JP5251445B2 - 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。
特許第２７８９７４１号公報

ところで、上記特許文献１の技術では、レーザ光及び反射光の共通の光路上に光アイソレータを設けており、この光アイソレータによってレーザ光の透過と反射光の反射とを共に実現しているため、当該光アイソレータに起因する光量の低下が問題となる。即ち、このように光アイソレータを用いてレーザ光の透過及び反射光の反射を実現する場合、レーザ光の透過に際して当該レーザ光の減衰が生じてしまい、更に反射光の反射に際しても当該反射光の減衰が避けられないため、レーザ光の投光量に対する反射光の受光量の割合（即ち分光効率）は低くならざるを得ない。このように分光効率が悪いと、検出性能の低下（例えば遠方の物体が検出しにくくなる等）が問題となり、それを補うべく特別な構成（例えば光アイソレータの有効受光面積を大きくする等）を用いようとすると装置大型化が避けられない。

このような問題を解消する構成としては、例えば、レーザ光の光軸に対して傾斜した反射面を有するミラーを設け、このミラーにレーザ光を通過させるための貫通路を設ける構成が考えられる。この構成では、レーザ光発生手段側からのレーザ光を貫通路によって通過させることができ、他方、検出物体から反射光を反射面によって検出手段に向けて反射させることができる。これにより、レーザ光の透過及び反射光の反射に際して光量が低下しにくくなり、ひいては装置の検出性能を効果的に高めることができる。

しかしながら、レーザ光が貫通路内を通過する構成とした場合、その通過したレーザ光が漏洩しやすいという問題がある。即ち、貫通路内を通過するレーザ光は、その一部が貫通路内壁や貫通路端部の角部などで反射しやすく、そのような反射が生じると、空間側に投射されるべきレーザ光の一部が直接検出手段側に漏洩してしまい、誤検出等を招くという問題がある。このような問題は、貫通路をより小さくしようとした場合に顕著となり、逆に、上記漏洩を生じさせないように貫通路を大きくすると、装置構成の大型化や感度不良が避けられなくなる。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、分光効率が良く、検出性能に優れたレーザレーダ装置において、誤検出を効果的に防止しうる構成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、当該レーザ光が検出物体にて反射した反射光を検出する検出手段と、
前記レーザ光の光軸に対して傾斜した反射面を有するとともに、前記反射面と交差する方向の貫通路を備え、前記貫通路を介して前記レーザ光を通過させる一方、前記反射面により前記反射光を前記検出手段に向けて反射するミラーと、
前記レーザ光の光軸方向に延びる中心軸を中心として回動可能に配設された反射部材を備え、前記反射部材により、前記レーザ光発生手段からの前記レーザ光を空間に向けて反射し且つ前記検出物体からの前記反射光を前記ミラーに向けて反射する回動反射手段と、
前記回動反射手段を駆動する駆動手段と、
を備えたレーザレーダ装置であって、
前記レーザ光発生手段と前記貫通路との間において、前記レーザ光が前記貫通路にて反射して前記反射面側に漏洩することを防ぐ構成をなし且つ前記レーザ光発生手段からの光を導く筒状の導光部材からなる反射防止手段と、
前記貫通路と当該貫通路に挿入される前記導光部材との間の隙間を前記レーザ光が通過することを遮断する遮断手段と、
を備え、
前記導光部材は、前記レーザ光の透過を遮断する遮光性材料によって構成され、かつ、前記貫通路に挿入される形態で設けられており、
前記遮断手段は、筒状の前記導光部材から側方に張り出す板状の構成であることを特徴とする。

請求項１の発明は、レーザ光の光軸に対して所定角度で傾斜する形態でミラーが設けられ、このミラーに形成された貫通路をレーザ光が通過するように構成されている。一方、検出物体からの反射光については、ミラーの反射面により検出手段に向けて反射させるように構成されている。このようにすると、レーザ光の透過及び反射光の反射に際して光量が低下しにくく、ひいては装置の検出性能を効果的に高めることができる。
更に、レーザ光発生手段と貫通路との間に、レーザ光が貫通路にて反射して反射面側に漏洩することを防ぐ反射防止手段が設けられているため、貫通路通過後のレーザ光の漏洩を防ぐことができ、レーザ光の漏洩に起因する誤検出を効果的に防止できる。

また、レーザ光発生手段からの光を導く筒状の導光部材によって反射防止手段が構成されており、この導光部材は、レーザ光の透過を遮断する遮光性材料によって構成され、かつ、貫通路に挿入される形態で設けられている。このようにすると、貫通路内壁で反射しにくい構成を簡易に実現できる。
更に、貫通路と導光部材の間の隙間をレーザ光が通過することを遮断するように遮断手段が設けられている。このようにすると、貫通路と導光部材の間の隙間をレーザ光が通過しなくなり、当該隙間を通過するレーザ光に起因する漏洩を確実に遮断できる。

請求項２の発明は、貫通路を貫通する形態で導光部材が配置されているため、導光部材内を通過するレーザ光が貫通路内壁で反射することをより効果的に抑えることができる。

請求項３の発明は、中心軸の方向において、導光部材の先端部が貫通路の反射面側の開口領域全体よりも回動反射手段側に突出する形態で設けられている。このようにすると、導光部材を通過して当該導光部材の先端部から発せられるレーザ光が貫通路の開口部で反射することをより確実に防止でき、検出手段側へのレーザ光の漏洩をより確実に防ぐことが可能となる。

請求項４の発明は、レーザ光成形手段が導光部材の外側に設けられ、このレーザ光成形手段にて成形されたレーザ光が導光部材に取り込まれるようになっている。このようにすると、レーザ光成形手段のサイズや形状が導光部材の制約を受けにくくなり、導光部材や貫通路をより小さく構成しやすくなる。

請求項５の発明は、筒状の導光部材が貫通路に挿入されており、レーザ光成形手段がこの導光部材内に配置されている。このようにすると、レーザ光成形手段にて成形されたレーザ光が貫通路内に挿入された導光部材を通過して出射されるため、貫通路内壁での反射をより一層効果的に防止できる。

請求項６の発明は、レーザ光成形手段がコリメートレンズによって構成されている。このようにすると、より遠方の検出物体を検出しやすくなり、更に、レーザ光が貫通路を通過する際に貫通路内壁で反射しにくい構成をより小径の貫通路で実現できる。

請求項７の発明では、貫通路を通過したレーザ光を平面反射部によって空間に向けて反射しているため、空間に向けて反射する際のレーザ光の拡散を効果的に抑えることができ、より遠方の物体を検出できるようになる。その一方で、検出物体からの反射光については凹面反射部によりミラーに向けて反射しているため、反射光を効率的にミラーや検出手段に導くことができる。

請求項８の発明は、中心軸上に焦点位置が設定される凹面形状物体によって反射部材が構成され、ミラーの反射面を含んだ仮想平面と中心軸とが交差する交差位置と、凹面形状物体のビームウエスト位置との距離を第１距離とし、交差位置と検出手段の受光面との距離を第２距離とした場合、これら第１距離と前第２距離とが略同一とされている。このようにすると、より小さな検出手段によって反射光を効率的に検出できるようになる。

請求項９の発明は、ミラーと検出手段との間に、ミラーにて反射した反射光を集光する集光レンズが設けられている。このようにすると、ミラーと検出手段との距離をより小さくできると共に、検出手段をより小型構成とすることができ、ひいては装置全体の小型化を図ることができる。

[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を概略的に例示する断面図である。図２は図１のレーザレーダ装置におけるミラー付近の構成を概略的に説明する説明図である。図３は、図１のレーザレーダ装置で用いられるミラー等の概略断面図であり、図４はミラーを概略的に示す斜視図である。

まず、図１等を参照して第１実施形態に係るレーザレーダ装置１の全体構成について説明する。
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Ｌ３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Ｌ０）を投光する構成をなしている。

フォトダイオード２０は、「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Ｌ０が発生したときに、このレーザ光Ｌ０が検出物体によって反射した反射光Ｌ３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の例では、符号Ｌ３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。

また、レーザ光Ｌ０の光軸上にはレンズ６０及びミラー３０が設けられている。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Ｌ０を平行光に変換する。なお、本実施形態では、レンズ６０が「レーザ光成形手段」の一例に相当する。

ミラー３０は、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ０の透過と、検出物体側からの反射光Ｌ３の反射を実現するものである。具体的には、レーザ光Ｌ０の光軸に対し所定角度で傾斜してなる反射面３０ａを有するとともに、反射面３０ａと交差する方向の貫通路３２を備えている。本構成では、レーザ光Ｌ０の光軸と反射光Ｌ３の光軸とを一致させる構成としており、ミラー３０は、共通の光軸上に配されて貫通路３２を介してレーザ光Ｌ０を通過させる一方、反射面３０ａにより反射光Ｌ３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。なお、ミラー３０付近の構成については後に詳述する。

また、ミラー３０を通過するレーザ光Ｌ０の光軸上には、回動反射機構４０が設けられている。この回動反射機構４０は、レーザ光Ｌ０の光軸方向に延びる中心軸Ｇを中心として回動可能に配設されるとともに、この中心軸Ｇ上に焦点位置が設定される凹面鏡４１（凹面鏡４１は、反射部材、凹面形状物体の一例に相当する）によってレーザ光Ｌ０を空間に向けて反射させ且つ反射光Ｌ３をミラーに向けて反射させている。

凹面鏡４１は、交差位置Ｐ２（図３：反射面３０ａを含んだ仮想平面（図３の符号Ｆ参照）と中心軸Ｇとが交差する位置）と当該凹面鏡４１のビームウエスト位置との距離を第１距離とし、交差位置Ｐ２とフォトダイオード２０の受光面との距離を第２距離とした場合に、それら第１距離と第２距離とが略同一となるような形状及び配置をなしている。

さらに、回動反射機構４０を回転駆動するモータ５０が設けられている。このモータ５０は、「駆動手段」の一例に相当するものであり、軸４２を回転させることで、軸４２と連結された回動可能な凹面鏡４１を回転駆動する構成となっている。モータ５０は、例えばサーボモータ等を用いても良いし、定常回転するモータを用い、凹面鏡４１が測距したい方向を向くタイミングに同期させてパルスレーザ光を出力することで、所望の方向の検出を可能としてもよい。また、本実施形態では、図１に示すように、モータ５０の軸４２の回転角度位置（即ち凹面鏡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など、軸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、検出対象となるモータ５０の種類も特に限定されず、例えば、ステップモータによって構成してもよく、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、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、ミラー３０、レンズ６０、回動反射機構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における凹面鏡４１の周囲には、当該凹面鏡４１を取り囲むようにレーザ光Ｌ０及び反射光Ｌ３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、凹面鏡４１に入光するレーザ光Ｌ０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おり、この導光部４を閉塞する形態でガラス板等からなる透明板５が配され、防塵が図られている。

透明板５は、凹面鏡４１に入光するレーザ光Ｌ０の光軸と直交する仮想平面に対し全周にわたり傾斜した構成となっている。即ち、凹面鏡４１から空間に向かうレーザ光Ｌ０に対して板面が傾斜した構成をなしている。従って、凹面鏡４１から空間に向かうレーザ光Ｌ０が透明板５にて反射してもノイズ光となりにくくなっている。

次に、ミラー３０について詳述する。
図２〜図４に示すように、ミラー３０は、レーザ光Ｌ０の光軸に対して傾斜した反射面３０ａを有するとともに、反射面３０ａと交差する方向の貫通路３２を備え、貫通路３２を介してレーザ光Ｌ０を通過させる一方、反射面３０ａにより反射光Ｌ３をフォトダイオード２０（検出手段）に向けて反射するように構成されている。

貫通路３２は、レーザ光Ｌ０の光軸方向に沿って形成されており、ミラー３０の一方側の板面３０ｂと他方側の板面（図２では反射面３０ａ）を連通する孔として構成されている。この貫通路３２は、後述する導光部材７０の筒状部７３よりもわずかに大きいサイズの孔として構成されており、内壁面が略円筒状に構成されている。

また、ミラー３０には、導光部材７０が取り付けられている。この導光部材７０は、「反射防止手段」の一例に相当しており、少なくとも一部がレーザダイオード１０と貫通路３２との間に配置されており、レーザ光Ｌ０が貫通路３２にて反射して反射面側に漏洩することを防ぐように機能している。

この導光部材７０は、遮光性の金属材料等のレーザ光Ｌ０の透過を遮断する遮光性材料によって構成され、筒状部分（筒状部７３）と板状部分（遮断部７２）とが一体的に連結した構成をなしている。

筒状部７３は、ミラー３０の一方面側から他方面側に延びる筒状に構成されると共に内壁面が円筒面として構成されており、レーザダイオード１０から発せられレンズ６０で成形されたレーザ光Ｌ０を、貫通路３２内を通過させて反射面３０ａ側に導く構成をなしている。なお、図３に示すように、筒状部７３の内部には、レーザ光Ｌ０の通過を阻害するものは存在せず、筒状部７３全体が、内部に空隙（即ち導光用の空間）を備えた空隙部として構成されている。

また、筒状部７３は、板状の遮断部７２に対し斜め方向に突出する構成をなしており、貫通路３２を貫通する形態で当該貫通路３２に挿入されている。この筒状部７３の先端部７１は、中心軸Ｇの方向（即ち、光軸Ｌ０'の方向）において、貫通路３２の反射面３０ａ側の開口領域全体よりも回動反射機構４０側に突出する形態となっている。より詳しく言えば、先端部７１の開口端全体が、反射面３０ａを含んだ仮想平面（図３の一点鎖線Ｆ参照）よりも回動反射機構４０側に位置しており、先端部７１から出射するレーザ光Ｌ０が、貫通路３２の角部３２ａに照射されず、当該角部３２ａにてレーザ光の反射が生じないようになっている。

遮断部７２は、図３、図４に示すように、全体として板状に構成されており、ミラー３０の一方の板面３０ｂ側に支持される形態でミラー３０に固定されている。この遮断部７２は、筒状部７３におけるレーザダイオード１０側の端部から当該筒状部７３の全周にわたって側方に張り出す構成をなしており、レーザ光Ｌ０の光軸Ｌ０'に対して傾斜した構成をなしている。

このように構成される遮断部７２は、貫通路３２と当該貫通路３２に挿入される導光部材７０との間の隙間を閉塞する形態でミラー３０に固定されており、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ０が当該隙間を通過することを遮断する構成をなしている。

また、本実施形態では、図２、図３に示すように、レンズ６０が導光部材７０の外側に設けられ、当該レンズ６０にて平行光に成形されたレーザ光Ｌ０が導光部材７０の筒状部７３に取り込まれるようになっている。筒状部７３の内周面は、レーザ光Ｌ０の光軸Ｌ０'を中心とし、かつ径Ｄ１の円筒面として構成されており、図３下図に示すように、筒状部７３を通過するレーザ光Ｌ０の光軸と直交する仮想平面への正投影が円形となるように構成されている。なお、図３下図では、紙面が上記仮想平面に相当し、筒状部７３の内周面を仮想平面に投影した図形が符号７４にて表されている。この場合、レーザ光Ｌ０の光軸Ｌ０'を仮想平面に正投影した位置が符号Ｐ１の位置となり、筒状部７３の内周面の正投影は、当該位置Ｐ１を中心とする径Ｄ１の円となる。

なお、上記の例では、図１に示すように、レーザダイオード１０から筒状部７３までのレーザ光Ｌ０の光路上に、レーザ光Ｌ０を平行光に変換するレンズ６０が設けられているが、このレンズ６０は、当該レンズ６０から発せられるほぼすべてのレーザ光Ｌ０が筒状部７３を通過するような平行光を発生させる形態とすると良い。逆に、導光部材７０に着目した場合、筒状部７３は、レンズ６０によって平行光とされたレーザ光Ｌ０のほぼすべての光を通過させるサイズとすると良い。

次に、レーザレーダ装置１の作用について説明する。図１に示すレーザレーダ装置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Ｌ０）が出力される。このレーザ光Ｌ０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Ｌ０は、導光部材７０内（即ち筒状部７３内）を通過することでミラー３０内の貫通路３２を通過し、その後、凹面鏡４１に入射する。そして、その凹面鏡４１に入射するレーザ光Ｌ０は、当該凹面鏡４１にて平行光として反射し、空間に向けて照射される。

凹面鏡４１によって反射されたレーザ光Ｌ０は検出物体によって反射され、この反射光の一部（反射光Ｌ３参照）は再び凹面鏡４１に入射する。凹面鏡４１は、この反射光Ｌ３を集光しつつミラー３０へ向けて反射する。ミラー３０では、この反射光Ｌ３がフォトダイオード２０へ向けて反射され、フォトダイオード２０は、受光した反射光Ｌ３に応じた電気信号（例えば受光した反射光Ｌ３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Ｌ０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Ｌ３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、そのときの回転角度位置センサ５２の検出結果に基づいて凹面鏡４１の回転位置を求めることで、検出物体の方位をも求めることができる。

本実施形態の構成によれば、例えば以下のような効果を奏する。
本実施形態に係るレーザレーダ装置１では、レーザ光Ｌ０の光軸Ｌ０'に対して所定角度で傾斜する形態でミラー３０が設けられ、このミラー３０に形成された貫通路３２をレーザ光Ｌ０が通過するように構成されている。一方、検出物体からの反射光Ｌ３については、ミラー３０の反射面３０ａによりフォトダイオード２０（検出手段）に向けて反射させるように構成されている。このようにすると、レーザ光Ｌ０の透過及び反射光Ｌ３の反射に際して光量が低下しにくく、ひいては装置の検出性能を効果的に高めることができる。特に本実施形態では、レーザ光Ｌ０が貫通路３２内の空隙部を通過するように構成されているため、レーザ光Ｌ０がミラー３０を通過する際の減衰を効果的に抑えることができる。また、ミラー３０の反射面３０ａによって反射光Ｌ３を反射させているため、アイソレータによる反射と比較すると極めて効率的な反射が可能となる。
更に、レーザダイオード１０と貫通路３２との間に、レーザ光Ｌ０が貫通路３２にて反射して反射面３０ａ側に漏洩することを防ぐ「反射防止手段」が設けられているため、貫通路通過後のレーザ光の漏洩を防ぐことができ、レーザ光の漏洩に起因する誤検出を効果的に防止できる。

また、本実施形態では、「反射防止手段」として、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ０を導く筒状の導光部材７０が設けられている。そして、この導光部材７０は、レーザ光の透過を遮断する遮光性材料によって構成され、かつ、貫通路３２に挿入される形態で設けられている。このようにすると、貫通路３２の内壁で反射しにくい構成を簡易に実現できる。特に、貫通路３２を貫通する形態で導光部材７０が配置されているため、導光部材７０内を通過するレーザ光Ｌ０が貫通路３２の内壁で反射することをより効果的に抑えることができる。

また、中心軸Ｇの方向（即ち、光軸Ｌ０'の方向）において、導光部材７０の先端部７１が貫通路３２の反射面３０ａ側の開口領域全体よりも回動反射機構４０側に突出する形態で設けられている。このようにすると、導光部材７０を通過して当該導光部材７０の先端部７１から発せられるレーザ光Ｌ０が貫通路３２の開口部（即ち、角部３２ａ）で反射することをより確実に防止でき、フォトダイオード２０側へのレーザ光の漏洩をより確実に防ぐことが可能となる。

また、貫通路３２と導光部材７０の間の隙間をレーザ光Ｌ０が通過することを遮断するように遮断部７２が設けられている。このようにすると、貫通路３２と導光部材７０の間の隙間をレーザ光Ｌ０が通過しなくなり、当該隙間を通過するレーザ光に起因する漏洩を確実に遮断できる。

また、レンズ６０（レーザ光成形手段）が導光部材７０の外側に設けられ、このレンズ６０にて成形されたレーザ光Ｌ０が導光部材７０に取り込まれるようになっている。このようにすると、レンズ６０のサイズや形状が導光部材７０の制約を受けにくくなり、導光部材７０や貫通路３２をより小さく構成しやすくなる。

また、レンズ６０がコリメートレンズによって構成されているため、より遠方の検出物体を検出しやすくなっている。更に、導光部材７０を通過しようとする光が拡散光とならなくなるため、筒状部７３や貫通路３２を小径とした場合であってもレーザ光Ｌ０を良好に透過させやすくなる。従って、貫通路３２をより小さく構成しやすく、反射光Ｌ３を反射できない領域（反射不能領域）をより小さくすることができるため、貫通路３２に起因する反射光Ｌ３の損失を効果的に抑えることができる。

また、中心軸Ｇ上に焦点位置が設定される凹面鏡４１（凹面形状物体）によって「反射部材」が構成され、交差位置（即ち、ミラー３０の反射面３０ａを含んだ仮想平面Ｆと中心軸Ｇとが交差する位置）Ｐ２と、凹面鏡４１のビームウエスト位置との距離を第１距離とし、交差位置Ｐ２とフォトダイオード２０の受光面との距離を第２距離とした場合に、これら第１距離と第２距離とが略同一となるように構成されている。このようにすると、より小さな検出手段によって反射光を効率的に検出できるようになる。

［第２実施形態]
次に第２実施形態について説明する。図５は第２実施形態に係るレーザレーダ装置を概略的に例示する断面図である。図６は図５のレーザレーダ装置におけるミラー付近の構成を概略的に説明する説明図である。図７は、図５のレーザレーダ装置で用いられるミラー等の概略断面図である。

なお、本実施形態では、レーザダイオード１０、レンズ６０の配置、構成が第１実施形態と異なり、それ以外は第１実施形態と同様である。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。

図５に示すように、本実施形態のレーザレーダ装置２００は、レーザ光を発生するレーザダイオード２１０（レーザ光発生手段）と、レーザダイオード２１０にて発生したレーザ光Ｌ０を成形するレンズ２６０（レーザ光成形手段）とを有し、更に、第１実施形態と同様のフォトダイオード２０（検出手段）と、ミラー３０と、回動反射機構４０（回動反射手段）と、モータ５０（駆動手段）とを備えている。

レーザダイオード２１０は、第１実施形態のレーザダイオード１０と配置が異なるだけであり、第１実施形態のレーザダイオード１０と同様の構成をなし、かつ同様の機能を有している。また、本実施形態のレンズ２６０もコリメートレンズとして構成されており、レーザダイオード２１０からのレーザ光Ｌ０を平行光に変換する機能を有している。

回動偏向機構４０は、第１実施形態と同一の構成をなしており、レーザ光Ｌ０の光軸方向に延びる中心軸Ｇを中心として回動可能に配設された凹面鏡４１（反射部材）を備え、この凹面鏡４１により、レーザダイオード２１０からのレーザ光Ｌ０を空間に向けて反射し且つ検出物体からの反射光Ｌ３をミラー３０に向けて反射する構成をなしている。また、第１実施形態と同様、モータ５０は、回動反射機構４０を駆動するように構成されている。

また、本実施形態のミラー３０も、第１実施形態と同一の構成をなしており、図５〜図７に示すように、レーザ光Ｌ０の光軸Ｌ０'に対して傾斜した反射面３０ａを有するとともに、反射面３０ａと交差する方向の貫通路３２を備え、貫通路３２を介してレーザ光Ｌ０を通過させる一方、反射面３０ａにより反射光Ｌ３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。

更に、本実施形態のレーザレーダ装置２００でも、第１実施形態と同様の導光部材２７０が設けられている。この導光部材２７０は、第１実施形態の導光部材７０と同一の構成をなし、且つ当該導光部材７０と同一の配置でミラー３０に取り付けられており、ミラー３０に固定される遮光部２７２と、貫通路３２に挿入される筒状部２７３とを備え、これら遮光部２７２と筒状部２７３とが一体的に連結された構成をなしている。

一方、第２実施形態のレーザレーダ装置２００は、第１実施形態と異なり、貫通路３２の内部にレンズ６０（レーザ光成形手段）が配置されている。具体的には、上記導光部材２７０の一部をなす筒状部２７３の内部にレンズ２６０が設けられており、筒状部２７３全体が鏡筒形態をなしている。

また、この筒状部２７３も、遮断部２７２に対し斜め方向に突出する構成をなしており、貫通路３２を貫通する形態で当該貫通路３２に挿入されている。この筒状部２７３の先端部２７１は、中心軸Ｇの方向（即ち、光軸Ｌ０'の方向）において、貫通路３２の反射面３０ａ側の開口領域全体よりも回動反射機構４０側に突出する形態となっている。より詳しく言えば、先端部２７１の開口端全体が、反射面３０ａを含んだ仮想平面（図７の一点鎖線Ｆ参照）よりも回動反射機構４０側に位置しており、先端部２７１から出射するレーザ光Ｌ０が、貫通路３２の角部３２ａに照射されず、当該角部３２ａにてレーザ光の反射が生じないようになっている。

本実施形態の構成によれば、例えば以下のような効果を奏する。
本実施形態のレーザレーダ装置２００は、レーザ光Ｌ０の光軸Ｌ０'に対して所定角度で傾斜する形態でミラー３０が設けられ、このミラー３０に形成された貫通路３２をレーザ光Ｌ０が通過するように構成されている。一方、検出物体からの反射光Ｌ３については、ミラー３０の反射面３０ａによりフォトダイオード２０に向けて反射させるように構成されている。このようにすると、レーザ光Ｌ０の透過及び反射光Ｌ３の反射に際して光量が低下しにくく、ひいては装置の検出性能を効果的に高めることができる。

更に、レンズ２６０（レーザ光成形手段）が、貫通路３２の内部に配置されているため、貫通路３２の出口側を成形直後のレーザ光が通過することとなり、貫通路出口側付近でレーザ光が反射し、フォトダイオード２０側に漏洩することをより効果的に防止できる。また、貫通路３２内にレンズ２６０が設けられているため、レンズ２６０を配置するためのスペースを削減しやすく、ひいては装置全体を効果的に小型化できる。

また、筒状の導光部材２７０が貫通路３２に挿入されており、レンズ２６０がこの導光部材２７０の内部（具体的には筒状部２７３の内部）に配置されている。このようにすると、レンズ２６０にて成形されたレーザ光が貫通路３２内に挿入された導光部材２７０を通過して出射されるため、貫通路３２の内壁での反射（特に角部３２ａでの反射）をより一層効果的に防止できる。

［第３実施形態]
次に第３実施形態について説明する。図８は第３実施形態に係るレーザレーダ装置を概略的に例示する断面図である。なお、図８のレーザレーダ装置３００は、凹面鏡３４１以外は第１実施形態のレーザレーダ装置１と同一である。

図８のレーザレーダ装置３００で用いられる凹面鏡３４１は、レーザ光Ｌ０が入射する位置に平面反射部３４１ａを設けた点が図１の凹面鏡４１と異なっており、平面反射部３４１ａ以外の部分は凹面鏡４１と同様の構成をなしている。

この例では、貫通路３２を通過したレーザ光Ｌ０の経路上に上記平面反射部３４１ａが設けられており、この平面反射部３４１ａの外面（反射面）が平坦な平面状反射面として構成されている。なお、平面状反射面のサイズは、例えばレーザ光Ｌ０の照射スポットのサイズよりもわずかに大きいサイズとされている。

また、平面反射部３４１ａの周囲の大部分の領域は凹面反射部３４１ｂとして構成されている。この凹面反射部３４１ｂは、第１実施形態の凹面鏡４１と同様の構成をなす部分であり、外面（反射面）が平面反射部３４１ａの外面（平面状反射面）よりも広い領域の凹面状反射面として構成され、中心軸Ｇ上に焦点位置が設定される構成をなしている。

凹面鏡３４１は、このように構成される平面反射部３４１ａと凹面反射部３４１ｂとが中心軸Ｇを中心として一体的に回動する構成をなしており、平面反射部３４１ａにより、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ０を空間に向けて反射し、且つ検出物体からの反射光Ｌ３の大部分を凹面反射部３４１ｂによってミラー３０に向けて反射する構成をなしている。

このように、本実施形態のレーザレーダ装置３００では、貫通路３２を通過したレーザ光Ｌ０を平面反射部３４１ａによって空間に向けて反射しているため、空間に向けて反射する際のレーザ光の拡散を効果的に抑えることができ、より遠方の物体を検出できるようになる。その一方で、検出物体からの反射光Ｌ３については凹面反射部３４１ｂによりミラー３０に向けて反射しているため、反射光を効率的にミラー３０やフォトダイオード２０（検出手段）に導くことができる。

［他の実施形態]
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

第１実施形態では、レーザダイオード１０とミラー３０との間にレーザ光成形手段としてのレンズ６０を設けた構成を例示したが、このようなレーザ光成形手段を設けなくてもよい。例えば、レーザ光発生手段からレーザ光が拡散光として投光され、この拡散光が直接導光部材７０を通過するような構成であってもよい。また、レンズ６０に代えて集光レンズを設け、収束光が導光部材７０を通過するような構成としてもよい。

上記実施形態では、筒状部（第１実施形態では筒状部７３、第２実施形態では筒状部２７３）が貫通路３２を完全に貫通する形態を示したが、筒状部が貫通路３２を完全に貫通していなくてもよい。例えば、先端部（先端部７１、２７１）の開口端が完全に貫通路３２の外部に出ておらず、開口端の一部のみが貫通路外に出ている形態（例えば開口端の位置が図２の一点鎖線７１'の位置の場合等）であってもよい。

上記いずれの構成においても、ミラー３０とフォトダイオード２０との間に、ミラー３０にて反射した反射光Ｌ３を集光する集光レンズを設けるようにしてもよい。ミラー３０とフォトダイオード２０との距離をより小さくできると共に、フォトダイオード２０をより小型構成とすることができ、ひいては装置全体の小型化を図ることができる。なお、この場合、集光レンズの焦点位置にフォトダイオード２０の受光面が配されるように構成することで、効率的な受光が可能となる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザレーダ装置を概略的に例示する断面図である。 図２は、図１のレーザレーダ装置におけるミラー付近の構成を概略的に説明する説明図である。 図３は、図１のレーザレーダ装置で用いられるミラー等の概略断面図である。 図４は、図１のレーザレーダ装置のミラーを概略的に示す斜視図である。 図５は、第２実施形態に係るレーザレーダ装置を概略的に例示する断面図である。 図６は、図５のレーザレーダ装置におけるミラー付近の構成を概略的に説明する説明図である。 図７は、図５のレーザレーダ装置で用いられるミラー等の概略断面図である。 図８は第３実施形態に係るレーザレーダ装置を概略的に例示する断面図である。

符号の説明

１,２００,３００…レーザレーダ装置
１０,２１０…レーザダイオード（レーザ光発光手段）
２０…フォトダイオード（検出手段）
３０…ミラー
３１…反射面
３２…貫通路
４０…回動反射機構（回動反射手段）
４１,３４１…凹面鏡（反射部材、凹面形状物体）
５０…モータ（駆動手段）
６０,２６０…レンズ（レーザ光成形手段、コリメートレンズ）
７０,２７０…導光部材（反射防止手段）
７１,２７１…先端部
７２…遮断部
３４１ａ…平面反射部
３４１ｂ…凹面反射部

Claims (9)

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、当該レーザ光が検出物体にて反射した反射光を検出する検出手段と、
   前記レーザ光の光軸に対して傾斜した反射面を有するとともに、前記反射面と交差する方向の貫通路を備え、前記貫通路を介して前記レーザ光を通過させる一方、前記反射面により前記反射光を前記検出手段に向けて反射するミラーと、
   前記レーザ光の光軸方向に延びる中心軸を中心として回動可能に配設された反射部材を備え、前記反射部材により、前記レーザ光発生手段からの前記レーザ光を空間に向けて反射し且つ前記検出物体からの前記反射光を前記ミラーに向けて反射する回動反射手段と、
   前記回動反射手段を駆動する駆動手段と、
   を備えたレーザレーダ装置であって、
   前記レーザ光発生手段と前記貫通路との間において、前記レーザ光が前記貫通路にて反射して前記反射面側に漏洩することを防ぐ構成をなし且つ前記レーザ光発生手段からの光を導く筒状の導光部材からなる反射防止手段と、
   前記貫通路と当該貫通路に挿入される前記導光部材との間の隙間を前記レーザ光が通過することを遮断する遮断手段と、
   を備え、
   前記導光部材は、前記レーザ光の透過を遮断する遮光性材料によって構成され、かつ、前記貫通路に挿入される形態で設けられており、
   前記遮断手段は、筒状の前記導光部材から側方に張り出す板状の構成であることを特徴とするレーザレーダ装置。
2. 前記導光部材は、前記貫通路を貫通する形態で配置されてい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. 前記中心軸の方向において、前記導光部材の先端部が、前記貫通路の前記反射面側の開口領域全体よりも前記回動反射手段側に突出する形態で設けられていることを特徴とする請求項２に記載のレーザレーダ装置。
4. 前記レーザ光発生手段にて発生した前記レーザ光を成形するレーザ光成形手段を備え、
   前記レーザ光成形手段が前記導光部材の外側に設けられ、当該レーザ光成形手段にて成形された前記レーザ光が前記導光部材に取り込まれ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。
5. 前記レーザ光発生手段にて発生した前記レーザ光を成形するレーザ光成形手段を備え、
   前記レーザ光成形手段は、前記導光部材内に配置されてい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。
6. 前記レーザ光成形手段は、コリメートレンズからなることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のレーザレーダ装置。
7. 前記反射部材は、前記貫通路を通過した前記レーザ光の経路上に配される平面状反射面を備えた平面反射部と、前記平面状反射面よりも広い領域の凹面状反射面を備えた凹面反射部と、を有すると共に、前記平面反射部と前記凹面反射部とが前記中心軸を中心として一体的に回動するように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。
8. 前記反射手段は前記中心軸上に焦点位置が設定される凹面形状物体からなり、
   前記反射面を含んだ仮想平面と前記中心軸とが交差する交差位置と、前記凹面形状物体のビームウエスト位置との距離を第１距離とし、前記交差位置と前記検出手段の受光面との距離を第２距離とした場合、前記第１距離と前記第２距離とが略同一とされていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。
9. 前記ミラーと前記検出手段との間に、前記ミラーにて反射した前記反射光を集光する集光レンズが設けられていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。

Images