(57)【要約】      （修正有）【課題】移動体の方向を更に正確に２次元的に検知する移動体方向検知装置を提供する。【解決手段】所定時間間隔をおいて周波数の異なる複数のパルスレーザ光を移動体に向けて照射し、移動体及びその背景からの反射光を受光する直線状のスリットに対して垂直方向に往復駆動されるマスクと、このマスクを通過した光を分光し、２次元に配列された複数の光センサ素子から成り、分光された光を受ける２次元センサと、スリットの行方向の各波長の光の強度累計値を求め、背景からの光から識別できるパルスレーザ光の反射光を検知し、マスクの往復駆動の方向と直角な方向の２次元センサにおける光センサ素子の列の受光強度の累積値によりパルスレーザ光の波長の強度の最大な列を求め、求められた強度最大列及び検知された反射光の最も強度の大きい累積値が得られるマスクの往復の位置及びこの往復の方向に対して垂直な２次元センサの位置により移動体の方向を検知する。【選択図】図１
2012098121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定時間間隔をおいて周波数の異なる複数のパルスレーザ光を発生するレーザ発生器と、
このレーザ発生器により発生したレーザ光を移動体に向けて照射するレーザ光照射部と、
前記移動体及びその背景からの反射光を受光する直線状のスリットを有し、このスリットに対して垂直方向に往復駆動されるマスクと、
このマスクを通過した光を分光する分光器と、
２次元に配列された複数の光センサ素子から成り、前記分光器により分光された光を受ける２次元センサと、
前記スリットの行方向の各波長の光の強度累計値を求め、前記背景からの光から識別できる前記パルスレーザ光の反射光を検知する識別反射光検知部と、
前記マスクの往復駆動の方向と直角な方向の前記２次元センサにおける前記光センサ素子の列の受光強度の累積値により前記パルスレーザ光の波長の強度の最大な列を求める最大強度列検知部と、
この最大強度列検知部による求められた強度最大列及び前記識別反射光検知部により検知された反射光の最も強度の大きい累積値が得られる前記マスクの往復の位置及びこの往復の方向に対して垂直な前記２次元センサの位置により前記移動体の方向を検知する方向検知部と、
を有することを特徴とする移動体方向検知装置。
【請求項２】
前記レーザ光発生器は、周波数の異なる２つの波長のパルスレーザ光を所定時間間隔で発生することを特徴とする請求項１記載の移動体方向検知装置。
【請求項３】
前記識別反射光検知部により得られた前記反射光の波長における光の強度の経時的な変化から前記移動体までの距離を算出する距離算出部を、更に有することを特徴とする請求項２記載の移動体方向検知装置。
【請求項４】
前記マスクは、水平方向のスリットを有し、上下方向に駆動されることを特徴とする請求項３記載の移動体検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、移動する対象物<移動体）の方向を検知する移動体方向検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
飛しょう体など、空間を移動する対象物の位置を測定する装置として、例えば特許文献１に記載されている移動体位置測定装置が知られている。
【０００３】
この装置は、所定間隔で発生する２つのパルスレーザ光を対象物に照射しその反射光を２次元の受光部を有する多チャンネル光検出部により受けて、対象物の方向とそれまでの距離を検知するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４４１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、上記のような移動体の方向を更に正確に２次元的に検知する移動体方向検知装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、実施形態の移動体方向検知装置は、所定時間間隔をおいて周波数の異なる複数のパルスレーザ光を発生するレーザ発生器と、このレーザ発生器により発生したレーザ光を移動体に向けて照射するレーザ光照射部と、前記移動体及びその背景からの反射光を受光する直線状のスリットを有し、このスリットに対して垂直方向に往復駆動されるマスクと、このマスクを通過した光を分光する分光器と、２次元に配列された複数の光センサ素子から成り、前記分光器により分光された光を受ける２次元センサと、前記スリットの行方向の各波長の光の強度累計値を求め、前記背景からの光から識別できる前記パルスレーザ光の反射光を検知する識別反射光検知部と、前記マスクの往復駆動の方向と直角な方向の前記２次元センサにおける前記光センサ素子の列の受光強度の累積値により前記パルスレーザ光の波長の強度の最大な列を求める最大強度列検知部と、この最大強度列検知部による求められた強度最大列及び前記識別反射光検知部により検知された反射光の最も強度の大きい累積値が得られる前記マスクの往復の位置及びこの往復の方向に対して垂直な前記２次元センサの位置により前記移動体の方向を検知する方向検知部と、を有することを特徴とする移動体方向検知装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態に係る移動体方向検知装置の構成例を示す図である。
【図２】図１に示す移動体方向検知装置における電気信号処理部及び距離検知部の構成例を示す図である。
【図３】図１に示す移動体方向検知装置の方向検知部の構成例を示す図である。
【図４】図１に示す移動体方向検知装置の動作を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図５】図１に示す移動体方向検知装置における２位次元センサの構造を説明するための図である。
【図６】図１に示す移動体方向検知装置における識別反射光検知部の動作を説明するための図である。
【図７】図１に示す移動体方向検知装置における受光時系列データ抽出部の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１にこの一実施形態の構成例を示す。本発明は、移動体の方向を検知するものであるが、方向の他に移動体までの距離を算出して移動体の位置を特定することも可能であり、図１に示す実施形態はこの移動体位置を検知する移動体方向検知装置である。
【０００９】
この移動体方向検知装置１０は、所定間隔の２つのパルス状レーザ光を発生するレーダ発生部１１と、このレーダ発生部１１で発生したレーザパルスの光路を変更し、対象とする背景１２の前に存在する移動体１３の方向にレーザ光を照射する反射鏡１４ａ，１４ｂと、背景１２及び移動体１３からの反射レーザ光などを通過させる水平スリット１５を有するマスク１６と、このマスク１６の水平スリット１５を通過した光を集光するレンズＬと、このレンズＬで集められた光を分光する分光器１７と、分光された光を受光する２次元センサ１８と、この２次元センサ１８で受光した光を光電変換した電気信号を処理する電気信号処理部２１と、この反射信号から距離を検知する距離検知部２２と、上記反射信号から移動体１３の方向を検知する方向検知部２３と、この方向検知部２３により検知された移動体１３の方向と、距離検知部２２により検知された移動体１３までの距離から、移動体の位置を特定する移動体特定部２４と、上記マスク１６を上下に往復駆動するマスク駆動部２５と、上記背景１２及び移動体１３方向へ照射されるレーザ光及び背景１２及び移動体１３からの光を集光するレンズ２６と、これら各部を制御する全体制御部２７とを有する。
【００１０】
レーザ発生器１１は、例えば波長がλａ，λｂの２つのパルス状のレーザ光を発生するものである。このレーザ発生器１１から発射されたレーザ光は、レーザ光照射部を形成する反射鏡１４ａ、１４ｂを経由してレンズ２６を通過して移動体１３の方向に照射される。移動体方向検知装置１０が受ける光は、移動体１３からの反射光が強いが、背景１２から上記レーザ光とは異なる他の波長の光も含まれている。
【００１１】
２次元センサ１８は、図５に示すように、複数の光センサ素子がｘ方向とｙ方向に２次元的に配列された構造を有しており、これら各々は入る光の量に応じた電気信号を出力するようになっている。例えばｘ軸方向（列）に１００個、ｙ軸方向（行）に１００個の光センサが設けられているとする。各光センサを、光センサ素子Ｓ（１，１）〜Ｓ（１００，１）、Ｓ（１，ｉ）〜Ｓ（１００，ｉ）、Ｓ（１００，１）〜Ｓ（１００，１００）で表すこととする。そして、これらの光センサ素子の受光値に対する電気信号の値をＰ（１，１）〜Ｐ（１００，１）、Ｐ（１，ｉ）〜Ｐ（１００，ｉ）、Ｐ（１００，１）〜Ｐ（１００，１００）で表すこととする。これらの光センサ素子や電気信号の位置を特定しない場合には、簡略化してこれらの光センサ素子をＳ，電気信号をＰとも表す。
【００１２】
上記の２次元センサ１８の各光センサ素子Ｓから出力された電気信号は、電気信号処理部２１に入力される。図２に、電気信号処理部２１と距離検知部２２の構成を示す。電気信号処理部２１は、各光センサ素子Ｓで受光した光の強度に対応した電気信号の大きさを検出する各センサ強度検出部３１と、各行の累積値を求めそのグラフを作成する行累積値グラフ作成部３２と、この行累積値グラフ作成部３２で得られたグラフから、背景に埋没しないで識別できる反射光を検知する識別反射光検知部３３と、各光センサ素子Ｓの列毎の累積値を算出する列センサ累積値算出部３４とを有する。
【００１３】
図１における方向検知部２３の構成を図３に示す。方向検知部２３は、電気信号処理部２１の列センサ累積値算出部３４の出力からその累積値が最大となる列を求めその検知された列を知らせる信号を移動体特定部２４に送る最大強度列検知部３７と、マスク駆動部２５により駆動されるマスク１６の上下の位置を検知しその位置を知らせる位置信号を移動体特定部２４に送るマスク上下位置検知部３８とを有する。
【００１４】
列センサ累積値算出部３４は、その列（ｉ）毎の光センサ素子Ｓ（ｉ，ｊ）の強度の累積値即ち、ｊ＝１〜１００までのΣＰ（ｉ，ｊ）を求める。
【００１５】
距離検知部２２は、電気信号処理部２１の識別反射光検知部３３で検知された反射光の周波数の光の強度を中心にその時系列データを抽出する受光時系列データ取得部３５と、この取得した時系列データから移動体１３までの距離を算出する距離算出部３６を有する。
【００１６】
次に、図４に示すフローチャートにしたがって、この実施形態の移動体方向検知装置の動作を説明する。
【００１７】
ステップＳ４０１では、マスク１６を縦方向の次の位置に移動する。ステップＳ４０２では、２波長λａ，λｂのレーザパルスを、レンズ２６を介して移動体方向検知装置１０から移動体１３に向けて照射する。２波長のレーザパルスの移動体１３からの反射波及び背景１２からの光はレンズ２６を介し、マスク１６の水平スリット１５を介して分光器１７に入り、２次元センサ１８で受光される。２次元センサ１８で受光された光は光電変換され電気信号処理部２１で処理される。すなわち、電気信号処理部２１の各センサ強度検出部３１で各光センサ素子における強度が検知され電気信号に変えられ、行累積値グラフ作成部３２に入る。ここでステップＳ４０３の波長毎の各行の累積値が算出される。
【００１８】
この２次元センサ１８に対して、マスク１６を上下に移動させると、水平スリット１５を通過して分光器１８に入る水平方向の光は上下に移動することになる。この水平光は、分光器１８で分光され波長がλ１〜λ１００に分かれて、２次元センサ１９に入射する。
【００１９】
この２次元センサ１９に入射した光を各行毎、即ち行毎の電気信号Ｐ（１，ｉ）〜Ｐ（１００，ｉ）の受光に対応する電気信号値に合計値Σ（ｉ＝１〜１００）を求めると、例えば図３に示すように表され、これが水平スリット１５の移動に応じて、即ち時刻ｔの関数として変化することになる。
【００２０】
なお、背景１２から入ってくる光は広い波長範囲にあり、移動体１３からの反射光は、レーザ光として照射した、波長がλａ，λｂの光の反射光である。したがって図６に示すように、２次元センサ１８で受ける、各時刻毎の光は背景１２から来る光は広い波長の光であり、一方、移動体１３からの反射光は、４１ａ、４１ｂに示すよう、特定の波長λａ，λｂの信号となる。なお、この反射信号４１ａ，４１ｂに対応する反射光の波長は、移動体の移動の方向、速度に伴うドプラ効果によって少し変化する場合もあるが、ここでは、ほとんど変わらないとして説明する。
【００２１】
ステップＳ４０４では、１回のマスク１６の移動が終了したか検知し、終了していなければステップＳ４０１に戻って上記の動作を繰り返す。１回のマスク移動が終了したら、ステップＳ４０５で所定回までマスク１６の移動を繰り返す。
【００２２】
行累積値グラフ作成部３２は、例えばｊ行（ｊ＝１〜１００）の各光センサ素子Ｓ（ｊ，ｉ）の受光する強度Ｐ（ｊ，ｉ）の累積値を求めてそのグラフを作成する。図６は、横軸に各行の波長λ（λ１〜λ１００）を取り、縦軸にその行の強度の累積値を取っている。
【００２３】
波長λａと波長λｂにおける受光累積値６１，６２は、レーザ発生器１１で発生した波長λａ，λｂの光が移動体方向検知装置１０から照射された後、移動体１３から反射され移動体方向検知装置１０で受光された反射光を示し、相当の高い値を示す。一方、図６において、受光部分６３、６４は、背景１２から反射などで生じた光のうち移動体方向検知装置１０で受光された光の各行の累積値を表している。
【００２４】
図６に示した波長λａの行では、受光累積値６１は受光部分６３において、値が小さいために識別することができない。しかし、波長λｂの行では、この反射光の累積値が受光部分６４より大きくなるので、この波長の反射光を識別することができる。図６に示すようなグラフが所定時刻毎に作成される。識別反射光検知部３３は、上述のような識別できる反射光を検知する。この処理は、ステップＳ４０６でなされる。
【００２５】
次のステップＳ４０７では、該当反射光の波長、今の例では波長λｂを検出する。
【００２６】
そしてステップＳ４０８で、該当反射光の行累積値の最大値を求めることにより、上下方向（エレベーション方向）に対して移動体１３がどの方向にいるか、視軸がどの方向に向いているかを検知することができる。
【００２７】
次のステップＳ４０９では、その波長に対する経時的なグラフを作成する。すなわち、受光時系列データ抽出部３６では、上述した識別反射光からその反射光の波長λｂにおける時系列的なデータを抽出しそのグラフを作成する。その例を図７に示す。
【００２８】
このグラフにおいて、横軸はレーザ光を照射した時刻からの時間であり、縦軸はその経過時間における光の強度を取っている。これにより反射光が検知された時刻を検知できる（ステップＳ４１０）。したがって、反射光λｂの反射光を受けた時間Ｔを２で除して、その片道の時間を算出し、光速で除して、移動体１３までの距離を算出できる。このようにして、ステップＳ４１０では、当該反射光が検出された時刻（経過時間）を検知して、ステップＳ４１１で距離算出部３６において、移動体１３までの距離を算出する。
【００２９】
一方、ステップＳ４１２では、該当反射光から移動体１３の方位方向の位置を検知することができる。ステップＳ４１３では、ステップＳ４０８で検知した上下方向とステップＳ４１３で検知した方位方向により、移動体１３の方向を検知できる。
【００３０】
このように、最大強度列検知部３７の出力により移動体１３のアジマス方向（方位方向）を検知し、マスク上下位置検知部３８の出力により移動体１３のエレベーション方向（上下方向）を検知する。更に距離検知部２２の距離算出部３６で移動体１３までの距離が得られるから、図１に示す移動体特定部２４では、移動体１３までの距離も得ることができる。このようにして、移動体特定部２４では、その方向と距離から移動体１３の位置を特定することができる。
【００３１】
この実施形態では、２つの波長を有するレーザ光を移動体方向に照射しその反射光を得ていた。しかし、照射する光は２波長のレーザ光に限られず、３以上であってもよい。波長の異なるレーザ光が多いほど、背景に埋もれず識別できる反射光を得る可能性は増加する。
【００３２】
この実施形態では、水平スリットを有するマスクを上下（垂直）方向に駆動していた。しかし、本発明では垂直方向のスリットを有するマスクを（水平）方向に駆動するようにしてもよく、そのスリットの方向と直角の方向に駆動することができればよい。
【００３３】
この実施形態によれば、移動体の方向だけでなく、装置から移動体までの距離を求めてその位置を特定することが可能である。本発明では、移動体の方向を検知できればよく、移動体までの距離を検知する必要は必ずしもない。
【００３４】
本発明によれば、移動体の方向を、正確に検知することが可能な移動体方向検知装置が得られる。
【００３５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したがこれらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
１０・・・・移動体方向検知装置、
１２・・・・背景、
１３・・・・移動体、
１４ａ，１４ｂ・・・・反射鏡、
１５・・・・水平スリット、
１６・・・・マスク、
１７・・・・分光器、
１８・・・・２次元センサ、
２１・・・・電気信号処理部、
２２・・・・距離検知部、
２３・・・・方向検知部、
２４・・・・移動体特定部、
２５・・・・マスク駆動部、
２６・・・・レンズ、
２７・・・・全体制御部、
３１・・・・各センサ強度検出部、
３２・・・・行累積値グラフ作成部、
３３・・・・識別反射光検知部、
３４・・・・列センサ累積値算出部、
３５・・・・受光時系列データ取得部、
３６・・・・距離算出部、
３７・・・・最大強度列検知部、
３８・・・・マスク上下位置検知部。
【図１】
2012098121.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2012098121.tif 000007
【図６】
2012098121.tif 000008
【図７】
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