JP2017138298A - Optical scanner type object detection device - Google Patents

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Shuhei Hayakawa
周平 早川
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光 長澤
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Masashi Kageyama
将史 影山
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Ryota Ishikawa
亮太 石川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical scanner type object detection device that has, for example, a broad detection area exceeding 180 degrees even with a comparatively simple configuration and low costs, and can effectively detect an object intruding into such the detection area.SOLUTION: An optical scanner type object detection device includes: one mirror that rotates around a rotary axis line; and a plurality of projection/light reception units that is equipped with a light source and a light reception unit, respectively. A light flux emitted from the light source of each projection/light reception unit is scanned and projected by rotation of the mirror after reflected by the mirror, and a part of the light flux scattered by an object of the scanned and projected light flux is configured to be received by the light reception unit of the corresponding projection/light reception unit after the part thereof is reflected by the mirror.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、検出エリアに進入してきた物体などを検知することができる光走査型の対象物検知装置に関する。   The present invention relates to an optical scanning type object detection apparatus capable of detecting an object or the like that has entered a detection area.

近年では防犯意識の高まりから、検出エリアに侵入してきた物体の検知を精度良く行える監視システムの要請が高まっている。このような物体の検知方法として、電波を発信して反射波を検出する電波式レーダーが提案されているが、解像度の観点から遠方の物体の位置を精度良く把握するのは難しいという課題がある。   In recent years, with the growing awareness of crime prevention, there is an increasing demand for a monitoring system that can accurately detect an object that has entered a detection area. As a method for detecting such an object, a radio wave radar that transmits a radio wave and detects a reflected wave has been proposed, but there is a problem that it is difficult to accurately grasp the position of a distant object from the viewpoint of resolution. .

これに対し、TOF(Time of Flight)方式を採用した対象物検知装置も既に開発されている。TOF方式とは、パルス発光させたレーザー光が、物体に当たって戻ってくるまでの時間を測ることにより、当該物体までの距離を測定することができるものである。しかるに、TOF方式を採用した対象物検知装置は、遠方の物体にレーザー光を照射した際に発生する微弱な反射光を検知するために、一般的にはAPD(アバランシェ・フォトダイオード)等の増幅率の高い受光素子を使用している。また、検知すべき対象物の解像度を上げるため、反射光を受光する複数の受光素子を配列して高分解能を確保することも行われている。   On the other hand, the object detection apparatus which employ | adopted the TOF (Time of Flight) system has already been developed. In the TOF method, the distance to the object can be measured by measuring the time until the pulsed laser light hits the object and returns. However, the object detection device adopting the TOF method generally uses an amplification such as an APD (avalanche photodiode) in order to detect the weak reflected light generated when a laser beam is irradiated to a distant object. A light receiving element with a high rate is used. In order to increase the resolution of an object to be detected, a plurality of light receiving elements that receive reflected light are arranged to ensure high resolution.

特許文献1には、回転軸に対して傾いた第1ミラー面と第2ミラー面を備えた回転するミラーユニットと、前記ミラーユニットを介して、対象物に向けて光束を出射する少なくとも1つの光源を含む投光系と、を有し、前記光源から出射された光束が、前記ミラーユニットの前記第1ミラー面で反射した後、前記第2ミラー面へ向かって進行し、更に前記第2ミラー面で反射され、前記ミラーユニットの回転に応じて前記対象物に対して走査されつつ投光されるようになっているレーダー装置が開示されている。このようなミラーユニットを用いた場合、投光系から出射された光束が回転する第1ミラー面と第2ミラー面で反射された後に対象物に向かって照射され、ここで反射した後、再び第1ミラー面と第2ミラー面で反射された後に受光系に入射するので、原則的に投光された光の反射光のみが受光系に入射することとなり、外乱光に対する耐性を持ち、高い分解能を有し、更に広い視野を持つというメリットを有する。   Patent Document 1 discloses a rotating mirror unit having a first mirror surface and a second mirror surface that are inclined with respect to a rotation axis, and at least one that emits a light beam toward an object through the mirror unit. A light projection system including a light source, and the light beam emitted from the light source is reflected by the first mirror surface of the mirror unit and then travels toward the second mirror surface, and further the second A radar device is disclosed that is reflected by a mirror surface and projected while being scanned with respect to the object in accordance with the rotation of the mirror unit. When such a mirror unit is used, the luminous flux emitted from the light projecting system is reflected by the rotating first mirror surface and the second mirror surface, and then is irradiated toward the object. Since the light is incident on the light receiving system after being reflected by the first mirror surface and the second mirror surface, in principle, only the reflected light of the projected light is incident on the light receiving system. It has the advantage of having a resolution and a wider field of view.

特開2015−180956号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-180956 米国特許第7969558号明細書US Pat. No. 7,969,558

ここで特許文献1では、複数の光源を用いることで、縦歪曲を悪化させることなく走査ラインを増やせることについて開示がある。しかしながら、特許文献1に開示された構成上、ミラーユニットの回転軸線回りの検出範囲が制限されてしまうという問題がある。   Here, Patent Document 1 discloses that the number of scanning lines can be increased without deteriorating longitudinal distortion by using a plurality of light sources. However, the configuration disclosed in Patent Document 1 has a problem that the detection range around the rotation axis of the mirror unit is limited.

これに対し、特許文献2には、多数の光源と受光素子とを2次元的に配列させたユニットを回転させることで、光源から出射されたレーザー光の対象物からの反射光を、対応する受光素子で逐一受光可能な光測定装置が開示されている。かかる光測定装置によれば、360度の範囲で対象物検知を行うことが可能である。   In contrast, Patent Document 2 corresponds to reflected light from an object of laser light emitted from a light source by rotating a unit in which a large number of light sources and light receiving elements are two-dimensionally arranged. An optical measuring device capable of receiving light by a light receiving element one by one is disclosed. According to such an optical measurement device, it is possible to detect an object within a range of 360 degrees.

しかしながら、特許文献2の光測定装置においては、多数の光源と受光素子とを設けることでコストが膨大となるほか、光源や受光素子の給電や制御を外部からどのように行うかという問題がある。例えば接触式のロータリーコネクタなどを用いて多数の光源と受光素子に外部から給電や制御通信を行おうとすると、構成が大型化してしまうという問題がある他、ノイズの発生を招いたり取扱いが難しいなどの問題がある。これに対し、近年ではコイルによる電磁誘導等を用いて無線給電を行ったり、赤外線や光等を用いて無線通信を行える非接触式のコネクタも開発されてきており、これらを特許文献2の技術に適用すれば良いという考えもあるが、いずれにしてもコストを増大させ、また構成を複雑化させる原因となり得る。   However, the optical measurement device of Patent Document 2 has a problem of how to provide power and control of the light source and the light receiving element from the outside in addition to enormous cost by providing a large number of light sources and light receiving elements. . For example, if you use a contact-type rotary connector to supply power and control communication to a large number of light sources and light-receiving elements from the outside, there is a problem that the configuration will increase in size, as well as the occurrence of noise and difficulty in handling. There is a problem. On the other hand, in recent years, a non-contact type connector that can perform wireless power feeding using electromagnetic induction by a coil or wireless communication using infrared rays or light has been developed. However, in any case, it may increase the cost and complicate the configuration.

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、比較的簡素な構成で低コストでありながら、例えば180度を超える広範な検出エリアを持ち,かかる検出エリアに侵入した物体を有効に検知できる光走査型の対象物検知装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a relatively simple configuration and low cost, and has a wide detection area, for example, exceeding 180 degrees, and can effectively detect an object that has entered the detection area. An object is to provide an optical scanning type object detection device.

上記課題を解決するため、本発明の光走査型の対象物検知装置は、
回転軸線回りに回転する1つのミラーと、
光源及び受光部をそれぞれ備えた複数の投受光ユニットとを有し、
各投受光ユニットの前記光源から出射された光束は、前記ミラーで反射した後、前記ミラーの回転により走査投光され、前記走査投光された光束のうち対象物で散乱された光束の一部が、前記ミラーで反射した後、対応する前記投受光ユニットの前記受光部で受光されるよう構成されているものである。
In order to solve the above-described problem, an optical scanning type object detection device of the present invention includes:
One mirror rotating around the axis of rotation;
A plurality of light emitting and receiving units each having a light source and a light receiving unit,
A light beam emitted from the light source of each light projecting / receiving unit is reflected by the mirror, then scanned and projected by the rotation of the mirror, and a part of the light beam scattered by the object among the projected light beams However, after being reflected by the mirror, the light receiving unit of the corresponding light projecting / receiving unit is configured to receive light.

本発明によれば、比較的簡素な構成で低コストでありながら、例えば180度を超える広範な検出エリアを持ち,かかる検出エリアに侵入した物体を有効に検知できる光走査型の対象物検知装置を提供することができる。   According to the present invention, an optical scanning type object detection device having a wide detection area of, for example, 180 degrees and capable of effectively detecting an object that has entered the detection area, while having a relatively simple configuration and low cost. Can be provided.

第1の実施の形態にかかる光走査型の対象物検知装置としてのレーザーレーダーLRの断面図である。It is sectional drawing of the laser radar LR as an optical scanning type target object detection apparatus concerning 1st Embodiment. 本実施の形態にかかるレーザーレーダーLRの主要部の斜視図である。It is a perspective view of the principal part of the laser radar LR concerning this Embodiment. (a)は、ミラーユニットを構成する第2反射部材を回転軸線に沿った方向に見て示す模式図であり、(b)は、ミラーユニットを構成する第1反射部材を回転軸線に沿った方向に見て示す図である。(A) is a schematic diagram which shows the 2nd reflection member which comprises a mirror unit seeing in the direction along the rotation axis, (b) is the 1st reflection member which comprises a mirror unit along the rotation axis. FIG. レーザーレーダーLRの回転軸線方向に見た走査範囲を示す図であるIt is a figure which shows the scanning range seen in the rotating shaft direction of laser radar LR. レーザーレーダーLRにより対象物検知可能な範囲を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the range which can detect an object by laser radar LR. レーザーレーダーLRより出射されるスポット光SBの走査範囲を示す展開図である。It is a development view showing a scanning range of spot light SB emitted from laser radar LR. 本実施の形態の変形例にかかる図3と同様な図である。It is a figure similar to FIG. 3 concerning the modification of this Embodiment. 本実施の形態の変形例にかかる図4と同様な図である。It is a figure similar to FIG. 4 concerning the modification of this Embodiment. 図1〜6の実施の形態に相当するミラーユニットMUと、半導体レーザーLD1及びコリメートレンズCL1のみを示す実施例1の側面図である。7 is a side view of Example 1 showing only a mirror unit MU, a semiconductor laser LD1, and a collimating lens CL1 corresponding to the embodiment of FIGS. 図9の構成をX-X線で切断して矢印方向に見た図である。It is the figure which cut | disconnected the structure of FIG. 9 by the XX line and looked at the arrow direction. 図7,8の実施の形態に相当するミラーユニットMUと、半導体レーザーLD1及びコリメートレンズCL1のみを示す実施例2の側面図である。9 is a side view of Example 2 showing only a mirror unit MU corresponding to the embodiment of FIGS. 7 and 8, a semiconductor laser LD1, and a collimating lens CL1. FIG. 図11の構成をXII-XII線で切断して矢印方向に見た図である。It is the figure which cut | disconnected the structure of FIG. 11 by the XII-XII line | wire, and looked at the arrow direction. 上述した実施の形態に用いることができる半導体レーザーLD1とコリメートレンズCL1の種々の例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the various examples of semiconductor laser LD1 and collimating lens CL1 which can be used for embodiment mentioned above. 第2の実施の形態にかかる光走査型の対象物検知装置としてのレーザーレーダーLRの斜視図である。It is a perspective view of laser radar LR as an optical scanning type target object detection device concerning a 2nd embodiment. レーザーレーダーLRにおいてカバーを取り外した状態で示す斜視図である。It is a perspective view shown in the state where a cover was removed in laser radar LR. 本実施の形態にかかるレーザーレーダーLRの断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section of the laser radar LR concerning this Embodiment. 本実施の形態にかかる走査ユニットSUの筐体を除く主要部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the principal part except the housing | casing of the scanning unit SU concerning this Embodiment. 走査ユニットSUを回転軸線RO1の方向に見た図である。It is the figure which looked at the scanning unit SU in the direction of rotation axis RO1. ミラーユニットMUが1回転する間に、2つの投受光装置OPDからの出射光束で走査できるユニット回転走査範囲ARを示す図である。It is a figure which shows the unit rotation scanning range AR which can be scanned with the emitted light beam from two light projection / reception apparatus OPD, while the mirror unit MU carries out 1 rotation. 走査ユニットSUが、回転軸線RO2回りに天球の赤道方向(α方向)に回転変位するのに伴って、一部重なりつつ変位するユニット回転走査範囲ARを水平方向に見た図である。It is the figure which looked at the unit rotation scanning range AR which is displaced while overlapping partially as the scanning unit SU rotates and displaces around the rotation axis RO2 in the equator direction (α direction) of the celestial sphere. 図20中の部位XXIを拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the site | part XXI in FIG. レーザーレーダーLRにより対象物検知可能な360度全天CSPを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the 360-degree all-sky CSP which can detect an object with the laser radar LR. 別の実施の形態にかかる走査ユニットSUの主要部を示す図である。It is a figure which shows the principal part of the scanning unit SU concerning another embodiment. 更に別な実施の形態にかかるレーザーレーダーLRの斜視図である。It is a perspective view of the laser radar LR concerning another embodiment. 別な実施の形態にかかる走査ユニットSUを回転軸線RO1の方向に見た図である。It is the figure which looked at the scanning unit SU concerning another embodiment in the direction of rotation axis RO1. 別な実施の形態において、ミラーユニットMUが1回転する間に、2つの投受光装置OPDからの出射光束で走査できるユニット回転走査範囲ARを示す図である。In another embodiment, it is a diagram showing a unit rotation scanning range AR that can be scanned with light beams emitted from two light projecting and receiving devices OPD while the mirror unit MU rotates once. 別な実施の形態におけるレーザーレーダーLRにより対象物検知可能な360度全天CSPを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the 360-degree all-sky CSP which can detect a target object with the laser radar LR in another embodiment.

(第1の実施の形態)
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図1は、第1の実施の形態にかかる光走査型の対象物検知装置としてのレーザーレーダーLRの断面図である。図2は、本実施の形態にかかるレーザーレーダーLRの主要部の斜視図であるが、対象物へ向かうレーザー光(実線)と対象物からの反射光(一点鎖線)は、それぞれ光軸のみ示している。図3(a)は、ミラーユニットを構成する第2反射部材を回転軸線に沿った方向に見て示す模式図であり、図3(b)は、ミラーユニットを構成する第1反射部材を回転軸線に沿った方向に見て示す図であり、回転軸線に対する反射面の傾斜角を反射面毎に付している。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a laser radar LR as an optical scanning type object detection device according to the first embodiment. FIG. 2 is a perspective view of the main part of the laser radar LR according to the present embodiment. The laser beam (solid line) directed to the object and the reflected light (dashed line) from the object only show the optical axes. ing. FIG. 3A is a schematic diagram showing the second reflecting member constituting the mirror unit as viewed in the direction along the rotation axis, and FIG. 3B is a diagram illustrating the rotating first reflecting member constituting the mirror unit. It is a figure seen from the direction along an axis, and the inclination-angle of the reflective surface with respect to a rotating shaft is attached | subjected for every reflective surface.

図1において、レーザーレーダーLRは、第1投受光装置(投受光ユニット)OPD1と、第2投受光装置(投受光ユニット)OPD2と、回転するミラーユニット(ミラー)MUとを有し、これらは筐体CS(図4参照)に保持されている。第1投受光装置OPD1は、レーザー光束LB1を出射するパルス式の半導体レーザー(光源)LD1と、半導体レーザーLD1から出射されたレーザー光束LB1を透過するコリメートレンズCL1と、対象物からの反射光RB1を集光するレンズLS1と、集光された反射光RB1を受光するフォトダイオード(受光部)PD1とを有する。又、第2投受光装置OPD2は、レーザー光束LB2を出射するパルス式の半導体レーザー(光源)LD2と、半導体レーザーLD2から出射されたレーザー光束LB2を透過するコリメートレンズCL2と、対象物からの反射光RB2を集光するレンズLS2と、集光された反射光RB2を受光するフォトダイオード(受光部)PD2とを有する。   In FIG. 1, the laser radar LR includes a first light projecting / receiving device (projecting / receiving unit) OPD1, a second light projecting / receiving device (projecting / receiving unit) OPD2, and a rotating mirror unit (mirror) MU. It is held in the casing CS (see FIG. 4). The first light projecting / receiving device OPD1 includes a pulsed semiconductor laser (light source) LD1 that emits a laser beam LB1, a collimator lens CL1 that transmits the laser beam LB1 emitted from the semiconductor laser LD1, and reflected light RB1 from the object. And a photodiode (light receiving unit) PD1 that receives the collected reflected light RB1. The second light projecting / receiving device OPD2 includes a pulsed semiconductor laser (light source) LD2 that emits a laser beam LB2, a collimator lens CL2 that transmits the laser beam LB2 emitted from the semiconductor laser LD2, and a reflection from an object. It has a lens LS2 that collects the light RB2, and a photodiode (light receiving unit) PD2 that receives the collected reflected light RB2.

ミラーユニットMUは、第1投受光装置OPD1のコリメートレンズCL1を介して出射されたレーザー光束LB1を反射しつつ、回転に応じて筐体CSの透明板(不図示)を介して対象物に対して走査すると共に、透明板を介して対象物から戻ってきた反射光RB1を反射して、第1投受光装置OPD1のレンズLS1に入射させ、更に第2投受光装置OPD2のコリメートレンズCL2を介して出射されたレーザー光束LB2を反射しつつ、回転に応じて筐体CSの透明板(不図示)を介して対象物に対して走査すると共に、透明板を介して対象物から戻ってきた反射光RB2を反射して、第2投受光装置OPD2のレンズLS2に入射させる機能を有する。図示していないが、透明板は筐体CSの窓部に取り付けられ、出射光に対して傾いていると好ましい。詳細は後述するが、半導体レーザーLD1,LD2から出射された光束は、対象物に投射される際に走査角方向(走査方向)よりも副走査角方向(走査直交方向)に長くなっていると好ましい。又、フォトダイオードPD1,PD2は、走査直交方向に並んだ複数の受光領域を有していると好ましいが、受光領域を2次元配置したものでも良い。   The mirror unit MU reflects the laser light beam LB1 emitted through the collimator lens CL1 of the first light projecting / receiving device OPD1 and applies an object to the object through a transparent plate (not shown) of the housing CS according to the rotation. The reflected light RB1 returned from the object through the transparent plate is reflected and incident on the lens LS1 of the first light projecting / receiving device OPD1, and further via the collimating lens CL2 of the second light projecting / receiving device OPD2. While reflecting the laser beam LB2 emitted in this manner, the object is scanned through a transparent plate (not shown) of the housing CS according to the rotation, and the reflection is returned from the object through the transparent plate. It has a function of reflecting the light RB2 and making it incident on the lens LS2 of the second light projecting / receiving device OPD2. Although not shown, it is preferable that the transparent plate is attached to the window portion of the housing CS and is inclined with respect to the emitted light. Although details will be described later, the light beams emitted from the semiconductor lasers LD1 and LD2 are longer in the sub-scanning angle direction (scanning orthogonal direction) than the scanning angle direction (scanning direction) when projected onto the object. preferable. The photodiodes PD1 and PD2 preferably have a plurality of light receiving areas arranged in the direction perpendicular to the scanning direction, but the light receiving areas may be two-dimensionally arranged.

第1投受光装置OPD1及び第2投受光装置OPD2の光軸(ここではレーザー光束LB1,LB2の断面中心とする)は、ミラーユニットMUの回転軸RXに対して直交している。但し、第1投受光装置OPD1及び第2投受光装置OPD2の光軸は、装置サイズや形状、光学素子の配置等の都合により、回転軸直交方向から多少傾いていても良い。また、第1投受光装置OPD1及び第2投受光装置OPD2の光軸は、回転軸線RX回りに略180°離れて配置されていると好ましい。ここで、略180°とは、180°±5°であるものとする。   The optical axes of the first light projecting and receiving device OPD1 and the second light projecting and receiving device OPD2 (here, the center of the cross section of the laser light beams LB1 and LB2) are orthogonal to the rotation axis RX of the mirror unit MU. However, the optical axes of the first light projecting / receiving device OPD1 and the second light projecting / receiving device OPD2 may be slightly inclined from the direction orthogonal to the rotation axis depending on the size, shape, arrangement of optical elements, and the like. In addition, it is preferable that the optical axes of the first light projecting / receiving device OPD1 and the second light projecting / receiving device OPD2 are arranged approximately 180 ° apart about the rotation axis RX. Here, substantially 180 ° is assumed to be 180 ° ± 5 °.

ミラーユニットMUは、筐体CS(図4参照)により、軸線である回転軸RX回りに回転可能に保持されており、図2,3に示すように、第1反射部材RF1と第2反射部材RF2とを組み合わせて形成されている。樹脂製であって等肉厚カップ状の第1反射部材RF1は、図3(b)を参照して、その外表面に回転軸RXを中心とする正三角形状の接合面RF1aと、接合面RF1aの各辺に交差する略扇形の3つの反射面(第1ミラー面)RF1c、RF1d、RF1eと、各反射面に接する円筒状の外周面RF1f(図2)とを有している。接合面RF1aの中央には、中央開口RF1gが形成されている。   The mirror unit MU is held by a casing CS (see FIG. 4) so as to be rotatable about a rotation axis RX that is an axis, and as shown in FIGS. 2 and 3, the first reflecting member RF1 and the second reflecting member. It is formed in combination with RF2. As shown in FIG. 3B, the first reflecting member RF1 made of resin and having an equal thickness cup shape has an equilateral triangular joining surface RF1a centered on the rotation axis RX on the outer surface, and a joining surface. It has three substantially fan-shaped reflecting surfaces (first mirror surfaces) RF1c, RF1d, and RF1e that intersect each side of RF1a, and a cylindrical outer peripheral surface RF1f (FIG. 2) that contacts each reflecting surface. A central opening RF1g is formed at the center of the bonding surface RF1a.

第1反射部材RF1と同様に樹脂製であって等肉厚カップ状の第2反射部材RF2は、図3(a)を参照して、その外表面に回転軸RXを中心とする正三角形状の接合面RF2aと、接合面RF2aの各辺に交差する略扇形の3つの反射面(第2ミラー面)RF2c、RF2d、RF2eと、各反射面に接する円筒状の外周面RF2f(図3)とを有している。接合面RF2aの中央には、中央開口RF2gが形成されている。   Similar to the first reflecting member RF1, the second reflecting member RF2 made of resin and having an equal thickness cup shape has an equilateral triangular shape centered on the rotation axis RX on the outer surface with reference to FIG. Bonding surface RF2a, three substantially fan-shaped reflection surfaces (second mirror surfaces) RF2c, RF2d, and RF2e intersecting each side of the bonding surface RF2a, and a cylindrical outer peripheral surface RF2f in contact with each reflection surface (FIG. 3) And have. A central opening RF2g is formed at the center of the bonding surface RF2a.

ここで、反射面RF1cの回転軸RXに対する傾斜角を44°とし、反射面RF1dの回転軸RXに対する傾斜角を45°とし、反射面RF1eの回転軸RXに対する傾斜角を46°とする。一方、反射面RF2cの回転軸RXに対する傾斜角を44°とし、反射面RF2dの回転軸RXに対する傾斜角を45°とし、反射面RF2eの回転軸RXに対する傾斜角を46°とする。   Here, the inclination angle of the reflection surface RF1c with respect to the rotation axis RX is 44 °, the inclination angle of the reflection surface RF1d with respect to the rotation axis RX is 45 °, and the inclination angle of the reflection surface RF1e with respect to the rotation axis RX is 46 °. On the other hand, the inclination angle of the reflection surface RF2c with respect to the rotation axis RX is 44 °, the inclination angle of the reflection surface RF2d with respect to the rotation axis RX is 45 °, and the inclination angle of the reflection surface RF2e with respect to the rotation axis RX is 46 °.

第1反射部材RF1及び第2反射部材RF2は、射出成形によって形成され、その表面にアルミ、金、銀などの蒸着等による成膜を行うことで反射面を得ることができる。このように、各反射面の回転軸RXに対する傾斜角を個々に変更している場合には、射出成形で形成することにより各反射面の精度を出しやすいというメリットがある。   The first reflecting member RF1 and the second reflecting member RF2 are formed by injection molding, and a reflecting surface can be obtained by forming a film by vapor deposition of aluminum, gold, silver or the like on the surface thereof. As described above, when the inclination angle of each reflection surface with respect to the rotation axis RX is individually changed, there is an advantage that the accuracy of each reflection surface can be easily obtained by forming by injection molding.

第1反射部材RF1と第2反射部材RF2とは、図1に示すように、接合面RF1a、RF2aを対向させ、間に三角形板状の孔付きスペーサSPを介在させ、円筒段付き状の軸CYをそれぞれ中央開口RF1g、RF2gに挿通して嵌合させ、ボルトBTを用いてこれらを固定することで組み立てられる。軸CYを回転駆動するモータMTは、筐体CSに固定される。   As shown in FIG. 1, the first reflecting member RF1 and the second reflecting member RF2 are configured such that the joint surfaces RF1a and RF2a are opposed to each other, a triangular plate-shaped spacer with a hole SP is interposed therebetween, and a cylindrical stepped shaft is provided. The CY is assembled by inserting and fitting the CY through the central openings RF1g and RF2g, respectively, and fixing them using bolts BT. A motor MT that rotationally drives the shaft CY is fixed to the casing CS.

上述したように、第1反射部材RF1と第2反射部材RF2とは成形で精度良く形成できるので、中央開口RF1g、RF2gに挿通した軸CYのガイドによって相互の軸線が一致するように組み付けることができる。組付時には、反射面RF1cを反射面RF2cと対になるように対向させ、反射面RF1dを反射面RF2dと対になるように対向させ、反射面RF1eを反射面RF2eと対になるように対向させて回転方向の位相を設定するものとする。尚、以上の製造方法にかかわらず、第1反射部材RF1と第2反射部材RF2とは一体で形成されても良い。   As described above, since the first reflecting member RF1 and the second reflecting member RF2 can be accurately formed by molding, the first reflecting member RF1 and the second reflecting member RF2 can be assembled so that their axes coincide with each other by the guide of the axis CY inserted through the central openings RF1g and RF2g. it can. At the time of assembly, the reflecting surface RF1c is opposed to be paired with the reflecting surface RF2c, the reflecting surface RF1d is opposed to be paired with the reflecting surface RF2d, and the reflecting surface RF1e is opposed to be paired with the reflecting surface RF2e. It is assumed that the phase in the rotational direction is set. Regardless of the manufacturing method described above, the first reflecting member RF1 and the second reflecting member RF2 may be integrally formed.

次に、レーザーレーダーLRの測距動作について説明する。図4は、レーザーレーダーLRの回転軸線方向に見た走査範囲を示す図であるが、ミラーユニットMUは下半部のみ示し、投受光装置OPD1,OPD2は簡略図示している。更に対象物検知可能な範囲(G1,G2)を模式的にハッチングで示しているが、レーザーレーダーLRの筐体CSのサイズに対して実際の検知可能限界は図示より大きくなっている。図5は、レーザーレーダーLRにより対象物検知可能な範囲を模式的に示す斜視図である。図6は、レーザーレーダーLRより出射されるスポット光SBの走査範囲を示す展開図であり、建造物等の対象物とともに示している。図2において、不図示の駆動源からの駆動によりミラーユニットMUが定速回転している状態で、第1投受光装置OPD1の半導体レーザーLD1からパルス状に間欠的に出射されたレーザー光束は、第1反射部材RF1の反射面RF1cの点P1に入射し、ここで反射され、回転軸RXに沿って、または回転軸RXから所定角度傾いて進行し、更に第2反射部材RF2の反射面RF2cの点P2で反射して対象物側に走査投光される。このとき点P1,P2は、ミラーユニットMUの回転に応じて反射面上を周方向に移動する。そして、ミラーユニットMUの回転により、反射面RF1d、RF2dに相対移動し、更にミラーユニットMUの回転により、反射面RF1e、RF2eに相対移動することとなる。   Next, the distance measuring operation of the laser radar LR will be described. FIG. 4 is a diagram showing a scanning range viewed in the direction of the rotation axis of the laser radar LR. The mirror unit MU is shown only in the lower half, and the light projecting / receiving devices OPD1 and OPD2 are simply shown. Further, the range (G1, G2) in which the object can be detected is schematically shown by hatching, but the actual detectable limit is larger than that shown in the figure with respect to the size of the casing CS of the laser radar LR. FIG. 5 is a perspective view schematically showing a range in which an object can be detected by the laser radar LR. FIG. 6 is a development view showing the scanning range of the spot light SB emitted from the laser radar LR, which is shown together with an object such as a building. In FIG. 2, the laser beam emitted intermittently in pulses from the semiconductor laser LD1 of the first light projecting / receiving device OPD1 in a state where the mirror unit MU rotates at a constant speed by driving from a driving source (not shown) The light enters the point P1 of the reflection surface RF1c of the first reflection member RF1, is reflected here, travels along the rotation axis RX, or advances at a predetermined angle from the rotation axis RX, and further reflects the reflection surface RF2c of the second reflection member RF2. Is reflected at the point P2 and scanned and projected to the object side. At this time, the points P1 and P2 move in the circumferential direction on the reflecting surface according to the rotation of the mirror unit MU. Then, the mirror unit MU rotates relative to the reflecting surfaces RF1d and RF2d, and the mirror unit MU rotates further to the reflecting surfaces RF1e and RF2e.

同様に、第2投受光装置OPD2の半導体レーザーLD2からパルス状に間欠的に出射されたレーザー光束は、ミラーユニットMUの回転に応じて正対した第1反射部材RF1の反射面に入射し、ここで反射され、回転軸RXに沿って、または回転軸RXから所定角度傾いて進行し、更に第2反射部材RF2の反射面で反射して対象物側に走査投光される。   Similarly, the laser beam emitted intermittently in a pulse form from the semiconductor laser LD2 of the second light projecting / receiving device OPD2 is incident on the reflecting surface of the first reflecting member RF1 that is directly opposed according to the rotation of the mirror unit MU, The light is reflected here, travels along the rotational axis RX, or travels at a predetermined angle from the rotational axis RX, and is further reflected by the reflecting surface of the second reflecting member RF2 and scanned and projected to the object side.

図6において、レーザー光束LB1により対象物に照射されるスポット光をSB1とし、レーザー光束LB2により対象物に照射されるスポット光をSB2とする。スポット光SB1,SB2は、ミラーユニットMUの回転に応じて、レーザーレーダーLRの検出範囲G上を水平方向に走査される。検出範囲Gにおける0°から180°の第1範囲G1にわたってスポット光SB1が走査され、検出範囲Gにおける180°から360°の第2範囲G2にわたってスポット光SB2が走査されるようになっている。   In FIG. 6, the spot light irradiated on the object by the laser beam LB1 is SB1, and the spot light irradiated on the object by the laser beam LB2 is SB2. The spot lights SB1 and SB2 are scanned in the horizontal direction on the detection range G of the laser radar LR according to the rotation of the mirror unit MU. The spot light SB1 is scanned over a first range G1 of 0 ° to 180 ° in the detection range G, and the spot light SB2 is scanned over a second range G2 of 180 ° to 360 ° in the detection range G.

ここで、ミラーユニットMUの反射面は、上述したように、それぞれ回転軸RXに対する傾斜角が異なっている。よって、第1投受光装置OPD1から出射され、対となった反射面RF1c、RF2cにて反射したレーザー光であるスポット光SB1は、ミラーユニットMUの回転に応じて、第1範囲G1の一番上の領域Ln11を水平方向に左から右へと走査される。次に、対となった反射面RF1d、RF2dにて反射したレーザー光であるスポット光SB1は、ミラーユニットMUの回転に応じて、第1範囲Gの上から二番目の領域Ln12を水平方向に左から右へと走査される。次に、対となった反射面RF1e、RF2eにて反射したレーザー光であるスポット光SB1は、ミラーユニットMUの回転に応じて、第1範囲Gの上から三番目の領域Ln13を水平方向に左から右へと走査される。   Here, as described above, the reflection surfaces of the mirror units MU have different inclination angles with respect to the rotation axis RX. Therefore, the spot light SB1, which is the laser light emitted from the first light projecting / receiving device OPD1 and reflected by the pair of reflecting surfaces RF1c, RF2c, is the first in the first range G1 according to the rotation of the mirror unit MU. The upper region Ln11 is scanned in the horizontal direction from left to right. Next, the spot light SB1, which is the laser light reflected by the pair of reflecting surfaces RF1d and RF2d, moves horizontally in the second region Ln12 from the top of the first range G according to the rotation of the mirror unit MU. Scanned from left to right. Next, the spot light SB1, which is the laser light reflected by the pair of reflecting surfaces RF1e and RF2e, moves horizontally in the third region Ln13 from the top of the first range G according to the rotation of the mirror unit MU. Scanned from left to right.

以上とは走査タイミングがずれているが、第2投受光装置OPD2から出射され、対となった反射面RF1c、RF2cにて反射したレーザー光であるスポット光SB2は、ミラーユニットMUの回転に応じて、第2範囲G2の一番上の領域Ln21を水平方向に左から右へと走査される。次に、対となった反射面RF1d、RF2dにて反射したレーザー光であるスポット光SB2は、ミラーユニットMUの回転に応じて、第2範囲G2の上から二番目の領域Ln22を水平方向に左から右へと走査される。次に、対となった反射面RF1e、RF2eにて反射したレーザー光であるスポット光SB2は、ミラーユニットMUの回転に応じて、第2範囲G2の上から三番目の領域Ln23を水平方向に左から右へと走査される。   Although the scanning timing is different from the above, the spot light SB2, which is laser light emitted from the second light projecting / receiving device OPD2 and reflected by the pair of reflecting surfaces RF1c, RF2c, corresponds to the rotation of the mirror unit MU. Thus, the uppermost region Ln21 of the second range G2 is scanned in the horizontal direction from left to right. Next, the spot light SB2 that is the laser light reflected by the pair of reflecting surfaces RF1d and RF2d moves in the horizontal direction in the second region Ln22 from the second range G2 in accordance with the rotation of the mirror unit MU. Scanned from left to right. Next, the spot light SB2, which is the laser light reflected by the pair of reflecting surfaces RF1e, RF2e, moves in the horizontal direction in the third region Ln23 from the second range G2 according to the rotation of the mirror unit MU. Scanned from left to right.

つまり、ミラーユニットMUが1回転することで、検出範囲G全体の走査が完了する。その後、対となった反射面RF1c、RF2cが戻ってくれば、再び検出範囲Gの一番上からの走査を繰り返すこととなる。尚、パルス状に発光する半導体レーザーLD1,LD2の一方を発光させているときに、他方の発光を停止させるようにすれば、迷光の影響を回避できる。   That is, the scanning of the entire detection range G is completed when the mirror unit MU rotates once. Thereafter, if the paired reflecting surfaces RF1c and RF2c return, scanning from the top of the detection range G is repeated again. If one of the semiconductor lasers LD1 and LD2 that emit light in a pulsed manner is caused to emit light, the other light emission can be stopped to avoid the influence of stray light.

又、図3,4に示す配置関係から明らかであるが、第1投受光装置OPD1から出射されたレーザー光束LB1が、反射面RF1cの中央に入射するときに、第2投受光装置OPD2から出射されたレーザー光束LB2が、反射面RF1eに入射を開始する。つまりレーザー光束LB1,LB2は、回転軸線方向に見て互いに90°シフトしつつ、ミラーユニットMUから出射されることとなる(図5参照)。   3 and 4, the laser beam LB1 emitted from the first light projecting / receiving device OPD1 is emitted from the second light projecting / receiving device OPD2 when entering the center of the reflecting surface RF1c. The laser beam LB2 thus made starts to enter the reflecting surface RF1e. That is, the laser beams LB1 and LB2 are emitted from the mirror unit MU while being shifted by 90 ° from each other when viewed in the rotation axis direction (see FIG. 5).

図2において、スポット光SB1が照射された対象物から反射した散乱光の一部は反射光RB1となり、再び第2反射部材RF2の反射面RF2c等に入射し、ここで反射され、回転軸RXに沿って、または回転軸RXから所定角度傾いて進行し、更に第1反射部材RF1の反射面RF1c等で反射して、レンズLS1により集光され、フォトダイオードPD1の受光面で検知されることとなる。一方、スポット光SB2が照射された対象物から反射した散乱光の一部は反射光RB2となり、再び第2反射部材RF2の反射面RF2c等に入射し、ここで反射され、回転軸RXに沿って、または回転軸RXから所定角度傾いて進行し、更に第1反射部材RF1の反射面RF1c等で反射して、レンズLS2により集光され、フォトダイオードPD2の受光面で検知されることとなる。これにより図4〜6に示すように、レーザーレーダーLRの周囲360度の範囲に渡って対象物検知を行える。このとき、レーザー光束LB1,LB2の出射時刻に基づいてミラーユニットMUの回転角度が分かり、またレーザー光束LB1,LB2の出射時刻と、対象物から反射してきた反射光RB1,RB2の受光時刻との差から対象物までの距離が分かるので、レーザーレーダーLRを基準として対象物の位置を精度良く割り出すことができる。   In FIG. 2, a part of the scattered light reflected from the object irradiated with the spot light SB1 becomes reflected light RB1, again enters the reflecting surface RF2c of the second reflecting member RF2, etc., is reflected here, and is rotated by the rotation axis RX. Or is inclined at a predetermined angle from the rotation axis RX, further reflected by the reflecting surface RF1c of the first reflecting member RF1, etc., collected by the lens LS1, and detected by the light receiving surface of the photodiode PD1. It becomes. On the other hand, a part of the scattered light reflected from the object irradiated with the spot light SB2 becomes reflected light RB2, and is incident again on the reflecting surface RF2c of the second reflecting member RF2, and is reflected here, along the rotation axis RX. Or is inclined at a predetermined angle from the rotation axis RX, further reflected by the reflecting surface RF1c of the first reflecting member RF1, etc., collected by the lens LS2, and detected by the light receiving surface of the photodiode PD2. . Thereby, as shown in FIGS. 4 to 6, the object can be detected over a range of 360 degrees around the laser radar LR. At this time, the rotation angle of the mirror unit MU is known based on the emission times of the laser beams LB1 and LB2, and the emission time of the laser beams LB1 and LB2 and the reception times of the reflected lights RB1 and RB2 reflected from the object are determined. Since the distance to the object can be known from the difference, the position of the object can be accurately determined based on the laser radar LR.

ところで、回転する3枚の反射面に対してレーザー光束を入射させたときに、理論上、1枚の反射面から走査されるレーザー光束の走査角は240°となる。しかるに、検出効率を高めるには、ミラーユニットMUの反射面に入射するレーザー光束LB1,LB2に、ある程度の幅を持たせる必要があるが、これが原因で走査角を240°フルに確保できないという課題がある。より具体的に説明すると、例えば図3に点線で示すように、反射面RF1cの周方向の縁にレーザー光束LB1が跨がるように照射されると、一方のレーザー光束LB1は反射面RF1cで反射されるが、残りのレーザー光束LB1はそれに隣接する反射面RF1d又はRF1eで反射されてしまうこととなる。   By the way, when a laser beam is incident on three rotating reflecting surfaces, the scanning angle of the laser beam scanned from one reflecting surface is theoretically 240 °. However, in order to increase the detection efficiency, it is necessary to give the laser beams LB1 and LB2 incident on the reflection surface of the mirror unit MU to have a certain width, but this causes a problem that the scanning angle cannot be secured at 240 ° full. There is. More specifically, for example, as shown by a dotted line in FIG. 3, when the laser beam LB1 is irradiated so as to straddle the circumferential edge of the reflection surface RF1c, one laser beam LB1 is reflected on the reflection surface RF1c. Although reflected, the remaining laser beam LB1 is reflected by the reflection surface RF1d or RF1e adjacent thereto.

かかる場合、反射面RF1cで反射されたレーザー光束LB1による対象物からの反射光は、適切にフォトダイオードPD1で受光されるが、反射面RF1c以外から反射されたレーザー光束LB1による対象物からの反射光は、フォトダイオードPD1で受光することができず、場合によっては第2投受光装置OPD2のフォトダイオードPD2で検出されてしまい、それにより誤検出を招く恐れがある。同様の課題は、他の反射面でも生じうる。   In such a case, the reflected light from the object by the laser beam LB1 reflected by the reflecting surface RF1c is appropriately received by the photodiode PD1, but is reflected from the object by the laser beam LB1 reflected from other than the reflecting surface RF1c. The light cannot be received by the photodiode PD1, and may be detected by the photodiode PD2 of the second light projecting / receiving device OPD2 in some cases, which may lead to erroneous detection. Similar problems can occur with other reflective surfaces.

このような誤検出を回避すべく、半導体レーザーLD1を制御する不図示の制御部が、ミラーユニットMUの回転角を検出しながら、各反射面の周方向の縁にレーザー光束LB1がかかる前に、半導体レーザーLD1の発光を停止するようにしている。同様な制御は、半導体レーザーLD2においても行われる。しかしながら、このように半導体レーザーの発光制御を行うと、レーザー光束の走査角をフルに使用することができなくなる。本発明者らが行った検討によれば、回転する3枚の反射面に対してレーザー光束を入射させたときに、1枚の反射面から走査されるレーザー光束の走査角は少なくとも180°となることがわかった。従って、周方向に並んで3枚の反射面を持つミラーユニットMUに対して、投受光装置を2つ用いることで、360°全周にわたって対象物検知を行うことができる。その実施例については後述する。   In order to avoid such erroneous detection, a control unit (not shown) that controls the semiconductor laser LD1 detects the rotation angle of the mirror unit MU before the laser beam LB1 is applied to the circumferential edge of each reflecting surface. The emission of the semiconductor laser LD1 is stopped. Similar control is performed in the semiconductor laser LD2. However, if the emission control of the semiconductor laser is performed in this way, the scanning angle of the laser beam cannot be fully used. According to a study conducted by the present inventors, when a laser beam is incident on three rotating reflecting surfaces, the scanning angle of the laser beam scanned from one reflecting surface is at least 180 °. I found out that Therefore, by using two light projecting / receiving devices for the mirror unit MU having three reflecting surfaces arranged in the circumferential direction, the object can be detected over the entire 360 ° circumference. Examples thereof will be described later.

図7は、本実施の形態の変形例にかかる図3と同様な図であり、図8は、本実施の形態の変形例にかかる図4と同様な図である。上述した実施の形態に対して、主として異なる点を説明する。本変形例のレーザーレーダーLRは、3つの投受光装置OPD1,OPD2,OPD3と、1つのミラーユニットMUとを有する。各投受光装置OPD1,OPD2,OPD3は、上述した実施の形態と同様な構成を有するが、図8に示すように、回転軸線RX回りに略120°間隔で配置されている。ここで、略120°とは、120°±5°であるものとする。   FIG. 7 is a view similar to FIG. 3 according to a modification of the present embodiment, and FIG. 8 is a view similar to FIG. 4 according to a modification of the present embodiment. Differences from the above-described embodiment are mainly described. The laser radar LR of this modification has three light projecting / receiving devices OPD1, OPD2, OPD3 and one mirror unit MU. Each of the light projecting / receiving devices OPD1, OPD2, and OPD3 has the same configuration as that of the above-described embodiment, but as shown in FIG. 8, it is arranged at intervals of about 120 ° around the rotation axis RX. Here, approximately 120 ° is assumed to be 120 ° ± 5 °.

一方、本変形例のミラーユニットMUは,4対の反射面を有する。具体的に、第1反射部材RF1は、図7(b)を参照して、周方向に並んで4つの反射面(第1ミラー面)RF1c、RF1d、RF1e、RF1hを有している。又、第2反射部材RF2は、図7(a)を参照して、周方向に並んで4つの反射面(第2ミラー面)RF2c、RF2d、RF2e、RF2hを,それぞれ対向するようにして有している。   On the other hand, the mirror unit MU of this modification has four pairs of reflecting surfaces. Specifically, with reference to FIG. 7B, the first reflecting member RF1 has four reflecting surfaces (first mirror surfaces) RF1c, RF1d, RF1e, and RF1h arranged in the circumferential direction. Further, referring to FIG. 7A, the second reflecting member RF2 has four reflecting surfaces (second mirror surfaces) RF2c, RF2d, RF2e, and RF2h arranged in the circumferential direction so as to face each other. doing.

ここで、反射面RF1cの回転軸RXに対する傾斜角を44°とし、反射面RF1dの回転軸RXに対する傾斜角を45°とし、反射面RF1eの回転軸RXに対する傾斜角を46°とし、反射面RF1hの回転軸RXに対する傾斜角を47°とする。一方、反射面RF2cの回転軸RXに対する傾斜角を44°とし、反射面RF2dの回転軸RXに対する傾斜角を45°とし、反射面RF2eの回転軸RXに対する傾斜角を46°とし、反射面RF2hの回転軸RXに対する傾斜角を47°とする。   Here, the inclination angle of the reflection surface RF1c with respect to the rotation axis RX is 44 °, the inclination angle of the reflection surface RF1d with respect to the rotation axis RX is 45 °, the inclination angle of the reflection surface RF1e with respect to the rotation axis RX is 46 °, and the reflection surface The inclination angle of RF1h with respect to the rotation axis RX is 47 °. On the other hand, the inclination angle of the reflection surface RF2c with respect to the rotation axis RX is 44 °, the inclination angle of the reflection surface RF2d with respect to the rotation axis RX is 45 °, the inclination angle of the reflection surface RF2e with respect to the rotation axis RX is 46 °, and the reflection surface RF2h. The inclination angle with respect to the rotation axis RX is 47 °.

本変形例においても、ミラーユニットMUの反射面が、それぞれ回転軸RXに対する傾斜角が異なっている。よって、投受光装置OPD1〜OPD3から出射され、対となった反射面RF1c、RF2cにて反射したレーザー光であるスポット光(不図示)は、ミラーユニットMUの回転に応じて、各範囲G1〜G3の鉛直方向(図8で紙面垂直方向)一番上の領域を水平方向に左から右へと走査される。次に、対となった反射面RF1d、RF2dにて反射したレーザー光であるスポット光は、ミラーユニットMUの回転に応じて、各範囲G1〜G3の鉛直方向上から二番目の領域を水平方向に左から右へと走査される。次に、対となった反射面RF1e、RF2eにて反射したレーザー光であるスポット光SB1は、ミラーユニットMUの回転に応じて、各範囲G1〜G3の鉛直方向上から三番目の領域を水平方向に左から右へと走査される。次に、対となった反射面RF1h、RF2hにて反射したレーザー光であるスポット光は、ミラーユニットMUの回転に応じて、各範囲G1〜G3の鉛直方向上から四番目の領域を水平方向に左から右へと走査される。以上により、レーザーレーダーLRの周囲360度の範囲に渡って対象物検知を行える。   Also in this modification, the reflection surfaces of the mirror unit MU have different inclination angles with respect to the rotation axis RX. Therefore, spot light (not shown), which is laser light emitted from the light projecting / receiving devices OPD1 to OPD3 and reflected by the pair of reflecting surfaces RF1c and RF2c, varies according to the rotation of the mirror unit MU. The top region of G3 in the vertical direction (the vertical direction in FIG. 8) is scanned from left to right in the horizontal direction. Next, the spot light, which is the laser light reflected by the paired reflecting surfaces RF1d and RF2d, passes through the second region from the top in the vertical direction of each of the ranges G1 to G3 according to the rotation of the mirror unit MU in the horizontal direction. Scanned from left to right. Next, the spot light SB1, which is the laser light reflected by the pair of reflecting surfaces RF1e and RF2e, horizontally moves the third region from the top in the vertical direction of each range G1 to G3 according to the rotation of the mirror unit MU. Scanned in the direction from left to right. Next, the spot light, which is the laser light reflected by the pair of reflecting surfaces RF1h and RF2h, moves in the horizontal direction in the fourth region from the top in the vertical direction of each range G1 to G3 according to the rotation of the mirror unit MU. Scanned from left to right. As described above, the object can be detected over a range of 360 degrees around the laser radar LR.

ここで、回転する4枚の反射面に対してレーザー光束を入射させたときに、理論上、1枚の反射面から走査されるレーザー光束の走査角は180°となるが、上述した理由により走査角を180°フルに確保できない。本発明者らが行った検討によれば、回転する4枚の反射面に対してレーザー光束を入射させたときに、1枚の反射面から走査されるレーザー光束の走査角は少なくとも90°となることがわかった。従って、周方向に並んで4枚の反射面を持つミラーユニットMUに対して、投受光装置を3つ用いることで、360°全周にわたって対象物検知を行うことができる。その実施例については後述する。   Here, when a laser beam is incident on four rotating reflecting surfaces, the scanning angle of the laser beam scanned from one reflecting surface is theoretically 180 °. The scanning angle cannot be secured at 180 ° full. According to a study conducted by the present inventors, when a laser beam is incident on four rotating reflecting surfaces, the scanning angle of the laser beam scanned from one reflecting surface is at least 90 °. I found out that Therefore, the object detection can be performed over the entire 360 ° circumference by using three light projecting / receiving devices for the mirror unit MU having four reflecting surfaces arranged in the circumferential direction. Examples thereof will be described later.

(実施例1)
図9は、図1〜6の実施の形態に相当するミラーユニットMUと、半導体レーザーLD1及びコリメートレンズCL1のみを示す実施例1の側面図であり、図10は、図9の構成をX-X線で切断して矢印方向に見た図である。尚、ミラーユニットMUは、主として反射面以外を省略している。
(Example 1)
9 is a side view of Example 1 showing only a mirror unit MU corresponding to the embodiment of FIGS. 1 to 6, a semiconductor laser LD1, and a collimating lens CL1, and FIG. 10 shows the configuration of FIG. It is the figure which cut | disconnected and looked at the arrow direction. Incidentally, the mirror unit MU is mainly omitted except for the reflecting surface.

実施例1において、半導体レーザーLD1から出射されたレーザー光束LB1のビーム広がり角は28°(半値全幅)であり、これを焦点距離f=6mmのコリメートレンズCL1に透過させることで、ビーム径φ=5.5mm(中心の強度を100%としたときに、強度が95%となる位置の径)の略平行光に変換し、回転軸線RXに直交する方向に沿って、ミラーユニットMUの反射面RF1cに入射させている。このときの入射位置は、回転軸線RXと反射面RF1cの中心線とでなす仮想面が、レーザー光束LB1の光軸OA1と重なるミラーユニットMUの回転位置(図10参照)で、光軸OA1と反射面RF1cとの交点CP1と、回転軸線RXとの距離Δ1が8mmとなる位置とする。   In Example 1, the beam divergence angle of the laser beam LB1 emitted from the semiconductor laser LD1 is 28 ° (full width at half maximum), and is transmitted through the collimator lens CL1 having a focal length f = 6 mm, so that the beam diameter φ = The reflective surface of the mirror unit MU is converted into substantially parallel light of 5.5 mm (diameter at which the intensity is 95% when the intensity at the center is 100%) and along the direction orthogonal to the rotation axis RX. It is incident on RF1c. The incident position at this time is the rotational position of the mirror unit MU (see FIG. 10) where the virtual plane formed by the rotational axis RX and the center line of the reflecting surface RF1c overlaps the optical axis OA1 of the laser beam LB1, and the optical axis OA1 The distance Δ1 between the intersection point CP1 with the reflection surface RF1c and the rotation axis RX is set to 8 mm.

ミラーユニットMUを回転軸線RX回りに回転させると、その回転角に応じて、交点CP1は点線で示すように周方向に反射面上を移動するが、反射面RF1c内で反射するレーザー光束LB1を有効に使用できるのは、反射面RF1cの周方向の縁EGにかからない(点線で示す位置間の)最大の許容角度θ1の範囲である。上述の仕様にかかる実施例1によれば、許容角度θ1=100°となる。よって、レーザー光束LB1の振れ幅は100°×2=200°となるから、2つの投受光装置を設けることで、合計400°の対象物検知範囲をカバーできることとなる。この場合、全周を超えた余剰分(400°−360°)=40°は、検知範囲のマージンとして使用できるので製造時の冗長性等が高まる。   When the mirror unit MU is rotated around the rotation axis RX, the intersection CP1 moves on the reflection surface in the circumferential direction as indicated by the dotted line, but the laser beam LB1 reflected in the reflection surface RF1c is reflected. The range that can be used effectively is the range of the maximum allowable angle θ1 (between the positions indicated by the dotted line) that does not reach the circumferential edge EG of the reflecting surface RF1c. According to the first embodiment related to the above specification, the allowable angle θ1 = 100 °. Therefore, since the fluctuation width of the laser beam LB1 is 100 ° × 2 = 200 °, by providing two light projecting / receiving devices, a total object detection range of 400 ° can be covered. In this case, a surplus exceeding the entire circumference (400 ° -360 °) = 40 ° can be used as a margin of the detection range, so that redundancy during manufacturing is increased.

(実施例2)
図11は、図7,8の実施の形態に相当するミラーユニットMUと、半導体レーザーLD1及びコリメートレンズCL1のみを示す実施例2の側面図であり、図12は、図11の構成をXII-XII線で切断して矢印方向に見た図である。尚、ミラーユニットMUは、主として反射面以外を省略している。
(Example 2)
FIG. 11 is a side view of Example 2 showing only the mirror unit MU corresponding to the embodiment of FIGS. 7 and 8, the semiconductor laser LD1, and the collimating lens CL1, and FIG. 12 shows the configuration of FIG. It is the figure which cut | disconnected by the XII line and looked at the arrow direction. Incidentally, the mirror unit MU is mainly omitted except for the reflecting surface.

実施例2において、半導体レーザーLD1から出射されたレーザー光束LB1のビーム広がり角は28°(半値全幅)であり、これを焦点距離f=6mmのコリメートレンズCL1に透過させることで、ビーム径φ=5.5mm(中心の強度を100%としたときに、強度が95%となる位置の径)の略平行光に変換し、回転軸線RXに直交する方向に沿って、ミラーユニットMUの反射面RF1cに入射させている。このときの入射位置は、回転軸線RXと反射面RF1cの中心線とでなす仮想面が、レーザー光束LB1の光軸OA1と重なるミラーユニットMUの回転位置(図10参照)で、光軸OA1と反射面RF1cとの交点CP2と、回転軸線RXとの距離Δ2が8mmとなる位置とする。   In Example 2, the beam divergence angle of the laser beam LB1 emitted from the semiconductor laser LD1 is 28 ° (full width at half maximum), and is transmitted through the collimator lens CL1 having a focal length f = 6 mm, so that the beam diameter φ = The reflective surface of the mirror unit MU is converted into substantially parallel light of 5.5 mm (diameter at which the intensity is 95% when the intensity at the center is 100%) and along the direction orthogonal to the rotation axis RX. It is incident on RF1c. The incident position at this time is the rotational position of the mirror unit MU (see FIG. 10) where the virtual plane formed by the rotational axis RX and the center line of the reflecting surface RF1c overlaps the optical axis OA1 of the laser beam LB1, and the optical axis OA1 The distance Δ2 between the intersection CP2 with the reflection surface RF1c and the rotation axis RX is 8 mm.

ミラーユニットMUを回転軸線RX回りに回転させると、その回転角に応じて、交点CP2は点線で示すように周方向に反射面上を移動するが、反射面RF1c内で反射するレーザー光束LB1を有効に使用できるのは、反射面RF1cの周方向の縁EGにかからない(点線で示す位置間の)最大の許容角度θ2の範囲である。上述の仕様にかかる実施例2によれば、許容角度θ2=70°となる。よって、レーザー光束LB1の振れ幅は70°×2=140°となるから、3つの投受光装置を設けることで、合計420°の対象物検知範囲をカバーできることとなる。この場合、全周を超えた余剰分(420°−360°)=60°は、検知範囲のマージンとして使用できるので製造時の冗長性等が高まる。   When the mirror unit MU is rotated about the rotation axis RX, the intersection point CP2 moves on the reflection surface in the circumferential direction as indicated by the dotted line according to the rotation angle, but the laser beam LB1 reflected in the reflection surface RF1c is reflected. The range of the maximum allowable angle θ2 (between the positions indicated by the dotted lines) that does not reach the circumferential edge EG of the reflecting surface RF1c can be used effectively. According to the second embodiment related to the above specification, the allowable angle θ2 = 70 °. Therefore, since the fluctuation width of the laser beam LB1 is 70 ° × 2 = 140 °, by providing three light projecting / receiving devices, a total object detection range of 420 ° can be covered. In this case, a surplus exceeding the entire circumference (420 ° -360 °) = 60 ° can be used as a margin of the detection range, so that redundancy at the time of manufacture is increased.

図13は、上述した実施の形態に用いることができる半導体レーザーLD1とコリメートレンズCL1の種々の例を示す斜視図であるが、出射されたレーザー光の断面をハッチングで示している。図において、Z方向を光軸方向とし、Y方向を走査方向に対応する方向とし、X方向を走査直交方向に対応する方向とする。図13(a)に示す例では、半導体レーザーLD1の発光部LPから、略円形断面のレーザー光束LB1が出射される。このレーザー光束LB1は、シリンドリカルレンズCL1を介して整形され、不図示のミラーユニットMUに対して照射される。シリンドリカルレンズCL1は、透過するレーザー光束LB1の断面において、Y方向の寸法を変えず、X方向の寸法を引き延ばすように整形する。これにより、対象物に向かって走査投光されるレーザー光束LB1の断面形状において、走査方向の寸法よりも走査直交方向の寸法が大きくなる。   FIG. 13 is a perspective view showing various examples of the semiconductor laser LD1 and the collimating lens CL1 that can be used in the above-described embodiment, and shows a cross section of the emitted laser light by hatching. In the figure, the Z direction is the optical axis direction, the Y direction is the direction corresponding to the scanning direction, and the X direction is the direction corresponding to the scanning orthogonal direction. In the example shown in FIG. 13A, a laser beam LB1 having a substantially circular cross section is emitted from the light emitting portion LP of the semiconductor laser LD1. This laser beam LB1 is shaped through a cylindrical lens CL1, and is irradiated to a mirror unit MU (not shown). The cylindrical lens CL1 shapes the cross section of the transmitted laser beam LB1 so as to extend the dimension in the X direction without changing the dimension in the Y direction. Thereby, in the cross-sectional shape of the laser beam LB1 that is projected and projected toward the object, the dimension in the scanning orthogonal direction becomes larger than the dimension in the scanning direction.

図13(b)に示す例では、半導体レーザーLD1の発光部LPから、Y方向を短軸とし、X方向を長軸とする略楕円断面のレーザー光束LB1が出射される。このレーザー光束LB1は、コリメートレンズCL1を介して略平行光束に変換され、不図示のミラーユニットMUに対して照射される。従って、対象物に向かって走査投光されるレーザー光束LB1の断面形状において、走査方向の寸法よりも走査直交方向の寸法が大きくなる。   In the example shown in FIG. 13B, a laser beam LB1 having a substantially elliptical cross section with the Y direction as the short axis and the X direction as the long axis is emitted from the light emitting portion LP of the semiconductor laser LD1. This laser beam LB1 is converted into a substantially parallel beam through the collimator lens CL1, and is irradiated to a mirror unit MU (not shown). Accordingly, in the cross-sectional shape of the laser beam LB1 that is scanned and projected toward the object, the dimension in the scanning orthogonal direction is larger than the dimension in the scanning direction.

図13(c)に示す例では、半導体レーザーLD1に3つの発光部LPがX方向に並んで設けられ、各発光部LPから、略円形断面のレーザー光束LB1が出射される。3本のレーザー光束LB1は、コリメートレンズCL1を介して略平行光束に変換され、互いに隙間なく接した状態で、不図示のミラーユニットMUに対して照射される。X方向に隙間なく並んだレーザー光束LB1は、対象物に向かって走査投光される際に、走査方向の寸法よりも走査直交方向の寸法が大きくなる。尚、半導体レーザーLD2及びコリメートレンズCL2に関しても、以上と同様なものを用いることができる。   In the example shown in FIG. 13C, three light emitting portions LP are arranged in the X direction on the semiconductor laser LD1, and a laser beam LB1 having a substantially circular cross section is emitted from each light emitting portion LP. The three laser light beams LB1 are converted into substantially parallel light beams via the collimating lens CL1, and are irradiated to a mirror unit MU (not shown) in a state of being in contact with each other without a gap. When the laser beam LB1 aligned in the X direction without a gap is scanned and projected toward the object, the dimension in the scanning orthogonal direction is larger than the dimension in the scanning direction. Note that the same semiconductor laser LD2 and collimator lens CL2 can be used.

(第2の実施の形態)
図14は、本実施の形態にかかる光走査型の対象物検知装置としてのレーザーレーダーLRの斜視図である。図15は、レーザーレーダーLRにおいてカバーを取り外した状態で示す斜視図である。図16は、本実施の形態にかかるレーザーレーダーLRの断面の模式図であり、図17は、本実施の形態にかかる走査ユニットSUの筐体を除く主要部を示す斜視図であるが、構成要素の形状や長さ等、実際と異なる場合がある。
(Second Embodiment)
FIG. 14 is a perspective view of a laser radar LR as an optical scanning type object detection device according to the present embodiment. FIG. 15 is a perspective view showing the laser radar LR with the cover removed. FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of the laser radar LR according to the present embodiment, and FIG. 17 is a perspective view showing a main part excluding the casing of the scanning unit SU according to the present embodiment. The shape and length of the elements may differ from the actual ones.

図14,15に示すように、レーザーレーダーLRは、基台BSと、基台BSに対して回転可能な走査ユニットSUとからなる。図16において、筐体CSの本体BDは、基台BSに固定されたロータリーコネクタRCに軸SH2を介して連結されている。ロータリーコネクタRCは、回転する走査ユニットSUの光源や受光部と、固定された外部の制御装置(不図示)との間でGiGE通信によりデータの転送を無接点で可能とする共に、外部の電源(不図示)から走査ユニットSUに給電を無接点で可能とするものである。   As shown in FIGS. 14 and 15, the laser radar LR includes a base BS and a scanning unit SU that can rotate with respect to the base BS. In FIG. 16, the main body BD of the housing CS is connected to a rotary connector RC fixed to the base BS via a shaft SH2. The rotary connector RC enables contactless data transfer by GiGE communication between the light source and light receiving unit of the rotating scanning unit SU and a fixed external control device (not shown), and also provides an external power supply. The power supply from the (not shown) to the scanning unit SU is possible without contact.

軸SH2は第1ギヤGR1に連結されており、第1ギヤGR1は、基台BSに固定された基台モータMT2の回転軸に連結された第2ギヤGR2に噛合している。ここでは、軸SH2の回転軸線(第2の回転軸線)RO2は、鉛直方向に延在しているものとする。基台モータMT2の回転力は、第2ギヤGR2及び第1ギヤGR1を介して軸SH2に伝達され、走査ユニットSUの筐体CSを所定速で回転させるようになっている。基台モータMT2と、第2ギヤGR2と、第1ギヤGR1と、軸SH2とで回転ユニットを構成する。   The shaft SH2 is connected to the first gear GR1, and the first gear GR1 meshes with the second gear GR2 connected to the rotation shaft of the base motor MT2 fixed to the base BS. Here, it is assumed that the rotation axis (second rotation axis) RO2 of the axis SH2 extends in the vertical direction. The rotational force of the base motor MT2 is transmitted to the shaft SH2 via the second gear GR2 and the first gear GR1, and rotates the casing CS of the scanning unit SU at a predetermined speed. The base motor MT2, the second gear GR2, the first gear GR1, and the shaft SH2 constitute a rotation unit.

図16に示すように、筐体CSは本体BDとカバーCVとを組み合わせてなる中空ボックス状である。カバーCVの側部には、光束を入出射可能な窓部WSが形成されており、窓部WSにはガラスや樹脂製の湾曲した透明板TRが嵌め込まれている。筐体CSの内部に、走査ユニットSUの主要部が収容されている。   As shown in FIG. 16, the casing CS has a hollow box shape in which a main body BD and a cover CV are combined. A window WS capable of entering and exiting a light beam is formed on the side of the cover CV, and a curved transparent plate TR made of glass or resin is fitted into the window WS. The main part of the scanning unit SU is accommodated in the housing CS.

図15、17に示すように、走査ユニットSUは2つの投受光装置(投受光ユニット)OPDを有している。図16,17において、投受光装置OPDは、例えばレーザー光束を出射するパルス式の半導体レーザー(光源)LDと、半導体レーザーLDからの発散光の発散角を狭め、略平行光に変換するコリメートレンズCLと、コリメートレンズCLで略平行とされたレーザー光を、回転するミラー面により対象物側に向かって走査投光すると共に、走査投光された対象物からの散乱光を反射させるミラーユニット(ミラー)MUと、ミラーユニットMUで反射された対象物からの散乱光を集光するレンズLSと、レンズLSにより集光された光を受光するフォトダイオード(受光部)PDとを有する。フォトダイオードPDは、例えばAPD(アバランシェ・フォトダイオード)等の増幅率の高い受光素子であり、ミラーユニットMUの回転軸線RO1に沿った方向(走査直交方向)に複数の(ここでは6つの)素子を並べて配置したラインセンサであると,高い分解能を持つので好ましい。   As shown in FIGS. 15 and 17, the scanning unit SU has two light projecting / receiving devices (light projecting / receiving units) OPD. 16 and 17, a light projecting / receiving device OPD includes, for example, a pulsed semiconductor laser (light source) LD that emits a laser beam, and a collimating lens that narrows the divergence angle of the divergent light from the semiconductor laser LD and converts it into substantially parallel light. A mirror unit (which projects CL and laser light substantially parallel by the collimator lens CL toward the object side by a rotating mirror surface and reflects scattered light from the object that has been scanned and projected) A mirror) MU, a lens LS for collecting scattered light from the object reflected by the mirror unit MU, and a photodiode (light receiving unit) PD for receiving the light collected by the lens LS. The photodiode PD is a light receiving element having a high amplification factor, such as an APD (avalanche photodiode), and a plurality of (six in this case) elements in a direction (scanning orthogonal direction) along the rotation axis RO1 of the mirror unit MU. A line sensor arranged side by side is preferable because it has high resolution.

半導体レーザーLDと、コリメートレンズCLとで投光系LPSを構成し、レンズLSと、フォトダイオードPDとで受光系RPSを構成している。投光系LPS及び受光系RPSの光軸は、ミラーユニットMUの回転軸線RO1に対して略直交している。   The semiconductor laser LD and the collimating lens CL constitute a light projecting system LPS, and the lens LS and the photodiode PD constitute a light receiving system RPS. The optical axes of the light projecting system LPS and the light receiving system RPS are substantially orthogonal to the rotation axis RO1 of the mirror unit MU.

図16に示すようにミラーユニットMUは、2つの四角錐を逆向きに接合して一体化したごとき形状を有し、すなわち対になって向き合う方向に傾いたミラー面M1、M2を4対有している。各対のミラー面M1、M2の交差角は、それぞれ異なっている。回転軸線RO1に対して傾いてなるミラー面M1、M2は、ミラーユニットの形状をした樹脂素材(例えばPC)の表面に、反射膜を蒸着することにより形成されていると好ましい。尚、ミラー面M1,M2は3対、又は5対以上設けても良い。   As shown in FIG. 16, the mirror unit MU has a shape in which two quadrangular pyramids are joined together in opposite directions, that is, four pairs of mirror surfaces M1 and M2 that are inclined in a direction facing each other. doing. The crossing angles of each pair of mirror surfaces M1 and M2 are different. The mirror surfaces M1 and M2 inclined with respect to the rotation axis RO1 are preferably formed by depositing a reflective film on the surface of a resin material (for example, PC) in the shape of a mirror unit. The mirror surfaces M1 and M2 may be provided in 3 pairs or 5 pairs or more.

図15に示すように、ミラーユニットMUは、筐体CSに固定されたミラーモータMT1の軸SH1に連結され、所定速で回転駆動されるようになっている。ここでは、軸SH1の回転軸線(第1の回転軸線)RO1は、水平方向に延在しているものとする。   As shown in FIG. 15, the mirror unit MU is connected to the shaft SH1 of the mirror motor MT1 fixed to the casing CS, and is driven to rotate at a predetermined speed. Here, the rotation axis (first rotation axis) RO1 of the axis SH1 is assumed to extend in the horizontal direction.

次に、レーザーレーダーLRの対象物検知動作について説明する。図15、16において、半導体レーザーLDからパルス状に間欠的に出射された発散光は、コリメートレンズCLで略平行光束に変換され、回転するミラーユニットMUの第1ミラー面M1に入射し、ここで反射され、更に第2ミラー面M2で反射した後、透明板TRを透過して外部の対象物側に縦長(ここでは鉛直方向よりも水平方向に長い)の矩形断面を持つレーザースポット光として走査投光される。すなわち、少なくとも対象物に入射する際の走査投光された出射光束の断面は、走査方向(後述するθ方向)よりも走査直交方向(後述するα方向)に長くなっている。ここで、コリメートレンズCLからの出射光束は、回転するミラーユニットMUにより走査されることとなる。この走査方向をθ方向とする。   Next, the object detection operation of the laser radar LR will be described. 15 and 16, the divergent light intermittently emitted from the semiconductor laser LD in a pulse shape is converted into a substantially parallel light beam by the collimator lens CL, and is incident on the first mirror surface M1 of the rotating mirror unit MU. As a laser spot light having a rectangular cross section that is vertically long (here, longer in the horizontal direction than in the vertical direction) on the external object side after passing through the transparent plate TR after being reflected by the second mirror surface M2. Scanned light is emitted. That is, at least the cross section of the emitted light beam that has been projected and projected when entering the object is longer in the scanning orthogonal direction (α direction described later) than in the scanning direction (θ direction described later). Here, the emitted light beam from the collimating lens CL is scanned by the rotating mirror unit MU. This scanning direction is defined as the θ direction.

図17は、走査ユニットSUを回転軸線RO1の方向に見た図である。図17中、VLは鉛直線であり、点線で示すミラーユニットMUは、一方の投光系LPSの光軸が、その角と交差する回転角度位置にある。ここで、半導体レーザーLDからコリメートレンズCLを介して出射された光束は、回転するミラーユニットMUにおいて反射されるが、ミラー面M1,M2の回転方向における端から端まで使用することで、理論上は180°の走査角βを持つといえる。しかしながら、実際にはミラーユニットMUの形状や大きさが制限されるため、有効な走査角β’は大凡100°前後である。   FIG. 17 is a diagram when the scanning unit SU is viewed in the direction of the rotation axis RO1. In FIG. 17, VL is a vertical line, and the mirror unit MU indicated by the dotted line is at a rotation angle position at which the optical axis of one light projecting system LPS intersects the angle. Here, the light beam emitted from the semiconductor laser LD through the collimator lens CL is reflected by the rotating mirror unit MU, but theoretically, it is used from end to end in the rotation direction of the mirror surfaces M1 and M2. Can be said to have a scan angle β of 180 °. However, since the shape and size of the mirror unit MU are actually limited, the effective scanning angle β ′ is approximately 100 °.

そこで、本実施の形態においては、2つの投受光装置OPDを設け、且つ2つの投光系LPSの(α方向における)交差角γを90°として走査範囲の一部が重なるようにしており、これにより図19に示すように、天球の子午線方向において洩れのない対象物検知が可能になる。又、基台BSをタワー等に設置した場合にも、レーザーレーダーLRの水平方向より下方の角度まで出射光束が届くため、地上から接近する対象物なども検知できる。更に、2つの投受光装置OPDを並行して動作させることで、走査ユニットSUの1回転で360度全天を2回走査できるから、走査効率が高まる。図19に示すARは、ミラーユニットMUが1回転する間に、2つの投受光装置OPDからの出射光束で走査できるユニット回転走査範囲を示している。   Therefore, in the present embodiment, two light projecting / receiving devices OPD are provided, and an intersection angle γ (in the α direction) of the two light projecting systems LPS is set to 90 ° so that a part of the scanning range overlaps. As a result, as shown in FIG. 19, it is possible to detect an object without leakage in the meridian direction of the celestial sphere. Even when the base BS is installed on a tower or the like, the emitted light beam reaches an angle below the horizontal direction of the laser radar LR, so that an object approaching from the ground can be detected. Furthermore, by operating the two light projecting / receiving devices OPD in parallel, the entire sky can be scanned twice by one rotation of the scanning unit SU, so that the scanning efficiency is improved. AR shown in FIG. 19 indicates a unit rotation scanning range in which scanning can be performed with the light beams emitted from the two light projecting / receiving devices OPD while the mirror unit MU rotates once.

更に,走査ユニットSUは、基台BSに対して回転軸線RO2の回りに回転するので、それと共にユニット回転走査範囲ARは、回転軸線RO2の回りを天球の赤道方向に変位することとなる。この変位方向をα方向とする(図20参照)。   Furthermore, since the scanning unit SU rotates around the rotation axis RO2 with respect to the base BS, the unit rotation scanning range AR is displaced around the rotation axis RO2 in the equator direction of the celestial sphere. This displacement direction is defined as α direction (see FIG. 20).

基台モータMT2とミラーモータMT1は、速度を精密に制御できるステッピングモータであると好ましい。   The base motor MT2 and the mirror motor MT1 are preferably stepping motors capable of precisely controlling the speed.

図20は、走査ユニットSUが、回転軸線RO2回りに天球の赤道方向(α方向)に回転変位するのに伴って、一部重なりつつ変位するユニット回転走査範囲ARを水平方向に見た図であり、図21は、図20中の部位XXIを拡大して示す図である。上述したように、ミラーユニットMUの第1ミラー面M1と第2ミラー面M2の組み合わせにおいて、それぞれ交差角が異なっている。一方の投受光装置OPDからの出射光束SBは、回転する第1ミラー面M1と第2ミラー面M2にて、順次反射される。まず1番対の第1ミラー面M1と第2ミラー面M2にて反射した出射光束SBは、ミラーユニットMUの回転に応じて、図21で最も右の走査ラインLn1に沿って上から下へ向かって走査される。ここでは、一対のミラー面M1,M2よる走査を1走査と定義する。   FIG. 20 is a diagram in which the unit rotation scanning range AR that is displaced while overlapping partially as the scanning unit SU is rotationally displaced about the rotation axis RO2 in the equator direction (α direction) of the celestial sphere is seen in the horizontal direction. FIG. 21 is an enlarged view of a part XXI in FIG. As described above, the crossing angles are different in the combination of the first mirror surface M1 and the second mirror surface M2 of the mirror unit MU. The outgoing light beam SB from one light projecting / receiving device OPD is sequentially reflected by the rotating first mirror surface M1 and second mirror surface M2. First, the outgoing light beam SB reflected by the first pair of the first mirror surface M1 and the second mirror surface M2 moves from top to bottom along the rightmost scanning line Ln1 in FIG. 21 according to the rotation of the mirror unit MU. Scanned towards. Here, scanning by the pair of mirror surfaces M1 and M2 is defined as one scanning.

次に、2番対の第1ミラー面M1と第2ミラー面M2で反射した出射光束SBは、ミラーユニットMUの回転に応じて、図21で右から二番目の走査ラインLn2に沿って上から下へ向かって走査されるが、走査ユニットSU自体が回転軸線RO2の回りに回転しているので、θ方向の位置が同じである場合に、走査ラインLn2に沿って走査(後行して走査)される出射光束SBは、走査ラインLn1に沿って走査(先行して走査)される出射光束SBに対して、α方向に所定量ずれることとなる。これにより、図22に示すように、360度全天CSPを検出エリアとする抜けのない対象物検知が可能になる。   Next, the outgoing light beam SB reflected by the second pair of the first mirror surface M1 and the second mirror surface M2 rises along the second scanning line Ln2 from the right in FIG. 21 according to the rotation of the mirror unit MU. However, since the scanning unit SU itself rotates about the rotation axis RO2, when the position in the θ direction is the same, scanning along the scanning line Ln2 (following The emitted light beam SB to be scanned is shifted by a predetermined amount in the α direction with respect to the emitted light beam SB scanned (scanned in advance) along the scanning line Ln1. As a result, as shown in FIG. 22, it is possible to detect the object without missing using the 360-degree all-sky CSP as the detection area.

ここで、図21に示すように、走査投光される出射光束SBのα方向の広がり角(回転軸線RO2から出射光束SBのα方向の両端に向かう二本の線のなす角)をdαとし、1回目の走査により走査投光される出射光束SBと、2回目の走査により走査投光される出射光束SBとの重なり角(回転軸線RO2から、出射光束SB同士の重なった部位におけるα方向の両端に向かう二本の線のなす角)をdとしたときに、式(1)を満たす。
0<d<dα/2 (1)
Here, as shown in FIG. 21, the spread angle in the α direction of the emitted light beam SB to be projected and projected (the angle formed by two lines from the rotation axis RO2 toward both ends in the α direction of the emitted light beam SB) is dα. The overlapping angle of the outgoing light beam SB scanned and projected by the first scanning and the outgoing light beam SB scanned and projected by the second scanning (from the rotation axis RO2 in the α direction at the portion where the outgoing light beams SB overlap each other) Equation (1) is satisfied, where d is an angle formed by two lines toward both ends.
0 <d <dα / 2 (1)

重なり角dが(1)式の下限を超えることで、1回目の走査により走査投光される出射光束SBと、2回目の走査により走査投光される出射光束SBとの間に隙間がなくなり、対象物検知の洩れを抑制できる。一方、重なり角dが(1)式の上限を下回ることで、出射光束の重なり量を抑えて、走査効率を向上させることができる。   When the overlap angle d exceeds the lower limit of the expression (1), there is no gap between the outgoing light beam SB scanned and projected by the first scan and the outgoing light beam SB scanned and projected by the second scan. , Leakage of object detection can be suppressed. On the other hand, when the overlap angle d is less than the upper limit of the expression (1), the overlap amount of the emitted light beams can be suppressed and the scanning efficiency can be improved.

次に、3番対の第1ミラー面M1と第2ミラー面M2で反射した出射光束SBは、ミラーユニットMUの回転に応じて、図21で右から三番目の走査ラインLn3に沿って上から下へ向かって走査される。2回目の走査により走査投光される出射光束SBと、3回目の走査により走査投光される出射光束SBとの関係も、(1)式を満たす。   Next, the outgoing light beam SB reflected by the third pair of the first mirror surface M1 and the second mirror surface M2 rises along the third scanning line Ln3 from the right in FIG. 21 according to the rotation of the mirror unit MU. Is scanned downward. The relationship between the outgoing light beam SB scanned and projected by the second scan and the outgoing light beam SB scanned and projected by the third scan also satisfies the equation (1).

次に、4番対の第1ミラー面M1と第2ミラー面で反射した出射光束SBは、ミラーユニットMUの回転に応じて、図21で最も左の走査ラインLn4に沿って上から下へ向かって走査される。3回目の走査により走査投光される出射光束SBと、4回目の走査により走査投光される出射光束SBとの関係も、(1)式を満たす。以上によりミラーユニットMUの1回転による走査が完了する。そして、ミラーユニットMUが1回転した後、1番対の第1ミラー面M1と第2ミラー面M2が出射光束SBを入射する位置に戻ってくれば、再び走査ラインLn1に沿った走査を繰り返す。このとき、新たな1回目の走査により走査投光される出射光束SBと、先行する4回目の走査により走査投光される出射光束SBとの関係も、(1)式を満たす。   Next, the outgoing light beam SB reflected by the fourth pair of the first mirror surface M1 and the second mirror surface moves from top to bottom along the leftmost scanning line Ln4 in FIG. 21 according to the rotation of the mirror unit MU. Scanned towards. The relationship between the emitted light beam SB scanned and projected by the third scan and the emitted light beam SB scanned and projected by the fourth scan also satisfies the expression (1). Thus, the scanning by one rotation of the mirror unit MU is completed. Then, after the mirror unit MU makes one rotation, if the first pair of the first mirror surface M1 and the second mirror surface M2 return to the position where the outgoing light beam SB is incident, the scanning along the scanning line Ln1 is repeated again. . At this time, the relationship between the outgoing light beam SB scanned and projected by the new first scan and the outgoing light beam SB scanned and projected by the preceding fourth scan also satisfies the equation (1).

更に図16において、走査投光された光束のうち対象物に当たると、そこで散乱された散乱光の一部が、再び透明板TRを透過して筐体CS内のミラーユニットMUの第2ミラー面M2に入射し、ここで反射され、更に第1ミラー面M1で反射された後、レンズLSにより集光されて、フォトダイオードPDの受光面で検知されることとなる。不図示の回路にて、半導体レーザーLDの出射時と、フォトダイオードPDの検出時との時間差を求めることで、対象物までの距離が分かる。   Further, in FIG. 16, when the scanned light beam hits the object, a part of the scattered light scattered there passes again through the transparent plate TR and the second mirror surface of the mirror unit MU in the housing CS. The light is incident on M2, reflected here, and further reflected by the first mirror surface M1, and then collected by the lens LS and detected by the light receiving surface of the photodiode PD. By obtaining a time difference between when the semiconductor laser LD is emitted and when the photodiode PD is detected by a circuit (not shown), the distance to the object can be obtained.

しかるに、対象物からの散乱光は、例え第2ミラー面M2と第1ミラー面M1の全面でそれぞれ反射したとしても、開口絞りとして機能するレンズLS(ここでは円形とするが、円形に限られない)により絞られるので、最終的にフォトダイオードPDに入射するのはその一部となる。つまり、図16のハッチングで示す散乱光以外は、フォトダイオードPDに入射せず受光に用いられないこととなる。ここで、レンズLSにより集光される光束を受光光束RBとすると、図17に一点鎖線で示すように、第2ミラー面M2、第1ミラー面M1を介して、所定の断面を有する受光光束RBがレンズLSに入射することとなる。本実施の形態では、フォトダイオードPDを6つの素子を並べて配置したラインセンサとしているので、1走査における対象物からの受光光束RBを6つに分割して受光し、高い分解能で対象物を検知することができる。尚、他方の投受光装置OPDにおいても、回転軸線RO2の反対側で、並行して同様な動作を行うようになっている。   However, even if the scattered light from the object is reflected by the entire surfaces of the second mirror surface M2 and the first mirror surface M1, the lens LS functioning as an aperture stop (here, circular, but limited to a circular shape). Therefore, a part of the light finally enters the photodiode PD. That is, light other than the scattered light shown by hatching in FIG. 16 does not enter the photodiode PD and is not used for light reception. Here, assuming that the light beam condensed by the lens LS is a received light beam RB, the received light beam having a predetermined cross section via the second mirror surface M2 and the first mirror surface M1, as shown by a one-dot chain line in FIG. RB enters the lens LS. In this embodiment, since the photodiode PD is a line sensor in which six elements are arranged side by side, the received light beam RB from the object in one scan is divided into six and received, and the object is detected with high resolution. can do. In the other light projecting / receiving apparatus OPD, the same operation is performed in parallel on the opposite side of the rotation axis RO2.

本実施の形態によれば、α方向に広い幅を持つ出射光束と、α方向に対応する方向に複数の素子を並べたラインセンサとしてのフォトダイオードPDとを用いることで、1走査でα方向に幅広い検知が可能であるから、走査効率を向上させることができる。又、ミラーユニットMUを回転させることでθ方向を走査することができ、必要な範囲に限定した走査が可能になる。特に、単一のミラー面でθ方向を360°にわたって走査する場合と比較すると、不要な空間(ここでは地平線以下)を走査していた分をθ方向に振り分けられるため、ミラーユニット1回転でθ方向に複数の(ここでは4回の)走査が可能になる。以上より、360度全天の検出エリアを隙間なく、高速で走査が可能となり、あらゆる方向から侵入する対象物を検知できる。更に、検知した対象物の3次元極座標を求め、また規定時間を開けて検知した同じ対象物の3次元極座標を求めることで、その速度を計算することもできる。   According to the present embodiment, by using an emitted light beam having a wide width in the α direction and the photodiode PD as a line sensor in which a plurality of elements are arranged in a direction corresponding to the α direction, the α direction can be obtained in one scan. Since a wide range of detection is possible, the scanning efficiency can be improved. Further, by rotating the mirror unit MU, it is possible to scan in the θ direction, and it is possible to perform scanning limited to a necessary range. In particular, as compared with a case where the θ direction is scanned over 360 ° with a single mirror surface, an unnecessary space (here, below the horizon) can be distributed in the θ direction. Multiple (here, 4) scans in the direction are possible. As described above, a 360-degree all-sky detection area can be scanned at high speed without any gap, and an object that enters from all directions can be detected. Further, the three-dimensional polar coordinates of the detected object can be obtained, and the three-dimensional polar coordinates of the same object detected with a predetermined time can be obtained to calculate the speed.

更に、本実施の形態によれば、第1ミラー面M1に対向して第2ミラー面M2を配置したミラーユニットMUを用いているので、出射されたレーザー光は、回転するミラーユニットMUの第1ミラー面M1に入射し、ここで反射され、回転軸に沿って進行し、さらに第2ミラー面M2で反射して対象物に走査投光される。この構成により対象物に照射されるスポット光の縦歪曲とスポットの回転を抑制し、広い視野範囲を持ちつつ分解能の変化を抑制できる。   Furthermore, according to the present embodiment, since the mirror unit MU in which the second mirror surface M2 is disposed facing the first mirror surface M1 is used, the emitted laser light is emitted from the rotating mirror unit MU. The light enters the first mirror surface M1, is reflected here, travels along the rotation axis, is further reflected by the second mirror surface M2, and is scanned and projected onto the object. With this configuration, it is possible to suppress the vertical distortion and the rotation of the spot light irradiated to the object, and to suppress a change in resolution while having a wide visual field range.

図23は、別の実施の形態にかかる走査ユニットSUの主要部を示す図である。本実施の形態においては、光源として半導体レーザーの代わりに、ファイバーレーザーを用いている。ファイバーレーザーは、コアに希土類を添加した特殊な光ファイバーに励起光を入れ、特定波長の光のみをコアに閉じ込めて増幅させ、更に高強度のレーザー光として出射するものであり、更に出射光をファイバーケーブル内で伝播させることで、発光点を任意の位置に配置できる特徴がある。   FIG. 23 is a diagram illustrating a main part of a scanning unit SU according to another embodiment. In this embodiment, a fiber laser is used as the light source instead of the semiconductor laser. A fiber laser is one in which excitation light is put into a special optical fiber with a rare earth added to the core, only light of a specific wavelength is confined and amplified in the core, and then emitted as high-intensity laser light. By propagating in the cable, there is a feature that the light emitting points can be arranged at arbitrary positions.

そこで、本実施の形態では、単一のファイバーレーザーユニットFUからファイバーケーブルFCを延在させた後、分岐点DPで分岐させて、更に第1の発光部RP1と第2の発光部RP2までファイバーケーブルFCを延在させたものである。ファイバーレーザーユニットFUから出射された高強度のレーザー光は、ファイバーケーブルFC内を伝播し、分岐点DPで分岐され、更にファイバーケーブルFCを介して第1の発光部RP1と第2の発光部RP2に至り、ここからコリメートレンズCLに向かって出射されることとなる。それ以外の構成は、上述した実施の形態と同様であるため説明を省略する。   Therefore, in the present embodiment, after extending the fiber cable FC from the single fiber laser unit FU, the fiber cable FC is branched at the branch point DP, and further the fibers from the first light emitting unit RP1 and the second light emitting unit RP2. The cable FC is extended. The high-intensity laser light emitted from the fiber laser unit FU propagates in the fiber cable FC, is branched at the branch point DP, and further, the first light emitting unit RP1 and the second light emitting unit RP2 via the fiber cable FC. Thus, the light is emitted from here toward the collimating lens CL. Since other configurations are the same as those of the above-described embodiment, the description thereof is omitted.

図24は、更に別な実施の形態にかかるレーザーレーダーLRの斜視図である。本実施の形態においては、走査ユニットSUの筐体CSが三角筒状であり、窓部WSに嵌め込まれた2枚の透明板TRは平板状となっている。このように、光透過性の部材である透明板TRを水平面から傾けることで、埃や水滴などが付着しにくくなり、清掃などのメンテナンスを簡素化できる。尚、透明板TRにワイパー装置を設けることは任意である。   FIG. 24 is a perspective view of a laser radar LR according to still another embodiment. In the present embodiment, the casing CS of the scanning unit SU has a triangular cylindrical shape, and the two transparent plates TR fitted into the window portion WS have a flat plate shape. In this way, by tilting the transparent plate TR, which is a light transmissive member, from the horizontal plane, dust and water droplets are less likely to adhere, and maintenance such as cleaning can be simplified. Note that it is optional to provide a wiper device on the transparent plate TR.

図25は、本実施の形態にかかる走査ユニットSUを回転軸線RO1の方向に見た図である。図25中、VLは鉛直線であり、点線で示すミラーユニットMUは、一方の投光系LPSの光軸が、その角と交差する回転角度位置にある。本実施の形態においては、2つの投光系LPSの交差角γを110°としているので、図26に示すように、2つの投光系LPSから出射される出射光束により画成されるユニット回転走査範囲ARは重ならない。ここが2枚の透明板TRの境界部となるので、透明板TRを介して出射する出射光束に影響を与えないようにできる。かかる状態で走査ユニットSUを回転させると、図27に示すように、天球CSPの天頂付近に対象物検知が不能なエリアIMが生じることとなる。しかしながら、天球CSPの天頂付近から対象物が侵入する恐れは低く、対象物検知が不能なエリアIMを設けても特に問題はないことが多い。又、図25に示すように、2つの投光系LPSの交差角γを増大させることで、地上側の走査範囲が広がるので、基台BSをより高いタワー等に設置することができ,地上の障害物を回避して対象物検知を行いやすくなるという効果もある。   FIG. 25 is a diagram of the scanning unit SU according to the present embodiment as viewed in the direction of the rotation axis RO1. In FIG. 25, VL is a vertical line, and the mirror unit MU indicated by the dotted line is at a rotation angle position where the optical axis of one light projecting system LPS intersects the angle. In the present embodiment, since the intersection angle γ of the two light projecting systems LPS is 110 °, as shown in FIG. 26, the unit rotation defined by the emitted light beams emitted from the two light projecting systems LPS The scanning ranges AR do not overlap. Since this is the boundary between the two transparent plates TR, it is possible to prevent the outgoing light flux emitted through the transparent plate TR from being affected. When the scanning unit SU is rotated in such a state, as shown in FIG. 27, an area IM incapable of detecting an object is generated near the zenith of the celestial sphere CSP. However, there is a low possibility that an object enters from the vicinity of the zenith of the celestial sphere CSP, and there are often no particular problems even if an area IM where the object cannot be detected is provided. Further, as shown in FIG. 25, by increasing the crossing angle γ of the two light projecting systems LPS, the ground-side scanning range is expanded, so that the base BS can be installed in a higher tower or the like. This also has the effect of making it easier to detect an object by avoiding the obstacle.

以下、本発明者らが行った検討結果について述べる。レーザーレーダーの仕様として、全方位360°の走査時間tを1.25秒とする。又、ミラーユニットMUを回転速度10sec-1で回転させる。よって、ミラーのθ方向の回転速度rθは40sec-1となる。ここで、上述した式(1)を満足するには、出射光束のα方向における広がり角dαを、以下の式で表される範囲とするのが好ましい。
180/(rθ×t)<dα<360/(rθ×t) (2)
Hereinafter, the results of studies conducted by the present inventors will be described. As a specification of the laser radar, a scanning time t for 360 ° in all directions is set to 1.25 seconds. Further, the mirror unit MU is rotated at a rotation speed of 10 sec −1 . Therefore, the rotational speed rθ in the θ direction of the mirror is 40 sec −1 . Here, in order to satisfy the above-described formula (1), it is preferable to set the spread angle dα of the emitted light beam in the α direction within a range represented by the following formula.
180 / (rθ × t) <dα <360 / (rθ × t) (2)

式(2)に数値を代入すると、3.6<dα<7.2となる。ここでは、出射光束のα方向における広がり角dαを3.75°、出射光束のθ方向の広がり角dθを0.12°となるようにコリメートレンズCLで調整し、α方向に横長の光束が出射されるようにした。   When a numerical value is substituted into the equation (2), 3.6 <dα <7.2. Here, the collimating lens CL is adjusted so that the spread angle dα in the α direction of the emitted light beam is 3.75 ° and the spread angle dθ in the θ direction of the emitted light beam is 0.12 °. It was made to emit.

ミラーユニットMUにおける一対のミラー面M1,M2による走査はθ方向に100°であり、1回転するごとにθ方向に4走査が行われるため、走査範囲は、1つの投受光装置OPDあたり、θ方向に100°、α方向に14.55°(=3.75°ピッチ×4ライン−0.15°×3)となる。但し、出射光束の光束の広がり角dαを3.75°とし、出射光束の重なり角dを0.15°とする。走査範囲の端を天球の天頂で一致するように2台の投受光装置OPDを配置することで、θ方向に200°、α方向に14.55°の範囲で走査可能になる。   The scanning by the pair of mirror surfaces M1 and M2 in the mirror unit MU is 100 ° in the θ direction, and four scans are performed in the θ direction every rotation, so the scanning range is θ per light emitting / receiving device OPD. It becomes 100 ° in the direction and 14.55 ° in the α direction (= 3.75 ° pitch × 4 lines−0.15 ° × 3). However, the spread angle dα of the emitted light beam is 3.75 °, and the overlap angle d of the emitted light beam is 0.15 °. By arranging the two light projecting / receiving devices OPD so that the ends of the scanning range coincide with each other at the zenith of the celestial sphere, it becomes possible to scan in the range of 200 ° in the θ direction and 14.55 ° in the α direction.

ここで、レーザーレーダーLRで全方位360°を1.25秒で走査しようとする場合、2つの投受光装置OPDで分担することができるから、その半分の180°を1.25秒で走査すればよい。又、走査ユニットSUの回転速度rαを、0.4sec-1(2.5秒/回転)とした。 Here, when scanning 360 degrees in all directions with the laser radar LR in 1.25 seconds, the two projectors and receivers OPD can share them, so that half of the 180 degrees is scanned in 1.25 seconds. That's fine. The rotation speed rα of the scanning unit SU was set to 0.4 sec −1 (2.5 seconds / rotation).

図14〜22に示す実施の形態のレーザーレーダーLRに、光源波長870nmの半導体レーザーを用い、上記条件を適用して検討を行ったところ、地上、空中のどの方角の対象物に対しても検知が可能であり、車両の場合100m、人物の場合50m、最大寸法30cmのドローンの場合35m離れた位置で検知することができることがわかった。   When the above-mentioned conditions are applied to the laser radar LR of the embodiment shown in FIGS. 14 to 22 using a semiconductor laser having a light source wavelength of 870 nm, detection is performed on any object on the ground or in the air. It was found that detection was possible at a position 100 m away for a vehicle, 50 m for a person, and 35 m away for a drone with a maximum size of 30 cm.

尚、上記の検討は一例であり、検知対象のサイズにより、出射光束の強度、出射光束の広がり角とフォトダイオードPDの受光素子の数、ミラーユニットの面角度などを変更することで空間分解能の調整が可能である。   Note that the above examination is an example, and the spatial resolution can be improved by changing the intensity of the emitted light beam, the spread angle of the emitted light beam, the number of light receiving elements of the photodiode PD, the surface angle of the mirror unit, and the like depending on the size of the detection target. Adjustment is possible.

更に、図21に示す実施の形態のレーザーレーダーLRとして、光源として波長1550nmの光束を出射できるファイバーレーザーに、受光部として波長1550nmに感度のあるセンサ、たとえばInGaAsのAPDセンサを適用して検討を行った。波長1550nmのレーザー光は、人間の網膜の感度が低く、いわゆるアイセーフ特性の為、レーザークラス1を満たしつつ光量を上げることが可能であるから、特に遠方の対象物を検知するのに好適である。走査ユニットSUの全方位360°の走査時間を1.25秒とし、ミラーユニットMUを回転速度10sec-1で回転させる仕様については共通である。 Further, as the laser radar LR of the embodiment shown in FIG. 21, a fiber laser capable of emitting a light beam with a wavelength of 1550 nm as a light source and a sensor sensitive to a wavelength of 1550 nm as a light receiving unit, for example, an InGaAs APD sensor, are studied. went. Laser light having a wavelength of 1550 nm is particularly suitable for detecting distant objects because the sensitivity of the human retina is low and the amount of light can be increased while satisfying laser class 1 because of so-called eye-safe characteristics. . The scanning unit SU has a omnidirectional 360 ° scanning time of 1.25 seconds and the mirror unit MU is rotated at a rotational speed of 10 sec −1 .

上記構成により、最大寸法30cmの物体を200m離れた位置で検知・追尾できることを確認した。かかる場合、例えば同サイズのドローンが本実施形態のレーザーレーダーLRの検知範囲(半径200m)外からレーザーレーダーLRに向かって接近することを想定すると、連続する走査の合間である1.25秒の間にレーザーレーダーLRまで到達しないことは勿論、検知した後に、侵入したドローンにどう対処するかの検討時間もある程度必要になる。一般的なドローンは時速50km(秒速約14m)で飛行できるから、検知されずにドローンが接近できる最大距離は14×1.25=17.5mとなる。すなわちレーザーレーダーLRから182.5m離れた位置から外側で、侵入してきたドローンを早期に検知できることとなり、更に検知後において侵入したドローンの対処法を検討する時間も十分に確保できることから、本レーザーレーダーLRが有効であることが分かった。   With the above configuration, it was confirmed that an object having a maximum dimension of 30 cm can be detected and tracked at a position 200 m away. In such a case, for example, assuming that a drone of the same size approaches the laser radar LR from outside the detection range (radius 200 m) of the laser radar LR of this embodiment, it is 1.25 seconds between successive scans. In addition to not reaching the laser radar LR in the meantime, it takes some time to consider how to deal with the intruded drone after detection. Since a general drone can fly at a speed of 50 km / h (about 14 m / s), the maximum distance that a drone can approach without being detected is 14 × 1.25 = 17.5 m. In other words, the drone that has entered from the position 182.5m away from the laser radar LR can be detected at an early stage, and the time for studying how to deal with the drone that has entered after detection can be sufficiently secured. LR was found to be effective.

本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。明細書の記載及び実施例は、あくまでも例証を目的としており、本発明の範囲は後述するクレームによって示されている。例えば、投受光装置OPDは1つでも良い。又、ミラーユニットMUの代わりに1枚のミラーを回転させて,出射光束の走査を行っても良い。更に、投光系LPSの交差角γは任意に設定できる。   The present invention is not limited to the embodiments described in the specification, and other embodiments and modifications are apparent to those skilled in the art from the embodiments and ideas described in the present specification. It is. The description and examples are for illustrative purposes only, and the scope of the invention is indicated by the following claims. For example, the number of the light projecting / receiving device OPD may be one. Further, instead of the mirror unit MU, one mirror may be rotated to scan the emitted light beam. Furthermore, the crossing angle γ of the light projecting system LPS can be set arbitrarily.

AR ユニット回転走査範囲
BD 本体
BS 基台
CL、CL1,CL2 コリメートレンズ
CS 筐体
CV カバー
DP 分岐点
FC ファイバーケーブル
FU ファイバーレーザーユニット
GR1 第1ギヤ
GR2 第2ギヤ
IM 検出不能なエリア
LD、LD1,LD2 半導体レーザー
Ln1〜Ln4 走査ライン
Ln11〜Ln13 走査ライン
Ln21〜Ln23 走査ライン
LPS 投光系
LR レーザーレーダー
LS レンズ
M1 第1ミラー面
M2 第2ミラー面
MT1 ミラーモータ
MT2 基台モータ
MU ミラーユニット
OPD、OPD1,OPD2,OPD3 投受光装置
PD、PD1、PD2 フォトダイオード
RB 受光光束
RB1,RB2 反射光束
RC ロータリーコネクタ
RF1 第1反射部材
RF2 第2反射部材
RO1 第1の回転軸線
RO2 第2の回転軸線
RP1 第1の発光部
RP2 第2の発光部
RPS 受光系
SB 出射光束
SB1,SB2 スポット光
SH1 軸
SH2 軸
SU 走査ユニット
TR 透明板
WS 窓部
AR unit rotation scanning range BD Main body BS Base CL, CL1, CL2 Collimating lens CS Housing CV Cover DP Branch point FC Fiber cable FU Fiber laser unit GR1 First gear GR2 Second gear IM Undetectable area LD, LD1, LD2 Semiconductor lasers Ln1 to Ln4 Scan line Ln11 to Ln13 Scan line Ln21 to Ln23 Scan line LPS Projection system LR Laser radar LS Lens M1 First mirror surface M2 Second mirror surface MT1 Mirror motor MT2 Base motor MU Mirror unit OPD, OPD1, OPD2, OPD3 Projector / receiver PD, PD1, PD2 Photodiode RB Received light beam RB1, RB2 Reflected light beam RC Rotary connector RF1 First reflecting member RF2 Second reflecting member RO1 First rotation axis RO2 2 the axis of rotation RP1 first light emitting portion RP2 second light emitting portion RPS receiving system SB emitted light beam SB1, SB2 spotlight SH1 shaft SH2 axis SU scanning unit TR transparent plate WS window

Claims (12)

回転軸線回りに回転する1つのミラーと、
光源及び受光部をそれぞれ備えた複数の投受光ユニットとを有し、
各投受光ユニットの前記光源から出射された光束は、前記ミラーで反射した後、前記ミラーの回転により走査投光され、前記走査投光された光束のうち対象物で散乱された光束の一部が、前記ミラーで反射した後、対応する前記投受光ユニットの前記受光部で受光されるよう構成されている光走査型の対象物検知装置。
One mirror rotating around the axis of rotation;
A plurality of light emitting and receiving units each having a light source and a light receiving unit,
A light beam emitted from the light source of each light projecting / receiving unit is reflected by the mirror, then scanned and projected by the rotation of the mirror, and a part of the light beam scattered by the object among the projected light beams After being reflected by the mirror, the optical scanning type object detection device is configured to receive light by the light receiving unit of the corresponding light projecting / receiving unit.
前記ミラーは、前記回転軸線と交差する方向に傾斜し所定の角度で向き合う第1ミラー面と第2ミラー面とを有し、各投受光ユニットの前記光源から出射された光束は、前記第1ミラー面で反射した後、前記第2ミラー面で反射されると共に前記ミラーの回転により走査投光され、前記走査投光された光束のうち対象物で散乱された光束の一部が、前記第2ミラー面で反射した後、前記第1ミラー面で反射されて対応する前記投受光ユニットの前記受光部で受光されるよう構成されている請求項1に記載の光走査型の対象物検知装置。   The mirror has a first mirror surface and a second mirror surface that are inclined in a direction intersecting the rotation axis and face each other at a predetermined angle, and a light beam emitted from the light source of each light projecting / receiving unit is the first mirror surface. After being reflected by the mirror surface, a part of the light beam that is reflected by the second mirror surface and scanned and projected by the rotation of the mirror is scattered by the object out of the scanned and projected light beam. 2. The optical scanning type object detection device according to claim 1, wherein the optical scanning type object detection device is configured to be reflected by the first mirror surface and received by the light receiving unit of the corresponding light projecting / receiving unit after being reflected by the two mirror surfaces. . 前記ミラーは、前記第1ミラー面と前記第2ミラー面を複数対有し、前記第1ミラー面と前記第2ミラー面の交差角が各々異なっている請求項2に記載の光走査型の対象物検知装置。   The optical scanning type according to claim 2, wherein the mirror has a plurality of pairs of the first mirror surface and the second mirror surface, and the crossing angles of the first mirror surface and the second mirror surface are different from each other. Object detection device. 前記投受光ユニットは2つであり、前記ミラーは、前記第1ミラー面と前記第2ミラー面を3対有しており、前記ミラーの回転軸線方向に見たときに、前記投受光ユニットの光軸は略180°離れている請求項3に記載の光走査型の対象物検知装置。   There are two light projecting / receiving units, and the mirror has three pairs of the first mirror surface and the second mirror surface, and when viewed in the rotation axis direction of the mirror, The optical scanning type object detection device according to claim 3, wherein the optical axes are separated by approximately 180 °. 前記投受光ユニットは3つであり、前記ミラーは、前記第1ミラー面と前記第2ミラー面を4対有しており、前記ミラーの回転軸線方向に見たときに、前記投受光ユニットの光軸は略120°間隔で配置されている請求項3に記載の光走査型の対象物検知装置。   The number of the light projecting / receiving units is three, and the mirror has four pairs of the first mirror surface and the second mirror surface, and when viewed in the rotation axis direction of the mirror, The optical scanning type object detection device according to claim 3, wherein the optical axes are arranged at approximately 120 ° intervals. 前記対象物に向かって走査投光される光束の断面形状において、走査方向の寸法よりも走査直交方向の寸法が大きい請求項1〜5のいずれかに記載の光走査型の対象物検知装置。   The optical scanning type object detection device according to claim 1, wherein a cross-sectional shape of a light beam projected and projected toward the object has a dimension in a scanning orthogonal direction larger than a dimension in a scanning direction. 前記受光部は、前記受光部に入射する光束の前記走査直交方向に対応する方向に並べて複数の受光領域を有する請求項1〜6のいずれかに記載の光走査型の対象物検知装置。   The optical scanning type object detection device according to claim 1, wherein the light receiving unit includes a plurality of light receiving regions arranged in a direction corresponding to the scanning orthogonal direction of a light beam incident on the light receiving unit. 前記ミラーが第1の回転軸線回りにθ方向に回転するとき、前記ミラーと前記投受光ユニットを一体的に、前記第1の回転軸線とは異なる第2の回転軸線回りにα方向に回転させる回転ユニットが設けられ、
少なくとも前記対象物に入射する際の前記走査投光された光束の断面形状は、前記θ方向の寸法が、前記α方向の寸法より短くなっており、
先行する走査により走査投光される光束と、それより後行する走査により走査投光される光束とは、一部が前記α方向において重なっており、
前記走査投光される光束の前記α方向の広がり角をdαとし、前記先行する走査により走査投光される光束と、前記後行する走査により走査投光される光束との重なり角をdとしたときに、式(1)を満たす請求項1〜7のいずれかに記載の光走査型の対象物検知装置。
0<d<dα/2 (1)
When the mirror rotates in the θ direction around the first rotation axis, the mirror and the light projecting / receiving unit are integrally rotated in the α direction around a second rotation axis different from the first rotation axis. A rotating unit is provided,
At least the cross-sectional shape of the scanned and projected light beam when entering the object has a dimension in the θ direction that is shorter than a dimension in the α direction.
The luminous flux scanned and projected by the preceding scanning and the luminous flux scanned and projected by the subsequent scanning partially overlap in the α direction,
The spread angle in the α direction of the light beam projected is dα, and the overlap angle between the light beam scanned and projected by the preceding scan and the light beam scanned and projected by the subsequent scan is d. When it does, the optical scanning type target object detection apparatus in any one of Claims 1-7 which satisfy | fill Formula (1).
0 <d <dα / 2 (1)
前記投受光ユニットの前記光源における光軸の位置を、互いに前記α方向に異ならせている請求項8に記載の光走査型の対象物検知装置。   The optical scanning type object detection device according to claim 8, wherein positions of optical axes of the light sources of the light projecting and receiving units are different from each other in the α direction. 前記投受光ユニットの前記光源は、単一の発光体から出射した光を分岐路により分岐して出射する複数端部からなる請求項8又は9に記載の光走査型の対象物検知装置。   10. The optical scanning type object detection device according to claim 8, wherein the light source of the light projecting / receiving unit includes a plurality of ends that diverge and emit light emitted from a single light emitter through a branch path. 11. 前記第1の回転軸線は水平方向に沿っており、前記第2の回転軸線は鉛直方向に沿っている請求項8〜10のいずれかに記載の光走査型の対象物検知装置。   The optical scanning type object detection device according to claim 8, wherein the first rotation axis is along a horizontal direction and the second rotation axis is along a vertical direction. 前記ミラー及び前記複数の投受光ユニットは筐体に収容されており、前記筐体に形成された窓部を介して、前記対象物に対して光束が走査投光され、且つ前記対象物からの散乱光が入射するように構成されており、前記窓部を覆う光透過性の部材は、水平方向に対して傾いている請求項1〜11のいずれかに記載の光走査型の対象物検知装置。   The mirror and the plurality of light projecting and receiving units are housed in a housing, and a light beam is scanned and projected onto the object through a window formed in the housing, and the light from the object is The optical scanning type object detection according to any one of claims 1 to 11, wherein the light transmissive member configured to receive scattered light is inclined with respect to a horizontal direction. apparatus.
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