JP2013205095A

JP2013205095A - レーザレーダ装置

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Publication number: JP2013205095A
Application number: JP2012071895A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Yamaguchi; 陽介山口
Original assignee: Denso Wave Inc
Current assignee: Denso Wave Inc
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2013-10-07
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: JP5891893B2

Abstract

【課題】走査範囲が横方向だけでなく縦方向（高さ方向）にも広がるような三次元的な検出が可能であり、且つ装置付近でも検出エリアの高さ範囲を広く確保しやすいレーザレーダ装置を提供する。
【解決手段】レーザレーダ装置１は、回転構造体４０と、この回転構造体４０を回転駆動するモータ５０とを備えた回転反射装置７を有しており、回転構造体４０は、複数の偏向部４１，４２，４３のそれぞれが回転軸４２ａの周りにおいて互いに周方向にずれて配置されると共にそれぞれが互いに高さ方向にずれて配置されている。そして、回転構造体４０の回転に伴い各偏向部４１，４２，４３が順番にレーザ光Ｌ１の投光経路を通ってレーザ光Ｌ１を偏向するようになっている。この構成では、高さの異なる各偏向部を基点としてレーザ光を複数の高さで照射することができるため、装置付近でも検出エリアの高さ範囲を広く確保することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザレーダ装置に関するものである。

レーザレーダ装置の分野では、特許文献１のような水平スキャン方式の構成が広く提供されている。例えば、特許文献１の装置では、レーザ光発生手段からのレーザ光の光軸上に、レーザ光を透過させ、かつ検出物体からの反射光を検出手段に向けて反射する光アイソレータを設けている。さらに、光アイソレータを透過するレーザ光の光軸上において当該光軸方向の中心軸を中心として回動する凹面鏡を設け、この凹面鏡によってレーザ光を空間に向けて反射させると共に、検出物体からの反射光を光アイソレータに向けて反射させることで３６０°の水平走査を可能としている。しかしながら、このような一般的な水平スキャン方式のものでは、検出領域が平面に限定されてしまうという問題があり、走査平面から外れた領域については検出不能となってしまう。従って、走査平面から外れた物体は検出することができず、また、走査平面内に物体が存在する場合であってもその物体を立体的に把握することはできなかった。

特許２７８９７４１号公報特開２００６−２０９３１８公報

一方、このような問題を解消しようとする技術として、特許文献２のようなものが提供されている。特許文献２で開示されるレーザレーダヘッドでは、所定の回転軸を中心として回転するポリゴンミラー（１ｃ）と、ポリゴンミラー（１ｃ）の回転軸と直交する方向の回動軸を中心として回動する揺動ミラー（１ｄ）とが設けられており、レーザ光源（１ａ）からのレーザ光がポリゴンミラー（１ｃ）で反射し、その反射したレーザ光の経路上に揺動ミラー（１ｄ）が位置するようになっている。この構成では、ポリゴンミラー（１ｃ）が回転することで外部空間においてレーザ光の向きが主走査方向（横方向）に変化し、揺動ミラー（１ｄ）が回動することで外部空間においてレーザ光の向きが副走査方向（縦方向）に変化するようになっており、空間に照射されるレーザ光の走査方向が単一の平面方向に限定されず、三次元的な検出が可能となっている。

しかしながら、特許文献２の方式では、揺動ミラーの位置を照射の基点としてレーザ光の傾きが高さ方向に変化するようになっているため、揺動ミラーからある程度離れた位置では高さ方向の検出範囲が広くなるが、揺動ミラーに近い位置（即ち、装置付近）では高さ方向の検出範囲が非常に狭くなり、極めて限られた高さ範囲のみでしか物体検出ができなくなってしまう。このため、装置付近に死角ができやすく、この死角に入り込んだ物体についての検出漏れが生じやすいという問題がある。

例えば特許文献２の図３を例に挙げると、この構成では、所定の壁に上述のレーザレーダヘッド（１）が配置されており、当該レーザレーダヘッド（１）を基点として壁から離れるにつれて徐々に広がるように検出エリアが構成されるようになっているが、レーザレーダヘッド（１）に近い位置では検出エリアが極めて狭くなってしまっており、レーザレーダヘッド（１）の真下付近はレーザ光が全く届かない死角となってしまっている。このような構成のものでは、例えばレーザレーダヘッド（１）が取り付けられた壁に沿って検出対象物（特許文献２では人物）が接近してきたときに、この検出対象物を検出できず、検出漏れが生じてしまうことになる。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、走査範囲が横方向だけでなく縦方向（高さ方向）にも広がるような三次元的な検出が可能であり、且つ装置付近でも検出エリアの高さ範囲を広く確保しやすいレーザレーダ装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、
レーザ光を発生させるレーザ光源を備え、所定方向を高さ方向とした場合において、前記レーザ光源から出射された前記レーザ光が前記高さ方向の投光経路を通るように導く投光手段と、
前記レーザ光が導かれる前記高さ方向の前記投光経路と平行な回転軸を中心として複数の偏向部が一体的に回転可能とされた回転構造体と、前記回転構造体を回転駆動する駆動手段とを備え、前記複数の偏向部のそれぞれが前記回転軸の周りにおいて互いに当該回転軸を中心とする周方向にずれて配置されると共にそれぞれが互いに前記高さ方向にずれて配置され、且つ前記回転構造体の回転に伴い各偏向部が順番に前記レーザ光の前記投光経路を通るように構成され、前記駆動手段によって前記回転構造体を回転させつつ前記レーザ光を各偏向部によって順番に偏向させる回転偏向手段と、
前記レーザ光源にてレーザ光が発生し、当該レーザ光が前記偏向部によって外部空間に導かれたときに、当該レーザ光が外部空間の物体で反射して生じる反射光を、当該偏向部又は当該偏向部と同期するように前記回転軸を中心として回転する第２偏向部により受光経路に導く誘導手段(同軸と他軸を意識している)と、
前記誘導手段によって導かれた前記反射光を受光する受光手段と、
前記受光手段が前記反射光を受光した場合に、前記回転構造体の回転角度に基づいて少なくとも前記物体の方位を検出する方位検出手段と、
を備えたことを特徴とする。

請求項１の発明では、レーザ光の高さ方向の投光経路と平行な回転軸を中心として複数の偏向部が一体的に回転可能とされた回転構造体が設けられ、この回転構造体では、複数の偏向部のそれぞれが回転軸の周りにおいて周方向にずれて配置され且つそれぞれが互いに高さ方向にずれて配置されている。そして、駆動手段による回転構造体の回転に伴い、各偏向部が順番にレーザ光の投光経路を通り、高さ方向にずれた各位置でレーザ光を偏向させる。この構成では、空間へレーザ光を照射するときの出発位置（偏向位置）を高さ方向にずらした形で複数設け、装置の高さ方向各位置からレーザ光を出射することができるため、装置に非常に近い位置でも、ある程度広い高さ範囲に及ぶように検出エリアを設定することができる。
特に、特許文献２に代表される従来技術は、偏向部付近を基点（出発位置）としてレーザ光を上下に振るという特性上、装置付近では非常に狭い高さ範囲でしか検出エリアを確保できないという問題があり、その狭い検出エリアの下方領域が死角となってしまい、この死角から装置に接近する物体を検出できずに検出漏れが生じてしまうことが懸念されるが、本発明ではこのような死角を極力少なくすることができ、死角に起因する検出漏れを抑制することができる。

請求項２の発明では、複数の偏向部がいずれもレーザ光を高さ方向と直交する方向（水平方向）に偏向している。このように各偏向部（反射部材）がいずれもレーザ光を水平方向に偏向するため、装置付近での検出可能範囲（レーザ光が照射可能となる高さ範囲）がより遠方位置まで続くことになる。即ち、装置に非常に近い位置から遠方位置に至るまで検出エリアをある程度の高さ範囲で維持することができる。

請求項３の発明では、複数の偏向部の各偏向面を回転軸と直交する仮想平面に投影した場合の各投影領域がそれぞれ、仮想平面において回転軸を中心とする周方向に並んで配置されるようになっており、且つ、その仮想平面において各投影領域が周方向の両隣りに隣接する他の投影領域と連続するようになっている。
この構成では、回転構造体を平面視したときに各偏向部の偏向面が周方向両隣の他の偏向面と連続することになるため、回転構造体を回転させて各偏向部にレーザ光を順番に入射させる際に空白時間（いずれの偏向部にもレーザ光が照射されない時間）が生じなくなる。このため、各偏向部によってレーザ光が無駄なく照射されることになり、各偏向部で走査可能となる角度範囲を極力広くすることが可能となる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザレーダ装置を概略的に例示する断面図である。図２は、図１のレーザレーダ装置に用いられる回転構造体を概略的に示す斜視図であり、図２（Ａ）は、第１の偏向部がレーザ光の投光系路上に位置する状態を示す斜視図であり、図２（Ｂ）は、第２の偏向部がレーザ光の投光系路上に位置する状態を示す斜視図であり、図２（Ｃ）は、第３の偏向部がレーザ光の投光系路上に位置する状態を示す斜視図である。図３は、図１のレーザレーダ装置に用いられる回転構造体を概略的に示す平面図であり、図３（Ａ）は、レーザ光の投光系路上に第１の偏向部が入った直後の状態を示す平面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の状態からある程度回転した状態を示す平面図であり、図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）の状態から更に回転した状態を示す平面図である。図４は、図１のレーザレーダ装置でのレーザ走査領域を概念的に説明する説明図である。図５は、第２実施形態のレーザレーダ装置に用いられる回転構造体を概略的に示す平面図であり、図５（Ａ）は、レーザ光の投光系路上に第１の偏向部が位置する所定状態を示す平面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の状態からある程度回転した状態を示す平面図であり、図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）の状態から更に回転した状態を示す平面図である。図６は、他の実施形態のレーザレーダ装置を概略的に説明する説明図である。図７は、従来の問題点を説明する説明図である。

[第１実施形態]
以下、本発明を具現化した第１実施形態について、図面を参照して説明する。
（レーザレーダ装置の全体構成）
まず、図１等を参照し、第１実施形態に係るレーザレーダ装置の全体構成について概説する。なお、図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザレーダ装置の概略断面図である。図１に示すように、レーザレーダ装置１は、レーザダイオード１０と、検出物体からの反射光Ｌ２を受光するフォトダイオード２０とを備え、検出物体までの距離や方位を検出する装置として構成されている。

レーザダイオード１０は、レーザ光を発生させるレーザ光源の一例に相当するものであり、例えば公知のレーザダイオードによって構成されている。このレーザダイオード１０は、図示しない駆動回路からパルス電流の供給を受け、このパルス電流に応じてパルスレーザ光（レーザ光Ｌ１）を所定間隔おきに間欠的に投光するものである。

レーザダイオード１０から照射されるレーザ光Ｌ１の光軸上には図示しないレンズが設けられている。このレンズは、コリメートレンズとして構成されるものであり、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１を略平行光に変換する機能を有する。なお、図１のレーザレーダ装置１では、レーザダイオード１０及びこのレンズが投光手段の一例に相当し、所定方向（回転軸４９ａと平行な方向）を高さ方向とした場合において、レーザダイオード１０から出射されたレーザ光Ｌ１が高さ方向の投光経路を通るように導く。なお、図１の例では、レーザダイオード１０からレーザ光Ｌ１が下向きに照射されるようになっているが、レーザダイオード１０からレーザ光Ｌ１を例えば横向きに照射すると共にレンズによって平行光に変換し、これをミラーなどによって反射することで下向きに変更するようにしてもよい。この場合、レーザ光がミラーで反射した後の経路が高さ方向の投光経路に相当し、レーザダイオード１０、レンズ、ミラーが投光手段の一例に相当することになる。

なお、本明細書では、回転軸４９ａの方向と平行な方向が高さ方向（上下方向）であり、Ｙ軸方向として示している。そして、この高さ方向と直交する方向を水平方向としている。また、高さ方向と直交する所定方向を前後方向としており、この方向をＸ軸方向として示している。また、上記高さ方向及び前後方向と直交する方向を左右方向（横方向）としており、この方向がＺ軸方向となる。

レーザダイオード１０の下方側には、上下方向の貫通孔３０ａを備えたミラー３０が配置されている。このミラー３０は、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１が貫通孔３０ａ内を通過するように配置されており、更に、下方側において、回転軸４９ａとのなす角度が４５°となる反射面が設けられている。そして、空間に照射されるレーザ光Ｌ１（偏向部４１からのレーザ光Ｌ１１、偏向部４２からのレーザ光Ｌ１２、偏向部４３からのレーザ光Ｌ１３のいずれか）が外部空間の物体で反射して生じる反射光が偏向部４１〜４３のいずれかに入射した場合、偏向部４１〜４３のいずれかによって上方に導かれる当該反射光をフォトダイオード２０側に反射するように機能している。

ミラー３０の下方側には、回転反射装置７が設けられている。この回転反射装置７は、主として、回転構造体４０、モータ５０、回転角度センサ５２などによって構成されている。

回転構造体４０は、図２のようにレーザ光Ｌ１の高さ方向の投光経路（上述の投光手段によって導かれる経路）と平行な高さ方向の回転軸４９ａを中心として複数の偏向部４１，４２，４３が一体的に回転可能とされたものである。この回転構造体４０は、上下方向に長い長手状の回転中心部４５を備えると共に、この回転中心部４５から回転軸４９ａを中心とする半径方向に突出する形で偏向部４１，４２，４３が設けられており、回転中心部４５の下端部から下方に突出する形態で軸部４９が設けられている。

図２、図３のように、回転構造体４０を構成する複数の偏向部４１，４２，４３は、回転軸４９ａの周りにおいて互いに周方向（回転軸４９ａを中心とする周方向）にずれて配置されている。即ち、図３のように回転構造体４０を平面視したときに各偏向部が他の偏向部と重ならないようになっており、第１の偏向部である偏向部４１が回転軸４９ａを中心とする周方向第１位置に配され、第２の偏向部である偏向部４２が周方向第２位置に配され、第３の偏向部である偏向部４３が周方向第３位置に配されている。

複数の偏向部４１，４２，４３のそれぞれが高さ方向にずれて配置されている。即ち、第１の偏向部である偏向部４１が高さ方向第１位置（最も低位置）に配され、第２の偏向部である偏向部４２が偏向部４１よりも高い位置である高さ方向第２位置に配され、第３の偏向部である偏向部４３が偏向部４２よりも高い位置である高さ方向第３位置に配されている。これら偏向部４１，４２，４３は、いずれも平坦な反射面を備えたミラーとして構成されており、いずれの偏向部も反射面が斜め上方を向き且つこの反射面が入射するレーザ光Ｌ１に対して傾斜するように配されている。

より具体的には、第１の偏向部である偏向部４１は、回転軸４９ａを通る所定第１平面（図３（Ａ）では、所定第１平面の位置をＦ１で図示）と直交する反射面４１ａを有し、この反射面４１ａと水平面（回転軸４９ａと直交する平面）とのなす角度θ１が一定角度（例えば４５°）となるように配置されており、モータ５０の駆動力を受けて回転構造体４０が回転するときにこの角度θ１を一定角度（例えば４５°）で維持しつつ回転するようになっている。そして、図２（Ａ）或いは図３のように、上下方向のレーザ光Ｌ１がこの偏向部４１に入射するときには、その入射位置を基点として上記水平面と平行な方向且つ上記所定第１平面と平行な方向にレーザ光Ｌ１を照射するように反射させる。なお、図２等では、高さ方向に導かれたレーザ光Ｌ１を別途符号Ｌ１０にて示しており、偏向部４１での反射によって空間に照射されるレーザ光Ｌ１は、別途符号Ｌ１１にて示している。

また、第２の偏向部である偏向部４２は、回転軸４９ａを通る所定第２平面（図３（Ａ）では、所定第２平面の位置をＦ２で図示）と直交する反射面４２ａを有し、この反射面４２ａと水平面（回転軸４９ａと直交する平面）とのなす角度θ２が一定角度（例えば４５°）となるように配置されている。なお、所定第１平面Ｆ１と所定第２平面Ｆ２とのなす角度は例えば１２０°となっている。そして、モータ５０の駆動力を受けて回転構造体４０が回転するときにこの角度θ２を一定角度（例えば４５°）で維持しつつ回転するようになっている。そして、図２（Ｂ）のように、上下方向のレーザ光Ｌ１がこの偏向部４２に入射するときには、その入射位置を基点として上記水平面と平行な方向且つ上記所定第２平面と平行な方向にレーザ光Ｌ１を照射するように反射させる。なお、偏向部４２での反射によって空間に照射されるレーザ光Ｌ１は、別途符号Ｌ１２にて示している。

また、第３の偏向部である偏向部４３は、回転軸４９ａを通る所定第３平面（図３（Ａ）では、所定第３平面の位置をＦ３で図示）と直交する反射面４３ａを有し、この反射面４３ａと水平面（回転軸４９ａと直交する平面）とのなす角度θ２が一定角度（例えば４５°）となるように配置されている。なお、所定第１平面Ｆ１と所定第３平面Ｆ３とのなす角度、及び所定第２平面Ｆ２と所定第３平面Ｆ３とのなす角度は、いずれも１２０°となっている。そして、モータ５０の駆動力を受けて回転構造体４０が回転するときにこの角度θ３を一定角度（例えば４５°）で維持しつつ回転するようになっている。そして、図２（Ｃ）のように、上下方向のレーザ光Ｌ１がこの偏向部４３に入射するときには、その入射位置を基点として上記水平面と平行な方向且つ上記所定第３平面と平行な方向にレーザ光Ｌ１を照射するように反射させる。なお、偏向部４３での反射によって空間に照射されるレーザ光Ｌ１は、別途符号Ｌ１３にて示している。このように複数の偏向部４１，４２，４３はいずれも、高さ方向の投光経路に導かれたレーザ光Ｌ１（符号Ｌ１０参照）を水平面と平行な方向（高さ方向と直交する方向）に偏向するようになっている。

このように構成される回転構造体４０は、下方側に突出する上下方向の軸部４９が図示しない軸受によって回転可能に支持されつつ、モータ５０の出力軸（回転軸）と一体的に構成されており、この軸部４９がモータ５０の駆動力を受けて回転することで回転構造体４０全体が回転するようになっている。

モータ５０は、回転構造体４０を回転駆動する「駆動手段」の一例に相当するものであり、例えば公知の直流モータ或いは公知の交流モータなどによって構成されている。そして、制御部７０からの駆動指示があったときに、図示しないモータドライバによって駆動状態（例えば、回転タイミングや回転速度）が制御されるようになっており、このときに、回転構造体４０を予め定められた一定の回転速度で定常回転するようになっている。

また、図１に示すように、モータ５０の駆動軸或いは軸部４９の回転角度位置（即ち回転構造体４０の回転角度位置）を検出する回転角度センサ５２が設けられている。回転角度センサ５２は、ロータリーエンコーダなど、駆動軸や軸部４９の回転角度位置を検出しうるものであれば様々な種類のものを使用できる。

このように構成される回転反射装置７では、モータ５０による回転構造体４０の回転駆動に伴い、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）のように各偏向部４１，４２，４３が順番にレーザ光の投光経路（Ｌ１０に示す経路）を通るように構成されており、回転構造体４０を回転させつつレーザ光Ｌ１を各偏向部４１，４２，４３によって順番に偏向させるようになっている。従って、例えば、偏向部４１がレーザ光Ｌ１を反射する角度範囲では図４に示す符号Ｌ１１’のように低位置での水平走査が行われ、偏向部４２がレーザ光Ｌ１を反射する角度範囲では図４に示す符号Ｌ１２’のように中位置での水平走査が行われ、偏向部４３がレーザ光Ｌ１を反射する角度範囲では図４に示す符号Ｌ１３’のように高位置での水平走査が行われることになる。

また、回転反射装置７からフォトダイオード２０に至るまでの反射光の光路上には、フォトダイオード２０に向けて反射光を集光する集光レンズ６２が設けられている。集光レンズ６２は、各偏向部４１、４２、４３がレーザ光Ｌ１の経路上に位置するときに各偏向部４１、４２、４３からの反射光（即ち、レーザ光Ｌ１が物体に照射されて生じた反射光が各偏向部に取り込まれて上方に導かれた光）を集光してフォトダイオード２０に導くように機能している。なお、反射光の経路上（例えば集光レンズ６２とフォトダイオード２０の間）に、反射光Ｌ２に対応した特定波長の光（例えば一定領域の波長の光）を透過させ特定波長から外れた光を遮断する波長選択フィルタなどを設けてもよい。

なお、本実施形態では、回転反射装置７、ミラー３０、集光レンズ６２が「誘導手段」の一例に相当しており、レーザダイオード１０（レーザ光源）にてレーザ光Ｌ１が発生し、当該レーザ光Ｌ１が偏向部４１、４２、４３のいずれかによって外部空間に導かれたときに、当該レーザ光Ｌ１が外部空間の物体で反射して生じる反射光Ｌ２を、そのいずれかの偏向部を介してフォトダイオード２０までの受光経路に導くように機能する。

フォトダイオード２０は、上記誘導手段によって導かれた反射光を受光する受光手段の一例に相当するものであり、例えば、アバランシェフォトダイオード等の公知のフォトダイオードで構成されている。このフォトダイオード２０は、レーザダイオード１０からレーザ光Ｌ１が発生したときに、このレーザ光Ｌ１が外部空間に存在する物体で反射した反射光Ｌ２を受光し、電気信号に変換する構成をなしている。なお、検出物体からの反射光Ｌ２については、所定の視野範囲のものが取り込まれる構成となっており、例えば、レーザ光Ｌ１が偏向部４１によって空間に照射されたときには、符号Ｌ２１ａ，Ｌ２１ｂで示す２つのライン間の領域を通る反射光が当該偏向部４１で取り込まれ、フォトダイオード２０で受光されるようになっている。また、レーザ光Ｌ１が偏向部４２によって空間に照射されるとき（即ち、図１に示す二点鎖線位置に偏向部４２が配されるような場合）、符号Ｌ２２ａ，Ｌ２２ｂで示す２つのライン間の領域を通る反射光が当該偏向部４２で取り込まれ、フォトダイオード２０で受光されるようになっている。また、レーザ光Ｌ１が偏向部４３によって空間に照射されるとき（即ち、図１に示す二点鎖線位置に偏向部４３が配されるような場合）、符号Ｌ２３ａ，Ｌ２３ｂで示す２つのライン間の領域を通る反射光が当該偏向部４３で取り込まれ、フォトダイオード２０で受光されるようになっている。

制御部７０は、ＣＰＵを備えたマイクロコンピュータなどの１又は複数の制御回路によって構成されており、上述したレーザダイオード１０の投光動作やモータ５０の回転動作などを制御するように構成されている。また、フォトダイオード２０や回転角度センサ５２に接続されており、これらからの信号を取得可能に構成されている。また、制御部７０には、ＲＯＭ、ＲＡＭ，不揮発性メモリなどの図示しないメモリが接続されており、制御部７０は、このメモリ内の情報の読み出しやメモリに対する書き込みが可能となっている。

また、本実施形態では、レーザダイオード１０、フォトダイオード２０、ミラー３０、回転反射装置７等がケース３内に収容され、防塵や衝撃保護が図られている。ケース３における回転構造体４０の周囲には、当該偏向部４１を取り囲むようにレーザ光Ｌ１及び反射光Ｌ２の通過を可能とする導光部４が形成されている。導光部４は、少なくとも各偏向部４１，４２，４３からのレーザ光が必ず当該導光部４内を通過するように所定領域に亘って開口形態で設けられており、この導光部４を閉塞する形態でガラス板等からなるレーザ光透過板５が配され、防塵が図られている。

（物体検出動作）
次に、レーザレーダ装置１で行われる物体の検出処理（監視処理）について基本的な動作を説明する。
図１に示すレーザレーダ装置１では、レーザダイオード１０に対してパルス電流が供給されると、このパルス電流のタイミング及びパルス幅に応じた短い時間間隔のパルスレーザ光（レーザ光Ｌ１）がレーザダイオード１０から間欠的に出力されるようになっている。このレーザ光Ｌ１は、ある程度の広がり角をもった拡散光として投光され、図示しないレンズを通過することで平行光に変換され、貫通孔３０ａを通って高さ方向の投光経路を通過することになる。このように高さ方向に通過するレーザ光Ｌ１（符号Ｌ１０参照）は、いずれかの偏向部に当たったときに当該偏向部で反射して空間に向けて照射されることになる。そして、このようにいずれかの偏向部から照射されたレーザ光Ｌ１が、外部空間に存在する物体（検出物体）に当たったときには、この検出物体で反射して装置側に戻ってくる反射光の一部（反射光Ｌ２）がレーザ光透過板５を介してケース内に入り込み、その照射元の偏向部に入射することになる。このような反射光を受けた照射元の偏向部は、この反射光をミラー３０側へ誘導（反射）し、その誘導された反射光は、ミラー３０で反射すると共に集光レンズ６２で集光され、フォトダイオード２０に入射する。そして、フォトダイオード２０は、このような反射光を受光したとき、その受光した反射光の強度に応じた電気信号（例えば受光した反射光Ｌ２に応じた電圧値）を出力する。

例えば、図１、図２（Ａ）のようにレーザ光Ｌ１の経路上に偏向部４１が位置しているとき、この偏向部４１で反射して照射されたレーザ光Ｌ１が、外部空間に存在する物体（検出物体）に当たった場合には、この検出物体で反射して装置側に戻ってくる反射光の一部（反射光Ｌ２）が照射元の偏向部４１に入射することになる。このような反射光を受けた照射元の偏向部４１は、この反射光をミラー３０側へ誘導（反射）し、その誘導された反射光は、ミラー３０で反射すると共に集光レンズ６２で集光され、フォトダイオード２０に入射する。そして、フォトダイオード２０は、このような反射光を受光したとき、その受光した反射光の強度に応じた電気信号（例えば受光した反射光Ｌ２に応じた電圧値）を出力する。図２（Ｂ）のようにレーザ光Ｌ１の経路上に偏向部４２が位置しているときも同様であり、この偏向部４２で反射して照射されたレーザ光Ｌ１が、外部空間に存在する物体（検出物体）に当たったときには、この検出物体で反射して装置側に戻ってくる反射光の一部（反射光Ｌ２）が照射元の偏向部４２に入射することになる。このような反射光を受けた照射元の偏向部４２は、この反射光をミラー３０側へ誘導（反射）し、その誘導された反射光は、ミラー３０で反射すると共に集光レンズ６２で集光され、フォトダイオード２０に入射することになる。

制御部７０は、レーザダイオード１０に対するパルス信号の送信タイミングとフォトダイオード２０からの受光信号が出力されるタイミングとに基づいて、レーザ光Ｌ１の投光から受光までの時間Ｔ（即ち、レーザダイオード１０がパルスレーザ光Ｌ１を出力してからフォトダイオード２０が当該パルスレーザ光に応じた反射光Ｌ２を受光するまでの時間）を測定している。更に、制御部７０は、パルスレーザ光Ｌ１が照射されるときの回転角度センサ５２からの出力値（即ち、パルスレーザ光Ｌ１が照射されるタイミングにおける回転構造体４０の基準角度からの回転角度θ）をも把握できるようになっている。回転構造体４０の回転角度θが定まると、レーザ光Ｌ１がどの偏向部に入射されたかを特定でき（即ち、走査平面がどの高さであるかを特定でき）、その偏向部の向きも特定できるため当該偏向部からの照射方向をも特定することができる。従って、レーザ光Ｌ１が向かう方向を一の方位に特定できる。このようにレーザ光Ｌ１の方位が定まると、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１が物体に照射されてからフォトダイオード２０に戻ってくるまでの経路の長さＬを上記時間Ｔと既知の光速Ｃとに基づいて算出することができるため、検出物体の位置を特定することができる。

なお、本実施形態では、回転構造体４０の回転角度θと上記時間Ｔとの組み合わせに対応付けて物体の高さ、方位、及び距離（位置）を特定するテーブルを予め図示しないメモリに記憶しておけば、上記回転角度θ及び上記時間Ｔが検出されたときに、即座に検出物体の高さ、方位、距離（位置）を特定できるようになる。また、回転構造体４０の回転角度θ及び上記時間Ｔをパラメータとして物体の高さ、方位、及び距離（位置）を算出するような演算式を設けておき、上記回転角度θ及び上記時間Ｔが検出されたときに、この演算式に基づいて検出物体の高さ、方位、及び距離（位置）を算出するようにしてもよい。

本実施形態では、制御部７０が「方位検出手段」の一例に相当し、フォトダイオード２０（受光手段）が物体からの反射光を受光した場合に、回転構造体４０の回転角度に基づいて少なくとも物体の方位を検出するように機能する。

（第１実施形態の主な効果）
第１実施形態の構成では、レーザ光Ｌ１の高さ方向の投光経路（符号Ｌ１０の経路）と平行な回転軸４９ａを中心として複数の偏向部４１，４２，４３が一体的に回転可能とされた回転構造体４０が設けられ、この回転構造体４０では、複数の偏向部４１，４２，４３のそれぞれが回転軸４９ａの周りにおいて周方向にずれて配置され且つそれぞれが互いに高さ方向にずれて配置されている。そして、モータ５０（駆動手段）による回転構造体４０の回転に伴い、各偏向部４１，４２，４３が順番にレーザ光Ｌ１の投光経路（符号Ｌ１０の経路）を通り、高さ方向にずれた各位置でレーザ光Ｌ１を偏向させる。この構成では、空間へレーザ光を照射するときの出発位置（偏向位置）を高さ方向にずらした形で複数設け、図４のように装置の高さ方向各位置からレーザ光を出射することができるため、装置に非常に近い位置でも、ある程度広い高さ範囲に及ぶように検出エリアを設定することができる。
３次元的な検出を可能とする従来技術では、偏向部付近を基点（出発位置）としてレーザ光を上下に振るという方式を採用していたため、図７のように装置付近では非常に狭い高さ範囲でしか検出エリアを確保できないという問題があり、その狭い検出エリアの下方領域が死角となってしまい、この死角から装置に接近する物体を検出できずに検出漏れが生じてしまうことが懸念されていた。これに対し、第１実施形態の構成では、このような死角を極力少なくすることができ、死角に起因する検出漏れを抑制することができる。

また、第１実施形態の構成では、複数の偏向部４１，４２，４３がいずれもレーザ光を高さ方向と直交する方向（水平方向）に偏向しているため、装置付近での検出可能範囲（レーザ光が照射可能となる高さ範囲）がより遠方位置まで続くことになる。即ち、装置に非常に近い位置から遠方位置に至るまで検出エリアをある程度の高さ範囲で維持することができる。

[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図５は、第２実施形態のレーザレーダ装置に用いられる回転構造体を概略的に示す平面図であり、図５（Ａ）は、レーザ光の投光系路上に第１の偏向部が位置する所定状態を示す平面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の状態からある程度回転した状態を示す平面図であり、図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）の状態から更に回転した状態を示す平面図である。なお、第２実施形態は、回転構造体の構成（特に各偏向部の構成のみが第１実施形態と異なり、それ以外は第１実施形態と同様である。よって、偏向部４１，４２，４３以外については第１実施形態と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

第２実施形態で用いられる回転構造体４０では、複数の偏向部４１，４２，４３の各偏向面（反射面４１ａ，４２ａ，４３ａ）を回転軸４９ａと直交する仮想平面に投影した場合の各投影領域（即ち、図５のように平面視したときの各反射面４１ａ，４２ａ，４３ａの領域）がそれぞれ、仮想平面において回転軸４９ａを中心とする周方向に並んで配置されるようになっており、且つ、その仮想平面において各投影領域が周方向の両隣りに隣接する他の投影領域と連続するようになっている。つまり、図５のように平面視したときに、反射面４１ａは、両隣の反射面４２ａ，４３ａとそれぞれ切れ目無く連続するようになっており、反射面４２ａは、両隣の反射面４１ａ，４３ａとそれぞれ切れ目無く連続するようになっており、反射面４３ａは、両隣の反射面４１ａ，４２ａとそれぞれ切れ目無く連続するようになっている。例えば、回転構造体４０が所定方向を向いているとき（具体的には、レーザ光Ｌ１が反射面４１ａと反射面４３ａの境界に入射するとき）を０°の回転角度（基準回転角度）としたとき、回転構造体４０が０°から反時計回りに回転して１２０°の回転角度に達するまでは図５（Ａ）〜図５（Ｃ）のようにレーザ光Ｌ１が反射面４１ａに入射し、回転構造体４０が１２０°〜２４０°の回転角度のときにはレーザ光Ｌ１が反射面４２ａに入射し、回転構造体４０が２４０°〜３６０°の回転角度のときにはレーザ光Ｌ１が反射面４３ａに入射するようになっている。つまり、各高さにおいて１２０°の角度範囲で水平走査を行うことができる。

この構成では、回転構造体４０を回転させて各偏向部４１，４２，４３にレーザ光を順番に入射させる際に空白時間（いずれの偏向部にもレーザ光が照射されない時間）が生じなくなる。このため、各偏向部によってレーザ光が無駄なく照射されることになり、各偏向部で走査可能となる角度範囲を極力広くすることが可能となる。

［他の実施形態］
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

上記実施形態では、各偏向部が平面鏡によって構成されていたが、凹面鏡として構成されていてもよい。

上記実施形態では、偏向部が高さ方向及び周方向にずれた形で３つ設けられ３段の走査領域が構成される例を示したが、偏向部の数は４段以上であってもよく（即ち、周方向にずれた形で４つ以上設けられていてもよく）、２段などであってもよい。

上記実施形態では、偏向部が周方向にずれた形で３つ設けられた例を示したが、偏向部の数は４段以上であってもよく、２段などであってもよい。

上記実施形態では、レーザ光源や受光手段がそれぞれ１つ設けられた構成を例示したが、レーザ光源や受光手段は複数設けられていてもよい。例えば、図５のような水平走査範囲１２０度の偏向部４１、４２、４３が設けられた構成において、レーザダイオード１０とは異なる別途のレーザダイオードにより、レーザ光Ｌ１の高さ方向の投光経路１０と平行にレーザ光を照射するようにしてもよい。具体的には、高さ方向の投光経路Ｌ１０に対して中心軸４９ａを中心として１２０°回転した位置の経路を通るように第２のレーザダイオードによりレーザ光を照射し、同様に、高さ方向の投光経路Ｌ１０に対して中心軸４９ａを中心として２４０°回転した位置の経路を通るように第３のレーザダイオードによりレーザ光を照射するようにすれば、例えば、レーザダイオード１０による走査範囲（角度範囲）が０°〜１２０であれば、第２のレーザダイオードによる走査範囲（角度範囲）が１２０°〜２４０°となり、第３のレーザダイオードによる走査範囲（角度範囲）が２４０°〜３６０°となる。このようにすれば、３６０°の範囲で多段階の検出を行うことができる。なお、上記の場合、第２のレーザダイオードでの投光に対応するようにミラー３０、集光レンズ６２、フォトダイオード２０と同様の部材（第２のミラー、第２の集光レンズ、第２のフォトダイオード）を設け、第２のレーザダイオードでの投光に応じた反射光を第２のフォトダイオードで受光できるようにすればよい。同様に、第３のレーザダイオードでの投光に対応するようにミラー３０、集光レンズ６２、フォトダイオード２０と同様の部材（第３のミラー、第３の集光レンズ、第３のフォトダイオード）を設け、第３のレーザダイオードでの投光に応じた反射光を第３のフォトダイオードで受光できるようにすればよい。なお、このような構成は、図５の構成に限らず、図１〜図３のような構成にも適用できる。

上記実施形態では、各偏向部からレーザ光が照射されたときに、物体からの反射光をその照射元の偏向部によってフォトダイオード２０側に誘導していたが、このような構成でなくてもよい。例えば、図６のように構成し、レーザダイオード１０（レーザ光源）にてレーザ光Ｌ１が発生し、当該レーザ光Ｌ１が偏向部によって外部空間に導かれたときに、当該レーザ光が外部空間の物体で反射して生じる反射光を、当該偏向部と同期するように回転軸４９ａを中心として回転する第２偏向部により受光経路に導いてもよい。図６の構成では、偏向部４１の下方に当該偏向部４１と上下対称の第２偏向部２４１が設けられ、偏向部４２の下方に当該偏向部４２と上下対称の第２偏向部２４２が設けられている。また、偏向部４３の下方には、当該偏向部４３と上下対称の第２偏向部（図示略）が設けられている。このような第２偏向部が回転構造体４０の下方位置にて回転軸４９ａを中心とする半径方向に突出するように一体的に設けられて、各第２偏向部が対応する上方の偏向部と同じ方向に突出した形態で互いに同期して回転するようになっている。なお、図６では、第２偏向部２４１、２４２等が一体的に構成された構造体を第２の構造体２４０としている。
この構成では、図６のようにレーザ光Ｌ１が偏向部４１によって外部空間に導かれたときに、当該レーザ光が外部空間の物体で反射して生じる反射光を、当該偏向部４１と同期するように回転軸４９ａを中心として回転する第２偏向部２４１により下方側に反射し、ミラー３０を介してフォトダイオード２０に向けて導いている。同様に、レーザ光Ｌ１が偏向部４２によって外部空間に導かれたときに、当該レーザ光が外部空間の物体で反射して生じる反射光を、当該偏向部４２と同期するように回転軸４９ａを中心として回転する第２偏向部２４２によりフォトダイオード２０に向けて導いており、レーザ光Ｌ１が偏向部４３によって外部空間に導かれたときに、当該レーザ光が外部空間の物体で反射して生じる反射光を、当該偏向部４３と同期するように回転軸４９ａを中心として回転する第２偏向部（図示略）によりフォトダイオード２０に向けて導いている。なお、回転構造体４０と第２構造体２４０を同期させる方法は公知の様々な方法を用いることができ、例えば、回転構造体４０と第２構造体２４０とを連結し、これらを共通のモータによって回転（例えば歯車伝達機構やベルト・プーリ機構などによってモータからの動力を伝達して回転）させればよい。或いは、回転構造体４０と第２構造体２４０とを別々のモータによって同期させるように回転させてもよく、２つの物体を同期させて回転させうる方法であれば他の様々な方法を用いてもよい。

１…レーザレーダ装置
７…回転反射装置（回転偏向手段）
１０…レーザダイオード（レーザ光源、投光手段）
２０…フォトダイオード（受光手段）
３０…ミラー（誘導手段）
４０…回転構造体
４１，４２，４３…偏向部（誘導手段）
４９ａ…回転軸
７０…制御部（方位検出手段）

Claims

レーザ光を発生させるレーザ光源を備え、所定方向を高さ方向とした場合において、前記レーザ光源から出射された前記レーザ光が前記高さ方向の投光経路を通るように導く投光手段と、
前記レーザ光が導かれる前記高さ方向の前記投光経路と平行な回転軸を中心として複数の偏向部が一体的に回転可能とされた回転構造体と、前記回転構造体を回転駆動する駆動手段とを備え、前記複数の偏向部のそれぞれが前記回転軸の周りにおいて互いに当該回転軸を中心とする周方向にずれて配置されると共にそれぞれが互いに前記高さ方向にずれて配置され、且つ前記回転構造体の回転に伴い各偏向部が順番に前記レーザ光の前記投光経路を通るように構成され、前記駆動手段によって前記回転構造体を回転させつつ前記レーザ光を各偏向部によって順番に偏向させる回転偏向手段と、
前記レーザ光源にてレーザ光が発生し、当該レーザ光が前記偏向部によって外部空間に導かれたときに、当該レーザ光が外部空間の物体で反射して生じる反射光を、当該偏向部又は当該偏向部と同期するように前記回転軸を中心として回転する第２偏向部により受光経路に導く誘導手段と、
前記誘導手段によって導かれた前記反射光を受光する受光手段と、
前記受光手段が前記反射光を受光した場合に、前記回転構造体の回転角度に基づいて少なくとも前記物体の方位を検出する方位検出手段と、
を備えたことを特徴とするレーザレーダ装置。
複数の前記偏向部はいずれも、前記高さ方向の前記投光経路に導かれた前記レーザ光を前記高さ方向と直交する方向に偏向することを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ装置。
複数の前記偏向部の各偏向面を前記回転軸と直交する仮想平面に投影した場合の各投影領域がそれぞれ、前記仮想平面において前記回転軸を中心とする周方向に並んで配置されるようになっており、且つ、前記仮想平面において各投影領域が前記周方向の両隣りに隣接する他の投影領域と連続するようになっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザレーダ装置。