JP2014071029A - レーザレーダ装置 - Google Patents

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、且つ大型化を抑えやすく、高精度化を図り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、反射部に対する物体からの反射光の入射の向きに応じて、当該反射光（入力光）のミラー３０での上下方向の入射位置及びミラー３０からの入力光の上下方向の反射の向きが定まる構成となっている。そして、レンズ部材６０は、ミラー３０での入力光の入射位置及び反射方向が上下方向に変化することに応じてレンズ部材６０での入力光の透過位置が変化するように構成され、その透過位置が変化する方向にレンズ部材６０の各レンズ要素６１ａ〜６１ｊが並んでいる。この各レンズ要素６１ａ〜６１ｊは、透過する入力光を、受光センサ２０における各レンズ要素６１ａ〜６１ｊに対応した位置に向けて集光する。
【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。

特許２７８９７４１号公報 特開２０１０−３８８５９公報

ところで、特許文献１のような水平スキャン方式のものは、水平方向の検出で支障のない用途（例えば、物体の有無のみを把握する用途等）を想定したものであり、三次元的な検出が必要となる用途（物体の位置を三次元的に把握したり、物体の立体的な形状を認識する用途等）を想定したものではない。

これに対し、三次元的な検出を行い得る技術として、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。

しかしながら、特許文献２の装置は、揺動ミラー２２を第１軸方向に回転させるモータと、第２軸方向に回転させるモータとが必要となり、更にポリゴンミラー３０を回転させるモータも必要となる。このように駆動手段の数が多いと、装置構成の複雑化が避けられない。更に、特許文献２の装置は、走査速度を上げようとした場合、揺動ミラー２２を駆動する２つのモータを早い速度で複雑に動作させる必要があり、高速走査を行いにくいという問題がある。

本出願の発明者は、このような問題を解消する構成として、角度の異なる複数の反射部が配置された回転体をレーザ光の投光経路上に設けて回転させ、各反射部から空間に向けて反射するレーザ光が少なくとも縦方向に拡散するように構成した上で、物体からの反射光を照射元の反射部によって受光センサ側に導く構成とし、更に、当該反射光（物体からの反射光）を受ける反射部の傾き及び当該反射光の入射の向きに応じて、受光センサ上での受光位置が定まる構成を着想するに至った。この構成では、回転体の回転角度と受光位置が検出されれば、反射部の傾き及び当該反射光の入射の向きを加味して物体の方位を特定することができ、このような構成によれば、レーザ光の走査を行う上で必要となる駆動手段の数を削減可能となり、レーザ走査に要する駆動としては回転体の回転駆動のみで足りるため駆動の高速化を図りやすくなる。

しかしながら、上述の構成は、検出すべき方位（特に縦方向の範囲）が広がるほど確保すべき受光範囲が大きくなってしまうという特徴があり、何ら措置を講じない場合、受光系全体が大型化してしまうという問題がある。例えば、入力光を単一の受光センサで受ける場合にはその受光センサ自体を大型化せざるを得なくなる。或いは、比較的小型の受光センサを受光範囲に分散させて配置する方法も考えられるが、この場合、センサ数が多くなり、それら複数のセンサを保持する部品や回路等も相対的に増えるため、やはり受光系全体として大型化し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、且つ大型化を抑えやすく、高精度化を図り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、レーザレーダ装置に関するものであり、
レーザ光を発生させる光源を有し、当該光源からの前記レーザ光をその照射の向きに対する所定の縦方向に拡散させ、その照射の向きに対する横方向での拡散度合いを前記縦方向の拡散よりも抑えて照射する投光手段と、
所定の中心軸の周りに複数の反射部が配置されてなり、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所定方向に配列した受光センサと、
前記物体からの前記反射光が前記回転体の各反射部で反射して導かれる前記入力光を反射するミラーと、
前記ミラーで反射した前記入力光を前記受光センサに導く構成をなし、且つ複数のレンズ要素が配列されてなるレンズ部材と、
前記受光センサにおける前記入力光の前記所定方向での入力位置を検出する検出手段と、
を備え、
前記投光手段から前記縦方向に拡散した前記レーザ光が、前記中心軸の方向に拡散した入射状態で前記回転体の各反射部に入射することで、各反射部から照射される前記レーザ光が前記中心軸の方向に拡散する構成であり、
前記水平面に対する各反射面の角度がそれぞれ異なる構成をなす各反射部に前記レーザ光が順次入射することで、各反射部から出射される前記レーザ光の光軸の前記水平面に対する角度がそれぞれ異なるように切り替わる構成であり、
前記レンズ部材及び前記ミラーの少なくともいずれかが、前記入力光を集光する集光部材として構成され、
前記中心軸の方向を上下方向としたとき、前記反射部から前記レーザ光が照射されたときの当該反射部に対する前記反射光の入射の向きに応じて、当該反射光が前記反射部で反射して生じる前記入力光の前記ミラーでの前記上下方向の入射位置、及び前記ミラーからの前記入力光の前記上下方向の反射の向きが定まる構成で前記ミラーが配置され、
前記レンズ部材は、前記ミラーでの前記入力光の入射位置及び前記ミラーからの前記入力光の反射方向が前記上下方向に変化することに応じて当該レンズ部材での前記入力光の透過位置が変化する構成で配置され、その透過位置が変化する方向に前記レンズ部材の各レンズ要素が並んでおり、
前記レンズ部材の各レンズ要素は、各レンズ要素を透過する前記入力光を、前記受光センサにおける各レンズ要素に対応した前記所定方向の位置に向けて集光することを特徴とする。

請求項１の発明では、駆動手段による回転体の回転に応じて、この回転体を構成する各反射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。そして、水平面（回転体の中心軸と直交する平面）に対する各反射面の角度がそれぞれ異なる構成をなす各反射部にレーザ光が順次入射することで、各反射部から出射されるレーザ光の光軸の水平面に対する角度がそれぞれ異なるように切り替わることになる。
つまり、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。
更に、投光手段から縦方向に拡散したレーザ光は、中心軸の方向に拡散した入射状態で回転体の各反射部に入射するため、各反射部から照射されるレーザ光は、中心軸の方向に拡散するように外部空間に照射されることになる。
そして、反射部からレーザ光が照射されたときの当該反射部に対する反射光の入射の向きに応じて、当該反射光が反射部で反射して生じる入力光のミラーでの上下方向の入射位置、及びミラーからの入力光の上下方向の反射の向きが定まる構成でミラーが配置されており、レンズ部材は、ミラーでの入力光の入射位置及びミラーからの入力光の反射方向が上下方向に変化することに応じて当該レンズ部材での入力光の透過位置が変化する構成で配置されている。
この構成では、ある反射部が投光及び受光を行う反射部として機能している際に、当該反射部に対する物体からの反射光の入射角度に応じて当該反射光に応じた入力光のレンズ部材での透過位置が定まることになり、受光センサでは、その入射角度に対応する位置に入力光が入射することになる。
つまり、回転体の回転角度が特定されれば、どの反射部から、水平方向のどの向きにレーザ光が照射されたか、及び上下方向のどの角度（角度範囲）にレーザ光が照射されたかを特定できる。また、そのときの受光センサでの受光位置を把握すれば、その反射部から照射する上下範囲（上下方向の照射角度範囲）において、どの向きの物体から反射光が返ってきたのかを特定できることになる。この構成では、反射部毎に上下方向の分解能が複数設定されることになり、装置全体として、上下方向の検出分解能を反射部の数以上に高めることができる。
ところで、本発明は上記構成によってこのような効果を得ることを前提としているが、この構成において、レンズ部材を単純な非球面レンズにしてしまうと、収差に起因する集光点のズレが問題となる。例えば、図１７のように非球面レンズを用いた場合、像面湾曲収差の影響により、入力光が非球面レンズの中央部分を通る場合のレンズから集光点までの距離と、入力光が非球面レンズの周縁部付近を通る場合のレンズから集光点までの距離が大幅に異なるため、図１７のようにレンズ周縁部を通る入力光の集光点に合わせて受光センサを配置してしまうと、レンズ中央部を通る入力光がある程度拡散した状態で受光されてしまうことになり、この入力光は、受光センサにおいて全体的に広がって受光されてしまうことになる。このように受光センサでの受光領域が広がってしまうと、この入力光の元となる反射光（物体からの反射光）の向きが特定できなくなり、物体の正確な方位が検出できなくなる。
そこで、本発明で用いるレンズ部材では、当該レンズ部材において入力光の透過位置が変化しうる方向に複数のレンズ要素を並べて配置しており、反射部に対する物体からの反射光の入射角度に対応してその反射光（入力光）のレンズ部材での透過位置が定まり、反射光の向き（入射角度）に対応するレンズ要素によって当該反射光（入力光）が受光センサに導かれる構成となっている。特に、レンズ部材の各レンズ要素は、各レンズ要素に対応した受光センサ上の位置に向けて入力光を集光するように個別に集光位置が設定されるため、図１７のように一部の領域を通る入力光の集光点が受光センサから大きくずれてしまうことを防ぐことができる。

請求項２の発明では、前記ミラーは、前記入力光を反射しつつ前記受光センサに向けて集光する凹面ミラーとして構成される。
このように構成することで、凹面ミラーで反射する入力光の範囲（凹面ミラーから見た範囲）を狭めることができ、全ての入力光が通り得る範囲も狭まることになる。従って、このような構成を有さない場合と比べてレンズ部材のサイズを低減することができる。

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における、レーザダイオード、ミラー、回転体の配置関係を示す図であり、これらを回転体の中心軸の方向に上側から見た図である。 図３は、図１のレーザレーダ装置における回転体を下側から中心軸の方向に見た図である。 図４は、図１のレーザレーダ装置に用いる受光センサの受光領域を概念的に説明する説明図である。 図５は、図１のレーザレーダ装置に用いるレンズ部材の斜視図である。 図６は、そのレンズ部材を厚さ方向に見た平面図である。 図７は、レンズ部材を幅方向に見た側面図を受光センサの位置と共に示し、更に各レンズ要素を透過して受光センサに入射する入射光を概念的に説明する説明図であり、図７（Ａ）は、レンズ部材の下方側に入力光が入り込むときのレンズ部材での集光の状態を説明する説明図であり、図７（Ｂ）は、レンズ部材の中央付近に入力光が入り込むときのレンズ部材での集光の状態を説明する説明図であり、図７（Ｃ）は、レンズ部材の上方側に入力光が入り込むときのレンズ部材での集光の状態を説明する説明図である。 図８は、図１のレーザレーダ装置に関し、回転体が図１の回転角度（第１回転角度範囲）にあるときの、上下方向第１方向の反射光の受光の経路を説明する説明図である。 図９は、図１のレーザレーダ装置に関し、回転体が図１の回転角度（第１回転角度範囲）にあるときの、上下方向第２方向の反射光の受光の経路を説明する説明図である。 図１０は、図１のレーザレーダ装置に関し、回転体が図１の回転角度（第１回転角度範囲）にあるときの、上下方向第３方向の反射光の受光の経路を説明する説明図である。 図１１は、図１のレーザレーダ装置に関し、回転体が図１とは異なる回転角度（第２回転角度範囲）にあるときの、投光の経路を説明する説明図である。 図１２は、図１のレーザレーダ装置に関し、回転体が図１、図１１とは異なる回転角度（第３回転角度範囲）にあるときの、投光の経路を説明する説明図である。 図１３は、回転体が図１２回転角度（第３転角度範囲）にあるときの、上下方向第１方向の反射光の受光の経路を説明する説明図である。 図１４は、回転体が図１２の回転角度（第３回転角度範囲）にあるときの、上下方向第２方向の反射光の受光の経路を説明する説明図である。 図１５は、回転体が図１２の回転角度（第３回転角度範囲）にあるときの、上下方向第３方向の反射光の受光の経路を説明する説明図である。 図１６は、図１のレーザレーダ装置に関し、回転体が図１、図１１、図１２とは異なる回転角度（第４回転角度範囲）にあるときの、投光の経路を説明する説明図である。 図１７は、他種の受光レンズを用いた場合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。
（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、「光源」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、レーザダイオードで発生したレーザ光Ｌ１を所定の縦方向に拡散した状態で照射し、当該縦方向と直交する横方向については略平行光とするように変換している。図１の例では、例えばレーザダイオード１０から回転体４１までのレーザ光Ｌ１の光軸Ｌｇ（出射範囲の中心）上に中心軸Ｃが位置するようになっており、この中心軸Ｃの方向が縦方向（拡散させる方向）となっている。また、この縦方向及び光軸Ｌｇと直交する方向が横方向となっている。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、その光軸を符号Ｌｇにて概念的に示している。また、以下で参照する図では、回転体４１の各反射部５１，５２，５３，５４で反射して照射されるレーザ光を符号Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄ（図１、図１１、図１２、図１６等参照）で概念的に示し、その光軸を符号Ｌｇ１、Ｌｇ２、Ｌｇ３、Ｌｇ４（図１、図１１、図１２、図１６等参照）で概念的に示している。

本構成では、レーザダイオード１０と上記レンズが「投光手段」の一例に相当し、レーザダイオード１０からのレーザ光をその照射の向き（光軸Ｌｇの向き）に対する所定の縦方向に拡散させ、その照射の向きに対する横方向での拡散度合いを縦方向の拡散よりも抑えて照射するように機能する。

受光センサ２０は、図４のように、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が所定方向に並んで構成されている。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。

なお、図１の例では、例えば、レーザダイオード１０でのレーザ光出射位置Ｐ１及び中心軸Ｃを通る仮想平面α（図２参照）上に受光センサ２０及び後述するレンズ部材６０が位置しており、この仮想平面において所定の方向（中心軸Ｃに対して所定角度（鋭角）傾斜した方向）に長手状に延びるように受光センサ２０及びレンズ部材６０がそれぞれ設けられている。なお、レンズ部材６０については後に詳述する。

図１、図２に示すように、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３０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。つまり、投光手段からのレーザ光は、この貫通孔３２を介して回転体４１の各反射部５１，５２，５３，５４に照射されることになる。また、このミラー３０は、物体からの反射光が回転体４１の各反射部５１，５２，５３，５４で反射して導かれる入力光を反射するように機能する（図８〜１０、図１３〜図１５等：後述）。また、図１、図２に示すようにミラー３０は、反射面３１が凹面として構成された凹面ミラーであり、上下方向に広がって入射する光を上下方向に集光する機能を有し、左右方向（中心軸Ｃと直交し、且つ光軸Ｌｇと直交する方向）に広がって入射する光を左右方向に集光する機能を有する。そして、各反射部５１，５２，５３，５４でそれぞれ導かれる入力光を反射しつつ受光センサ２０に向けて上下方向及び左右方向に集光するように機能している。なお、このミラー３０では、各反射部５１，５２，５３，５４からの入力光は、貫通孔３２以外の領域で反射してレンズ部材６０に導かれ、このレンズ部材６０を通って受光センサ２０に導かれることになる。

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、平面ミラーとして構成される複数の反射部５１，５２，５３，５４が中心軸Ｃの周りにおいて当該中心軸Ｃを囲む構成で周方向に複数配置された構成となっている（図３も参照）。そして、回転体４１を構成する複数の反射部５１，５２，５３，５４の各反射面５１ａ，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。

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（回転体４１に対しレンズ部材６０が配される側）を上側、他方側（回転体４１に対しレンズ部材６０が配される側とは逆側）を下側としている。

具体的には、反射部５１の反射面５１ａは平坦な鏡面として構成され、且つ中心軸Ｃを通る所定方向の第１平面（図３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５１の反射面５１ａと水平面（中心軸Ｃと直交する平面方向）とのなす角度θ１（鋭角）は、他の反射部５２，５３，５４の反射面と当該水平面（水平方向）とのなす角度よりも大きくなっている。この反射部５１は、回転体４１が所定の第一回転角度範囲のときに、反射面５１ａがレーザ光Ｌ１の投光経路上に位置する構成となっている。

反射部５２の反射面５２ａは平坦な鏡面として構成され、且つ中心軸Ｃを通る所定方向の第２平面（上記平面Ｆ１と直交する平面であり、図３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５２の反射面５２ａと水平面（中心軸Ｃと直交する平面方向）とのなす角度θ２（鋭角）は、上記角度θ１よりも小さくなっている。この反射部５２は、回転体４１が所定の第二回転角度範囲のときに、反射面５２ａがレーザ光Ｌ１の投光経路上に位置する構成となっている。

反射部５３の反射面５３ａは平坦な鏡面として構成され、且つ中心軸Ｃを通る所定方向の第１平面（符号Ｆ１：図３）と直交するように構成されている。そして、反射部５３の反射面５３ａと水平面（中心軸Ｃと直交する平面方向）とのなす角度θ３（鋭角）は、上記角度θ２よりも小さくなっている。この反射部５３は、回転体４１が所定の第三回転角度範囲のときに、反射面５３ａがレーザ光Ｌ１の投光経路上に位置する構成となっている。

更に、反射部５４の反射面５４ａは平坦な鏡面として構成され、且つ中心軸Ｃを通る所定方向の第２平面（符号Ｆ２：図３）と直交するように構成されている。そして、反射部５４の反射面５４ａと水平面（中心軸Ｃと直交する平面方向）とのなす角度θ４（鋭角）は、上記角度θ３よりも小さくなっている。この反射部５４は、回転体４１が所定の第四回転角度範囲のときに、反射面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。

このように構成される回転反射装置４０では、モータ４３による回転体４１の回転に応じて、各反射部５１，５２，５３，５４が投光手段からのレーザ光Ｌ１の投光経路上に順次位置してレーザ光Ｌ１を外部空間に向けて順次反射し、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ように構成されている。なお、具体的な検出動作は後に詳述する。

レンズ部材６０は、例えば、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ゼオネックス材などによって構成され、透明性を有しており、ミラー３０で反射した入力光を受光センサ２０に導くように機能するものである。このレンズ部材６０は、図５〜図７のような外観であり、ミラー３０側に凸となる複数のレンズ要素６１ａ〜６１ｊが所定の配列方向に一例に配列されている。このレンズ部材６０は、ミラー３０での入力光の入射位置及びミラー３０からの入力光の反射方向が上下方向に変化することに応じて当該レンズ部材６０での入力光の透過位置が変化する構成で配置され、その透過位置が変化する方向にレンズ部材６０の各レンズ要素６１ａ〜６１ｊが並んでいる。図１等の例では、レンズ部材６０は、上記仮想平面α上において当該仮想平面αと平行な方向（中心軸Ｃをは傾斜した方向）を長手方向とする構成で長手状に配置されており、ミラー３０での入力光の入射位置及びミラー３０からの入力光の反射方向が上下方向に変化することに応じてその長手方向に入力光の透過位置が変化するようになっている。そして、その長手方向に各レンズ要素６１ａ〜６１ｊが一列に並んでいる。

各レンズ要素６１ａ〜６１ｊは、それぞれミラー３０側に面する入射面６２ａ〜６２ｊ（図６等）を備えており、各入射面６２ａ〜６２ｅの中央側にそれぞれ隣接して立ち上がり面６３ａ〜６３ｅが形成され、各入射面６２ｇ〜６２ｊの中央側にそれぞれ隣接して立ち上がり面６３ｇ〜６３ｊが形成されている。各入射面６２ｇ〜６２ｊは平坦面（例えば、上記仮想平面と直交する平坦面）又は曲面として構成されており、長手方向（レンズ要素の配列方向）に対する各入射面の角度が個別に調整されている。具体的には、入射面６２ａ〜６２ｅは、レンズ部材の長手方向に対する傾斜角度が互いに異なっており、かつそれぞれの入射面６２ａ〜６２ｅは、その長手方向一方側（ここではその長手方向において上方寄りを「長手方向一方側」とする）を斜めに向く構成でそれぞれ配置されている。そして、入射面６２ａ〜６２ｅは、長手方向一方寄りの入射面ほど上方を向くように配置されている。また、入射面６１ｆは、長手方向とほぼ平行な入射面として構成されている。さらに、入射面６２ｇ〜６２ｊは、レンズ部材の長手方向に対する傾斜角度が互いに異なっており、かつそれぞれの入射面６２ｇ〜６２ｊは、その長手方向他方側（ここではその長手方向において下方寄りを「長手方向他方側」とする）を斜めに向く構成でそれぞれ配置されている。そして、入射面６２ｇ〜６２ｊは、長手方向他方寄りの入射面ほど下方を向くように配置されている。

このように構成されるレンズ部材６０の各レンズ要素６１ａ〜６１ｊは、図７に示すように、各レンズ要素６１ａ〜６１ｊを透過する入力光を、受光センサ２０における各レンズ要素６１ａ〜６１ｊに対応した所定方向の位置に向けて集光するようになっている。なお、具体的な集光の様子については後に詳述する。

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、レンズ部材６０、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４ｂ及び下壁部４ｃが上下に対向して配置され、周壁部ｄが上方側の外周壁として構成されており、周壁部４ｄと下壁部４ｃの間が窓部４ａとして導光可能に開放されている。窓部４ａ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４ａ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、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）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が、基準面と直交する方向（例えば鉛直方向）となるように配置してもよく、基準面と直交する方向に対して傾斜するように配置してもよい。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、基準面と直交する方向（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）において鉛直下側が下方となっており、その反対側が上方となっている。

本実施形態に係るレーザレーダ装置１は、水平面（中心軸Ｃと直交する平面）に対する各反射面５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａの角度がそれぞれ異なる構成をなす各反射部５１，５２，５３，５４にレーザ光が順次入射するようになっているため、各反射部５１，５２，５３，５４から出射されるレーザ光の光軸の水平面に対する角度がそれぞれ異なるように切り替わる。そして、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。

具体的には、複数の反射部５１，５２，５３，５４によって、水平方向（中心軸Ｃと直交する方向）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。この構成では、各反射部５１，５２，５３，５４からの各レーザ光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄ（図１、図１１、図１２、図１６）が基準面と平行な方向に対して斜め下向きに照射されるようなケースでは、各レーザ光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄが地面等の基準面に向けて照射されることになる。

具体的には、各反射面５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａからの各レーザ光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄは、レーザ光Ｌ１ａの光軸Ｌｇ１（図１）よりもレーザ光Ｌ１ｂの光軸Ｌｇ２（図１１）が下向きであり、レーザ光Ｌ１ｂの光軸Ｌｇ２よりもレーザ光Ｌ１ｃの光軸Ｌｇ３（図１２）が下向きであり、レーザ光Ｌ１ｃの光軸Ｌｇ３よりもレーザ光Ｌ１ｄの光軸Ｌｇ４（図１６）が下向きの関係となっている。

そして、図１、図１１、図１２、図１６に示すように、本構成では、投光手段（レーザダイオード１０及び図示しないレンズ）から縦方向に拡散したレーザ光が、中心軸Ｃの方向に拡散した入射状態で回転体４１の各反射部５１，５２，５３，５４に入射するようになっている。そして、各反射部５１，５２，５３，５４から照射されるレーザ光が中心軸Ｃの方向に拡散する構成となっている。具体的には、例えばレーザ光Ｌ１ａの照射範囲全体よりもレーザ光Ｌ１ｂの照射範囲全体（図１１）が下向きとなっている。そして、レーザ光Ｌ１ｂの照射範囲全体よりもレーザ光Ｌ１ｃの照射範囲全体（図１２）が下向きとなっている。更に、レーザ光Ｌ１ｃの照射範囲全体よりもレーザ光Ｌ１ｄの照射範囲全体（図１６）が下向きとなっている。

このようなレーザレーダ装置１では、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、反射部５１の反射面５１ａ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が反射面５１ａに入射する第一回転角度範囲では、レーザ光Ｌ１が反射面５１ａで反射して当該反射面５１ａに対応する上下方向の向きに（即ち、反射面の角度に応じた向き）にレーザ光Ｌ１ａを照射することになる。具体的には、図１のように光軸Ｌｇ１を中心として上下に拡散する第一の上下範囲にレーザ光Ｌ１ａを照射する。

そして、その照射されたレーザ光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、その物体に到達したレーザ光の向きに返ってくることになる。例えば、図１のように、レーザ光Ｌ１ａは、光軸Ｌｇ１よりも上向き（例えばＦ１の向き）のレーザ光成分と、光軸Ｌｇ１の向き（例えばＦ２の向き）のレーザ光成分と、光軸Ｌｇ１よりも下向き（例えばＦ３の向き）のレーザ光成分とを含んでおり、光軸Ｌｇ１よりも上向きのＦ１方向のレーザ光成分が物体で反射した場合には、図８のように、その反射光（図８では符号Ｌ２１ａ’，Ｌ２２ａ”によって反射光の領域を概念的に図示）は、そのＦ１の方向とほぼ同方向で照射元の反射部５１の反射面５１ａに入射し、この反射面５１ａにてミラー３０側に反射することになる。

そして、本構成では、各反射部からレーザ光が照射されたときの当該反射部（照射元の反射部）に対する反射光の入射の向きに応じて、この反射光に応じた入力光（この反射光が当該反射部で反射して生じる光）のミラー３０での上下方向の入射位置、及びミラー３０からの入力光の上下方向の反射の向きが定まる構成でミラー３０が配置されている。具体的には、図８のように、Ｆ１の方向とほぼ同方向で照射元の反射部５１の反射面５１ａに入射した反射光（図８の符号Ｌ２１ａ’，Ｌ２１ａ”の領域参照）は、この反射面５１ａにてミラー３０の下方寄りの位置に向けて反射することになる。そして、このように反射面５１ａで反射した反射光（入力光）は、誘導先のミラー３０において上下方向に集光されつつレンズ部材６０の下方寄りの位置（下側のレンズ要素６１ｈ，６１ｉ，６１ｊ付近）に向けて反射することになる。

このように下側のレンズ要素６１ｈ，６１ｉ，６１ｊ付近に導かれた入力光は、これらレンズ要素６１ｈ，６１ｉ，６１ｊ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、各レンズ要素６１ａ〜６１ｊは、各レンズ要素６１ａ〜６１ｊに対応した受光センサ２０上の位置に向けて入力光を集光するように個別に集光位置が設定されている。上述したように、受光センサ２０では、複数の受光素子２０ａ（図４）が仮想平面α（図２）上において所定方向に列状に並んで配置されており、例えば、複数の受光素子２０ａの素子配列方向と各レンズ要素の配列方向がほぼ同じ向きに揃うように、受光センサ２０及びレンズ部材６０のいずれも、中心軸Ｃに対してほぼ同角度分だけ傾斜した方向を長手方向とする構成で配置されている。

そして、例えば、図４、図７（Ａ）に示すように、レンズ要素６１ｊは、領域ＡＲ１における下端寄りの受光素子上が集光位置となるように形状が設定され、レンズ要素６１ｉは、領域ＡＲ１における中央寄りの受光素子上が集光位置となるように形状が設定され、レンズ要素６１ｈは、領域ＡＲ１における上端寄りの受光素子上が集光位置となるように形状が設定されている。従って、図８のように、Ｆ１の方向とほぼ同方向に戻ってきた反射光（符号Ｌ２１ａ’，Ｌ２１ａ”参照）は、受光センサ２０の領域ＡＲ１に入射することになる。

また、光軸Ｌｇ１の向きのＦ２方向のレーザ光成分が物体で反射した場合には、図９のように、その反射光（図９では符号Ｌ２２ａ’，Ｌ２２ａ”によって反射光の領域を概念的に図示）、は、そのＦ２の方向とほぼ同方向で照射元の反射部５１の反射面５１ａに入射し、この反射面５１ａにてミラー３０の中央部付近に向けて反射することになる。そして、このように反射面５１ａで反射した反射光（入力光）は、図９のようにミラー３０の中央部付近において上下方向に集光されつつレンズ部材６０の中央部付近の位置（中央部付近のレンズ要素６１ｄ，６１ｅ，６１ｆ，６１ｇ）に向けて反射することになる。即ち、本構成では、レンズ部材６０は、ミラー３０での入力光の入射位置及びミラー３０からの入力光の反射方向が上下方向に変化することに応じて当該レンズ部材６０での入力光の透過位置が変化する構成で配置されているのである。具体的には、同一の反射部から照射されたレーザ光の反射光については、照射元の反射部への入射の向きが水平面の方向に近づくほどミラー３０の下側に入射し、照射元の反射部への入射の向きが垂直方向に近づくほどミラー３０の上側に入射するようになっている。そして、ミラー３０からの入力光の向きは、照射元の反射部への入射の向きが水平面の方向に近づくほどレンズ部材６０の下側に入射し、照射元の反射部への入射の向きが垂直方向に近づくほどレンズ部材６０の上側に入射するようになっている。

そして、このように中央部付近のレンズ要素６１ｄ，６１ｅ，６１ｆ，６１ｇに導かれた入力光は、これらレンズ要素６１ｄ，６１ｅ，６１ｆ，６１ｇによって受光センサ２０の受光領域に向けて集光される。例えば、図４、図７（Ｂ）のように、レンズ要素６１ｄは、領域ＡＲ２における上端寄りの受光素子上が集光位置となるように形状が設定され、レンズ要素６１ｅは、領域ＡＲ２における中央付近やや上寄りの受光素子上が集光位置となるように形状が設定され、レンズ要素６１ｆは、領域ＡＲ２における中央付近やや下寄りの受光素子上が集光位置となるように形状が設定され、レンズ要素６１ｇは、領域ＡＲ２における下端寄りの受光素子上が集光位置となるように形状が設定される。従って、図９のようにＦ２の方向とほぼ同方向に戻ってきた反射光（符号Ｌ２２ａ’，Ｌ２２ａ”参照）は、受光センサ２０の領域ＡＲ２に入射することになる。

また、光軸Ｌｇ１よりも下向きのＦ３方向のレーザ光成分が物体で反射した場合には、その反射光（図１０では符号Ｌ２３ａ’，Ｌ２３ａ”によって反射光の領域を概念的に図示）は、図１０のように、そのＦ３の方向とほぼ同方向で照射元の反射部５１の反射面５１ａに入射し、この反射面５１ａにてミラー３０の上端寄りの領域に向けて反射することになる。そして、このように反射面５１ａで反射した反射光（入力光）は、ミラー３０の上端寄りの領域において上下方向に集光されつつレンズ部材６０の上端寄りの領域（上側寄りのレンズ要素６１ａ，６１ｂ，６１ｃ付近）に向けて反射することになる。

このように上側寄りのレンズ要素６１ａ，６１ｂ，６１ｃに導かれた入力光は、これらレンズ要素６１ａ，６１ｂ，６１ｃによって受光センサ２０の受光領域に向けて集光される。例えば、図４、図７（Ｃ）のように、レンズ要素６１ａは、領域ＡＲ３における上端寄りの受光素子上が集光位置となるように形状が設定され、レンズ要素６１ｂは、領域ＡＲ３における中央付近の受光素子上が集光位置となるように形状が設定され、レンズ要素６１ｃは、領域ＡＲ３における下端寄りの受光素子上が集光位置となるように形状が設定される。従って、図１０のようにＦ３の方向とほぼ同方向に戻ってきた反射光（符号Ｌ２３ａ’，Ｌ２３ａ”参照）は、受光センサ２０の領域ＡＲ３に入射することになる。
なお、本構成では、レンズ部材６０及びミラー３０が、入力光を集光する集光部材として機能する。

図１のような第一回転角度範囲から回転体４１が更に時計回り（図３のように下方側から見て時計回り、図２のように上方側から見て反時計回り、）に回転すると、図１１のように、反射部５２の反射面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が反射面５２ａに入射する第二回転角度範囲では、図１１のように、レーザ光Ｌ１が反射面５２ａで反射して当該反射面５２ａ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。具体的には、図１１のように光軸Ｌｇ２を中心として上下に拡散する第二の上下範囲にレーザ光Ｌ１ｂを照射する。

そして、その照射されたレーザ光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、その物体に到達したレーザ光の向きに返ってくることになる。例えば、図１１のように、レーザ光Ｌ１ｂは、光軸Ｌｇ２よりも上向き（例えばＦ４の向き）のレーザ光成分と、光軸Ｌｇ２の向き（例えばＦ５の向き）のレーザ光成分と、光軸Ｌｇ２よりも下向き（例えばＦ６の向き）のレーザ光成分とを含んでおり、光軸Ｌｇ２よりも上向きのＦ４方向のレーザ光成分が物体で反射した場合には、第一回転角度範囲のときと同様、この反射光（入力光）が反射面５２ａ、ミラー３０、レンズ部材６０を介して領域ＡＲ１で受光されることになる。また、光軸Ｌｇ２の向きのＦ５方向のレーザ光成分が物体で反射した場合には、第一回転角度範囲のときと同様、この反射光（入力光）が反射面５２ａ、ミラー３０、レンズ部材６０を介して領域ＡＲ２で受光されることになる。更に、光軸Ｌｇ２よりも下向きのＦ６方向のレーザ光成分が物体で反射した場合には、第一回転角度範囲のときと同様、この反射光（入力光）が反射面５２ａ、ミラー３０、レンズ部材６０を介して領域ＡＲ３で受光されることになる。

図１１のような第二回転角度範囲から回転体４１が更に時計回り（図３のように下方側から見て時計回り、図２のように上方側から見て反時計回り）に回転すると、図１２のように、反射部５３の反射面５３ａがレーザ光Ｌ１の投光経路上に位置することになる。レーザ光Ｌ１が反射面５３ａに入射する第三回転角度範囲では、図１２のように、レーザ光Ｌ１が反射面５３ａで反射して当該反射面５３ａに対応する上下方向の向きにレーザ光Ｌ１ｃを照射することになる。具体的には、図１２のように光軸Ｌｇ３を中心として上下に拡散する第三の上下範囲にレーザ光Ｌ１ｃを照射する。

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、その物体に到達したレーザ光の向きに返ってくることになる。例えば、図１２のように、レーザ光Ｌ１ｃは、光軸Ｌｇ３よりも上向き（例えばＦ７の向き）のレーザ光成分と、光軸Ｌｇ３の向き（例えばＦ８の向き）のレーザ光成分と、光軸Ｌｇ３よりも下向き（例えばＦ９の向き）のレーザ光成分とを含んでおり、光軸Ｌｇ３よりも上向きのＦ７方向のレーザ光成分が物体で反射した場合には、この反射光（符号Ｌ２１ｃ’，Ｌ２１ｃ”参照））は、図１３のような受光経路により、反射面５３ａ、ミラー３０、レンズ部材６０を介して領域ＡＲ１で受光されることになる。また、光軸Ｌｇ２の向きのＦ８方向のレーザ光成分が物体で反射した場合には、この反射光（符号Ｌ２２ｃ’，Ｌ２２ｃ”参照）は、図１４のような受光経路により、反射面５３ａ、ミラー３０、レンズ部材６０を介して領域ＡＲ２で受光されることになる。更に、光軸Ｌｇ２よりも下向きのＦ９方向のレーザ光成分が物体で反射した場合には、この反射光（符号Ｌ２３ｃ’，Ｌ２３ｃ”参照）は、図１５のような受光経路により、反射面５３ａ、ミラー３０、レンズ部材６０を介して領域ＡＲ３で受光されることになる。

図１２のような第三回転角度範囲から回転体４１が更に時計回り（図３のように下方側から見て時計回り、図２のように上方側から見て反時計回り）に回転すると、図１６のように、反射部５４の反射面５４ａがレーザ光Ｌ１の投光経路上に位置することになる。レーザ光Ｌ１が反射面５４ａに入射する第四回転角度範囲では、図１６のように、レーザ光Ｌ１が反射面５４ａで反射して当該反射面５４ａに対応する上下方向の向きにレーザ光Ｌ１ｄを照射することになる。具体的には、図１６のように光軸Ｌｇ４を中心として上下に拡散する第四の上下範囲にレーザ光Ｌ１ｄを照射する。

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、その物体からの反射光は、その物体に到達したレーザ光の向きに返ってくることになる。例えば、図１６のように、レーザ光Ｌ１ｄは、光軸Ｌｇ４よりも上向き（例えばＦ１０の向き）のレーザ光成分と、光軸Ｌｇ４の向き（例えばＦ１１の向き）のレーザ光成分と、光軸Ｌｇ４よりも下向き（例えばＦ１２の向き）のレーザ光成分とを含んでおり、光軸Ｌｇ４よりも上向きのＦ１０方向のレーザ光成分が物体で反射した場合には、第一回転角度範囲のときと同様、この反射光（入力光）は反射面５４ａ、ミラー３０、レンズ部材６０を介して領域ＡＲ１で受光されることになる。また、光軸Ｌｇ４の向きのＦ１１方向のレーザ光成分が物体で反射した場合には、第一回転角度範囲のときと同様、この反射光（入力光）は反射面５４ａ、ミラー３０、レンズ部材６０を介して領域ＡＲ２で受光されることになる。更に、光軸Ｌｇ４よりも下向きのＦ１２方向のレーザ光成分が物体で反射した場合には、第一回転角度範囲のときと同様、この反射光（入力光）は反射面５４ａ、ミラー３０、レンズ部材６０を介して領域ＡＲ３で受光されることになる。

そして、第四回転角度範囲から回転体４１が更に回転すると、第一回転角度範囲となり、再びレーザ光Ｌ１が反射部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（上下方向の照射範囲）を特定できる。また、具体的には、高さ方向の照射の向きは、回転体４１の回転角度と、受光センサ２０での受光位置によって特定される。即ち、回転角度が定まれば、レーザ光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄのいずれの範囲であるかを特定することができ、受光センサ２０での受光位置が、ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３のいずれであるかが特定されれば、各レーザ光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄの範囲において、物体が光軸方向のエリアに存在するか、光軸よりも上向きのエリアに存在するか、光軸よりも下向きのエリアに存在するかを特定することができる。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。
なお、本実施形態では、制御回路７０が「検出手段」の一例に相当し、受光センサ２０における入力光の所定方向での入力位置を検出するように機能する。

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（入力光）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、図１のように回転体４１が第一回転角度範囲にあるときには、反射部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の範囲）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）が発生した後に当該レーザ光に応じた入力光を受光センサ２０で受光したときの受光領域が特定できれば、物体の方位がＦ１、Ｆ２、Ｆ３のいずれの方位であるか、具体的方位を特定することができる。更に、その特定された受光領域で受光されるまでに要した時間、即ち、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の当該受光領域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（計測時間Ｔ）を検出すれば、この計測時間Ｔと光速Ｃとに基づき、レーザ光Ｌ１の発生からその方向（特定された具体的方位）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）から検出物体までの距離Ｌも正確に求めることができる。

（本構成の主な効果）
本構成では、モータ４３による回転体４１の回転に応じて、この回転体４１を構成する各反射部５１，５２，５３，５４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。そして、水平面（回転体４１の中心軸Ｃと直交する平面）に対する各反射面５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａの角度がそれぞれ異なる構成をなす各反射部５１，５２，５３，５４にレーザ光が順次入射することで、各反射部５１，５２，５３，５４から出射されるレーザ光の光軸の水平面に対する角度がそれぞれ異なるように切り替わることになる。
つまり、回転体４１を回転させることだけで反射部５１，５２，５３，５４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。
更に、投光手段から縦方向に拡散したレーザ光Ｌ１は、中心軸Ｃの方向に拡散した入射状態で回転体４１の各反射部５１，５２，５３，５４に入射するため、各反射部５１，５２，５３，５４から照射されるレーザ光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄは、中心軸Ｃの方向に拡散するように外部空間に照射されることになる。
そして、反射部からレーザ光が照射されたときの当該反射部に対する反射光の入射の向きに応じて、当該反射光が反射部で反射して生じる入力光のミラー３０での上下方向の入射位置、及びミラー３０からの入力光の上下方向の反射の向きが定まる構成でミラー３０が配置されており、レンズ部材６０は、ミラー３０での入力光の入射位置及びミラー３０からの入力光の反射方向が上下方向に変化することに応じて当該レンズ部材６０での入力光の透過位置が変化する構成で配置されている。
この構成では、ある反射部が投光及び受光を行う反射部として機能している際に、当該反射部に対する物体からの反射光の入射角度に応じて当該反射光に応じた入力光のレンズ部材６０での透過位置が定まることになり、受光センサ２０では、その入射角度に対応する位置に入力光が入射することになる。
つまり、回転体４１の回転角度が特定されれば、どの反射部から、水平方向のどの向きにレーザ光が照射されたか、及び上下方向のどの角度（角度範囲）にレーザ光が照射されたを特定できる。また、そのときの受光センサ２０での受光位置を把握すれば、その反射部から照射する上下範囲（上下方向の照射角度範囲）において、どの向きの物体から反射光が返ってきたのかを特定できることになる。この構成では、反射部毎に上下方向の分解能が複数設定されることになり、装置全体として、上下方向の検出分解能を反射部の数以上に高めることができる。

ところで、本発明は上記構成によってこのような効果を得ることを前提としているが、本発明のようなレンズ部材６０を用いずに公知のレンズで実現しようとした場合、１枚のレンズで角度が異なる広がった光を集光させることは難しく、図１７のような複数枚で実現しなければならないという問題がある。これに対し、本構成では単一のレンズ部材によって支障なく実現することができるため、レンズ部材数の低減を図ることができる。

また、図１７のような単純な非球面レンズにしてしまうと、収差に起因する集光点のズレが問題となる。例えば、図１７のように非球面レンズを用いた場合、像面湾曲収差の影響により、入力光が非球面レンズの中央部分を通る場合のレンズから集光点までの距離と、入力光が非球面レンズの周縁部付近を通る場合のレンズから集光点までの距離が大幅に異なるため、図１７のようにレンズ周縁部を通る入力光の集光点に合わせて受光センサ２０を配置してしまうと、レンズ中央部を通る入力光がある程度拡散した状態で受光されてしまうことになり、この入力光は、受光センサ２０において全体的に広がって受光されてしまうことになる。このように受光センサ２０での受光領域が広がってしまうと、この入力光の元となる反射光（物体からの反射光）の向きが特定できなくなり、物体の正確な方位が検出できなくなる。

これに対し、本構成のレンズ部材６０では、当該レンズ部材６０において入力光の透過位置が変化しうる方向に複数のレンズ要素６１ａ〜６１ｊを並べて配置しており、反射部に対する物体からの反射光の入射角度に対応してその反射光（入力光）のレンズ部材６０での透過位置が定まり、反射光の向き（入射角度）に対応するレンズ要素６１ａ〜６１ｊによって当該反射光（入力光）が受光センサ２０に導かれる構成となっている。特に、レンズ部材６０の各レンズ要素６１ａ〜６１ｊは、各レンズ要素６１ａ〜６１ｊに対応した受光センサ２０上の位置に向けて入力光を集光するように個別に集光位置が設定されるため、図１７のように一部の領域を通る入力光の集光点が受光センサ２０から大きくずれてしまうことを防ぐことができる。

また、本構成では、ミラー３０は、入力光を反射しつつ受光センサ２０に向けて上下方向且つ左右方向に集光する凹面ミラー３０として構成される。このように構成することで、凹面ミラー３０で反射する入力光の範囲（凹面ミラー３０から見た上下方向及び左右方向の範囲）を狭めることができ、全ての入力光が通り得る範囲も狭まることになる。従って、このような構成を有さない場合と比べてレンズ部材６０のサイズを低減することができる。

また、ミラー３０には、貫通孔３２が形成されてなり、投光手段からのレーザ光は、貫通孔３２を介して回転体４１の各反射部に照射され、各反射部からの入力光は、ミラー３０における貫通孔３２以外の領域で反射するようになっている。更に、ミラー３０では、各反射部からの入力光を回転体４１よりも上方側の領域に導いて回転体４１の上方側に配置されるレンズ部材６０を介して受光センサ２０に導いている。
このようにミラー３０に貫通孔３２を形成してレーザ光Ｌ１を投光する構成とすれば、投光経路と受光経路で領域を共通化することができ、効率的な配置が可能となる。しかしながら、このように共通化した構成では、ミラー３０の曲率を大きくしすぎて受光センサ２０をミラー３０に近づけすぎると、投光手段からのレーザ光（貫通孔３２を通過して回転体に向かう直接光）の一部が入射してしまう懸念がある。そこで、本構成では、ミラー３０を凹面としてレンズ部材の小型化を図りつつも、その一方で、回転体４１の上方領域に入力光を導くようにミラー３０の向きや曲率を設定している。従って、受光センサ２０に対して直接光が入射することを効果的に抑えることができる。

［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。

上記構成を変更し、例えば、レーザダイオード１０からの光をミラー等で反射して回転体に導く構成としてもよい。この場合、回転体４１に入射するときのレーザ光の拡散方向が中心軸Ｃの方向であれば、投光手段での拡散方向（縦方向）は、中心軸Ｃの方向と異なっていてもよい。

上記実施形態では、各反射部からの照射毎に、３つの高さ方向を検出できる例を示したが、検出可能な高さ方向は３以下でも３以上でもよい。また、回転体での反射部の数は４以上でも４以下でもよい。

１…レーザレーダ装置
１０…レーザダイオード（光源、投光手段）
２０…受光センサ
２０ａ…受光素子
３０…ミラー（集光部材）
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）
５１，５２，５３，５４…反射部
５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａ…反射面
６０…レンズ部材（集光部材）
６１ａ〜６１ｊ…レンズ要素
７０…制御回路（検出手段）
Ｃ…中心軸

Claims (2)

1. レーザ光を発生させる光源を有し、当該光源からの前記レーザ光をその照射の向きに対する所定の縦方向に拡散させ、その照射の向きに対する横方向での拡散度合いを前記縦方向の拡散よりも抑えて照射する投光手段と、
   所定の中心軸の周りに複数の反射部が配置されてなり、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所定方向に配列した受光センサと、
   前記物体からの前記反射光が前記回転体の各反射部で反射して導かれる前記入力光を反射するミラーと、
   前記ミラーで反射した前記入力光を前記受光センサに導く構成をなし、且つ複数のレンズ要素が配列されてなるレンズ部材と、
   前記受光センサにおける前記入力光の前記所定方向での入力位置を検出する検出手段と、
   を備え、
   前記投光手段から前記縦方向に拡散した前記レーザ光が、前記中心軸の方向に拡散した入射状態で前記回転体の各反射部に入射することで、各反射部から照射される前記レーザ光が前記中心軸の方向に拡散する構成であり、
   前記水平面に対する各反射面の角度がそれぞれ異なる構成をなす各反射部に前記レーザ光が順次入射することで、各反射部から出射される前記レーザ光の光軸の前記水平面に対する角度がそれぞれ異なるように切り替わる構成であり、
   前記レンズ部材及び前記ミラーの少なくともいずれかが、前記入力光を集光する集光部材として構成され、
   前記中心軸の方向を上下方向としたとき、前記反射部から前記レーザ光が照射されたときの当該反射部に対する前記反射光の入射の向きに応じて、当該反射光が前記反射部で反射して生じる前記入力光の前記ミラーでの前記上下方向の入射位置、及び前記ミラーからの前記入力光の前記上下方向の反射の向きが定まる構成で前記ミラーが配置され、
   前記レンズ部材は、前記ミラーでの前記入力光の入射位置及び前記ミラーからの前記入力光の反射方向が前記上下方向に変化することに応じて当該レンズ部材での前記入力光の透過位置が変化する構成で配置され、その透過位置が変化する方向に前記レンズ部材の各レンズ要素が並んでおり、
   前記レンズ部材の各レンズ要素は、各レンズ要素を透過する前記入力光を、前記受光センサにおける各レンズ要素に対応した前記所定方向の位置に向けて集光することを特徴とするレーザレーダ装置。
2. 前記ミラーは、前記入力光を反射しつつ前記受光センサに向けて集光する凹面ミラーとして構成され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。

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