JP5223321B2 - レーザレーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザレーダ装置に関するものである。

従来より、レーザ光を用いて検出物体までの距離や方位を検出する技術として例えば特許文献１のような装置が提供されている。この特許文献１の装置では、レーザ光発生手段からのレーザ光の光軸上に、レーザ光を透過させ、かつ検出物体からの反射光を検出手段に向けて反射する光アイソレータを設けている。さらに、光アイソレータを透過するレーザ光の光軸上において当該光軸方向の中心軸を中心として回動する凹面鏡を設け、この凹面鏡によってレーザ光を空間に向けて反射させると共に、検出物体からの反射光を光アイソレータに向けて反射させることで３６０°の水平走査を可能としている。
特許２７８９７４１号公報

ところで、特許文献１の技術では凹面鏡の回動により３６０°の水平走査を可能とし、検出領域（レーザ光による走査がなされる領域）を装置の周囲全体にまで拡大しているが、その一方で、検出領域が平面に限定されてしまうという問題がある。即ち、凹面鏡から空間に向けて反射されたレーザ光は所定平面（走査平面）内で走査がなされるため、その走査平面から外れた領域については検出が不能となる。従って、走査平面から外れた検出物体は検出することができず、また、走査平面内に検出物体が存在する場合であってもその検出物体を立体的に把握することはできなかった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、装置の周囲にわたる検出が可能であり、かつ３次元的な検出をも行いうるレーザレーダ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、レーザ光を発生するレーザ光発生手段と、前記レーザ光発生手段から前記レーザ光が発生したときに、検出物体によって反射される前記レーザ光の反射光を検出する光検出手段と、複数のミラーを有してなるミラーユニットが所定の中心軸を中心として回転可能に構成され、前記ミラーユニットのいずれかの前記ミラーにより、前記レーザ光を空間に向けて反射し、且つ前記反射光を前記光検出手段に向けて反射する回転反射手段と、前記回転反射手段の前記ミラーユニットを回転駆動すると共にその回転駆動を制御する回転駆動制御手段と、前記ミラーユニットにおける前記レーザ光の入射位置に配置される前記ミラーを切り替える切替手段と、前記中心軸の方向を縦方向としたときの当該縦方向一方側から前記ミラーユニットに向かう前記レーザ光の前記入射経路を前記中心軸の周りで変化させる入射経路変化手段と、を備え、前記ミラーユニットは、前記中心軸に対して各ミラーの傾斜角度がそれぞれ異なるように構成されており、前記切替手段により前記レーザ光の入射位置に配置される前記ミラーを切り替えることで、前記ミラーユニットからの前記レーザ光の向きを前記中心軸の方向に関して変化させることを特徴とする。
また、前記切替手段は、前記回転駆動制御手段からなり、前記回転反射手段の前記中心軸は、前記ミラーユニットへの前記レーザ光の入射経路からずれた位置とされており、前記入射経路変化手段にて変化される各入射経路毎に、前記回転駆動制御手段により前記ミラーユニットが回転駆動されることで、前記レーザ光の前記入射経路上に位置する前記ミラーが切り替えられる構成をなし、更に、前記入射経路変化手段が各入射経路において前記レーザ光の経路を１つの経路に定めた状態で前記回転駆動制御手段が前記ミラーユニットを回転させて当該ミラーユニットを構成する各ミラー全てに前記レーザ光を入射させるように前記ミラーの切り替えを行うことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載のレーザレーダ装置において、前記入射経路変化手段は、前記レーザ光発生手段からの前記レーザ光を前記ミラーユニットに向けて偏向する偏向手段と、前記偏向手段を変位させる変位手段と、を備え、前記変位手段により前記偏向手段を変位させることで、前記入射経路を前記中心軸の周りで変化させることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のレーザレーダ装置において、前記複数のミラーは、前記ミラーユニットにおいて並んで配されており、かつ各ミラーの並び方向の幅が、前記レーザ光のスポット径よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置において、前記レーザ光発生手段は、前記ミラーユニットにおいて前記レーザ光の入射位置に配置される前記ミラーが切り替えられる毎にパルスレーザ光を出射することを特徴とする。

請求項１の発明では、中心軸に対して各ミラーの傾斜角度がそれぞれ異なるように構成されたミラーユニットが設けられており、切替手段によりレーザ光の入射位置に配置されるミラーを切り替えることで、ミラーユニットからのレーザ光の向きを中心軸の方向に関して変化させるようにしている。このようにすれば、装置の周囲にわたる検出が可能であり、かつ３次元的な検出をも行いうるレーザレーダ装置を実現できる。また、レーザ光の向きを中心軸の方向に関して段階的に変化させる構成を複雑な制御を伴うことなく簡易に実現できる。
また、回転反射手段の中心軸がレーザ光の入射経路からずれた位置とされており、回転駆動制御手段によりミラーユニットが回転駆動されることで、レーザ光の入射経路上に位置するミラーが切り替えられる構成となっている。このように回転駆動制御手段を切替手段として機能させるように兼用すれば、切替手段を大型化、複雑化せずに入射位置に配置されるミラーを切り替えることができるようになる。
また、レーザ光の入射経路を中心軸の周りで変化させる入射経路変化手段を備えており、入射経路変化手段にて変化される各入射経路毎に、回転駆動制御手段によるミラーの切り替えが行われるようになっている。このようにすれば、回転駆動制御手段を切替手段として兼用する構成において水平方向の検出範囲を大きくすることができる。

請求項２の発明では、変位手段により偏向手段を変位させることで、入射経路を中心軸の周りで変化させている。このようにすれば、入射経路を中心軸の周りで変化させる構成を、偏向手段を変位させるという簡易な構成で良好に実現できる。

請求項３の発明は、複数のミラーがミラーユニットにおいて並んで配されており、かつ各ミラーの並び方向の幅が、レーザ光のスポット径よりも大きくなるように構成されている。このようにすれば、レーザ光の照射スポットがミラーからはみ出さないように構成でき、レーザ光を有効利用しやすい構成となる。

請求項４の発明は、レーザ光の入射位置に配置されるミラーが切り替えられる毎にレーザ光発生主段によりパルスレーザ光が出射される構成となっている。このようにすれば、ミラーの切り替え途中に無駄な照射を行わずに済むためレーザ光を効率的に利用でき、また、不安定な状態での検出を排除できるため、検出精度を効果的に高めることができる。

[第１実施形態]
以下、本発明のレーザレーダ装置を具現化した第１実施形態について、図面を参照して説明する。図１は第１実施形態に係るレーザレーダ装置１を概略的に例示する断面図である。図２は、ミラーを変位させる変位機構を概略的に説明する説明図である。図３（ａ）は、ミラーユニットの正面図、図３（ｂ）はミラーユニットの左側面図、図３（ｃ）は、ミラーユニットの右側面図である。図４は、ミラーユニットの平面図を示し、併せてレーザ光の照射位置及び中心軸を示す図である。図５（ａ）は、レーザ光が第１の照射経路となるときのミラーユニットによる反射を説明する説明図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の状態から更にミラーユニットが回転した状態を説明する説明図である。図６（ａ）は、レーザ光が第２の照射経路となるときのミラーユニットによる反射を説明する説明図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の状態から更にミラーユニットが回転した状態を説明する説明図である。図７は、ミラーユニットにおけるレーザ光の照射位置の変化の様子、及び空間に向かうレーザ光の変化の様子を説明する説明図である。図８は、図１のレーザレーダ装置による走査波形を説明するものであり、ミラーユニットの中心軸を中心とし且つレーザレーダ装置から十分離れた位置に配置される仮想的な円筒面でのレーザ光の照射位置を説明する説明図である。図９は、図１のレーザレーダ装置における検出処理の流れを例示するフローチャートである。

図１に示すように、レーザレーダ装置１は、レーザダイオード１０と、検出物体からの反射光を受光するフォトダイオード２０とを備え、検出物体までの距離や方位を検出する装置として構成されている。

レーザダイオード１０は、「レーザ光発生手段」の一例に相当するものであり、図示しない駆動回路からパルス電流を供給されてパルスレーザ光（レーザ光Ｌ１）を投光するものである。フォトダイオード２０は、「光検出手段」の一例に相当するものであり、レーザダイオード１０からレーザ光Ｌ１が発生したときに、検出物体によって反射されるレーザ光Ｌ１の反射光を検出し電気信号に変換する構成をなしている。なお、検出物体からの反射光については所定領域のものが取り込まれる構成となっており、図１の例において、レーザ光Ｌ１が実線で示す経路（符号Ｆ１参照）を通過する場合には、符号Ｌ２で示す２つのライン間の領域の反射光が取り込まれるようになっている。

レーザダイオード１０から出射されたレーザ光Ｌ１の光軸上にはレンズ６０が設けられている。このレンズ６０は、コリメートレンズとして構成されるものであり、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１を平行光に変換する機能を有する。

レンズ６０を通過したレーザ光Ｌ１の光路上には、揺動ミラー３０が配置されている。揺動ミラー３０は、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１を回転反射機構４０に向けて反射する構成をなし、且つ揺動可能に構成されている。また、この揺動ミラー３０を、多自由度をもって駆動するミラー駆動部が設けられている。このようにミラーを多自由度をもって駆動する技術はガルバノミラー等の分野において公知であるので詳細は省略するが、ミラー駆動部については、例えば、揺動ミラー３０をジンバル、ピボット軸受等で支持することにより、二方向へ回転運動させる構成とすることができる。

図２ではその一例として、揺動ミラー３０を変位させる変位機構３３を例示しており、この変位機構３３は、ケース３内の所定位置に配置されるフレーム（図示略）と、このフレームに回転可能に保持されるミラー支持枠３４とを備えており、揺動ミラー３０を支持しつつ、この揺動ミラー３０に、第１軸３３ａ及び第２軸３３ｂ（第２軸３３ｂは第１軸３３ａと直交）を中心とした二方向の回転運動を行わせるように構成されている。この構成では、揺動ミラー３０の反射面３０ａの３次元的な位置関係が変位機構３３の駆動（具体的には変位機構３３を駆動するアクチュエータ３６の制御）に応じて定まることとなる。図１では、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１の出射方向をＸ軸方向とし、回動変更機構４０の中心軸４２ａの方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向をＺ軸方向として説明している。このような定義において、反射面３０ａとＸＹ平面とのなす角をα、反射面３０ａとＹＺ平面とのなす角をβ、反射面３０ａとＸＺ平面とのなす角をγとした場合、制御回路７０によるアクチュエータ３６の制御により、α、β、γの値が自由に定まることとなる。

変位機構３３を駆動するアクチュエータ３６は、装置本体に対するミラー支持枠３４の相対位置を設定するモータ等の第１アクチュエータと、ミラー支持枠３４に対する揺動ミラー３０の相対位置を設定するモータ等の第２アクチュエータとからなる。これらアクチュエータは制御回路７０によって制御される構成をなしており、制御回路７０からの制御量に基づき、第１アクチュエータ（モータ等）がミラー支持枠３４を位置設定し、第２アクチュエータ（モータ等）がミラー支持枠３４に対する揺動ミラー３０の位置を設定することで、レーザ光Ｌ１に対する揺動ミラー３０の傾斜が設定されるようになっている。なお、制御回路７０は、公知のマイクロコンピュータなどによって構成されるものであり、図示しない記憶手段（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）などに接続されている。

揺動ミラー３０で反射されたレーザ光Ｌ１の光軸上には、回転反射機構４０が設けられている。この回転反射機構４０は、「回動反射手段」の一例に相当しており、複数のミラー４４〜４８を備えたミラーユニット４３と、このミラーユニット４３に連結された軸部４２と、この軸部４２を回転可能に支持する図示しない軸受とを備えてなり、ミラーユニット４３が中心軸４２ａを中心として回転するように構成されている。このように構成される回転反射機構４０は、ミラーユニット４３における複数のミラー４４〜４８のいずれかによりレーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１（具体的には揺動ミラー３０によって反射されたレーザ光）を空間に向けて反射し、且つ検出物体からの反射光をミラー４４〜４８の少なくともいずれかによってフォトダイオード２０に向けて反射するように機能する。本実施形態のミラーユニット４３は、中心軸４２ａに対する各ミラー４４〜４８の反射面の傾斜角度がそれぞれ異なるように構成されており、レーザ光Ｌ１の入射位置に配置されるミラーを切り替えることで、ミラーユニット４３からのレーザ光の向きを中心軸４２ａの方向に関して変化させている。なお、ミラーユニット４３の具体的構成及び具体的制御方法については後述する。

さらに、機構４０のミラーユニット４３を回転駆動するようにモータ５０が設けられている。このモータ５０は、軸部４２を回転させることで、軸部４２に駆動力を与えてこの軸部４２と連結されたミラーユニット４３を回転駆動するように構成されている。このモータ５０は、例えばステップモータなどによって構成することができる。このステップモータとしては種々のものを利用でき、１ステップ毎の角度が小さいものを使用すれば、緻密な回動が可能となる。また、モータ５０をステップモータ以外の駆動手段によって構成してもよい。例えば、ブラシレスＤＣモータなどを用いてもよい。

また、図１にて概念的に示すように、モータ５０の軸部４２の回転角度位置（即ち偏向部４１の回転角度位置）を検出する回転角度位置センサ５２が設けられている。回転角度位置センサ５２は、ロータリーエンコーダやホール素子など、軸部４２の回転角度位置を検出しうるものであれば様々な種類のものを使用できる。なお、回転角度位置センサ５２からの信号は制御回路７０に入力されるようになっており、この制御回路７０によってモータ５０の位置決め制御や速度制御が行われるようになっている。本実施形態では、モータ５０及び制御回路７０が、「回転駆動制御手段」の一例に相当しており、回転反射機構４０のミラーユニット４３を回転駆動すると共にその回転駆動を制御するように機能する。

また、回転反射機構４０からフォトダイオード２０に至るまでの検出物体からの反射光の光路上には、フォトダイオード２０に向けて当該反射光を集光する集光レンズ６２が設けられ、その集光レンズ６２とフォトダイオード２０の間にはフィルタ６４が設けられている。集光レンズ６２は、ミラーユニット４３にて反射された検出物体からの反射光を集光してフォトダイオード２０に導くものであり、「集光手段」の一例に相当している。また、フィルタ６４は、回転反射機構４０からフォトダイオード２０に至るまでの反射光の光路上において反射光を透過させ且つ反射光以外の光を除去するものであり、「光選択手段」の一例に相当している。具体的には、反射光に対応した特定波長の光（例えば一定領域の波長の光）のみを透過させそれ以外の光を遮断する波長選択フィルタによって構成することができる。

また、本実施形態では、レーザダイオード１０、フォトダイオード２０、揺動ミラー３０、レンズ６０、回転反射機構４０、モータ５０等がケース３内に収容され、防塵や衝撃保護が図られている。ケース３におけるミラーユニット４３の周囲には、当該ミラーユニット４３を取り囲むようにレーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１、及び検出物体からの反射光の通過を可能とする導光部４が形成されている。導光部４は、スリットとして構成されており、ミラーユニット４３に入光するレーザ光Ｌ１の光軸を中心とした環状形態でほぼ３６０°に亘って構成されている。また、この導光部４を閉塞する形態でガラス板等からなるレーザ光透過板５が配され、防塵が図られている。

次に、回転反射機構４０について詳しく説明する。
図３、図４に示すように、ミラーユニット４３は、複数のミラー４４〜４８を備えた構成をなしており、中心軸４２ａに対する各ミラー４４〜４８の反射面４４ａ〜４８ａの傾斜角度がそれぞれ異なるように構成されている。図４のように各ミラーの反射面４４ａ〜４８ａは、それぞれ長手状に構成されており、それら長手方向を同じ向きに揃える形態で隣接して並設されている。

ミラーユニット４３は、中心軸４２ａを中心として回転する構成となっており、中心軸４２ａと各反射面４４ａ〜４８ａとのなす角度が常に一定に保たれるようになっている。即ち、ミラーユニット４３がどの回転位置にあっても、反射面４４ａと中心軸４２ａとのなす角度θ１、反射面４５ａと中心軸４２ａとのなす角度θ２、反射面４６ａと中心軸４２ａとのなす角度θ３、反射面４７ａと中心軸４２ａとのなす角度θ４、反射面４８ａと中心軸４２ａとのなす角度θ５、がそれぞれ一定となっており、かつθ１＜θ２＜θ３＜θ４＜θ５の関係が維持されている。

このように構成される回転反射機構４０は、レーザ光Ｌ１の入射位置に配置されるミラーを制御によって切り替える構成をなしており、このような切り替えにより、ミラーユニット４３から装置外の空間に向かうレーザ光の向きを中心軸４２ａの方向（縦方向）に関して変化させるように機能する。本実施形態では、モータ５０及び制御回路７０が「切替手段」「回転駆動制御手段」の一例に相当しており、制御回路７０の制御量に応じてモータ５０が駆動し、ミラーユニット４３の回転位置を定めており、これによりレーザ光Ｌ１の経路上に配置されるミラー（即ち、レーザ光Ｌ１の入射対象となるミラー）を切り替えている。

図１、図４に示すように、回転反射機構４０の中心軸４２ａは、揺動ミラー３０からミラーユニット４３へ向かうレーザ光Ｌ１の経路（入射経路）からずれた位置とされており、ミラーユニット４３におけるレーザ光Ｌ１の入射位置（図４では符号ＳＰ１）は、中心軸４２ａからある程度離れた位置となっている。このような構成において、制御回路７０及びモータ５０によりミラーユニット４３が回転駆動されることで、レーザ光Ｌ１の入射経路上に位置するミラーが切り替わるようになっている。

例えば、図５（ａ）のようにレーザ光Ｌ１の入射位置（符号ＳＰ１の位置）が定められている場合に制御回路７０及びモータ５０によってミラーユニット４３が回転駆動されると、ミラーユニット４３の位置は、図５（ａ）の実線部の位置から二点鎖線部Ｎ２の位置、二点鎖線部Ｎ３の位置に順番に変化する。実線に示す位置では、レーザ光Ｌ１がミラー４４に入射するため、このミラー４４により反射面４４ａの傾斜に応じた方向（符号Ｆ１参照）に反射されて装置外の空間に向かう。二点鎖線Ｎ２の位置では、レーザ光Ｌ１がミラー４５に入射するため、このミラー４５により反射面４５ａの傾斜に応じた方向（符号Ｆ２参照）に反射される。同様に、二点鎖線Ｎ３の位置では、レーザ光Ｌ１がミラー４６に入射するため、このミラー４６により反射面４６ａの傾斜に応じた方向（符号Ｆ３参照）に反射される。上述のように、中心軸４２ａに対する反射面４４ａ〜４８ａの傾斜角度θ１〜θ５はそれぞれ異なっているため、レーザ光Ｌ１が入射するミラーが切り替わると、図１に示す符号Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３のようにミラーユニット４３からのレーザ光の向きが中心軸４２ａの方向（縦方向）に関して変化することとなる。

なお、本実施形態では、ミラーユニット４３において複数のミラー４４〜４８が並んで配されているが、各ミラー４４〜４８の並び方向の幅は、レーザ光Ｌ１のスポット径よりも大きくなるように構成されている。そして、各ミラーにレーザ光Ｌ１を入射させる切り替えの際に、照射スポット全体が各反射面内に収まるように制御回路７０及びモータ５０によってミラーユニット４３の回転位置調整がなされている。なお、本実施形態では各ミラー４４〜４８の短手方向を幅方向としている。

また、本実施形態では、揺動ミラー３０からのレーザ光Ｌ１の経路（入射経路）をある１つの経路（第１経路）に定めた状態で図５（ａ）（ｂ）のようにミラーユニット４３を回転させて５つのミラー４４〜４８全てにレーザ光Ｌ１を入射させた後、揺動ミラー３０を変位させて図６のように揺動ミラー３０からのレーザ光Ｌ１の経路（入射経路）を別の経路（第２経路）変化させ、その状態で再びミラーユニット４３を回転させて５つのミラー４４〜４８全てにレーザ光Ｌ１を入射させるようにしている。入射経路が第１経路から第２経路に変更された場合、ミラーユニット４３におけるレーザ光Ｌ１の入射位置は、図５に示す符号ＳＰ１の位置から図６に示す符号ＳＰ２の位置に変化する。この経路において図６（ａ）（ｂ）のような回転制御がなされることで、ミラーユニット４３からのレーザ光の向きが符号Ｆ１'、Ｆ２'、Ｆ３'、Ｆ４'、Ｆ５'のように変化してゆく。

このようにレーザ光Ｌ１の入射経路が中心軸４２ａの周囲で順次変更され、各入射経路においてミラーの切替制御がなされることで、水平方向に関するレーザ光の向きは図７のように変化してゆく。また、このようにレーザ光の向きが変化することにより、空間に向かうレーザ光の走査波形は図８のようになる。なお、図８は、中心軸４２ａを中心とし且つレーザレーダ装置１から十分離れた位置に配置される仮想的な円筒面の内面に照射されるレーザ光の走査パターンを示すものであり、その仮想的な円筒面の内面側を中心軸側から見た概念図である。

なお、本実施形態では、揺動ミラー３０が「偏向手段」の一例に相当し、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１をミラーユニット４３に向けて偏向する機能を有している。また、図２に示す変位機構３３、アクチュエータ３６、制御回路７０は、「変位手段」の一例に相当し、揺動ミラー３０（偏向手段）を変位させる機能を有している。また、制御回路７０、アクチュエータ３６、変位機構３３、及び揺動ミラー３０は「入射経路変化手段」の一例に相当し、制御回路、アクチュエータ３６、変位機構３３により揺動ミラー３０を変位させることでレーザ光Ｌ１の入射経路を中心軸の周りで変化させるように機能する。そして、このように「入射経路変化手段」にて変化される各入射経路毎に、切替手段（即ち制御回路７０及びモータ５０）によるミラーの切り替えが行われるようになっている。

次に、レーザレーダ装置１における検出処理について説明する。
図９に示す検出処理は、図示しないＲＯＭ等の記憶手段に記憶されるプログラムに基づいて制御回路７０によって実行される処理であり、例えば電源投入や所定の開始操作などをトリガとして開始される。当該検出処理が開始されるとＳ１にて初期設定処理がなされる。この初期設定処理では、レーザ光Ｌ１の入射経路が初期経路（例えば図１に示す経路）となるように揺動ミラー３０を設定する処理である。次いで、１番目のミラー４４を定められた入射位置（レーザ光Ｌ１の設定経路上の位置）に配置するようにモータ５０を回転駆動する（Ｓ２）。

その後、Ｓ３にてレーザ光を出射する処理が行われる。具体的には、レーザダイオード１０を駆動する図示しない駆動回路に対して制御回路７０から駆動指令が与えられる。レーザダイオード１０は、駆動指令を受けた駆動回路によってパルス電流が供給され、パルスレーザ光を出射する。なお、本実施形態では、レーザ光Ｌ１の入射位置に配置されるミラーが切り替えられる毎にレーザダイオード１０からパルスレーザ光を出射させる制御を行っている。

その後、検出処理が行われる（Ｓ４）。本実施形態のレーザレーダ装置１では、レーザダイオード１０にパルス電流が供給されると、このレーザダイオード１０からはパルス電流のパルス幅に応じた時間間隔のパルスレーザ光（レーザ光Ｌ１）が出力される。このレーザ光Ｌ１は、ある程度の広がり角をもった拡散光として投光され、レンズ６０を通過することで平行光に変換される。レンズ６０を通過したレーザ光Ｌ１は、揺動ミラー３０で反射されてミラーユニット４３のいずれかのミラー（初回の処理ではミラー４４）に入射し、そのミラーにて反射されて空間に向けて照射される。

ミラーユニット４３のいずれかのミラー（初回の処理ではミラー４４）によって反射されたレーザ光Ｌ１は検出物体によって反射され、この反射光の一部（Ｌ２参照）は再びミラーユニット４３に入射する。ミラーユニット４３は、この反射光をフォトダイオード２０側へ反射する。ミラーユニット４３にて反射された反射光は、集光レンズ６２で集光され、フィルタ６４を通過してフォトダイオード２０に入光する。

フォトダイオード２０は、受光した反射光Ｌ２に応じた電気信号（例えば受光した反射光Ｌ２に応じた電圧値）を出力する。この構成では、レーザダイオード１０によってレーザ光Ｌ１を出力してからフォトダイオード２０によってその反射光Ｌ２を検出するまでの時間を測定することにより検出物体までの距離を求めることができる。また、そのときの、揺動ミラー３０の変位、及びミラーユニット４３の変位によって方位をも求めることができる。つまり、揺動ミラー３０の反射面３０ａとＸＹ平面とのなす角α、反射面３０ａとＹＺ平面とのなす角β、反射面３０ａとＸＺ平面とのなす角γが定まり、ミラーユニット４３の回転位置が定まると、ミラーユニット４３からレーザ光Ｌ１が向かう方向が、一の方位に定まるため、検出物体の方位を的確に把握できることとなる。

このように検出処理を行った後、全てのミラーについて切り替えが完了したかを判断する（Ｓ５）。即ち、ミラーユニット４３に含まれる複数のミラー４４〜４８の全てに対してレーザ光Ｌ１をそれぞれ入射させて検出処理を行ったか否かを判断する。全てのミラーについて切り替えが完了していない場合にはＳ５にてＮｏに進み、モータ５０を駆動させて次のミラーに切り替える（Ｓ６）。例えば、前回の処理でミラー４４が入射対象であった場合には次のミラー４５が入射位置に配置されるようにモータ５０を駆動する。また、前回の処理でミラー４５が入射対象であった場合には次のミラー４６が入射位置に配置されるようにモータ５０を駆動する。Ｓ６にて切り替えが行われた後はＳ３以降の処理が繰り返されることとなる。また、Ｓ５において全てのミラーについて切り替えが完了したと判断される場合にはＳ５にてＹｅｓに進み、レーザ光の経路変更処理が行われる（Ｓ７）。この経路変更処理は、レーザ光の入射経路を変化させる処理であり、例えば前回の経路が図７のＳＰ１を入射位置とするような経路であった場合には、アクチュエータ３６を駆動してレーザ光の経路をその次の経路（即ち、図７のＳＰ２を入射位置とするような経路）に変化させる。そして、このようにレーザ光の経路を変更した状態で再びＳ２以降の処理を繰り返す。

以上のように、本実施形態によれば中心軸４２ａに対して各ミラーの傾斜角度がそれぞれ異なるように構成されたミラーユニット４３が設けられており、モータ５０及び制御回路７０（切替手段）によりレーザ光Ｌ１の入射位置に配置されるミラーを切り替えることで、ミラーユニット４３からのレーザ光の向きを中心軸４２ａの方向に関して変化させるようにしている。このようにすれば、装置の周囲にわたる検出が可能であり、かつ３次元的な検出をも行いうるレーザレーダ装置を実現できる。また、レーザ光の向きを中心軸４２ａの方向に関して段階的に変化させる構成を複雑な制御を伴うことなく簡易に実現できる。

また、回転反射機構４０の中心軸４２ａがレーザ光Ｌ１の入射経路からずれた位置とされており、モータ５０及び制御回路７０によってミラーユニット４３が回転駆動されることで、レーザ光Ｌ１の入射経路上に位置するミラーが切り替えられる構成となっている。このようにモータ５０及び制御回路７０を「回転駆動制御手段」「切替手段」として機能させるように兼用すれば、入射位置に配置されるミラーを切り替える構成を、大型化、複雑化、を伴うことなく実現できる。

また、レーザ光Ｌ１の入射経路を中心軸４２ａの周りで変化させる「入射経路変化手段」を備えており、「入射経路変化手段」にて変化される各入射経路毎に、モータ５０及び制御回路７０によるミラーの切り替えが行われるようになっている。このようにすれば、モータ５０及び制御回路７０を「回転駆動制御手段」「切替手段」として兼用する構成において水平方向の検出範囲を大きくすることができる。

また、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１を反射する揺動ミラー３０を変位させることで、入射経路を中心軸４２ａの周りで変化させている。このようにすれば、入射経路を中心軸４２ａの周りで変化させる構成を簡易な構成で良好に実現できる。

また、複数のミラー４４〜４８がミラーユニット４３において並んで配されており、かつ各ミラーの並び方向の幅が、レーザ光Ｌ１のスポット径よりも大きくなるように構成されている。このようにすれば、レーザ光Ｌ１の照射スポットが各ミラー４４〜４８からはみ出さないように構成でき、レーザ光Ｌ１を有効利用しやすい構成となる。

また、レーザ光Ｌ１の入射位置に配置されるミラーが切り替えられる毎にレーザダイオード１０によりパルスレーザ光が出射される構成となっている。このようにすれば、ミラーの切り替え途中に無駄な照射を行わずに済むためレーザ光Ｌ１を効率的に利用でき、また、不安定な状態での検出を排除できるため、検出精度を効果的に高めることができる。

さらに、回転反射機構４０からフォトダイオード２０に至るまでの反射光Ｌ２の光路上に、フォトダイオード２０に向けて反射光Ｌ２を集光する集光レンズ６２が設けられているため、フォトダイオード２０を大型化させることなく広範囲の反射光を検出に利用できるようになる。

また、回転反射機構４０からフォトダイオード２０に至るまでの反射光Ｌ２の光路上に、反射光Ｌ２を透過させ、且つ反射光以外の光を除去するフィルタ６４が設けられているため、ノイズ光を好適に除去できる。

［参考例１]
次に参考例１について説明する。
図１０は、参考例１に係るレーザレーダ装置を例示する断面概略図である。図１１は、レーザ光の入射位置を切り替える切替制御を説明する説明図である。図１２は、図１０のレーザレーダ装置による走査波形を説明するものであり、ミラーユニットの中心軸を中心とし且つレーザレーダ装置から十分離れた位置に配置される仮想的な円筒面でのレーザ光の照射位置を説明する説明図である。なお、本参考例１では、制御回路７０によるモータ５０及びアクチュエータ３６の制御方法が第１実施形態と異なるが各部品の機械的構成及び電気的構成は第１実施形態と同様である。よって各部品について第１実施形態と同一の符号を付し詳細な説明は省略する。

参考例１のレーザレーダ装置２００でも、レーザ光を発生するレーザダイオード１０（レーザ光発生手段）と、レーザダイオード１０からレーザ光Ｌ１が発生したときに、検出物体によって反射されるレーザ光Ｌ１の反射光を検出するフォトダイオード２０（光検出手段）と、複数のミラー４４〜４８を有するミラーユニット４３を備えた回転反射機構４０と、回転反射機構４０のミラーユニット４３を回転駆動すると共にその回転駆動を制御するモータ５０及び制御回路（回転駆動制御手段）とを備えている。また、回転反射機構４０は、ミラーユニット４３が中心軸４２ａを中心として回転可能に構成され、ミラーユニット４３のいずれかのミラー４４〜４８により、レーザ光Ｌ１を空間に向けて反射し、且つ検出物体からの反射光をフォトダイオード２０に向けて反射する構成をなしている。

ミラーユニット４３は、中心軸４２ａに対して各ミラー４４〜４８の傾斜角度がそれぞれ異なるように構成されており、ミラーユニット４３におけるレーザ光Ｌ１の入射位置に配置されるミラーを切り替えることで、ミラーユニット４３からのレーザ光の向きを中心軸４２ａの方向に関して変化させるようにしている。

具体的には、制御回路７０及びモータ５０によってミラーユニットを所定角度ずつ回転駆動する制御が行われるようになっており、制御回路７０、アクチュエータ３６、揺動ミラー３０は、ミラーユニット４３がモータ５０によって所定角度（例えば５°）ずつ回転される毎に、複数のミラー４４〜４８のそれぞれにレーザ光が入射するようにミラーユニット４３へのレーザ光の入射経路を変化させる制御を行っている。

例えば、ミラーユニット４３が図１１（ａ）に示す回転位置にあるとき、制御回路７０及びアクチュエータ３６によって変位機構３３を駆動することで揺動ミラー３０を揺動させ、レーザ光Ｌ１の入射位置をミラー４４上の位置ＳＱ１から、ミラー４５上の位置ＳＱ２、ミラー４６上の位置ＳＱ３、ミラー４７上の位置ＳＱ４、ミラー４８上の位置ＳＱ５にそれぞれ変化させる。これによりレーザ光Ｌ１の向かう方向が、ミラー４４による反射方向Ｆ１、ミラー４５による反射方向Ｆ２、ミラー４６による反射方向Ｆ３、ミラー４６による反射方向Ｆ４、ミラー４７による反射方向Ｆ５と変化する。各ミラー４４〜４８における反射面４４ａ〜４８ａの中心軸４２ａとのなす角度θ１〜θ５はそれぞれ異なるように構成されているため、図１０、図１１（ａ）のように、ミラーユニット４３からのレーザ光の向きが中心軸４２ａの方向に関して段階的に変化することとなる。

図１１（ａ）の位置において各ミラー４４〜４８にそれぞれレーザ光Ｌ１を入射させてそれぞれのレーザ光（符号Ｆ１〜Ｆ５を）による検出処理を行った後、制御回路７０によりモータ５０を駆動し、図１１（ｂ）のようにミラーユニット４３を所定角度回転させる処理が行われる。この状態で、再び揺動ミラー３０を揺動させ、レーザ光Ｌ１の入射位置をミラー４４上の位置ＳＱ１'から、ミラー４５上の位置ＳＱ２'、ミラー４６上の位置ＳＱ３'、ミラー４７上の位置ＳＱ４'、ミラー４８上の位置ＳＱ５'にそれぞれ変化させる。これによりレーザ光Ｌ１の向かう方向が、ミラー４４による反射方向Ｆ１'、ミラー４５による反射方向Ｆ２'、ミラー４６による反射方向Ｆ３'、ミラー４６による反射方向Ｆ４'、ミラー４７による反射方向Ｆ５'と変化する。この制御においてもミラーユニット４３からのレーザ光の向きが中心軸４２ａの方向に関して段階的に変化することとなる。図１１（ｂ）での検出処理が終了すると、更にモータ５０が駆動されて図１１（ｃ）のような状態となり、上記と同様の検出処理が再び繰り返されることとなる。

このようにレーザ光Ｌ１を入射されるミラーを切り替える制御がなされることで、空間に向かうレーザ光の走査波形は図１２のようになる。なお、図１２は、中心軸４２ａを中心とし且つレーザレーダ装置１から十分離れた位置に配置される仮想的な円筒面の内面に照射されるレーザ光の走査パターンを示すものであり、その仮想的な円筒面の内面側を中心軸側から見た概念図である。

なお、本参考例１でも複数のミラー４４〜４８がミラーユニット４３において並んで配されており、かつ各ミラー４４〜４８の並び方向の幅が、レーザ光Ｌ１のスポット径よりも大きくなるように構成されている。また、第１実施形態と同様に、ミラーユニット４３においてレーザ光Ｌ１の入射位置に配置されるミラーが切り替えられる毎にレーザダイオード１０によってパルスレーザ光が出射されるようになっている。

本参考例１の構成によれば第１実施形態と同様の効果が得られる。また、ミラーユニット４３が所定角度ずつ回転する毎に、複数のミラー４４〜４８のそれぞれにレーザ光Ｌ１が入射するように入射経路を変化させている。このようにすれば、入射対象となるミラーの切り替えを、レーザ光の入射経路を変化させるという簡易な構成で良好に実現できる。

［参考例２]
次に参考例２について説明する。
図１３は、参考例２に係るレーザレーダ装置を例示する断面概略図である。図１４（ａ）は、傾斜ミラーの平面図であり、（ｂ）は傾斜ミラーの正面図、（ｃ）は傾斜ミラーの左側面図、（ｄ）は傾斜ミラーの右側面図である。なお、本参考例２のレーザレーダ装置３００は、回転反射機構３４０の構成のみが第１実施形態の回転反射機構４０と異なり、それ以外は第１実施形態のレーザレーダ装置１と同様である。よって同様の構成については第１実施形態と同一の符号を付し、詳細な説明は省略することとする。

本参考例２でも、レーザ光Ｌ１を発生するレーザダイオード１０（レーザ光発生手段）と、レーザダイオード１０からレーザ光が発生したときに、検出物体によって反射されるレーザ光の反射光を検出するフォトダイオード２０（光検出手段）と、回転反射機構３４０と、回転反射機構３４０を回転駆動すると共にその回転駆動を制御するモータ５０及び制御回路７０とを備えている。

一方、本参考例２の回転反射機構３４０は、中心軸４２ａを中心として回転可能に構成された傾斜ミラー３４１を備え、この傾斜ミラー３４１によりレーザ光Ｌ１を空間に向けて反射させ、且つ反射光をフォトダイオード２０に向けて反射する構成をなしている。また、傾斜ミラー３４１は、図１４（ａ）に示すように回転反射機構３４０の中心軸４２ａに対して傾斜した反射面３４１ａを備え、中心軸４２ａは、傾斜ミラー３４１へのレーザ光Ｌ１の入射経路からずれた位置とされている。図１４（ａ）では、レーザ光Ｌ１の入射経路が所定の位置に定められたときのレーザ光Ｌ１の入射位置ＳＲ１を示している。

このような構成において、モータ５０及び制御回路７０により傾斜ミラー３４１が回転駆動されることで、図１４（ａ）のように傾斜ミラー３４１におけるレーザ光Ｌ１の入射位置が変化すると共に、傾斜ミラー３４１からのレーザ光の反射方向が変化し、傾斜ミラー３４１から空間に向かうレーザ光が中心軸４２ａの方向に関して変化するようになっている。より具体的には傾斜ミラー３４１におけるレーザ光Ｌ１の入射位置が反射面３４１ａの幅方向一端側から他端側に変化するように構成されており、傾斜ミラー３４１の反射面３４１ａは、幅方向一端側から他端側に向かうにつれ中心軸４２ａに対する傾斜角度が連続的に変化するように構成されている。なお、図１４（ｄ）では幅方向を符号Ｗにて示しており、幅方向一端側の位置Ｐ１−Ｐ２間の傾斜角度から中央側に向かうにつれて傾斜角度が連続的に増大し、中央位置Ｐ３−Ｐ４の傾斜角度は位置Ｐ１−Ｐ２間の傾斜角度よりも大きくなっている。また、中央位置Ｐ３−Ｐ４から他端側に向かうにつれても傾斜角度が連続的に増大し、中央位置Ｐ３−Ｐ４の傾斜角度よりも位置Ｐ５ーＰ６間の傾斜角度のほうが大きくなっている。モータ５０の駆動によって傾斜ミラー３４１が回転駆動されると、レーザ光Ｌ１の入射位置は図１４（ａ）の破線のように相対的に変化し、他端側に向かうため、傾斜ミラー３４１からの反射光は縦方向に次第に変化する。

本参考例２では、揺動ミラー３０が「偏向手段」の一例に相当し、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１を傾斜ミラー３４１に向けて偏向する機能を有している。また、変位機構３３（図２参照）、アクチュエータ３６、制御回路７０は、「変位手段」の一例に相当し、揺動ミラー３０（偏向手段）を変位させる機能を有している。また、制御回路７０、アクチュエータ３６、変位機構３３、及び揺動ミラー３０は「入射経路変化手段」の一例に相当し、制御回路、アクチュエータ３６、変位機構３３により揺動ミラー３０を変位させることでレーザ光Ｌ１の入射経路を中心軸の周りで変化させるように機能する。そして、このように「入射経路変化手段」にて変化される各入射経路毎に、モータ５０による傾斜ミラー３４１の回転駆動が行われるようになっている。

本参考例２の構成では、回転反射手段において中心軸に対して傾斜した反射面を備えた傾斜ミラーが設けられ、回転反射手段の中心軸は、傾斜ミラーへのレーザ光の入射経路からずれた位置とされている。そして、傾斜ミラーが回転駆動されることで、傾斜ミラーにおけるレーザ光の入射位置が変化すると共に、傾斜ミラーからのレーザ光の反射方向が変化し、傾斜ミラーから空間に向かうレーザ光が中心軸の方向に関して変化するようになっている。このようにすれば、装置の周囲にわたる検出が可能であり、かつ３次元的な検出をも行いうるレーザレーダ装置を実現できる。また、レーザ光の向きを中心軸の方向に関して連続的に変化させる構成を複雑な制御を伴うことなく簡易に実現できる。

また、制御回路７０及びモータ５０による傾斜ミラー３４１の回転駆動により、傾斜ミラー３４１におけるレーザ光の入射位置が反射面３４１ａの幅方向一端側から他端側に変化するように構成されており、傾斜ミラー３４１の反射面３４１ａは、幅方向一端側から他端側に向かうにつれ中心軸４２ａに対する傾斜角度が連続的に変化するように構成されている。このようにすれば、傾斜ミラー３４１の回転に応じてレーザ光の向きを中心軸４２ａの方向に連続的に変化させうる構成を簡易かつ良好に実現できる。

［他の実施形態]
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではない。

図１は第１実施形態に係るレーザレーダ装置１を概略的に例示する断面図である。 図２は、ミラーを変位させる変位機構を概略的に説明する説明図である。 図３（ａ）は、ミラーユニットの正面図、図３（ｂ）はミラーユニットの左側面図、図３（ｃ）は、ミラーユニットの右側面図である。 図４は、ミラーユニットの平面図を示し、併せてレーザ光の照射位置及び中心軸を示す図である。 図５（ａ）は、レーザ光が第１の照射経路となるときのミラーユニットによる反射を説明する説明図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の状態から更にミラーユニットが回転した状態を説明する説明図である。 図６（ａ）は、レーザ光が第２の照射経路となるときのミラーユニットによる反射を説明する説明図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の状態から更にミラーユニットが回転した状態を説明する説明図である。 図７は、ミラーユニットにおけるレーザ光の照射位置の変化の様子、及び空間に向かうレーザ光の変化の様子を説明する説明図である。 図８は、図１のレーザレーダ装置による走査波形を説明するものであり、ミラーユニットの中心軸を中心とし且つレーザレーダ装置から十分離れた位置に配置される仮想的な円筒面でのレーザ光の照射位置を説明する説明図である。 図９は、図１のレーザレーダ装置における検出処理の流れを例示するフローチャートである。 図１０は、参考例１に係るレーザレーダ装置を例示する断面概略図である。 図１１は、レーザ光の入射位置を切り替える切替制御を説明する説明図である。 図１２は、図１０のレーザレーダ装置による走査波形を説明するものであり、ミラーユニットの中心軸を中心とし且つレーザレーダ装置から十分離れた位置に配置される仮想的な円筒面でのレーザ光の照射位置を説明する説明図である。 図１３は、参考例２に係るレーザレーダ装置を例示する断面概略図である。 図１４（ａ）は、傾斜ミラーの平面図であり、（ｂ）は傾斜ミラーの正面図、（ｃ）は傾斜ミラーの左側面図、（ｄ）は傾斜ミラーの右側面図である。

符号の説明

１，２００，３００…レーザレーダ装置
１０…レーザダイオード（レーザ光発生手段）
２０…フォトダイオード（光検出手段）
３０…ミラー（入射経路変化手段，偏向手段）
３３…変位機構（入射経路変化手段，変位手段）
３６…アクチュエータ（入射経路変化手段，変位手段）
４０，３４０…回転反射機構（回転反射手段）
４２ａ…中心軸
４３…ミラーユニット
４４〜４８…ミラー
５０…モータ（回転駆動制御手段，切替手段）
７０…制御回路（回転駆動制御手段，切替手段，入射経路変化手段，変位手段）
３４１…傾斜ミラー
３４１ａ…傾斜ミラーの反射面

Claims (4)

1. レーザ光を発生するレーザ光発生手段と、
   前記レーザ光発生手段から前記レーザ光が発生したときに、検出物体によって反射される前記レーザ光の反射光を検出する光検出手段と、
   複数のミラーを有してなるミラーユニットが所定の中心軸を中心として回転可能に構成され、前記ミラーユニットのいずれかの前記ミラーにより、前記レーザ光を空間に向けて反射し、且つ前記反射光を前記光検出手段に向けて反射する回転反射手段と、
   前記回転反射手段の前記ミラーユニットを回転駆動すると共にその回転駆動を制御する回転駆動制御手段と、
   前記ミラーユニットにおける前記レーザ光の入射位置に配置される前記ミラーを切り替える切替手段と、
   前記中心軸の方向を縦方向としたときの当該縦方向一方側から前記ミラーユニットに向かう前記レーザ光の前記入射経路を前記中心軸の周りで変化させる入射経路変化手段と、
   を備え、
   前記ミラーユニットは、前記中心軸に対して各ミラーの傾斜角度がそれぞれ異なるように構成されており、
   前記切替手段により前記レーザ光の入射位置に配置される前記ミラーを切り替えることで、前記ミラーユニットからの前記レーザ光の向きを前記中心軸の方向に関して変化させる構成であり、
   前記切替手段は、前記回転駆動制御手段からなり、
   前記回転反射手段の前記中心軸は、前記ミラーユニットへの前記レーザ光の入射経路からずれた位置とされており、
   前記入射経路変化手段にて変化される各入射経路毎に、前記回転駆動制御手段により前記ミラーユニットが回転駆動されることで、前記レーザ光の前記入射経路上に位置する前記ミラーが切り替えられる構成をなし、
   更に、前記入射経路変化手段が各入射経路において前記レーザ光の経路を１つの経路に定めた状態で前記回転駆動制御手段が前記ミラーユニットを回転させて当該ミラーユニットを構成する各ミラー全てに前記レーザ光を入射させるように前記ミラーの切り替えを行うことを特徴とするレーザレーダ装置。
2. 前記入射経路変化手段は、
   前記レーザ光発生手段からの前記レーザ光を前記ミラーユニットに向けて偏向する偏向手段と、
   前記偏向手段を変位させる変位手段と、
   を備え、
   前記変位手段により前記偏向手段を変位させることで、前記入射経路を前記中心軸の周りで変化させることを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ装置。
3. 前記複数のミラーは、前記ミラーユニットにおいて並んで配されており、かつ各ミラーの並び方向の幅が、前記レーザ光のスポット径よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザレーダ装置。
4. 前記レーザ光発生手段は、前記ミラーユニットにおいて前記レーザ光の入射位置に配置される前記ミラーが切り替えられる毎にパルスレーザ光を出射することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。

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