JP5741833B2 - レーザレーダ装置及びレーザレーダ法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザレーダ装置及びレーザレーダ法に関するものである。

例えば、特許文献１に示すように、海上の船舶を検知するために、三次元レーザレーダ装置が用いられている。
この三次元レーザレーダ装置は、測定空間に対して測定用レーザ光を走査しながら投光し、測定用レーザ光の戻り光を受光することによって得られる点データの分布から海上の船舶を検知する。
より詳細には、三次元レーザレーダ装置は、測定用レーザ光の戻り光が受光されるか否かによって検知対象物の有無を検知し、また測定用レーザ光を射出してから戻り光が受光されるまでの時間から検知した検知対象物までの距離を計測すると共に測定用レーザ光の射出角度から検知対象物の方位を計測する。

このような三次元レーザレーダ装置では、検知対象物以外の領域で測定用レーザ光が反射して発生する戻り光と、船舶等の検知対象物で測定用レーザ光が反射して発生する戻り光とを識別することができない。
一方、測定用レーザ光は、波の立ち上がり領域や波が崩れる際に生じる白波等の波の一部で反射される場合がある。
このため、三次元レーザレーダ装置は、波の一部で測定用レーザ光が反射して発生した戻り光を識別することができず、波の一部を船舶であると誤検知する可能性がある。

このような誤検知は、海面よりも下方をマスキングして存在しないものとすることによって防ぐことが可能である。このため、三次元レーザレーダ装置において、海面高さに基づいて設定される基準面を予め記憶し、この基準面よりも下方の点データを無視することによって波の一部を船舶と誤検知することを防ぐことが考えられる。

ところが、上述のように波の一部で反射される場合を除き基本的に測定用レーザ光が海面に対して全反射するため、海面では三次元レーザレーダ装置に到達する戻り光が発生しない。このため、三次元レーザレーダ装置では、海面位置の計測を行うことができない。一方で、周知のように潮の満ち引きによって海面の高さは常に変動してしまう。
このため、特許文献１では、ＧＰＳや電波時計、ジャイロコンパス等を用いて潮位を算出して、上述の基準面を常に補正する方法が提案されている。

特開２００８−２８１３８０号公報

しかしながら、潮位を算出するためには、上述のようにＧＰＳ、電波時計及びジャイロコンパス等の機器を三次元レーザレーダ装置に搭載する必要が生じ、三次元レーザレーダ装置の複雑化を招くこととなる。
つまり、このような三次元レーザレーダ装置では、ＧＰＳ、電波時計及びジャイロコンパスの各々が正常に作動していなければ正確に潮位を算出することができないため、装置の信頼性が低下する。

また、ＧＰＳ、電波時計及びジャイロコンパス等を用いて算出される海面位置は、三次元レーザレーダに対する海面位置ではなく、陸地に対する海面位置（潮位）である。このため、電波時計及びジャイロコンパス等の機器を搭載する三次元レーザレーダ装置は、陸地に対して固定する必要がある。
仮に上記三次元レーザレーダ装置を船舶等の移動体に搭載した場合には、正確に海面位置を算出することができずに正確にマスキングを行うことが難しくなり、他の船舶等を検知できない恐れがある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、三次元レーザレーダ装置及び方法において、海面位置に関わらず、確実に検知対象物を検知可能とすることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の発明は、測定用レーザ光を測定空間に走査しながら投光し、上記測定用レーザ光の戻り光を受光器で受光することで得られる点データの分布から海上の検知対象物の検知を行うレーザレーダ装置であって、鉛直方向に連続して配列される複数の上記点データからなる連続点データ群のうち高さ距離が海上に発生する波の想定最大値を上限として設定される除外閾値以下の連続点データ群に含まれる上記点データを除外して上記検知対象物の検知を行う信号処理手段を備えるという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、水平方向の移動速度より鉛直方向の移動速度を速めて上記測定用レーザ光を走査する走査手段を備えるという構成を採用する。

第３の発明は、上記第２の発明において、上記走査手段は、上記測定用レーザ光を鉛直方向に走査するポリゴンスキャナと、上記測定用レーザ光を水平方向に走査するガルバノスキャナとを備えるという構成を採用する。

第４の発明は、 測定用レーザ光を測定空間に走査しながら投光し、上記測定用レーザ光の戻り光を受光器で受光することで得られる点データの分布から海上の検知対象物の検知を行うレーザレーダ法であって、鉛直方向に連続して配列される複数の上記点データからなる連続点データ群のうち高さ距離が海上に発生する波の想定最大値を上限として設定される除外閾値以下の連続点データ群に含まれる上記点データを除外して上記検知対象物の検知を行うという構成を採用する。

三次元レーザレーダ装置では、測定用レーザ光が検知対象物に照射された場合に発生する戻り光を受光することによって検知対象物を検知するが、当該戻り光は海面に形成される波の一部（波の立ち上がり領域や波の一部が崩れて形成される白波等）に測定用レーザ光が照射された場合にも発生する。
ただし、通常、海上における波は、三次元レーザレーダ装置の検知対象物でとなる船舶等と比較して高さが低い。このため、このような波の一部は、当然のことながら船舶等と比較してその高さが僅かなものとなる。
なお、波の進行方向としては、三次元レーザレーダ装置に対して前後方向である場合と、三次元レーザレーダ装置に対して左右方向である場合とが考えられる。測定用レーザ光が照射された場合に三次元レーザレーダ装置に到達する戻り光が発生する領域は、波の進行方向によって大きさが変化する。ただし、この領域の高さは、波の大きさを超えることはなく、船舶等と比較して十分に小さい。つまり、三次元レーザレーダ装置において検知されてしまう波の一部領域の高さは、波の進行方向に関わらず船舶等と比較して常に小さなものとなる。

そして、本発明は、このような知見に基づき、鉛直方向に連続して配列される複数の点データがグルーピングされて形成される連続点データ群のうち当該連続点データ群の高さ距離が波の想定最大値を上限として設定される除外閾値以下の連続点データ群に含まれる上記点データを除外して上記検知対象物の検知を行うという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明によれば、波の想定最大値を上限として設定される除外閾値以下の高さを有する連続点データ群に含まれる点データ（すなわち測定用レーザ光が波の一部によって散乱されて発生した戻り光を受光して得られた点データ）が削除されて検知対象物の検知が行われる。
つまり、本発明によれば、海面位置がどこに存在しようとも、波の一部に測定用レーザ光が反射して得られた点データが除外されるため、海面位置を取得することなく船舶等を検知することができる。

したがって、本発明によれば、海面位置に関わらず、確実に検知対象物を検知することが可能となり、ＧＰＳ、電波時計及びジャイロコンパス等を搭載する必要がなく、また陸地に限らず船舶等の移動体に対して搭載することも可能となる。

本発明の一実施形態における三次元レーザレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態における三次元レーザレーダ装置で得られる点データの分布を模式的に示す説明図である。 本発明の一実施形態における三次元レーザレーダ装置の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態におけるレーザセンサ装置の変形例の概略構成を示すブロック図である。 図４に示す本発明の一実施形態におけるレーザセンサ装置の変形例が備えるポリゴンミラー及びその周囲を拡大して示す三面図及び断面図である。 図４に示す本発明の一実施形態におけるレーザセンサ装置の変形例の更なる変形例が備えるポリゴンミラー及びその周囲を拡大して示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るレーザレーダ装置及びレーザレーダ法の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１は、本実施形態の三次元レーザレーダ装置Ｓ１（レーザレーダ装置）の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態の三次元レーザレーダ装置Ｓ１は、測定空間（検知対象物が存在する可能性のあるエリア）に対して測定用レーザ光を照射して船舶（検知対象物）の検知を行うものであり、当該測定空間に船舶が存在する場合に、その船舶の位置を示す信号を出力する。
そして、本実施形態の三次元レーザレーダ装置Ｓ１は、図１に示すように、レーザ投光器１と、受光器２と、ポリゴンスキャナ３と、ガルバノスキャナ４と、距離演算器５と、信号処理部６（信号処理手段）と、制御器７とを備えている。

レーザ投光器１は、ポリゴンスキャナ３に向けて測定用レーザ光Ｌ１を射出するものであり、制御器７から入力される投光指令に基づいて測定用レーザ光Ｌ１を射出する。

受光器２は、測定用レーザ光Ｌ１が反射（鏡面反射及び拡散反射を含む）されて生じる戻りレーザ光Ｌ２（戻り光）を受光して電気信号に変換して出力するものであり、ポリゴンスキャナ３によって案内された戻りレーザ光Ｌ２を受光する。
なお、受光器２は、戻りレーザ光Ｌ２を受光した際にパルス信号を出力するものであり、つまりは戻りレーザ光Ｌ２の受光タイミング情報を出力する。そして、受光器２は、距離演算器５と電気的に接続されており、距離演算器５に対して上記受光タイミング情報を入力する。

ポリゴンスキャナ３は、測定用レーザ光Ｌ１及び戻りレーザ光Ｌ２を案内すると共に、周面が反射面とされたポリゴンミラーを水平配置された回転軸を中心として連続的に回動させることによって、測定用レーザ光Ｌ１を鉛直方向に走査するものである。
なお、ポリゴンスキャナ３は、制御器７から入力される速度指令に基づいて稼働する。

ガルバノスキャナ４は、測定用レーザ光Ｌ１及び戻りレーザ光Ｌ２を案内すると共に、表面が反射面とされたガルバノミラーを水平面内で回動させることによって、測定用レーザ光Ｌ１を水平方向に走査するものである。
なお、ガルバノスキャナ４は、制御器７から入力される速度指令に基づいて稼働する。

このようなポリゴンスキャナ３とガルバノスキャナ４とが連動することによって、測定用レーザ光Ｌ１が鉛直方向及び水平方向に走査される。
なお、ポリゴンスキャナ３は、ガルバノスキャナ４と比較して測定用レーザ光Ｌ１を高速で走査することに適している。そして、本実施形態においては、上述のようにポリゴンスキャナ３が測定用レーザ光Ｌ１を鉛直方向に走査し、ガルバノスキャナ４が測定用レーザ光Ｌ１を水平方向に走査する。
このため、本実施形態の三次元レーザレーダ装置Ｓ１においては、ポリゴンスキャナ３とガルバノスキャナ４とが連動することによって、水平方向に移動速度より鉛直方向の移動速度が速められて測定用レーザ光Ｌ１が走査され、いわゆる縦方向のラスタスキャンが行われる。
このように、本実施形態の三次元レーザレーダ装置Ｓ１においては、本発明の走査手段がポリゴンスキャナ３とガルバノスキャナ４とによって構成されている。

距離演算器５は、測定空間に存在する測定用レーザ光Ｌ１を反射する反射体までの距離を算出するものである。
より詳細には、距離演算器５は、制御器７からレーザ投光器１に入力される投光指令を同時に入力され、この投光指令の入力タイミングと受光器２から入力される受光タイミングとの差から反射体までの距離を算出する。
なお、距離演算器５は、算出した距離情報を計測情報として信号処理部６に入力する。

信号処理部６は、図２に示すように、測定空間を示すグローバル座標系上に、戻りレーザ光Ｌ２が存在したことを示す点データを分布させる。
例えば、信号処理部６は、距離演算器５から計測情報が入力されると、当該計測情報の基となった戻りレーザ光Ｌ２が発生した位置を、制御器７から入力される測定用レーザ光Ｌ１の照射位置から取得し、上述のグローバル座標系上の戻りレーザ光Ｌ２が発生した位置に点データをプロットする。なお、測定用レーザ光Ｌ１の照射位置は、ポリゴンスキャナ３とガルバノスキャナ４から制御器７を介して入力される角度情報から求めることができる。
そして、図２においては、黒丸で示す位置が点データのプロットされた位置である。なお、図２においては、今後の説明を分かり易くするために、平面上に点データがプロットされているが、実際のグローバル座標系は、図２に示す平面に加えて奥行き方向を有しており、点データは立体的にプロットされる。

なお、信号処理部６は、各点データに対して、水平角度φ（ガルバノスキャナ４の回動角度）と、垂直角度θ（ポリゴンスキャナ３の回転角度）と、距離Ｒ（距離情報）とを関連付けて記憶する。つまり、本実施形態において信号処理部６によって得られる点データは、極座標系における座標を示している。

この信号処理部６では、測定用レーザ光Ｌ１が測定空間の全領域を走査された場合には、受光器２から見たグローバル座標系の全領域にて点データを分布させてグローバル座標系の各箇所における点データの有無を含めた分布データが取得されることとなる。

そして、本実施形態のレーザレーダ装置Ｓ１において信号処理部６は、上記グローバル座標系において連続する複数の点データからなる連続点データ群を抽出し、当該連続点データ群の高さ距離が海上に発生する波の想定最大値を上限として設定される除外閾値以下の小さな連続点データ群に含まれる点データを除外して検知対象物の検知を行う。
なお、この信号処理部６での処理は、後に図３に示すフローチャートを参照しながら詳しく説明する。

図１に戻り、制御器７は、本実施形態の三次元レーザレーダ装置Ｓ１の動作全体を制御するものであり、レーザ投光器１と、ポリゴンスキャナ３と、ガルバノスキャナ４と、距離演算器５と、信号処理部６とに電気的に接続されている。

続いて、図３を参照して本実施形態の三次元レーザレーダ装置Ｓ１の動作（レーザレーダ法）について説明する。
なお、以下の説明において、動作主体は、制御器７の制御の下で処理を行う信号処理部６である。また、以下の説明においては、信号処理部６が受光器２から見たグローバル座標系の全領域にて点データを取得している状態をスタートとして説明を行う。ただし、以下の動作は、必ずしもグローバル座標系の全領域にて点データを取得している状態からスタートする必要はなく、より処理時間を短くするために点データを取得しながら進めても良い。

信号処理部６は、まず図３に示すグローバル座標系にプロットされた点データをのうち、鉛直方向に連続して配列される点データ同士を連続点データ群として抽出する（ステップＳ１）。
ここで、点データが鉛直方向に連続して配列されるとは、２つの点データが鉛直方向に並びかつ隣接距離以内の離間距離とされていることを指す。なお、隣接距離は、単一の検知対象物として可能性のある距離であり、かつ、三次元レーザレーダ装置Ｓ１の分解能を超えない範囲で任意に設定可能である。具体的には、本実施形態における検知対象物は船舶であるため、隣接距離を２０ｃｍ程度に設定することが考えられる。
そして、信号処理部６は、上記隣接距離を予め記憶し、鉛直方向に並ぶ点データを極座標から直交座標に変換してこれらの点データ間の距離を算出し、この算出した距離が上述の隣接距離以下である場合には、これらの点データ同士を単一の連続点データ群とする。

なお、ここで信号処理部６は、鉛直方向に３つ以上の点データが連続すると共に隣合う点データ同士の距離が隣接距離以内である場合には、これらの全ての点データを１つの連続点データ群として抽出する。つまり、信号処理部６は、上下方向に一繋ぎで連なる全ての点データを１つの連続点データ群としてグルーピングする。この結果、図２に実線にて囲まれることによって示される連続点データ群が抽出される。
なお、本実施形態の三次元レーザレーダ装置Ｓ１において信号処理部６は、連続点データ群に属されなかった点データ（すなわち鉛直方向に連続しない点データ）を削除する。

続いて、信号処理部６は、ステップＳ１にて抽出された連続点データ群の高さ距離が予め記憶する除外閾値以下であるかの判定を行う（ステップＳ２）。

ここで、除外閾値とは、測定空間に含まれる海上にて発生が想定される波の想定最大値を上限として設定される高さ距離である。
なお、測定用レーザ光Ｌ１が照射された際に波において受光器２に到達する戻り光Ｌ２が発生する領域はごく一部である。このため、実験やシミュレーションによって、受光器２に到達する戻り光Ｌ２を発生する領域を取得し、この取得値に基づいて上記除外閾値を設定することも可能である。
つまり、本発明において除外閾値は、波の想定最大値とされている必要はなく、例えば、受光器２に到達する戻り光Ｌ２を発生する領域に基づく高さ距離を最小値、波の最大の高さ距離を最大値として設定することができる。
なお、ここでの波の想定最大値は、例えば、海面が穏やかな場合において想定される波の最大高さであっても良いし、海面が荒れている場合において想定される波の最大高さであっても良く、三次元レーザレーダ装置Ｓ１が設置される環境や検知したい検知対象物によって適宜設定される。

なお、上述のようにグローバル座標系における波の上下方向の大きさは、波の進行方向に関わらず常に小さいものとなる。このため、除外閾値も大きな値とはならず、グローバル座標系における船舶の大きさと比較すれば小さな値となる。

そして、信号処理部６は、ステップＳ２において、連続点データ群の高さ距離が除外閾値以下であると判定した場合には、この連続点データ群に属する点データの削除を行う（ステップＳ３）。
一方、ステップＳ２において、連続点データ群の高さ距離が除外閾値以下でないと判定した場合には、信号処理部６は、この連続点データ群を、検知対象物を示す部分点データ群として記憶する。

続いて、信号処理部６は、全ての点データに対して、ステップＳ１〜ステップＳ４に示す処理が完了しているかの判定を行い（ステップＳ５）、全ての点データに対するステップＳ１〜ステップＳ４に示す処理が完了するまで、対象とする点データを変更してステップＳ１〜ステップＳ４を繰り返す。

そして、信号処理部６は、ステップＳ５にて全ての点データの処理を完了したと判定した場合には、グローバル座標系にて隣り合う部分点データ群をグルーピングして船舶を示す物体点データ群の生成を行う（ステップＳ６）。
ここで、信号処理部６は、隣り合う部分点データ群がステップＳ１で用いた隣接距離以内に存在するかを判定し、隣接距離以内に存在する場合には、これらの部分点データ群が単一の船舶を示すものとしてグルーピングする。

最後に、信号処理部６は、ステップＳ６にて得られた物体点データ群に基づいて、検知対象物までの距離や方位を算出して、船舶の有無と合わせて当該船舶の位置を外部に出力する。
なお、船舶の位置は、物体点データ群から船舶の中心を求めて当該中心の位置としても良いし、物体点データ群から船舶の重心を求めて当該重心の位置としても良い。

以上のような本実施形態の三次元レーザレーダ装置Ｓ１及び三次元レーザレーダ法によれば、グローバル座標系における高さ距離が波の想定最大値を上限として設定される除外閾値以下の連続点データ群に含まれる点データが削除されて船舶の検知が行われる。
つまり、本実施形態の三次元レーザレーダ装置Ｓ１及び三次元レーザレーダ法によれば、海面の高さが何処に存在しようと、波を船舶と誤検知することを防止することができる。
したがって、本実施形態の三次元レーザレーダ装置Ｓ１及び三次元レーザレーダ法によれば、波の一部に測定用レーザ光が反射して得られた点データが除外されるため、海面位置を取得することなく船舶等を検知することができる。
つまり、本実施形態の三次元レーザレーダ装置Ｓ１及び三次元レーザレーダ法によれば、海面位置に関わらず、確実に検知対象物を検知することが可能となり、ＧＰＳ、電波時計及びジャイロコンパス等を搭載する必要がなく、また陸地に限らず船舶等の移動体に対して搭載することも可能となる。

また、本実施形態の三次元レーザレーダ装置Ｓ１においては、波の一部に測定用レーザ光が反射して得られた点データが除外されるため、この除外される点データの隣接距離以内に他の点データが存在するか否かの計算を行う必要がなくなる。
このため、本実施形態の三次元レーザレーダ装置Ｓ１によれば、物体点データ群の生成を行う際の信号処理部６の負荷を低減させることができる。

また、本実施形態の三次元レーザレーダ装置Ｓ１においては、ポリゴンスキャナ３とガルバノスキャナ４とを用いることによって、水平方向の移動速度より鉛直方向の移動速度を速めて測定用レーザ光Ｌ１を走査する構成（いわゆるラスタスキャン）を実現している。
このように、水平方向の移動速度より鉛直方向の移動速度を速めて測定用レーザ光Ｌ１を走査することによって、鉛直方向に連続する点データの取得タイミングが近づき、波の進行速度が前後方向に速い場合であっても、実際の波の大きさよりも広い範囲で当該波を示す点データが取得されることを防止することができる。
このため、このような本実施形態の三次元レーザレーダ装置Ｓ１によれば、船舶の検知精度をより高めることが可能となる。

また、いわゆるラスタスキャンを採用することによって、鉛直方向に連続して配列される点データ（連続点データ群を構成する点データ）は、その取得タイミングが時系列的に連続することとなる。
このため、ラスタスキャンを行いながら、上述の動作を行う場合には、点データの取得しながら直ぐに連続点データ群を抽出することができると共に、直ぐに除外閾値以下の高さの連続点データ群を構成する点データを除外することができる。したがって、最も短時間で必要とされない点データを除外することができ、信号処理部６の負担をより低減させることが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、検知しようとする検知対象物が船舶である構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、検知しようとする検知対象物が船舶以外のものであっても、その大きさが波に対して十分に大きいものであれば検知することが可能である。

また、上記実施形態においては、測定用レーザ光Ｌ１を水平方向よりも鉛直方向に速く移動させる構成を採用した。
しかしながら、測定用レーザ光Ｌ１の移動速度が波や船舶の進行速度と比較して十分に速い場合には、上記構成に拘る必要はない。

また、上記実施形態においては、走査手段がポリゴンスキャナ３とガルバノスキャナ４とからなる構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、回転プリズムを用いたスキャナ等の他のスキャナを用いて走査手段を構成することもできる。
また、ガルバノミラーを備えずにポリゴンミラーを交差する２軸を中心として回転可能とする走査手段、ポリゴンミラーを備えずにガルバノミラーを交差する２軸を中心として回転可能とする走査手段、あるいは、ポリゴンスキャナを水平方向走査に用いてガルバノスキャナを鉛直方向走査に用いる走査手段を用いることも可能である。

以下に、レーザレーダ装置の他の形態について説明する。
図４は、レーザセンサ装置Ｓ２の概略構成を示すブロック図である。
また、図５は、レーザセンサ装置Ｓ２が備えるポリゴンミラー及びその周囲を拡大して示す三面図及び断面図である。
レーザセンサ装置Ｓ２は、測定対象エリア（測定対象物が存在する可能性のあるエリア）に対して測定用レーザ光を照射して測定を行うものであり、当該測定対象エリアに測定対象物が存在する場合に、その測定対象物の位置や形状を示す信号を出力する。
そして、レーザセンサ装置Ｓ２は、図４に示すように、レーザ投光器１１と、受光器１２と、ポリゴンミラー１３と、回転用モータ１４と、回動用モータ１５と、距離演算器１６と、制御器１７とを備えている。

レーザ投光器１１は、ポリゴンミラー１３の周面（反射面）に向けて測定用レーザ光Ｌ１を射出するものであり、図５に示すように、測定用レーザ光Ｌ１の光源となる投光光源１１ａと、当該投光光源１１ａを囲んで保護する投光カバー１１ｂと、投光光源１１ａから射出された測定用レーザ光Ｌ１をポリゴンミラー１３に向けて案内する投光レンズ１１ｃとを備えている。
なお、レーザ投光器１１は、制御器１７から入力される投光指令に基づいて測定用レーザ光Ｌ１を射出する。

受光器１２は、測定用レーザ光Ｌ１が測定対象物に照射されて反射することによって生じる戻りレーザ光Ｌ２を受光して電気信号に変換して出力するものであり、ポリゴンミラー１３の周面（反射面）によって反射されて案内された戻りレーザ光Ｌ２を受光する。
この受光器１２は、図５に示すように、戻りレーザ光Ｌ２を電気信号に変換する受光素子１２ａと、当該受光素子１２ａを囲んで保護する受光カバー１２ｂと、ポリゴンミラー１３から反射された戻りレーザ光Ｌ２を受光素子１２ａに向けて案内する受光レンズ１２ｃとを備えている。
なお、受光器１２は、戻りレーザ光Ｌ２を受光した際にパルス信号を出力するものであり、つまりは戻りレーザ光Ｌ２の受光タイミング情報を出力する。そして、受光器１２は、距離演算器１６と電気的に接続されており、距離演算器１６に対して上記受光タイミング情報を入力する。

これらのレーザ投光器１１と受光器１２とは、図５に示すように、不図示の支持機構によって支持されて設置面に対して固定される側板８に対してポリゴンミラー１３の回転軸Ｌａ方向に並んで設置されている。
なお、後に詳説するが、レーザセンサ装置Ｓ２においてポリゴンミラー１３は、図６に示す回動軸Ｌｂを中心に回動される。そして、ポリゴンミラー１３が回動する際に、レーザ投光器１１及び受光器１２とポリゴンミラー１３との位置関係が大きくずれて測定用レーザ光Ｌ１と戻りレーザ光Ｌ２とがポリゴンミラー１３の周面から外れないように、これらのレーザ投光器１１及び受光器１２は、できるだけ回動軸Ｌｂに近づけて配置されている。

ポリゴンミラー１３は、測定用レーザ光Ｌ１及び戻りレーザ光Ｌ２を案内する反射面を周面として有する、平面視正方形の導光部材である。
本実施形態におけるポリゴンミラー１３は、回転用モータ１４によって回転軸Ｌａを中心として回転されると共に、図５に示すように、スリット１９によって回転軸Ｌａ方向に２つに分割されている。
より詳細には、ポリゴンミラー１３は、スリット１９によって、測定用レーザ光Ｌ１を案内する測定用レーザ光案内部１３ａと、戻りレーザ光Ｌ２を案内する戻りレーザ光案内部１３ｂとに分割されている。
なお、ポリゴンミラー１３には回転用モータ１４に接続される軸部１１０が貫通して取り付けられており、当該軸部１１０が回転用モータ１４によって回転駆動されることによってポリゴンミラー１３が回転される。

そして、レーザセンサ装置Ｓ２は、図５に示すように、ポリゴンミラー１３を収容する収容ケース１１１と、収容ケース１１１の内部に配置される遮光板１１２（遮光部）とを備えている。

本実施形態において収容ケース１１１は、図５に示すように、窓部１１１ａと支持部１１１ｂとから構成されている。

窓部１１１ａは、測定用レーザ光Ｌ１及び戻りレーザ光Ｌ２を通過可能な部位であり、例えばアクリル材によって形成されている。この窓部１１１ａは、レーザセンサ装置Ｓ２が測定を行う側に向けて配置されており、不図示の支持機構によって設置面に対して固定されている。
そして、図５に示すように、本実施形態において窓部１１１ａは、回動軸Ｌｂ方向から見て、回動軸Ｌｂを中心とする円弧状に形状設定されている。

支持部１１１ｂは、軸部１１０を軸支することによって当該軸部１１０に固定されたポリゴンミラー１３を支持するものであり、収容ケース１１１の窓部１１１ａ以外の領域を形成している。
この支持部１１１ｂは、測定用レーザ光Ｌ１及び戻りレーザ光Ｌ２に対して不透明な材料によって形成されており、例えば遮光板１１２と同一の材料によって形成されている。
そして、支持部１１１ｂは、窓部１１１ａ側と、レーザ投光器１１及び受光器１２側とに、測定用レーザ光Ｌ１及び戻りレーザ光Ｌ２を通過可能とする開口を有している。

そして、本実施形態において支持部１１１ｂは、回動用モータ１５と機械的に接続されており、当該回動用モータ１５によって図５に示す回動軸Ｌｂを中心として回動可能に不図示の支持機構によって軸支されている。
なお、支持部１１１ｂの窓部１１１ａ側の先端１１１ｃは、窓部１１１ａに対して僅かに隙間を空けて対向配置されている。
ここで、収容ケース１１１の窓部１１１ａは設置面に固定され、支持部１１１ｂは回動可能に軸支されている。このため、支持部１１１ｂを回動させた際には、窓部１１１ａと支持部１１１ｂとの位置関係が変化する。ただし、窓部１１１ａが回動軸Ｌｂを中心とする円弧状に形状設定されているため、支持部１１１ｂの窓部１１１ａ側の先端１１１ｃから窓部１１１ａまでは、常に僅かな隙間に保たれることとなる。

遮光板１１２は、収容ケース１１１の内部に配置され、収容ケース１１１の内部を、レーザ投光器１１からポリゴンミラー１３の測定用レーザ光案内部１３ａに至る測定用レーザ光案内空間Ｋ１（第１空間）と、ポリゴンミラー１３の戻りレーザ光案内部１３ｂから受光器１２に至る戻りレーザ光案内空間Ｋ２（第２空間）とに分割している。
この遮光板１１２は、測定用レーザ光Ｌ１及び戻りレーザ光Ｌ２に対して不透明な材料によって形成されており、測定用レーザ光案内空間Ｋ１から戻りレーザ光案内空間Ｋ２への光の侵入、及び、レーザ光案内空間Ｋ２から測定用レーザ光案内空間Ｋ１への光の進入を防ぐものである。
そして、レーザセンサ装置Ｓ２においては、遮光板１１２がポリゴンミラー１３のスリット１９内にも配設されており、これによって遮光板１１２にて支持部１１１ｂに囲まれた空間が、完全に測定用レーザ光案内空間Ｋ１と戻りレーザ光案内空間Ｋ２とに隔離されている。
なお、遮光板１１２の窓部１１１ａ側の先端１１２ａは、窓部１１１ａに対して僅かに隙間を空けて対向配置されている。そして、遮光板１１２は、支持部１１１ｂの回動に伴って回動軸Ｌｂを中心に回動され、この際、遮光板１１２の窓部１１１ａ側の先端１１２ａから窓部１１１ａまでは、常に僅かな隙間に保たれる。

図４に戻り、回転用モータ１４は、ポリゴンミラー１３を回転させることによって測定用レーザ光Ｌ１を回転軸Ｌａ及び光軸と直交する方向（第１方向）に走査ものであり、例えば減速機等を挟んで軸部１１０（図５参照）と接続されている。
なお、本実施形態においては、回転軸Ｌａが水平となるように配設されている。このため、ポリゴンミラー１３が回転されることによって測定用レーザ光Ｌ１が垂直方向に走査される。
なお、回転用モータ１４は、制御器１７から入力される速度指令に基づいてポリゴンミラー１３を回転させる。また、回転用モータ１４には、不図示のエンコーダが設置されており、当該エンコーダから回転用モータ１４の角度情報が制御器１７に入力される。

回動用モータ１５は、回動軸Ｌｂを中心として収容ケース１１１の支持部１１１ｂを回動することによって、上記回動軸Ｌｂを中心として支持部１１１ｂに軸支されたポリゴンミラー１３を回動させるものである。
ここで、回動軸Ｌｂは、回転軸Ｌａ（回転用モータ１４による回転の中心軸）に対して直交（交差）する中心軸である。このため、回動用モータ１５によってポリゴンミラー１３が回動されることによって、測定用レーザ光Ｌ１がポリゴンミラー１３の回転軸Ｌａを中心とする回転による走査方向と異なる方向（第２方向）に走査される。
なお、本実施形態においては、回動軸Ｌｂが垂直となるように配設されている。このため、ポリゴンミラー１３が回動されることによって測定用レーザ光Ｌ１が水平方向に走査される。
なお、回動用モータ１５は、制御器１７から入力される速度指令に基づいてポリゴンミラー１３を回動させる。また、回動用モータ１５には、不図示のエンコーダが設置されており、当該エンコーダから回動用モータ１５の角度情報が制御器１７に入力される。

距離演算器１６は、測定領域に存在する測定用レーザ光を反射する反射体までの距離を算出して、この算出結果を距離情報として制御器１７に入力するものである。
より詳細には、距離演算器１６は、制御器１７からレーザ投光器１１に入力される投光指令を同時に入力され、この投光指令の入力タイミングと受光器１２から入力される受光タイミングとの差から反射体までの距離を算出する。

制御器１７は、レーザセンサ装置Ｓ２の動作全体を制御するものであり、図４に示すように、レーザ投光器１１と、ポリゴンミラー１３と、回転用モータ１４と、回動用モータ１５と、距離演算器１６と電気的に接続されている。
そして、制御器１７は、上記実施形態の信号処理部６及び制御器７として機能する。

以上のようなレーザセンサ装置Ｓ２によれば、遮光板１１２によって、収容ケース１１１の内部空間が、レーザ投光器１１からポリゴンミラー１３の測定用レーザ光案内部１３ａに至る測定用レーザ光案内空間Ｋ１と、ポリゴンミラー１３の戻りレーザ光案内部１３ｂから受光器１２に至る戻りレーザ光案内空間Ｋ２とに分割されている。
つまり、レーザセンサ装置Ｓ２においては、収容ケース１１１の内部空間で測定用レーザ光案内空間Ｋ１から戻りレーザ光案内空間Ｋ２への光の入射及び戻りレーザ光案内空間Ｋ２から測定用レーザ光案内空間Ｋ１への光の入射が遮光板１１２によって防がれる。
このため、測定用レーザ光Ｌ１が収容ケース１１１内で意図せずに反射することによって発生する迷光が測定用レーザ光案内空間Ｋ１から戻りレーザ光案内空間Ｋ２に入射することを防止することができ、当該迷光が受光器１２に到達することを防ぐことができる。
したがって、レーザセンサ装置Ｓ２によれば、迷光による測定精度の悪化を防止することが可能となる。
このように迷光による測定精度の悪化が防止されることによって、戻りレーザ光Ｌ２の強度が弱くなる遠距離での測定を可能とすることができる。さらに、迷光が受光器１２に入射することを防止できるために、測定用レーザ光Ｌ１の出力を高めることが可能となり、より遠距離での測定が可能となる。

また、レーザセンサ装置Ｓ２によれば、回転用モータ１４によってポリゴンミラー１３が回転されることによって測定用レーザ光Ｌ１が垂直方向に走査され、回動用モータ１５によってポリゴンミラー１３が回動されることによって測定用レーザ光が水平方向に走査される。
このため、回転用モータ１４による回転と回動用モータ１５による回動とを組み合わせることによって、測定用レーザ光Ｌ１を三次元領域の全領域において走査することができる。
よって、レーザセンサ装置Ｓ２によれば、三次元領域での測定を行うことができる。

また、レーザセンサ装置Ｓ２によれば、ポリゴンミラー１３を回転及び回動させることによって測定用レーザ光Ｌ１が走査される。
このため、レーザセンサ装置Ｓ２の全体を移動させることなく測定用レーザ光Ｌ１を走査することができ、これによって測定用レーザ光Ｌ１を高速で走査することができる。

以上のように、レーザセンサ装置Ｓ２によれば、高速で三次元領域での測定を可能とし、さらに迷光による測定精度の悪化を防止することが可能となる。

また、レーザセンサ装置Ｓ２においては、測定用レーザ光案内部１３ａと戻りレーザ光案内部１３ｂとに分割するスリット１９をポリゴンミラー１３が有し、遮光板１１２がスリット１９内にも配設されている。
このため、支持部１２ｂの内部を測定用レーザ光案内空間Ｋ１と戻りレーザ光案内空間Ｋ２とに完全に隔離することができ、より迷光が受光器１２に入射することを防止することができる。

また、レーザセンサ装置Ｓ２においては、収容ケース１１１が、測定用レーザ光Ｌ１及び戻りレーザ光Ｌ２を通過可能に形成されると共に回動用モータ１５によるポリゴンミラー１３の回動中心（回動軸Ｌｂ）を中心とする円弧状に形状設定された窓部１１１ａと、ポリゴンミラー１３を支持すると共に回動用モータ１５によってポリゴンミラー１３と一緒に回動される支持部１１１ｂとを備える。
このため、収容ケース１１１の全体を回動させることなくポリゴンミラー１３を回動させることができると共に、収容ケース１１１の内部に異物が侵入することを防止することもできる。

また、レーザセンサ装置Ｓ２は、図６に示すような形態を採用することも可能である。
図６は、レーザセンサ装置Ｓ２が備えるポリゴンミラー１３及びその周囲を拡大して示す模式図である。
この図に示すように、レーザセンサ装置Ｓ２は、戻りレーザ光案内空間Ｋ２に遮光筒１３を備えている。
この遮光筒１３は、戻りレーザ光案内部１３ｂと受光器１２との間に配置されており、戻りレーザ光案内部１３ｂと受光器１２との間において、戻りレーザ光Ｌ２の光路を囲うものである。
この遮光筒１３は、例えば可視光に対して不透明な材料によって形成されており、遮光筒１３の内部領域への外乱光（迷光を含む）の侵入を防止するものである。

このような構成を有するレーザセンサ装置Ｓ２によれば、遮光筒１３によって、外乱光が受光器１２に到達することを防止することができる。
したがって、より測定精度を向上させることが可能となる。

なお、レーザセンサ装置Ｓ２においては、回転軸Ｌａと回動軸Ｌｂとが直交する構成を採用した。
しかしながら、回転軸Ｌａと回動軸Ｌｂとが交差していれば、測定用レーザ光Ｌ１を三次元領域で走査することが可能である。

また、レーザセンサ装置Ｓ２においては、回転軸Ｌａが水平に設定され、回動軸Ｌｂが垂直に設定された構成について説明した。
しかしながら、回転軸Ｌａを垂直に設定し、回動軸Ｌｂを水平に設定しても良い。

また、レーザセンサ装置Ｓ２においては、ポリゴンミラー１３の回転軸Ｌａ方向から見た形状が正方形である構成について説明した。
しかしながら、ポリゴンミラー１３の回転軸Ｌａ方向から見た形状は、三角形以上の多面体とすることができる。

Ｓ１，Ｓ２……三次元レーザレーダ装置（レーザレーダ装置）、２……受光器、３……ポリゴンスキャナ、４……ガルバノスキャナ、６……信号処理部（信号処理手段）、Ｌ１……測定用レーザ光、Ｌ２……戻りレーザ光（戻り光）

Claims (4)

1. 測定用レーザ光を測定空間に走査しながら投光し、前記測定用レーザ光の戻り光を受光器で受光することで得られる点データの分布から海上の検知対象物の検知を行うレーザレーダ装置であって、
   複数の前記点データから鉛直方向に連続して配列される複数の前記点データからなる連続点データ群を抽出し、抽出した前記連続点データ群のうち高さ距離が海上に発生する波の想定最大高さ距離を上限として設定される除外閾値以下の連続点データ群に含まれる前記点データを除外して前記検知対象物の検知を行う信号処理手段を備えることを特徴とするレーザレーダ装置。
2. 水平方向の移動速度より鉛直方向の移動速度を速めて前記測定用レーザ光を走査する走査手段を備えることを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
3. 前記走査手段は、
   前記測定用レーザ光を鉛直方向に走査するポリゴンスキャナと、
   前記測定用レーザ光を水平方向に走査するガルバノスキャナと
   を備えることを特徴とする請求項２記載のレーザレーダ装置。
4. 測定用レーザ光を測定空間に走査しながら投光し、前記測定用レーザ光の戻り光を受光器で受光することで得られる点データの分布から海上の検知対象物の検知を行うレーザレーダ法であって、
   複数の前記点データから鉛直方向に連続して配列される複数の前記点データからなる連続点データ群を抽出し、抽出した前記連続点データ群のうち高さ距離が海上に発生する波の想定最大高さ距離を上限として設定される除外閾値以下の連続点データ群に含まれる前記点データを除外して前記検知対象物の検知を行うことを特徴とするレーザレーダ法。

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