JP2014071027A

JP2014071027A - レーザレーダ装置

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Publication number: JP2014071027A
Application number: JP2012218020A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Kono; 克紀光野
Original assignee: Denso Wave Inc
Current assignee: Denso Wave Inc
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-04-21
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: JP5929675B2

Abstract

【課題】三次元的な検出が可能なレーザレーダ装置において、上下方向の分解能を高めうる構成を、検出感度を低下させず、且つ装置構成の小型化及び軽量化を図りつつ実現する。
【解決手段】レーザレーダ装置１は、反射領域構成部が中心軸Ｃの周りにおいて周方向に複数配置されてなり、その内の複数照射部５１は、回転体４１が所定の回転角度範囲のときに、レーザダイオード１０からのレーザ光を複数の各反射面で反射させて上下方向の複数の向きに照射し、各レーザ光が物体で反射したときに、物体からの反射光を照射元の各反射部でそれぞれ反射させて入力光として導く。それ以外の単一照射部５２，５３，５４は、回転体４１が他の回転角度範囲のときに、レーザダイオード１０からのレーザ光を単一方向に反射し、当該レーザ光が物体で反射したときに、物体からの反射光をその照射元の単一照射部で反射させて入力光として導く。
【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。

一方、このような問題を解消し得る技術として、特許文献２のような技術が提供されている。特許文献２で開示される３次元レーザ測距装置は、小鏡面群を有するポリゴンミラー３０と、揺動ミラー２２を有する２次元走査ミラーユニット２０とを備えており、２次元走査ミラーユニット２０では、揺動ミラー２２が２軸ジンバル構造で揺動可能となっている。そして、揺動ミラー２２で多方向に走査される光をポリゴンミラー３０で反射して空間に投射するように構成することで、３次元的な広い走査レンジが確保されるようになっている。

特許２７８９７４１号公報特開２０１０−３８８５９公報

ところで、３次元的な走査を行う方法としては、傾斜の異なる複数の反射部を周方向に並べて配置した回転体（例えばポリゴンミラー等）を用い、これら反射部をレーザ光の投光経路上に順次配置するように回転体を回転させて高さ方向の向きを変化させるような方法を用いることもできる。この方法によれば、複雑な揺動制御を行わずともレーザ光の照射の向きを高さ方向に変化させることができ、構成面や制御面で非常に有利になる。

但し、この方法では、高さ方向の分解能を大きくする場合に反射部の数を多くする必要がある。しかしながら、外部空間でレーザ光が照射される対象物体からの反射信号量（受光量）を確保し、且つ水平走査方向の走査範囲を確保するためには、反射部の周方向の領域をある程度大きく確保しつつ反射部の数を多くしなければならないため、必然的に回転体の径が大きくなり、回転体を駆動する駆動機構等も相応の装置（例えば軸や軸受等のサイズが大きく高トルクを出力し得る装置等）が必要となるため、装置構成の大型化や重量の増大が避けられなくなる。

一方、各反射部のサイズが小さくなれば、回転体のサイズを大きくしなくても反射部の数を増やすことはできる。しかしながら、各反射部のサイズを小さくしてしまうと、対象物体からの反射光を受けたときに取り込むことができる光量（即ち、回転体の各反射部で入力光として導くことができる光量）が低減してしまうため、検出感度の低下を招いてしまうことになり、特に遠方の物体を検出する上で問題となる。

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、三次元的な検出が可能なレーザレーダ装置において、上下方向の分解能を高めうる構成を、検出感度をそれほど低下させることなく、且つ装置構成の小型化及び軽量化を図りつつ実現することを目的とする。

本発明は、レーザレーダ装置に係るものであり、
レーザ光を発生させる投光手段と、
１又は複数の反射部を備えた反射領域構成部が所定の中心軸の周りにおいて周方向に複数配置されてなり、前記中心軸と直交する水平面と各反射部の反射面とのなす角度がそれぞれ異なるように構成された回転体と、前記回転体を回転させる駆動手段とを備え、前記駆動手段による前記回転体の回転に応じて、各反射領域構成部が前記投光手段からの前記レーザ光の投光経路上に順次位置して前記レーザ光を外部空間に向けて反射するように構成され、各反射領域構成部の各反射部から照射された前記レーザ光が前記外部空間に存在する物体で反射したときに当該物体からの反射光を照射元の各反射部で反射させて入力光として導くように構成された回転反射手段と、
光を検出する受光素子を配列した受光センサと、
前記回転反射手段からの前記入力光を前記受光センサに導く導光手段と、
を備え、
少なくともいずれかの前記反射領域構成部は、複数の前記反射部を備え且つそれら複数の前記反射部における反射面の前記水平面とのなす角度が互いに異なるように構成された複数照射部として構成され、
前記複数照射部は、前記回転体が所定の回転角度範囲のときに、当該複数照射部を構成するいずれの前記反射部も前記レーザ光の投光経路上に位置する構成をなし、
前記中心軸の方向を上下方向としたとき、前記投光手段からの前記レーザ光が前記複数照射部における複数の前記反射部の各反射面で反射して前記上下方向の複数の向きにそれぞれ照射され、それら複数方向に照射された各レーザ光が前記物体で反射したときに、前記物体からの前記反射光を照射元の各反射部でそれぞれ反射させて前記入力光として導くように構成されており、
他の前記反射領域構成部は、単一の前記反射部からなる単一照射部として構成されており、前記投光手段からの前記レーザ光がその単一の前記反射部で反射して前記外部空間に向けて照射され、当該レーザ光が前記物体で反射したときに、前記物体からの前記反射光をその単一の前記反射部で反射させて前記入力光として導くように構成されていることを特徴とする。

請求項１の発明において、回転体は、中心軸の周りに複数の反射領域構成部が配置された多面ミラーとして構成され、中心軸と直交する水平面と各反射部の反射面とのなす角度がそれぞれ異なるように構成されている。そして、駆動手段による回転体の回転に応じて、各反射領域構成部が投光手段からのレーザ光の投光経路上に順次位置するようになっているため、回転体で外部空間に向けて反射するレーザ光は、反射元の反射部の角度に応じて中心軸の方向（上下方向）に順次切り替わることになる。
そして、このように各反射領域構成部の各反射部から照射されたレーザ光が外部空間に存在する物体で反射すると、当該物体からの反射光が照射元の反射部に入射したときには、この反射光がその照射元の反射部によって反射し、入力光として受光センサに向けて導かれることになる。
この構成では、基本的に回転体を回転させることだけで反射部の面数分だけレーザ光の向きを上下に切り替えて物体検出を行うことができるため、レーザ光を上下方向に変化させるための揺動機構等が必須とならず、走査の高速化も図りやすくなる。
このような構成を前提とし、更に、いずれかの反射領域構成部は、複数の反射部を備え且つそれら複数の反射部における反射面の水平面とのなす角度が互いに異なるように構成された複数照射部として構成されている。そして、この複数照射部は、回転体が所定の回転角度範囲のときに、当該複数照射部を構成するいずれの反射部もがレーザ光の投光経路上に位置する構成となっている。
つまり、この複数照射部では、レーザ光（投光レーザ）が角度の異なる複数の反射面で同時期に反射することになり、レーザ光を上下方向の複数の向きに一度に飛ばすことができる。特にこの複数照射部は、同じ反射領域構成部において上下に複数の反射部を設けた構造であるため、これらと同一サイズの複数の反射部を周方向に複数枚並べて配置する構成に比べて回転体の周方向のサイズ及び径を低減することができる。従って、回転体の小型化や当該回転体を駆動する駆動機構の小型化を図りやすくなり、より小型の回転体を駆動対象とすることで制御の高速化も図りやすくなる。
一方、複数照射部以外の他の反射領域構成部は、単一の反射部からなる単一照射部として構成されており、レーザ光がその単一の反射部で反射して外部空間に向けて照射されるようになっている。この構成によれば、レーザ光（投光レーザ）が単一照射部に入射する角度範囲では、投光レーザを分割することなく相対的に強いエネルギーで照射することができる。
このように、本発明に係るレーザレーダ装置では、ある角度範囲のときにレーザ光を複数方向に分割して照射し、別の角度範囲のときには分割せずに単一方向に照射する構成を採用しているため、使用の際に強いエネルギーでの照射が望ましい方向を単一照射部による照射方向とし、使用の際に弱いエネルギーでの照射が望ましい方向或いは弱いエネルギーでの照射でも差し支えのない方向を複数照射部による照射方向とするような設置が可能となる。
例えば、図１１のように、レーザレーダ装置を地面や床面等の基準面Ｆよりも高位置に設置し、所定側に対し斜め下向きにレーザ光を複数方向照射するような方法で使用する場合、水平方向とのなす角度が小さい向きで照射されるレーザ光（図１１の例ではα４）はより遠方位置で基準面Ｆに当たることになり、より遠方位置の物体を検出できる。このように遠距離での検出を想定する方向は単一照射部による照射方向とすれば、遠距離の物体をより強いエネルギーで検出し易くなる。
一方、水平方向とのなす角度が大きい向きで照射されるレーザ光（図１１の例ではα１）は、より近い位置で基準面Ｆに当たることになり、この位置と装置の間に存在する近距離の物体を検出することになる。この場合、レーザ光α１は遠距離のレーザ光α４の場合に比べて弱いエネルギーでの照射でも十分な受光量が確保されやすく、このように近距離での検出を想定する方向については複数照射部による照射方向とすれば、分解能を高めつつ複数方向を効率的に且つ良好に検出できるようになる。

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概略図である。図２は、図１のレーザレーダ装置おいて複数照射部でレーザ光を照射したときの、一方（下側）の反射部での受光経路を説明する説明図である。図３は、図１のレーザレーダ装置おいて複数照射部でレーザ光を照射したときの、他方（上側）の反射部での受光経路を説明する説明図である。図４は、図１のレーザレーダ装置の回転体を下側から軸方向に見た外観を示す説明図である。図５は、受光センサを概念的に説明する説明図である。図６は、図１のレーザレーダ装置の使用例を説明する説明図である。図７は、図１のレーザレーダ装置おいて単一照射部にレーザ光が照射されるときの投光の経路を説明する説明図である。図８は、図７のときの受光の経路を説明する説明図である。図９は、図７のときの回転体を下側から軸方向に見た外観を示す説明図である。図１０は、対象物体までの距離と受光量との関係を説明するグラフである。図１１は、関連技術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。
（全体構成）
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を受光する受光センサ２０とを備え、装置外の走査エリアに存在する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、「投光手段」の一例に相当するものであり、制御回路７０の制御により、図示しない駆動回路からパルス電流を受け、このパルス電流に応じたパルスレーザ光（レーザ光Ｌ１）を間欠的に出射している。また、レーザダイオード１０から出射されるレーザ光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、レーザダイオードで発生して拡散しようとするレーザ光Ｌ１を集光し略平行光に変換している。なお、図１では、レーザダイオード１０から回転体４１に至るまでのレーザ光を符号Ｌ１にて概念的に示し、回転体４１の各反射部で反射して照射されるレーザ光をＬ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄ，Ｌ１ｅ（図６等参照）で概念的に示している。

受光センサ２０は、光を検出する受光素子２０ａを配列してなるものであり、例えばアバランシェフォトダイオード（avalanche photodiode）等の受光素子２０ａを所定方向に列状に複数並べた構成をなしている（図５も参照）。この受光センサ２０は、光を受光する受光領域を有し、当該受光領域に入射する光を検出する構成をなしている。そして、レーザダイオード１０からレーザ光Ｌ１が発生し、そのレーザ光Ｌ１が装置外に存在する検出物体（図示略）にて反射したとき、その反射光を受光して電気信号に変換するように機能している。

レーザダイオード１０と回転体４１の間には、ミラー３０が設けられている。このミラーは、例えば板状に構成され、回転体４１側の面が反射面３１として構成されており、中央部付近に貫通孔３２が形成されている。本構成では、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１が貫通孔３２の内部を通過するように構成されており、貫通孔３２を通過したレーザ光Ｌ１が回転体４１に入射するようになっている。

回転反射装置４０は、「回転反射手段」の一例に相当するものであり、主に回転体４１と、軸部４２と、モータ４３とによって構成されている。このうち、回転体４１は、所定の中心軸Ｃを中心として回動可能に構成され、複数の反射領域構成部５０（複数照射部５１及び単一照射部５２，５３，５４）が中心軸Ｃの周りにおいて周方向に複数配置された構成となっている。そして、反射領域構成部５０を構成する複数の反射部５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５３ａ，５４ａは、中心軸Ｃと直交する水平面とのなす角度（鋭角）がそれぞれ異なるように構成されている。

更に、回転体４１の外周部を構成する反射領域構成部５０は、１つの複数照射部５１と、３つの単一照射部５２，５３，５４によって構成されている。このうち、複数照射部５１は、２つの反射部５１ａ，５１ｂを備え且つそれら２つの反射部５１ａ，５１ｂにおける反射面の水平面とのなす角度が互いに異なるように構成されている。なお、本実施形態では、レーザレーダ装置１の設置の向きに関係なく、中心軸Ｃの方向を上下方向としており、その内の一方側を下側、他方側を上側としている。

具体的には、２つの反射部５１ａ，５１ｂは、いずれも反射面が平坦に構成され且つこれら反射面が中心軸Ｃを通る所定方向の第１平面（図４では、この平面をＦ１として図示）と直交するように構成されている。そして、反射部５１ａの反射面と水平方向（中心軸Ｃと直交する平面方向）とのなす角度θ１（鋭角）は、反射部５１ａの反射面と当該水平方向とのなす角度（鋭角）θ２よりも小さくなっている。このように構成される複数照射部５１は、回転体４１が所定の第一回転角度範囲のときに、複数照射部５１を構成するいずれの反射部５１ａ，５１ｂもレーザ光の投光経路上に位置する構成となっている。つまり、この第一回転角度範囲のときには、図１のようにレーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１が反射部５１ａ，５１ｂの境界部付近に入射し、いずれの反射部にも入射するようになっている。

また、複数照射部５１以外の他の反射領域構成部５０は、単一の反射部からなる単一照射部５２，５３，５４としてそれぞれ構成されている。このうち、単一照射部５２は、反射部５２ａの反射面が平坦に構成され且つこの反射面が中心軸Ｃを通る所定方向の第２平面（第１平面Ｆ１と直交する平面であり、図４では、この平面をＦ２として図示）と直交するように構成されている。そして、反射部５２ａの反射面と水平方向（中心軸Ｃと直交する平面方向）とのなす角度θ３（鋭角）は、反射部５１ｂの反射面と当該水平方向とのなす角度（鋭角）θ２よりも大きくなっている。このように構成される単一照射部５２は、回転体４１が所定の第二回転角度範囲のときに、反射部５１ａがレーザ光の投光経路上に位置する構成となっている。

また、単一照射部５３は、反射部５３ａの反射面が平坦に構成され且つこの反射面が中心軸Ｃを通る所定方向の第１平面（図４では、この平面をＦ１として図示）と直交するように構成されている。そして、反射部５３ａの反射面と水平方向（中心軸Ｃと直交する平面方向）とのなす角度θ４（鋭角）は、反射部５２ａの反射面と当該水平方向とのなす角度（鋭角）θ３よりも大きくなっている。このように構成される単一照射部５３は、回転体４１が所定の第三回転角度範囲のときに、反射部５３ａがレーザ光の投光経路上に位置する構成となっている。

更に、単一照射部５４は、反射部５４ａの反射面が平坦に構成され且つこの反射面が中心軸Ｃを通る所定方向の第２平面（図４では、この平面をＦ２として図示）と直交するように構成されている。そして、反射部５４ａの反射面と水平方向（中心軸Ｃと直交する平面方向）とのなす角度θ５（鋭角）は、反射部５３ａの反射面と当該水平方向とのなす角度（鋭角）θ４よりも大きくなっている。このように構成される単一照射部５４は、回転体４１が所定の第四回転角度範囲のときに、反射部５４ａがレーザ光の投光経路上に位置する構成となっている。

さらに、回転反射装置４０には、モータ４３が設けられている。このモータ４３は、回転体４１を回動させる「駆動手段」の一例に相当し、回転体４１に連結された軸部４２を駆動軸としてこの軸部４２を回転させ、この軸部４２と共に軸部４２と連結された回転体４１を一体的に回転駆動している。なお、モータ４３の具体的構成としては、例えば直流モータ、交流モータ、ステップモータなど様々なモータを使用できる。

なお、図示はしていないが、モータ４３の駆動軸（例えば軸部４２）の回転角度位置（即ち回転体４１の回転角度位置）を検出する回転角度センサも設けられている。この回転角度センサは、ロータリエンコーダなど、回転体４１或いは軸部４２の回転角度位置を検出しうるものであれば公知の様々なセンサを使用できる。

また、本実施形態に係るレーザレーダ装置１では、レーザダイオード１０、受光センサ２０、ミラー３０、レンズ２２、回転反射装置４０、モータ４３等がケース３の内部に収容され、防塵や衝撃保護が図られている。このケース３は、主ケース部４と透過板５とを備えており、全体として箱状に構成されている。主ケース部４は、上壁部及び下壁部が上下に対向して配置され、周壁部が上方側の外周壁として構成されており、周壁部と下壁部の間が窓部として導光可能に開放されている。窓部は、主ケース部４において光の出入りを可能とするように開放した部分であり、回転体４１の周囲において周方向所定領域に亘って形成され、且つ上下方向所定領域を開放する構成で設けられている。そして、この開放形態の窓部を閉塞するように透明の樹脂板、ガラス板などからなる透過板５が配置されている。

（検出動作）
レーザレーダ装置１は、例えば図６のように、地面や床面などの基準面（例えば、人等の検出対象がその上を移動することが想定される面）Ｆよりも高位置に設置されて使用される。この場合、図１に示す中心軸Ｃは、基準面Ｆと直交する方向（図６の例では鉛直方向）に対して傾斜することになる。なお、本実施形態でいう「上下方向」は、中心軸Ｃの方向であり、地面と直交する方向（例えば鉛直方向）とは異なる概念である。また、本実施形態でいう水平面は、中心軸Ｃと直交する方向の仮想的な平面であり、鉛直方向と直交する平面方向とは異なる概念である。ここでは、上下方向（中心軸Ｃの方向）において鉛直下側を下方とし、その反対側を上方とする。

本実施形態に係るレーザレーダ装置１は、複数の反射部５１ａ，５１ｂ，５２，５３，５４の少なくともいずかによって鉛直直交方向（鉛直方向と直交する平面方向）よりも下向きにレーザ光が照射されるようになっている。図６の具体例では、複数の反射部５１ａ，５１ｂが設けられた複数照射部５１からの各レーザ光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂは、それら各反射部５１ａ，５１ｂから地面等の基準面Ｆに向けて鉛直直交方向よりも斜め下向きに、それぞれ異なる照射方向で照射されるように構成されている。また、単一照射部５２，５３，５４の各反射部５２ａ，５３ａ，５４ａからの各レーザ光Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄ，Ｌ１ｅも、それら各反射部５２ａ，５３ａ，５４ａから地面等の基準面Ｆに向けて鉛直直交方向よりも斜め下向きに照射される。但し、単一照射部５２，５３，５４の各反射部５２ａ，５３ａ，５４ａからの各レーザ光Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄ，Ｌ１ｅは、複数照射部５１からの各レーザ光よりも上方の向きに照射され、レーザ光Ｌ１ｂよりもレーザ光Ｌ１ａが下向きであり、レーザ光Ｌ１ｃよりもレーザ光Ｌ１ｂが下向きであり、レーザ光Ｌ１ｄよりもレーザ光Ｌ１ｃが下向きであり、レーザ光Ｌ１ｅよりもレーザ光Ｌ１ｄが下向きの関係となっている。

検出時においてレーザレーダ装置１では、回転反射装置４０におけるモータ４３による回転体４１の回動に応じて、各反射領域構成部５０の各反射部がレーザダイオード１０からのレーザ光の投光経路上に順次位置し、各反射領域構成部５０を構成する反射部が、レーザ光Ｌ１を外部空間に向けて順次反射することになる。そして、各反射領域構成部５０の各反射部から照射されたレーザ光が外部空間に存在する物体で反射したときには、当該物体からの反射光を照射元の各反射部で反射させて入力光として導くことになる。

例えば、図１のように回転体４１が第一の回転角度範囲にあるときには、複数照射部５１の反射部５１ａ，５１ｂがいずれもレーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１の投光経路上に位置し、そのレーザ光Ｌ１が２つの反射部５１ａ，５１ｂの各反射面で反射し、反射部５１ａに対応する上下方向の向きにレーザ光Ｌ１ａを照射し、反射部５１ｂに対応する上下方向の向きにレーザ光Ｌ１ｂを照射することになる。

そして、それら複数方向に照射された各レーザ光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂが外部空間の物体で反射したときには、それら物体からの反射光を照射元の各反射部５１ａ，５１ｂでそれぞれ反射させて入力光として導くことになる。具体的には、レーザ光Ｌ１の一部が下側の反射部５１ａで反射したときのレーザ光Ｌ１ａが外部空間の物体で反射した場合には、その物体からの反射光は、図２のように、レーザ光Ｌ１ａとほぼ同方向で照射元の反射部５１ａに入射し、この反射部５１ａにてミラー３０側に反射する。そして、その反射部５１ａで反射した反射光（入力光）は、更にミラー３０にてレンズ２２側に反射し、その反射した光（入力光）はこのレンズ２２に入射してレンズ２２によって受光センサ２０の受光領域に向けて集光される。本構成では、受光センサ２０において受光素子２０ａが所定方向（例えば、中心軸Ｃを通り且つレーザダイオード１０の出射位置を通る仮想的な平面における所定方向（図２では、装置高さ方向））に列状に並んで配置されており、反射部５１ａからの入射光は、受光センサ２０において主に長手方向（配列方向）の一方側の領域ＡＲ１（図５）に入射するようになっている。なお、ミラー３０及びレンズ２２は、回転反射装置４０からの入力光を受光センサ２０に導く導光手段として機能する。

また、レーザ光Ｌ１の一部が上側の反射部５１ｂで反射したときのレーザ光Ｌ１ｂが外部空間の物体で反射した場合には、その物体からの反射光は、図３のように、レーザ光Ｌ１ｂとほぼ同方向で照射元の反射部５１ｂに入射し、この反射部５１ｂにてミラー３０側に反射する。そして、その反射部５１ｂで反射した反射光（入力光）は、更にミラー３０にてレンズ２２側に反射し、その反射した光（入力光）はこのレンズ２２に入射してレンズ２２によって受光センサ２０の受光領域に向けて集光される。そして、このような反射部５１ｂからの入射光は、受光センサ２０において主に長手方向（配列方向）の他方側の領域ＡＲ２（図５）に入射するようになっている。

また、この第一回転角度範囲から回転体４１が更に時計回りに回転すると、単一照射部５２の反射部５２ａがレーザ光Ｌ１の投光経路上に位置することになる。このように、レーザ光Ｌ１が反射部５２ａに入射する第二回転角度範囲では、レーザ光Ｌ１が反射部５２ａの反射面で反射して当該反射部５２ａに対応する上下方向の向き（反射部５１ａ，５１ｂの照射の向きよりも上向き）にレーザ光Ｌ１ｃを反射することになる。

そして、その照射されたレーザ光Ｌ１ｃが外部空間の物体で反射した場合には、その物体からの反射光は、レーザ光Ｌ１ｃとほぼ同方向で照射元の反射部５２ａに入射し、この反射部５２ａにてミラー３０側に反射する。そして、その反射部５２ａで反射した反射光（入力光）は、更にミラー３０にてレンズ２２側に反射し、その反射した光（入力光）はこのレンズ２２に入射してレンズ２２によって受光センサ２０の受光領域に向けて集光される。

また、この第二回転角度範囲から回転体４１が更に時計回りに回転すると、単一照射部５３の反射部５３ａがレーザ光Ｌ１の投光経路上に位置することになる。このように、レーザ光Ｌ１が反射部５３ａに入射する第三回転角度範囲（図７，図９参照）では、レーザ光Ｌ１が反射部５３ａの反射面で反射して当該反射部５３ａに対応する上下方向の向き（反射部５２ａの照射の向きよりも上向き）にレーザ光Ｌ１ｄを反射することになる。

そして、その照射されたレーザ光Ｌ１ｄが外部空間の物体で反射した場合には、図８のように、その物体からの反射光は、レーザ光Ｌ１ｄとほぼ同方向で照射元の反射部５３ａに入射し、この反射部５３ａにてミラー３０側に反射する。そして、その反射部５３ａで反射した反射光（入力光）は、更にミラー３０にてレンズ２２側に反射し、その反射した光（入力光）はこのレンズ２２に入射してレンズ２２によって受光センサ２０の受光領域に向けて集光される。

また、この第三回転角度範囲から回転体４１が更に時計回りに回転すると、単一照射部５４の反射部５４ａがレーザ光Ｌ１の投光経路上に位置することになる。このように、レーザ光Ｌ１が反射部５４ａに入射する第四回転角度範囲では、レーザ光Ｌ１が反射部５４ａの反射面で反射して当該反射部５４ａに対応する上下方向の向き（反射部５３ａの照射の向きよりも上向き）にレーザ光Ｌ１ｅを反射することになる。

そして、その照射されたレーザ光Ｌ１ｅが外部空間の物体で反射した場合には、その物体からの反射光は、レーザ光Ｌ１ｅとほぼ同方向で照射元の反射部５４ａに入射し、この反射部５４ａにてミラー３０側に反射する。そして、その反射部５４ａで反射した反射光（入力光）は、更にミラー３０にてレンズ２２側に反射し、その反射した光（入力光）はこのレンズ２２に入射してレンズ２２によって受光センサ２０の受光領域に向けて集光される。

そして、第四回転角度範囲から回転体４１が更に時計回りに回転すると、第一回転角度範囲となり、再びレーザ光Ｌ１が複数照射部５１に入射することになる。このようにして各回転角度範囲毎に上下方向の向きを切り替える投光動作が行われ、その向きに応じた検出がなされる。

このように構成されるレーザレーダ装置１では、回転体４１の回転角度θａ（所定の基準回転位置（例えば、ロータリエンコーダが原点を示す位置）からの回転角度）が定まれば装置からのレーザ光Ｌ１の投射方向が特定される。つまり、回転体４１の回転角度が定まれば、どの反射部からどの向きにレーザ光が照射されるかを特定でき、水平方向及び高さ方向の照射の向きを特定できる。従って、受光センサ２０が物体からの反射光を受光したときの回転体４１の回転角度を回転角度センサ等によって検出することで、物体の方位を正確に検出できる。なお、受光センサ２０が物体からの反射光を受光したか否かは、受光センサ２０からの出力値が閾値を超えたか否かによって判断することができ、このような出力値が所定の閾値を超えたときの回転体４１の回転角度に基づいて物体の方位（水平方向及び垂直方向の方位）を算出することができる。

また、レーザダイオード１０にてレーザ光Ｌ１（パルスレーザ光）が発生してから受光センサ２０によって当該レーザ光Ｌ１に対応する反射光が検出されるまでの時間Ｔを検出すれば、この時間Ｔと光速とに基づいて、レーザ光Ｌ１の発生から反射光受光までの光経路の長さを算出することができ、レーザレーダ装置１の所定基準位置（例えばレーザダイオードの位置）から検出物体までの距離Ｌも正確に求めることができる。つまり、レーザレーダ装置１から検出物体までの距離及び方位をいずれも正確に検出することができる。

例えば、回転体４１が第一回転角度範囲にあるときには、複数照射部５１に照射されていることが特定でき、回転体４１から照射されるレーザ光の上下方向の向き（レーザ光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂの向き）が特定される。更に、その回転体４１の具体的回転角度が特定されれば回転体４１から照射されるレーザ光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂの水平方向の向きが特定される。このように方向が特定される各回転角度において、レーザダイオード１０にてレーザ光Ｌ１（パルスレーザ光）が発生してから受光センサ２０の領域ＡＲ１によって当該レーザ光Ｌ１に対応する反射光が検出されるまでの時間Ｔ１を検出すれば、この時間Ｔ１と光速とに基づき、レーザ光Ｌ１の発生からレーザ光Ｌ１ａの方向の物体からの反射光を受光するまでの光経路の長さを算出することができ、レーザレーダ装置１の所定基準位置（例えばレーザダイオードの位置）から検出物体（レーザ光Ｌ１ａの方向の物体）までの距離Ｌ１も正確に求めることができる。同様に、レーザダイオード１０にてレーザ光Ｌ１（パルスレーザ光）が発生してから受光センサ２０の領域ＡＲ２によって当該レーザ光Ｌ１に対応する反射光が検出されるまでの時間Ｔ２を検出すれば、この時間Ｔ２と光速とに基づき、レーザ光Ｌ１の発生からレーザ光Ｌ１ｂの方向の物体からの反射光を受光するまでの光経路の長さを算出することができ、レーザレーダ装置１の所定基準位置（例えばレーザダイオードの位置）から検出物体（レーザ光Ｌ１ｂの方向の物体）までの距離Ｌ２も正確に求めることができる。

また、回転体４１が第二回転角度範囲にあるときには、単一照射部５２に照射されていることが特定でき、回転体４１から照射されるレーザ光の上下方向の向き（レーザ光Ｌ１ｃの向き）が特定される。更に、その回転体４１の具体的回転角度が特定されれば回転体４１から照射されるレーザ光Ｌ１ｃの水平方向の向きが特定される。このように方向が特定される各回転角度において、レーザダイオード１０にてレーザ光Ｌ１（パルスレーザ光）が発生してから受光センサ２０によって当該レーザ光に対応する反射光が検出されるまでの時間Ｔ３を検出すれば、この時間Ｔ３と光速とに基づき、レーザ光Ｌ１の発生からレーザ光Ｌ１ｃの方向の物体からの反射光を受光するまでの光経路の長さを算出することができ、レーザレーダ装置１の所定基準位置（例えばレーザダイオードの位置）から検出物体（レーザ光Ｌ１ｃの方向の物体）までの距離Ｌ３も正確に求めることができる。なお、第三回転角度範囲及び第四回転角度範囲のときも同様に検出を行うことができる。

以上の通り、本構成において、回転体４１は、中心軸Ｃの周りに複数の反射領域構成部５０が配置された多面ミラーとして構成され、中心軸Ｃと直交する水平面と各反射部の反射面とのなす角度がそれぞれ異なるように構成されている。そして、モータ４３による回転体４１の回転に応じて、各反射領域構成部５０がレーザダイオード１からのレーザ光の投光経路上に順次位置するようになっているため、回転体４１で外部空間に向けて反射するレーザ光は、反射元の反射部の角度に応じて中心軸Ｃの方向（上下方向）に順次切り替わることになる。そして、このように各反射領域構成部５０の各反射部から照射されたレーザ光が外部空間に存在する物体で反射すると、当該物体からの反射光が照射元の反射部に入射したときには、この反射光がその照射元の反射部によって反射し、入力光として受光センサ２０に向けて導かれることになる。
この構成では、基本的に回転体４１を回転させることだけで反射部の面数分だけレーザ光の向きを上下に切り替えて物体検出を行うことができるため、レーザ光を上下方向に変化させるための揺動機構等が必須とならず、走査の高速化も図りやすくなる。

このような構成を前提とし、更に、いずれかの反射領域構成部５０は、複数の反射部を備え且つそれら複数の反射部における反射面の水平面とのなす角度が互いに異なるように構成された複数照射部５１として構成されている。そして、この複数照射部５１は、回転体４１が所定の回転角度範囲のときに、当該複数照射部５１を構成するいずれの反射部もがレーザ光の投光経路上に位置する構成となっている。
つまり、この複数照射部５１では、レーザ光（投光レーザ）が角度の異なる複数の反射面で同時期に反射することになり、レーザ光を上下方向の複数の向きに一度に飛ばすことができる。特にこの複数照射部５１は、同じ反射領域構成部において上下に複数の反射部を設けた構造であるため、これらと同一サイズの複数の反射部を周方向に複数枚並べて配置する構成に比べて回転体４１の周方向のサイズ及び径を低減することができる。従って、回転体４１の小型化や当該回転体４１を駆動する駆動機構の小型化を図りやすくなり、より小型の回転体４１を駆動対象とすることで制御の高速化も図りやすくなる。

一方、複数照射部５１以外の他の反射領域構成部５０は、単一の反射部からなる単一照射部５２，５３，５４として構成されており、レーザ光がその単一の反射部で反射して外部空間に向けて照射されるようになっている。この構成によれば、レーザ光（投光レーザ）が単一照射部５２，５３，５４に入射する角度範囲では、投光レーザを分割することなく相対的に強いエネルギーで照射することができる。
このように、本構成に係るレーザレーダ装置１では、ある角度範囲のときにレーザ光を複数方向に分割して照射し、別の角度範囲のときには分割せずに単一方向に照射する構成を採用しているため、使用の際に強いエネルギーでの照射が望ましい方向を単一照射部５２，５３，５４による照射方向とし、使用の際に弱いエネルギーでの照射が望ましい方向或いは弱いエネルギーでの照射でも差し支えのない方向を複数照射部５１による照射方向とするような設置が可能となる。

例えば、図６のように、レーザレーダ装置１を地面や床面等の基準面Ｆよりも高位置に設置し、所定側に対し斜め下向きにレーザ光を複数方向照射するような方法で使用する場合、水平方向とのなす角度が小さい向きで照射されるレーザ光（図６の例では例えばＬ１ｃ，Ｌ１ｄ，Ｌ１ｅ）はより遠方位置で基準面Ｆに当たることになり、より遠方位置の物体を検出できる。このように遠距離での検出を想定する方向は単一照射部５２，５３，５４による照射方向とすれば、遠距離の物体をより強いエネルギーで検出し易くなる。

一方、水平方向とのなす角度が大きい向きで照射されるレーザ光（図６の例ではＬ１ａ，Ｌ１ｂ）は、より近い位置で基準面Ｆに当たることになり、この位置と装置の間に存在する近距離の物体を検出することになる。この場合、レーザ光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂは遠距離のレーザ光Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄ，Ｌ１ｅの場合に比べて弱いエネルギーでの照射でも十分な受光量が確保されやすく、このように近距離での検出を想定する方向については複数照射部５１による照射方向とすれば、分解能を高めつつ複数方向を効率的に且つ良好に検出できるようになる

図１０は、図１のような装置（但し複数照射部を有さず単一照射部のみで構成）によって物体検出を行う場合の、物体までの距離と受光量（受光センサ２０での受光量（ＡＰＤ受光量））との関係を示す一例である。なお、図１０の例では、物体までの距離が１０００ｍｍの場合の受光量を１．０として、他の距離での受光量をそれに対する割合として正規化して示している。図１０でも明らかなように、物体からの距離が近距離となるにつれて大きくなる傾向にあり、極めて近い位置では距離が近づくにつれて受光度合いが急激に大きくなるという事情がある。従って、上記構成のように、近距離に飛ばすレーザ光を複数照射部によって分割する構成とすれば、遠距離に飛ばす方向の光を分割する場合に比べてエネルギー低下に伴う悪影響が極めて小さく、受光量が非常に大きくなる方向に対してレーザ光を抑えて照射することができるため、受光量の飽和も抑え易くなる。

［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、複数照射部が１つのみの構成を例示したが複数照射部が２以上であってもよい。

上記実施形態では、反射領域構成部が４つの場合を例示したが、反射領域構成部の数はこれに限定されず、３以下でも、５以上でも良い。

１…レーザダイオード（投光手段）
２０…受光センサ
２２…レンズ（導光手段）
３０…ミラー（導光手段）
４０…回転反射装置（回転反射手段）
４１…回転体
４３…モータ（駆動手段）
５０…反射領域構成部
５１…複数照射部）
５２，５３，５４…単一照射部
５１ａ，５１ｂ，５２，５３，５４…反射部
Ｃ…中心軸
Ｆ…基準面

Claims

レーザ光を発生させる投光手段と、
１又は複数の反射部を備えた反射領域構成部が所定の中心軸の周りにおいて周方向に複数配置されてなり、前記中心軸と直交する水平面と各反射部の反射面とのなす角度がそれぞれ異なるように構成された回転体と、前記回転体を回転させる駆動手段とを備え、前記駆動手段による前記回転体の回転に応じて、各反射領域構成部が前記投光手段からの前記レーザ光の投光経路上に順次位置して前記レーザ光を外部空間に向けて反射するように構成され、各反射領域構成部の各反射部から照射された前記レーザ光が前記外部空間に存在する物体で反射したときに当該物体からの反射光を照射元の各反射部で反射させて入力光として導くように構成された回転反射手段と、
光を検出する受光素子を配列した受光センサと、
前記回転反射手段からの前記入力光を前記受光センサに導く導光手段と、
を備え、
少なくともいずれかの前記反射領域構成部は、複数の前記反射部を備え且つそれら複数の前記反射部における反射面の前記水平面とのなす角度が互いに異なるように構成された複数照射部として構成され、
前記複数照射部は、前記回転体が所定の回転角度範囲のときに、当該複数照射部を構成するいずれの前記反射部も前記レーザ光の投光経路上に位置する構成をなし、
前記中心軸の方向を上下方向としたとき、前記投光手段からの前記レーザ光が前記複数照射部における複数の前記反射部の各反射面で反射して前記上下方向の複数の向きにそれぞれ照射され、それら複数方向に照射された各レーザ光が前記物体で反射したときに、前記物体からの前記反射光を照射元の各反射部でそれぞれ反射させて前記入力光として導くように構成されており、
他の前記反射領域構成部は、単一の前記反射部からなる単一照射部として構成されており、前記投光手段からの前記レーザ光がその単一の前記反射部で反射して前記外部空間に向けて照射され、当該レーザ光が前記物体で反射したときに、前記物体からの前記反射光をその単一の前記反射部で反射させて前記入力光として導くように構成されていることを特徴とするレーザレーダ装置。