５乃至支柱Ｂから距離Ｌの位置を走査する走査光ＬＢ１の、主走査方向Ｘにおける空間分解能Ｄは、Ｄ≒Ｌ×ｔａｎ（ω／Ｓ）［ｍ］となる。
【００３６】
この式からも明らかなように、走査光ＬＢ１が走査する箇所が主走査方向Ｘにおいてレーザレーダヘッド５から遠くなるほど走査光ＬＢ１の空間分解能Ｄは大きくなる。このため、主走査方向Ｘにおいてレーザレーダヘッド５から距離Ｌｍａｘ離れた監視領域Ａを走査光ＬＢ１が走査する際に、必要な空間分解能Ｄが得られるように、繰り返し周波数Ｓを決定する。
【００３７】
また、光の速度はＶ［ｍ／ｓｅｃ］であるから、レーザレーダヘッド５から距離Ｌｍａｘ離れた監視領域Ａに走査光ＬＢ１が到達しその反射光ＬＢ２がレーザレーダヘッド５に戻るまでの所要時間は、およそ、２Ｌ／Ｖ［ｓｅｃ］で表すことができる。したがって、繰り返し周波数Ｓは、Ｖ／２Ｌ［Ｈｚ］以下に設定する。
【００３８】
上述したようにして決まる繰り返し周波数Ｓは、レーザ投光器１によるレーザ光ＬＢの出力周波数であるだけでなく、レーザ投光器１のドライバ回路１ａが光ファイバ増幅器１ｂの不図示のＱスイッチに出力するパルス信号の周波数でもある。パルス信号の周波数はパルス信号の周期の逆数であるから、上述した光ファイバ増幅器１ｂの特性からして、繰り返し周波数Ｓは走査光ＬＢ１の強度を左右する。
【００３９】
ところで、受光器２により受光される反射光ＬＢ２の強度は、走査光ＬＢ１が照射される監視領域Ａ中の箇所が主走査方向Ｘにおいてレーザレーダヘッド５から遠いほど弱くなる。これは、走査光ＬＢ１の照射箇所からの反射光ＬＢ２が拡散しながらレーザレーダヘッド５に到来し、その強度が、レーザレーダヘッド５から走査光ＬＢ１の照射箇所までの距離Ｌの二乗に反比例して弱まるからである。
【００４０】
そのため、主走査方向Ｘにおいてレーザレーダヘッド５から最も遠い、監視領域Ａのレーザレーダヘッド５から距離Ｌｍａｘ離れた箇所に照射する走査光ＬＢ１の強度は、そこからの反射光ＬＢ２が検出可能な強度で受光器２により受光されるような強度である必要がある。そこで、繰り返し周波数Ｓを決めたならば、レーザ投光器１の種光強度を、主走査方向Ｘにおいてレーザレーダヘッド５から最も遠い監視領域Ａからの反射光ＬＢ２が十分な強度で受光器２により受光されるような強度に決定する。
【００４１】
一方、走査光ＬＢ１の照射箇所が主走査方向Ｘにおいてレーザレーダヘッド５に近くなると、レーザレーダヘッド５から走査光ＬＢ１の照射箇所までの距離Ｌが短いことから、反射光ＬＢ２がレーザレーダヘッド５に到達するまでに拡散する度合いは、走査光ＬＢ１の照射箇所が主走査方向Ｘにおいてレーザレーダヘッド５から遠い場合に比べて少なくなる。したがって、例えば、主走査方向Ｘにおいてレーザレーダヘッド５から最も遠い距離Ｌｍａｘの監視領域Ａに走査光ＬＢ１を照射するときと同じ強度で他の監視領域Ａに走査光ＬＢ１を照射すると、距離Ｌの二乗に反比例する反射光ＬＢ２の強度が強すぎて、反射光ＬＢ２を受光した受光器２が出力する受光タイミング信号が光学的に飽和してしまう可能性がある。受光タイミング信号が光学的に飽和すると、レーザレーダによる三次元物体認識の精度に悪影響が及んでしまう。
【００４２】
このため、監視領域Ａの走査光ＬＢ１が照射される箇所が主走査方向Ｘにおいてレーザレーダヘッド５に近くなるほど、走査光ＬＢ１の強度を弱くする必要がある。
【００４３】
上述したように、走査光ＬＢ１の強度を左右するファクタとしては、ドライバ回路１ａが光ファイバ増幅器１ｂの不図示のＱスイッチに出力するパルス信号の周波数と種光強度がある。このうち、種光強度を動的に変化させることは技術的に困難である。一方、パルス信号の周波数を動的に変化させることは技術的に可能である。上述した光ファイバ増幅器１ｂの特性から、パルス信号の周波数を高くする（周期を短くする）と、レーザ光ＬＢ乃至走査光ＬＢ１の強度が弱くなる。
【００４４】
そこで、主走査方向Ｘにおけるレーザレーダヘッド５からの距離Ｌが距離Ｌｍａｘよりも近い監視領域Ａについては、ドライバ回路１ａがレーザダイオード１ｃに出力するパルス信号の周波数を、走査光ＬＢ１の照射箇所の主走査方向Ｘにおけるレーザレーダヘッド５からの距離Ｌが短くなるほど高い値に決定する。
【００４５】
本実施形態では、パルス信号の周波数を上記の距離Ｌに応じて決定するために、図４の説明図に示すように、監視領域Ａを主走査方向ＸにおいてＮ＋１の領域に等間隔に区分している。各区分領域の境界位置Ｌ１〜ＬＮは、各境界位置Ｌ１〜ＬＮに照射される走査光ＬＢ１の主走査方向Ｘにおける走査角度θ１〜θＮによって定義することもできる。
【００４６】
そして、主走査方向Ｘにおけるレーザレーダヘッド５からの距離Ｌが最も遠い距離ＬＮ〜距離Ｌｍａｘの区分領域については、上述のようにして決定した繰り返し周波数Ｓを、ドライバ回路１ａが出力するパルス信号の周波数とする。また、その他の区分領域については、各区分領域の主走査方向Ｘにおけるレーザレーダヘッド５からの距離Ｌに応じて、繰り返し周波数Ｓよりも高い周波数にそれぞれ決定する。
【００４７】
ここで、上述した光ファイバ増幅器１ｂの特性から、ドライバ回路１ａが出力するパルス信号の周波数をｎ倍すると、レーザ光ＬＢ乃至走査光ＬＢ１の強度は１／ｎに減る。これを利用して、本実施形態では、図４に示す各区分領域を走査光ＬＢ１が走査するときのドライバ回路１ａが出力するパルス信号の周波数を、レーザレーダヘッド５からの距離Ｌが近い区分領域から、レーザレーダヘッド５からの距離Ｌが２番目に遠い距離ＬＮ−１〜ＬＮの区分領域まで、順に、ｎＳ、（ｎ−１）Ｓ、（ｎ−２）Ｓ、・・・、２Ｓに決定する。
【００４８】
これにより、レーザレーダヘッド５側への反射効率が高いレーザレーダヘッド５寄りの監視領域Ａ（区分領域）ほど走査光ＬＢ１の強度を弱くして、反射光ＬＢ２を受光した受光器２から出力される受光タイミング信号が光学的に飽和しないようにすることができる。
【００４９】
そのために、図１に示す制御器１３は、走査光ＬＢ１が照射される区分領域が変わる毎に、ドライバ回路１ａが出力するパルス信号の周波数を順次変化させる。走査光ＬＢ１が照射される区分領域は、ポリゴンスキャナ１１ａから入力される角度情報の示すポリゴンミラー１１の回転角度に基づいて判別することができる。
【００５０】
そして、制御器１３は、距離演算器１４からの距離情報と、ポリゴンスキャナ１１ａやガルバノスキャナ１２ａから受け取った角度情報に基づいて特定した、監視領域Ａにおける走査光ＬＢ１の照射箇所の座標値とから、監視領域Ａに侵入した物体を検出し、検出結果を出力する。
【００５１】
なお、距離演算器１４は、走査光ＬＢ１の光路上に存在する物体のレーザレーダヘッド５からの距離の演算を、制御器１３からの投光指令と受光器２からの受光タイミング信号とが入力される度に行うことができる。そして、投光指令と受光タイミング信号は、ドライバ回路１ａが出力するパルス信号の周期と同じ周期で入力される。したがって、投光指令と受光タイミング信号が入力される度に距離演算器１４が距離を演算するとすれば、距離演算器１４は、走査光ＬＢ１が照射される区分領域が主走査方向Ｘにおいてレーザレーダヘッド５に近いほど、短い周期で演算を行わなければならなくなる。そうすると、距離演算器１４の処理上の負担が大きくなってしまう。
【００５２】
そこで、例えば走査光ＬＢ１が、主走査方向Ｘにおけるレーザレーダヘッド５からの距離Ｌが最も遠い距離ＬＮ〜距離Ｌｍａｘの区分領域を除く他の区分領域に照射されているときに、制御器１３からの投光指令と受光器２からの受光タイミング信号を用いた距離の演算を、距離演算器１４が間引きして行うようにしても良い。
【００５３】
具体的には、例えば、主走査方向Ｘにおける監視領域Ａのどの区分領域を走査光ＬＢ１が走査しているときにも、制御器１３からの投光指令と受光器２からの受光タイミング信号が入力される最も長い周期（＝１／繰り返し周波数Ｓ）毎に、距離演算器１４が距離の演算を行うようにしても良い。
【００５４】
なお、上述したように、距離演算器１４が距離の演算を間引きして行う構成は省略しても良い。また、監視領域Ａを図４に示すような区分領域に区分する場合、主走査方向Ｘにおける走査光ＬＢ１の走査本数と同じ数に監視領域Ａを区分するようにしても良い。そうすれば、事実上、主走査方向Ｘにおける走査光ＬＢ１の照射箇所がレーザレーダヘッド５に近づくほど、走査光ＬＢ１の強度を弱くすることができる。
【００５５】
また、本実施形態では、監視領域Ａの主走査方向Ｘにおけるレーザレーダヘッド５からの距離によって、走査光ＬＢ１の強度が変化する場合の構成を例に取って説明した。しかし、監視領域Ａの副走査方向Ｙにおけるレーザレーダヘッド５からの距離によって、走査光ＬＢ１の強度が変化する構成としても良い。その場合は、副走査方向Ｙが請求項中の走査方向に相当し、ガルバノミラー１２が請求項中の走査手段に相当することになる。そして、制御器１３が、監視領域Ａにおける走査光ＬＢ１の照射箇所までのレーザレーダヘッド５からの距離が副走査方向Ｙにおいて変化するのに合わせて、ドライバ回路１ａが出力するパルス信号の周波数を順次変化させることになる。
【符号の説明】
【００５６】
１ レーザ投光器
１ａ ドライバ回路
１ｂ 光ファイバ増幅器
１ｃ レーザダイオード
１ｄ 光ファイバ
２ 受光器
５ レーザレーダヘッド
６ 制御装置
１１ ポリゴンミラー
１１ａ ポリゴンスキャナ
１２ ガルバノミラー
１２ａ ガルバノスキャナ
１３ 制御器
１４ 距離演算器
Ａ 監視領域
Ｂ 支柱
ＬＢ レーザ光
ＬＢ１ 走査光
ＬＢ２ 反射光
Ｘ 主走査方向
Ｙ 副走査方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、監視領域に存在する物体を検出する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
測距用の走査光により３次元空間を主走査方向及び副走査方向に走査させるレーザレーダを用い、走査光の反射光を解析することで物体を検出する技術は、例えば、監視領域における侵入物の監視の分野にも利用可能な技術である（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２１２１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したレーザレーダは、監視領域の全体からの見通しがよい高さに設置されることになる。そして、監視領域がレーザレーダの近辺から遠方まで広いエリアに亘る場合、レーザレーダの発光手段から監視領域に照射された走査光は、照射を受けた対象物の表面で拡散反射され、その反射光をレーザレーダの受光手段が受光する。反射光は拡散しながらレーザレーダまで到来するため、受光手段が受光する反射光の強度は、レーザレーダから走査光の照射箇所までの距離の二乗に反比例して弱まる。そのため、遠方の監視領域からの反射光を解析可能な強度で受光手段に受光させるには、発光手段が出力する走査光を相応の強度とする必要がある。
【０００５】
しかし、遠方の監視領域に合わせて走査光の強度を高くすると、近辺の監視領域から受光する反射光の強度が強すぎてしまう場合がある。受光する反射光の強度が強すぎると、反射光の受光強度に応じた受光手段の出力信号が光学的に飽和してその出力波形が歪み、正しい物体検出を行うことができなくなる。その結果、例えば近辺の監視領域の地表面が実際よりも高い位置にあると誤って判断される等の支障を生じる。
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、レーザレーダから監視領域に走査光を照射しその反射光をレーザレーダで受光し解析することで、監視領域に存在する物体を検出する際に、監視領域がレーザレーダの近辺から遠方まで広く分布する場合であっても、監視領域の物体を正確に検出することができる物体検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明の物体検出装置は、レーザレーダから出力されて所定の監視領域を走査した走査光の反射光を前記レーザレーダで受光することで、前記監視領域に存在する物体を検出する装置において、前記レーザレーダが、種光を出力する種光源と、前記種光が入射され自身のスイッチング周期に応じたゲインで前記種光を増幅しレーザ光を発振する光ファイバ増幅器と、該光ファイバ増幅器が発振する前記レーザ光を所定の走査方向に走査させて前記走査光とする走査手段とを有しており、前記光ファイバ増幅器が、前記監視領域の前記走査光によって走査される箇所が該走査光の走査方向において前記レーザレーダから遠ざかるほど、長いスイッチング周期に応じたゲインで、前記走査光に対応する前記種光を増幅することを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載した本発明の物体検出装置によれば、種光源によるレーザ媒質の励起中に、Ｑスイッチ等により励起原子を蓄積させ放出する方法により、スイッチングの周期が長ければ長いほど放出されるエネルギー量が増大し、光ファイバ増幅器から出力されるレーザ光や走査手段から出力される走査光の強度が高くなる。
【０００９】
監視領域における走査光の照射箇所が走査光の走査方向において移動するのに合わせて、走査光の種光強度を動的に高速で変化させるのは、レーザ光の発光メカニズムからして技術的に困難である。しかし、光ファイバからの励起原子放出の周期（即ち、光ファイバ増幅器のスイッチング周期）を動的に高速で変化させることは、技術的に可能である。
【００１０】
したがって、走査光が走査方向におけるレーザレーダの近辺の監視領域に照射されるか遠方の監視領域に照射されるかに応じて、光ファイバからの励起原子放出の周期（即ち、光ファイバ増幅器のスイッチング周期）を動的に高速で変化させることで、反射光の拡散の度合いが大きい遠方の監視領域には強い強度の走査光を照射させ、反射光の拡散の度合いが小さい近辺の監視領域には弱い強度の走査光を照射させることができる。これにより、遠方の監視領域からの反射光を解析可能な強度とし、かつ、近辺の監視領域からの反射光を光学的に飽和しない程度の強度に抑えることができる。よって、レーザレーダからの走査光により走査される監視領域がレーザレーダの近辺から遠方まで広く分布する場合であっても、監視領域からレーザレーダが受光する走査光の反射光によって監視領域の物体を正確に検出することができる。
【００１１】
また、請求項２に記載した本発明の物体検出装置は、請求項１に記載した本発明の物体検出装置において、前記光ファイバ増幅器が、前記走査手段による前記走査光の前記監視領域に対する前記走査方向における走査角度に基づいて決定した、前記走査方向における、前記監視領域の前記走査光によって走査される箇所に対応する前記スイッチング周期に応じたゲインで、前記種光を増幅することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載した本発明の物体検出装置によれば、請求項１に記載した本発明の物体検出装置において、走査光の監視領域に対する走査角度に基づいて決定する光ファイバ増幅器のスイッチング周期とそれに応じた種光の増幅時のゲインは、監視領域の走査光によって走査される箇所の、走査光の走査方向におけるレーザレーダからの遠近に応じたものとなる。したがって、監視領域の走査光によって走査される箇所が走査光の走査方向においてレーザレーダから遠ざかるほど、光ファイバ増幅器のスイッチング周期を長くして、走査光に対応する種光を大きいゲインで増幅することができる。
【００１３】
さらに、請求項３に記載した本発明の物体検出装置は、請求項１又は２に記載した本発明の物体検出装置において、前記光ファイバ増幅器が、前記監視領域を前記走査方向において複数の領域に区分した各区分領域にそれぞれ照射される前記走査光に対応する前記種光を、前記各区分領域の前記発光手段からの前記走査方向における距離に対応する前記スイッチング周期に応じたゲインで増幅することを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載した本発明の物体検出装置によれば、請求項１又は２に記載した本発明の物体検出装置において、光ファイバ増幅器が種光を増幅する際のゲインを定めるスイッチング周期の長短を変化させる段階を、監視領域の走査方向における区分数によって定めることができる。したがって、監視領域の区分数を通じて、光ファイバ増幅器による種光の増幅時のゲインを変化させる段階を適切な段階数に設定することができる。なお、監視領域の区分数は、例えば、走査方向における走査光の走査線数を最大値とする２以上の整数とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、レーザレーダからの走査光により走査される監視領域がレーザレーダの近辺から遠方まで広く分布する場合であっても、監視領域からレーザレーダが受光する走査光の反射光によって監視領域の物体を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る物体検出装置を示す概略構成図である。
【図２】図１の走査光により走査する監視領域とレーザレーダヘッドの設置位置との関係を示す説明図である。
【図３】図１のレーザ投光器の詳細な構成を示す説明図である。
【図４】図２の監視領域を主走査方向におけるレーザレーダヘッドからの距離に応じて複数に区分した区分領域を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は本発明の一実施形態に係る物体検出装置を示す概略構成図である。図１に示す物体検出装置は、監視領域を走査光により走査してその反射光により監視領域内に侵入した物体を検出するもので、走査光を出力しその反射光を受光するレーザレーダヘッド５と、走査光及び反射光に基づいてエリア内の物体の検出処理を行う制御装置６とを有している。
【００１９】
図１の物体検出装置を例えば敷地内の監視領域における侵入物の検出に用いる場合、前記レーザレーダヘッド５は、図２の説明図に示すように、監視領域Ａの全体を見通せる支柱Ｂの上端付近に取り付け設置される。このような高所にレーザレーダヘッド５を設置することで、レーザレーダヘッド５からの走査光ＬＢ１で監視領域Ａの全体を走査することができる。本実施形態では、支柱Ｂの地上高Ｈ［ｍ］のところにレーザレーダヘッド５を設置しているものとする。
【００２０】
なお、本実施形態では、監視領域Ａは、レーザレーダヘッド５からの走査光ＬＢ１の主走査方向Ｘ（請求項中の走査方向に相当）において、支柱ＢからＬｍｉｎ［ｍ］〜Ｌｍａｘ［ｍ］の範囲に延在している。このＬｍｉｎ［ｍ］は、Ｌｍｉｎ＝０［ｍ］としてもよい。つまり、レーザレーダヘッド５からの走査光ＬＢ１が届くのであれば、監視領域Ａを支柱Ｂの根元から延在させることもできる。
【００２１】
また、図２のθは、走査光ＬＢ１の監視領域Ａに対する主走査方向Ｘにおける走査角度を示す。この走査角度θは、主走査方向Ｘにおける走査光ＬＢ１の走査箇所のレーザレーダヘッド５乃至支柱Ｂからの距離をＬとした場合、θ＝ｔａｎ-1（Ｌ／Ｈ）で表すことができる。走査角度θは、主走査方向Ｘにおける走査光ＬＢ１の走査箇所がレーザレーダヘッド５乃至支柱Ｂに近いほど小さく、遠いほど大きい値となる（但し、θ＜９０゜）。
【００２２】
そして、レーザレーダヘッド５は、図１に示すように、レーザ光ＬＢを間欠的に出力するレーザ投光器１と、レーザ光ＬＢを垂直及び水平方向に走査させて走査光ＬＢ１とするポリゴンミラー１１及びガルバノミラー１２と、物体に照射された走査光ＬＢ１の反射光ＬＢ２をガルバノミラー１２及びポリゴンミラー１１による反射後に受光する受光器２と、ポリゴンミラー１１を回転駆動させるポリゴンスキャナ１１ａと、ガルバノミラー１２を回転駆動させるガルバノスキャナ１２ａとを有している。
【００２３】
前記レーザ投光器１は、図３の説明図に示すように、パルス信号を出力するドライバ回路１ａと、このパルス信号に同期してレーザ光ＬＢを間欠的に出力する光ファイバ増幅器１ｂとを有している。
【００２４】
光ファイバ増幅器１ｂは、ドライバ回路１ａが出力するパルス信号のオン期間中に種光を出力するレーザダイオード（ＬＤ）１ｃ（請求項中の種光源に相当）と、種光が一端から入力される光ファイバ１ｄとを有している。光ファイバ１ｄのコアには、希土類元素（例えば、イッテルビウムＹｂやエルビウムＥｒ）が添加（ドープ）されている。
【００２５】
光ファイバ１ｄにおいては、反転分布状態で種光が入射されることで生じる電子の誘導放出を、コアの両端間で共振させることで、種光を増幅させたレーザ光ＬＢを他端側から出力する。具体的には、種光によるレーザ媒質（光ファイバ１ｄのコアの電子）の励起中に、Ｑスイッチ等のスイッチングにより励起原子を蓄積させて放出する。このスイッチングの周期が長ければ長いほど、光ファイバ１ｄの他端側から放出されるレーザ光ＬＢのエネルギー量が増大する。Ｑスイッチ等のスイッチングの周期は、ドライバ回路１ａのパルス信号の周期に同期する。そのため、レーザ投光器１の光ファイバ増幅器１ｂは、ドライバ回路１ａのパルス信号の周期が長ければ長いほど、つまり、Ｑスイッチのスイッチング周期が長ければ長いほど、励起原子を多く光ファイバ１ｄに蓄積する。したがって、Ｑスイッチのスイッチング周期が長いほど、光ファイバ増幅器１ｂが種光を増幅する際のゲインが大きくなり、言い換えると、光ファイバ１ｄが出力するレーザ光ＬＢの強度が強くなる。
【００２６】
図１に示すように、前記ポリゴンミラー１１（請求項中の走査手段に相当）は、高速回転する６面体を有しており、鏡面化された４側面を除く対峙する２面（上下面）の中心を回転軸としてポリゴンスキャナ１１ａにより回転されるように構成されている。このポリゴンミラー１１の４側面のいずれかでレーザ光ＬＢが反射されることで、レーザ光ＬＢは主走査方向（垂直走査方向）Ｘに走査される。
【００２７】
前記ガルバノミラー１２は、ガルバノスキャナ１２ａにより限られた角度範囲で往復回動される回動軸の側面に接続されており、この回動軸の往復回動により往復揺動される。このガルバノミラー１２の一面でレーザ光ＬＢが反射されることで、レーザ光ＬＢは副走査方向（水平走査方向）Ｙに走査される。
【００２８】
なお、ポリゴンスキャナ１１ａ及びガルバノスキャナ１２ａは、後述する制御装置６の制御器１３からの速度指令により指令される回転速度で、ポリゴンミラー１１を回転させ、また、ガルバノミラー１２を揺動させる。また、ポリゴンスキャナ１１ａ及びガルバノスキャナ１２ａは、ポリゴンミラー１１の回転角度やガルバノミラー１２の揺動角度を示す角度情報を制御器１３に出力する。したがって、本実施形態では、ポリゴンスキャナ１１ａが請求項中の走査角度検出手段に相当している。なお、上述したポリゴンミラー１１及びガルバノミラー１２は単なる一例であり、レーザ光ＬＢの走査光学系は図示した構成に限定されるものではない。
【００２９】
図１に示す構成のレーザレーダヘッド５は、ポリゴンミラー１１によるレーザ光ＬＢの走査方向（主走査方向Ｘ）が、図２に示すように、監視領域Ａの支柱Ｂに接近離間する方向と一致するように、支柱Ｂに取り付けられる。したがって、ガルバノミラー１２によるレーザ光ＬＢの走査方向（副走査方向Ｙ）は、図２の監視領域Ａの幅方向、つまり、図２の紙面の表裏方向に延在することになる。
【００３０】
図１に示す制御装置６は、制御器１３及び距離演算器１４を有している。制御器１３と距離演算器１４とは別々のマイクロコンピュータで構成することもでき、一つのマイクロコンピュータで構成することもできる。
【００３１】
制御器１３は、レーザ投光器１に対して投光指令を間欠的に出力する。この投光指令の間欠周期に同期して、レーザ投光器１のドライバ回路１ａは光ファイバ増幅器１ｂのＱスイッチ（図示せず）にパルス信号を出力する。なお、この投光指令は、距離演算器１４にも並行して出力される。
【００３２】
距離演算器１４には、上述した投光指令が制御器１３から入力されると共に、反射光ＬＢ２を受光したときに受光器２が出力する受光タイミング信号が入力される。距離演算器１４は、投光指令の入力から受光タイミング信号の入力までの時間差と、光の速度Ｖ［ｍ／ｓｅｃ］とに基づいて、走査光ＬＢ１の光路上に存在する物体のレーザレーダヘッド５からの距離を演算し、演算した距離を示す距離情報を制御器１３に出力する。
【００３３】
制御器１３は、上述したように、ポリゴンスキャナ１１ａやガルバノスキャナ１２ａに速度指令をそれぞれ出力する。各速度指令で指令するポリゴンミラー１１の回転速度やガルバノミラー１２の揺動速度は、図２の監視領域Ａの主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｙにそれぞれ間欠的に照射する走査光ＬＢ１のピッチ、つまり、監視領域Ａにおける走査光ＬＢ１の空間分解能に応じて決定される。
【００３４】
また、制御器１３は、ポリゴンスキャナ１１ａやガルバノスキャナ１２ａからそれぞれ入力される角度情報によって、ポリゴンミラー１１の回転角度やガルバノミラー１２の揺動角度を算出することができる。したがって、制御器１３は、ポリゴンスキャナ１１ａやガルバノスキャナ１２ａから受け取った角度情報に基づいて、レーザ投光器１に出力する投光指令により走査光ＬＢ１が照射される監視領域Ａの箇所の座標値を特定することができる。特定した座標値は、距離演算器１４からの距離情報に基づいて監視領域Ａに侵入した物体を検出する際に利用する。
【００３５】
ここで、上述した監視領域Ａにおける走査光ＬＢ１の空間分解能のうち、主走査方向Ｘにおける走査光ＬＢ１の空間分解能について説明する。ポリゴンミラー１１の回転角速度をω［°／ｓｅｃ］（光学角）、走査光ＬＢ１の元となるレーザ光ＬＢのレーザ投光器１による出力周波数を繰り返し周波数をＳ（Ｈｚ）とした場合、主走査方向Ｘにおいてレーザレーダヘッド５乃至支柱Ｂから距離Ｌの位置を走査する走査光ＬＢ１の、主走査方向Ｘにおける空間分解能Ｄは、Ｄ≒Ｌ×ｔａｎ（ω／Ｓ）［ｍ］となる。
【００３６】
この式からも明らかなように、走査光ＬＢ１が走査する箇所が主走査方向Ｘにおいてレーザレーダヘッド５から遠くなるほど走査光ＬＢ１の空間分解能Ｄは大きくなる。このため、主走査方向Ｘにおいてレーザレーダヘッド５から距離Ｌｍａｘ離れた監視領域Ａを走査光ＬＢ１が走査する際に、必要な空間分解能Ｄが得られるように、繰り返し周波数Ｓを決定する。
【００３７】
また、光の速度はＶ［ｍ／ｓｅｃ］であるから、レーザレーダヘッド５から距離Ｌｍａｘ離れた監視領域Ａに走査光ＬＢ１が到達しその反射光ＬＢ２がレーザレーダヘッド５に戻るまでの所要時間は、およそ、２Ｌ／Ｖ［ｓｅｃ］で表すことができる。したがって、繰り返し周波数Ｓは、Ｖ／２Ｌ［Ｈｚ］以下に設定する。
【００３８】
上述したようにして決まる繰り返し周波数Ｓは、レーザ投光器１によるレーザ光ＬＢの出力周波数であるだけでなく、レーザ投光器１のドライバ回路１ａが光ファイバ増幅器１ｂの不図示のＱスイッチに出力するパルス信号の周波数でもある。パルス信号の周波数はパルス信号の周期の逆数であるから、上述した光ファイバ増幅器１ｂの特性からして、繰り返し周波数Ｓは走査光ＬＢ１の強度を左右する。
【００３９】
ところで、受光器２により受光される反射光ＬＢ２の強度は、走査光ＬＢ１が照射される監視領域Ａ中の箇所が主走査方向Ｘにおいてレーザレーダヘッド５から遠いほど弱くなる。これは、走査光ＬＢ１の照射箇所からの反射光ＬＢ２が拡散しながらレーザレーダヘッド５に到来し、その強度が、レーザレーダヘッド５から走査光ＬＢ１の照射箇所までの距離Ｌの二乗に反比例して弱まるからである。
【００４０】
そのため、主走査方向Ｘにおいてレーザレーダヘッド５から最も遠い、監視領域Ａのレーザレーダヘッド５から距離Ｌｍａｘ離れた箇所に照射する走査光ＬＢ１の強度は、そこからの反射光ＬＢ２が検出可能な強度で受光器２により受光されるような強度である必要がある。そこで、繰り返し周波数Ｓを決めたならば、レーザ投光器１の種光強度を、主走査方向Ｘにおいてレーザレーダヘッド５から最も遠い監視領域Ａからの反射光ＬＢ２が十分な強度で受光器２により受光されるような強度に決定する。
【００４１】
一方、走査光ＬＢ１の照射箇所が主走査方向Ｘにおいてレーザレーダヘッド５に近くなると、レーザレーダヘッド５から走査光ＬＢ１の照射箇所までの距離Ｌが短いことから、反射光ＬＢ２がレーザレーダヘッド５に到達するまでに拡散する度合いは、走査光ＬＢ１の照射箇所が主走査方向Ｘにおいてレーザレーダヘッド５から遠い場合に比べて少なくなる。したがって、例えば、主走査方向Ｘにおいてレーザレーダヘッド５から最も遠い距離Ｌｍａｘの監視領域Ａに走査光ＬＢ１を照射するときと同じ強度で他の監視領域Ａに走査光ＬＢ１を照射すると、距離Ｌの二乗に反比例する反射光ＬＢ２の強度が強すぎて、反射光ＬＢ２を受光した受光器２が出力する受光タイミング信号が光学的に飽和してしまう可能性がある。受光タイミング信号が光学的に飽和すると、レーザレーダによる三次元物体認識の精度に悪影響が及んでしまう。
【００４２】
このため、監視領域Ａの走査光ＬＢ１が照射される箇所が主走査方向Ｘにおいてレーザレーダヘッド５に近くなるほど、走査光ＬＢ１の強度を弱くする必要がある。
【００４３】
上述したように、走査光ＬＢ１の強度を左右するファクタとしては、ドライバ回路１ａが光ファイバ増幅器１ｂの不図示のＱスイッチに出力するパルス信号の周波数と種光強度がある。このうち、種光強度を動的に変化させることは技術的に困難である。一方、パルス信号の周波数を動的に変化させることは技術的に可能である。上述した光ファイバ増幅器１ｂの特性から、パルス信号の周波数を高くする（周期を短くする）と、レーザ光ＬＢ乃至走査光ＬＢ１の強度が弱くなる。
【００４４】
そこで、主走査方向Ｘにおけるレーザレーダヘッド５からの距離Ｌが距離Ｌｍａｘよりも近い監視領域Ａについては、ドライバ回路１ａがレーザダイオード１ｃに出力するパルス信号の周波数を、走査光ＬＢ１の照射箇所の主走査方向Ｘにおけるレーザレーダヘッド５からの距離Ｌが短くなるほど高い値に決定する。
【００４５】
本実施形態では、パルス信号の周波数を上記の距離Ｌに応じて決定するために、図４の説明図に示すように、監視領域Ａを主走査方向ＸにおいてＮ＋１の領域に等間隔に区分している。各区分領域の境界位置Ｌ１〜ＬＮは、各境界位置Ｌ１〜ＬＮに照射される走査光ＬＢ１の主走査方向Ｘにおける走査角度θ１〜θＮによって定義することもできる。
【００４６】
そして、主走査方向Ｘにおけるレーザレーダヘッド５からの距離Ｌが最も遠い距離ＬＮ〜距離Ｌｍａｘの区分領域については、上述のようにして決定した繰り返し周波数Ｓを、ドライバ回路１ａが出力するパルス信号の周波数とする。また、その他の区分領域については、各区分領域の主走査方向Ｘにおけるレーザレーダヘッド５からの距離Ｌに応じて、繰り返し周波数Ｓよりも高い周波数にそれぞれ決定する。
【００４７】
ここで、上述した光ファイバ増幅器１ｂの特性から、ドライバ回路１ａが出力するパルス信号の周波数をｎ倍すると、レーザ光ＬＢ乃至走査光ＬＢ１の強度は１／ｎに減る。これを利用して、本実施形態では、図４に示す各区分領域を走査光ＬＢ１が走査するときのドライバ回路１ａが出力するパルス信号の周波数を、レーザレーダヘッド５からの距離Ｌが近い区分領域から、レーザレーダヘッド５からの距離Ｌが２番目に遠い距離ＬＮ−１〜ＬＮの区分領域まで、順に、ｎＳ、（ｎ−１）Ｓ、（ｎ−２）Ｓ、・・・、２Ｓに決定する。
【００４８】
これにより、レーザレーダヘッド５側への反射効率が高いレーザレーダヘッド５寄りの監視領域Ａ（区分領域）ほど走査光ＬＢ１の強度を弱くして、反射光ＬＢ２を受光した受光器２から出力される受光タイミング信号が光学的に飽和しないようにすることができる。
【００４９】
そのために、図１に示す制御器１３は、走査光ＬＢ１が照射される区分領域が変わる毎に、ドライバ回路１ａが出力するパルス信号の周波数を順次変化させる。走査光ＬＢ１が照射される区分領域は、ポリゴンスキャナ１１ａから入力される角度情報の示すポリゴンミラー１１の回転角度に基づいて判別することができる。
【００５０】
そして、制御器１３は、距離演算器１４からの距離情報と、ポリゴンスキャナ１１ａやガルバノスキャナ１２ａから受け取った角度情報に基づいて特定した、監視領域Ａにおける走査光ＬＢ１の照射箇所の座標値とから、監視領域Ａに侵入した物体を検出し、検出結果を出力する。
【００５１】
なお、距離演算器１４は、走査光ＬＢ１の光路上に存在する物体のレーザレーダヘッド５からの距離の演算を、制御器１３からの投光指令と受光器２からの受光タイミング信号とが入力される度に行うことができる。そして、投光指令と受光タイミング信号は、ドライバ回路１ａが出力するパルス信号の周期と同じ周期で入力される。したがって、投光指令と受光タイミング信号が入力される度に距離演算器１４が距離を演算するとすれば、距離演算器１４は、走査光ＬＢ１が照射される区分領域が主走査方向Ｘにおいてレーザレーダヘッド５に近いほど、短い周期で演算を行わなければならなくなる。そうすると、距離演算器１４の処理上の負担が大きくなってしまう。
【００５２】
そこで、例えば走査光ＬＢ１が、主走査方向Ｘにおけるレーザレーダヘッド５からの距離Ｌが最も遠い距離ＬＮ〜距離Ｌｍａｘの区分領域を除く他の区分領域に照射されているときに、制御器１３からの投光指令と受光器２からの受光タイミング信号を用いた距離の演算を、距離演算器１４が間引きして行うようにしても良い。
【００５３】
具体的には、例えば、主走査方向Ｘにおける監視領域Ａのどの区分領域を走査光ＬＢ１が走査しているときにも、制御器１３からの投光指令と受光器２からの受光タイミング信号が入力される最も長い周期（＝１／繰り返し周波数Ｓ）毎に、距離演算器１４が距離の演算を行うようにしても良い。
【００５４】
なお、上述したように、距離演算器１４が距離の演算を間引きして行う構成は省略しても良い。また、監視領域Ａを図４に示すような区分領域に区分する場合、主走査方向Ｘにおける走査光ＬＢ１の走査本数と同じ数に監視領域Ａを区分するようにしても良い。そうすれば、事実上、主走査方向Ｘにおける走査光ＬＢ１の照射箇所がレーザレーダヘッド５に近づくほど、走査光ＬＢ１の強度を弱くすることができる。
【００５５】
また、本実施形態では、監視領域Ａの主走査方向Ｘにおけるレーザレーダヘッド５からの距離によって、走査光ＬＢ１の強度が変化する場合の構成を例に取って説明した。しかし、監視領域Ａの副走査方向Ｙにおけるレーザレーダヘッド５からの距離によって、走査光ＬＢ１の強度が変化する構成としても良い。その場合は、副走査方向Ｙが請求項中の走査方向に相当し、ガルバノミラー１２が請求項中の走査手段に相当することになる。そして、制御器１３が、監視領域Ａにおける走査光ＬＢ１の照射箇所までのレーザレーダヘッド５からの距離が副走査方向Ｙにおいて変化するのに合わせて、ドライバ回路１ａが出力するパルス信号の周波数を順次変化させることになる。
【符号の説明】
【００５６】
１ レーザ投光器
１ａ ドライバ回路
１ｂ 光ファイバ増幅器
１ｃ レーザダイオード
１ｄ 光ファイバ
２ 受光器
５ レーザレーダヘッド
６ 制御装置
１１ ポリゴンミラー
１１ａ ポリゴンスキャナ
１２ ガルバノミラー
１２ａ ガルバノスキャナ
１３ 制御器
１４ 距離演算器
Ａ 監視領域
Ｂ 支柱
ＬＢ レーザ光
ＬＢ１ 走査光
ＬＢ２ 反射光
Ｘ 主走査方向
Ｙ 副走査方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザレーダから出力されて所定の監視領域を走査した走査光の反射光を前記レーザレーダで受光することで、前記監視領域に存在する物体を検出する装置において、
前記レーザレーダは、種光を出力する種光源と、前記種光が入射され自身のスイッチング周期に応じたゲインで前記種光を増幅しレーザ光を発振する光ファイバ増幅器と、該光ファイバ増幅器が発振する前記レーザ光を所定の走査方向に走査させて前記走査光とする走査手段とを有しており、
前記光ファイバ増幅器は、前記監視領域の前記走査光によって走査される箇所が該走査光の走査方向において前記レーザレーダから遠ざかるほど、長いスイッチング周期に応じたゲインで、前記走査光に対応する前記種光を増幅する、
ことを特徴とする物体検出装置。
【請求項２】
前記光ファイバ増幅器は、前記走査手段による前記走査光の前記監視領域に対する前記走査方向における走査角度に基づいて決定した、前記走査方向における、前記監視領域の前記走査光によって走査される箇所に対応する前記スイッチング周期に応じたゲインで、前記種光を増幅することを特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
【請求項３】
前記光ファイバ増幅器は、前記監視領域を前記走査方向において複数の領域に区分した各区分領域にそれぞれ照射される前記走査光に対応する前記種光を、前記各区分領域の前記発光手段からの前記走査方向における距離に対応する前記スイッチング周期に応じたゲインで増幅することを特徴とする請求項１又は２記載の物体検出装置。
【請求項１】
レーザレーダから出力されて所定の監視領域を走査した走査光の反射光を前記レーザレーダで受光することで、前記監視領域に存在する物体を検出する装置において、
前記レーザレーダは、種光を出力する種光源と、前記種光が入射され自身のスイッチング周期に応じたゲインで前記種光を増幅しレーザ光を発振する光ファイバ増幅器と、該光ファイバ増幅器が発振する前記レーザ光を所定の走査方向に走査させて前記走査光とする走査手段とを有しており、
前記光ファイバ増幅器は、前記監視領域の前記走査光によって走査される箇所が該走査光の走査方向において前記レーザレーダから遠ざかるほど、長いスイッチング周期に応じたゲインで、前記走査光に対応する前記種光を増幅する、
ことを特徴とする物体検出装置。
【請求項２】
前記光ファイバ増幅器は、前記走査手段による前記走査光の前記監視領域に対する前記走査方向における走査角度に基づいて決定した、前記走査方向における、前記監視領域の前記走査光によって走査される箇所に対応する前記スイッチング周期に応じたゲインで、前記種光を増幅することを特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
【請求項３】
前記光ファイバ増幅器は、前記監視領域を前記走査方向において複数の領域に区分した各区分領域にそれぞれ照射される前記走査光に対応する前記種光を、前記各区分領域の前記発光手段からの前記走査方向における距離に対応する前記スイッチング周期に応じたゲインで増幅することを特徴とする請求項１又は２記載の物体検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２５７１９２（Ｐ２０１１−２５７１９２Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３０３８０（Ｐ２０１０−１３０３８０）
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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