JP6440095B2 - Optical scanning type object detection device - Google Patents
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Description
本発明は、レーザー光等を走査投光して物体を検出する光走査型の対象物検出装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning type object detection apparatus that detects an object by scanning and projecting a laser beam or the like.
近年、自動車や飛行体などの分野で、進行方向前方に存在する障害物の検知を行うために、レーザー光を走査しつつ出射し、対象物に当たって反射した反射光を受光して、出射と受光との時間関係に基づいて、障害物の情報を取得するレーザー走査型測定機が開発され、実用化されている。 In recent years, in order to detect obstacles in the forward direction of travel in fields such as automobiles and flying objects, laser light is emitted while scanning, and reflected light reflected by the object is received and emitted and received. Based on this time relationship, a laser scanning type measuring machine that acquires information on obstacles has been developed and put into practical use.
一般的なレーザー走査型測定機においては、投光系がレーザーダイオードとコリメーターから構成され、受光系が受光レンズ(またはミラー)とフォトダイオードなどの光検出素子から構成され、更には投光系と受光系との間に反射面を備えた反射ミラーが配置されている。このようなレーザー走査型測定機においては、反射ミラーの回転によって、投光系から出射された光を走査投光することにより、1点での測定ではなく2次元的に対象物を広範囲に測定できるというメリットがある。 In a general laser scanning type measuring machine, a light projecting system is composed of a laser diode and a collimator, a light receiving system is composed of a light receiving lens (or mirror) and a light detecting element such as a photodiode, and the light projecting system. A reflecting mirror having a reflecting surface is disposed between the light receiving system and the light receiving system. In such a laser scanning type measuring machine, the light emitted from the light projecting system is scanned and projected by the rotation of the reflecting mirror, so that the object is measured in a wide range two-dimensionally rather than at a single point. There is a merit that you can.
レーザー走査型測定機は、上述した移動体の障害物検知の他にも、建物の軒下などに設けて不審者を検知する防犯用途、或いはヘリコプターや航空機などに搭載して上空から地形情報を取得する地形調査用途などにも適用でき、また大気中のガス濃度を測定するガス検知用途にも適用可能である。しかるに、上述した用途の多くにおいては、レーザー走査型測定機の屋外使用が前提となるので、使用に当たっては外部環境から投光系や受光系などの各素子を保護する筐体を設けると共に、外部に出射するレーザー光を妨げないように透明な窓部を筐体に設けることが望ましい。ところが、例えば外気温が低い時に各素子の発熱で筐体内の温度が上昇し、筐体の内外の温度差が大きくなると、レーザー光が透過する窓部の内側に結露が発生することがあり、かかる結露による窓部の曇りや付着した水滴により、透過するレーザー光の光量の減衰や、光束の指向性が劣化して検知性能が低下してしまうという課題がある。よって、レーザー光が透過する窓部での結露の発生を防止する工夫が必要である。 In addition to the above-mentioned obstacle detection of moving objects, the laser scanning type measuring machine is installed under the eaves of buildings to detect suspicious people, or it is mounted on helicopters and aircraft to acquire topographic information from the sky It can also be applied to topographical survey applications, and it can also be applied to gas detection applications that measure gas concentrations in the atmosphere. However, in many of the above-mentioned applications, the laser scanning type measuring machine is assumed to be used outdoors. Therefore, in use, a housing for protecting each element such as a light emitting system and a light receiving system from the external environment is provided. It is desirable to provide a transparent window portion in the housing so as not to block the laser light emitted from the housing. However, for example, when the temperature inside the case rises due to the heat generated by each element when the outside air temperature is low, and the temperature difference between the inside and outside of the case becomes large, condensation may occur inside the window part through which the laser light passes, There is a problem that the detection performance is deteriorated due to the fogging of the window due to such dew condensation or water droplets adhering thereto, the attenuation of the amount of transmitted laser light and the directivity of the luminous flux deteriorate. Therefore, a device for preventing the occurrence of condensation at the window through which the laser beam is transmitted is necessary.
特許文献1には、レーザー光量が減衰し対象物検知性能の低下を招く窓部(透過パネル)の結露を抑制するために、2枚重ねて配置した透過パネル間に空気層を作り、断熱効果を確保する技術が開示されている。しかしながら、かかる従来技術では、透過パネルを2枚使用するため、レーザー光が投光と受光で計4回透過パネルを通過することを余儀なくされ、それによりパネルの光透過率に応じてレーザー光量が大きく減衰してしまい光の利用効率が低下するという問題がある。例えば透過パネル1枚の透過率を90%とすると、透過パネルが1枚の構成では、受光系に到達時の光の利用効率は81%であるのに対し、透過パネルが2枚の構成ではその光の利用効率が66%に低下することとなる。加えて透過パネルを2枚固定しなければならないため、構造が重く複雑になってしまうという問題もある。 In Patent Document 1, in order to suppress the condensation of the window (transmission panel) that attenuates the amount of laser light and lowers the object detection performance, an air layer is formed between two transmissive panels arranged in a stacked manner, and the heat insulation effect A technique for ensuring the above is disclosed. However, in this conventional technique, since two transmissive panels are used, the laser light is forced to pass through the transmissive panel a total of four times by projecting and receiving light, so that the amount of laser light depends on the light transmittance of the panel. There is a problem that the light utilization efficiency is lowered due to a large attenuation. For example, assuming that the transmittance of one transmissive panel is 90%, the light utilization efficiency when reaching the light receiving system is 81% in the configuration with one transmissive panel, whereas in the configuration with two transmissive panels, The light utilization efficiency is reduced to 66%. In addition, since two transmissive panels must be fixed, there is a problem that the structure becomes heavy and complicated.
一方、特許文献2には、上空からの映像を撮像する為に、密閉型の筐体と、筐体内に収容されたカメラを含むカメラスタビライザにおいて、回路排熱を含む空気(熱風)をファンにより強制的に送ることで窓部を加温して、結露を抑制する技術が開示されている。この従来技術の場合、窓部まで熱風を送るための専用ファンおよび熱風を送るための流路の確保が必要であり、構造が複雑になってしまい、またファンの電力などが必要で省エネが図れないという問題がある。 On the other hand, in Patent Document 2, in order to capture an image from the sky, in a camera stabilizer including a sealed casing and a camera housed in the casing, air (hot air) including circuit exhaust heat is supplied by a fan. A technique for suppressing condensation by heating a window part by forcibly sending is disclosed. In the case of this conventional technology, it is necessary to secure a dedicated fan for sending hot air to the window and a flow path for sending hot air, which complicates the structure and requires power for the fan to save energy. There is no problem.
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、簡素な構成でありながら、窓部の結露を抑制して十分な対象物検知性能を確保できる光走査型の対象物検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an optical scanning type object detection device capable of ensuring sufficient object detection performance by suppressing dew condensation in a window portion while having a simple configuration. With the goal.
本発明は、
光束を出射する光源と、
回転軸回りに回転するミラー面を備えた回転ミラー体と、
光束を受光する受光部と、
光透過性を備えた窓部が設けられると共に、前記光源と、前記回転ミラー体と、前記受光部とを内包した筐体と、を有し、
前記光源から出射された光束は、回転する前記ミラー面で反射され、前記窓部を介して前記筐体の外部へ走査投光され、
前記走査投光された光束のうち対象物で反射した光束の一部は、前記窓部を介して前記筐体の内部の前記ミラー面で反射した後、前記受光部で受光されるよう構成された光走査型の対象物検出装置であって、
伝熱長さ/(材料の熱伝導率×伝熱方向に直交する断面積)を熱抵抗であるとしたときに、前記伝熱長さ及び前記伝熱方向に直交する断面積がそれぞれ一の値である所定形状を有する結露誘発部を設けており、
前記筐体の前記窓部以外の部位に、前記窓部の熱抵抗より小さい熱抵抗を有する前記結露誘発部を前記筐体の内部と外部に接するよう配置し、
前記結露誘発部は、前記回転ミラー体の回転によって前記筐体内に気流が生じることにより温度が低くなる、前記回転軸の延長線と交差する前記筐体の面に配置されるようにしたものである。
The present invention
A light source that emits a luminous flux;
A rotating mirror body having a mirror surface that rotates about a rotation axis;
A light receiving portion for receiving a light beam;
A window portion having light transmittance is provided, and the housing includes the light source, the rotating mirror body, and the light receiving portion.
The light beam emitted from the light source is reflected by the rotating mirror surface, scanned and projected to the outside of the housing through the window portion,
A part of the light beam reflected by the object out of the scanned and projected light beam is reflected by the mirror surface inside the housing through the window and then received by the light receiving unit. An optical scanning type object detection device comprising:
When the heat transfer length / (the thermal conductivity of the material × the cross-sectional area orthogonal to the heat transfer direction) is the thermal resistance, the heat transfer length and the cross-sectional area orthogonal to the heat transfer direction are one each. Condensation induction part having a predetermined shape that is a value is provided,
Wherein a part other than the window portion of the housing, the condensation-induced part having a thermal resistance smaller thermal resistance of the window portion is disposed so as to contact the inside and outside of the housing,
The dew condensation inducing section is arranged on the surface of the casing that intersects with the extension line of the rotating shaft, the temperature of which decreases when an air flow is generated in the casing by the rotation of the rotating mirror body. is there.
本発明によれば、簡素な構成でありながら、窓部の結露を抑制して十分な対象物検知性能を確保できる光走査型の対象物検出装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, although it is a simple structure, the optical scanning type target object detection apparatus which can suppress the dew condensation of a window part and can ensure sufficient target object detection performance can be provided.
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。尚、本明細書中、熱抵抗とは、「伝熱長さ/(材料の熱伝導率×伝熱方向に直交する断面積)」とする。図1は、本実施の形態にかかる光走査型の対象物検出装置としてのレーザーレーダーを車両に搭載した状態を示す概略図である。本実施の形態のレーザーレーダーLRは、車両1のフロントグリル1bの背後に設けられているが、それ以外の車外(フロントウィンドウ1aの上端など)に配置されていても良い。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this specification, the thermal resistance is “heat transfer length / (material thermal conductivity × cross-sectional area perpendicular to the heat transfer direction)”. FIG. 1 is a schematic view showing a state in which a laser radar as an optical scanning type object detection device according to the present embodiment is mounted on a vehicle. Although the laser radar LR of the present embodiment is provided behind the front grille 1b of the vehicle 1, it may be arranged outside the vehicle (such as the upper end of the front window 1a).
(第1の実施の形態)
図2は、第1の実施の形態にかかるレーザーレーダーLRの筐体を除く主要部を示す斜視図であるが、構成要素の形状や長さ等、実際と異なる場合がある。レーザーレーダーLRは、例えば、レーザー光束を出射するパルス式の半導体レーザー(光源)LDと、半導体レーザーLDからの発散光を平行光に変換するコリメートレンズCLと、コリメートレンズCLで平行とされたレーザー光を、回転するミラー面により対象物OBJ側(図1)に向かって走査投光すると共に、走査投光された対象物OBJからの反射光を反射させるミラーユニット(回転ミラー体)MUと、ミラーユニットMUで反射された対象物OBJからの反射光を集光するレンズLSと、レンズLSにより集光された光を受光するフォトダイオード(受光部)PDとを有する。
(First embodiment)
FIG. 2 is a perspective view showing a main part excluding the casing of the laser radar LR according to the first embodiment. However, the shape and length of the components may be different from actual ones. The laser radar LR is, for example, a pulsed semiconductor laser (light source) LD that emits a laser beam, a collimator lens CL that converts divergent light from the semiconductor laser LD into parallel light, and a laser that is collimated by the collimator lens CL. A mirror unit (rotating mirror body) MU that scans and projects light toward the object OBJ side (FIG. 1) by a rotating mirror surface and reflects reflected light from the scanned object OBJ; It has a lens LS that collects the reflected light from the object OBJ reflected by the mirror unit MU, and a photodiode (light receiving unit) PD that receives the light collected by the lens LS.
ミラーユニットMUは、2つの四角錐を逆向きに接合して一体化した形状を有し、すなわち対になって向き合う方向に傾いたミラー面M1、M2を4対有している。ミラー面M1、M2は、ミラーユニットの形状をした樹脂素材(例えばPC)の表面に、反射膜を蒸着することにより形成されていると好ましい。 The mirror unit MU has a shape in which two quadrangular pyramids are joined together in opposite directions, that is, has four pairs of mirror surfaces M1 and M2 that are inclined in a direction facing each other. The mirror surfaces M1 and M2 are preferably formed by depositing a reflective film on the surface of a resin material (for example, PC) in the shape of a mirror unit.
半導体レーザーLDと、コリメートレンズCLとで投光系LPSを構成し、レンズLSと、フォトダイオードPDとで受光系RPSを構成する。投光系LPS、受光系RPSの光軸は、ミラーユニットMUの回転軸ROに対して直交している。 The semiconductor laser LD and the collimating lens CL constitute a light projecting system LPS, and the lens LS and the photodiode PD constitute a light receiving system RPS. The optical axes of the light projecting system LPS and the light receiving system RPS are orthogonal to the rotation axis RO of the mirror unit MU.
図3(A)は、レーザーレーダーをミラーユニットMUの回転軸ROを含む面で切断して示す断面図であるが、ミラー面M1、M2を構成する反射膜の厚さは誇張して示されている。ボックス状の筐体CSは、樹脂製であって、上壁CSaと、これに対向する下壁CSbと、上壁CSaと下壁CSbとを連結する側壁CScとを有する。側壁CScの一部に開口CSdが形成され、開口CSdには窓部としての透明板TRが取り付けられている。アクリル、ガラス、PCなどから形成されていると好ましい透明板TRは、一方の面が筐体CSの内部に接し、他方の面が筐体CSの外部に接している。なお、本例では、下壁CSbが他の部材に取り付けるための取り付け面である。 FIG. 3A is a cross-sectional view showing the laser radar cut along a plane including the rotation axis RO of the mirror unit MU, but the thickness of the reflection film constituting the mirror surfaces M1 and M2 is exaggerated. ing. The box-shaped casing CS is made of resin, and includes an upper wall CSa, a lower wall CSb facing the upper wall CSa, and a side wall CSc connecting the upper wall CSa and the lower wall CSb. An opening CSd is formed in a part of the side wall CSc, and a transparent plate TR as a window portion is attached to the opening CSd. The transparent plate TR preferably formed of acrylic, glass, PC, or the like has one surface in contact with the inside of the housing CS and the other surface in contact with the outside of the housing CS. In this example, the lower wall CSb is an attachment surface for attaching to another member.
筐体CSの上壁CSaにおいて、回転軸ROと交差する位置に開口CSeが形成されており、開口CSeには結露誘発部としての金属板MPが取り付けられており、その一方の面が筐体CSの内部に接し、他方の面が筐体CSの外部に接している。ここで、金属板MPの熱抵抗を、窓部としての透明板TRの熱抵抗より小さくしている。金属板MPは、アルミやステンレス等錆びない材料が好ましい。尚、上壁CSaが取り付け面の場合は、下壁CSbや側壁CScに金属板MPを設置してもよいし、側壁CScが取り付け面の場合は、上壁CSa、下壁CSbや透明板TR側の側壁CScに設置してもよい。また、結露誘発部として、金属以外の素材、例えば、筐体と共に樹脂で形成することも可能である。この場合、窓部よりも熱抵抗を小さくすることが必要になる。具体的に熱抵抗を小さくするためには、上述の熱抵抗の定義に従って、窓部や他の部分よりも板厚を薄くすること、窓部よりも熱伝導率が大きな素材を使用すること、窓部よりも面積を大きくすることが考えられ、これらのいずれか、もしくはこれらを併用すればよい。 In the upper wall CSa of the casing CS, an opening CSe is formed at a position intersecting with the rotation axis RO, and a metal plate MP as a condensation inducing portion is attached to the opening CSe, and one surface thereof is the casing. The other surface is in contact with the outside of the housing CS. Here, the thermal resistance of the metal plate MP is made smaller than the thermal resistance of the transparent plate TR as the window portion. The metal plate MP is preferably made of a material that does not rust, such as aluminum or stainless steel. When the upper wall CSa is the mounting surface, the metal plate MP may be installed on the lower wall CSb or the side wall CSc. When the side wall CSc is the mounting surface, the upper wall CSa, the lower wall CSb, or the transparent plate TR. You may install in the side wall CSc of the side. Further, the dew condensation inducing part can be formed of a material other than metal, for example, a resin together with a housing. In this case, it is necessary to make the thermal resistance smaller than that of the window portion. Specifically, in order to reduce the thermal resistance, according to the definition of the thermal resistance described above, to make the plate thickness thinner than the window and other parts, use a material having a larger thermal conductivity than the window, It is conceivable to make the area larger than the window, and either of these may be used together.
図3(B)は、結露誘発部を、筐体と共に樹脂で形成したものの一例を示す断面図である。図3(B)に示す例は、筐体CSの上壁CSaの一部CSa’を窓部の熱抵抗より小さくするために薄く形成したものである。 FIG. 3B is a cross-sectional view showing an example in which the dew condensation inducing part is formed of resin together with the housing. In the example shown in FIG. 3B, a part CSa 'of the upper wall CSa of the casing CS is formed thin to make it smaller than the thermal resistance of the window.
本実施の形態では、図3に示すように、ミラー面M1、M2が互いに向き合うように傾いているので、回転軸RO方向において金属板MPに対向するミラー面M1と、金属板MPとの間に、ミラー面M2及びミラーユニットMU本体が配置されていることになる。又、ミラー面M2は、回転軸RO方向において金属板MPと対向していない。ここで、「回転軸RO方向においてミラー面M1が金属板MPに対向する」とは、ミラー面M1の法線が向いている側(図3で上方)に、回転軸の方向にミラー面M1を投影したときに、その投影像の少なくとも一部が金属板MPとが重なることをいう。 In the present embodiment, as shown in FIG. 3, since the mirror surfaces M1 and M2 are inclined so as to face each other, between the mirror surface M1 facing the metal plate MP in the rotation axis RO direction and the metal plate MP. Therefore, the mirror surface M2 and the mirror unit MU main body are arranged. Further, the mirror surface M2 does not face the metal plate MP in the direction of the rotation axis RO. Here, “the mirror surface M1 faces the metal plate MP in the direction of the rotation axis RO” means that the mirror surface M1 in the direction of the rotation axis is on the side where the normal line of the mirror surface M1 faces (upward in FIG. 3). Means that at least a part of the projected image overlaps the metal plate MP.
ミラーユニットMUは、モータMTの軸MTaに連結され、回転駆動されるようになっている。筐体CSは、ミラーユニットMU、投光系LPS、受光系RPS、モータMT、その他図示しない回路基板などを収容している。 The mirror unit MU is connected to the shaft MTa of the motor MT and is driven to rotate. The housing CS houses a mirror unit MU, a light projecting system LPS, a light receiving system RPS, a motor MT, and other circuit boards (not shown).
次に、レーザーレーダーLRの対象物検出動作について説明する。図2、3において、半導体レーザーLDからパルス状に間欠的に出射された発散光は、コリメートレンズCLで平行光束に変換され、回転するミラーユニットMUの第1ミラー面M1に入射し、ここで反射され、更に第2ミラー面M2で反射した後、透明板TRを透過して外部の対象物OBJ側に例えば縦長の矩形断面を持つレーザースポット光として走査投光される。 Next, the object detection operation of the laser radar LR will be described. 2 and 3, the divergent light emitted intermittently in a pulse form from the semiconductor laser LD is converted into a parallel light beam by the collimator lens CL, and is incident on the first mirror surface M1 of the rotating mirror unit MU, where After being reflected and further reflected by the second mirror surface M2, it passes through the transparent plate TR and is scanned and projected as a laser spot light having, for example, a vertically long rectangular section on the external object OBJ side.
図4は、ミラーユニットMUの回転に応じて、出射するレーザースポット光SB(ハッチングで示す)で、レーザーレーダーLRの検出範囲G内を走査する状態を示す図である。ミラーユニットMUの第1ミラー面M1と第2ミラー面M2の組み合わせにおいて、それぞれ交差角が異なっている。レーザー光は、回転する第1ミラー面M1と第2ミラー面M2にて、順次反射される。まず1番対の第1ミラー面M1と第2ミラー面M2にて反射したレーザー光は、ミラーユニットMUの回転に応じて、検出範囲Gの一番上の領域Ln1を水平方向に左から右へと走査される。次に、2番対の第1ミラー面M1と第2ミラー面M2で反射したレーザー光は、ミラーユニットMUの回転に応じて、検出範囲Gの上から二番目の領域Ln2を水平方向に左から右へと走査される。次に、3番対の第1ミラー面M1と第2ミラー面M2で反射したレーザー光は、ミラーユニットMUの回転に応じて、検出範囲Gの上から三番目の領域Ln3を水平方向に左から右へと走査される。次に、4番対の第1ミラー面M1と第2ミラー面で反射したレーザー光は、ミラーユニットMUの回転に応じて、検出範囲Gの最も下の領域Ln4を水平方向に左から右へと走査される。これにより検出範囲G全体の1回の走査が完了する。そして、ミラーユニットMUが1回転した後、1番対の第1ミラー面M1と第2ミラー面M2が戻ってくれば、再び検出範囲Gの一番上の領域Ln1から最も下の領域Ln4までの走査を繰り返す。 FIG. 4 is a diagram showing a state in which the detection range G of the laser radar LR is scanned with the emitted laser spot light SB (shown by hatching) according to the rotation of the mirror unit MU. In the combination of the first mirror surface M1 and the second mirror surface M2 of the mirror unit MU, the crossing angles are different. The laser light is sequentially reflected by the rotating first mirror surface M1 and second mirror surface M2. First, the laser light reflected by the first pair of the first mirror surface M1 and the second mirror surface M2 moves from the left to the right in the horizontal direction in the uppermost region Ln1 of the detection range G according to the rotation of the mirror unit MU. Is scanned. Next, the laser light reflected by the second pair of the first mirror surface M1 and the second mirror surface M2 is left in the horizontal direction in the second region Ln2 from the top of the detection range G according to the rotation of the mirror unit MU. To the right. Next, the laser light reflected by the third pair of the first mirror surface M1 and the second mirror surface M2 is left in the third region Ln3 from the top of the detection range G in the horizontal direction according to the rotation of the mirror unit MU. To the right. Next, the laser light reflected by the fourth pair of the first mirror surface M1 and the second mirror surface moves the lowermost region Ln4 of the detection range G from the left to the right in the horizontal direction according to the rotation of the mirror unit MU. Is scanned. Thereby, one scanning of the entire detection range G is completed. If the first pair of the first mirror surface M1 and the second mirror surface M2 return after one rotation of the mirror unit MU, the region from the uppermost region Ln1 of the detection range G to the lowermost region Ln4 again. Repeat the scan.
図2、3において、走査投光された光束のうち対象物OBJに当たって反射したレーザー光の一部は、再び透明板TRを透過して筐体CS内のミラーユニットMUの第2ミラー面M2に入射し、ここで反射され、更に第1ミラー面M1で反射されて、レンズLSにより集光され、それぞれフォトダイオードPDの受光面で検知されることとなる。これにより検出範囲G内の全領域で、対象物OBJの検出を行える。 2 and 3, a part of the laser beam reflected by the object OBJ out of the scanned light beam is transmitted again through the transparent plate TR and is incident on the second mirror surface M2 of the mirror unit MU in the housing CS. Incident, reflected here, and further reflected by the first mirror surface M1, collected by the lens LS, and detected by the light receiving surface of the photodiode PD. Accordingly, the object OBJ can be detected in the entire region within the detection range G.
ここで、投光系LPS及び受光系RPS等が発熱することにより筐体CS内部が昇温しやすいのに対し、筐体CSの外部環境が低温であると、筐体CSの内部に結露が発生しやすくなる。本実施の形態において、筐体CSの内部と外部環境に接している透明板TRと金属板MPとが最も結露が発生しやすい条件になる。しかるに、金属板MPの熱抵抗が透明板TRの熱抵抗より小さいので、透明板TRより先に金属板MPにて結露が発生することとなり、これにより透明板TRでの結露の発生を抑制できる。 Here, while the light emitting system LPS, the light receiving system RPS, and the like generate heat, the temperature inside the housing CS is likely to rise. On the other hand, if the external environment of the housing CS is low, condensation occurs inside the housing CS. It tends to occur. In the present embodiment, the transparent plate TR and the metal plate MP that are in contact with the inside and the external environment of the housing CS are the conditions that cause the most condensing. However, since the thermal resistance of the metal plate MP is smaller than the thermal resistance of the transparent plate TR, condensation occurs on the metal plate MP prior to the transparent plate TR, thereby suppressing the occurrence of condensation on the transparent plate TR. .
ここで、金属板MPを配置する位置について考察する。本発明者らは、筐体CS内で投光系LPS、受光系RPSを動作させ、且つミラーユニットMUを回転させた状態での筐体内での熱の分布について検討した。図5は、本発明者らが行ったシミュレーション結果を示す温度分布図であり、線図の密度が高い位置が高熱部であり、線図の密度が低い位置が低熱部である。図5によれば、投光系LPS、受光系RPS付近が比較的温度が高い位置となり、ミラーユニットMUの回転軸方向両側が比較的温度が低い位置となり、筐体CS内で大きな温度差が生じている。これは、ミラーユニットMUの回転によって、筐体CS内に気流が生じ、これによりミラーユニットMUの回転軸方向両側の温度が低くなることが原因と推察される。そこで、低温条件を創成できるミラーユニットMUの回転軸方向、すなわち回転軸の延長線と交差する筐体の面(ここでは上壁CSa)に窓部より熱抵抗の小さい金属板MPを配置することで、筐体CSの内部と外部に接する金属板MPでの結露をより促進させることができ、透明板TRでの結露を抑制する効果を高めることができる。又、ミラー面M2で反射した光束を透過する透明板TRから離れた位置に金属板MPを配置することで、金属板MPにより生じた結露が透明板TRに付着することを回避できる。尚、金属板MPの周囲に樋などを設けて、生じた結露を透明板TRから遠ざかる側に流すようにしても良い。 Here, the position where the metal plate MP is arranged will be considered. The inventors examined the heat distribution in the casing in a state where the light projecting system LPS and the light receiving system RPS are operated in the casing CS and the mirror unit MU is rotated. FIG. 5 is a temperature distribution diagram showing the results of a simulation performed by the present inventors. The position where the density of the diagram is high is the high heat part, and the position where the density of the diagram is low is the low heat part. According to FIG. 5, the vicinity of the light projecting system LPS and the light receiving system RPS is at a relatively high temperature position, both sides in the rotation axis direction of the mirror unit MU are at a relatively low temperature position, and there is a large temperature difference in the housing CS. Has occurred. This is presumably because the rotation of the mirror unit MU generates an air flow in the housing CS, which lowers the temperature on both sides of the mirror unit MU in the rotation axis direction. Therefore, the metal plate MP having a thermal resistance smaller than that of the window portion is arranged on the surface of the casing (here, the upper wall CSa) intersecting the rotation axis direction of the mirror unit MU capable of creating a low temperature condition, that is, the extension line of the rotation axis. Thus, the condensation on the metal plate MP contacting the inside and the outside of the housing CS can be further promoted, and the effect of suppressing the condensation on the transparent plate TR can be enhanced. In addition, by disposing the metal plate MP at a position away from the transparent plate TR that transmits the light beam reflected by the mirror surface M2, it is possible to avoid dew condensation caused by the metal plate MP from adhering to the transparent plate TR. In addition, a ridge etc. may be provided around the metal plate MP, and the generated dew condensation may be caused to flow away from the transparent plate TR.
一方、ミラーユニットMUの重力加速度方向上方に金属板MPが設置されている場合、金属板MPにより生じた結露が滴下して、ミラー面に付着する恐れがある。これに対し本実施の形態によれば、ミラー面M1を、その法線が向かう側における回転軸ROの方向(図3で上方)に投影したときに、ミラー面M1の投影領域と、金属板MPとが一部重なる配置(図3(A)に示す範囲B参照)であるが、ミラー面M1と金属板MPとの間には、ミラーユニットMUの非反射面部が位置している。又、ミラー面M2は金属板MPに対向していない。従って、金属板MPに生じた結露が滴下した場合でも、ミラーユニットMUの非反射面部である上面に遮られることで、ミラー面M1、M2のいずれにも付着することがなく、その反射性能を確保できる。尚、本実施の形態のレーザーレーダーLRにおいては、その構造上、ミラーユニットMUに対して回転軸ROの方向に、熱源となる投光系LPSや受光系RPSを配置する可能性は少ないが、投光系LPSや受光系RPSは、ミラーユニットMU回転軸ROの方向に投影したとき、その投影領域と重ならない位置に配置することが、筐体CS内の温度バランスを図る観点から望ましい。なお、図示は断面であり、ミラーユニットMUの投影領域は円筒状、ミラー面の投影領域は円環状となる。 On the other hand, when the metal plate MP is installed above the mirror unit MU in the direction of gravitational acceleration, condensation generated by the metal plate MP may drop and adhere to the mirror surface. On the other hand, according to the present embodiment, when the mirror surface M1 is projected in the direction of the rotation axis RO on the side toward the normal line (upward in FIG. 3), the projection area of the mirror surface M1 and the metal plate Although the MP partially overlaps (see range B shown in FIG. 3A), the non-reflecting surface portion of the mirror unit MU is located between the mirror surface M1 and the metal plate MP. Further, the mirror surface M2 does not face the metal plate MP. Therefore, even when the condensation formed on the metal plate MP is dropped, it is blocked by the upper surface, which is the non-reflecting surface portion of the mirror unit MU, so that it does not adhere to any of the mirror surfaces M1 and M2, and its reflection performance is improved. It can be secured. In the laser radar LR of the present embodiment, there is little possibility of disposing a light projecting system LPS or a light receiving system RPS serving as a heat source in the direction of the rotation axis RO with respect to the mirror unit MU due to its structure. It is desirable that the light projecting system LPS and the light receiving system RPS be arranged at a position that does not overlap the projection area when projected in the direction of the mirror unit MU rotation axis RO, from the viewpoint of achieving a temperature balance in the housing CS. In addition, illustration is a cross section, the projection area | region of the mirror unit MU becomes a cylindrical shape, and the projection area | region of a mirror surface becomes a ring shape.
(第2の実施の形態)
図6は、第2の実施の形態にかかるレーザーレーダーLRの、図3と同様な断面図である。本実施の形態のミラーユニットMUは、上述した実施の形態に対して下半部の四角錐を削除してなる単一の略四角錐形状からなり、その側面に4つのミラー面M2を形成している。本実施の形態では、投光系LPSと受光系RPSの光軸は、それぞれ回転軸ROに対して略平行に配置されている。それ以外の構成は、上述した実施の形態と同様である。4つのミラー面M2の傾斜角度をそれぞれ変えておくことで、図4に示すように画面G内を2次元的に走査できる。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a cross-sectional view similar to FIG. 3 of the laser radar LR according to the second embodiment. The mirror unit MU of the present embodiment has a single substantially quadrangular pyramid shape obtained by deleting the lower half of the quadrangular pyramid from the above-described embodiment, and forms four mirror surfaces M2 on the side surface. ing. In the present embodiment, the optical axes of the light projecting system LPS and the light receiving system RPS are respectively arranged substantially parallel to the rotation axis RO. Other configurations are the same as those of the above-described embodiment. By changing the inclination angles of the four mirror surfaces M2, the screen G can be scanned two-dimensionally as shown in FIG.
本実施の形態においても、ミラーユニットMUの回転軸ROの延長線と交差する筐体の面に金属板MPを配置することで、より結露を発生しやすい低温条件を金属板MP付近に創成できるから、透明板TRにおける結露の発生を抑制できる。又、ミラー面M2が金属板MPと対向していないので、金属板MPに生じた結露が滴下した場合でも、ミラーユニットMU上面に遮られ、ミラー面M2に付着することがなく、その反射性能を確保できる。 Also in the present embodiment, by arranging the metal plate MP on the surface of the casing that intersects the extended line of the rotation axis RO of the mirror unit MU, a low temperature condition that is more likely to cause dew condensation can be created near the metal plate MP. Therefore, the occurrence of condensation on the transparent plate TR can be suppressed. In addition, since the mirror surface M2 is not opposed to the metal plate MP, even when the condensation formed on the metal plate MP drops, the mirror unit MU is blocked by the upper surface and does not adhere to the mirror surface M2, and its reflection performance. Can be secured.
ところで、図6に示す実施の形態において、ミラーユニットMUの回転軸ROの方向の一つとして、点線で示すように、筐体CSの下壁CSbに金属板MPを配置することも考えられる。ところが、図6に示す実施の形態では、ミラー面M2に対して下壁CSb側に、熱源となる投光系LPS及び受光系RPSが配置される構成であるので、その発熱によってミラーユニットMUを回転させることで生じた低温環境を損なう恐れがある。そこで、ミラーユニットMUを挟んで、熱源となる光源を含む投光系LPS及び受光部を含む受光系RPSと反対側、すなわち上壁CSaに金属板MPを設ける方が望ましいといえる。 By the way, in the embodiment shown in FIG. 6, it is also conceivable to arrange the metal plate MP on the lower wall CSb of the casing CS as shown by a dotted line as one of the directions of the rotation axis RO of the mirror unit MU. However, in the embodiment shown in FIG. 6, since the light projecting system LPS and the light receiving system RPS as heat sources are arranged on the lower wall CSb side with respect to the mirror surface M2, the mirror unit MU is moved by the heat generation. There is a risk of damaging the low temperature environment generated by rotation. Therefore, it can be said that it is desirable to provide the metal plate MP on the opposite side of the light projecting system LPS including the light source serving as the heat source and the light receiving system RPS including the light receiving unit, that is, the upper wall CSa with the mirror unit MU interposed therebetween.
(第3の実施の形態)
一方、上壁CSaが取り付け面であり、ミラーユニットMUに対し、投光系LPS及び受光系RPSと同じ側に金属板MPを設けたい場合もある。かかる要求を満たす第3の実施の形態について説明する。図7は、第3の実施の形態にかかるレーザーレーダーLRの、図6と同様な断面図である。図6の実施の形態に対し、異なる点のみを説明する。本実施の形態では、筐体CSの下壁CSbに金属板MPを配置している。このため、ミラー面M2が金属板MPに対向することとなる。この場合、ミラーユニットMUに対して、金属板MPを重力加速度方向下方となるように設置すれば、金属板MPに発生した結露が重力加速度に従うので、上方にあるミラーユニットMUに付着することを抑制できる。
(Third embodiment)
On the other hand, there is a case where the upper wall CSa is an attachment surface and the metal plate MP is desired to be provided on the same side as the light projecting system LPS and the light receiving system RPS with respect to the mirror unit MU. A third embodiment that satisfies this requirement will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view similar to FIG. 6 of a laser radar LR according to the third embodiment. Only the differences from the embodiment of FIG. 6 will be described. In the present embodiment, the metal plate MP is disposed on the lower wall CSb of the casing CS. For this reason, the mirror surface M2 will face the metal plate MP. In this case, if the metal plate MP is installed on the mirror unit MU so as to be downward in the gravitational acceleration direction, the condensation generated on the metal plate MP follows the gravitational acceleration. Can be suppressed.
更に、本実施の形態では、金属板MPに対して、熱源となる投光系LPS及び受光系RPSを離間させるべく、反射鏡MR1、MR2を設けて光軸を折り曲げるようにしている。具体的には、投光系LPSから出射された光束は、反射鏡MR1で反射され、回転軸ROに沿って進行し、回転するミラーユニットMUのミラー面M2で反射した後、透明板TRを透過して外部の検出範囲に走査投光される。一方、走査投光された光束のうち対象物OBJに当たって反射したレーザー光は、再び透明板TRを透過して筐体CS内のミラーユニットMUのミラー面M2で反射され、回転軸ROに沿って進行し、反射鏡MR2で反射され、受光系RPSで検知されるようになっている。 Further, in the present embodiment, reflecting mirrors MR1 and MR2 are provided to bend the optical axis so as to separate the light projecting system LPS and the light receiving system RPS that are heat sources from the metal plate MP. Specifically, the light beam emitted from the light projecting system LPS is reflected by the reflecting mirror MR1, travels along the rotation axis RO, is reflected by the mirror surface M2 of the rotating mirror unit MU, and then passes through the transparent plate TR. The light is transmitted and scanned and projected to an external detection range. On the other hand, the laser beam reflected and reflected by the object OBJ among the luminous fluxes that have been scanned and projected is again transmitted through the transparent plate TR and reflected by the mirror surface M2 of the mirror unit MU in the housing CS, along the rotation axis RO. It travels, is reflected by the reflecting mirror MR2, and is detected by the light receiving system RPS.
このように、本実施の形態によれば、反射鏡MR1、MR2で光軸を折り曲げることで、回転軸RO方向に対してミラーユニットMUを投影したときに、その投影領域(点線で示す範囲A)外に、発熱部となる投光系LPS(少なくとも半導体レーザーLD)と受光系RPS(少なくともフォトダイオードPD)を設けるようにしたので、金属板MPと離間させることができ、ミラーユニットMUを回転させることで生じた低温環境を損なうことなく、下壁CSbに金属板MPを設置することで効果的に結露を生じさせることができる。 Thus, according to the present embodiment, when the mirror unit MU is projected in the direction of the rotation axis RO by bending the optical axis with the reflecting mirrors MR1 and MR2, the projection area (range A indicated by the dotted line) ) In addition, a light projecting system LPS (at least a semiconductor laser LD) and a light receiving system RPS (at least a photodiode PD) serving as a heat generating part are provided, so that they can be separated from the metal plate MP and rotate the mirror unit MU. Condensation can be effectively generated by installing the metal plate MP on the lower wall CSb without impairing the low temperature environment generated by the operation.
(第4の実施の形態)
図8は、第4の実施の形態にかかるレーザーレーダーLRの、図7と同様な断面図である。図7の実施の形態に対し、異なる点のみを説明する。本実施の形態では、ミラーユニットMUは、単一のミラー面M2のみを設けている。又、モータMTは、180度以内で往復回転動作を行うようになっている。ミラーユニットMUの往復回転に同期して、不図示のアクチュエータを用いて反射鏡MR1、MR2をステップ的に回動させることで、図4に示すような2次元の走査を行うことができる。本実施の形態では、下壁CSbが取り付け面の場合、金属板MPは上壁CSaに設け、上壁CSaが取り付け面の場合、下壁CSbに設ける。回転軸RO方向に対してミラーユニットMUを投影したときに、その投影像の範囲(点線で示す範囲A)外に、発熱部となる投光系LPSと受光系RPSを設けるようにしている。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 is a cross-sectional view similar to FIG. 7 of a laser radar LR according to the fourth embodiment. Only the differences from the embodiment of FIG. 7 will be described. In the present embodiment, the mirror unit MU is provided with only a single mirror surface M2. The motor MT performs a reciprocating rotation operation within 180 degrees. In synchronization with the reciprocating rotation of the mirror unit MU, two-dimensional scanning as shown in FIG. 4 can be performed by rotating the reflecting mirrors MR1 and MR2 stepwise using an actuator (not shown). In the present embodiment, when the lower wall CSb is an attachment surface, the metal plate MP is provided on the upper wall CSa, and when the upper wall CSa is an attachment surface, the metal plate MP is provided on the lower wall CSb. When the mirror unit MU is projected in the direction of the rotation axis RO, a light projecting system LPS and a light receiving system RPS that serve as heat generating portions are provided outside the range of the projected image (range A indicated by a dotted line).
(第5の実施の形態)
図9は、第5の実施の形態にかかるレーザーレーダーLRの、図7と同様な断面図である。図7の実施の形態に対し、異なる点のみを説明する。本実施の形態は、図7の実施の形態に対して、概ね天地を逆にした構成を有する。但し、図7の実施の形態のレーザーレーダーLRの天地を逆にするだけでは、金属板MPに付着した結露が滴下して、ミラー面M2に付着する恐れがある。そこで、本実施の形態では、ミラー面を、その法線が向かう側における回転軸ROの方向に投影した時に、その投影領域(図9に示す範囲B)以外の場所に金属板MPを設けるようにした。つまり、ミラー面の投影領域と、金属板MPとは重ならない位置に配置したものである。但し、回転軸RO方向に対してミラーユニットMUを投影したときに、その投影像の範囲(点線で示す範囲A)内に金属板MPを設けることが望ましい。従って、本実施の形態の場合、ミラーユニットMUの中央位置に対応して、上壁CSaに金属板MPを設けているのである。なお、本例では、取り付け面は下壁CSbである。
(Fifth embodiment)
FIG. 9 is a cross-sectional view similar to FIG. 7 of a laser radar LR according to the fifth embodiment. Only the differences from the embodiment of FIG. 7 will be described. The present embodiment has a configuration in which the top and bottom are generally reversed with respect to the embodiment of FIG. However, if the top and bottom of the laser radar LR according to the embodiment of FIG. 7 is simply reversed, the condensation attached to the metal plate MP may drop and adhere to the mirror surface M2. Therefore, in the present embodiment, when the mirror surface is projected in the direction of the rotation axis RO on the side toward the normal line, the metal plate MP is provided in a place other than the projection region (range B shown in FIG. 9). I made it. That is, the projection area of the mirror surface and the metal plate MP are arranged at positions that do not overlap. However, when the mirror unit MU is projected in the direction of the rotation axis RO, it is desirable to provide the metal plate MP within the range of the projected image (range A indicated by the dotted line). Therefore, in the case of the present embodiment, the metal plate MP is provided on the upper wall CSa corresponding to the center position of the mirror unit MU. In this example, the attachment surface is the lower wall CSb.
金属板MPが重力加速度方向下方となるように設置される場合、ミラーユニットMUの上面に凹部MUaを形成して、金属板MPより結露が滴下した場合に、それを受けることができるようにし、且つ凹部MUaに連通した流路MUbを介して、結露をミラーユニットMUの下方へと逃がすようにすると好ましい。 When the metal plate MP is installed so as to be below the gravitational acceleration direction, a concave portion MUa is formed on the upper surface of the mirror unit MU so that dew condensation can be received from the metal plate MP, In addition, it is preferable to allow condensation to escape to the lower side of the mirror unit MU via the flow path MUb communicating with the recess MUa.
本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。明細書の記載及び実施例は、あくまでも例証を目的としており、本発明の範囲は後述するクレームによって示されている。例えば、図面を用いて説明した本発明の内容は、全て実施の形態に適用でき、ヘリコプターなどの飛行体への搭載や、建物に設置して不審者を検知する防犯センサなどにも適用できる。また、上述の実施の形態では、光源として半導体レーザーを用いたもので説明したが、これに限るものでなく、光源にLED等を用いたものであってもよいのは言うまでもない。 The present invention is not limited to the embodiments described in the specification, and it is apparent to those skilled in the art from the embodiments and ideas described in the present specification that other embodiments and modifications are included. It is. The description and examples are for illustrative purposes only, and the scope of the invention is indicated by the following claims. For example, all the contents of the present invention described with reference to the drawings can be applied to the embodiments, and can be applied to a flying object such as a helicopter or a security sensor installed in a building to detect a suspicious person. In the above embodiment, the semiconductor laser is used as the light source. However, the present invention is not limited to this, and it goes without saying that an LED or the like may be used as the light source.
1 車両
1b フロントグリル
CL コリメートレンズ
CS 筐体
CSa 上壁
CSa’ 薄くした上壁の一部
CSb 下壁
CSc 側壁
CSd 開口
CSe 開口
G 画面
LD 半導体レーザー
Ln1−Ln4 画面の領域
LPS 投光系
LR レーザーレーダー
LS レンズ
M1 第1ミラー面
M2 第2ミラー面(又はミラー面)
MP 金属板
OBJ 対象物
PD フォトダイオード
MU ミラーユニット
RO 回転軸
RPS 受光系
TR 透明板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vehicle 1b Front grill CL Collimating lens CS Housing | casing CSa Upper wall CSa 'Part of thinned upper wall CSb Lower wall CSc Side wall CSd Opening CSe Opening G Screen LD Semiconductor laser Ln1-Ln4 Screen area LPS Projection system LR Laser radar LS lens M1 first mirror surface M2 second mirror surface (or mirror surface)
MP Metal plate OBJ Object PD Photodiode MU Mirror unit RO Rotating shaft RPS Light receiving system TR Transparent plate
Claims (8)
回転軸回りに回転するミラー面を備えた回転ミラー体と、
光束を受光する受光部と、
光透過性を備えた窓部が設けられると共に、前記光源と、前記回転ミラー体と、前記受光部とを内包した筐体と、を有し、
前記光源から出射された光束は、回転する前記ミラー面で反射され、前記窓部を介して前記筐体の外部へ走査投光され、
前記走査投光された光束のうち対象物で反射した光束の一部は、前記窓部を介して前記筐体の内部の前記ミラー面で反射した後、前記受光部で受光されるよう構成された光走査型の対象物検出装置であって、
伝熱長さ/(材料の熱伝導率×伝熱方向に直交する断面積)を熱抵抗であるとしたときに、前記伝熱長さ及び前記伝熱方向に直交する断面積がそれぞれ一の値である所定形状を有する結露誘発部を設けており、
前記筐体の前記窓部以外の部位に、前記窓部の熱抵抗より小さい熱抵抗を有する前記結露誘発部を前記筐体の内部と外部に接するよう配置し、
前記結露誘発部は、前記回転ミラー体の回転によって前記筐体内に気流が生じることにより温度が低くなる、前記回転軸の延長線と交差する前記筐体の面に配置される光走査型の対象物検出装置。 A light source that emits a luminous flux;
A rotating mirror body having a mirror surface that rotates about a rotation axis;
A light receiving portion for receiving a light beam;
A window portion having light transmittance is provided, and the housing includes the light source, the rotating mirror body, and the light receiving portion.
The light beam emitted from the light source is reflected by the rotating mirror surface, scanned and projected to the outside of the housing through the window portion,
A part of the light beam reflected by the object out of the scanned and projected light beam is reflected by the mirror surface inside the housing through the window and then received by the light receiving unit. An optical scanning type object detection device comprising:
When the heat transfer length / (the thermal conductivity of the material × the cross-sectional area orthogonal to the heat transfer direction) is the thermal resistance, the heat transfer length and the cross-sectional area orthogonal to the heat transfer direction are one each. Condensation induction part having a predetermined shape that is a value is provided,
Wherein a part other than the window portion of the housing, the condensation-induced part having a thermal resistance smaller thermal resistance of the window portion is disposed so as to contact the inside and outside of the housing,
The dew condensation inducing unit is an optical scanning type object disposed on the surface of the casing that intersects with an extension line of the rotating shaft, the temperature of which decreases when an air flow is generated in the casing by rotation of the rotating mirror body Object detection device.
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