JP7440760B2

JP7440760B2 - レーザレーダ装置

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Publication number: JP7440760B2
Application number: JP2020068139A
Authority: JP
Inventors: 向志坂部
Original assignee: Denso Wave Inc
Current assignee: Denso Wave Inc
Priority date: 2020-04-06
Filing date: 2020-04-06
Publication date: 2024-02-29
Anticipated expiration: 2040-04-06
Also published as: JP2021165644A

Description

本開示は、レーザレーダ装置に関する。

特許文献１には、パルス状のレーザ光を射出して反射光を受信することにより、レーザ光を反射した物体までの距離を検出するレーザレーダ装置が開示されている。レーザレーダ装置には、レーザ光の射出と反射光の受信を行うための窓が設けられている。かかる窓は、レーザレーダ装置の前面に形成された開口部を、ガラスや樹脂などにより形成されてレーダ光の透過性を有する透光板により塞ぐことにより形成される。

特開２０２０－０１２７５９号公報

ところで、レーザレーダ装置は、防塵・防水を満足する密閉構造の筐体に収納されていることが多い。この理由は、屋外で使用することを想定しているためである。レーザレーダ装置の筐体内部には、電気回路や回転ミラーを駆動するモータがあり、筐体の外部に比べて筐体の内部の温度が高くなる傾向にある。筐体外の気温が天候の変化等で急に低下すると、透光板が冷やされて透光板の内面に結露が発生する。結露によってレーザレーダ装置の測定性能が低下する。従って、結露の発生を可能な限り早期に検出することが望ましい。しかしながら、従来は、結露の発生を早期に検出することに関する検討が十分になされていなかった。このような問題は、屋外用のレーザレーダ装置に限らず、屋内用のレーザレーダ装置にも共通する問題であった。

本開示は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本開示の一形態によれば、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、パルス状のレーザ光を射出する発光部と、前記レーザ光の反射光を受光する受光部とを有するレーザレーダ光学系と、前記レーザレーダ光学系を収容し、開口部を有するケースと、前記開口部を塞ぐように配置され、前記レーザ光と前記反射光を通過可能な透光板であって、他の部分よりも厚みのない薄肉部を有する透光板と、前記レーザ光を反射した物体までの距離を測定する距離測定部と、前記透光板の前記薄肉部における前記距離測定部の測定結果を用いて前記透光板に結露が生じたか否かを判定する結露判定部と、を備える。
このレーザレーダ装置において、透光板の薄肉部には外気温が伝わりやすいため、薄肉部の温度が他の部分よりも低くなり、薄肉部が他の部分よりも早く結露する。このレーザレーダ装置によれば、薄肉部における距離測定部の測定結果を用いて透光板に結露が生じたか否かを判定するので、透光板に結露が発生したことを早期に検出することができる。
（２）上記形態のレーザレーダ装置において、前記結露判定部は、前記透光板に結露が生じている場合に、当該レーザレーダ装置に結露が生じていることを外部装置に通知するものとしてもよい。
この形態のレーザレーダ装置によれば、外部装置に対して結露の発生を早期に通知できる。
（３）上記形態のレーザレーダ装置は、更に、前記透光板を加熱する加熱部を備え、前記結露判定部は、前記透光板に結露が生じている場合に、前記加熱部に加熱を開始させる加熱指令を送信するものとしてもよい。
この形態のレーザレーダ装置によれば、結露が生じている場合に、加熱部で透光板を加熱することによって結露を解消できる。特に、透光板の全域が結露する前に加熱部で透光板を加熱することにより、透光板全域での測定性能の低下を防止できる。更に、結露が発生したときのみ加熱部を動作させることにより、不要な電力消費を減らすことができる。
（４）上記形態のレーザレーダ装置において、前記結露判定部は、前記薄肉部の少なくとも一部における前記距離測定部の前記測定結果が、外部に物体が存在することを示す有効距離値から、外部に物体が存在しないことを示す無効距離値に変わった場合に、前記透光板に結露が生じたものと判定するものとしてもよい。
本開示の構成では、結露が生じると距離判定部の測定結果が有効距離値から無効距離値に変化する。そこで、薄肉部の特定の位置における距離測定部の測定結果を利用して、結露の有無を判定できる。
（５）上記形態のレーザレーダ装置において、前記結露判定部は、予め定められた期間内に前記無効距離値が継続的に検出された場合に、前記透光板に結露が生じたものと判定するものとしてもよい。
この形態のレーザレーダ装置によれば、ノイズや誤判定により結露と判定する可能性を低減できる。
（６）上記形態のレーザレーダ装置において、前記薄肉部は、前記レーザレーダ装置の距離測定角度範囲外で、かつ、前記レーザ光の射出角度範囲内である位置に設けられているものとしてもよい。
この形態のレーザレーダ装置によれば、レーザレーダ装置の距離測定に影響を与えることなく結露の発生を検出できる。

レーザレーダ装置の外観形状を示す側面図。レーザレーダ装置の外観形状を示す正面図。レーザレーダ装置の内部構成の説明図。第１実施形態における透光板の断面図。第１実施形態における結露判定に関連する構成を示すブロック図。結露がない場合の距離測定結果の一例を示す説明図。結露がある場合の距離測定結果の一例を示す説明図。レーザレーダ装置の設置例を示す説明図。第２実施形態における透光板の断面図。透光板を加熱する加熱部の構成を示す斜視図。加熱部の構成を示す説明図。可変抵抗器の詳細構成を示す平面図。第２実施形態における結露判定に関連する構成を示すブロック図。透光板に雪が局所的に付着した状態における導電膜を流れる電流を模式的に示す説明図。第３実施形態における透光板の断面図。

Ａ．第１実施形態：
図１は、本開示の一実施形態としてのレーザレーダ装置５００の側面図であり、図２はその正面図である。図１には、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が表わされている。本実施形態において、Ｘ－Ｙ平面は、水平方向と平行な平面である。また、＋Ｚ方向は鉛直上方を示す。本実施形態では、＋Ｘ方向および－Ｘ方向を「Ｘ軸方向」と総称する。同様に、＋Ｙ方向および－Ｙ方向を「Ｙ軸方向」と、＋Ｚ方向および－Ｚ方向を「Ｚ軸方向」と、それぞれ総称する。他の図面に示すＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、図１に示すＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸に対応する。

レーザレーダ装置５００は、センサ部２００を収容する。センサ部２００は、パルス状のレーザ光を照射光Ｒ１として射出し、その反射光Ｒ２を受信することにより、物体の位置および大きさを特定する。本実施形態において、レーザ光は赤外線である。

レーザレーダ装置５００は、上部ケース部５１０と、下部ケース部５２０と、透光板１００とを備える。上部ケース部５１０と下部ケース部５２０は、本開示における「ケース」に相当する。上部ケース部５１０は、レーザレーダ装置５００の最上部に位置し、センサ部２００を上方から覆う。上部ケース部５１０は、半ドーム状の外観形状を有する。本実施形態において、上部ケース部５１０は、樹脂により形成されている。樹脂としては、例えば、ポリエチレンやエンジニアリングプラスチックやアクリル樹脂などが用いられる。なお、樹脂に代えて、アルミニウムやステンレス鋼などの金属により形成されてもよい。

図１および図２に示すように、下部ケース部５２０は、レーザレーダ装置５００の中央部および最下部に位置し、センサ部２００を側方および下方から覆う。下部ケース部５２０の最上部は、上部ケース部５１０の最下部と接続されている。本実施形態において、下部ケース部５２０は、上部ケース部５１０と同じ材料により形成されている。下部ケース部５２０の上部には、開口部５３０が形成されている。開口部５３０は、照射光Ｒ１を、透光板１００を介して外部へと射出し、また、外部から届く反射光Ｒ２をセンサ部２００へと透過する。開口部５３０を「窓５３０」とも呼び、開口部５３０の周囲を取り囲む部分を「窓枠部５３２」と呼ぶ。

透光板１００は、開口部５３０を塞いでいる。透光板１００は、レーザ光の透過性を有する。したがって、センサ部２００は、透光板１００を介して外部へと照射光Ｒ１を照射可能であり、また、外部から届く反射光Ｒ２を、透光板１００を介して受信可能である。本実施形態において、透光板１００は、ガラスにより形成されている。なお、ガラスに代えて、ポリエチレンやエンジニアリングプラスチックやアクリル樹脂などの樹脂により形成されてもよい。透光板１００は、略扇状の展開平面形状を有する。組み付け状態、すなわち使用状態において、透光板１００における鉛直上方側の辺と、鉛直下方側の辺とは互いに対向する。換言すると、これら２つの辺はＺ軸方向に互いに対向する。Ｚ軸方向は対向方向とも呼ぶ。透光板１００は、この対向方向と交差する方向（以下、「交差方向」とも呼ぶ）に湾曲する。具体的には、透光板１００は、Ｘ軸方向の中央に向かうにつれてセンサ部２００から遠ざかる方向（－Ｙ方向）に突出するように湾曲する。使用状態において、透光板１００の鉛直下方側の辺は、鉛直上方側の辺に比べて短い。このため、透光板１００に付着して自重で透光板１００の表面を滑り落ちた雪や水は、比較的狭い範囲に集まって溜まることとなる。透光板１００の外側表面には、反射防止および撥水のための薄膜が形成されていることが好ましい。

図３は、レーザレーダ装置５００の内部構成の説明図である。レーザレーダ装置５００は、レーザレーダ光学系６０と、制御装置７０とを備える。レーザレーダ光学系６０は、発光部１０と、受光部２０と、ミラー３０と、回動偏向装置４０とを含んでいる。レーザレーダ光学系６０は、レーザ光を外部に射出させながら、外部の物体によって反射されたレーザ光の反射光を受光することでスキャンを行う光学装置である。

発光部１０は、レーザ光を発生させるレーザダイオード１１と、コリメートレンズ１２とを有する。レーザダイオード１１は、制御装置７０の制御により、図示しない駆動回路からパルス電流を供給され、パルスレーザ光（照射光Ｒ１）を射出する。コリメートレンズ１２は、レーザダイオード１１から射出されるレーザ光Ｒ１の光軸上に設置されており、レーザ光Ｒ１を平行光に変換する。

ミラー３０は、発光部１０から射出されるレーザ光Ｒ１の光軸上に設置され、反射面３０ａによってレーザ光Ｒ１を回動偏向装置４０に反射する。回動偏向装置４０は、平坦な反射面４１ａを有するミラー４１と、ミラー４１を支持する支持台４３と、支持台４３に連結された回動軸４２と、回動軸４２を回動させる駆動装置４４とを有する。回動軸４２は、中心軸４２ａを中心として回動可能である。ミラー４１は、ミラー３０の反射面３０ａによって反射されたレーザ光Ｒ１がミラー４１の反射面４１ａに入射した後、再びレーザ光Ｒ１を反射し、透光板１００を介して外部に射出させる。また、ミラー４１は、回動軸４２とともに中心軸４２ａを中心として回動することによって、外部に射出されるレーザ光Ｒ１をスキャンさせる。なお、中心軸４２ａを中心としたレーザ光Ｒ１のスキャン角度範囲、すなわち、レーザレーダ装置５００によって距離測定を行う角度範囲は、１８０°～２００°とすることが好ましい。

受光部２０は、フォトダイオード２１と、集光レンズ２２と、光学フィルタ２３とを有する。フォトダイオード２１は、レーザ光Ｒ１が外部の物体によって反射された反射光Ｒ２を受光する。集光レンズ２２は、フォトダイオード２１の下方に設置されており、反射光Ｒ２を集光してフォトダイオード２１に案内する。光学フィルタ２３は、フォトダイオード２１と集光レンズ２２との間に設置されており、反射光Ｒ２を透過させ且つ反射光Ｒ２以外の波長の光を除去する。なお、フォトダイオード２１は、反射光Ｒ２を受光した後、反射光Ｒ２を電気信号に変換して制御装置７０に供給する。制御装置７０はこの電気信号を用いて、例えば外部の物体までの距離や、物体の大きさ、位置、速度等を判定することが可能である。なお、上述したレーザレーダ光学系６０の構成は一例であり、これ以外の種々の構成を採用可能である。

図４は、第１実施形態における透光板１００の断面図である。透光板１００の一部には、透光板１００の他の部分よりも厚みの小さな薄肉部１１０が設けられている。薄肉部１１０には外気温が伝わりやすいため、薄肉部１１０の温度が他の部分よりも低くなり、薄肉部１１０の内面が他の部分よりも早く結露する。そこで、この薄肉部１１０における距離の測定結果を用いて結露の有無を判定することによって、透光板１００の全体に結露が発生するよりも前に、結露の発生を早期に検出することができる。具体的な結露の判定方法については後述する。

図４には、レーザレーダ装置５００の距離測定角度範囲Ｒｇとレーザ光Ｒ１の射出角度範囲Ｒｒとが示されている。距離測定角度範囲Ｒｇは、レーザレーダ装置５００の仕様において、距離を測定できる角度範囲として定められている範囲に相当する。射出角度範囲Ｒｒは、レーザレーダ光学系６０がレーザ光Ｒ１をスキャンする角度範囲である。第１実施形態では、距離測定角度範囲Ｒｇと射出角度範囲Ｒｒとは一致している。但し、射出角度範囲Ｒｒは、距離測定角度範囲Ｒｇよりも広い範囲に設定されていてもよい。第１実施形態において、薄肉部１１０は、距離測定角度範囲Ｒｇ内に設けられている。

薄肉部１１０のサイズは、レーザレーダ光学系６０から射出されるレーザ光Ｒ１が透光板１００を通過する際のレーザ光Ｒ１のサイズよりも大きいことが好ましい。透光板１００を通過する際のレーザ光Ｒ１の直径は、典型的には０．５ｃｍ～１．５ｃｍの範囲である。例えば、レーザ光Ｒ１の直径が１ｃｍの場合には、薄肉部１１０は、直径が１ｃｍの円を包含する面積を有することが好ましい。なお、「レーザ光Ｒ１の直径」は、ガウシアンビーム半径（強度がピーク値の１３．５％に減少する半径）の２倍を意味する。

図５は、第１実施形態における結露判定に関連する構成を示すブロック図である。ここでは、レーザレーダ装置５００の制御装置７０及びレーザレーダ光学系６０と、管理装置３００とが示されている。管理装置３００は、レーザレーダ装置５００による測定結果を受信する外部装置であり、レーザレーダ装置５００の測定結果を利用して他の装置の管理を実行する。管理装置３００は、表示部３１０を備えている。

レーザレーダ装置５００の制御装置７０は、距離測定部７２と、結露判定部７４とを含んでいる。距離測定部７２は、反射光Ｒ２の飛行時間から、レーザ光Ｒ１を反射した物体までの距離を測定する。結露判定部７４は、透光板１００の薄肉部１１０における距離測定部７２の測定結果を用いて、薄肉部１１０に結露が生じているか否かを判定する。ここで、「薄肉部１１０における距離測定部７２の測定結果」とは、薄肉部１１０に相当する視野範囲における測定結果を意味する。結露判定部７４は、更に、薄肉部１１０に結露が生じている場合に、結露があることを外部装置である管理装置３００に通知する。管理装置３００の表示部３１０には、レーザレーダ装置５００に結露が生じていることを示す通知が表示される。この表示を見た管理者は、レーザレーダ装置５００に結露が生じていることを知ることができるので、それに応じた適切な措置を講じることができる。

図６は、結露がない場合の距離測定結果の一例を示す説明図であり、図７は、結露がある場合の距離測定結果の一例を示す説明図である。これらの図は、透光板１００に薄肉部１１０が設けられていない場合の一般的な場合の例を示している。図６及ぶ図７において、中央の射出中心から外部に向かって伸びた後に、途中で屈曲して射出中心に戻っている線は、外部に物体が存在することを示す。このとき、レーザレーダ装置５００の距離測定部７２は、外部に物体が存在することを示す有効距離値を測定結果として出力する。この有効距離値は、レーザレーダ装置５００の測定可能距離の最大値よりも小さな値である。一方、図６や図７において、図の外側に向けて放射状に伸びている直線は、その測定箇所において、外部に物体が存在しないことを示す。このとき、レーザレーダ装置５００の距離測定部７２は、外部に物体が存在しないことを示す無効距離値を測定結果として出力する。この無効距離値は、例えば、レーザレーダ装置５００の測定可能距離の最大値に設定される。なお、レーザレーダ装置５００の測定可能距離の最大値は、例えば１００ｍ～２００ｍの範囲である。距離測定部７２が無効距離値を出力する場合には、その出力を受けた他の装置は、外部に物体が存在しないものと判定することができる。また、本実施形態の構成では、透光板１００に結露が生じている場合にも、距離測定部７２が無効距離値を出力するように構成されている。

図６の例のように、結露がない場合には、レーザレーダ装置５００の距離測定結果は、レーザレーダ装置５００の外部に物体が存在することを示す有効距離値が、複数の測定箇所で発生しているものとなる。一方、図７の例のように、結露が生じた場合には、レーザレーダ装置５００の距離測定結果は、レーザレーダ装置５００の外部に物体が存在しないことを示す無効距離値に変化する。

結露判定部７４は、薄肉部１１０における距離の測定結果が、外部に物体が存在することを示す有効距離値から、外部に物体が存在しないことを示す無効距離値に変わった場合に、透光板１００に結露が生じたものと判定する。この結露判定を行うために、結露のない場合に、薄肉部１１０における距離の測定結果が、外部に物体が存在することを示す有効距離値を示すものとなるようにレーザレーダ装置５００が設置又は構成されていることが好ましい。

図８は、レーザレーダ装置５００の設置例を示す説明図である。この例では、レーザレーダ装置５００で物体の有無の監視を行う監視範囲Ｒ０が、距離測定角度範囲Ｒｇよりも狭い範囲である。監視範囲Ｒ０は、例えば、鉄道の踏切に自動車や人などの物体が存在するか否かを監視する範囲として設定される。この場合に、この監視範囲Ｒ０の外側、かつ、距離測定角度範囲Ｒｇの内側であって、透光板１００の薄肉部１１０から射出されるレーザ光が到達する位置に、基準物体５５０が設置される。この基準物体５５０は、薄肉部１１０に結露がない場合に、薄肉部１１０の特定の位置における距離測定結果が、外部に物体が存在することを示す有効距離値を示すものとなるようにするための物体である。このような基準物体５５０を設置しておくことにより、結露判定部７４が結露の有無を判定することが可能となる。なお、基準物体５５０は、レーザレーダ装置５００から離れた位置に設置する必要は無く、透光板１００から離れた位置において、レーザレーダ装置５００のケースに設置されるようにしても良い。

結露判定部７４は、上述した方法とは異なる方法で結露の有無を判定するようにしてもよい。例えば、以下のような方法を採用可能である。
＜他の結露判定方法１＞
・「予め定められた期間内に無効距離値が継続的に検出された場合に、結露と判定する。」
この方法は、ノイズや誤判定で結露判定をすることを避けるために、連続した期間中に無効距離値が検出され続けた場合に結露判定をする方法である。
＜他の結露判定方法２＞
・「予め定められた期間内に無効距離値が所定回数以上検出された場合に、結露と判定する。」
この方法では、微妙な温度で結露が出現したり消えたりというように結露が連続して出現し続けない曖昧な状態でも結露判定をすることができるという利点がある。この場合に、結露判定とは異なり、結露準備期間が存在していたことを判定するという構成としても良い。
＜他の結露判定方法３＞
・「薄肉部１１０の範囲において、距離測定部７２の測定結果が有効距離値から無効距離値に変わる位置の数が徐々に又は一定速度で増加していくことを検出した場合に、結露と判定する。」
この方法は、結露という自然現象的に徐々に領域が増えていくということに着目した判定方法である。
＜他の結露判定方法４＞
・「薄肉部１１０における距離の測定結果を入力とし、結露の有無を出力とする学習済みのニューラルネットワークを用いて、結露の有無を判定する。
この方法は、ニューラルネットワークの学習によって、結露の判定を正しく行うことが可能である。この場合には、上述した基準物体５５０は省略してもよい。

以上のように、第１実施形態では、透光板１００に薄肉部１１０を設け、薄肉部１１０における距離測定部７２の測定結果を用いて薄肉部１１０に結露が生じたか否かを判定するので、透光板１００の全体に結露が生じる前に、透光板１００に結露が発生したことを早期に検出することが可能である。

Ｂ．第２実施形態：
図９は、第２実施形態における透光板１００の断面図である。図４と比較すれば理解できるように、第２実施形態では、透光板１００の内面に、ヒータとして機能する導電膜４１０が設置されている。

図１０は、透光板１００を加熱する加熱部４００の構成を示す斜視図である。加熱部４００は、透光板１００の内側表面Ｓ２に形成された導電膜４１０と、一対の電極４２１、４２２と、３つの可変抵抗器４３１、４３２、４３３とを備える。なお、３つの可変抵抗器４３１、４３２、４３３を、「可変抵抗器４３０」と総称する。可変抵抗器４３０は省略可能である。

本実施形態において、導電膜４１０は、導電膜４１０の鉛直上方側の辺が透光板１００の鉛直上方側の辺と平行となり、且つ、導電膜４１０の鉛直下方側の辺が透光板１００の鉛直下方側の辺と平行となるように形成されている。透光板１００の内側表面Ｓ２には、ヒータとして機能する導電膜４１０が形成されている。この導電膜４１０は、通電により発熱し、結露や着雪を解消するために利用される。導電膜４１０は、透光板１００と同様な形状と、透光板１００よりも小さな大きさを有する。導電膜４１０は、透光板１００の内側表面Ｓ２に沿って面状に配置されている。導電膜４１０は、導電性とレーザ光透過性とを有する。本実施形態において、導電膜４１０は、ＩＴＯ膜（酸化インジウムと酸化錫の混合物の膜）である。なお、ＩＴＯ膜に限らず、銀ナノワイヤ膜や、導電性ポリマー膜など、レーザ光透過性を有する任意の導電膜を用いてもよい。導電膜４１０は、透光板１００の内側表面Ｓ２に、例えば、スパッタリングやフィルム蒸着やＣＶＤ（化学的気相法）等により形成することができる。あるいは、導電膜４１０を透光板１００の内側表面Ｓ２に貼り付けても良い。

図１１は、導電膜４１０、一対の電極４２１、４２２、および可変抵抗器４３０の電気的接続を模式的に示す説明図である。一対の電極４２１、４２２は、導電膜４１０に電圧を印加するために用いられる。図１０および図１１に示すように、上部電極４２１は、透光板１００の内側表面Ｓ２のうち、導電膜４１０の上方に配置され、導電膜４１０の鉛直上方側の辺の全体と電気的に接続されている。下部電極４２２は、透光板１００の内側表面Ｓ２のうち、導電膜４１０の下方において導電膜４１０から離れて配置されている。下部電極４２２は、ライン状の外観形状を有し、導電膜４１０の鉛直下方側の辺と平行に配置されている。一対の電極４２１、４２２は、電源４４０及びスイッチ４５０に接続されている。

図１０および図１１に示すように、可変抵抗器４３０は、導電膜４１０の鉛直下方側の辺と下部電極４２２との間に配置され、導電膜４１０および下部電極４２２にそれぞれ電気的に接続されている。３つの可変抵抗器４３１、４３２、４３３は、導電膜４１０の鉛直下方側の辺と平行な方向Ｄに互いに離れて配置されている。可変抵抗器４３１は、方向Ｄに沿った導電膜４１０の中央部に対応する位置に配置されている。他の２つの可変抵抗器４３２、４３３は、方向Ｄに沿った導電膜４１０の両端に近い位置に配置されている。

図１２は、可変抵抗器４３０の詳細構成を示す平面図である。可変抵抗器４３０は、いずれも同じ構成を有する。可変抵抗器４３０は、フィルム基板４３５と、電気抵抗部４３６とを有する。

フィルム基板４３５は、樹脂製のフィルム部材により形成されている。かかる樹脂としては、例えば、ポリイミドやＰＥＴやＰＥＮ等が用いられる。なお、樹脂に代えて、ガラスやＳｉ（ケイ素）基板によりフィルム基板４３５が形成されてもよい。

電気抵抗部４３６は、方向Ｄに折り返しながらＺ軸方向に向かう折れ線状の配線パターンを有する。電気抵抗部４３６は導電性部材により形成される。本実施形態では、電気抵抗部４３６は、銅により形成されている。具体的には、電気抵抗部４３６は、フィルム基板４３５の表面に上記配線パターンとなるように銅が成膜されて、形成されている。なお、銅に代えて、銀や鉄といった温度が低い場合に高い場合に比べて電気抵抗が低い任意の種類の導電材料を用いてもよい。このような構成を有する可変抵抗器４３０の電気抵抗は温度特性を有する。具体的には、可変抵抗器４３０は、可変抵抗器４３０の電気抵抗値は、温度が低い場合に、温度が高い場合に比べて小さい特性を有する。可変抵抗器４３０の電気抵抗が上述のような温度特性を有するため、低温環境下においては、可変抵抗器４３０の電気抵抗が低減し、導電膜４１０を流れる電流が大きくなる。このため、導電膜４１０において発生するジュール熱の熱量が増大し、透光板１００をより加熱できる。したがって、透光板１００の結露を解消することができ、また、透光板１００に付着した雪を融解することができる。

図１３は、第２実施形態における結露判定に関連する構成を示すブロック図である。図１３は、第１実施形態で説明した図５に、加熱部４００を追加したものであり、他の構成は第１実施形態と同じである。但し、第２実施形態において、管理装置３００は省略可能である。

結露判定部７４は、薄肉部１１０に結露が生じている場合に、加熱部４００に加熱指令を送信する。加熱部４００のスイッチ４５０は、結露判定部７４から与えられる加熱指令に応じてオフからオンに切り替わり、導電膜４１０への通電を開始する。導電膜４１０が通電されると、透光板１００の結露が解消される。透光板１００の結露が解消された場合には、結露判定部７４からの指令に応じて、加熱部４００による加熱を終了することが好ましい。

このように、第２実施形態では、透光板１００を加熱する加熱部４００を設け、結露判定部７４は、透光板１００の薄肉部１１０に結露が生じている場合に、加熱部４００に加熱を開始させる加熱指令を送信する。この結果、透光板１００に結露が生じている場合に、加熱部４００で透光板１００を加熱することによって結露を解消することが可能である。特に、透光板１００の全域が結露する前に加熱部４００で透光板１００を加熱できるので、透光板１００全域での測定性能の低下を防止できる。更に、結露が発生したときのみ加熱部４００を動作させることにより、不要な電力消費を減らすことができる。

なお、加熱部４００は、透光板１００に付着した雪を融解することも可能である。以下に詳述するように、加熱部４００の可変抵抗器４３０は、雪が付着した透光板１００の部位を優先的に加熱して雪を融解できるという機能を有する。

前述した図１１に示すように、透光板１００に雪が付着していない状態や、透光板１００の全域に雪が均一に付着している状態では、上部電極４２１から下部電極４２２に流れる電流は、破線矢印により示すように、方向Ｄに分散して導電膜４１０を流れて、３つの可変抵抗器４３０を通って下部電極４２２に向かう。一方、透光板１００に雪が局所的に付着した状態では、電流の流れ方がこれとは異なる。

図１４は、透光板１００に雪が局所的に付着した状態における導電膜４１０を流れる電流を模式的に示す説明図である。図１４では、透光板１００に付着した雪Ｓｎが二点鎖線により表わされている。図１及び図２で説明したように、透光板１００は、Ｘ軸方向の中央に向かうにつれてセンサ部２００から遠ざかる方向（－Ｙ方向）に突出するように湾曲しているため、＋Ｙ方向の風に乗って透光板１００に雪が付着する場合、図１４の方向Ｄの中央部の鉛直下方により多くの雪が付着する。このような状況においては、中央部にある可変抵抗器４３１の近傍の温度は、他の２つの可変抵抗器４３２、４３３の近傍の温度よりも低くなる。このため、可変抵抗器４３１の電気抵抗値は、他の２つの可変抵抗器４３２、４３３の電気抵抗値よりも小さくなる。その結果、図１４において破線矢印に示すように、上部電極４２１から可変抵抗器４３１に向かう電流が増大する。したがって、透光板１００において方向Ｄの中央部の鉛直下方を局所的に優先的に加熱でき、雪Ｓｎを融解できる。また、このとき、可変抵抗器４３１に流れるほどの大きさの電流は可変抵抗器４３２、４３３を流れないので、透光板１００の方向Ｄの両端において過度に加熱されて透光板１００が変形することを抑制できる。

上述のように、可変抵抗器４３０の抵抗値は、温度が低い場合に温度が高い場合に比べて小さい特性を有するので、低温時に可変抵抗器４３０を流れる電流を増大させることができ、導電膜４１０において可変抵抗器４３０が接続されている部位を他の部位に比べて優先的に昇温させることができる。また、可変抵抗器４３０は、下部電極４２２と導電膜４１０との間に配置されているので、導電膜４１０におけるレーザ光の透過面積が狭くなることを抑制できる。この結果、透光板１００におけるレーザ光の透過可能面積が狭くなることを抑制しつつ、加熱が必要な部位を優先的に加熱できる。

また、３つの可変抵抗器４３１～４３３は、下部電極４２２と導電膜４１０との間において２つの辺と平行な方向に互いに離れて配置されているので、可変抵抗器４３０が接続された複数の部位において、互いに温度が異なる場合においても、それぞれの温度に応じた電流、具体的には温度が低いほど多くの電流を流すことができ、部分的に雪に覆われて局所的に低温であるといった透光板１００における温度分布が存在する場合に、各部位を適切に加熱できる。

また、可変抵抗器４３０は、電磁波の透過性を有するフィルム基板４３５と、フィルム基板４３５に導電性材料で形成された配線パターンと、により構成されているので、可変抵抗器４３０により透光板１００における電磁波の透過面積が狭くなることを抑制できる。

また、透光板１００は、交差方向に湾曲しているので、例えば、レーザレーダ装置５００が屋外で用いられた場合に、風向きなどの環境条件によって雪や霜などが透光板１００に局所的に付着し易い。しかし、このような状況であっても、雪が局所的に付着する部位に可変抵抗器４３０が配置されているので、かかる部位を局所的に加熱して雪を溶解できる。

また、レーザレーダ装置５００では、透光板１００のうちの鉛直下方側の辺の近傍は、透光板１００の上方に付着した雪が自重により滑り落ちて集まりやすく、部分的に低温になり易い。しかし、このような状況においても、低温になり易い部位に可変抵抗器４３０が配置されているので、かかる部位を局所的に加熱して雪を除去できる。

また、可変抵抗器４３０は、下部電極４２２と導電膜４１０との間に配置されているので、透光板１００の上方に付着した雪が自重により滑り落ちて集まり低温になり易い鉛直下方部分の温度に応じて導電膜４１０に流れる電流を制御でき、雪をより確実に除去できる。

なお、透光板１００に着雪があるか否かは、距離測定部７２による距離測定結果から制御装置７０が判定することが可能である。例えば、距離測定角度範囲内の少なくとも一カ所における距離測定結果が、発光部１０から透光板１００の表面までのレーザ光の光路の長さに相当する値となった場合に、着雪があるものと判定することが可能である。あるいは、距離の測定結果を入力とし、着雪の有無を出力とする学習済みのニューラルネットワークを用いて、着雪の有無を判定することも可能である。なお、着雪判定の際にも、薄肉部１１０における距離の測定結果のみを用いるようにすれば、透光板１００の全域における距離の測定結果を用いる場合に比べて、着雪判定をより簡易に行うことが可能である。着雪判定の判定条件としては、図示しない外気温センサで測定された外気温が予め定められた降雪基準温度よりも低い、という条件を満たすことを追加してもよい。降雪基準温度としては、例えば０℃～２℃の範囲の値が使用される。制御装置７０は、上述のようないずれかの着雪判定を行う着雪判定部を含むようにしてもよい。

Ｃ．第３実施形態：
図１５は、第３実施形態における透光板１００ａの断面図である。この透光板１００ａは、薄肉部１１０の位置が図９に示した第２実施形態と異なる。具体的には、薄肉部１１０は、レーザレーダ装置５００の距離測定角度範囲Ｒｇ外で、かつ、レーザ光の射出角度範囲Ｒｒ内である位置に設けられている。レーザ光の射出角度範囲Ｒｒは、レーザレーダ装置５００の距離測定角度範囲Ｒｇよりも大きな範囲である。図１３で説明した第２実施形態における各装置の動作は、第３実施形態においても同様である。

このように、第３実施形態では、薄肉部１１０が、レーザレーダ装置５００の距離測定角度範囲Ｒｇ外で、かつ、レーザ光の射出角度範囲Ｒｒ内である位置に設けられているので、レーザレーダ装置５００の距離測定に影響を与えることなく結露の発生を検出できる。

Ｄ．他の実施形態：
（１）各実施形態では、薄肉部１１０は透光板１００の外面に設けられていたが、薄肉部１１０を透光板１００の内面に設けるようにしても良い。但し、薄肉部１１０を透光板１００の外面に設けるようにすれば、透光板１００の内面にヒータとしての導電膜４１０を形成しやすいという利点がある。また、薄肉部１１０を透光板１００の外面に設けた場合には、透光板１００の他の部分よりも薄肉部１１０に雪が付着し易くなるので、薄肉部１１０における距離測定結果から、雪の付着を早期に検出しやすくなるという利点がある。一方、薄肉部１１０を透光板１００の外面に設けるようにすれば、透光板１００の内面に導電膜４１０を形成しやすいという利点がある。

（２）各実施形態では、薄肉部１１０は透光板１００の一カ所にのみ設けられていたが、複数の薄肉部１１０を透光板１００に設けるようにしても良い。

（３）上記第２実施形態では、可変抵抗器４３０の数は３つであったが、任意の数であってもよい。具体的には、１つでも２以上の任意の複数であってもよい。また、複数の可変抵抗器４３０は、互いに方向Ｄに離れて配置されていたが、これに代えて、互いに接して配置されていてもよい。

（４）可変抵抗器４３０の構成としては、図１２に示したものに代えて、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタを用いてもよい。すなわち、一般には、電気抵抗値が、温度が低い場合に温度が高い場合に比べて小さい特性を有する任意の種類の可変抵抗器を、本開示のレーザレーダ装置に用いることができる。

（５）上記第２実施形態において、可変抵抗器４３０は、導電膜４１０と下部電極４２２との間に配置されていたが、これに代えて、または、これに加えて、導電膜４１０と上部電極４２１との間に配置されていてもよい。

（６）各実施形態において、透光板１００は、交差方向に湾曲していたが、湾曲することに代えて、屈曲してもよい。或いは、平面状であってもよい。また、各実施形態において、透光板１００の鉛直下方側の辺は、鉛直上方側の辺に比べて短かったが、本開示はこれに限定されない。透光板１００の鉛直下方側の辺が鉛直上方側の辺に比べて長くてもよく、また、これら２つの辺の長さが互いに等しくてもよい。

本開示は、上記各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各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…発光部、１１…レーザダイオード、１２…コリメートレンズ、２０…受光部、２１…フォトダイオード、２２…集光レンズ、２３…光学フィルタ、３０…ミラー、３０ａ…反射面、４０…回動偏向装置、４１…ミラー、４１ａ…反射面、４２…回動軸、４２ａ…中心軸、４３…支持台、４４…駆動装置、６０…レーザレーダ光学系、７０…制御装置、７２…距離測定部、７４…結露判定部、１００…透光板、１００ａ…透光板、１１０…薄肉部、２００…センサ部、２１０…駆動部、３００…管理装置、３１０…表示部、４００…加熱部、４１０…導電膜、４２１…上部電極、４２２…下部電極、４３０…可変抵抗器、４３１…可変抵抗器、４３２…可変抵抗器、４３３…可変抵抗器、４３５…フィルム基板、４３６…電気抵抗部、４４０…電源、４５０…スイッチ、５００…レーザレーダ装置、５１０…上部ケース部、５２０…下部ケース部、５３０…開口部、５３２…窓枠部、５５０…基準物体

Claims

レーザレーダ装置であって、
パルス状のレーザ光を射出する発光部と、前記レーザ光の反射光を受光する受光部とを有するレーザレーダ光学系と、
前記レーザレーダ光学系を収容し、開口部を有するケースと、
前記開口部を塞ぐように配置され、前記レーザ光と前記反射光を通過可能な透光板であって、他の部分よりも厚みのない薄肉部を有する透光板と、
前記レーザ光を反射した物体までの距離を測定する距離測定部と、
前記透光板の前記薄肉部における前記距離測定部の測定結果を用いて前記透光板に結露が生じたか否かを判定する結露判定部と、
を備えるレーザレーダ装置。
請求項１に記載のレーザレーダ装置であって、
前記結露判定部は、前記透光板に結露が生じている場合に、当該レーザレーダ装置に結露が生じていることを外部装置に通知する、レーザレーダ装置。
請求項１又は２に記載のレーザレーダ装置であって、更に、
前記透光板を加熱する加熱部を備え、
前記結露判定部は、前記透光板に結露が生じている場合に、前記加熱部に加熱を開始させる加熱指令を送信する、レーザレーダ装置。
請求項１～３のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置であって、
前記結露判定部は、前記薄肉部の少なくとも一部における前記距離測定部の前記測定結果が、外部に物体が存在することを示す有効距離値から、外部に物体が存在しないことを示す無効距離値に変わった場合に、前記透光板に結露が生じたものと判定する、レーザレーダ装置。
請求項４に記載のレーザレーダ装置であって、
前記結露判定部は、予め定められた期間内に前記無効距離値が継続的に検出された場合に、前記透光板に結露が生じたものと判定する、レーザレーダ装置。
請求項１～５のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置であって、
前記薄肉部は、前記レーザレーダ装置の距離測定角度範囲外で、かつ、前記レーザ光の射出角度範囲内である位置に設けられている、レーザレーダ装置。