JP5155722B2 - 光走査装置および輸送機器 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置およびその光走査装置を備えた輸送機器に関する。

光走査装置では、例えば、送光部から対象物にレーザ光が照射され、対象物からの反射光が受光部で受光される。送光部によるレーザ光の発射から受光部による反射光の受光までに要した時間を測定することにより対象物までの距離が算出される。

光走査装置は、例えば、周辺探査用装置として輸送機器に設けられる。このような周辺探査用の光走査装置においては、モータにより回転される反射鏡が設けられる。例えば、特許文献１記載の光電検出装置では、送光部に対して傾斜するように反射鏡が設けられている。反射鏡は、モータの回転軸に固定されており、モータにより回転される。このような構成において、送光部から発射されたレーザ光は、モータにより回転される反射鏡で反射されることにより光電検出装置の周辺に照射される。
米国特許２００６／０１４５０６２ Ａ１号公報

ところで、光走査装置によって探査される対象物と輸送機器との相対速度が大きい場合、対象物と輸送機器との相対距離の単位時間当たりの変化量が大きくなる。この場合、輸送機器の周辺の対象物を正確に探査するためには、輸送機器の周辺に照射されるレーザ光の走査速度を速くしなければならない。そのためには、レーザ光を輸送機器の周辺に反射する反射鏡の回転速度を速くしなければならない。

上記特許文献１記載の光電検出装置では、反射鏡がモータにより直接的に駆動されている。このような構成を有する光走査装置においては、反射鏡が安定したトルクで駆動されている場合には、反射鏡の回転速度はモータの出力に依存する。したがって、反射鏡の回転速度を速くするためには、出力の大きいモータを設けるか、あるいはモータと反射鏡との間に増速機構を設ける必要がある。

しかしながら、出力の大きいモータまたは増速機構を設ける場合、光走査装置が大型化する。それにより、光走査装置を輸送機器等に搭載することが困難になる。

本発明の目的は、高速走査が可能な小型の光走査装置およびその光走査装置を備えた輸送機器を提供することである。

（１）第１の発明に係る光走査装置は、第１軸方向に光を発射する送光部と、第１軸、第２軸、第３軸および第４軸が交差する一の交点を揺動中心として揺動可能に設けられる揺動部材と、揺動部材を駆動する駆動機構と、揺動部材に設けられ送光部から発射された光を反射する反射面を有する反射鏡とを備え、第１軸は、一の交点において第２軸に対して傾斜して交差するとともに第３軸に直交し、第４軸は、一の交点において第２軸および第３軸に直交するとともに第２軸を回転軸として回転し、第３軸は、第１軸を回転軸として回転し、駆動機構は、トルクを発生するトルク発生装置と、揺動部材を第３軸を回転軸として回転可能に支持する第１の支持部材と、揺動部材を第４軸を回転軸として回転可能に支持する第２の支持部材とを含み、トルク発生装置は、第１の支持部材が第１軸を回転軸として回転するように第１の支持部材にトルクを与え、反射鏡は反射面が第３軸および第４軸に平行になるように揺動部材に設けられるものである。

この光走査装置においては、送光部から第１の軸線方向に光が発射され、その光が反射鏡により反射される。反射鏡は、駆動機構により駆動される揺動部材に設けられる。揺動部材は、第１軸、第２軸、第３軸および第４軸が交差する一の交点を揺動中心として揺動可能に設けられる。

第１軸は、上記一の交点において第２軸に対して傾斜して交差するとともに第３軸に直交し、第４軸は、上記一の交点において第２軸および第３軸に直交する。また、第４軸は、第２軸を回転軸として回転し、第３軸は、第１軸を回転軸として回転する。

駆動機構は、トルク発生装置と、揺動部材を第３軸を回転軸として回転可能に支持する第１の支持部材と、揺動部材を第４軸を回転軸として回転可能に支持する第２の支持部材とを含む。

上記のような構成において、トルク発生装置から第１の支持部材にトルクが与えられる。それにより、第１の支持部材が第１軸を回転軸として回転する。

ここで、揺動部材は第３軸を回転軸として回転可能に第１の支持部材に支持されるとともに、第４軸を回転軸として回転可能に第２の支持部材に支持されている。また、第３軸は第１軸を回転軸として回転し、第４軸は第２軸を回転軸として回転する。さらに、第３軸と第４軸とは直交している。この場合、第１の支持部材が第１軸を回転軸として回転することにより、揺動部材は第１軸周りに回転しつつ第３軸を揺動軸として揺動する。

また、反射鏡は光の反射面が第３軸および第４軸に平行になるように揺動部材に設けられている。この場合、第１の支持部材が第１軸周りに１８０°回転することにより、反射面の法線は一の円錐面を描くように移動する。したがって、第１の支持部材が第１軸周りに１回転することにより、反射面の法線は一の円錐面上を２周するように移動する。反射の法則により、反射面における光の入射角と反射角とは等しい。そのため、反射面の法線が一の円錐面を描くように移動する場合、反射面において反射する光は、その円錐面の２倍の頂角を有する円錐面を描くように移動する。したがって、第１の支持部材が１回転することにより、反射面において反射する光は、円錐面を２周するように移動する。

すなわち、この光走査装置においては、第１の支持部材の１回転により、所定の領域を光により２回走査することができる。それにより、第１の支持部材の回転速度を速くすることなく光の走査速度を向上させることができる。

この場合、第１の支持部材の回転速度を速くするための増速機構を設けなくてよいので、光走査装置の小型化が可能になる。

以上の結果、小型の光走査装置による検出対象物の高精度な探査が可能になる。

また、トルク発生装置において発生されるトルクを大きくしなくてよいので、トルク発生装置の動作を安定させることができる。この場合、揺動部材を安定して駆動することができるので、光の安定した高速走査が可能になる。その結果、検出対象物のより高精度な探査が可能になる。

また、トルク発生装置におけるトルク発生量を大きくしなくてよいので、トルク発生装置の振動、騒音、および磨耗による劣化を防止することができる。また、トルク発生量を大きくしなくてよいので、安価なトルク発生装置を用いることができる。

また、トルク発生装置におけるトルク発生量を大きくしなくてよいので、トルク発生装置における消費電力を低減することができる。そのため、光走査装置を駆動するために高性能のバッテリを設けなくてよいので、光走査装置の汎用性が向上する。

（２）第２の発明に係る光走査装置は、第１軸方向に光を発射する送光部と、第１軸、第２軸、第３軸および第４軸が交差する一の交点を揺動中心として揺動可能に設けられる揺動部材と、揺動部材を駆動する駆動機構と、揺動部材に設けられ送光部から発射された光を反射する反射面を有する反射鏡とを備え、第１軸は、一の交点において第２軸に対して傾斜して交差するとともに第３軸に直交し、第４軸は、一の交点において第２軸および第３軸に直交するとともに第２軸を回転軸として回転し、第３軸は、第１軸を回転軸として回転し、駆動機構は、トルクを発生するトルク発生装置と、揺動部材を第３軸を回転軸として回転可能に支持する第１の支持部材と、揺動部材を第４軸を回転軸として回転可能に支持する第２の支持部材とを含み、トルク発生装置は、第２の支持部材が第２軸を回転軸として回転するように第２の支持部材にトルクを与え、反射鏡は反射面が第３軸および第４軸に平行になるように揺動部材に設けられるものである。

この光走査装置においては、送光部から第１の軸線方向に光が発射され、その光が反射鏡により反射される。反射鏡は、駆動機構により駆動される揺動部材に設けられる。揺動部材は、第１軸、第２軸、第３軸および第４軸が交差する一の交点を揺動中心として揺動可能に設けられる。

第１軸は、上記一の交点において第２軸に対して傾斜して交差するとともに第３軸に直交し、第４軸は、上記一の交点において第２軸および第３軸に直交する。また、第４軸は、第２軸を回転軸として回転し、第３軸は、第１軸を回転軸として回転する。

駆動機構は、トルク発生装置と、揺動部材を第３軸を回転軸として回転可能に支持する第１の支持部材と、揺動部材を第４軸を回転軸として回転可能に支持する第２の支持部材とを含む。

上記のような構成において、トルク発生装置から第２の支持部材にトルクが与えられる。それにより、第２の支持部材が第２軸を回転軸として回転する。

ここで、揺動部材は第３軸を回転軸として回転可能に第１の支持部材に支持されるとともに、第４軸を回転軸として回転可能に第２の支持部材に支持されている。また、第３軸は第１軸を回転軸として回転し、第４軸は第２軸を回転軸として回転する。さらに、第３軸と第４軸とは直交している。この場合、第２の支持部材が第２軸を回転軸として回転することにより、揺動部材は第１軸周りに回転しつつ第３軸を揺動軸として揺動する。

また、反射鏡は光の反射面が第３軸および第４軸に平行になるように揺動部材に設けられている。この場合、第２の支持部材が第２軸周りに１８０°回転することにより、反射面の法線は一の円錐面を描くように移動する。したがって、第２の支持部材が第２軸周りに１回転することにより、反射面の法線は一の円錐面上を２周するように移動する。反射の法則により、反射面における光の入射角と反射角とは等しい。そのため、反射面の法線が一の円錐面を描くように移動する場合、反射面において反射する光は、その円錐面の２倍の頂角を有する円錐面を描くように移動する。したがって、第２の支持部材が１回転することにより、反射面において反射する光は、円錐面を２周するように移動する。

すなわち、この光走査装置においては、第２の支持部材の１回転により、所定の領域を光により２回走査することができる。それにより、第２の支持部材の回転速度を速くすることなく光の走査速度を向上させることができる。

この場合、第２の支持部材の回転速度を速くするための増速機構を設けなくてよいので、光走査装置の小型化が可能になる。

以上の結果、小型の光走査装置による検出対象物１０の高精度な探査が可能になる。

また、トルク発生装置において発生されるトルクを大きくしなくてよいので、トルク発生装置の動作を安定させることができる。この場合、揺動部材を安定して駆動することができるので、光の安定した高速走査が可能になる。その結果、検出対象物のより高精度な探査が可能になる。

また、トルク発生装置におけるトルク発生量を大きくしなくてよいので、トルク発生装置の振動、騒音、および磨耗による劣化を防止することができる。また、トルク発生量を大きくしなくてよいので、安価なトルク発生装置を用いることができる。

また、トルク発生装置におけるトルク発生量を大きくしなくてよいので、トルク発生装置における消費電力を低減することができる。そのため、光走査装置を駆動するために高性能のバッテリを設けなくてよいので、光走査装置の汎用性が向上する。

（３）光走査装置は、第１軸に対する第２軸の傾斜角を調整する調整部をさらに備えてもよい。

この場合、第１の軸線に対する第２の軸線の傾斜角を調整することにより、光の走査面上における走査経路の形状を調整することができる。それにより、光走査装置の走査領域を容易に調整することができる。

（４）光走査装置は、送光部および駆動機構が支持される第３の支持部材と、第３の支持部材を移動可能に支持する第４の支持部材とをさらに備えてもよい。

この場合、第４の支持部材上において第３の支持部材を移動させることにより、光の走査面上における走査経路の形状を調整することができる。それにより、光走査装置の走査領域を容易に調整することができる。

（５）第３の発明に係る輸送機器は、本体部と、本体部を移動させる駆動部と、本体部に設けられる上記の光走査装置とを備えたものである。

その輸送機器においては、駆動部により移動する本体部に上記の光走査装置が設けられる。この場合、光走査装置の光により輸送機器周辺の広い範囲を高速走査することができる。それにより、輸送機器周辺の検出対象物を高精度で探査することができる。

本発明によれば、小型の光走査装置による光の高速走査が可能になる。

以下、本発明の実施の形態に係る光走査装置について図面を用いて説明する。なお、以下の説明においては光走査装置の一例としてレーザレーダ装置について説明する。

＜第１の実施の形態＞
（１）レーザレーダ装置の信号処理系
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザレーダ装置の信号処理系の構成を示すブロック図である。このレーザレーダ装置は、例えば輸送機器に搭載される。

図１のレーザレーダ装置１は、検出対象物１０までの距離および検出対象物１０の方位を検出するために用いられる。ここで、検出対象物１０の方位は、基準方向からの角度で表される。基準方向は、例えば進行方向に垂直な方向に定められる。なお、基準方向は、これに限定されず、進行方向と平行な方向でもよく、または任意の方向に定めることができる。

送光装置７０は、レーザ光を発射する。以下、送光装置７０から発射されるレーザ光を発射光ＥＬと呼ぶ。モータ３０は、後述する反射鏡２５（図３）を回転させる。エンコーダ４０は、モータ３０の回転角度に対応するエンコーダパルスＥＰを出力するとともに、モータ３０の１回転ごとに原点パルスＯＰを出力する。モータ回転数制御部２０は、エンコーダ４０から出力されるエンコーダパルスＥＰに基づいてモータ３０の回転速度を一定に制御する。

発光間隔パルス生成部５０は、エンコーダ４０から出力されるエンコーダパルスＥＰを逓倍することにより発光間隔パルスＥＩを生成する。開始信号生成部６０は、発光間隔パルス生成部５０により生成される発光間隔パルスＥＩに同期して開始信号ＳＴを生成する。送光装置７０は、開始信号生成部６０により生成される開始信号ＳＴに同期して発射光ＥＬを発射する。

受光装置８０は、検出対象物１０からの反射光ＲＬを受光するとともに、送光装置７０からの発射光ＥＬを受光し、受光信号ＲＥを出力する。

距離生成部１００は、開始信号生成部６０により生成される開始信号ＳＴおよび受光装置８０から出力される受光信号ＲＥに基づいて距離を示す距離信号ＤＳを生成するとともに、距離の生成を示す距離生成信号ＤＧを出力する。

一方、角度生成部１１０は、エンコーダ４０から出力される原点パルスＯＰ、開始信号生成部６０により生成される開始信号ＳＴおよび距離生成部１００により生成される距離生成信号ＤＧに基づいて角度を示す角度信号ＡＳを生成する。

レーダ画像生成部１２０は、信号処理部９０により生成される距離信号ＤＳおよび角度生成部１１０により生成される角度信号ＡＳに基づいてレーダ画像をディスプレイの画面に表示する。

また、発光間隔パルス生成部５０、開始信号生成部６０、角度生成部１１０およびレーダ画像生成部１２０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリおよび論理回路等により実現される。

（２）レーザレーダ装置の動作
図２は、図１のレーザレーダ装置１の動作を説明するためのタイミング図である。以下、図２を参照しながら図１のレーザレーダ装置１の動作を説明する。

図２の横軸は時間である。１段目および２段目に原点パルスＯＰおよびエンコーダパルスＥＰが示される。また、３段目〜５段目には発光間隔パルスＥＩ、開始信号ＳＴおよび発光パルスＥｍがそれぞれ示されている。発光間隔パルスＥＩ、開始信号ＳＴおよび発光パルスＥｍは、エンコーダパルスＥＰに比べて時間軸上で拡大されている。さらに、６段目および７段目には受光信号ＲＥおよびサンプルデータＳＭがそれぞれ示されている。受光信号ＲＥおよびサンプルデータＳＭは、発光パルスＥｍに比べて時間軸上でさらに拡大されている。

図１のモータ３０が所定角度回転するごとに、エンコーダ４０はエンコーダパルスＥＰを出力する。本実施の形態では、エンコーダパルスＥＰは、モータ３０が６°回転するごとに生成される。したがって、モータ３０が１回転すると、エンコーダ４０は６０個のエンコーダパルスＥＰを生成する。また、モータ３０が１回転するごとに、エンコーダ４０は原点パルスＯＰを出力する。したがって、原点パルスＯＰの周期Ｔ１はモータ３０の１回転の周期に相当する。本実施の形態では、エンコーダ４０は、６０個のエンコーダパルスＥＰの生成ごとに原点パルスＯＰを生成する。

モータ回転数制御部２０は、エンコーダパルスＥＰに応答してモータ３０の回転数（回転速度）を一定に制御する。この場合、モータ回転数制御部２０は、原点パルスＯＰの周期Ｔ１が一定になるようにモータ３０を制御する。

発光間隔パルス生成部５０は、エンコーダパルスＥＰを逓倍することにより発光間隔パルスＥＩを生成する。本実施の形態では、発光間隔パルスＥＩの周期Ｔ２はエンコーダパルスＥＰの周期の１／２０である。ここで、発光間隔パルスＥＩの周期Ｔ２の間にモータ３０が回転する角度（以下、単位角度と呼ぶ）をΔθとする。本実施の形態では、単位角度Δθは０．３°である。この場合、発光間隔パルスＥＩは、モータ３０が０．３°回転するごとに生成される。以下、発光間隔パルスＥＩの周期Ｔ２を発光間隔Ｔ２と呼ぶ。

開始信号生成部６０は、発光間隔パルスＥＩの立ち上がりに同期して立ち上がる開始信号ＳＴを生成する。

送光装置７０は、開始信号ＳＴの立ち上がりに同期して立ち上がる発光パルスＥｍを生成し、発光パルスＥｍに同期してレーザ光を発射光ＥＬとし発射する。これにより、モータ３０が単位角度Δθ回転するごとに、発射光ＥＬが発射される。

送光装置７０のＬＤ７１からの発射光ＥＬは、検出対象物１０に照射される。一部の発射光ＥＬは、受光装置８０に入射する。したがって、送光装置７０からの発射光ＥＬが受光装置８０により受光された後、検出対象物１０からの反射光ＲＬが受光装置８０により受光される。この場合、受光装置８０による発射光ＥＬの受光時点から反射光ＲＬの受光時点までの時間がレーザレーダ装置１から検出対象物１０までの距離に比例する。

距離生成部１００は、受光信号ＲＥのレベルを予め定められたしきい値Ｔｈと比較することにより２値化信号を生成する。距離生成部１００により２値化信号をサンプルデータＳＭと呼ぶ。このサンプルデータＳＭは、受光信号ＲＥのレベルがしきい値Ｔｈよりも高いときに論理値“１”となり、受光信号ＲＥのレベルがしきい値Ｔｈ以下のときに論理値“０”となる。

また、距離生成部１００は、発射光の受光時から反射光の受光時までのサンプルデータＳＭの論理値“０”の数に基づいて検出対象物１０までの距離を算出する。

角度生成部１１０は、原点パルスＯＰ、開始信号ＳＴおよび距離生成信号ＤＧに基づいて角度θ[°]を算出し、角度θを表す角度信号ＡＳを生成する。

具体的には、角度生成部１１０は、原点パルスＯＰに応答して角度θを０°にリセットし、開始信号ＳＴの立ち上がりごとに角度θに単位角度Δθを積算する。距離生成部１００により距離生成信号ＤＧが与えられたときに、角度生成部１１０は、角度θを示す角度信号ＡＳを出力する。

（３）レーザレーダ装置の光学系
図３は、図１のレーザレーダ装置１の光学系の構成を示す斜視図である。図３ならびに後述する図４〜図１０、図１７、図１８および図２１〜図３３においては、矢印Ｘ，Ｙ，Ｚで示すように、互いに直交する３方向をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向と定義する。また、Ｘ方向の矢印が向く方向を前方とし、その逆を後方とする。また、Ｚ方向の矢印が向く方向を上方とし、その逆を下方とする。また、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の各矢印が向く方向を＋側とし、その逆を−側とする。

また、図３ならびに後述する図４〜図１０、図１７、図１８および図２１〜図３３においては、上下方向に延びる一の直線を第１軸Ｌ１と定義し、第１軸Ｌ１上の一の点Ａにおいて第１軸Ｌ１に対して傾斜して交差する一の直線を第２軸Ｌ２と定義する。

また、点Ａにおいて第１軸Ｌ１に直交する一の直線を第３軸Ｌ３と定義し、点Ａにおいて第２軸Ｌ２および第３軸Ｌ３に直交する一の直線を第４軸Ｌ４と定義する。

本実施の形態においては、第３軸Ｌ３は第１軸Ｌ１を回転軸として回転し、第４軸Ｌ４は第２軸Ｌ２を回転軸として回転する。詳細は後述する。

なお、以下の説明においては、図３に示すレーザレーダ装置１の状態を第１の基準状態と称する。

図３に示すように、レーザレーダ装置１は、ベースプレート２０１を有する。ベースプレート２０１は、凹状に湾曲する部分円筒面１１を有する。ベースプレート２０１の上面には、摺動部材２０２が設けられる。摺動部材２０２は、摺動部２１、放物面鏡２２および支柱部２３を含む。

摺動部２１は、ベースプレート２０１の部分円筒面１１上に摺動可能に設けられる。使用者は、図示しない調整機構により、摺動部２１を部分円筒面１１上の任意の位置に移動させることができる。また、使用者は、上記調整機構により、摺動部２１を部分円筒面１１上の任意の位置に固定することができる。なお、調整機構は、機械的に摺動部２１を移動させる構成を有してもよく、モータ等により電気的に摺動部２１を移動させる構成を有してもよい。

放物面鏡２２は、凹形状を有し、摺動部２１の上部に設けられる。放物面鏡２２は、放物面鏡２２の中心点が第１軸Ｌ１上に位置するように設けられる。

支柱部２３は逆Ｌ字形状を有し、摺動部２１の後方端において上下方向に延びるように設けられる。支柱部２３の一端部には、図１のモータ３０が設けられる。モータ３０は、ステータ３０１およびロータ３０２を有する。ステータ３０１は、支柱部２３に固定される。本実施の形態においては、図示しない供給源からステータ３０１に電圧が供給されることにより、ロータ３０２が第１軸Ｌ１を回転軸として回転する。モータ３０としては、例えば、ブラシレスＤＣモータを用いることができる。

なお、図１のエンコーダ４０は、モータ３０に設けられる。エンコーダ４０は、例えば、ステータ３０１に設けられるフォトインタラプタ（図示せず）およびロータ３０２に設けられるエンコーダ用スリット（図示せず）により構成される。

ロータ３０２は、下方に向かって延びるように形成される２つのアーム部３０３，３０４を有する。アーム部３０３，３０４は互いに対向するように設けられる。アーム部３０３，３０４の下端部には、揺動フレーム２４が取り付けられる。アーム部３０３，３０４と揺動フレーム２４とは、円柱状の連結軸２４１，２４２（後述の図９参照）を介して連結される。

連結軸２４１，２４２の一端部は、図示しないベアリングによりアーム部３０３，３０４にそれぞれ回転可能に支持される。また、連結軸２４１，２４２の他端部は、揺動フレーム２４の外周部にそれぞれ固定される。本実施の形態においては、連結軸２４１，２４２の軸線方向に延びる直線として第３軸Ｌ３が定義される。したがって、揺動フレーム２４は、第３軸Ｌ３を回転軸として回転可能にアーム部３０３，３０４に支持される。

揺動フレーム２４の下面に楕円形の反射鏡２５の上面が固定される。反射鏡２５は、図３に示す第１の基準状態において反射鏡２５の中心点が第１軸Ｌ１上に位置するように設けられる。反射鏡２５と放物面鏡２２との間において、支柱部２３の略中央部から前方に延びるように支持棒２６が設けられる。支持棒２６の先端には、鏡筒２７が設けられる。

鏡筒２７内に送光装置７０（図１参照）が設けられ、鏡筒２７の下部に受光装置８０（図１参照）が設けられる。鏡筒２７の上端には、走査光成形レンズ７１が設けられる。走査光成形レンズ７１は、送光装置７０から発射される発射光ＥＬ(図１)の直径を所定の大きさに調整する。

本実施の形態においては、送光装置７０および受光装置８０は、送光装置７０の軸線および受光装置８０の軸線が第１軸Ｌ１に重なるように設けられる。

送光装置７０から発射される発射光ＥＬ（図１）は、第１軸Ｌ１上を通って反射鏡２５に入射する。そして、発射光ＥＬは、反射鏡２５において反射した後、検出対象物１０（図１）に入射する。また、検出対象物１０からの反射光ＲＬ（図１）は、反射鏡２５および放物面鏡２２において反射した後、受光装置８０に入射する。

次に、図４を用いてレーザレーダ装置１についてさらに詳細に説明する。図４は、レーザレーダ装置１の詳細を説明するための図である。なお、図４には、ロータ３０２の回転角度θが９０°のときのモータ３０と揺動フレーム２４との関係が示されている。

図４に示すように、モータ３０のステータ３０１の中心部には、角度調整部材３１が設けられる。角度調整部材３１は、円柱部３１１およびその円柱部３１１の一端部に形成される板状の湾曲部３１２を有する。円柱部３１１は、円柱部３１１の軸線が第１軸Ｌ１に重なるようにステータ３０１に固定される。湾曲部３１２には、厚さ方向に貫通しかつ長手方向に延びるように貫通孔３１３が形成される。

湾曲部３１２の下面側には、ボルト３１４およびナット３１５によりベアリング３２が固定される。本実施の形態においては、第２軸Ｌ２は、ベアリング３２の軸線方向に延びる直線として定義される。ボルト３１４のネジ部（図示せず）は、貫通孔３１３内に挿通されつつベアリング３２に螺合される。したがって、ボルト３１４の締め付けを緩めることにより、ボルト３１４およびベアリング３２を貫通孔３１３に沿って移動させることができる。それにより、第１軸Ｌ１に対する第２軸Ｌ２の傾斜角度を調整することができる。第１軸Ｌ１に対する第２軸Ｌ２の傾斜角度を調整することの効果については後述する。

揺動フレーム２４の内方には、回転部材３３が設けられる。回転部材３３は、本体部３３１を有する。本体部３３１の両端面には、円柱状の突起部３３３，３３４が形成される。突起部３３３，３３４の一端部は、図示しないベアリングにより揺動フレーム２４にそれぞれ回転可能に支持される。

本実施の形態においては、突起部３３３，３３４の軸線方向に延びる直線として第４軸Ｌ４が定義される。したがって、回転部材３３は、第４軸Ｌ４を回転軸として回転可能に揺動フレーム２４に支持される。また、本体部３３１の上面には、円柱状の突起部３３５が形成される。突起部３３５は、ベアリング３２により回転可能に支持される。これにより、回転部材３３は、第２軸Ｌ２を回転軸として回転可能にベアリング３２に支持される。すなわち、回転部材３３は、第２軸Ｌ２を回転軸として回転可能かつ第４軸Ｌ４を回転軸として回転可能に設けられる。

（４）レーザレーダ装置の動作
以下、ロータ３０２の回転に伴うレーザレーダ装置１の状態変化について図３〜図１０を用いて説明する。

なお、図５〜図１０は、第１の基準状態からのロータ３０２の回転角度θが３０°、６０°、９０°、１２０°、１５０°および１８０°である場合のレーザレーダ装置１の状態を示す図である。

また、第１の基準状態においては、図３に示すように、反射鏡２５の下面が第１軸Ｌ１に対して略直交する。すなわち、第１の基準状態においては、送光装置７０から発射される発射光ＥＬ(図１)が反射鏡２５に略垂直に入射する。

図３〜図１０に示すように、本実施の形態においては、ロータ３０２が回転することにより、連結軸２４１，２４２（図９参照）は、第１軸Ｌ１に垂直でかつ点Ａを中心とする円周上を移動する。すなわち、第３軸Ｌ３が第１軸Ｌ１を回転軸として回転する。それにより、揺動フレーム２４が第１軸Ｌ１周りに回転する。

ここで、図４で説明したように、回転部材３３は、第２軸Ｌ２を回転軸として回転可能にベアリング３２に支持されている。したがって、ロータ３０２から揺動フレーム２４を介して回転部材３３に与えられるトルクにより、回転部材３３は第２軸Ｌ２を回転軸として回転する。それにより、第４軸Ｌ４が第２軸Ｌ２を回転軸として回転する。

また、図４で説明したように、揺動フレーム２４は、第４軸Ｌ４を回転軸として回転可能に回転部材３３を支持するとともに、第３軸Ｌ３を回転軸として回転可能にロータ３０２に支持されている。そして、第４軸Ｌ４は第３軸Ｌ３に対して常に直交するように設定されている。

この場合、図３〜図１０に示すように、第４軸Ｌ４が第２軸Ｌ２を回転軸として回転することにより、第４軸Ｌ４は第３軸Ｌ３を揺動軸として揺動しつつ第１軸Ｌ１周りに回転する。それにより、揺動フレーム２４は、第３軸Ｌ３を揺動軸として揺動しつつ第１軸Ｌ１周りに回転する。その結果、反射鏡２５が揺動しつつ第１軸Ｌ１周りに回転する。

詳細には、ロータ３０２の回転角度θが０°（第１の基準状態（図３））から９０°（図４および図７）の間では、第３軸Ｌ３を含みかつ第１軸Ｌ１に垂直な平面（以下、第１軸Ｌ１に垂直な平面と略記する。）に対する第４軸Ｌ４の傾斜角度は、ロータ３０２の回転角度θの増加に従って増加する。

そのため、ロータ３０２の回転角度θが０°から９０°の間では、ロータ３０２の回転角度θの増加に従って、第１軸Ｌ１に垂直な平面に対する反射鏡２５の傾斜角度が増加する。なお、第１の基準状態においては、第１軸Ｌ１に垂直な平面に対する反射鏡２５の傾斜角度は０°である。

第１軸Ｌ１に垂直な平面に対する第４軸Ｌ４の傾斜角度は、ロータ３０２の回転角度θが９０°になるときに最も大きくなる。それにより、図７に示すように、の第１軸Ｌ１に垂直な平面に対する反射鏡２５の傾斜角度が最大となる。

ロータ３０２の回転角度θが９０°から１８０°（図１０）の間では、第１軸Ｌ１に垂直な平面に対する第４軸Ｌ４の傾斜角度は、ロータ３０２の回転角度θの増加に従って減少する。

そのため、ロータ３０２の回転角度θが９０°から１８０°の間では、ロータ３０２の回転角度θの増加に従って、第１軸Ｌ１に垂直な平面に対する反射鏡２５の傾斜角度が減少する。そして、ロータ３０２の回転角度θが１８０°になるときに、第１軸Ｌ１に垂直な平面に対する反射鏡２５の傾斜角度が０°になる。これにより、図１０に示すように、レーザレーダ装置１が図３の第１の基準状態と同様の状態（以下、第２の基準状態と称する。）になる。

その後、第２の基準状態からロータ３０２がさらに１８０°回転することにより、図３〜図１０で説明した各状態と同様の状態を経て、レーザレーダ装置１は第１の基準状態に復帰する。

以上のように、本実施の形態においては、ロータ３０２が第１の基準状態から９０°回転することにより、反射鏡２５が第１軸Ｌ１周りに９０°回転するとともに第１軸Ｌ１に垂直な平面に対する反射鏡２５の傾斜角度が０°から最大値に変化する。そして、第３軸Ｌ３がさらに９０°回転することにより、反射鏡２５が第１軸Ｌ１周りに９０°回転するとともに第１軸Ｌ１に垂直な平面に対する反射鏡２５の傾斜角度が最大値から０°に復帰する。

この場合、反射鏡２５の下面の任意の位置における法線は、ロータ３０２が１８０°回転することにより、一の円錐面を描くように移動する。したがって、本実施の形態においては、ロータ３０２が１回転することにより、反射鏡２５の下面の法線は、一の円錐面上を２周するように移動する。それにより、反射鏡２５において反射する発射光ＥＬ（図１）の進行経路も一の円錐面を描くように移動する。詳細は後述する。

なお、図３に示すように、第１の基準状態においては、第１軸Ｌ１と反射鏡２５の法線とが同一直線上に位置する。また、図４に示すように、ロータ３０２の回転角度θが９０°である場合には、第２軸Ｌ２と反射鏡２５の法線とが同一直線上に位置する。したがって、ロータ３０２が回転する際に反射鏡２５の下面の法線によって描かれる円錐面の頂角の大きさは、第１軸Ｌ１と第２軸Ｌ２との間の角の１／２の大きさになる。

（５）発射光ＥＬの走査領域
次に、レーザレーダ装置１の送光装置７０から発射される発射光ＥＬの走査領域について図面を用いて説明する。

図１１は、送光装置７０から発射される発射光ＥＬの進行経路を示す概念図である。図１１において実線ＥＬ１は、送光装置７０から反射鏡２５へ入射する発射光ＥＬの進行経路を示し、実線ＥＬ２は、反射鏡２５において反射した発射光ＥＬの進行経路を示し、点Ｂは、反射鏡２５における発射光ＥＬの反射点を示す。なお、図１１においては、ロータ３０２（図７）の回転角度θが９０°のときの発射光ＥＬの進行経路を実線ＥＬ２で示している。

なお、図３で説明したように、送光装置７０から発射される発射光ＥＬは、第１軸Ｌ１上を通るように反射鏡２５に入射する。したがって、送光装置７０から発射される発射光ＥＬは、反射鏡２５の中心点に入射する。ここで、本実施の形態においては、反射鏡２５が点Ａ（図４）に近接して設けられるので、ロータ３０２が回転する際に反射鏡２５の中心点はほぼ移動しない。そのため、以下においては、説明を簡便にするため、反射鏡２５における発射光ＥＬの反射点Ｂは移動しないものとして説明を行う。

上述したように、ロータ３０２が回転する際に反射鏡２５の下面の法線によって描かれる円錐面の頂角の大きさは、第１軸Ｌ１と第２軸Ｌ２との間の角の１／２の大きさになる。したがって、第１軸Ｌ１と第２軸Ｌ２との間の角度をαとすると、反射鏡２５の反射点Ｂにおける法線は、頂角α／２の円錐面を描くように移動する。

反射の法則により、反射鏡２５における発射光ＥＬの入射角と反射角とは等しい。そのため、図１１に示すように、反射点Ｂの法線が頂角α／２の一の円錐面を描くように移動する場合、反射点Ｂにおいて反射する発射光ＥＬは、頂角αの円錐面を描くように移動する。

なお、送光装置７０から発射される発射光ＥＬは、第１軸Ｌ１上を通って反射鏡２５に入射するので、反射点Ｂにおける発射光ＥＬの反射角β（入射角β）は、第１軸Ｌ１と反射鏡２５の法線との間の角に等しい。第１軸Ｌ１と反射鏡２５の法線との間の角β（反射点Ｂにおける発射光ＥＬの反射角β（入射角β））は、下記式（１）により算出することができる。

β＝ｔａｎ^−１（ｔａｎα・ｓｉｎθ） ・・・（１）
なお、反射角βは、反射鏡２５の法線と反射鏡２５において反射する発射光ＥＬとの間の角を示す。したがって、反射点Ｂの法線が第２軸Ｌ２と一致する図１１の例では、反射角βは角度αになる。また、上記式（１）を用いた反射角βの算出は、図示しない制御部により実行される。

ここで、上述したように、本実施の形態においては、ロータ３０２が１回転することにより、反射点Ｂの法線は、頂角α／２の円錐面上を２周するように移動する。この場合、反射鏡２５の反射点Ｂにおいて反射する発射光ＥＬは、頂角αの円錐面上を２周するように移動する。すなわち、本実施の形態においては、ロータ３０２の１回転により、所定の走査領域を発射光ＥＬにより２回走査することができる。それにより、ロータ３０２の回転速度を速くすることなく発射光ＥＬの走査速度を向上させることが可能になる。

なお、発射光ＥＬの走査領域は、第１軸Ｌ１と第２軸Ｌ２との間の角度αを調整することにより任意に調整することができる。第１軸Ｌ１と第２軸Ｌ２との間の角度αは、上述したようにベアリング３２（図４）の位置を移動させることにより任意に調整することができる。

また、反射鏡２５において反射された発射光ＥＬの走査領域は円錐状に拡がるので、発射光ＥＬが照射される面（以下、走査面と略記する。）上での発射光ＥＬの走査経路は円錐曲面となる。この場合、発射光ＥＬの走査面上での走査経路の形状は、発射光ＥＬの走査面と第２軸Ｌ２との間の角度によって決定される。以下、図面を用いて説明する。

図１２〜図１４は、走査面上での発射光ＥＬの走査経路を説明するための図である。図１２は、反射鏡２５において反射される発射光ＥＬの進行経路の概念的斜視図であり、図１３は、発射光ＥＬの走査面上での走査経路を示す上面図であり、図１４は、発射光ＥＬの進行経路の概念的側面図である。

なお、図１２〜図１４には、走査経路Ｐ１〜Ｐ４が示されている。図１４に示すように、走査経路Ｐ１は、走査面と第２軸Ｌ２との間の角度がγ１（＝９０°）のときの走査経路であり、走査経路Ｐ２は、走査面と第２軸Ｌ２との間の角度がγ２（α（発射光ＥＬの入射角および反射角）＜γ２＜９０°）のときの走査経路である。また、走査経路Ｐ３は、走査面と第２軸Ｌ２との間の角度がγ３（＝α）のときの走査経路であり、走査経路Ｐ４は、走査面と第２軸Ｌ２との間の角度がγ４（０≦γ４＜α）のときの走査経路である。

上述したように、反射鏡２５の反射点Ｂにおいて反射された発射光ＥＬの走査領域は円錐状に拡がるので、任意の走査面における発射光ＥＬの走査経路は円錐曲線となる。ここで、円錐曲線の形状は離心率ｅにより決定される。また、離心率は走査面と第２軸Ｌ２との間の角度によって決定される。したがって、任意の走査面における走査経路の形状は、走査面と第２軸Ｌ２との間の角度によって決定される。

例えば、走査面と第２軸Ｌ２との間の角度が角度９０°となる場合には、発射光ＥＬにより走査面上に形成される円錐曲線の離心率は０になる。この場合、図１２および図１３に示すように、発射光ＥＬの走査面上での走査経路Ｐ１は円形状になる。

また、走査面と第２軸Ｌ２との間の角度が角度αより大きく９０°より小さい場合には、発射光ＥＬにより走査面上に形成される円錐曲線の離心率は０より大きく１より小さくなる。この場合、図１２および図１３に示すように、発射光ＥＬの走査面上での走査経路Ｐ２は楕円形状になる。

また、走査面と第２軸Ｌ２との間の角度が角度αに等しい場合には、発射光ＥＬにより走査面上に形成される円錐曲線の離心率は１になる。この場合、図１２および図１３に示すように、発射光ＥＬの走査面上での走査経路Ｐ３は放物線形状になる。

また、走査面と第３軸Ｌ３との間の角度が０より大きく角度α以下である場合には、発射光ＥＬにより走査面上に形成される円錐曲線の離心率は１より大きくなる。この場合、図１２および図１３に示すように、発射光ＥＬの走査面上での走査経路Ｐ４は双曲線形状になる。

このように、本実施の形態においては、走査面と第２軸Ｌ２との間の角度を任意に調整することにより、発射光ＥＬの走査面上での走査経路の形状を任意に調整することができる。

なお、走査面と第２軸Ｌ２との間の角度は、図示しない調整機構により、摺動部２１（図３）を部分円筒面１１（図３）上の任意の位置に移動させることにより調整することができる。部分円筒面１１は、Ｙ方向に平行でかつ点Ａを通る直線を回転中心とする円筒面上に設けられる。

なお、走査面と第２軸Ｌ２との間の角度は、ベアリング３２（図４）の位置を移動させることによって調整してもよい。

（６）発射光の走査経路の調整例
以下、発射光ＥＬの走査経路の調整例について説明する。

図１５は、発射光ＥＬの走査面と第２軸Ｌ２（図３参照）との間の角度γを６０°に固定した状態で、第１軸Ｌ１（図３参照）と第２軸Ｌ２との間の角度αを１０°、２０°、３０°および４０°に設定した場合の発射光ＥＬの走査面上での走査経路を示す図である。なお、図１５においては、発射光ＥＬの走査面上における走査領域が楕円によって示されている。

図１２〜図１４で説明したように、走査面と第２軸Ｌ２との間の角度γが角度αより大きく９０°より小さい場合には、発射光ＥＬにより走査面上に形成される円錐曲線（走査経路）の離心率は０より大きく１より小さくなる。したがって、図１５に示すように、発射光ＥＬの走査面上での走査経路は楕円形状になる。

また、角度αを大きくすることにより、反射鏡２５において反射される発射光ＥＬにより形成される円錐の頂角を大きくすることができる。それにより、図１５に示すように、発射光ＥＬの走査領域を大きくすることができる。

以上のように、走査面と第２軸Ｌ２との間の角度γを固定した状態で第１軸Ｌ１と第２軸Ｌ２との間の角度α（α＜γ＜９０°）を調整することにより、発射光ＥＬの走査面上での形状を維持した状態で発射光ＥＬの走査領域を大きくすることができる。

図１６は、第１軸Ｌ１（図３）と第２軸Ｌ２との間の角度αを４０°に固定した状態で走査面と第２軸Ｌ２との間の角度γを９０°、８０°、７０°および６０°に設定した場合の発射光ＥＬの走査面上における走査経路の形状を示す図である。

図１２〜図１４で説明したように、走査面と第２軸Ｌ２との間の角度γが９０°の場合には、発射光ＥＬにより走査面上に形成される円錐曲線（走査経路）の離心率は０になる。したがって、図１６に示すように、角度γが９０°の場合には、発射光ＥＬの走査面上での走査経路は円形状になる。

また、角度γが８０°、７０°および６０°の場合には、発射光ＥＬにより走査面上に形成される円錐曲線の離心率は０より大きく１より小さくなる。したがって、発射光ＥＬの走査面上での走査経路は楕円形状になる。また、角度γが小さくなるのに従い、走査領域が大きくなる。

以上のように、第１軸Ｌ１と第２軸Ｌ２との間の角度αを固定した状態で走査面と第２軸Ｌ２との間の角度γを調整することにより、発射光ＥＬの走査面上での走査経路の形状および走査領域の大きさを調整することができる。特に、角度γを小さくした場合には、発射光ＥＬの走査領域を前方に拡大することができるので、前方の検出対象物１０を早期に検出することが可能になる。

（７）本実施の形態の効果
以上のように、本実施の形態においては、モータ３０のロータ３０２の１回転の動作で、所望の走査面上を発射光ＥＬにより２回走査することができる。すなわち、ロータ３０２の回転速度を速くすることなく発射光ＥＬの走査速度を向上することができる。

この場合、ロータ３０２の回転速度を速くするための増速機構を設けなくてよいので、レーザレーダ装置１の大型化が防止される。また、ロータ３０２を回転させるためのトルクを大きくしなくてよいので、小型のモータ３０を用いることができる。それにより、レーザレーダ装置１の小型化が可能になる。

以上の結果、小型のレーザレーダ装置１による検出対象物１０の高精度な探査が可能になる。

また、ロータ３０２の回転速度を速くしなくてよいので、モータ３０に発生する逆起電力が大きくなることを防止することができる。それにより、モータ３０において発生するトルクの値を安定させることができるので、反射鏡２５を安定して回転させることができる。以上の結果、発射光ＥＬの高速走査を安定して行うことができ、検出対象物１０のより高精度な探査が可能になる。

また、モータ３０の回転速度を速くしなくてよいので、モータ３０の振動、騒音、および磨耗による劣化を防止することができる。また、低速のモータ３０を用いることができるので、レーザレーダ装置１のコスト低下が可能になる。

また、モータ３０の回転速度を速くしなくてよいので、低い駆動電圧でモータ３０を駆動することができる。そのため、レーザレーダ装置１を駆動するために高性能のバッテリを設けなくてよいので、レーザレーダ装置１の汎用性が向上する。

また、モータ３０の回転速度を速くすることなく反射鏡２５を高速で回転させることができるので、モータ３０と反射鏡２５との間に増速機構（例えば、変速ギア）を設けなくてよい。それにより、レーザレーダ装置１の大型化を防止することができる。

また、本実施の形態においては、反射鏡２５の裏面を常に受光面として用いることができる。すなわち、１つの反射鏡２５によって反射光ＲＬを常時受光することができる。したがって、複数の反射鏡２５を設けることなく反射光ＲＬを確実に受光することができるので、レーザレーダ装置１の小型化および軽量化が可能になる。また、この場合、反射鏡２５を回転させるために大きなトルクを発生しなくてよいので、安価なモータ３０により反射鏡２５を安定して回転させることができる。

（８）変形例
上記実施の形態においては、揺動フレーム２４に設けられた連結軸２４１，２４２（図９）がアーム部３０３，３０４（図９）に回転可能に支持されているが、連結軸２４１，２４２は揺動フレーム２４およびアーム部３０３，３０４の少なくとも一方に対して第３軸Ｌ３周りに回転可能に設けられていればよい。従って、例えば、揺動フレーム２４とは別個に連結軸２４１，２４２が設けられ、連結軸２４１，２４２が揺動フレーム２４およびアーム部３０３，３０４に回転可能に支持されてもよい。また、例えば、アーム部３０３，３０４に連結軸２４１，２４２が設けられ、揺動フレーム２４により連結軸２４１，２４２が回転可能に支持されてもよい。

また、上記実施の形態においては、回転部材３３（図４）に設けられた突起部３３３，３３４（図４）が揺動フレーム２４に回転可能に支持されているが、突起部３３３，３３４は揺動フレーム２４および回転部材３３の少なくとも一方に対して第４軸Ｌ４周りに回転可能に設けられていればよい。従って、例えば、回転部材３３とは別個に突起部３３３，３３４が設けられ、突起部３３３，３３４が揺動フレーム２４および回転部材３３に回転可能に支持されてもよい。また、例えば、揺動フレーム２４に突起部３３３，３３４が設けられ、揺動フレーム２４により突起部３３３，３３４が回転可能に支持されてもよい。

また、上記実施の形態においては、第１軸Ｌ１に対する第２軸Ｌ２の傾斜角度を機械的に調整しているが、第１軸Ｌ１に対する第２軸Ｌ２の傾斜角度の調整方法は上記の例に限定されない。例えば、モータ等からなる調整機構を設け、第１軸Ｌ１に対する第２軸Ｌ２の傾斜角度を電気的に調整してもよい。

また、上記実施の形態においては、発射光ＥＬとしてレーザ光を用いた場合について説明したが、発射光ＥＬはレーザ光に限定されず、種々の光を用いることができる。

また、上記実施の形態においては、トルク発生装置としてモータ３０を用いているが、トルク発生装置はモータ３０に限定されない。例えば、手動巻き上げ式または自動巻き上げ式のゼンマイによりトルクを発生してもよい。

また、上記実施の形態においては、反射鏡２５として平面反射鏡を用いた場合について説明したが、反射鏡２５の形状は上記の例に限定されず、楕円面形状、放物面形状、双曲面形状、球面形状または他の非球面形状を有する反射鏡２５を用いてもよい。なお、この場合、反射鏡２５の凸面および凹面のどちらの面を反射面としてもよい。

＜第２の実施の形態＞
図１７は、第２の実施の形態に係るレーザレーダ装置の光学系の構成を示す斜視図である。図１７に示すレーザレーダ装置１Ａが図３〜図１０のレーザレーダ装置１と異なるのは以下の点である。

本実施の形態においては、支柱部２３の上端部にモータ１３０が設けられる。モータ１３０の出力軸１３１は、回転部材３３の突起部３３５（図３参照）に固定される。なお、回転部材３３は、図３の回転部材３３と同様の形状を有する。また、出力軸１３１の回転軸は第２軸Ｌ２に一致する。また、支柱部２３の前面の上部に、リング状の支持部材１４０が設けられる。揺動フレーム２４の連結軸２４１，２４２は、支持部材１４０上に摺動可能かつ回転可能に設けられる。

以上のような構成において、図示しない供給源からモータ１３０に電圧が供給されることにより、出力軸１３１が回転する。それにより、回転部材３３が第２軸Ｌ２を回転軸として回転する。このとき、連結軸２４１，２４２は第３軸Ｌ３を回転軸として回転可能に設けられているので、第４軸Ｌ４が図３〜図１０と同様に第３軸Ｌ３を揺動軸として揺動する。その結果、反射鏡２５が図３〜図１０のレーザレーダ装置１と同様に揺動しつつ回転する。すなわち、出力軸１３１の１回転により、所定の走査領域を発射光ＥＬにより２回走査することができる。

なお、本実施の形態においては、出力軸１３１の側方に第１のフォトインタラプタ１３２が設けられ、出力軸１３１に鍔状のスリット板１３３が設けられる。出力軸１３１の回転角度すなわち第４軸Ｌ４の第２軸Ｌ２周りの回転角度は、第１のフォトインタラプタ１３２およびスリット板１３３により検出される。

ここで、本実施の形態においては、第１のフォトインタラプタ１３２により検出される第４軸Ｌ４の第２軸Ｌ２周りの回転角度に基づいて反射鏡２５の反射点Ｂ（図１１）における発射光ＥＬの反射角βが算出される。

詳細には、まず、第１のフォトインタラプタ１３２により検出される第４軸Ｌ４の第２軸Ｌ２周りの回転角度θ１に基づいて、第３軸Ｌ３の第１軸Ｌ１周りの回転角度θが下記式（２）により算出される。なお、下記式（２）においてαは第１軸Ｌ１と第２軸Ｌ２との間の角である。

θ＝ｔａｎ^−１（ｔａｎθ１・ｃｏｓα） ・・・（２）
次いで、上記式（２）により算出された回転角度θおよび上述した式（１）に基づいて反射角βが算出される。

なお、上記式（１）および上記式（２）を用いた反射角βの算出は、図示しない制御部により実行される。

また、支柱部２３の前面において支持部材１４０の下方には、第２のフォトインタラプタ１４１が設けられる。第２のフォトインタラプタ１４１は、支柱部２３のＹ方向における中央部に取り付けられる。第２のフォトインタラプタ１４１は、溝部１４２を有する。

また、連結軸２４１，２４２には、位置検出用の長尺状のタブ２４１０，２４２０がそれぞれ設けられている。本実施の形態においては、レーザレーダ装置１Ａが第１の基準状態（図３参照）になるときにタブ２４１０が第２のフォトインタラプタ１４１の溝部１４２内を通過し、レーザレーダ装置１Ａが第２の基準状態（図１０参照）になるときにタブ２４２０が溝部１４２内を通過するように各部が構成される。

このような構成において、第２のフォトインタラプタ１４１によりタブ２４１０，２４２０を検出することにより、第１の基準状態（図３参照）および第２の基準状態（図１０参照）を検出することができる。それにより、反射角βを正確に算出することが可能になる。

なお、本実施の形態においては、出力軸１３１の重量を重くすることが好ましい。それにより、出力軸１３１の慣性モーメントを大きくすることができるので、出力軸１３１の回転速度を安定させることができる。その結果、レーザレーダ装置１Ａの探査精度を向上させることができる。

また、本実施の形態においては、支持部材１４０の上面を連結軸２４１，２４２が移動するので、連結軸２４１，２４２と支持部材１４０との間の摩擦力を小さくすることが好ましい。

連結軸２４１，２４２と支持部材１４０との間の摩擦力は、例えば、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）またはダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等により支持部材１４０の表面をコーティングすることにより低減することができる。また、例えば、反射鏡２５を軽量化することにより連結軸２４１，２４２と支持部材１４０との間の摩擦力を低減してもよい。

なお、反射鏡２５を軽量化した場合、反射鏡２５の揺動運動に伴う負荷トルクを低減することができる。それにより、モータ１３０の駆動電圧を低減することができるとともに、出力軸１３１の回転速度を安定させることができる。

なお、上記においては、第３軸Ｌ３の第１軸Ｌ１周りの回転角度θを上記式（２）に基づいて算出しているが、回転角度θの算出方法は上記の例に限定されない。例えば、図示しない記憶部に第１軸Ｌ１と第２軸Ｌ２との間の角度α、第３軸Ｌ３の第１軸Ｌ１周りの回転角度θおよび第４軸Ｌ４の第２軸Ｌ２周りの回転角度θ１の関係を記憶させておいてもよい。

図１８は、記憶部に記憶される角度α、回転角度θおよび回転角度θ１の関係の一例を示す図である。図１８において縦軸は、回転角度θを示し、横軸は、回転角度θ１を示す。なお、図１８においては、角度αが１５°、３０°、４５°、６０°、７５°および８５°の場合の回転角度θと回転角度θ１との関係が示されているが、記憶部には、任意の角度αに対応する回転角度θと回転角度θ１との関係が記憶される。

このように、角度α、回転角度θおよび回転角度θ１の関係が記憶部に記憶されている場合、図示しない制御部は、使用者により予め設定される角度αおよび第１のフォトインタラプタ１３２により検出される回転角度θ１に基づいて第３軸Ｌ３の第１軸Ｌ１周りの回転角度θを容易かつ迅速に算出することができる。

また、上記においては反射角βを上記式（１）に基づいて算出しているが、反射角βの算出方法は上記の例に限定されない。例えば、図示しない記憶部に角度α、回転角度θおよび反射角βの関係を記憶させておいてもよい。

図１９は、記憶部に記憶される角度α、回転角度θおよび反射角βの関係の一例を示す図である。図１９において縦軸は、反射角βを示し、横軸は、回転角度θを示す。なお、図１９においては、角度αが１５°、３０°、４５°、６０°、７５°および８５°の場合の反射角βと回転角度θとの関係が示されているが、記憶部には、任意の角度αに対応する反射角βと回転角度θとの関係が記憶される。

このように、角度α、反射角βおよび回転角度θの関係が記憶部に記憶されている場合、図示しない制御部は、使用者により予め設定される角度αおよび図１８に示した関係に基づいて算出される回転角度θ（または式（２）に基づいて算出される回転角度θ）に基づいて反射角βを容易かつ迅速に算出することができる。

＜第３の実施の形態＞
図２０は、第２の実施の形態に係るレーザレーダ装置の光学系の構成を示す斜視図である。図２０に示すレーザレーダ装置１Ｂが図３〜図１０のレーザレーダ装置１と異なるのは以下の点である。

本実施の形態においては、支柱部２３の一端部に図４と同様の湾曲部３１２が形成される。湾曲部３１２には、図４と同様にベアリング３２および回転部材３３が取り付けられる。また、支柱部２３の前面の上部にモータ３０１０が設けられる。モータ３０１０は、円弧状のステータ３０１１およびリング状のロータ３０１２を有する。

ステータ３０１１は、円弧状の溝部を有し、支柱部２３に固定されている。ロータ３０１２は、ステータ３０１１の上記溝部内に回転可能に嵌め込まれる。ロータ３０１２の上面には、支持部３０１３，３０１４が形成される。揺動フレーム２４の連結軸２４１，２４２（図９参照）は、支持部３０１３，３０１４に回転可能に支持される。

本実施の形態においては、図示しない供給源からステータ３０１１に電圧が供給されることにより、第１軸Ｌ１を回転軸としてロータ３０１２が回転する。このとき、連結軸２４１，２４２は第３軸Ｌ３を回転軸として回転可能に設けられているので、第４軸Ｌ４が図３〜図１０と同様に第３軸Ｌ３を揺動軸として揺動する。その結果、反射鏡２５が図３〜図１０のレーザレーダ装置１と同様に揺動しつつ回転する。すなわち、ロータ３０１２の１回転により、所定の走査領域を発射光ＥＬにより２回走査することができる。

なお、本実施の形態に係るレーザレーダ装置１Ｂにおいても、図１７と同様に第１および第２のフォトインタラプタ１３２，１４１、スリット板１３３、およびタブ２４１０，２４２０を設けてもよい。この場合、図１７のレーザレーダ装置１Ａと同様に、上記の式（１）および式（２）または図１８および図１９に示した関係を用いて発射光ＥＬの反射角βを容易かつ正確に算出することができる。

また、本実施の形態においては、連結軸２４１，２４２が支持部３０１３，３０１４に回転可能に支持されるので、連結軸２４１，２４２と支持部３０１３，３０１４との間の摩擦力を小さくすることが好ましい。連結軸２４１，２４２と支持部３０１３，３０１４との間の摩擦力は、例えば、反射鏡２５を軽量化することにより低減することができる。

なお、反射鏡２５を軽量化した場合、反射鏡２５の揺動運動に伴う負荷トルクを低減することができる。それにより、モータ３０１０の駆動電圧を低減することができるとともに、ロータ３０１２の回転速度を安定させることができる。

＜第４の実施の形態＞
図２１〜図３３は、第４の実施の形態に係るレーザレーダ装置の光学系の構成を示す斜視図である。以下の説明においては、図２１に示すレーザレーダ装置１Ｃの状態を基準状態と称する。なお、本実施の形態においては、後述するように角度調整部材３１が回転可能に設けられている。図２２〜図３３は、角度調整部材３１の基準状態からの回転角度θが３０°、６０°、９０°、・・・、３３０°および３６０°である場合のレーザレーダ装置１Ｃの状態を示す図である。

図２１〜図３３のレーザレーダ装置１Ｃが図３〜図１０のレーザレーダ装置１と異なるのは以下の点である。

本実施の形態においては、図示しない固定機構によりロータ３０２が固定可能に設けられている。また、角度調整部材３１の円柱部３１１がモータ３０の出力軸としてステータ３０１に回転可能かつ図示しない固定機構により固定可能に設けられている。すなわち、本実施の形態においては、ロータ３０２および角度調整部材３１が共に回転可能に設けられている。また、図示しない固定機構により、ロータ３０２および角度調整部材３１を任意に固定することができる。本実施の形態に係るレーザレーダ装置１Ｃは、ロータ３０２および角度調整部材３１のいずれか一方が固定された状態で使用される。

なお、ロータ３０２および角度調整部材３１の固定機構は、ロータ３０２および角度調整部材３１を機械的に固定する構成を有してもよく、ロータ３０２および角度調整部材３１を電気的に固定する構成を有してもよい。

以下、レーザレーダ装置１Ｃの動作について説明する。なお、角度調整部材３１が固定されている場合には、レーザレーダ装置１Ｃは、第１の実施の形態に係るレーザレーダ装置１（図３）と同様の動作を行う。したがって、以下においては、ロータ３０２が固定されている場合のレーザレーダ装置１Ｃの動作について説明する。

本実施の形態においては、ロータ３０２が固定されている状態でモータ３０に電圧が供給されることにより、角度調整部材３１が円柱部３１１（第１軸Ｌ１）を回転軸として回転する。

この場合、ロータ３０２が固定されているので、揺動フレーム２４の第１軸Ｌ１周りの回転が禁止される。それにより、回転部材３３の第１軸Ｌ１周りの回転も禁止される。したがって、角度調整部材３１が回転しても、揺動フレーム２４および回転部材３３は、第１軸Ｌ１周りには回転しない。

一方、図３〜図１０で説明したように、揺動フレーム２４は第３軸Ｌ３周りに回転可能に設けられている。また、揺動フレーム２４、回転部材３３および角度調整部材３１は、第２軸Ｌ２と第４軸Ｌ４とが常に直交するように連結されている。

この場合、図２１〜図３３に示すように、揺動フレーム２４および回転部材３３は、角度調整部材３１が回転することにより、第３軸Ｌ３を揺動軸として揺動する。それにより、反射鏡２５が揺動する。

詳細には、角度調整部材３１の回転角度θが０°から９０°の間では、図２１〜図２４に示すように、角度調整部材３１の回転角度θの増加に従って、第１軸Ｌ１に垂直な平面に対する第４軸Ｌ４の傾斜角度が増加する。それにより、第１軸Ｌ１に垂直な平面に対する反射鏡２５の傾斜角度が増加する。そして、図２４に示すように、角度調整部材３１の回転角度θが９０°になるときに、第１軸Ｌ１に垂直な平面に対する第４軸Ｌ４の傾斜角度が最大になる。それにより、第１軸Ｌ１に垂直な平面に対する反射鏡２５の傾斜角度が最大になる。

角度調整部材３１の回転角度θが９０°から１８０°の間では、図２４〜図２７に示すように、角度調整部材３１の回転角度θの増加に従って第１軸Ｌ１に垂直な平面に対する第４軸Ｌ４の傾斜角度が減少する。それにより、第１軸Ｌ１に垂直な平面に対する反射鏡２５の傾斜角度が減少する。そして、図２７に示すように、角度調整部材３１の回転角度θが１８０°になるときに、第４軸Ｌ４が第１軸Ｌ１に垂直になる。それにより、反射鏡２５が第１軸Ｌ１に垂直な平面に対して平行になる。

なお、本実施の形態においては、図２１〜図２７に示すように、角度調整部材３１が基準状態から１８０°回転する際には、反射鏡２５の下面が＋Ｙ方向側を向くように反射鏡２５が傾斜する。

角度調整部材３１の回転角度θが１８０°から３６０°の間では、図２７〜図３３に示すように、上記と同様の動作により反射鏡２５の下面が−Ｙ方向側を向くように反射鏡２５が傾斜する。そして、角度調整部材３１の回転角度θが３６０°になることにより、レーザレーダ装置１Ｃの状態が基準状態に復帰し、反射鏡２５が第１軸Ｌ１に垂直な平面に対して平行になる。

以上のように、本実施の形態においては、角度調整部材３１の回転角度θが０°から１８０°の間では、反射鏡２５の下面が＋Ｙ方向側に向かって傾斜し、角度調整部材３１の回転角度θが１８０°から３６０°の間では、反射鏡２５の下面が−Ｙ方向側に向かって傾斜する。

この場合、発射光ＥＬの走査面上における走査経路は、角度調整部材３１が基準状態から１回転することにより、所定の直線経路を一往復するように移動する。以下、発射光ＥＬの走査面上における走査経路を詳細に説明する。なお、以下の説明では、基準状態（図２１）における発射光ＥＬの走査面上での位置を基準位置とする。

基準状態から角度調整部材３１が回転を開始することにより、発射光ＥＬは、走査面上において基準位置から遠ざかるように＋Ｙ方向に移動する。そして、角度調整部材３１の回転角度θが９０°になるとき（図２４）に、発射光ＥＬは、基準位置から最も離間する位置に移動する。以下、角度調整部材３１の回転角度が０°から９０°まで増加するときの走査面上での発射光ＥＬの走査経路を第１経路と称する。

角度調整部材３１の回転角度θが９０°を超えてさらに増加することにより、発射光ＥＬは、第１経路上を基準位置に近づくように−Ｙ方向に移動する。そして、角度調整部材３１の回転角度が１８０°になるとき（図２７）に、発射光ＥＬが基準位置に復帰する。

その後、角度調整部材３１の回転角度θが１８０°を超えてさらに増加することにより、発射光ＥＬは、基準位置から遠ざかるように−Ｙ方向に移動する。そして、角度調整部材３１の回転角度θが２７０°になるとき（図２７）に、発射光ＥＬは、基準位置から最も離間する位置に移動する。以下、角度調整部材３１の回転角度が１８０°から２７０°まで増加するときの走査面上での発射光ＥＬの走査経路を第２経路と称する。

角度調整部材３１の回転角度θが２７０°を超えてさらに増加することにより、発射光ＥＬは、第２経路上を基準位置に近づくように＋Ｙ方向に移動する。そして、角度調整部材３１の回転角度が３６０°になるとき（図３３）に、発射光ＥＬが基準位置に復帰する。

以上のように、本実施の形態においては、ロータ３０２を固定して角度調整部材３１を回転させることにより、走査面上における発射光ＥＬの走査経路を直線経路にすることができる。

すなわち、本実施の形態においては、ロータ３０２および角度調整部材３１を選択的に固定することにより発射光ＥＬの走査経路を任意に変更することができる。それにより、レーザレーダ装置１Ｃの利便性が向上する。

＜レーザレーダ装置を備えた輸送機器＞
次に、上記実施の形態に係るレーザレーダ装置１（１Ａ，１Ｂまたは１Ｃ）を備えた輸送機器の例として自動二輪車について説明する。

図３４は、レーザレーダ装置１（１Ａ，１Ｂまたは１Ｃ）を備えた自動二輪車を示す模式図である。

図３４の自動二輪車１３００においては、車体１３１０の前部下方に前輪１３２０が設けられ、後部下方に後輪１３３０が設けられる。車体１３１０の中央部には、ＥＣＵ（電子制御装置）１３４０が設けられる。車体１３１０の前端部および後端部に上記実施の形態に係るレーザレーダ装置１がそれぞれ取り付けられる。

また、車体１３１０においてハンドル１３６０の後方下部にディスプレイ１３５０が設けられる。

前端部のレーザレーダ装置１は、主として自動二輪車１３００の前方および側方の物体の距離および角度を測定する。後端部のレーザレーダ装置１は、主として自動二輪車１３００の後方および側方の物体の距離および物体の角度を測定する。前端部および後端部のレーザレーダ装置１により測定された距離および角度はＥＣＵ１３４０に与えられる。

ＥＣＵ１３４０は、前端部および後端部のレーザレーダ装置１により測定された距離および角度をディスプレイ１３５０にレーダ画像として表示させる。それにより、乗員は、周囲の物体までの距離および物体の方位を視覚的に認識することができる。

上記のレーザレーダ装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、自動二輪車に限らず、４輪の自動車、３輪の自動車、電動自転車、滑走艇、水上バイク、電動車椅子、航空機、無人ヘリ、４輪バギー（All Terrain Vehicle）、無人搬送機、ゴルフカート、等の種々の輸送機器に用いることができる。

なお、上記のレーザレーダ装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、港湾、駐車場、交差点等において監視設備として固定設置されてもよい。

＜請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応＞
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。

上記実施の形態では、送光装置７０が送光部の例であり、モータ３０，３０１０，１３０がトルク発生装置の例であり、揺動フレーム２４が揺動部材の例であり、ロータ３０２、支持部３０１３，３０１４、および支持部材１４０が第１の支持部材の例であり、回転部材３３が第２の支持部材の例であり、ボルト３１４およびベアリング３２が調整部の例であり、摺動部２１および支柱部２３が第３の支持部材の例であり、ベースプレート２０１が第４の支持部材の例であり、車体１３１０が本体部の例であり、後輪１３３０が駆動部の例である。

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。

本発明は、レーザ光を用いて対象物までの距離を測定するために利用することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るレーザレーダ装置の信号処理系の構成を示すブロック図である。 図１のレーザレーダ装置の動作を説明するためのタイミング図である。 図１のレーザレーダ装置の光学系の構成を示す斜視図である。 図３のレーザレーダ装置の詳細を説明するための図である。 第１の基準状態からのロータの回転角度が３０°である場合のレーザレーダ装置の状態を示す図である。 第１の基準状態からのロータの回転角度が６０°である場合のレーザレーダ装置の状態を示す図である。 第１の基準状態からのロータの回転角度が９０°である場合のレーザレーダ装置の状態を示す図である。 第１の基準状態からのロータの回転角度が１２０°である場合のレーザレーダ装置の状態を示す図である。 第１の基準状態からのロータの回転角度が１５０°である場合のレーザレーダ装置の状態を示す図である。 第１の基準状態からのロータの回転角度が１８０°である場合のレーザレーダ装置の状態を示す図である。 送光装置から発射される発射光の進行経路を示す概念図である。 反射鏡において反射される発射光の進行経路の概念的斜視図である。 発射光の走査面上での走査経路を示す上面図である。 発射光の進行経路の概念的側面図である。 走査面と第２軸との間の角度を６０°に固定した状態で、第１軸と第２軸との間の角度を１０°、２０°、３０°および４０°に設定した場合の発射光の走査面上での走査経路を示す図である。 第１軸と第２軸との間の角度を４０°に固定した状態で走査面と第２軸との間の角度を９０°、８０°、７０°および６０°に設定した場合の発射光の走査面上における走査経路の形状を示す図である。 第２の実施の形態に係るレーザレーダ装置の光学系の構成を示す斜視図である。 記憶部に記憶される情報の一例を示す図である。 記憶部に記憶される情報の一例を示す図である。 第３の実施の形態に係るレーザレーダ装置の光学系の構成を示す斜視図である。 第４の実施の形態に係るレーザレーダ装置の光学系の構成を示す斜視図である。 第４の実施の形態に係るレーザレーダ装置の光学系の構成を示す斜視図である。 第４の実施の形態に係るレーザレーダ装置の光学系の構成を示す斜視図である。 第４の実施の形態に係るレーザレーダ装置の光学系の構成を示す斜視図である。 第４の実施の形態に係るレーザレーダ装置の光学系の構成を示す斜視図である。 第４の実施の形態に係るレーザレーダ装置の光学系の構成を示す斜視図である。 第４の実施の形態に係るレーザレーダ装置の光学系の構成を示す斜視図である。 第４の実施の形態に係るレーザレーダ装置の光学系の構成を示す斜視図である。 第４の実施の形態に係るレーザレーダ装置の光学系の構成を示す斜視図である。 第４の実施の形態に係るレーザレーダ装置の光学系の構成を示す斜視図である。 第４の実施の形態に係るレーザレーダ装置の光学系の構成を示す斜視図である。 第４の実施の形態に係るレーザレーダ装置の光学系の構成を示す斜視図である。 第４の実施の形態に係るレーザレーダ装置の光学系の構成を示す斜視図である。 レーザレーダ装置を備えた自動二輪車を示す模式図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ レーザレーダ装置
２１ 摺動部
２３ 支柱部
２４ 揺動フレーム
２５ 反射鏡
３０ モータ
３１ 角度調整部材
３３ 回転部材
７０ 送光装置
１４０ 支持部材
２０１ ベースプレート
３０２ ロータ
３１２ 湾曲部
１３００ 自動二輪車
１３１０ 車体
１３３０ 後輪
３０１２ ロータ
Ｌ１ 第１軸
Ｌ２ 第２軸
Ｌ３ 第３軸
Ｌ４ 第４軸

Claims (5)

1. 第１軸方向に光を発射する送光部と、
   前記第１軸、第２軸、第３軸および第４軸が交差する一の交点を揺動中心として揺動可能に設けられる揺動部材と、
   前記揺動部材を駆動する駆動機構と、
   前記揺動部材に設けられ前記送光部から発射された光を反射する反射面を有する反射鏡とを備え、
   前記第１軸は、前記一の交点において前記第２軸に対して傾斜して交差するとともに前記第３軸に直交し、
   前記第４軸は、前記一の交点において前記第２軸および前記第３軸に直交するとともに前記第２軸を回転軸として回転し、
   前記第３軸は、前記第１軸を回転軸として回転し、
   前記駆動機構は、
   トルクを発生するトルク発生装置と、
   前記揺動部材を前記第３軸を回転軸として回転可能に支持する第１の支持部材と、
   前記揺動部材を前記第４軸を回転軸として回転可能に支持する第２の支持部材とを含み、
   前記トルク発生装置は、前記第１の支持部材が前記第１軸を回転軸として回転するように前記第１の支持部材にトルクを与え、
   前記反射鏡は前記反射面が前記第３軸および前記第４軸に平行になるように前記揺動部材に設けられることを特徴とする光走査装置。
2. 第１軸方向に光を発射する送光部と、
   前記第１軸、第２軸、第３軸および第４軸が交差する一の交点を揺動中心として揺動可能に設けられる揺動部材と、
   前記揺動部材を駆動する駆動機構と、
   前記揺動部材に設けられ前記送光部から発射された光を反射する反射面を有する反射鏡とを備え、
   前記第１軸は、前記一の交点において前記第２軸に対して傾斜して交差するとともに前記第３軸に直交し、
   前記第４軸は、前記一の交点において前記第２軸および前記第３軸に直交するとともに前記第２軸を回転軸として回転し、
   前記第３軸は、前記第１軸を回転軸として回転し、
   前記駆動機構は、
   トルクを発生するトルク発生装置と、
   前記揺動部材を前記第３軸を回転軸として回転可能に支持する第１の支持部材と、
   前記揺動部材を前記第４軸を回転軸として回転可能に支持する第２の支持部材とを含み、
   前記トルク発生装置は、前記第２の支持部材が前記第２軸を回転軸として回転するように前記第２の支持部材にトルクを与え、
   前記反射鏡は前記反射面が前記第３軸および前記第４軸に平行になるように前記揺動部材に設けられることを特徴とする光走査装置。
3. 前記第１軸に対する前記第２軸の傾斜角を調整する調整部をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
4. 前記送光部および前記駆動機構が支持される第３の支持部材と、前記第３の支持部材を移動可能に支持する第４の支持部材とをさらに備えることを特徴とする請求項１または２記載の光走査装置。
5. 本体部と、
   前記本体部を移動させる駆動部と、
   前記本体部に設けられる請求項１〜４のいずれかに記載の光走査装置とを備えたことを特徴とする輸送機器。

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