JP2015125109A - Laser radar and beam irradiation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、目標領域にレーザ光を照射したときの反射光をもとに目標領域の状況を検出するレーザレーダ、および当該レーザレーダに用いて好適なビーム照射装置に関する。 The present invention relates to a laser radar that detects the state of a target area based on reflected light when the target area is irradiated with laser light, and a beam irradiation apparatus suitable for use in the laser radar.
近年、建物への侵入検知等のセキュリティ用途として、レーザレーダが用いられている。一般に、レーダレーダは、レーザ光を目標領域内でスキャンさせ、各スキャン位置における反射光の有無から、各スキャン位置における物体の有無を検出する。さらに、各スキャン位置におけるレーザ光の照射タイミングから反射光の受光タイミングまでの所要時間をもとに、各スキャン位置における物体までの距離が検出される（特許文献１）。 In recent years, laser radar has been used for security purposes such as intrusion detection into buildings. In general, radar radar scans a laser beam within a target area, and detects the presence or absence of an object at each scan position from the presence or absence of reflected light at each scan position. Further, the distance to the object at each scan position is detected based on the required time from the laser light irradiation timing at each scan position to the reflected light reception timing (Patent Document 1).
目標領域においてレーザ光を走査させるためのアクチュエータとして、たとえば、２つの軸を回動軸としてミラーを回動させるジンバル方式のミラーアクチュエータを用いることができる。このミラーアクチュエータを用いる場合、レーザ光は、斜め方向からミラーに入射される。２つの軸を回動軸としてミラーが水平方向と鉛直方向に回動されると、目標領域内においてレーザ光が水平方向と鉛直方向に振られる。 As an actuator for scanning a laser beam in a target area, for example, a gimbal mirror actuator that rotates a mirror about two axes as rotation axes can be used. When this mirror actuator is used, the laser light is incident on the mirror from an oblique direction. When the mirror is rotated in the horizontal direction and the vertical direction using the two axes as rotation axes, the laser light is oscillated in the horizontal direction and the vertical direction in the target area.
上記のミラーアクチュエータでは、レーザ光が目標領域を走査可能な範囲は、ミラーアクチュエータのミラーを回動させることが可能な角度に依存する。ミラーを回動させることが可能な角度は、ミラーアクチュエータの構造に応じて、所定の角度範囲までに制限される。 In the above mirror actuator, the range in which the laser beam can scan the target area depends on the angle at which the mirror of the mirror actuator can be rotated. The angle at which the mirror can be rotated is limited to a predetermined angle range depending on the structure of the mirror actuator.
本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものあり、広範囲にレーザ光を走査可能なレーザレーダおよび当該レーザレーダに搭載されるビーム照射装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a laser radar capable of scanning a laser beam over a wide range and a beam irradiation device mounted on the laser radar.
本発明の第１の局面はレーザレーダに関する。第１の局面に係るレーザレーダは、ミラーを回動させるミラーアクチュエータと、前記ミラーの回動方向において異なる角度から複数のレーザ光を前記ミラーに入射させる出射部と、目標領域からの前記複数のレーザ光の反射光を受光する受光部と、前記受光部からの出力に基づき前記目標領域における物体を検出する検出部と、を備える。 The first aspect of the present invention relates to a laser radar. A laser radar according to a first aspect includes a mirror actuator that rotates a mirror, an emission unit that makes a plurality of laser beams incident on the mirror from different angles in the rotation direction of the mirror, and the plurality of laser beams from a target area. A light receiving unit that receives reflected light of the laser beam, and a detection unit that detects an object in the target area based on an output from the light receiving unit.
本発明の第２の局面はビーム照射装置に関する。第２の局面に係るビーム照射装置は、ミラーを回動させるミラーアクチュエータと、前記ミラーの回動方向において異なる角度から複数のレーザ光を前記ミラーに入射させる出射部と、を備える。 The second aspect of the present invention relates to a beam irradiation apparatus. A beam irradiation apparatus according to a second aspect includes a mirror actuator that rotates a mirror and an emission unit that causes a plurality of laser beams to enter the mirror from different angles in the rotation direction of the mirror.
本発明によれば、広範囲にレーザ光を走査可能なレーザレーダおよび当該レーザレーダに搭載されるビーム照射装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laser radar which can scan a laser beam over a wide range, and the beam irradiation apparatus mounted in the said laser radar can be provided.
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。 The effects and significance of the present invention will become more apparent from the following description of embodiments. However, the embodiment described below is merely an example when the present invention is implemented, and the present invention is not limited to what is described in the following embodiment.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は、ミラーアクチュエータ１の分解斜視図である。図示の如く、ミラーアクチュエータ１は、インナーユニット１０と、アウターユニット２０とを備えている。
FIG. 1 is an exploded perspective view of the
図２は、ミラーアクチュエータ１のインナーユニット１０を上側から見た一部分解斜視図である。なお、図２では、一部の部材が既に組付けられた状態が示されている。
FIG. 2 is a partially exploded perspective view of the
図２を参照して、インナーユニット１０は、フレーム１１と、パンシャフト１２と、ＬＥＤ１３と、ミラーユニット１４と、パンコイルユニット１５と、パンマグネットユニット１６と、チルトマグネットユニット１７、１８と、ワイヤー１９ａ〜１９ｄとを備えている。
Referring to FIG. 2, the
フレーム１１は、パンシャフト１２を回動可能に支持する枠部材である。パンシャフト１２は、ミラー１４１をＰａｎ方向に回動させる回動軸である。ＬＥＤ１３は、走査用のレーザ光の目標領域内での走査位置を検出するための拡散光（サーボ光）を出射する。ＬＥＤ１３は、パンシャフト１２の後側に取り付けられている。
The
ミラーユニット１４は、ミラー１４１と、ミラーホルダ１４２を備えている。ミラー１４１は、反射面がミラーホルダ１４２により、パンシャフト１２の軸方向から所定の角度だけ前方向に傾いている。
The
パンコイルユニット１５は、パンコイル１５１と、ホルダ１５２と、ヨーク１５３と、ワイヤー固定基板１５４を備えている。
The
ホルダ１５２の下部には、４つのパンコイル１５１が扇形に巻回されて固着されている。また、ホルダ１５２とワイヤー固定基板１５４の隅には、それぞれ、ワイヤー１９ａ〜１９ｄを通すための孔が形成されている。ワイヤー固定基板１５４の上面には、パンコイル１５１およびＬＥＤ１３に電流を供給するための導線が接続される端子とワイヤー１９ａ〜１９ｄおよびワイヤー２８ａ〜２８ｄに電流を供給するための回路パターンが配されている。ホルダ１５２の上面には、ヨーク１５３とワイヤー固定基板１５４が接着固定される。
Four
パンマグネットユニット１６は、パンマグネット１６１と、ホルダ１６２を備えている。チルトマグネットユニット１７、１８は、それぞれ、チルトマグネット１７１、１８１とホルダ１７２、１８２を備えている。
The
ワイヤー１９ａ〜１９ｄは、線状の弾性部材である。ワイヤー１９ａ〜１９ｄは、たとえば、りん青銅、ベリリウム銅等からなり、導電性に優れ、ばね性を有する。ワイヤー１９ａ〜１９ｄは、互いに同じ形状および特性を持ち、パンコイル１５１とＬＥＤ１３への電流供給と、ミラー１４１のＰａｎ方向の回動時において、ミラー１４１に安定した抗力を与えるために用いられる。なお、ワイヤー１９ａ〜１９ｄは、長手方向に力が加えられたとしても、略伸縮することはない。
The
ワイヤー固定基板１９１、１９２は、それぞれ、ガラスエポキシ樹脂等からなる薄板状の回路基板であり、可撓性を有している。ワイヤー固定基板１９１、１９２には、それぞれ、ワイヤー１９ａ〜１９ｄを通すための端子穴が形成されている。また、ワイヤー固定基板１９１、１９２には、それぞれ、ワイヤー１９ａ〜１９ｄに電流を供給するための回路パターンが配されている。
The
パンシャフト１２と、ＬＥＤ１３と、ミラーユニット１４と、パンコイルユニット１５と、パンマグネットユニット１６と、チルトマグネットユニット１７、１８と、ワイヤー１９ａ〜１９ｄと、ワイヤー固定基板１９１、１９２が、フレーム１１に組付けられることにより、インナーユニット１０が完成する。
The
図３（ａ）、３（ｂ）は、それぞれ、組み立てられたインナーユニット１０を前側および後側から見た斜視図である。この状態で、ミラー１４１は、パンシャフト１２を軸としてＰａｎ方向に回動可能となる。なお、パンコイルユニット１５は、ミラー１４１のＰａｎ方向の回動に伴って、Ｐａｎ方向に回動する。他方、ワイヤー固定基板１９１、１９２は、インナーユニット１０の下面に固着されているため、ミラー１４１のＰａｎ方向の回動に伴って、Ｐａｎ方向に回動しない。
FIGS. 3A and 3B are perspective views of the assembled
図１に戻り、アウターユニット２０は、フレーム２１と、チルトコイルユニット２２、２３と、サーボユニット２４と、チルトシャフト２５、２６と、２つのマグネット２７と、ワイヤー２８ａ〜２８ｄとを備えている。
Returning to FIG. 1, the
フレーム２１は、前方が開いた枠部材からなっている。フレーム２１の左右の側面には、チルトコイルユニット２２、２３が装着される。チルトコイルユニット２２、２３は、それぞれ、チルトコイル２２１、２３１と、ホルダ２２２、２３２とを備えている。図１では、チルトコイル２２１とホルダ２２２が隠れて見えないが、これらの部材は、チルトコイル２３１とホルダ２３２と同様の構成となっている。
The
また、フレーム２１の後側面には、サーボユニット２４が装着される。サーボユニット２４は、ＰＳＤ２４１と、バンドパスフィルタ２４２と、ピンホール箱２４３とを備えている。サーボユニット２４の構成は、追って図１１を参照して説明する。
A
チルトシャフト２５、２６は、ミラー１４１をＴｉｌｔ方向に回動させる回動軸である。また、フレーム２１の左内側面には、２つのマグネット２７が装着されている。
The
ワイヤー２８ａ〜２８ｄは、線状の弾性部材である。ワイヤー２８ａ〜２８ｄは、互いに同じ形状および特性を持ち、パンコイル１５１とＬＥＤ１３への電流供給のために利用される。ワイヤー２８ａ〜２８ｄは、通常の状態において、後方に湾曲した形状を有している。
The
インナーユニット１０は、チルトシャフト２５、２６により、アウターユニット２０に回動可能に取り付けられる。こうして、ミラーアクチュエータ１の組立が完了する。
The
図４は、ミラーアクチュエータ１を前方から見た斜視図である。この状態で、フレーム１１は、チルトシャフト２５、２６の周りにＴｉｌｔ方向に回動可能となる。なお、パンコイルユニット１５とワイヤー固定基板１９１、１９２は、フレーム１１のＴｉｌｔ方向の回動に伴って、Ｔｉｌｔ方向に回動する。
FIG. 4 is a perspective view of the
図４に示すアセンブル状態において、パンコイル１５１に電流を流すと、パンコイル１５１と、パンマグネット１６１に生じる電磁駆動力によってパンシャフト１２が回動し、これにより、ミラー１４１が、パンシャフト１２を軸としてＰａｎ方向に回動する。チルトコイル２２１、２３１に電流を流すと、チルトコイル２２１、２３１と、チルトマグネット１７１、１８１に生じる電磁駆動力によってフレーム１１がチルトシャフト２５、２６を軸としてＴｉｌｔ方向に回動し、これにより、ミラー１４１が、Ｔｉｌｔ方向に回動する。
In the assembled state shown in FIG. 4, when a current is passed through the
ミラー１４１がＰａｎ方向に回動すると、フレーム１１の背面に張られたワイヤー１９ａ〜１９ｄのばね性により、パンシャフト１２を中心とした、ミラー１４１のＰａｎ方向の回動方向と逆向きのトルクが発生する。このように、ミラー１４１がＰａｎ方向に回動した状態では、常に逆向きのトルクが発生するため、パンコイル１５１への電流の印加を中止すると、ミラー１４１は、回動前の位置に戻される。
When the
ここで、レーザ光の走査範囲は、ミラー１４１をパン方向に回動可能な角度に依存する。本実施の形態におけるミラーアクチュエータ１では、ミラー１４１をパン方向に回動可能な角度は、略４５度である。
Here, the scanning range of the laser light depends on the angle at which the
本実施の形態に係るレーザレーダ３００では、ミラー１４１をパン方向に回動可能な角度よりもレーザ光の走査範囲を大きく広げるために、パンシャフト１２（図４参照）の回転方向において、異なる２つの角度からレーザ光がミラー１４１に入射するよう構成される。
In the
図５は、ミラーアクチュエータ１が搭載されたレーザレーダ３００の構成を示す模式図である。なお、図５では、筐体４００と主要な光学部材のみが示されており、筐体４００の取り付け構造、回路基板等は、図示省略されている。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a
レーザレーダ３００は、出射部３１０と、ハーフミラー３２０と、折り曲げミラー３３０と、ミラーアクチュエータ１と、受光部３４０、３５０を備える。これらの部材は、筐体４００内に取り付けられる。ミラーアクチュエータ１は、ミラー１４１のミラー面がＸＹ平面に平行となるように、筐体４００に設置される。このように、ミラー１４１がパンシャフト１２（図２参照）よりも前方に傾けられることにより、目標領域におけるレーザ光の走査ラインを直線状に近付けることができる。
The
筐体４００には、投射窓４１０が取り付けられている。投射窓４１０には、可視光カットフィルタが設けられており、出射部３１０から出射されたレーザ光の波長帯域の光を透過し、外部から入射する可視光帯域の波長帯域の光を遮断する。
A
図６は、レーザ光の出射光と反射光の光路を模式的に示した図である。図６は、ミラーアクチュエータ１を前方向から見た図である。
FIG. 6 is a diagram schematically showing the optical paths of the emitted light and reflected light of the laser light. FIG. 6 is a view of the
図６を参照して、出射部３１０は、レーザ光源３１１と、ビーム整形レンズ３１２とを備える。レーザ光源３１１は、波長８８０ｎｍ〜９４０ｎｍ程度のレーザ光を出射する。ビーム整形レンズ３１２は、出射レーザ光が、目標領域において所定の形状となるよう、出射レーザ光を収束させる。ハーフミラー３２０は、レーザ光源３１１から出射される光の略半分を透過させ、略半分を折り曲げミラー３３０に向かう方向に向かって反射させる。折り曲げミラー３３０は、ハーフミラー３２０によって反射された光をミラーアクチュエータ１のミラー１４１に向かう方向に向かって反射させる。
With reference to FIG. 6, the emitting
レーザ光源３１１とビーム整形レンズ３１２とハーフミラー３２０は、直線上に並んでおり、ハーフミラー３２０を透過したレーザ光の進行方向は、ミラー１４１の縦中央線Ｌｖよりも所定の角度（たとえば、略４５度）だけ右側に傾き、且つ、ミラー１４１の横中央線Ｌｈよりも所定の角度（たとえば、略３０度）だけ下側に傾いている。また、折り曲げミラー３３０は、ミラー１４１の縦中央線Ｌｖを含む鉛直平面についてハーフミラー３２０と対称の位置に位置付けられている。すなわち、折り曲げミラー３３０は、ミラー１４１に対して、ハーフミラー３２０を透過するレーザ光と反対の方向から同じ入射角度でレーザ光が入射するように、レーザ光を反射させる。
The
受光部３４０、３５０は、それぞれ、受光レンズ３４１、３５１と、バンドパスフィルタ３４２、３５２と、光検出器３４３、３５３とを備える。受光レンズ３４１、３５１は、目標領域から反射された光を集光する。バンドパスフィルタ３４２、３５２は、レーザ光源３１１から出射される波長帯域の光のみを透過し、それ以外の波長帯域の迷光を除去する。光検出器３４３、３５３は、ＡＰＤ（アバランシェ・フォトダイオード）またはＰＩＮフォトダイオードからなり、受光光量に応じた大きさの電気信号を回路基板に出力する。光検出器３４３、３５３は、受光感度が高く、ミラー１４１のミラー面の一部に反射された光の光量で物体を検出可能な精度を有している。
The
受光部３４０は、出射部３１０の下側に並ぶように配置される。受光部３５０は、ミラー１４１の縦中央線Ｌｖを含む鉛直平面について受光部３４０と対称の位置に位置付けられている。すなわち、受光部３５０は、折り曲げミラー３３０よりもやや下側に位置付けられている。
The
レーザ光源３１１から出射されたレーザ光は、ビーム整形レンズ３１２を透過した後、ハーフミラー３２０に入射する。ハーフミラー３２０に入射したレーザ光は、略半分がハーフミラー３２０を透過し、ミラーアクチュエータ１のミラー１４１に入射し、残り略半分がハーフミラー３２０によって反射され、折り曲げミラー３３０に入射する。折り曲げミラー３３０に入射したレーザ光は、折り曲げミラー３３０によって反射されて、ミラーアクチュエータ１のミラー１４１に入射する。ミラー１４１が中立位置にあるとき、ハーフミラー３２０を透過してミラー１４１に入射したレーザ光は、ミラー１４１の縦中央線Ｌｖよりも左側に向かうように反射され、目標領域に投射される。ミラー１４１が中立位置にあるとき、折り曲げミラー３３０により反射されてミラー１４１に入射したレーザ光は、ミラー１４１の縦中央線Ｌｖよりも右側に向かうように反射され、目標領域に投射される。
The laser light emitted from the
なお、「中立位置」とは、ミラー１４１がミラーアクチュエータ１によってミラー１４１が回動されず、ミラー１４１のミラー面がパンシャフト１２の回転軸（上下方向）からＹＺ平面（図５参照）の面内方向に所定の角度で傾く位置をいう。中立位置において、ハーフミラー３２０を透過したレーザ光と、折り曲げミラー３３０を反射したレーザ光は、ミラー１４１の中心よりも、上側の領域に入射する。
The “neutral position” means that the
目標領域からの反射光は、レーザ光が目標領域へと向かう光路を逆行して、ミラー１４１に入射する。このとき、ミラー１４１の縦中央線Ｌｖよりも左側から入射する目標領域からの反射光は、ミラー１４１の略全面に入射し、このうち、横中央線Ｌｈよりも下側の領域によって反射された反射光Ｒ１が、受光部３４０の受光レンズ３４１に入射する。受光レンズ３４１に入射した反射光Ｒ１は、受光レンズ３４１によって、光検出器３４３に収束される。光検出器３４３は、受光光量に応じた大きさの電気信号を出力する。光検出器３４３からの信号に基づいて、目標領域における物体の有無および物体までの距離が測定される。
The reflected light from the target area travels back along the optical path of the laser light toward the target area and enters the
また、ミラー１４１の縦中央線Ｌｖよりも右側から入射する目標領域からの反射光は、ミラー１４１の略全面に入射し、このうち、横中央線Ｌｈよりも下側の領域によって反射された反射光Ｒ２が、受光部３５０の受光レンズ３５１に入射する。そして、受光レンズ３５１に入射した反射光Ｒ２は、受光レンズ３５１によって、光検出器３５３に収束される。光検出器３５３は、受光光量に応じた大きさの電気信号を出力する。光検出器３５３からの信号に基づいて、目標領域における物体の有無および物体までの距離が測定される。
Reflected light from the target area incident from the right side of the vertical center line Lv of the
なお、ハーフミラー３２０を透過してミラー１４１によって反射されたレーザ光Ｅ１と、折り曲げミラー３３０に反射され、ミラー１４１によって反射されたレーザ光Ｅ２は、それぞれ、目標領域の異なる範囲において走査される。レーザ光Ｅ１、Ｅ２による走査範囲において、物体の有無が、光検出器３４３、３５３のそれぞれの検出信号の有無によって検出される。
Note that the laser beam E1 transmitted through the
図７（ａ）、（ｂ）は、出射部３１０からミラー１４１のミラー面にレーザ光を出射する領域（出射領域）と、目標領域から反射された光（反射光Ｒ１）が受光部３４０、３５０によって受光される領域（受光領域）を模式的に示す図である。
FIGS. 7A and 7B show a region where the laser beam is emitted from the
図７（ａ）に示すように、本実施の形態では、レーザ光は、ミラー１４１の横中央線Ｌｈよりも上側の領域に出射される。図７（ｂ）に示す比較例では、レーザ光の出射領域がミラー１４１のミラー面の略中心Ｐに位置付けられている。比較例では、受光部３４０、３５０を上記実施の形態と同様に配置しようとすると、受光領域を幅Ｒｗ２の範囲で設定する必要があり、受光領域がかなり狭くなる。このため、比較例では、ミラー１４１のミラー面を有効に活用することができない。これに対し、本実施の形態では、出射領域がミラー１４１の横中央線Ｌｈよりも上側に偏って配置されているため、受光領域を、幅Ｒｗ２よりも広い幅Ｒｗ１の範囲内で大きく設定することができる。
As shown in FIG. 7A, in the present embodiment, the laser beam is emitted to a region above the horizontal center line Lh of the
なお、このように、出射領域が中心Ｐからずれた位置に位置付けられたとしても、目標領域におけるレーザ光の走査精度への影響は軽微である。 Even if the emission region is positioned at a position shifted from the center P in this way, the influence on the scanning accuracy of the laser light in the target region is slight.
図８は、本実施の形態に係るミラーアクチュエータ１を上側から見た場合のレーザ光Ｅ１、Ｅ２の走査範囲を模式的に示す図である。図９は、比較例に係るミラーアクチュエータ１を上側から見たレーザ光Ｅ３の走査範囲を模式的に示す図である。
FIG. 8 is a diagram schematically showing scanning ranges of the laser beams E1 and E2 when the
図８を参照して、ハーフミラー３２０を透過し、ミラー１４１に反射されたレーザ光Ｅ１は、ミラー１４１の回動によって、ミラー１４１の回動角度βに対応する走査角度α１で左側の目標領域に走査される。また、折り曲げミラー３３０に反射され、ミラー１４１に反射されたレーザ光Ｅ２は、ミラー１４１の回動によって、ミラー１４１の回動角度βに対応する走査角度α２で右側の目標領域に走査される。走査角度α１、α２は、回動角度βの略２倍に相当する。レーザ光Ｅ１とレーザ光Ｅ２の走査範囲の一部の範囲Ｏ１は、重なっている。これにより、目標領域を隙間なくレーザ光で走査することができる。
Referring to FIG. 8, the laser light E <b> 1 that has been transmitted through the
図９を参照して、比較例の場合、ミラー１４１の正面下方から１つのレーザ光が入射している。比較例の場合、ミラー１４１に反射されたレーザ光Ｅ３は、ミラー１４１の回動によって、ミラー１４１の回動角度βに対応する走査角度α３で正面の目標領域に走査される。走査角度α３は、回動角度βの略２倍に相当する。比較例の場合、ミラー１４１に対し、レーザ光が１つしか入射されないため、目標領域をミラー１４１の回動角度βに対応する走査角度α３でしか走査できない。たとえば、回動角度βが略４５度の場合、走査角度α３は略９０度となる。
Referring to FIG. 9, in the case of the comparative example, one laser beam is incident from below the front surface of
これに対し、図８に示すように、本実施の形態では、ハーフミラー３２０によって分光されたレーザ光が、パンシャフト１２の回転方向において、異なる２つの角度からミラー１４１に入射するため、ミラー１４１の回動角度βに対応する走査角度よりも大幅に広い角度範囲で目標領域をレーザ光で走査することができる。たとえば、回動角度βが略４５度の場合、略１８０度に近い角度範囲で目標領域をレーザ光で走査することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 8, in the present embodiment, the laser light split by the
図１０は、本実施の形態に係るミラー１４１のミラー面に対するレーザ光の出射角度γを示すグラフである。図１０のグラフには、比較例に係るミラー１４１のミラー面に対するレーザ光の出射角度γの範囲が示されている。なお、ミラー１４１が中立位置にあるときのミラー面に対して正面に出射されるレーザ光の出射角度γが０度に対応し、ミラー１４１の正面よりも左側に出射されたレーザ光の出射角度γに正の符号が付され、ミラー１４１の正面よりも右側に出射されたレーザ光の出射角度γに負の符号が付されている。
FIG. 10 is a graph showing an emission angle γ of the laser beam with respect to the mirror surface of the
本願の発明者らは、ミラー１４１のミラー面に対し左右方向に４５度、下方向に３１度傾いた入射角度で入射し、ミラー面で反射されるレーザ光Ｅ１、Ｅ２のパン方向、チルト方向の出射角度γをシミュレーションによって算出した。本シミュレーションでは、ミラー１４１をチルト方向に＋１０度、０度、−１０度の３種類の角度で傾けた時のレーザ光の出射角度γの軌跡を算出した。なお、本シミュレーションでは、ミラー１４１のパン方向の回動角度βは、−２８度〜２８度の範囲に設定されている。
The inventors of the present application enter the panning and tilting directions of the laser beams E1 and E2 that are incident on the mirror surface of the
比較例の場合、レーザ光の出射角度γは、略−４５度〜４５度の範囲となっており、ミラー１４１の回動角度βの略２倍となっている。
In the case of the comparative example, the laser beam emission angle γ is in the range of approximately −45 degrees to 45 degrees, which is approximately twice the rotation angle β of the
本実施の形態の場合、ミラー１４１のチルト方向の回動角度が０度のとき、右側からミラー１４１に入射したレーザ光の出射角度γの範囲は、８２．５度〜−９．４度である。ミラー１４１のチルト方向の回動角度が０度のとき、左側からミラー１４１に入射したレーザ光の出射角度γの範囲は、９．４度〜−８２．５度である。すなわち、ミラー１４１が中立位置にあるときのミラー面の正面付近の目標領域では、右側から入射したレーザ光の走査範囲と、左側から入射したレーザ光の走査範囲が一部重なっている。
In the case of the present embodiment, when the rotation angle of the
ミラー１４１のチルト方向の回動角度が１０度のとき、右側からミラー１４１に入射したレーザ光の出射角度γの範囲は、８６．９度〜−６．４度である。ミラー１４１のチルト方向の回動角度が１０度のとき、右側からミラー１４１に入射したレーザ光の出射角度γの範囲は、６．４度〜８６．９度である。
When the rotation angle of the
ミラー１４１のチルト方向の回動角度が−１０度のとき、右側からミラー１４１に入射したレーザ光の出射角度γの範囲は、８２．２度〜−１２．３度である。ミラー１４１のチルト方向の回動角度が−１０度のとき、左側からミラー１４１に入射したレーザ光の出射角度γの範囲は、１２．３度〜−８２．２度である。
When the rotation angle of the tilt direction of the
このように、本実施の形態では、レーザ光を略−８０度〜８０度の範囲で振ることができ、ミラー１４１のパン方向の回動角度βの略−２８度〜２８度に比べ、概ねミラー１４１のパン方向の回動角度βの３倍の範囲で目標領域をレーザ光で走査することができる。したがって、本実施の形態では、比較例の場合よりも大幅にレーザ光の走査範囲を広げることができる。
As described above, in the present embodiment, the laser beam can be swung in a range of approximately −80 degrees to 80 degrees, which is roughly compared with the rotation angle β of the
また、図６に示すように、本実施の形態では、別々の受光部３４０、３５０を備えているため、受光部３４０、３５０は、それぞれで対応する目標領域の反射光Ｒ１、Ｒ２を同時に受光することができる。よって、レーザ光Ｅ１、レーザ光Ｅ２の出射タイミングを略同時にすることができ、これにより、目標領域の２つの範囲を略並行してレーザ光で走査することができる。したがって、効率的に目標領域をレーザ光で走査することができる。
Further, as shown in FIG. 6, in this embodiment, since the
図１１（ａ）、（ｂ）は、ミラー１４１の位置を検出するためのサーボ光学系を説明する図である。
FIGS. 11A and 11B are diagrams illustrating a servo optical system for detecting the position of the
図１１（ａ）を参照して、ＬＥＤ１３、ＰＳＤ２４１およびピンホール２４３ａは、ミラーアクチュエータ１のミラー１４１が上記中立位置にあるときに、ＬＥＤ１３がピンホール箱２４３のピンホール２４３ａとＰＳＤ２４１の中心に向き合うように配置されている。
Referring to FIG. 11A, the
図１１（ｂ）のようにミラー１４１が破線で示す中立位置から矢印方向に回動すると、ＬＥＤ１３からの拡散光（サーボ光）のうちピンホール２４３ａを通る光の光路が、ＬＰ１からＬＰ２へと変位する。その結果、ＰＳＤ２４１上におけるサーボ光の入射位置が変化し、ＰＳＤ２４１から出力される位置検出信号が変化する。したがって、ＰＳＤ２４１にて検出されるサーボ光の入射位置によって、ミラー１４１の位置を検出することができ、結果、目標領域における走査レーザ光の走査位置を検出することができる。
When the
図１２は、レーザレーダ３００の回路構成を示す図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a circuit configuration of the
ＰＳＤ信号処理回路５０１は、ＰＳＤ２４１からの出力信号をもとに求めた位置検出信号をＤＳＰ５０７に出力する。サーボＬＥＤ駆動回路５０２は、ＤＳＰ５０７からの信号をもとに、ＬＥＤ１３に駆動信号を供給する。アクチュエータ駆動回路５０３は、ＤＳＰ５０７からの信号をもとに、ミラーアクチュエータ１を駆動する。具体的には、目標領域においてレーザ光を所定の軌道に沿って走査させるための駆動信号がミラーアクチュエータ１に供給される。
The PSD
スキャンＬＤ駆動回路５０４は、ＤＳＰ５０７からの信号をもとに、レーザ光源３１１に駆動信号を供給する。ＰＤ信号処理回路５０５、５０６は、それぞれ、光検出器３４３、３５３の受光光量に応じた電圧信号を増幅およびデジタル化してＤＳＰ５０７に供給する。
The scan
ＤＳＰ５０７は、ＰＳＤ信号処理回路５０１から入力された位置検出信号をもとに、目標領域におけるレーザ光の走査位置を検出し、ミラーアクチュエータ１の駆動制御や、レーザ光源３１１の駆動制御等を実行する。また、ＤＳＰ５０７は、ＰＤ信号処理回路５０
５、５０６から入力される電圧信号に基づいて、目標領域内のレーザ光照射位置に物体が存在するかを判定し、同時に、レーザ光源３１１から出力されるレーザ光の照射タイミングと、光検出器３４３、３５３にて受光される目標領域からの反射光の受光タイミングの間の時間差をもとに、物体までの距離を測定する。
The
5, 506 determines whether an object is present at the laser beam irradiation position in the target area based on the voltage signal input from the
＜実施形態の効果＞
以上、本実施の形態によれば、以下の効果が奏される。
<Effect of embodiment>
As described above, according to the present embodiment, the following effects are exhibited.
図８に示すように、ミラー１４１のミラー面に対して、パンシャフト１２（図４参照）の回転方向において、異なる２つの入射角度でレーザ光が入射されるため、ミラー１４１のパン方向の回動角度βに対応する走査角度α１、α２よりも広い角度範囲で目標領域をレーザ光で走査することができる。
As shown in FIG. 8, the laser light is incident on the mirror surface of the
また、レーザ光Ｅ１とＥ２の走査範囲の一部の範囲Ｏ１が重なっているため、目標領域を隙間なくレーザ光で走査することができる。これにより、特に物体が位置付けられ易いレーザレーダ３００の正面位置において、漏れなく障害物を検出することができる。
Further, since the partial range O1 of the scanning range of the laser beams E1 and E2 overlaps, the target region can be scanned with the laser beam without any gap. Thereby, it is possible to detect an obstacle without leakage particularly at the front position of the
また、レーザ光源３１１を出射したレーザ光がハーフミラー３２０によって分光されるため、他の光源を用いることなく、ミラー１４１に複数の異なる角度でレーザ光を入射させることができる。したがって、部品点数の削減、および消費電力を削減することができる。
Further, since the laser light emitted from the
また、図６に示すように、別々の受光部３４０、３５０を備えているため、レーザ光Ｅ１、レーザ光Ｅ２を略同時に出射させながら、目標領域の２つの範囲を略並行してレーザ光で走査することができる。したがって、効率的に目標領域をレーザ光で走査することができる。
Further, as shown in FIG. 6, since the separate
また、受光部３４０が出射部３１０の下側に並べて配置されるため、受光部３４０が出射部３１０の後方に設置される場合に比べて、装置をコンパクトにすることができる。
In addition, since the
また、レーザ光がミラー１４１の中心Ｐよりも上側の領域に照射されるため、受光部３４０が出射部３１０の下側に並ぶように構成される場合であっても、反射光Ｒ１、Ｒ２の受光領域を極力大きくすることができる。これにより、装置をコンパクトにしつつ、精度良く物体を検出することができる。
In addition, since the laser light is applied to the region above the center P of the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も上記以外に種々の変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made to the embodiments of the present invention other than the above.
＜変更例１＞
たとえば、上記実施の形態では、ミラー１４１に異なる２つの角度でレーザ光を入射させるために、出射部３１０のレーザ光源３１１から出射されたレーザ光がハーフミラー３２０によって分光されたが、図１３に示すように、出射部３６０が設けられても良い。
<
For example, in the above embodiment, the laser light emitted from the
図１３は、変更例１に係るレーザレーダ３００の光学系を模式的に示した図である。
FIG. 13 is a diagram schematically illustrating an optical system of a
図１３では、図６に示す上記実施の形態のレーザレーダ３００に出射部３６０が追加されており、ハーフミラー３２０と折り曲げミラー３３０が省略されている。
In FIG. 13, the
出射部３６０は、レーザ光源３６１と、ビーム整形レンズ３６２とを備える。レーザ光源３６１、ビーム整形レンズ３６２は、出射部３１０のレーザ光源３１１、ビーム整形レ
ンズ３１２と同様に構成されている。出射部３６０は、ミラー１４１の縦中央線Ｌｖを含む鉛直平面について出射部３１０と対称の位置に位置付けられている。すなわち、出射部３６０は、出射部３１０を出射したレーザ光と同じ入射角度となるように、レーザ光をミラー１４１に向けて出射する。ミラー１４１は、出射部３６０から出射されたレーザ光を目標領域に向けて反射させる。
The
変更例１の構成とすれば、上記実施の形態と同様に、ミラー１４１に異なる２つの角度でレーザ光が入射されるため、レーザ光の走査範囲を広角化させることができる。なお、変更例１では、別途、出射部３６０が設けられるため、上記実施の形態に比べて部品点数とコストが上昇する。このため、上記実施の形態のように、１つのレーザ光源３１１から出射されたレーザ光を分光する構成の方が望ましい。
If the configuration of the modification example 1 is used, the laser beam is incident on the
＜変更例２＞
また、図１４に示すように、出射部３６０を設けた場合、受光部３５０を省略しても良い。
<
Further, as shown in FIG. 14, when the emitting
図１４は、変更例２に係るレーザレーダ３００の光学系を模式的に示した図である。
FIG. 14 is a diagram schematically illustrating an optical system of a
図１４では、図３に示す変更例１のレーザレーダ３００から受光部３５０が省略されており、折り曲げミラー３７０とハーフミラー３８０が追加されている。
In FIG. 14, the
変更例２に係るレーザ光源３１１、３６１では、互いのレーザ光の出射タイミングが異なるように発光制御される。
In the
第１の出射タイミングで目標領域に出射されたレーザ光Ｅ１に対応する反射光Ｒ１は、ミラー１４１によって反射され、ハーフミラー３８０に入射する。反射光Ｒ１は、ハーフミラー３８０によって略半分が反射され、略半分がハーフミラー３８０を透過して、受光部３４０の受光レンズ３４１に入射する。そして、受光レンズ３４１に入射した反射光Ｒ１は、受光レンズ３４１によって、光検出器３４３に収束される。
The reflected light R1 corresponding to the laser light E1 emitted to the target area at the first emission timing is reflected by the
第２の出射タイミングで目標領域に出射されたレーザ光Ｅ２に対応する反射光Ｒ２は、ミラー１４１によって反射され、折り曲げミラー３７０に入射する。反射光Ｒ１は、折り曲げミラー３７０によって反射され、ハーフミラー３８０に入射する。反射光Ｒ２は、ハーフミラー３８０を略半分が透過し、略半分がハーフミラー３８０によって反射されて、受光レンズ３４１に入射する。そして、受光レンズ３４１に入射した反射光Ｒ１は、受光レンズ３４１によって、光検出器３４３に収束される。
The reflected light R2 corresponding to the laser light E2 emitted to the target region at the second emission timing is reflected by the
変更例２によっても、上記実施の形態同様、レーザ光の走査範囲を広角化させることができる。 Also in the second modification, the scanning range of the laser beam can be widened as in the above embodiment.
しかしながら、変更例２では、受光部３４０で反射光Ｒ１を受光する必要があるため、反射光の光路中に折り曲げミラー３７０とハーフミラー３８０が設けられる。したがって、ハーフミラー３８０によって、反射光の光量が減衰され、受光部３４０に対する受光光量が減衰する。
However, in the second modification, since the reflected light R1 needs to be received by the
また、１つの受光部３４０で２つの反射光Ｒ１、Ｒ２を受光する必要があるため、レーザ光源３１１とレーザ光源３６１の出射タイミングを異ならせる必要がある。したがって、上記実施の形態に比べ、変更例２の場合、目標領域をレーザ光で走査する速度が遅くなる。
Further, since it is necessary to receive the two reflected lights R1 and R2 with one
上記実施の形態のように、別々の受光部３４０、３５０によって反射光Ｒ１、Ｒ２が受光させると、２つのレーザ光の出射タイミングを異ならせる必要もなく、また、レーザ光Ｅ１、Ｅ２による目標領域の走査を並行して行うことができる。このため、上記実施の形態のように、ミラー１４１に入射させるレーザ光の数に対応する数の受光部が設けられた方が望ましい。
When the reflected lights R1 and R2 are received by the separate
＜変更例３、４＞
また、本実施の形態では、レーザ光の出射領域がミラー１４１のミラー面の横中央線Ｌｈよりも上側に偏って位置付けられたが、図１５（ａ）に示す変更例３のように、出射領域が横中央線Ｌｈよりも下側に偏って位置付けられても良い。さらには、図１５（ｂ）に示す変更例４のように、出射領域が縦中央線Ｌｖよりも左側に偏って位置付けられても良い。この他、出射領域は、ミラー１４１のミラー面の中心Ｐから偏った位置に配置されていれば、どのような位置に位置付けられても良い。出射領域がミラー１４１のミラー面の中心Ｐからずれた分、受光領域を大きくすることができる。
<Modification examples 3 and 4>
Further, in the present embodiment, the laser light emission region is positioned so as to be biased to the upper side of the horizontal center line Lh of the mirror surface of the
なお、レーザ光の出射領域がミラー１４１のミラー面の中心Ｐから偏った位置に配置されることによる効果は、上記実施の形態のように、ミラー１４１に複数のレーザ光が入射される構成に限られるものではない。
Note that the effect of arranging the laser beam emission region at a position deviated from the center P of the mirror surface of the
すなわち、この効果を実現する発明は、以下のように抽出することが可能である。 That is, the invention that realizes this effect can be extracted as follows.
レーザ光を出射する出射部と、前記レーザ光をミラーで反射させて目標領域において走査させるミラーアクチュエータと、前記目標領域からの前記レーザ光の反射光を受光する受光部と、前記受光部からの出力に基づき前記目標領域における物体を検出する検出部と、を備え、前記受光部は、前記ミラーに向かって前記出射部の横に並ぶように配置され、前記出射部は、前記ミラーのミラー面の中心よりも所定方向に偏った位置に前記レーザ光を入射させ、前記受光部は、前記ミラー面に対する前記レーザ光の入射位置よりも前記ミラー面の前記中心側の領域において反射される前記反射光が導かれる位置に配置される、ことを特徴とするレーザレーダ。 An emission unit that emits laser light; a mirror actuator that reflects the laser light by a mirror and scans the target region; a light receiving unit that receives reflected light of the laser light from the target region; A detection unit that detects an object in the target area based on an output, and the light receiving unit is arranged to be next to the emission unit toward the mirror, and the emission unit is a mirror surface of the mirror The laser beam is incident on a position that is deviated in a predetermined direction from the center of the laser beam, and the light receiving unit is reflected in the region on the center side of the mirror surface from the incident position of the laser beam with respect to the mirror surface. A laser radar, which is disposed at a position where light is guided.
こうすると、受光部の受光領域を大きくすることができる。これにより、装置の小型化のために、受光部を出射部の横に並べる構成とした場合にも、精度良く物体を検出することができる。 In this way, the light receiving area of the light receiving unit can be enlarged. Thereby, even when it is set as the structure which arranges a light-receiving part beside an output part for size reduction of an apparatus, an object can be detected with sufficient accuracy.
＜その他の変更例＞
また、上記実施の形態では、図８に示すように、レーザ光Ｅ１の走査範囲とレーザ光Ｅ２の走査範囲の一部の範囲Ｏ１が重なるように、ミラー１４１に対するレーザ光の入射角度が調整されたが、範囲Ｏ１の重なり量は、適宜調整され得る。たとえば、目標領域におけるレーザ光の照射漏れを確実に防ぐ必要がある場合は、範囲Ｏ１はある程度広くした方が望ましく、よりレーザ光の走査範囲の広角化が望まれる場合は、範囲Ｏ１は狭くした方が望ましい。
<Other changes>
In the above embodiment, as shown in FIG. 8, the incident angle of the laser beam on the
また、ミラー１４１に入射させるレーザ光の数やミラー１４１に対するレーザ光の入射角度は、上記実施の形態の例に限られるものではなく、ミラー１４１の回動可能な角度、使用条件等に応じて、適宜調整され得る。たとえば、ミラー１４１の回動可能な角度が小さい場合は、４つのレーザ光がミラー１４１に入射されても良い。
In addition, the number of laser beams incident on the
また、上記実施の形態では、パン方向の走査範囲を広げるために、ミラー１４１のミラー面に対して、パンシャフト１２（図４参照）の回転方向において、異なる２つの入射角度でレーザ光が入射されたが、チルト方向の走査範囲を広げたい場合は、チルトシャフト
２５、２６（図１参照）の回転方向において、異なる２つの入射角度でレーザ光が入射されるようにしても良い。こうすると、チルト方向の走査範囲を広げることができる。
Further, in the above embodiment, in order to widen the scanning range in the pan direction, laser light is incident on the mirror surface of the
また、上記実施の形態では、２つの軸を回動軸としてミラー１４１を回動させるミラーアクチュエータ１に本発明が適用されたが、１つの軸を回動軸としてミラーを回動させるミラーアクチュエータに本発明が適用されても良い。
In the above embodiment, the present invention is applied to the
また、上記実施の形態では、ハーフミラー３２０と折り曲げミラー３３０によって、レーザ光を分光してミラー１４１に入射させたが、その他の分光手段でレーザ光が分光されても良い。たとえば、回折作用によってレーザ光を分光させる回折格子が用いられても良いし、偏向方向に応じてレーザ光を分光させる偏向ビームスプリッタが用いられても良い。
In the above embodiment, the laser light is split by the
さらに、上記実施の形態では、ミラー１４１がパンシャフト１２の軸方向から所定の角度で傾いていたが、ミラー１４１が傾いていなくても良い。
Further, in the above embodiment, the
この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。 In addition, the embodiment of the present invention can be variously modified as appropriate within the scope of the technical idea shown in the claims.
１ … ミラーアクチュエータ
１４１ … ミラー
３１０ … 出射部
３２０ … ハーフミラー（分光素子）
３３０ … 折り曲げミラー
３４０、３５０ … 受光部
３４３、３５３ … 光検出器
５０７ … ＤＳＰ（検出部）
DESCRIPTION OF
330 ...
Claims (7)
前記ミラーの回動方向において異なる角度から複数のレーザ光を前記ミラーに入射させる出射部と、
目標領域からの前記複数のレーザ光の反射光を受光する受光部と、
前記受光部からの出力に基づき前記目標領域における物体を検出する検出部と、を備える、
ことを特徴とするレーザレーダ。 A mirror actuator for rotating the mirror;
An emitting section for allowing a plurality of laser beams to enter the mirror from different angles in the rotation direction of the mirror;
A light receiving unit that receives reflected light of the plurality of laser beams from a target region;
A detection unit that detects an object in the target region based on an output from the light receiving unit,
A laser radar characterized by that.
前記ミラーによって反射された複数のレーザ光の前記目標領域における走査範囲が一部重なる、
ことを特徴とするレーザレーダ。 The laser radar according to claim 1, wherein
The scanning ranges in the target area of the plurality of laser beams reflected by the mirror partially overlap,
A laser radar characterized by that.
前記出射部は、光源から出射されたレーザ光を分光する分光素子を備え、前記分光素子により分光されたレーザ光を異なる角度で前記ミラーに入射させる、
ことを特徴とするレーザレーダ。 The laser radar according to claim 1 or 2,
The emission unit includes a spectroscopic element that splits laser light emitted from a light source, and makes the laser light split by the spectroscopic element enter the mirror at different angles.
A laser radar characterized by that.
前記分光素子は、前記レーザ光の一部を透過させて前記ミラーに入射させるハーフミラーであり、
前記出射部は、前記ハーフミラーにより反射された前記レーザ光をさらに反射させて前記ミラーに入射させる折り曲げミラーを備える、
ことを特徴とするレーザレーダ。 The laser radar according to claim 3, wherein
The spectroscopic element is a half mirror that transmits a part of the laser light and enters the mirror.
The emitting portion includes a folding mirror that further reflects the laser light reflected by the half mirror and enters the mirror.
A laser radar characterized by that.
前記受光部は、前記複数のレーザ光の数に対応する複数の光検出器を含み、
前記複数の光検出器は、それぞれ、前記複数のレーザ光のうち何れか１つのレーザ光の前記反射光を受光する、
ことを特徴とするレーザレーダ。 In the laser radar according to any one of claims 1 to 4,
The light receiving unit includes a plurality of photodetectors corresponding to the number of the plurality of laser beams,
Each of the plurality of photodetectors receives the reflected light of any one of the plurality of laser beams;
A laser radar characterized by that.
前記出射部は、前記ミラーのミラー面の中心よりも所定方向に偏った位置に前記レーザ光を入射させ、
前記受光部は、前記ミラー面に対する前記レーザ光の入射位置よりも前記ミラー面の前記中心側の領域において反射される前記反射光が導かれる位置に配置される、
ことを特徴とするレーザレーダ。 The laser radar according to any one of claims 1 to 5,
The emission part makes the laser light incident at a position that is deviated in a predetermined direction from the center of the mirror surface of the mirror,
The light receiving portion is disposed at a position where the reflected light reflected in the region on the center side of the mirror surface from the incident position of the laser light on the mirror surface is guided.
A laser radar characterized by that.
前記ミラーの回動方向において異なる角度から複数のレーザ光を前記ミラーに入射させる出射部と、を備える、
ことを特徴とするビーム照射装置。 A mirror actuator for rotating the mirror;
An emission part for allowing a plurality of laser beams to enter the mirror from different angles in the rotation direction of the mirror,
A beam irradiation apparatus characterized by that.
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