CN102736075A - 激光雷达装置 - Google Patents

Abstract

激光雷达装置中，通过第一扫描部使来自激光产生单元的激光沿着经过规定轴的虚拟面进行扫描。控制单元控制第一扫描部的位移量，改变扫描光的沿着所述面的角度。第二扫描部使由第一扫描部进行扫描的激光偏转，使该激光向外部空间扫描。第二扫描部能够以所述轴为中心旋转。聚光单元将在外部空间中反射而返回的激光反射光聚光，并由光检测单元进行检测。聚光单元与第二扫描部一体形成。驱动单元以所述轴为中心旋转驱动第二扫描部和聚光单元。第二扫描部具有设在激光入射侧且使激光偏转的偏转面。偏转面是形成在所述轴的圆周方向的至少一部分区域并以该轴为中心多重设置的多个反射面。多个反射面相对于与所述轴正交的水平面的倾斜度各自不同。

Description

激光雷达装置

技术领域

本发明涉及一种激光雷达装置，尤其涉及一种使用激光对该装置的周围进行三维扫描的激光雷达装置。

背景技术

以往，作为使用激光检测到检测物体的距离和方位的技术，提供一种例如专利文献1所述的装置。该专利文献1的装置中，在来自激光产生单元的激光的光轴上设有光隔离器，该光隔离器使激光透过，并且将来自检测物体的反射光向检测单元反射。并且，在透过光隔离器的激光的光轴上设置以该光轴方向的中心轴为中心转动的凹面镜，通过该凹面镜向空间反射激光，并将来自检测物体的反射光向光隔离器反射，从而能进行360°的水平扫描。

根据专利文献1的技术，通过凹面镜的转动能进行360°的水平扫描，将检测区域(由激光进行扫描的区域)扩大到装置的整个周围，但是，具有检测区域被限定在平面的问题。即，从凹面镜向空间反射的激光在规定平面(扫描平面)内进行扫描，因此，不能检测脱离该扫描平面的区域。因而，无法检测脱离扫描平面的检测物体，另外，即使扫描平面内存在检测物体的情况下，也无法立体地掌握该检测物体。

专利文献

专利文献1：JP特许2789741号公报

专利文献2：JP特开2008-134163号公报

专利文献3：JP特开2009-98111号公报

作为解决上述问题并能够在三维空间内检测物体的技术，提供了如专利文献2、3的技术。例如，专利文献2的三维测距装置中设有：具备以规定的旋转轴线P1为中心旋转的旋转体8的二维测距装置100；以及围绕与第一轴心P1斜交的第二轴心P2旋转驱动该二维测距装置100的第二旋转机构20。该第二旋转机构20上设有围绕与第二轴心P2正交的第三轴心P3摆动支撑的第一托架22；以及通过自由关节机构24连结到第一轴心P1上的规定位置上的旋转臂24，并且，通过由驱动机构28旋转驱动旋转臂24，改变第一轴心P1的滚转角度α和俯仰角度β，由此，使整个二维测距装置100摆动而进行三维扫描。

但是，根据如专利文献2所述使二维测距装置100连同外壳整体摆动的方法，不可避免地导致三维扫描所需要的动作机构(第二旋转机构20)和驱动源(第二电机28)的大型化，因此，在轻量化和小型化方面极为不利。另外，由于采用了驱动整个二维测距装置100的结构，不得不增加动作机构和驱动源上产生的机械或电气的负担，驱动时需要很大的转矩和电力等，因此，存在很难高速进行扫描的问题。

尤其，专利文献2的结构是：相对于由水平扫描用的电机(第一电机11)驱动的部分(旋转体8)，由三维动作用的电机(第二电机28)驱动的部分(二维测距装置100)格外大且重的结构，并且，第二电机28的动作伴随着第一托架22和自由关节机构24上的摆动。通过这种结构，与使轻量的旋转体8单纯旋转的第一电机11侧相比，第二电机28侧动作不可避免地变得相当慢。因此，即便使第一电机11侧高速旋转而实现扫描的高速化，第二电机28侧也无法对应该速度，其结果，会阻碍扫描的高速化。

另一方面，专利文献3公开了一种通过摆动反光镜31将来自激光二极管10的激光向偏转部41侧反射的结构的激光雷达装置1(图1等)。根据该激光雷达装置1，通过控制摆动反光镜31的摆动使入射到偏转部41的激光的方向发生变化，由此，使来自偏转部41的激光的照射方向上下变化。

如果如专利文献3的图1等所示采用使摆动反光镜31位移的结构，则与专利文献2相比，可以使贡献于三维识别的部分(摆动反光镜31)小型化、轻量化，并且可以降低机械、电气的负荷。

但是，根据该专利文献3的图1等的结构，为了在大的旋转范围内良好地进行三维识别，必须使摆动反光镜31进行复杂动作。例如，如专利文献3的图1等所示，使摆动反光镜31摆动来进行激光扫描的情况下，为了实现驱动的高速化，考虑使摆动反光镜31的驱动单纯化，将由摆动反光镜31进行的激光扫描成为单纯的线扫描(一维扫描)。

但是，如果这样使驱动单纯化，在偏转部位于朝向与线扫描的激光的移动方向(入射到偏转部的扫描平面)正交的方向的旋转位置时，出现激光的出射角度(从偏转部射出的激光与水平面所成角度)不发生变化的现象，从而在该旋转位置附近不能进行三维识别。为了消除这样的问题，需要使由摆动反光镜31进行的激光扫描不是单纯的线扫描(一维扫描)，而使摆动反光镜31进行复杂的二维动作以使得激光能向多方向移动，但是，这种复杂的摆动动作很难高速化，无法避免装置结构和控制方法的复杂化。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的是提供一种能够在装置周围三维地识别物体的激光雷达装置中，在实现小型化、轻量化的同时能更高速地进行激光扫描的结构。

为了实现上述目的，本发明的激光雷达装置，作为其一种形态，具备：

产生激光的激光产生单元10；

第一扫描部31，使来自所述激光产生单元的所述激光沿着通过规定轴42a的虚拟面进行扫描；

控制单元33、52、70，控制所述第一扫描部的位移量，以使所述扫描光的沿着所述面的角度θ改变；

第二扫描部41，能够以所述轴42a为中心旋转，并且，使由所述第一扫描部进行扫描的所述激光偏转，并使该激光向外部空间扫描；

光检测单元20，检测出所述激光在外部空间反射而返回的反射光；

聚光单元130a，与所述第二扫描部41一体形成，并且将所述反射光会聚到所述光检测单元；以及

驱动单元50，以所述轴42a为中心旋转驱动所述第二扫描部41和所述聚光单元130a，

其中，所述第二扫描部41具有设置在所述激光入射侧且使该激光偏转的偏转面100、200，

所述偏转面是形成在所述轴的圆周方向的至少一部分区域中并以该轴为中心多重设置的多个反射面101、102a、102b、103a、103b、104a、104b；201～207，

所述多个反射面形成为，相对于与所述轴正交的水平面的倾斜度各自不同。

通过这样的结构，相对于以轴为中心多重且多级地设置的偏转面(多个反射面)的各个位置，可以通过线扫描照射激光。可以从以不同的倾斜状态构成的各反射面发生方向不同的反射光(向空间的照射光)。

另外，偏转面上的线扫描位置的相对移动的过程中，沿着虚拟面移动的激光分别入射到多个反射面。因此，即使偏转部旋转而改变偏转面的方向，也可以通过各反射面反射激光。由此，可以向装置的周围以改变倾斜角度(相对于水平面的角度)的方式进行激光的三维扫描。尤其，可以通过线扫描(一维扫描)对偏转面照射激光，因此，可以在避免使驱动机构大型化、复杂化的情况下实现对偏转面的激光扫描的高速化，进而可以更高速地进行装置周围存在的物体的三维识别。

另外，多个反射面例如是以所述轴为中心的圆周方向的整个范围。通过该结构，无论在偏转部朝向哪个方向的情况下，都能够向各反射面照射激光，可以在装置的周围更宽范围地进行三维识别。

另外，例如通过控制单元，偏转部每旋转N周(其中，N为自然数)就切换第一扫描部的方向，由此，每N周切换多个反射面中的激光的入射对象面。

通过该结构，以N周为单位进行第一扫描部的切换即可，因此与偏转部旋转一次期间进行多次切换动作的结构相比，可以降低切换动作时的负荷。尤其，旋转一次期间进行多次切换动作的结构中，必须考虑多次的切换动作时间，因此难以使偏转部高速旋转，但是，如果如上所述每N周进行切换动作，即便使偏转部高速化，也容易以适当的定时毫无延迟地切换，在高速进行三维识别方面更为有利。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的激光雷达装置的截面示意图；

图2是用于说明照射到偏转部的激光的角度和发出自偏转部的照射角度的关系的说明图；

图3是示意性地例示图1的激光雷达装置的凹面镜附近的立体图；

图4A是表示图1的激光雷达装置的扫描光反射部附近的结构的立体图，图4B是从与图4A不同方向上观察的立体图；

图5是表示图1的激光雷达装置的扫描光反射部附近的结构的俯视图；

图6A是示意性地表示在图5的0°方向和180°方向的位置上剖开的截面的截面图，图6B是示意性地表示在图5的45°方向和-135°方向的位置上剖开的截面的截面图；

图7A是概念性地表示扫描光反射部的方向为-45°时的激光的照射情况的立体图，图7B是其俯视图；

图8是表示从与图7A不同的方向上观察扫描光反射部的方向为-45°时的激光的照射情况的立体图；

图9A是概念性地表示扫描光反射部的方向为-30°时的激光的照射情况的立体图，图9B是概念性地表示扫描光反射部的方向为-15°时的激光的照射情况的立体图；

图10A是概念性地表示扫描光反射部的方向为0°时的激光的照射情况的立体图，图10B是其俯视图；

图11是表示从与图10A不同的方向上观察扫描光反射部的方向为0°时的激光的照射情况的立体图；

图12A是概念性地表示扫描光反射部的方向为15°时的激光的照射情况的立体图，图12B是概念性地表示扫描光反射部的方向为30°时的激光的照射情况的立体图；

图13A是概念性地表示扫描光反射部的方向为45°时的激光的照射情况的立体图，图13B是其俯视图；

图14是表示从与图13A不同的方向上观察扫描光反射部的方向为45°时的激光的照射情况的立体图；

图15是示意性地例示第二实施方式的激光雷达装置的凹面镜附近的立体图；

图16涉及第二实施方式的激光雷达装置，是用于说明照射到偏转部的激光的角度和发出自偏转部的照射角度的关系的说明图；

图17是表示图15的激光雷达装置的扫描光反射部附近的结构的立体图；

图18是表示图15的激光雷达装置的扫描光反射部附近的结构的俯视图；

图19A是示意性地表示在图18的0°方向和180°方向的位置上剖开的剖开面的截面图，图19B是示意性地表示在图18的45°方向和-135°方向的位置上剖开的剖开面的截面图；

图20是概念性地表示在图15的激光雷达装置中扫描光反射部的方向为0°时的激光扫描位置的俯视图；

图21是概念性地表示在图15的激光雷达装置中扫描光反射部的方向为90°时的激光扫描位置及激光的照射情况的俯视图；

图22是概念性地表示在图15的激光雷达装置中扫描光反射部的方向为180°时的激光扫描位置的俯视图；

图23A是概念性地表示在图15的激光雷达装置中扫描光反射部的方向为-60°时的激光的照射情况的立体图，图23B是概念性地表示扫描光反射部的方向为-45°时的激光的照射情况的立体图；

图24A是概念性地表示在图15的激光雷达装置中扫描光反射部的方向为-30°时的激光的照射情况的立体图，图24B是概念性地表示扫描光反射部的方向为-15°时的激光的照射情况的立体图；

图25是概念性地表示在图15的激光雷达装置中扫描光反射部的方向为0°时的激光的照射情况的立体图；

图26A是概念性地表示在图15的激光雷达装置中扫描光反射部的方向为15°时的激光的照射情况的立体图，图26B是概念性地表示扫描光反射部的方向为30°时的激光的照射情况的立体图；

图27A是概念性地表示在图15的激光雷达装置中扫描光反射部的方向为45°时的激光的照射情况的立体图，图27B是概念性地表示扫描光反射部的方向为60°时的激光的照射情况的立体图；

图28涉及以与图15、图16不同的扫描范围进行线扫描的例子，是用于说明照射到偏转部的激光的角度和发出自偏转部的照射角度的关系的说明图。

图29表示第一实施方式中为了进行光栅扫描而由控制电路执行的控制流程的概要的流程图。

图30表示第一实施方式中为了进行光栅扫描而由控制电路执行的控制流程的概要的流程图。

附图标记的说明：

1-激光雷达装置、10-激光二极管(激光产生单元)、20-光电二极管(光检测单元)、31-反光镜(第一扫描部)、33-致动器(控制单元)、40-旋转偏转装置、41-偏转部(第二扫描部)、42a-中心轴(规定轴)、50-电机(驱动单元)、52-旋转角度传感器(控制单元)、62-聚光透镜(聚光单元)、70-控制电路(控制单元)、100、200-扫描光反射部、101、102a、102b、103a、103b、104a、104b、201～207-反射面(偏转面)、130-凹面镜(聚光单元)、130a-凹面镜区域的反射面(偏转面)

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的激光雷达装置的各种实施方式进行说明。而且，该激光雷达装置也被称为LIDAR(光探测和测距(Light Detection andRanging)，或激光成像探测和测距(Laser Imaging Detection and Ranging))。

(第一实施方式)

下面，参照附图对将本发明具体化的第一实施方式进行说明。

首先，参照图1等对第一实施方式的激光雷达装置的整体结构进行概述。图1是本发明的第一实施方式的激光雷达装置的截面示意图。图2是用于说明照射到偏转部的激光的角度和发出自偏转部的照射角度的关系的说明图。

如图1所示，激光雷达装置1构成为检测到检测物体的距离和方位的装置，其具备激光二极管10和光电二极管20。

激光二极管10相当于“激光产生单元”的一个例子，例如由公知的激光二极管构成。该激光二极管10从驱动电路9接受脉冲电流的供应，并根据该脉冲电流，每隔规定间隔间歇地投射脉冲激光(激光L1)。

光电二极管20例如由雪崩光电二极管等公知的光电二极管构成，并成为如下结构：当激光二极管10产生了激光L1时，通过受光面20A对该激光L1被外部空间中存在的物体反射后的反射光L2进行受光，并转换为电信号。而且，对于来自检测物体的反射光L2，获取所设定的视野范围的光。图1的例子中，示出了对水平方向上照射的激光L1被外部空间中存在的物体反射后的反射光L2进行受光的情况。而且，这里的水平方向是将激光雷达装置1如图1所示放置的状态下的横向，是沿着后述的XZ面(水平面)的方位方向。

而且，光电二极管20相当于“光检测单元”的一个例子，其功能在于：当由偏转部41向外部空间偏转的激光被外部空间中存在的物体反射时，检测来自该物体的反射光。

从激光二极管10照射的激光L1的光轴上设有透镜60。该透镜60构成为准直透镜，具有将来自激光二极管10的激光L1变换为大致平行光的功能。

在通过了透镜60的激光L1的光路上设置有反光镜31。该反光镜31相当于“第一扫描部”的一个例子，具有将来自激光二极管10的激光L1向后述的旋转偏转装置40导光的功能。反光镜31在后述的XY平面上的角度能够根据致动器33的驱动力而变更(即位移)。因此，其构成为将通过了准直透镜60的激光L1向对应于自身姿势的方向反射。

致动器33构成为：接受来自后述的控制电路70(参照图2)的指令而进行驱动，通过变更反光镜31的角度而使反光镜31反射的激光L1的方向沿着虚拟平面(后述的XY平面)变化。该致动器33例如由使反光镜31以规定的转动轴为中心转动的步进电机构成，图1、图2的例子中，以反光镜31的反射面31a上所设定的转动轴G为中心使反光镜31转动。

图1的例子中，转动轴(摆动轴)G的方向是，与来自准直透镜60的激光的方向正交的方向，并且是与后述的旋转偏转装置40的旋转中心的方向(中心轴42a的方向)正交的方向。中心轴42a起到“规定轴”的功能。

本说明书中，以从准直透镜60朝向反光镜31的激光的方向表示为X轴方向，以中心轴42a的方向表示为Y轴方向，旋转轴G的方向表示为与这些X轴方向及Y轴方向正交的Z轴方向。

致动器33使反光镜31摆动以使得来自反光镜31的激光在包含这些方向(朝向反光镜31的激光的方向、及中心轴42a的方向)的虚拟平面上(XY平面上)移动，从而对于后述的偏转部41进行线扫描。在该结构，转动轴G位于中心轴42a的轴线上并交叉，该交叉位置成为激光L1的反射位置P1。因此，反射位置P1为位置不变的固定位置。

在由反光镜31反射的激光L1的光轴上设有旋转偏转装置40。该旋转偏转装置40具备：构成为能以中心轴42a为中心旋转的偏转部41，以及用于旋转驱动偏转部41的电机50。偏转部41相当于“第二扫描部”。该旋转偏转装置40的功能在于，使偏转部41旋转并通过偏转部41使激光二极管10产生的激光L1向外部空间(外壳3的外部的空间)偏转(反射)。

旋转偏转装置40主要由偏转部41、轴部42、电机50、旋转角度传感器52构成。偏转部41具备扫描光反射部100和凹面镜130，并且被保持为能以中心轴42a为中心旋转，并且无论处于哪个旋转位置，接受激光L1和反射光L2的偏转面都朝向斜上方侧。

扫描光反射部100构成为将来自激光二极管10的激光L1(具体为由上述反光镜31进行线扫描的激光L1)向外部空间反射。该扫描光反射部100是本实施方式的特征之一，具体结构如后详述。

如图1、图3所示，凹面镜130被配置为，在偏转部41的偏转面侧围绕入射对象区域(扫描光反射部100的区域)的周围。该凹面镜130具有如下功能：在从扫描光反射部100向外部空间照射的激光被外部空间中存在的物体反射时，将来自该物体的反射光聚光的同时向光电二极管20反射。而且，对于引入装置内的反射光被凹面镜130反射并到达光电二极管20为止的路径(反射光引导路径)，用点划线(参照标记L2)概念性地示出。

轴部42与偏转部41一体构成，并构成为由未图示的轴承可旋转地支撑且通过电机50的驱动力而进行旋转。

电机50例如由公知的直流电机或公知的交流电机构成。此外，当有来自控制电路70的驱动指示时，通过未图示的电机驱动器控制驱动状态(例如，旋转定时和旋转速度)，此时以预先设定的一定的旋转速度进行稳定旋转。该电机50中，旋转驱动轴与轴部42一体构成，并构成为使轴部42及偏转部41以中心轴42a为旋转中心稳定旋转。

另外，图1所示的激光雷达装置1中，设有旋转角度传感器52用于检测电机50的轴部42的旋转角度位置(即偏转部41的旋转角度位置)。只要是回转式编码器等能检测出轴部42的旋转角度位置的装置，旋转角度传感器52可以使用各种类型的装置。而且，旋转角度传感器52构成控制单元的一部分，电机50构成驱动单元。

另外，在从旋转偏转装置40到光电二极管20的反射光光路上，设有将反射光向光电二极管20聚光的聚光透镜62，并在该聚光透镜62和光电二极管20之间设有滤光器64。聚光透镜62具有如下功能：会聚来自凹面镜130的反射光并导向光电二极管20。另外，滤光器64具有如下功能：在从旋转偏转装置40到光电二极管20的反射光光路上透射反射光并且除去反射光以外的光。例如，可以由仅透射对应于反射光L2的特定波长的光(例如一定区域的波长的光)并遮蔽其以外的光的波长选择滤光器构成。

而且，本实施方式中，凹面镜130和聚光透镜62相当于“聚光单元”的一个例子。

图2所示的控制电路70由具备CPU的微型计算机等的一个或多个控制电路构成，并构成为控制上述的激光二极管10的投射动作、电机50的旋转动作、致动器33的驱动动作等。另外，该控制电路70连接到光电二极管20和旋转角度传感器52，并构成为能够取得来自这些部件的信号。另外，控制电路70上连接着ROM、RAM、非易失性存储器等未图示的存储器，控制电路70能进行该存储器内的信息的读出和对存储器的写入。

并且，上述各部件(激光二极管10、光电二极管20、反光镜31、致动器33、透镜60、聚光透镜62、滤光器64、旋转偏转装置40、电机50、旋转角度传感器52、控制电路70等)被收容在外壳3的内部，以进行防尘和冲击保护。在外壳3中的偏转部41的周围，以包围该偏转部41的方式形成能使激光L1及反射光L2通过的窗状的导光部4。导光部4构成为以中心轴42a为中心的环状，跨越大致360°区域，并以闭塞该导光部4的形式设置由玻璃板等构成的激光透射板5，以实现防尘。

接着，对本实施方式的特征结构进行详述。

图3是示意性地例示图1的激光雷达装置的凹面镜附近的立体图。图4A是表示图1的激光雷达装置的扫描光反射部附近的结构的立体图，图4B是从与图4A不同方向上观察的立体图。图5是表示图1的激光雷达装置的扫描光反射部附近的结构的俯视图。图6A是示意性地表示在图5的0°的方位方向和180°的方位方向的位置上剖开的截面的截面图，图6B是示意性地表示在图5的45°的方位方向和-135°的方位方向的位置上剖开的截面的截面图。而且，图6均为从-90°的方位方向观察扫描光反射部的截面的图。而且，图3之后的图中，示出了在扫描光反射部的下方设有埋入偏转部内的基座B的例子，图4之后的图中，省略了凹面镜等而仅示出了扫描光反射部和基座。但是，该基座B仅仅是为了说明而示出的，如果扫描光反射部的各反射面以能够露出的结构配置，则也可以不设置基座B。

如图3、图4、图6所示，偏转部41的偏转区域(偏转面)被分为扫描光反射部100的反射区域和凹面镜130的反射区域(反射面130a)。其中，扫描光反射部100的反射区域中，以中心轴42a为中心多重且多级地设置围绕中心轴42a构成环状或圆弧状的多个反射面101、102a、102b、103a、103b、104a、104b。本实施方式中，激光L1入射到位置P2(中心轴42a和反射面101相交的位置)时，反射的激光L1的水平分量的方向(参照图5的箭头F)成为偏转部41的方向。该方向、即方位方向上的基准方向F，在激光雷达装置1中是固定的。在通过位置P2并与偏转部41的方向正交的方向上，形成有成为下侧的反射面102a、103a、104a和上侧的反射面102b、103b、104b的边界的台阶110。具体来说，包含中心轴42a的平面、且与上述箭头F的方向正交的平面的位置成为边界(台阶110)的位置。因此，激光L1在纵向(沿着XY面的方向)上的偏转范围，以该边界位置为基准，被划分成上侧及下侧的反射面。

反射面101相当于多重构成的扫描光反射部100的中心区域，并在中心轴42a上相对于该中心轴42a倾斜设置。而且，该反射面101形成在以中心轴42a为中心的圆周方向整个区域上。因而，对于反射面101，圆周方向整个区域相当于“形成区域”。

反射面102a、102b构成上述中心区域的紧外侧配置的第二环状区域102，并且都设置为与反射面101邻接并围绕该反射面101。各反射面102a、102b以圆弧状形成在圆周方向的半圆周左右，具体来说，成为两端部设置在台阶110的位置上的大致半圆状。因此，这些各反射面102a、102b中，以中心轴42a为中心的圆周方向的半圆周程度的区域相当于“形成区域”。如图3所示，扫描光反射部100整体上以一侧(偏转部41的方向F侧)成为下方位置、另一侧(偏转部41的方向F的相反侧)成为上方位置的方式构成为倾斜状，第二环状区域102中，反射面102a配置在比边界(台阶110)靠下方的位置，而反射面102b配置在比边界(台阶110)靠上方的位置。

另外，反射面103a、103b构成在中心区域的第二外侧(第二环状区域102的紧外侧)配置的第三环状区域103，反射面103a与反射面102a邻接，并在边界(台阶110)的下方侧以围绕该反射面102a的方式设置为圆弧状(半圆状)。反射面103b与反射面102b邻接，并在边界(台阶110)的上方侧以围绕该反射面102b的方式设置为圆弧状(半圆状)。这样，各反射面103a、103b均以圆弧状形成为以中心轴42a为中心的圆周方向的半圆程度，因此，这些各反射面103a、103b中，圆周方向的半圆周程度的区域相当于“形成区域”。

另外，反射面104a、104b构成在中心区域的第三外侧(第三环状区域103的紧外侧，即扫描光反射部100的最外周)上配置的第四环状区域104，反射面104a与反射面103a邻接，并在边界(台阶110)的下方侧以围绕该反射面103a的方式设置为圆弧状(半圆状)。另外，反射面104b与反射面103b邻接，并在边界(台阶110)的上方侧以围绕该反射面103b的方式设置为圆弧状(半圆状)。这样，各反射面104a、104b均以圆弧状形成为圆周方向的半圆程度，因此，这些各反射面104a、104b中，圆周方向的半圆周程度的区域相当于“形成区域”。

如上所述构成的多个反射面101～104构成为，相对于与中心轴42a正交的平面(水平面)的倾斜状态分别不同。考虑到各反射面上的任一点处的切线与水平面之间的角度，该倾斜状态也可以认为是该切线的倾斜度。具体来说，各反射面102a、102b、103a、103b、104a、104b分别构成为曲率(即曲率半径)不同的抛物面(旋转抛物曲面)。因此，在本实施方式中，倾斜度(或倾斜状态)是由曲率(或曲率半径)决定的。

作为一例，各反射面102a、102b、103a、103b、104a、104b的曲率半径构成为：越靠近中心的区域曲率半径越小，越是外周部曲率半径越大。即，构成为：与第二环状区域102的曲率半径相比，第三环状区域103的曲率半径更大，与第三环状区域103的曲率半径相比，第四环状区域104的曲率半径更大。

需要说明的是，该环状区域的位置和曲率(曲率半径)大小之间的关系，根据具体设计而不同。各反射面只需考虑激光的入射及反射的方向而构成为光的抛物曲线的旋转体即可。上述例子仅仅是一例。决定各反射面的曲率(曲率半径)的因素有两个，即，形成各环状区域的抛物面的焦点距离以及反射面和焦点之间的距离。因此，设计时只需考虑这些因素，也可以做成，越靠向外周部，曲率半径越小。

具体来说，假定通过中心轴42a且在方向F的方向上剖开扫描光反射部100的剖开面时，各反射面的外形的曲线构成抛物线。图2的例子中示意性地示出了：当如图1所示偏转部41的方向(图5的方向F)成为X轴的正方向时，关于用XY平面剖开扫描光反射部100时的剖开面(参照图6A)的几何关系。图2的例子中，扫描光反射部100的偏转面(反射面)100a中，用XY平面剖开时的剖开面的外形的倾斜角度α(相对于水平面的倾斜角度)为45°。

图2的例子中，位置Pm、位置Pn上的反射面的各曲线可以为用下述式(数学式1)表示的抛物线。而且，数学式1中，t为参数。另外，L为从位置P1到位置P2的距离。

(数学式1)

另外，XY平面的剖开面外形由上述抛物线表示的各反射面(位置Pm、Pn的反射面)可以为，以下述式(数学式2)表示的旋转轴旋转的抛物面。

y＝tan(-θ)·x    (数学式2)

这种情况下，在位置Pm、Pn反射的激光L1相对于水平面的倾斜角度β如下述数学式3所示。

β＝-θ    (数学式3)

位置Pn可以作为下方侧的反射面102a、103a、104a中的XY平面上(方向F处于X轴正方向时的XY平面上)的各位置P3～P5(图6)，如果使用各位置时的+θ并适用于上述抛物线的式(数学式1)、旋转轴的式(数学式2)，则可以形成对应于各位置P3～P5的抛物面(即，各反射面102a、103a、104a)。而且，位置P3～P5例如成为各反射面102a、103a、104a的宽度的中心。

位置Pm可以作为上方侧的反射面102b、103b、104b中的XY平面上(方向F处于X轴正方向时的XY平面上)的各位置P6～P8(图6)，如果使用各位置时的-θ并适用于上述抛物线的式(数学式1)、旋转轴的式(数学式2)，则可以形成对应于各位置P6～P8的抛物面(即，各反射面102b、103b、104b)。而且，位置P6～P8例如成为各反射面102b、103b、104b的宽度的中心。

而且，本实施方式中，图5中的从-90°到+90°的180°的方位范围是预先设定的方位方向的180°的扫描范围。该方位方向的扫描范围对于激光雷达装置1是固定的。随着形成台阶110的位置的不同，该方位方向的扫描范围也可以比180°窄。

(物体检测动作)

接着，对由激光雷达装置1进行的物体的检测处理(监视处理)说明基本动作。

图7A是概念性地表示扫描光反射部的方位方向(即偏转部的方向)为-45°时的激光的照射情况的立体图，图7B是其俯视图。图8是表示从与图7A不同的方向上观察扫描光反射部的方位方向为-45°时的激光的照射情况的立体图。而且，图7A是从图5中的180°的方位方向观察的图，图8是从图5中的-90°的方位方向观察的图。

图9A是概念性地表示扫描光反射部的方位方向为-30°时的激光的照射情况的立体图，图9B是概念性地表示扫描光反射部的方位方向为-15°时的激光的照射情况的立体图。图10A是概念性地表示扫描光反射部的方位方向为0°时的激光的照射情况的立体图，图10B是其俯视图。图11是表示从与图10A不同的方位方向上观察扫描光反射部的方位方向为0°时的激光的照射情况的立体图。而且，图10A是从图5中的180°的方位方向观察的图，图8是从图5中的-90°的方位方向观察的图。

图12A是概念性地表示扫描光反射部的方位方向为15°时的激光的照射情况的立体图，图12B是概念性地表示扫描光反射部的方位方向为30°时的激光的照射情况的立体图。图13A是概念性地表示扫描光反射部的方位方向为45°时的激光的照射情况的立体图，图13B是其俯视图。图14是表示从与图13A不同的方位方向上观察扫描光反射部的方位方向为45°时的激光的照射情况的立体图。而且，图13A是从图5中的180°的方位方向观察的图，图14是从图5中的-90°的方位方向观察的图。图7～图14中，在偏转部朝向的一侧(发出自偏转部的激光的照射侧)用双点划线概念性地示出了虚拟的照射对象平面。

图1所示的激光雷达装置1中，通过电机50的驱动力，偏转部41以一定速度旋转。图7～图14中示出了偏转部41的旋转情况。图7、图8中示出了偏转部41的方位方向(图5的F方向)为-45°的状态，图9A中示出了-30°的状态，图9B中示出了-15°的状态，图10、图11中示出了0°的状态，图12A中示出了15°的状态，图12B中示出了30°的状态，图13、图14中示出了45°的状态。而且，各角度是从基准方位方向开始的旋转角度，X轴的正方向为基准方向(基准角度0°)。

激光雷达装置1中，通过图2所示的控制电路70驱动控制致动器33，并通过反光镜31摆动，从反光镜31朝向偏转部41的激光L1以在虚拟平面内移动的方式进行扫描。该虚拟平面是经过从图1所示的准直透镜60朝向反光镜31的激光L1的路径以及中心轴42a的位置的平面，图1等例子中，相当于以位置P1为原点的XY平面。此外，如上所述，通过反光镜31的摆动使激光L1在虚拟平面内移动，因此，会在与该虚拟平面交叉地设置的扫描光反射部100上进行线扫描。

扫描光反射部100中的线扫描位置，如图7的标记Ln所示，俯视时呈直线状(一定范围内的线状)。激光雷达装置1中，在XYZ坐标系中的反光镜31的扫描区域(在虚拟平面内来自反光镜31的激光能够移动的区域)是固定区域，因此，偏转部41如图7B、图10B、图13B所示旋转时，根据偏转部41的旋转，线扫描位置Ln在多个反射面101～104上相对移动。

此外，线扫描位置相对移动的过程中，无论偏转部41位于哪个旋转位置时，线扫描位置都跨越多个反射面101、102a、102b、103a、103b、104a、104b，因此，无论偏转部41位于哪个旋转位置，都处于可以使激光入射到多个反射面的任何一个的位置关系。因此，即使通过如图7、图9A、图9B、图10A、图12A、图12B、图13A所示依次旋转而使偏转部41的方向发生变化，都可以通过反光镜31的控制使任何反射面都反射激光，并能够使激光L1照射到与各反射面对应的方向。

本实施方式中，控制电路70及致动器33相当于“控制单元”的一个例子，具有控制反光镜31的角度(位移)的功能，具体来说，控制反光镜31的角度，以使得在虚拟平面上移动的激光L1只入射到扫描光反射部100的区域内。即，反光镜31的角度变更范围及反射面101～104的抛物线曲面(曲率)被设定为，使图7B等所示的线扫描位置Ln不会脱离扫描光反射部100而进入凹面镜130侧。对此，也可以根据偏转部41的旋转角度逐一控制反光镜31的角度，使得伴随着反光镜31的角度变更的线性扫描范围Ln不会超出扫描光反射部100的区域。

这样构成的激光雷达装置1中，偏转部41旋转时，如果向激光二极管10供应脉冲电流，则从激光二极管10输出与该脉冲电流的定时及脉冲宽度对应的时间间隔的脉冲激光(激光L1)。该激光L1作为具有一定程度的束散角的扩散光而被投射，通过透镜60时变换成平行光。通过了透镜60的激光L1由反光镜31反射后，由偏转部41的扫描光反射部100进一步反射，而向空间照射。

这样从扫描光反射部100照射的激光L1照到外部空间中存在的物体(检测物体)时，由该检测物体反射而返回到装置侧的反射光的一部分(参照反射光L2)通过激光透射板5而进入外壳内，并入射到凹面镜130。凹面镜130将该反射光L2引导(反射)到光电二极管20侧，该引导的反射光L2被聚光透镜60聚光，通过滤光器64后入射到光电二极管20。此外，光电二极管20对这种反射光L2进行了受光时，输出对应于受光的该反射光L2的强度的电信号(例如对应于受光的反射光L2的电压值)。

控制电路70根据对激光二极管10的脉冲信号的发送定时和从光电二极管20输出受光信号的定时，测定从激光L1的投射到受光的时间T(即，激光二极管10输出脉冲激光L1到光电二极管20接收与该脉冲激光对应的反射光L2的时间)，并且，控制电路70根据该时间T和已知的光速C，计算出装置内的基准位置(例如位置P2)到检测物体的距离L。

另外，检测出的物体的方位可以根据从激光二极管10照射激光L1时的反光镜31的角度和偏转部41的方位方向(方向F)求出。首先，控制电路70可以掌握照射脉冲激光L1时的来自旋转角度传感器52的输出值(即，照射脉冲激光L1的定时中的偏转部41自基准方位角度开始的旋转位移θ)。并且，控制电路70控制致动器33的位移量，因此，可以掌握照射上述脉冲激光L1时的反光镜31的角度(即，可以掌握图2所示的θ)，由此，可以掌握激光L1入射到反射面101、102a、102b、103a、103b、104a、104b的哪一个。如果确定了激光L1入射到哪个反射面，则按每个反射面可确定激光L1的倾斜角度(激光L1相对于水平方向的倾斜角度)，因此，可以根据该倾斜角度和上述旋转位移θ检测出物体的方位。

而且，图7～图14中概念性地示出了偏转部41位于各旋转位置时，激光L1入射到各反射面101、102a、102b、103a、103b、104a、104b时的各照射路径，但是，对于在线扫描位置Ln处以何种程度的速度进行线扫描，可以进行各种各样的设定。

例如，也可以是，偏转部41每旋转N周(其中N为自然数)就切换反光镜31的方向，由此，每N周切换激光在多个反射面中的入射对象面。该方法相当于所谓光栅扫描。例如，如图3所示，也可以是：能够对来自反光镜31的激光L1的角度进行7阶段的切换，偏转部41每旋转一周就切换到各个方向，7周结束时上述7阶段的切换完成一个循环。

该光栅扫描的具体例的控制流程如图29所示。该图所示的控制流程由控制电路70执行。而且，假定电机50已经被驱动并以一定速度旋转。

三维扫描开始时，控制电路70控制致动器33，并将反光镜31控制为其初始角度(步骤S1)。该初始角度例如是激光L1被照射到图3所示的最外侧的圆环状反射面104a上的角度。该照射位置是该反射面104a的宽度方向的大致中心的位置。

接着，控制电路70判断偏转部41的基准方向F是否在预先设定的-90°～+90°的方位范围内(参照图5)(步骤S2)。该判断是基于来自旋转角度传感器52的信号进行的。该判断为“是”的情况下，控制电路70指示驱动电路9使激光二极管10以一定间隔照射脉冲状的激光L1(步骤S3)。由此，激光L1从最外侧的反射面104a以一定间隔照射到外部空间。偏转部41以一定速度旋转，因此，照射到外部空间的激光L1也在方位方向上每隔一定角度依次进行扫描。即，执行方位(水平)方向的扫描。该步骤S2、S3的处理在偏转部41的基准方向F进入到预先设定的-90°～+90°的方位范围的期间内持续进行。因此，在周围的空间上，下侧一条线的扫描在-90°～+90°的方位范围内执行。

该下侧一条线的扫描结束时，步骤S2中判断为“否”。该情况下，待机直到偏转部41的基准方向F进一步朝向+180°的方位方向(参照图5)(步骤S4)。该判断促使事先准备反光镜31的下一角度。

在步骤S4为“是”的情况下，即，偏转部41的基准方向F朝向180°的方位方向。这种情况下，控制电路70判断反光镜31的角度是否已经成为激光L1照射到图3所示的最外侧的最终的圆环状反射面104b上的角度(步骤S5)。

该步骤S5的判断为“是”时，是对于预先设定的180°的方位范围，所有七条线的扫描都结束了的情况。这时，结束控制。反之，当步骤S5的判断为“否”的情况下，残留还未扫描的线。因此，控制电路70控制致动器33，使反光镜31的倾斜角度变更1级，以使得激光L1照射到当前反射面的上侧一级(靠向中心)的反射面(例如103b)上(步骤S6)。接着，使控制返回前述的步骤S2。

这样，在使偏转部41以一定速度旋转的期间，仅在预先设定的方位范围180°(-90°～+90°)内，对方位方向的七条线每条线依次执行扫描。通过该光栅扫描，激光雷达装置1周围的外部空间中的从方位方向-90°到+90°的180°的方位范围被三维扫描。

而且，上述控制例中，偏转部41每一周旋转都变更反光镜的角度，但是，也可以是偏转部41每旋转N周(N为2、3......)变更反光镜的角度。这种情况下，旋转角度传感器52输出表示偏转部41的旋转数的信息，因此，控制电路70根据该信息计测偏转部41的旋转数。控制电路70使用该旋转数的信息来监控偏转部41的N周旋转，并进行和上述相同的三维控制。

根据本实施方式的激光雷达装置1，对于以中心轴42a为中心多重且多级地设置的偏转面(多个反射面101、102a、102b、103a、103b、104a、104b)的各位置，能够通过线扫描照射激光L1。因此，可以从以不同的倾斜状态构成的各反射面101、102a、102b、103a、103b、104a、104b发生方向不同的反射光(向空间的照射光)。

另外，在偏转面上的线扫描位置Ln的相对移动过程中，沿着虚拟平面移动的激光分别入射到多个反射面。因此，即使偏转部41旋转而使偏转面的方向改变，也可以通过各反射面反射激光L1。由此，使朝向装置周围的倾斜角度(相对于水平面的角度)变化。在本实施方式的情况下，沿着XZ面(水平面)的方向的扫描范围，由于扫描光反射部100的结构上的关系，为180°以下的方位范围，但是，可以进行对应于偏转部41的旋转范围的激光三维扫描。尤其，通过对偏转面(各反射面)进行线扫描(一维扫描)，可以三维地照射激光。因此，可以在避免使驱动机构大型化、复杂化的情况想实现对偏转面的激光扫描的高速化，进而可以更高速地进行装置周围存在的物体的三维识别。

另外，激光雷达装置1中，用于反射线扫描光的反射面的形成范围是以中心轴42a为中心的圆周方向的整个范围。通过该结构，无论偏转部41在水平面上的180°以下的方位范围内朝向哪个方向，都能够向各反射面照射激光。因此，虽然成为装置周围的水平方向的180°以下的方位范围，但是，也可以更宽范围地进行三维识别。

本实施方式中，水平方向的扫描范围最大也限制于180°的方位范围内，但是，可以相应地减小扫描光反射部100甚至偏转部41的凹面镜130的大小。

另外，上述的激光雷达装置1中，通过控制电路70，偏转部41每进行N周(其中N为自然数)旋转就切换反光镜31的倾角，由此，激光在多个反射面中的入射对象面每N周就被切换。

通过该结构，反光镜31的切换以N周为单位进行即可。因此，与偏转部41旋转一次期间进行多次切换反光镜角度的动作的结构相比，可以降低切换动作时的负荷。尤其，旋转一次期间进行多次切换动作的结构中，必须考虑多次的切换动作时间，因此，难以使偏转部41高速旋转。但是，如果如上所述每N周进行切换动作，即便使偏转部41高速化，也容易以适当的定时毫无延迟地切换，在高速进行三维识别方面更为有利。另外，该情况下，在入射到各反射面期间，即使偏转部41旋转，照射到空间的激光相对于水平面的倾斜角度也维持一定角度(对应于入射的反射面的角度)。因此，即使切换到下一反射面后，在入射到该反射面期间，即使偏转部41旋转，照射到空间的激光相对于水平面的倾斜角度也维持一定角度。

另外，激光雷达装置1中，控制电路70(控制单元)控制反光镜31的角度，以使得在虚拟平面上移动的激光只入射到扫描光反射部100的区域内(包括反射面101～104的形成范围的入射对象区域内)。并且，偏转部41中，偏转面侧的入射对象区域的周围构成为凹面镜130，由物体反射的反射光被凹面镜130聚光并被引导到光电二极管20(光检测单元)侧。

通过该结构，可以以偏转部41中形成有多个反射面的附近作为入射对象区域来用于激光的照射，并将其周围作为凹面镜130用于外部反射光(来自物体的反射光)的引导和聚光。因此，可以采用能够进行三维识别的特征结构，同时实现结构的简单化以及部件数的削减。

(第一实施方式的变形例1)

第一实施方式的上述代表例中，例示了相当于光栅扫描的方法，但是，并不限于这种扫描方法。第一实施方式的结构中，控制反光镜31的角度以使来自反光镜31的激光L1的方向在虚拟平面上的第一方向(相对中心轴42a的倾斜(图2的+θ)最大的角度)和第二方向(相对中心轴42a的倾斜(图2的-θ)最小的角度)之间的方向范围内变化，但是，在这种结构中，也可以在偏转部41旋转一周期间，使反光镜31摆动以使激光在从上述第一方向到上述第二方向的扫描反复进行多次。

通过该结构，能够在偏转部41旋转一周期间多次切换照射到空间的激光的倾斜角度(相对于水平面的角度)，有利于期望李沙育扫描(リサ一ジユ走查)的情况。

(第二实施方式)

接着，对第二实施方式进行说明。

图15是示意性地例示第二实施方式的激光雷达装置的凹面镜附近的立体图。图16涉及第二实施方式的激光雷达装置，是用于说明照射到偏转部的激光的角度和发出自偏转部的照射角度的关系的说明图。图17是表示图15的激光雷达装置的扫描光反射部附近的结构的立体图。图18是表示图15的激光雷达装置的扫描光反射部附近的结构的俯视图。图19A是示意性地表示在图18的0°的方位方向和180°的方位方向的位置上剖开的剖开面的截面图，图19B是示意性地表示在图18的45°的方位方向和-135°的方位方向的位置上剖开的剖开面的截面图。

而且，本实施方式中，如果是扫描光反射部能够露出的结构，则基座B的部分可以埋入偏转部内，也可以省略基座B的部分。

第二实施方式的激光雷达装置中，仅扫描光反射部的结构以及反光镜31引起的激光的扫描范围与第一实施方式不同，除此以外和第一实施方式相同。因此，对于和第一实施方式相同的部分，标以和第一实施方式相同的标记，并省略详细说明。而且，对于图1的结构，除扫描光反射部以外都是相同的，因此，酌情参照图1进行说明。

如图15所示，本实施方式中使用的偏转部41的偏转区域(偏转面)也被分为扫描光反射部200的反射区域和凹面镜130的反射区域(反射面130a)。其中，扫描光反射部200的反射区域中，围绕中心轴42a构成环状的多个反射面201～207以中心轴42a为中心多重且多级地设置。而且，本实施方式中，激光L1入射到位置P2(中心轴42a和反射面201相交的位置)时，反射的激光L1的水平分量的方向(参照图18的箭头F)成为偏转部41的方向。

反射面201相当于多重构成的扫描光反射部200的中心区域，俯视时大致呈圆形，并在中心轴42a上相对于该中心轴42a倾斜设置。而且，该反射面201形成在以中心轴42a为中心的圆周方向整个区域上。因而，对于反射面201，圆周方向整个区域相当于“形成区域”。

如图15、图17、图18、图19所示，以反射面201为中心从内侧开始分别呈环状依次设有第二反射面202、第三反射面203、第四反射面204、第五反射面205、第六反射面206、第七反射面207。各反射面202～207构成为跨越以中心轴42a为中心的圆周方向整个区域且无台阶的连续面。因此，对于各反射面202～207，圆周方向整个区域相当于“形成区域”。

如上所述构成的多个反射面201～207以相对于与中心轴42a正交的平面(水平面)的倾斜状态分别不同的方式构成。具体来说，与第一实施方式同样，作为一例，各反射面201～207分别构成为曲率(即曲率半径)不同的抛物面(旋转抛物曲面)，各反射面201～207的曲率半径构成为：越靠近中心的区域曲率半径越小，越是外周部曲率半径越大。即，与反射面202相比，反射面203的曲率更大，与反射面203相比，反射面204的曲率半径更大，反射面207的曲率半径最大。当然，该环状区域的位置和曲率(曲率半径)大小之间的关系可根据设计而不同，这点与第一实施方式的说明相同。

本实施方式中，假定通过中心轴42a且在方向F(图18)的方向上剖开扫描光反射部200的剖开面时，各反射面的外形的曲线构成抛物线。图16的例子中示意性地示出了：当如图1所示偏转部41的方位方向(图18的方向F)成为X轴的正方向时，关于用XY平面剖开扫描光反射部200时的剖开面的几何关系。图16的例子中，扫描光反射部200的偏转面200a(各反射面201～207的区域)中，用XY平面剖开时的剖开面的外形的基准倾斜角度α(相对于水平面的倾斜角度)为45°以上。

图16的例子中，可以使位置Pr上的反射面的曲线为下述式(数学式4)表示的抛物线。位置Pr是激光L1相对于中心轴42a的倾斜角度为θ(其中θ≤0°)时的偏转面200a上的入射位置。而且，数学式4、数学式5中，t为参数。另外，L为从位置P1到位置P2的距离。而且，β、θ能够取任意值(其中θ≤0°)，图16中示出了：例如θ＝0°时，β的最小值(βmin)为90-2α°。

$\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}\\ -\sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{cc}\cos (90-2\mathrm{\α})& \sin (90-2\mathrm{\α})\\ -\sin (90-2\mathrm{\α})& \cos (90-2\mathrm{\α})\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}\frac{t^2}{4a}-a\\ t\end{array}\right]$ (数学式4)

这里，关于数学式4的a，可以由下述式(数学式5)表示。

$a=\frac{L(1-\sin [2\mathrm{\θ}+2\mathrm{\α}-90\left]\right)}{2(\cos \mathrm{\θ}-\sin \mathrm{\θ}\·\tan \mathrm{\α})}$ (数学式5)

另外，可以使XY平面的剖开面外形由上述抛物线(数学式4)表示的反射面(位置Pr的反射面)为以下述数学式6表示的旋转轴旋转的抛物面。

y＝tan(90-2α-θ)·x    (数学式6)

这种情况下，在位置Pr反射的激光L1相对于水平面的倾斜角度β如下述数学式7所示。

β＝90-2α-θ    (数学式7)

位置Pr可以作为反射面202～207的XY平面上(方位方向F处于X轴正方向时的XY平面上)的位置、且为位置P2的上方位置。如果使用各反射面202～207的各位置时的-θ并适用于上述抛物线的式(数学式4)(数学式5)、及旋转轴的式(数学式6)，则可以形成对应于各位置的抛物面(即，各反射面202～207)。

另外，本实施方式的激光雷达装置中，通过图16所示的控制电路70驱动控制致动器33，来变更反光镜31的倾角，从而从反光镜31朝向偏转部41的激光L1在虚拟平面内移动并扫描。该虚拟平面是经由从图1所示的准直透镜60朝向反光镜31的激光L1的路径、以及中心轴42a的位置的平面，在图1等例子中，相当于以位置P1为原点的XY平面。此外，这样，通过反光镜31的摆动使激光L1在虚拟平面内移动，因此，会在与该虚拟平面交叉地设置的扫描光反射部200上进行线扫描。

扫描光反射部200中的线扫描位置，如图15、图22～图22的标记Ln所示，俯视时成为直线状(一定范围内的线状)。本实施方式中，控制反光镜31的角度(位移)，以使得激光L1仅在上述虚拟平面上的中心轴42a的一侧移动，从而仅在中心轴42a的一侧进行激光L1对偏转面的线扫描。因此，线扫描位置Ln也仅在中心轴42a的一侧(180°的方向一侧)。

本实施方式的激光雷达装置中，在XYZ坐标系中的反光镜31的扫描区域(在虚拟平面内来自反光镜31的激光能够移动的区域)是固定区域。因此，偏转部41如图20、图21、图22所示旋转时(即，扫描光反射部200旋转时)，根据偏转部41的旋转，线扫描位置Ln会在多个反射面201～207上相对移动。

此外，线扫描位置Ln相对移动的过程中，无论偏转部41位于哪个旋转位置，线扫描位置Ln都跨越多个反射面201～207。因此，无论偏转部41位于哪个旋转位置，都成为可以将激光入射到多个反射面的任何一个的位置关系。因此，即使通过如图23AB、图24AB、图25、图26AB、图27AB所示依次旋转而改变偏转部41的方向，都可以通过反光镜31的控制使任何反射面都反射激光。从而，能够使激光L1照射到与各反射面对应的方向。

本实施方式中，控制电路70及致动器33相当于“控制单元”的一个例子，具有控制反光镜31的角度的功能。该例子中，也是设定反光镜31(第一扫描部)的角度变更范围及反射面201～207的抛物线曲面(曲率)，以使得在虚拟平面上移动的激光L1仅入射到扫描光反射部200的区域内。而且，也可以根据偏转部41的旋转角度逐一控制反光镜31的角度，以避免图15等所示的线扫描位置Ln脱离扫描光反射部200而进入凹面镜130侧。

另外，本实施方式中，也可以使用和第一实施方式同样的物体检测方法，距物体的距离和物体的方位的计算方法基本上和第一实施方式相同。而且，图23～图27中概念性地示出了偏转部41位于各旋转位置时，激光L1入射到各反射面201～207时的各照射路径，但是，对于在线扫描位置Ln处以何种程度的速度进行线扫描，可以进行各种各样的设定。

例如，本实施方式中，也可以进行和第一实施方式同样的光栅扫描，偏转部41每进行N周(其中N为自然数)旋转就切换反光镜31的方向，每N周切换多个反射面中的激光的入射对象面。例如，如图17所示，也可以是：能够对来自反光镜31的激光L1的角度进行7阶段切换，偏转部41每旋转一周就切换到各个方向，7周结束时上述7阶段切换完成一个循环。

该光栅扫描的具体例的控制流程如图30所示。该图所示的控制流程由控制电路70执行。而且，假定电机50已经被驱动而以一定速度旋转。

三维扫描开始时，控制电路70控制致动器33，并将反光镜31控制为其初始角度(步骤S11)。该初始角度例如是将激光L1照射到图17所示的中心部的圆盘的反射面201中心位置上的角度。

接着，控制电路70判断是否已对360°全方位范围(参照图5)进行了扫描(步骤S12)。该判断是基于来自旋转角度传感器52的信号进行的。该判断为“是”的情况下，控制电路70指示驱动电路9使激光二极管10以一定间隔照射脉冲状的激光L1(步骤S13)。由此，激光L1从中心部的反射面201以一定间隔照射到外部空间。偏转部41以一定速度旋转，因此，照射到外部空间的激光L1也在方位方向上每隔一定角度而依次扫描。即，执行方位(水平)方向的整个范围的扫描。该步骤S12、S13的处理持续进行，直到在偏转部41的基准方向F的一次旋转结束。因此，在周围的空间上，下侧一条线的扫描在全方位的360°范围内进行。

该下侧一条线的扫描结束时，步骤S12中判断为“否”。接着，控制电路70判断反光镜31的角度是否已经成为将激光L1照射到图17所示的最外侧的最终的圆环状反射面207上的角度(步骤S14)。

该步骤S14的判断为“是”时，是对于360°的方位范围，所有七条线的扫描都结束了的情况。这时，结束控制。反之，步骤S14的判断为“否”的情况下，残留还未扫描的线。因此，控制电路70控制致动器33，使反光镜31的倾斜角度变更1级，以使得激光L1照射当前反射面的径向外侧一级的反射面(例如反射面202)(步骤S15)。而且，相对于该圆环状的反射面的照射位置，如上所述，是该反射面的宽度方向的大致中心位置。

接着，控制电路70在待机到偏转部41的基准方向F到达开始位置(例如方位方向0°的位置)后(步骤S16)，使控制返回前述的步骤S12。

这样，在使偏转部41以一定速度旋转期间，在方位范围360°上对七条线方位方向的每一条线依次执行扫描。通过该光栅扫描，激光雷达装置1的周围的外部空间的全方位范围被三维扫描。

而且，上述控制例中，偏转部41每一次旋转时都变更反光镜的角度，但是，也可以是偏转部41每旋转N周(N为2、3......)就变更反光镜的角度。这种情况下，旋转角度传感器52输出表示偏转部41的旋转数的信息，因此，控制电路70根据该信息计测偏转部41的旋转数。控制电路70使用该旋转数的信息来监控偏转部41的N周旋转，并进行和上述相同的三维控制。

该控制流程的情况下，在入射到各反射面期间，即使偏转部41旋转，激光相对于水平面的倾斜角度也能维持(尤其，没有由台阶等引起的变化地维持)一定角度(对应于所入射的反射面的角度)，并且即使切换到下一反射面后也同样如此，在入射到该反射面期间，即使偏转部41旋转，激光相对于水平面的倾斜角度也能维持一定角度(对应于所入射的反射面的角度)。

而且，也可以不这样而使用上述的李沙育扫描方式。

根据本实施方式的激光雷达装置，可以实现和第一实施方式同样的效果。

另外，本实施方式中，多个反射面202～207围绕中心轴42a构成为环状，通过控制电路70控制反光镜31的角度，以使得激光L1仅在虚拟平面上的中心轴42a的一侧移动，由此仅在中心轴42a的一侧进行激光L1对偏转面的线扫描。

此外，无论偏转部41位于哪个旋转位置时，偏转面上的激光L1的线扫描位置Ln都跨越多个反射面201～207，并且，各反射面201～207在以中心轴为中心的圆周方向整个区域形成为无台阶的连续面。

通过该结构，无论偏转部41位于哪个旋转位置时，都使激光L1的线扫描位置Ln能跨越多个反射面201～207。因此，无论偏转部41朝向哪个方向的情况下，都可以使激光L1入射到各反射面201～207。

尤其，各反射面201～207在以中心轴42a为中心的圆周方向整个区域形成为无台阶的连续面，因此，可以防止由台阶等引起的死角的产生。例如，反射面的一部分上形成台阶的情况下，激光照射到台阶附近时，激光在该台阶附近不规则反射，可能会产生激光照射不到的方向(死角)。但是，通过本实施方式的结构，无论激光L1入射到各反射面的圆周方向的哪个位置，都可以使激光反射到与各反射面的倾斜度相应的恰当的方向，因此，可以在360°全方位上良好地进行三维识别。

(其它实施方式)

本发明并不限于通过上述描述及附图说明的实施方式，例如，下述实施方式也包含在本发明的技术范围内。

上述实施方式中，作为以转动轴G为中心使反光镜31转动的致动器，例示了步进电机，但是，致动器的例子并不限于此，也可以使用公知的其它旋转致动器。

上述实施方式中，示出了将共同的部件(偏转部41)兼作为，用于将激光照射到空间的部分(扫描光反射部)和用于将来自空间中存在的物体的反射光向光电二极管反射的部分(凹面镜)的结构，但是，这些也可以由各自的部件构成，只要是相互同步旋转的结构即可。

作为第二实施方式的代表例，图16中例示了α为45°以上的情况，但是，α为45°以下的情况下，如图28所示，上述的虚拟平面中，也可以在与图16中进行线扫描的一侧(与中心轴42a相比X轴负方向一侧)相反一侧(与中心轴42a相比X轴正方向一侧)进行线扫描。这种情况下，也可以适用和第二实施方式的代表例相同的抛物线的式(数学式4)(数学式5)、旋转轴的式(数学式6)。在该例子中，β、θ取任意值(其中，θ≥0°)，图28中示出了：θ＝0°时，作为β的最大值(βmax)为90-2α°。

Claims (15)

1.一种激光雷达装置，其具备：

激光产生单元(10)，用于产生激光；

第一扫描部(31)，使来自所述激光产生单元的所述激光沿着经过规定轴(42a)的虚拟面进行扫描；

控制单元(33、52、70)，控制所述第一扫描部的位移量，以使所述扫描光的沿着所述面的角度(θ)改变；

第二扫描部(41)，能够以所述轴(42a)为中心旋转，并且，使由所述第一扫描部进行扫描的所述激光偏转，使该激光向外部空间进行扫描；

光检测单元(20)，检测出所述激光在外部空间反射而返回的反射光；

聚光单元(130a)，与所述第二扫描部(41)一体形成，并将所述反射光会聚到所述光检测单元；以及

驱动单元(50)，以所述轴(42a)为中心旋转驱动所述第二扫描部(41)和所述聚光单元(130a)，

其中，所述第二扫描部(41)具有设置在所述激光入射的一侧且使该激光偏转的偏转面(100、200)，

所述偏转面是形成在所述轴的圆周方向的至少一部分区域中并以该轴为中心多重设置的多个反射面(101、102a、102b、103a、103b、104a、104b；201～207)，

所述多个反射面形成为，相对于与所述轴正交的水平面的倾斜度各自不同。

2.如权利要求1所述的激光雷达装置，其中，

所述偏转面形成围绕所述轴的圆弧状或环状。

3.如权利要求1所述的激光雷达装置，其中，

所述偏转面形成在以所述轴为中心的圆周方向的整个范围。

4.如权利要求3所述的激光雷达装置，其中，

所述第一扫描部构成为，使所述扫描光沿着所述虚拟面并在以所述轴为中心的正侧及负侧两侧的规定范围内进行扫描，

所述多个反射面由所述轴通过的中心部的圆形反射面和形成在其周围的一个以上环状反射面构成，

所述一个以上环状反射面在与所述轴正交且沿着所述圆形反射面的位置上具有台阶，通过该台阶，所述激光在纵向上的偏转范围被划分。

5.如权利要求3所述的激光雷达装置，其中，

所述第一扫描部构成为，使所述扫描光沿着所述虚拟面并在以所述轴为中心的正侧及负侧中的一侧的规定范围内扫描，

所述多个反射面由所述轴通过的中心部的圆形反射面和形成在其周围的一个以上的环状连续的反射面构成。

6.如权利要求1～5中任意一项所述的激光雷达装置，其中，

所述聚光单元具有反射反射光的凹状反射面，

所述第二扫描部设置为露出所述凹状反射面，

所述多个反射面的相互不同的倾斜度由相互不同的曲率半径决定，以便将从所述第一扫描部入射的入射角不同的多个所述激光分别以所期望的角度进行反射。

7.如权利要求6所述的激光雷达装置，其中，

所述第二扫描部与所述聚光单元一体形成。

8.如权利要求1～7中任意一项所述的激光雷达装置，其中，

所述第一扫描部是反射来自所述激光产生单元的所述激光的反光镜，

所述控制单元是以所述反光镜的角度作为所述位移量进行偏转的单元，

所述聚光单元包括凹面镜，并使通过该凹面镜汇聚的所述反射光入射至所述光检测单元的受光面上。

9.如权利要求1～8中任意一项所述的激光雷达装置，其中，所述控制单元具备：

旋转数计测单元，计测所述驱动单元的旋转数；

判断单元，判断由所述旋转数计测单元计测的所述旋转数是否已达到N，其中N为自然数；以及

位移量控制单元，在所述判断单元判断所述旋转数已达到N时，控制所述第一扫描部的所述位移量，使得来自所述第一扫描部的所述激光照射到不同于当前反射面的另一反射面上。

10.如权利要求1～8中任意一项所述的激光雷达装置，其中，所述控制单元具备：

旋转数计测单元，计测所述驱动单元的旋转数；以及

位移量控制单元，控制该第一扫描部的所述位移量，使得由所述旋转数计测单元计测的所述旋转数每增加1时，来自所述第一扫描部的所述激光在沿着所述虚拟面的预先规定的扫描范围内往返多次。

11.如权利要求4所述的激光雷达装置，其中，所述控制单元具备：

旋转数计测单元，计测所述驱动单元的旋转数；

判断单元，判断由所述旋转数计测单元计测的所述旋转数是否已达到N，其中N为自然数；

位移量控制单元，在所述判断单元判断所述旋转数已达到N时，控制所述第一扫描部的所述位移量，使得来自所述第一扫描部的所述激光照射到不同于当前反射面的另一反射面上；以及

扫描控制单元，仅在根据所述轴的圆周方向上的所述台阶的角度位置决定的、沿着与该轴的方向正交的面的扫描范围内，执行所述第一扫描部的扫描。

12.如权利要求4所述的激光雷达装置，其中，所述控制单元具备：

旋转数计测单元，计测所述驱动单元的旋转数；

位移量控制单元，控制该第一扫描部的所述位移量，使得由所述旋转数计测单元计测的所述旋转数每增加1时，来自所述第一扫描部的所述激光在沿着所述虚拟面的预先规定的扫描范围内往返多次；以及

扫描控制单元，仅在根据所述轴的圆周方向上的所述台阶的角度位置决定的、沿着与该轴的方向正交的面的扫描范围内，执行所述第一扫描部的扫描。

13.如权利要求11或12所述的激光雷达装置，其中，

沿着与所述轴正交的所述面的扫描范围为180°以下。

14.如权利要求1、3、5中任意一项所述的激光雷达装置，其中，所述控制单元具备：

旋转数计测单元，计测所述驱动单元的旋转数；

判断单元，判断由所述旋转数计测单元计测的所述旋转数是否已达到N，其中N为自然数；

位移量控制单元，在所述判断单元判断所述旋转数已达到N时，控制所述第一扫描部的所述位移量，使得来自所述第一扫描部的所述激光照射到不同于当前反射面的另一反射面上；以及

扫描控制单元，在所述轴的圆周方向上的整个360°扫描范围内，执行所述第一扫描部的扫描。

15.如权利要求1、3、5中任意一项所述的激光雷达装置，其中，所述控制单元具备：

旋转数计测单元，计测所述驱动单元的旋转数；

位移量控制单元，控制该第一扫描部的所述位移量，使得由所述旋转数计测单元计测的所述旋转数每增加1时，来自所述第一扫描部的所述激光在沿着所述虚拟面的预先规定的扫描范围内往返多次；以及

扫描控制单元，在所述轴的圆周方向上的整个360°扫描范围内，执行所述第一扫描部的扫描。

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