JP2023542383A - レーザレーダ - Google Patents

Abstract

本発明は、レーザレーダを提供する。レーザレーダは、出射ユニットと、第１の受光ユニットと、を備え、出射ユニットは、レーザ光を出射するために用いられ、出射ユニットが出射した光は、第１の対象物に出射され、第１の対象物の表面で反射され、第１の受光ユニットは、第１の対象物で反射された光を受光するために用いられ、レーザレーダは、光分割ユニットと、第２の受光ユニットと、をさらに備え、光分割ユニットは、出射ユニットの光の出射方向に設置され、出射ユニットから出射されたレーザ光を、事前設定角度をなす光の第１の経路光と第２の経路光とに分割するために用いられ、第１の経路光は、第１の方向に沿って第1の対称物に出射され、第２の経路光は、第１の方向に事前設定角度をなす第２の方向に沿って第２の対象物に出射され、第２の受光ユニットは、第２の対象物から反射された第２の経路光を受光するために用いられる。当該レーダは、光源を追加することなく、異なる方向の対象物を検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーダの技術分野に属し、特にレーザレーダに関する。

従来技術では、２Ｄレーザ走査レーダが動作する際に、１つの平面内の各反射対象物の距離情報を得ることができることによって、レーダを搭載したキャリアは、平面内の各物体の分布状態を算出することができ、走行中の衝突を回避するのを助ける。作業領域内の平面内の障害物を除いて、また、一部の高さにおける「閾値」もあり、キャリアの上端が障害物に衝突する可能性があるという問題がある。そのため、２Ｄレーザ走査レーダに付加的な機能を与え、前方の縦方向にある対象物を検出する必要があり、キャリアの最高位置が前方領域を通過することができるかどうかを判定するのを助ける。レーザ出射ユニットとレーザ受光ユニットとが同時に新たに追加された場合には、システムの複雑さ及びコストを増加させる。

そのため、構造が簡単で、低コストで、追加方向における対象物を検出できるレーザレーダを開発する必要がある。

本発明は、上記の技術的欠点を克服するために、簡単な構造で、低コストで、追加方向における対象物を検出できるレーザレーダを提供することを目的とする。

本発明は、レーザレーダを開示した。前記レーザレーダは、出射ユニットと、第１の受光ユニットと、を備え、前記出射ユニットは、レーザ光を出射するために用いられ、前記出射ユニットが出射した光は、第１の対象物に出射され、前記第１の対象物の表面で反射され、前記第１の受光ユニットは、前記第１の対象物から反射された光を受光するために用いられており、
前記レーザレーダは、光分割ユニットと、第２の受光ユニットと、をさらに備え、
前記光分割ユニットは前記出射ユニットの光の出射方向に設置され、前記出射ユニットが出射したレーザ光を、事前設定角度をなす第１の経路光と第２の経路光とに分割するために用いられ、前記第１の経路光は、第１の方向に沿って前記第1の対称物に出射され、前記第２の経路光は、前記第１の方向に事前設定角度をなす第２の方向に沿って前記第２の対象物に出射され、
前記第２の受光ユニットは、前記第２の対象物から反射された第２の経路光を受光するために用いられる。

好ましくは、前記第２の受光ユニットは、前記第２の方向の同軸方向に設置される。

好ましくは、前記レーザレーダは、処理ユニットをさらに備え、前記処理ユニットは、前記出射ユニットと、前記第１の受光ユニットと、前記第２の受光ユニットと、に接続され、前記処理ユニットは、前記第１の受光ユニットと前記第２の受光ユニットが受光したレーザ光に基づいて、前記レーザレーダと前記第１の対象物との間の第１の距離と、前記レーザレーダと前記第２の対象物との間の第２の距離とを算出するために用いられ、前記処理ユニットは、前記第２の距離と前記事前設定角度とに基づいて、前記レーザレーダに対する第２の対象物の高さを算出するために用いられる。

好ましくは、前記光分割ユニットは、ビームスプリッタプリズムである。

好ましくは、前記ビームスプリッタプリズムは、２つの三角プリズムを組み合わせて形成されている。

好ましくは、前記光分割ユニットは、半透過半反射ミラーと、反射ミラーと、を備え、前記半透過半反射ミラーは、前記出射ユニットが出射したレーザ光は、互いに直交する第１の経路光と第２の経路光とを分割するために用いられ、前記反射ミラーは、第２の経路光を反射して、反射された前記第２の経路光と前記第１の経路光とが、前記事前設定角度をなすために用いられる。

好ましくは、前記光分割ユニットは、ライトバーと、反射ミラー群とを備え、
前記ライトバーは、前記出射ユニットが出射したレーザ光は、互いに平行な第１の経路光と第２の経路光とを分割するために用いられ、前記反射ミラー群は、前記第２の経路光を反射するために用いられ、反射された前記第２の経路光と前記第１の経路光とが、前記事前設定角度をなすために用いられる。

好ましくは、前記出射ユニットは、レーザダイオードと、前記レーザダイオードから出射された光をコリメートする出射対物レンズと、を備え、
前記第１の受光ユニットは、第１の受光対物レンズと、第１のアバランシェフォトダイオードと、を備え、前記第１の受光対物レンズは、前記第１の対象物から反射された光を前記第１のアバランシェフォトダイオードに集光するために用いられ、
前記第２の受光ユニットは、第２の受光対物レンズと、第２のアバランシェフォトダイオードと、を備え、前記第２の受光対物レンズは、前記第２の対象物から反射された光を前記第２のアバランシェフォトダイオードに集光するために用いられる。

好ましくは、前記事前設定角度は、０度より大きく４５度未満である。

好ましくは、前記レーザレーダは、回転ユニットをさらに備え、前記回転ユニットは、前記出射ユニットと、前記光分割ユニットと、前記第１の受光ユニットと、前記第２の受光ユニットと、を周方向に回転するように駆動するために用いられる。

上記の技術的解決手段を採用した後、従来技術と比較して、下記の有益な効果がある。
光分割ユニットを用いて、出射ユニットが出射した光を分割して、１つの出射ユニットが出射した光は、２方向の対象物を検出することができ、出射ユニットを増加させる必要がなく、システムの複雑さが低減され、装置のコストが低減される。

本発明に係るレーザレーダ及びその光経路の概略図である 具体的な実施形態におけるレーザレーダの構造及び光経路の概略図である 図2における光分割プリズムの構成の概略図である。

次に、図面と具体的な実施例を併せて、本発明の利点を説明する。

ここで、例示的な実施形態について詳細に説明し、その例は添付図面に示される。以下の説明が添付図面を参照する時に、特に表示のない限り、異なる図面において同一の番号は、同一または類似の要素を表す。以下の例示的な実施形態で説明される実施形態は、本開示と一致するすべての実施形態を表すものではない。むしろ、それらは単に添付の特許請求の範囲に記載された、本開示のいくつかの態様と一致する装置および方法の例にすぎない。

本発明で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本発明の限定を意図するものではない。本発明及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形式の「一種」、「前記」及び「該」は、文脈が他の意味を明示しない限り、複数形式も含まれることも意図されている。本明細書で使用される用語「及び/又は」は、１つ又は複数の列挙された関連アイテムの任意又はすべての可能な組み合わせを含むことを指すことも理解されるべきである。

第１、第２，第３などの用語を用いて種々の情報を記載しているが、これらの用語に限定されるものではない。これらの用語は、同じタイプの情報を互いに区別するためにのみ使用される。例えば、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、第１の情報を第２の情報と呼ぶこともある。同様に、第２の情報を第１の情報とも呼ぶことがある。コンテキストに応じて、本明細書で使用される「若し……」という用語は、「……時に」または「……と」または「……に応じて」と解釈され得る。

本発明の説明では、「縦方向」、「横方向」、「上」、「下」、「前」、「後」、｛左｝、「右」、「垂直」、「水平」、「頂部」、「底部」、「内部」、「外部」等という用語で示される向きや位置関係は、図示の向きや位置関係に基づくものであると理解されるべきである。本発明の説明を容易にし、簡単に説明するためのものであり、装置または要素が特定の向きを有していなければならないこと、特定の向きで操作されることを示唆または暗示するものではないため、本発明に限定されるものではない

本発明の説明において、特に断りのない限り、及び定義されていない限り、「取付」、「連通」、「接続」という用語は広く理解されるべきであり、例えば、機械的接続又は電気的接続であってもよい。また、２つの要素の内部を直接的に連通してもよく、中間媒体を介して間接的に連通してもよい。当業者にとって、上記用語の具体的な意味は、特定の状況に応じて理解され得る。

以下の説明では、「モジュール」、「コンポーネント"」、または「モジュール」などの要素を表すために使用される「接尾辞」は、本発明に有益な例示に過ぎなく、それ自体が特定の意味を有さない。したがって、「モジュール」と「コンポーネント」とは、混在して使用されてもよい。

図１～図３に示すように、本発明は、以下を含むレーザレーダを提供する。

《出射ユニット》
前記出射ユニットは、レーザ光を出射するために用いられる。具体的には、図２に示すように、前記出射ユニットは、レーザダイオード１１０と、出射対物レンズ１２０とを備え、前記出射対物レンズ１２０は、前記レーザダイオード１１０によって生成されたレーザ光をコリメートするために用いられる。前記出射対物レンズ１２０は、凸レンズであることが好ましい。

《光分割ユニット》
前記光分割ユニットは、前記出射ユニットの光出射方向に配置され、前記出射ユニットが出射したレーザ光は、事前設定角度で第１の経路光と第２の経路光とに分割され、前記第１の経路光は、第１の方向に沿って第１の対称物に出射され、前記第２の経路光は、前記第１の方向に事前設定角度をなす第２の方向に沿って第２の対象物に出射される。前記第１の対象物と前記第２の対象物とは、異なる方向の独立した物体であってもよく、対象物全体の異なる部分であってもよい。好ましくは、前記事前設定角度は、０度より大きく４５度未満である。

図２に示すように、本実施形態では、前記光分割ユニットは、ビームスプリッタプリズム３００を備え、プリズムの角度を変えることにより、入射レーザを任意角度となる２つの光路に分割することができる。図３に示すように、ビームスプリッタプリズム３００は、２つの三角プリズム３１０、３２０を組み合わせて形成されてもよい。

いくつかの実施形態では、前記出射ユニットは、半透過半反射ミラーと、反射ミラーとを備え、半透過半反射ミラーは、前記出射ユニットが出射したレーザ光は、互いに直交する第１の経路光と第２の経路光とを分割するために用いられ、前記反射ミラーは、前記第２の経路光を反射し、反射された前記第２の経路光と前記第１の経路光を、前記事前設定角度をなす。前記反射ミラーは、平面反射ミラーであってもよく、反射プリズムであってもよく、当業者にとって、必要に応じて柔軟に設置してもよい

いくつかの実施形態では、前記光分割ユニットは、ライトバーと、リフレクタ群を備える。前記ライトバーは、２つの透光孔を有する遮光部材であり、前記出射ユニットから出射されたレーザ光を互いに平行な光の第1の経路光と第2の経路光に分割するために用いられ、前記反射ミラー群は、前記第２の経路光を反射するために用いられ、反射された前記第２の経路光と前記第１の光とを事前設定角度にする。前記反射ミラー群は、ある角度をなす２つの反射ミラーによって構成されていてもよい。

《第１の受光ユニット》
前記第１の受光ユニットは、前記第１の対象物から反射された第１の経路光を受光するために用いられる。図２に示すように、本実施形態では、前記第１の受光ユニットは、第１の受光対物レンズ２２０と、前記第１のアバランシェフォトダイオード２１０(ＡＰＤ)と、を備え、前記第１の受光対物レンズ２２０は、第１の対象物から反射された第１の経路光を前記アバランシェフォトダイオード２１０に収束させるために用いられる。前記第１の受光対物レンズ２２０は、凸レンズであることが好ましい。前記第１のアバランシェフォトダイオード２１０は、単一のアバランシェフォトダイオードであってもよく、アバランシェフォトダイオードからなるアレイであってもよく、具体的には、当業者にとって、必要に応じて柔軟に設置してもよい。

《第２の受光ユニット》
前記第２の受光ユニットは、前記第２の対象物から反射された第２の経路光を受光するために用いられる。好ましくは、前記第２の受光ユニットは、光分割ユニットから出射された第２の経路光と同軸上に設置することで、より良好な受光効果を得ることができる。図2に示すように、本実施形態では、前記第２の受光ユニットは、第２の受光対物レンズ４２０と、第２のアバランシェフォトダイオード４１０と、を備え、前記第２の受光対物レンズ４２０は、前記第２の対象物から反射された第２の経路光を前記第２のアバランシェフォトダイオード４１０に収束させるために用いられる。前記第２の受光対物レンズ４２０は、凸レンズであることが好ましい。前記第２のアバランシェフォトダイオード４１０は、単一のアバランシェフォトダイオードであってもよく、アバランシェフォトダイオードからなるアレイであってもよく、具体的には、当業者にとって、必要に応じて柔軟に設置してもよい。

好ましくは、前記レーザレーダは、さらに、以下を含む。

《回転ユニット》
前記回転ユニットは、周方向の対象物の検出を実現するように前記出射ユニットと、前記光分割ユニットと、前記第１の受光ユニットと、第２の受光ユニットと、を円周方向に回転するよう駆動するために用いられる。前記回転ユニットは、回転モータ及び支持座を備えてもよく、前記回転モータは、前記支持座を直接または前記伝達構造を介して回転するよう駆動し、前記出射ユニットと、前記光分割ユニットと、前記第１の受光ユニットと、前記第２の受光ユニットとは、前記支持座に固定的に設置されている。

《処理ユニット》
前記処理ユニットは、前記出射ユニットと、前記第１の受光ユニットと、前記第２の受光ユニットに接続され、前記処理ユニットは、前記第１の受光ユニットと前記第２の受光ユニットとが受光されたレーザ光に基づいて、前記レーザレーダと前記第１の対象物との間の第１の距離及び前記レーザレーダと前記第２の対象物との間の第２の距離を算出する。前記第１の距離と前記第２の距離は、レーザの出射と受光の時間および各ユニットがレーダにおける設置位置によって決定されることができ、これらは当技術分野での周知常識であり、詳細はここには説明されていない。好ましくは、前記第２の距離と前記事前設定角度とに基づいて、前記レーザレーダに対する前記第２の対象物の高さを算出し、ここの高さは以下のように理解され得る。前記第１の経路光と前記第２の経路光とが位置する平面を垂直面とし、前記レーザレーダと前記第２の対象物のとの間の第２の距離と事前設定角度に基づいて、前記第２の対象物が前記第１の経路光に対する垂直方向の高さを算出することができる。前記処理ユニットは、シングルチップマイクロコンピュータであることが好ましい。

いくつかの実施形態では、前記レーダは、送信ユニットが前記出射ユニットと、前記第１の受光ユニットと、前記第２の受光ユニットと、を接続するように設置されてもよく、その出射及び受光された情報を有線又は無線で外部端末装置に送信して演算処理を行う。

好ましくは、本発明のレーザレーダは、車両、例えば、ＡＶＧトロリーに用いられ、前記第1の経路光によってトロリーの進行方向の物体を検出し、前記第２の経路光によってトロリーの前方の縦方向の物体を検出することで、トロリー前方上端の障害物(一般的にはドアフレームの構造と同様)がトロリーの高さよりも低いかどうかを解析することができ、さらに、トロリーが安全に通過できるかどうかを判断する。

留意すべきは、本発明の実施例は好ましい実施形態を有し、本発明を如何なる形式で制限するものではなく、当業者は上記に開示の技術的内容と同等の変化である等価の実施形態を変更または修飾することができる。本発明の技術的解決手段内容から逸脱せず、本発明の実質的技術に基づいて上記の実施形態を如何に修正、同等の変化と修飾は、依然として本発明の技術的解決手段の保護範囲に属する。

１１０ レーザダイオード
１２０ 出射対物レンズ
２１０ 第１のアバランシェフォトダイオード
２２０ 第１の受光対物レンズ
３００ ビームスプリッタプリズム
３１０，３２０ 三角プリズム
４１０ 第２のアバランシェフォトダイオード
４２０ 第２の受光対物レンズ

Claims (10)

1. レーザレーダであって、
   前記レーザレーダは、
   出射ユニットと、第１の受光ユニットと、を備え、前記出射ユニットは、レーザ光を出射するために用いられ、前記出射ユニットが出射した光は、第１の対象物に出射され、前記第１の対象物の表面で反射され、前記第１の受光ユニットは、前記第１の対象物から反射された光を受光するために用いられており、
   前記レーザレーダは、
   光分割ユニットと、第２の受光ユニットと、をさらに備え、
   前記光分割ユニットは前記出射ユニットの光の出射方向に設置され、前記出射ユニットが出射したレーザ光を、事前設定角度をなす第１の経路光と第２の経路光とに分割するために用いられ、前記第１の経路光は、第１の方向に沿って前記第1の対称物に出射され、前記第２の経路光は、前記第１の方向に事前設定角度をなす第２の方向に沿って第２の対象物に出射され、
   前記第２の受光ユニットは、前記第２の対象物から反射された前記第２の経路光を受光するために用いられる
   ことを特徴とするレーザレーダ。
   
2. 前記第２の受光ユニットは、前記第２の方向の同軸方向に設置されることを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ。
   
3. 前記レーザレーダは、処理ユニットをさらに備え、前記処理ユニットは、前記出射ユニットと、前記第１の受光ユニットと、前記第２の受光ユニットと、に接続され、前記処理ユニットは、前記第１の受光ユニットと前記第２の受光ユニットが受光したレーザ光に基づいて、前記レーザレーダと前記第１の対象物との間の第１の距離と、前記レーザレーダと前記第２の対象物との間の第２の距離とを算出するために用いられ、
   前記処理ユニットは、前記第２の距離と前記事前設定角度とに基づいて、前記レーザレーダに対する前記第２の対象物の高さを算出するために用いられることを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ。
   
4. 前記光分割ユニットは、ビームスプリッタプリズムであることを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ。
   
5. 前記ビームスプリッタプリズムは、２つの三角プリズムを組み合わせて形成されていることを特徴とする請求項４に記載のレーザレーダ。
   
6. 前記光分割ユニットは、半透過半反射ミラーと、反射ミラーと、を備え、
   前記半透過半反射ミラーは、前記出射ユニットが出射したレーザ光は、互いに直交する前記第１の経路光と前記第２の経路光とを分割するために用いられ、前記反射ミラーは、前記第２の経路光を反射して、反射された前記第２の経路光と前記第１の経路光とが、前記事前設定角度をなすために用いられる
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ。
   
7. 前記光分割ユニットは、ライトバーと、反射ミラー群とを備え、
   前記ライトバーは、前記出射ユニットが出射したレーザ光は、互いに平行な前記第１の経路光と前記第２の経路光とを分割するために用いられ、前記反射ミラー群は、前記第２の経路光を反射するために用いられ、反射された前記第２の経路光と前記第１の経路光とが、前記事前設定角度をなすために用いられる
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ。
   
8. 前記出射ユニットは、レーザダイオードと、前記レーザダイオードから出射された光をコリメートする出射対物レンズと、を備え、
   前記第１の受光ユニットは、第１の受光対物レンズと、第１のアバランシェフォトダイオードと、を備え、前記第１の受光対物レンズは、前記第１の対象物から反射された光を前記第１のアバランシェフォトダイオードに集光するために用いられ、
   前記第２の受光ユニットは、第２の受光対物レンズと、第２のアバランシェフォトダイオードと、を備え、前記第２の受光対物レンズは、前記第２の対象物から反射された光を前記第２のアバランシェフォトダイオードに集光するために用いられる
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ。
   
9. 前記事前設定角度は、０度より大きく４５度未満であることを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ。
   
10. 前記レーザレーダは、回転ユニットをさらに備え、前記回転ユニットは、前記出射ユニットと、前記光分割ユニットと、前記第１の受光ユニットと、前記第２の受光ユニットと、を周方向に回転するように駆動するために用いられることを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ。

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