JP2013083626A - 光ビームスキャナ及びレーザレーダユニット - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源と、前記光源からの光を走査する光スキャナと、前記光源より出射された光ビームを前記光スキャナに入射させるための入力光学系と、を有し、前記光スキャナは、回転軸を中心に回転する回転ミラーであって、前記光源より入射した光ビームを反射するミラーを有しており、前記回転ミラーが前記回転軸を中心に回転することにより、前記光ビームは、前記ミラーのミラー面において異なる位置に照射されるものであって、前記ミラーにおけるミラー面は、前記回転軸に垂直な面に平行な方向において、前記ミラーの一方の側から他方の側に向かって、前記回転軸に平行な方向に対するミラー面傾き角が徐々に増加していることを特徴とする光ビームスキャナを提供することにより上記課題を解決する。
【選択図】図7
Description
最初に、面倒れミラーによる複数ビーム走査の際に生じる測定領域の歪みについて説明する。図3には、一例として、測定領域の歪みについて説明するための光ビームスキャナの構造を示す。この光ビームスキャナは、2つのミラー面961、962を有する回転ポリゴンミラー960を有しており、この回転ポリゴンミラー960の側面より光ビームを入射させて光ビームを走査するものである。この2つのミラー面961、962は、図4に示すように、回転ポリゴンミラー960の回転軸963に対して、相互に異なる倒れ角を有している。具体的には、ミラー面961は、回転軸963に対し、ミラー面倒れ角θ1で傾斜した面であり、図面において若干上側に向いている面である。また、ミラー面962は、回転軸963に対し、ミラー面倒れ角θ2で傾斜した面であり、図面において若干下側に向いている面である。図3は、この光ビームスキャナの上面図であり、図4は、図3における一点鎖線3A−3Bにおいて切断した断面図である。尚、本実施の形態においては、直交座標系として、回転軸963に平行な方向をY軸方向とし、測定範囲の中心をX軸方向とする。また、この説明においては、光ビームの光軸がZ軸と平行となる場合について説明するが、この光ビームの光軸はY軸に垂直となるXZ面内に存在していればよい。尚、説明の便宜上、Y軸に垂直であって、ミラー面961と平行な軸をK1軸とし、ミラー面962と平行な軸をK2軸とする。また、Z軸を基準に、回転軸963を中心とするミラー面961、962の回転角度を角度φとている。よって、φ=45°のときには、ミラー面961、962において反射した光は、X軸と平行な方向に出射される。
次に、本実施の形態における光ビームスキャナについて説明する。図7及び図8は、本実施の形態における光ビームスキャナを示すものであり、図7は上面図であり、図8(a)は、図7における一点鎖線7A−7Bにおいて切断した断面図であり、図8(b)は、図7における一点鎖線7C−7Dにおいて切断した断面図である。
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、水平方向出力角を変化させた場合において、垂直方向出力角の変化がより小さい光ビームスキャナである。本実施の形態における光ビームスキャナは、図7に示す構成と同様の構成のものであり、ミラーが、図18に示すミラー面倒れ角θを有するものである。
次に、第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、水平方向出力角を変化させた場合において、垂直方向出力角の変化がより小さい光ビームスキャナである。本実施の形態における光ビームスキャナは、図7に示す構成と同様の構成のものであり、ミラーが、図21に示すミラー面倒れ角θを有するものである。
次に、第4の実施の形態について説明する。本実施の形態は、光源10として所定の位置に設置された端面発光のレーザダイオードを用いたものである。
次に、第5の実施の形態について、図25及び図26に基づき説明する。本実施の形態は、第1から第4の実施の形態における光ビームスキャナを有するレーザレーダユニットである。図25に示されるように、本実施の形態におけるレーザレーダユニットは、光ビームを水平方向に走査する光ビームスキャナの近傍に、受光素子122及び受光素子122に光を入射させるための受光レンズ121を有している。光ビームスキャナによって、レーザレーダユニットの外部に出射された光ビーム(送光ビーム)は、先行車両、障害物、標識等の検出対象に照射されると、その位置で散乱され、出射された光ビームと平行な光線成分がレーザレーダユニットに戻ってくる。この散乱された反射光をレーザレーダユニットに備えられている受光レンズ121により集光し、受光素子122に入射させる。受光素子122としては、レーザレーダユニットまでの距離が比較的近い検出対象を検出することを目的とする装置においては、一般的なSi−PiNフォトダイオードが好ましい。また、レーザレーダユニットから検出対象までの距離が数十m以上となる場合において検出対象を検出することを目的とする装置においては、より感度の高いアバランシェ・フォトダイオード(APD)が好ましい。
本実施の形態におけるレーザレーダユニットについて、図27〜図35に基づき説明する。本実施の形態におけるレーザレーダユニットは、図27及び図28等に示されるように、光ビームを出射する発光部310と、光ビームを走査しレーザレーダユニットより出射する光走査部320と、レーザレーダユニットより出射された光が検出対象において反射された光を検出する光検出部330とを有している。発光部310、光走査部320、光検出部330は、外部からの光の侵入を防ぎ、また、水分やゴミ等の侵入を防ぐため、ベース部340とカバー部350により形成されている筐体内に設置されている。カバー部350には、発光部310において発光した波長の光を透過する材料により形成された窓部351を有しており、窓部351を介し、出射光が出射され、反射光が入射する。尚、図27は本実施の形態におけるレーザレーダユニットの外観の斜視図である。図28〜図30はカバー部350を取り外した状態を示す斜視図であり、図28は後述するミラー322の正面側から見た斜視図であり、図29はミラー322の背面側から見た斜視図であり、図30はミラー322の側面側から見た斜視図である。図31及び図32は、ベース部340と後述するモータ321とを示すものであり、図31は斜視図であり、図32は上面図である。図33は、カバー部350を取り外した状態の上面図であり、図34及び図35は、この状態における出射光、反射光の光路を説明するための図である。
次に、第7の実施の形態について説明する。本実施の形態におけるレーザレーダユニットは、ミラー322の揺動角度θをカム溝341ではなく、アクチュエータにより制御するものである。
次に、第8の実施の形態について説明する。本実施の形態におけるレーザレーダユニットは、光走査部において複数のミラーを有するものであり、図43及び図44に基づき、本実施の形態におけるレーザレーダユニットについて説明する。尚、図43は、本実施の形態におけるレーザレーダユニットにおいて、カバー部を取り外した状態の斜視図であり、図44は、ベース部540の上面図である。
11 レーザダイオード
11a 基板
11b 発光領域
20 入力光学系
30 光スキャナ
31 ミラー
31a ミラー面
31b ミラー面
32 ミラー
33 回転軸
110 送光部
114 出力光学系
115 LD駆動回路
116 光スキャナ駆動回路
117 走査角モニタ
120 受光部
121 受光レンズ
122 受光素子
130 ECU
141 増幅器
142 コンパレータ
143 時間計測回路
R ミラー回転半径
W 光ビーム幅
Wm ミラー面照射幅
ΔX オフセット量
θ ミラー面倒れ角
φ ミラー回転角
Claims (15)
- 光源と、
前記光源からの光を走査する光スキャナと、
前記光源より出射された光ビームを前記光スキャナに入射させるための入力光学系と、
を有し、
前記光スキャナは、回転軸を中心に回転する回転ミラーであって、前記光源より入射した光ビームを反射するミラーを有しており、
前記回転ミラーが前記回転軸を中心に回転することにより、前記光ビームは、前記ミラーのミラー面において異なる位置に照射されるものであって、
前記ミラーにおけるミラー面は、前記回転軸に垂直な面に平行な方向において、前記ミラーの一方の側から他方の側に向かって、前記回転軸に平行な方向に対するミラー面傾き角が徐々に増加していることを特徴とする光ビームスキャナ。 - 前記回転軸に垂直な面において、前記ミラーの一方の側におけるミラー面に照射される光ビームの前記ミラー面に対する入射角は、前記他方の側のミラー面に照射される光ビームの前記ミラー面に対する入射角度よりも、大きいことを特徴とする請求項1に記載の光ビームスキャナ。
- 前記光ビームの光軸が、前記回転軸より前記回転ミラーの回転半径の0.8倍以上、1.0倍以下離れた位置となるように、前記光ビームが照射されることを特徴とする請求項1または2に記載の光ビームスキャナ。
- 前記ミラーにおけるミラー面は、前記回転軸に垂直な面に平行な方向において、前記回転軸に平行な方向に対しミラー面傾き角が徐々に増加している領域と、
前記回転軸に垂直な面に平行な方向において、前記回転軸に対しミラー面傾き角が一定である領域と、
を有していることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光ビームスキャナ。 - 前記ミラーにおけるミラー面は、前記回転軸に垂直な面に平行な方向において、前記回転軸に対しミラー面傾き角が徐々に増加している2つの異なる領域を有しており、
前記2つの異なる領域は、前記徐々に増加する傾きの変化が不連続となる点で接続されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光ビームスキャナ。 - 前記ミラーにおけるミラー面の前記回転軸に垂直な面に平行な方向における長さは、
前記ミラーに入射する光ビームの前記回転軸に垂直な面に平行な方向における光ビーム幅Wとすると、5W以上、12W以下であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の光ビームスキャナ。 - 前記ミラーにおけるミラー面の前記回転軸に垂直な面に平行な方向における長さは、
前記回転ミラーの回転半径の2倍以上であることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の光ビームスキャナ。 - 請求項1から7のいずれかに記載の光ビームスキャナと、
前記光ビームスキャナより出射された光ビームが検出対象に照射され、前記検出対象において反射された光を受光する受光部と、
を有することを特徴とするレーザレーダユニット。 - 発光部と、
前記発光部より出射された光ビームを走査する光走査部と、
前記光走査部より出射された光ビームが検出対象に照射され、前記検出対象において反射された光を受光する受光部と、
を有し、
前記光走査部は、前記光源より出射された光を反射する光反射部と、回転軸を中心に前記光反射部を回転させる回転部とを有しており、前記回転部が回転することにより前記光ビームが走査されるものであって、
前記検出対象において反射された光は、前記光走査部における光反射部において反射され、前記受光部に入射するものであり、
前記回転軸に垂直な面に対する出射光の垂直方向の出力角が、前記光ビームを走査した際に一定の角度となるように、前記光反射部の傾斜角度は、前記光反射部の回転角度に対応して変化するものであることを特徴とするレーザレーダユニット。 - 発光部と、
前記発光部より出射された光ビームを走査する光走査部と、
前記光走査部より出射された光ビームが検出対象に照射され、前記検出対象において反射された光を受光する受光部と、
を有し、
前記光走査部は、前記光源より出射された光を反射する光反射部と、回転軸を中心に前記光反射部を回転させる回転部とを有しており、前記回転部が回転することにより前記光ビームが走査されるものであって、
前記検出対象において反射された光は、前記光走査部における光反射部において反射され、前記受光部に入射するものであり、
前記光反射部の傾斜角度は、前記光反射部の回転角度に対応して変化するものであることを特徴とするレーザレーダユニット。 - 前記回転軸に対する前記光反射部の前記傾斜角度を揺動角θとし、前記回転部により回転する前記光反射部の回転角度をφとした場合に、
90°−cos−1(sin2θcosφ)が一定の値となるように、揺動角θがφに対応して変化するものであることを特徴とする請求項9または10に記載のレーザレーダユニット。 - 前記回転部はベース部に、前記回転軸が前記ベース部の面に対し垂直となるように設置されており、
前記光反射部の一方の端部は、前記回転軸に対し垂直方向に設置された接続軸により、前記光反射部が前記接続軸を中心に回転可能な状態で接続部と接続されており、
前記接続部は前記回転軸に接続されているものであって、
前記光反射部の他方の端部は、前記ベース部に設けられたカム溝に入り込む接触部が設けられており、
前記光反射部が回転することにより前記接触部は前記カム溝内をカム溝に沿って移動するものであることを特徴とする請求項9から11のいずれかに記載のレーザレーダユニット。 - 前記回転部はベース部に、前記回転軸が前記ベース部の面に対し垂直となるように設置されており、
前記光反射部の一方の端部は、前記回転軸に対し垂直方向に設置された接続軸により、前記光反射部が前記接続軸を中心に回転可能な状態で接続部と接続されており、
前記接続部は前記回転軸に接続されているものであって、
前記光反射部の傾斜角度は、アクチュエータにより変化させるものであることを特徴とする請求項9から11のいずれかに記載のレーザレーダユニット。 - 前記回転部により回転する前記光反射部の回転角度をφとし、前記回転軸に垂直な面に対する前記反射部により反射され出射される出射光の角度を垂直方向出力角ψとし、
前記接続軸から前記光反射部の他方の端部までの前記回転軸に平行な距離成分をLとし、前記接続軸から前記光反射部の他方の端部までの前記回転軸に垂直な距離成分を揺動量とした場合、
揺動量=L・tan{1/2・sin−1(cos(90−ψ)/cosφ)}
となるように揺動量が変化するものであることを特徴とする請求項12または13に記載のレーザレーダユニット。 - 前記発光部から光走査部に向けて出射される光ビームの光軸のうち、光走査部に入光する間際の光軸と、光走査部で反射され光検出部において検出される反射光の光軸のうち光走査部から出た間際の光軸とは、同一平面上に存在していることを特徴とする請求項9から14のいずれかに記載のレーザレーダユニット。
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