JP5660429B2 - レーザレーダ装置 - Google Patents

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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
上記レーザレーダ装置では、例えば図13(a)のように水平方向に一定角度毎(例えば10°毎)にパルスレーザ光Lzを投射し、これらパルスレーザ光Lzの投射先に位置する物体からの反射光を受光することで、当該物体までの距離や方向を検出している。なお、図13(a)は、従来から用いられているレーザレーダ装置において、回転する偏向部901(凹面鏡等)を平面視した構成を概略的に示しており、且つ偏向部901から一定角度毎に投射されるパルスレーザ光を符号Lzの矢印で概念的に示している。
しかしながら、この構成では、図13(b)の符号Z1で示される物体のようにパルスレーザ光Lzの投射先に位置する物体は検出することができるが、パルスレーザ光Lzが投射されない位置に存在する物体は検出できないという問題がある。例えば、符号Z2で示される物体は、偏向部901から一定間隔で投射される各パルスレーザ光Lzの間の領域に位置しており、パルスレーザ光Lzが当たらないため、レーザレーダ装置では検出ができず、検出エリア内に存在していても検出抜けとなってしまう。
上記のような問題は、より遠方の物体を検出したい場合に顕著となる。具体例を挙げると、例えば、偏向部901が1°変化する毎にパルスレーザ光を投射する構成とした場合、検出しようとする距離が当該レーザレーダ装置から20m程度離れてしまうと、この20m先の位置では、パルスレーザ光Lzの間が約0.35m開いてしまうことになる。このように各パルスレーザ光Lz間の開きが大きいと、当該レーザレーダ装置で20m先の小物体(例えば小動物など)などを精度良く検出することが難しくなり、小物体が検出エリア内に侵入しても、パルスレーザ光が当たらずに検出漏れとなってしまう懸念がある。
一方、上記問題の対策として、例えば、各パルスレーザ光Lzの投射の時間間隔をより短くして投射角度をより小さくするという方法が考えられる。しかしながら、レーザ駆動回路の回路構成、回路規模、或いはコストの面などを考慮すると、パルスレーザ光の投射時間間隔を短縮することは難しく、別の観点からの解決方法が望まれる。
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、レーザレーダ装置から離れた遠方側での検出抜けを効果的に防止し、検出エリアに存在する物体をより精度高く検出し得る構成を提供すること目的とする。
請求項1の発明は、パルスレーザ光を間欠的に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パルスレーザ光が発生し、当該パルスレーザ光が検出物体にて反射したときに、前記検出物体からの反射光を検出する光検出手段と、所定の中心軸を中心として回転可能に構成された偏向部を備えると共に、当該偏向部により前記パルスレーザ光を空間に向けて偏向させ、且つ前記反射光を前記光検出手段に向けて偏向する回動偏向手段と、前記回動偏向手段を駆動する駆動手段と、を有するレーザレーダ装置であって、前記レーザ光発生手段は、前記回動偏向手段の前記偏向部が前記駆動手段により所定回転角度駆動される毎に所定の回転角度位置にて前記パルスレーザ光を発生させ、更に、前記パルスレーザ光を発生させる前記所定の回転角度位置を変更する変更手段を備えたことを特徴としている。
また、前記偏向部が規定角度回転する毎にパルス信号を発生させ、その発生する前記パルス信号に基づいて前記偏向部の回転位置を検出するエンコーダが設けられ、前記レーザ光発生手段が、所定の第1の周回において、前記エンコーダからの前記パルス信号の各立ち上がり信号及び各立ち下がり信号のいずれか一方の信号に基づいて前記所定の回転角度位置において前記パルスレーザ光を発生させ、前記第1の周回とは異なる周回において、前記エンコーダからの前記パルス信号の各立ち上がり信号及び各立ち下がり信号の他方の信号に基づいて、前記第1の周回のときとは異なる前記所定の回転角度位置において前記パルスレーザ光を発生させることを特徴としている。
請求項1の発明では、回動偏向手段の偏向部が所定回転角度駆動される毎の所定の回転角度位置にてレーザ光発生手段がパルスレーザ光を発生させており、更に、パルスレーザ光の発生位置(所定の回転角度位置)を変更する変更手段が設けられている。このようにすると、ある周回のときに偏向部から出射されるパルスレーザ光の各出射方向と、他の周回のときの偏向部から出射されるパルスレーザ光の出射方向とをずらすことができるため、パルスレーザ光の投射ピッチに相当する「所定回転角度」よりも細かな検出が可能となる。従って物体検出の精度を効果的に高めることができ、特に遠方側での検出抜けの防止効果が高まる。
また、所定の第1の周回において、エンコーダからのパルス信号の各立ち上がり信号及び各立ち下がり信号のいずれか一方の信号に基づいて所定の回転角度位置においてパルスレーザ光を発生させ、第1の周回とは異なる周回において、エンコーダからのパルス信号の各立ち上がり信号及び各立ち下がり信号の他方の信号に基づいて、第1の周回のときとは異なる所定の回転角度位置においてパルスレーザ光を発生させている。このようにすると、複雑な構成を用いることなくエンコーダからのパルス信号を利用して、第1の周回のときの「所定の回転角度位置」と、他の周回のときの「所定の回転角度位置」とを正確にずらすことができる。また、エンコーダからのパルス信号を利用しているため、偏向部の回転速度にかかわらず、各周回の「所定の回転角度位置」を正確に定めることができる。
図1は、参考例1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の電気的構成を概略的に例示するブロック図である。 図3は、レーザダイオードの駆動回路を例示する回路図である。 図4は、偏向部を平面視した状態と共に、第1の周回のときの各パルスレーザ光の投射方向を説明する説明図である。 図5は、第1の周回のときの各パルスレーザ光の投射方向と、第2の周回のときの各パルスレーザ光の投射方向とを説明する説明図である。 図6は、第3の周回のときの各パルスレーザ光の投射方向を、第1、第2の周回のときの各パルスレーザ光の投射方向と共に説明する説明図である。 図7は、基準信号と各周回のときのパルス信号との関係を示すタイミングチャートである。 図8は、第1実施形態に係るレーザレーダ装置における、回転角度センサから出力されるパルス信号と、このパルス信号の立上りをトリガとして発生する駆動パルス(第1の周回時の駆動パルス)と、このパルス信号の立下りをトリガとして発生する駆動パルス(第2の周回時の駆動パルス)との関係を示すタイミングチャートである。 図9は、第1実施形態に係るレーザレーダ装置に関し、偏向部を平面視した状態と共に、第1の周回のときの各パルスレーザ光の投射方向と、第2の周回のときの各パルスレーザ光の投射方向とを説明する説明図である。 図10は、参考例2における、回転角度センサから出力されるA相、B相のパルス信号と、A相のパルス信号の立上りをトリガとして発生する駆動パルス(第1の周回時の駆動パルス)と、B相のパルス信号の立上りをトリガとして発生する駆動パルス(第2の周回時の駆動パルス)との関係を示すタイミングチャートである。 図11は、参考例3に係るレーザレーダ装置における、回転角度センサからのパルス信号と、このパルス信号に基づいて生成される逓倍信号と、これらパルス信号及び逓倍信号に基づいて生成される各周回の駆動パルスとの関係を示すタイミングチャートである。 図12は、参考例3に係るレーザレーダ装置の電気的構成を概略的に示すブロック図である。 図13は、従来の問題点を説明する説明図である。 図14は、参考例4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15は、参考例4に係るレーザレーダ装置からパルスレーザ光が照射された状態について、レーザレーダ装置の上方から見た様子を説明する説明図である。 図16は、参考例4に係るレーザレーダ装置におけるレンズの配置とパルスレーザ光の拡散度合いとの関係を説明する説明図である。 図17は、参考例4に係るレーザレーダ装置からパルスレーザ光が照射された状態について、レーザレーダ装置の上方から見た様子を説明する説明図であり、当該パルスレーザ光の前後に照射されるパルスレーザ光との関係を併せて説明する説明図である。 図18は、参考例4に係るレーザレーダ装置における所定回動範囲内での各パルスレーザ光の走査の様子を説明する説明図である。 図19は、参考例4の変更例に係るレーザレーダ装置からパルスレーザ光が照射された状態について、レーザレーダ装置の上方から見た様子を説明する説明図であり、当該パルスレーザ光の前後に照射されるパルスレーザ光との関係を併せて説明する説明図である。 図20は、参考例4の変更例に係るレーザレーダ装置における所定回動範囲内での各パルスレーザ光の走査の様子を説明する説明図である。 図21は、参考例5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22は、参考例5に係るレーザレーダ装置の偏向部の形状を説明する説明図である。
[参考例1]
以下、参考例1に係るレーザレーダ装置について図面を参照して説明する。
(全体構成)
まず、図1等を参照して参考例1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。なお、図1は、参考例1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。また、図2は、図1のレーザレーダ装置の電気的構成を概略的に例示するブロック図である。また、図3は、レーザダイオードの駆動回路を例示する回路図である。
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L2を受光するフォトダイオード20とを備え、装置外の空間に存在する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、図2に示す制御回路70によって制御される駆動回路72から駆動電流が供給され、パルスレーザ光(レーザ光L1)を投光する構成をなしている。なお、レーザダイオード10を駆動する駆動回路72の構成は、制御回路70からのパルスをトリガとしてレーザダイオードに駆動電流(パルス電流)を供給する公知の様々な構成を用いることができ、その一例としては、例えば図3のような構成が挙げられる。この図3の構成では、半導体スイッチSW1がオフ状態のときにコンデンサC1,C2に電荷がチャージされ、制御回路70からオン信号が与えられたときに、コンデンサC1,C2からレーザダイオード10に駆動電流を供給するように構成されている。
なお、本参考例1では、レーザダイオード10、駆動回路72、及び制御回路70が「レーザ光発生手段」の一例に相当し、パルスレーザ光を間欠的に発生するように機能している。
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からパルスレーザ光L1が発生し、当該パルスレーザ光L1が検出物体にて反射したときに、この検出物体にからの反射光(検出光)を受光し、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(検出光)については所定領域のものが偏向部41に取り込まれる構成となっており、図1では、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例を示している。また、フォトダイオード20には公知の受光回路74が接続されており、フォトダイオード20から出力される電気信号が受光回路74を介して制御回路70に入力されるようになっている。この受光回路74は、例えば、フォトダイオードからの電気信号(アナログ信号)を増幅する増幅器と増幅された信号をデジタル信号に変換するAD変換器などによって構成されており、フォトダイオード20から出力された電気信号に対応した値を制御回路70に入力している。なお、本参考例1では、レーザダイオード10から検出物体に至るまでのパルスレーザ光の経路を符号L1にて示し、検出物体からフォトダイオード20に至るまでの反射光の経路(フォトダイオード20によって受光可能となる反射光の領域)を符号L2にて概念的に示している。
また、レーザダイオード10から出射されるパルスレーザ光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、例えばコリメートレンズとして構成され、レーザダイオード10からのパルスレーザ光L1を平行光に変換するように機能している。
レンズ60を通過したパルスレーザ光L1の光路上には、ミラー30が設けられている。このミラー30は、レンズ60を透過したパルスレーザ光L1の光軸に対して傾斜した反射面30aを備えており、レンズ60を透過したパルスレーザ光L1を回動偏向機構40に向けて反射させている。本参考例1では、レンズ60を通過した水平方向(後述する中心軸42aと直交する平面方向)のパルスレーザ光L1をミラー30によって垂直方向(後述する中心軸42aと平行な方向)に反射させており、その反射した垂直方向のパルスレーザ光L1が回動偏向機構40の偏向部41に入射するようになっている。
回動偏向機構40は、「回動偏向手段」の一例に相当するものであり、平坦な反射面41aを有するミラーからなる偏向部41と、この偏向部41を支持する支持台43と、この支持台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た構成をなしている。
偏向部41は、「偏向手段」の一例に相当するものであり、ミラー30で反射されたパルスレーザ光L1の光軸上に配置されると共に、中心軸42a(所定の中心軸)を中心として回動可能に構成されている。この偏向部41は、レーザダイオード10からのパルスレーザ光L1を空間に向けて偏向(反射)させ、且つ当該パルスレーザ光L1が検出物体にて反射したとき、当該検出物体で生じる反射光(検出光)のうちの所定領域(ラインL2の間の領域)の光をフォトダイオード20に向けて偏向(反射)させるように機能している。
参考例1のレーザレーダ装置1では、偏向部41の回転中心となる中心軸42aの方向が、ミラー30から当該偏向部41に入射するパルスレーザ光L1の方向と一致しており、パルスレーザ光L1が偏向部41に入射する入射位置P1が中心軸42a上の位置となっている。なお、本参考例1では、中心軸42aの方向を垂直方向(Y軸方向)としており、中心軸42aと直交する平面方向を水平方向としている。また、水平方向の内の所定方向をX軸方向として示している。
図1に示すように、偏向部41の反射面41aは、垂直方向(反射面41aに入射するパルスレーザ光L1の方向)に対して45°の角度で傾斜しており、ミラー30側から位置P1に入射するパルスレーザ光L1を、当該位置P1にて水平方向に反射させている。また、偏向部41は入射するパルスレーザ光L1の方向と一致した方向の中心軸42aを中心として回転するため、偏向部41の回転位置に関係なくレーザ光L1の入射角度が常に45°で維持され、位置P1からのレーザ光L1の向きが絶えず水平方向(中心軸42aと直交する方向)となるように構成されている。
また、本参考例1に係るレーザレーダ装置1では、偏向部41における反射光を偏向する偏向領域(偏向部41における反射面41aの領域)が、ミラー30におけるレーザ光を反射する反射領域(ミラー30における反射面30aの領域)よりも十分大きく構成されている。
更に本参考例1のレーザレーダ装置1には、上記回動偏向機構40を駆動するモータ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、公知のモータ駆動回路76(図2)によって制御され、軸部42と連結された偏向部41を一定の回転速度で回転させるように回動偏向機構40を駆動している。なお、モータ50は、公知の直流モータ、交流モータ、ステッピングモータなど様々なモータを用いることができる。
また、本参考例1では、図1に示すように、モータ50の軸部42の回転角度を検出可能な(即ち偏向部41の回転角度位置を検出可能な)回転角度センサ52が設けられている。回転角度位置センサ52は、軸部42の回転角度を検出しうるものであれば公知の様々な種類のものを使用でき、以下では、それらの代表例として、回転角度位置センサ52がロータリエンコーダとして構成される場合について説明する。
また、回動偏向機構40からフォトダイオード20に至るまでの反射光(検出物体からの反射光:符号L2参照)の光路上には、フォトダイオード20に向けて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、偏向部41からの反射光(符号L2参照)を集光してフォトダイオード20に導くものであり、集光手段として機能している。また、フィルタ64は、回動偏向機構40からフォトダイオード20に至るまでの反射光(符号L2参照)の光路上において当該反射光を透過させ且つ反射光以外の光を除去するように機能するものであり、例えば検出物体からの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などによって構成されている。
また、本参考例1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、回動偏向機構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における偏向部41の周囲には、当該偏向部41を取り囲むようにレーザ光L1及び第1反射光L2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、偏向部41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レーザ光透過板5が配され、防塵が図られている。
このように構成されるレーザレーダ装置1では、偏向部41の回転角度位置が定まればパルスレーザ光L1の投射方向を特定できるため、フォトダイオード20が検出物体からの反射光を受光したときの偏向部41の回転角度位置を回転角度センサ52によって特定することで、この検出物体の方位を正確に検出できる。また、レーザダイオード10にてパルスレーザ光L1が発生してからフォトダイオード20によって当該パルスレーザ光L1に対応する反射光が検出されるまでの時間を検出すれば、この時間と光速とに基づいて、当該レーザレーダ装置から(例えば位置P1から)検出物体までの距離を正確に求めることができる。
さらに、当該レーザレーダ装置1から所定の位置関係にある検出物体(例えば、レーザレーダ装置から一定距離内にある検出物体)が検出された場合に報知(例えばブザー、ランプなどによる報知)を行うようにすれば、レーザレーダ装置1を警報装置として機能させることができるようになる。
(本参考例1の特徴的構成)
次に、本参考例1に係るレーザレーダ装置1の特徴的構成について説明する。
なお、図4は、偏向部を平面視した状態と共に、第1の周回のときの各パルスレーザ光の投射方向を説明する説明図であり、図5は、第1の周回のときの各パルスレーザ光の投射方向と、第2の周回のときの各パルスレーザ光の投射方向とを説明する説明図であり、図6は、第3の周回のときの各パルスレーザ光の投射方向を、第1、第2の周回のときの各パルスレーザ光の投射方向と共に説明する説明図である。また、図7は、基準信号と各周回のときのパルス信号との関係を示すタイミングチャートである。なお、図4では、後述する駆動パルスSp1に応じたパルスレーザ光Lb11が発生するときの偏向部41の回転角度位置を実線で示しており、図5では、後述する駆動パルスSp2に応じたパルスレーザ光Lb21が発生するときの偏向部41の回転角度位置を実線で示している。また、図6では、後述する駆動パルスSp3に応じたパルスレーザ光Lb31が発生するときの偏向部41の回転角度位置を実線で示している。
参考例1に係るレーザレーダ装置1では、偏向部41が基準回転位置となったときに、図7のような基準信号Sbを発生させ、この基準信号Sbを制御回路70に入力している。基準信号Sbは、偏向部41が一回転する毎に発生する信号であればよく、例えば、回転角度センサ52としてA相、B相、Z相のパルス信号を発生させるロータリエンコーダを用い、偏向部41が1回転する毎に発生するZ相の所定信号(例えば、Hレベル信号)を上記「基準信号」として用いることができる。この場合、回転角度センサ52が「基準信号発生手段」の一例に相当する。
また、図2に示すように、制御回路70を構成するCPUには、「パルス信号発生手段」の一例に相当するクロック発生回路78が接続されている。このクロック発生回路78は、制御回路70を駆動するクロック信号を発生させるものであり、設定された周波数のパルス信号(クロック信号)を発生させて制御回路70に入力している。なお、図7には各周回時に制御回路70に入力されるクロック信号(パルス信号)を例示している。
制御回路70は、クロック発生回路78から入力されるパルス信号に基づいて、レーザダイオードを駆動する駆動信号を生成している。本参考例1では、図7の2段目に示すように、所定の第1の周回(第1回転時)において、クロック発生回路78から入力されるクロック信号(パルス信号)の内、基準信号Sbと規定対応関係にあるパルス信号を第1基準パルス信号S1bとし、当該第1基準パルス信号S1bから規定パルスおきに発生する第1パルス信号S1に基づき、図7の3段目のように当該第1の周回における駆動パルスを生成、出力しており、駆動回路72及びレーザダイオード10は、この駆動パルスの入力に基づき、パルスレーザ光L1を発生させている。
図7の例では、基準信号SbとしてHレベルのパルス信号が発生しており、第1の周回(第1回転時)には、クロック発生回路78にて発生するパルス信号において、この基準信号Sbの立下り直後にHレベルとなるパルス信号を第1基準パルス信号S1bとしている。そして、制御回路70では、この第1基準パルス信号S1b及び当該第1基準パルス信号S1bから2パルスおき(クロック信号の3周期毎)に発生するパルス信号(第1パルス信号S1)の各立ち上がりをトリガとする一定パルス幅(図7の例ではクロックパルスと同幅)の駆動パルスを生成し、駆動回路72に出力している。
参考例1では、偏向部41がモータ50により一定速度で回転しているため、上記のように一定の時間間隔(クロック信号の3周期毎)の第1パルス信号S1をトリガとする駆動パルスが駆動回路72に入力されることで、偏向部41が所定回転角度θ1駆動される毎の「所定の回転角度位置」にてパルスレーザ光L1が発生し、当該偏向部41に入射することとなり、図4のように、パルスレーザ光L1が所定回転角度θ1毎に偏向部41から空間に投射されるようになる。なお、本参考例1では、第1の周回時に偏向部41から投射されるパルスレーザ光L1を符号L11で示しており、基準パルス信号S1bをトリガとして生成される駆動パルスSp1によって出力される初回パルスレーザ光L1を符号Lb11で示している。
一方、上記第1の周回の次の第2の周回では、図7のように、クロック発生回路78にて発生するクロック信号(パルス信号)の内、第1基準パルス信号S1bから所定パルス分ずれて発生するパルス信号を第2基準パルス信号S2bとして、当該第2基準パルス信号S2bから規定パルスおきに発生する第2パルス信号S2に基づき、図7の5段目のように当該第2の周回における駆動パルスを生成、出力しており、駆動回路72及びレーザダイオード10は、この駆動パルスの入力に基づき、パルスレーザ光L1を発生させている。なお、本参考例1では、第2の周回時に偏向部41から投射されるパルスレーザ光L1を符号L21で示しており、基準パルス信号S2bをトリガとして生成される駆動パルスSp2によって出力される初回のパルスレーザ光L1を符号Lb21で示している。
図7の例では、第2の周回時(第2回転時)にクロック発生回路78にて発生するパルス信号において、基準信号Sbの立下り直後にHレベルとなるパルス信号(第1基準パルス信号S1b)から1周期ずれて発生するパルス信号を第2基準パルス信号S2bとしている。そして、制御回路70では、この第2基準パルス信号S2b及び当該第2基準パルス信号S2bから2パルスおき(クロック信号の3周期毎)に発生するパルス信号(第2パルス信号S2)の各立ち上がりをトリガとする一定パルス幅(図7の例ではクロックパルスと同幅)の駆動パルスを生成し、駆動回路72に出力している。この例では、第2の周回時における各駆動パルスと、第1の周回時における各駆動パルスとが、同一のパルス周期(クロック信号の3周期程度)となり、且つ、第2の周回時における各駆動パルスが、第1の周回時における各駆動パルスから数パルス程度(クロック発生回路で発生するパルス信号の1周期程度)ずれて出力されることとなる。
このようにすることで、第2の周回時の最初のパルスレーザ光Lb21(基準パルス信号S2bをトリガとする駆動パルスSp2によるパルスレーザ光L1)が発生するときの偏向部41の回転角度位置(図5の偏向部41の位置)が、第1の周回時の最初のパルスレーザ光Lb11(基準パルス信号S1bをトリガとする駆動パルスSp1によるパルスレーザ光L1)が発生するときの偏向部41の回転角度位置(図5の二点鎖線41'の位置)から所定角度θ2ずれることとなり、図5のように、駆動パルスSp2によって投射されるパルスレーザ光Lb21の投射方向も、駆動パルスSp1によって投射されるパルスレーザ光Lb11の投射方向から角度θ2程度だけずれることとなる。
また、第2の周回時でも第1の周回時と同様に一定の回転速度で偏向部41が回転し、且つ、パルスレーザ光L21を発生させるための各駆動パルスが、第1の周回時における各駆動パルスと同一周期(クロック信号の3周期)で出力されるため、初回のパルスレーザ光Lb21投射後の各パルスレーザ光L21の投射角度間隔は、第1の周回時の各パルスレーザ光L11の投射角度間隔と同一のθ1となる。
このように、第2の周回時には、初回のパルスレーザ光Lb21発生時の偏向部41の回転角度位置(パルスレーザ光Lb11発生時の偏向部41の回転角度位置(図5の符号41'の二点鎖線位置)からθ2程度ずれた回転角度位置(図5の符号41の実線位置))を起点として、偏向部41が所定回転角度θ1駆動される毎の各回転角度位置(第2の周回時の「所定の回転角度位置」)にてパルスレーザ光L21が発生し、当該偏向部41に入射することとなる。そして、このような構成により、第1の周回時の「所定の回転角度位置」(パルスレーザ光L11が発生するときの偏向部41の各回転角度位置)と、第2の周回時の「所定の回転角度位置」(パルスレーザ光L21が発生するときの偏向部41の各回転角度位置)とがそれぞれθ2だけずれることになり、第2の周回時の各パルスレーザ光L21の投射方向(破線部分)が、第1の周回時の各パルスレーザ光L11の投射方向(実線部分)からそれぞれ角度θ2だけずれることとなるため、第1の周回時に投射されなかった領域がカバーできるようになる。
一方、上記第2の周回の次の第3の周回では、図7のように、クロック発生回路78にて発生するクロック信号(パルス信号)の内、第1基準パルス信号S1bから数パルス分ずれて発生するパルス信号(第2基準パルス信号S2bから所定パルス分ずれて発生するパルス信号)を第3基準パルス信号S3bとして、当該第3基準パルス信号S3bから規定パルスおきに発生する第3パルス信号S3に基づき、図7の7段目のように当該第3の周回における駆動パルスを生成、出力しており、駆動回路72及びレーザダイオード10は、この駆動パルスの入力に基づき、パルスレーザ光L1を発生させている。なお、本参考例1では、図6に示すように、第3の周回時に偏向部41から投射されるパルスレーザ光L1を符号L31で示しており、図6では、一点鎖線で示している。また、基準パルス信号S3bをトリガとして生成される駆動パルスSp3によって出力される初回のパルスレーザ光L1を符号Lb31で示している。
図7の例では、第3の周回時(第3回転時)にクロック発生回路78にて発生するパルス信号において、基準信号Sbの立下り直後にHレベルとなるパルス信号(第1基準パルス信号S1b)から2周期ずれて発生するパルス信号を第3基準パルス信号S3bとしている。そして、制御回路70では、この第3基準パルス信号S3b及び当該第3基準パルス信号S3bから2パルスおき(クロック信号の3周期毎)に発生するパルス信号(第3パルス信号S3)の各立ち上がりをトリガとする一定パルス幅(図7の例ではクロックパルスと同幅)の駆動パルスを生成し、駆動回路72に出力している。この例では、第3の周回時における各駆動パルスと、第1、第2の周回時における各駆動パルスとが、同一のパルス周期(クロック信号の3周期程度)となっており、且つ、第3の周回時における各駆動パルスが、第1の周回時における各駆動パルスから数パルス程度(クロック発生回路で発生するパルス信号の2周期程度)ずれ、且つ第2の周回時における各駆動パルスからこれより小さいずれ幅(クロック発生回路で発生するパルス信号の1周期程度のずれ幅)でずれて出力されることとなる。
このようにすることで、第3の周回時の最初のパルスレーザ光Lb31(基準パルス信号S3bをトリガとする駆動パルスSp3によるパルスレーザ光L1)が発生するときの偏向部41の回転角度位置(図6の偏向部41の位置)が、第2の周回時の最初のパルスレーザ光Lb21(基準パルス信号S2bをトリガとする駆動パルスSp2によるパルスレーザ光L1)が発生するときの偏向部41の回転角度位置(図6の二点鎖線41"の位置)から所定角度θ2程度ずれることとなり、第1の周回時の最初のパルスレーザ光Lb21が発生するときの偏向部41の回転角度位置(図5の二点鎖線41'の位置)からはθ2の2倍程度ずれることとなる。そして、図6のように、駆動パルスSp3によって投射されるパルスレーザ光Lb31の投射方向は、駆動パルスSp2によって投射されるパルスレーザ光Lb21の投射方向から角度θ2程度ずれることとなり、第1の周回時のパルスレーザ光Lb11の投射方向からはθ2の2倍程度ずれることとなる。
また、第3の周回時でも第1、第2の周回時と同様に一定の回転速度で偏向部41が回転し、且つ、パルスレーザ光L31を発生させるための各駆動パルスが、第1の周回時における各駆動パルスと同一周期(クロック信号の3周期)で出力されるため、初回のパルスレーザ光Lb31投射後の各パルスレーザ光L31の投射角度間隔は、第1、第2の周回時の各パルスレーザ光L11、L21の投射角度間隔と同一のθ1となる。
このように、第3の周回時には、初回のパルスレーザ光Lb31発生時の偏向部41の回転角度位置(パルスレーザ光Lb21発生時の偏向部41の回転角度位置(図6の符号41"の二点鎖線位置)からθ2程度ずれた回転角度位置(図6の符号41の実線位置))を起点とし、偏向部41が所定回転角度θ1駆動される毎の各回転角度位置(第3の周回時の「所定の回転角度位置」)にてパルスレーザ光L31が発生し、当該偏向部41に入射することとなる。そして、このような構成により、第2の周回時の「所定の回転角度位置」(パルスレーザ光L21が発生するときの偏向部41の各回転角度位置)から、第3の周回時の「所定の回転角度位置」(パルスレーザ光L31が発生するときの偏向部41の各回転角度位置)とがそれぞれθ2程度ずれることになり、図6のように第3の周回時の各パルスレーザ光L31の投射方向(一点鎖線部分)が、第2の周回時の各パルスレーザ光L21の投射方向(破線部分)からそれぞれ角度θ2程度だけずれ、第1の周回時の各パルスレーザ光L11の投射方向(実線部分)からはそれぞれ角度2×θ2程度だけずれることとなるため、第1、第2の周回時に投射されなかった領域がカバーできるようになる。
なお、本参考例1に係るレーザレーダ装置1では、上記「第3の周回」の後には、再び上述した「第1の周回」となり、基準信号Sbに基づいて図7の三段目のような駆動パルスが出力され、図4のような投射がなされるようになっている。即ち、本参考例1では、偏向部41が所定周数(図4〜図7の例では3周)回転する毎に上述の「第1の周回」の処理が行われるようになっており、第1の周回、第2の周回、第3の周回の順に上述のようなパルスレーザ光の投射がなされた後、再び、第1の周回、第2の周回、第3の周回の順に上述のようなパルスレーザ光の投射がなされ、このようなサイクルが繰り返されるようになっている。
参考例1では、上記のように駆動パルス信号を生成、出力する制御回路70が、「変更手段」の一例に相当し、パルスレーザ光L1を発生させる「所定の回転角度位置」を変更するように機能している。
更に、制御回路70は、偏向部41が所定周数(ここでは3周)回転する毎の各第1の周回(特定周回)において、偏向部41がモータ50により所定回転角度θ1駆動される毎の各回転角度位置(第1の周回のときの「所定の回転角度位置」)にてパルスレーザ光L1を発生させており、各第1の周回(特定周回)の間の複数の周回(第2、第3の周回)において、第1の周回(特定周回)のときの「所定の回転角度位置」からずれた「所定の回転角度位置」においてパルスレーザ光L1を発生させている。そして、更に、第2の周回のときのパルスレーザ光発生時の偏向部41の各回転角度位置(第2の周回時の「所定の回転角度位置」)を、第3の周回のときのパルスレーザ光発生時の偏向部41の各回転角度位置(第3の周回時の「所定の回転角度位置」)と異ならせるように機能している。
(本参考例1の主な効果)
参考例1のレーザレーダ装置1では、回動偏向機構40の偏向部41が所定回転角度θ1駆動される毎の所定の回転角度位置にてレーザ光発生手段がパルスレーザ光L1を発生させており、更に、パルスレーザ光L1が発生するときの偏向部41の各回転角度位置(所定の回転角度位置)を変更する変更手段が設けられている。このようにすると、ある周回のときに偏向部41から出射されるパルスレーザ光L1の各出射方向と、他の周回のときの偏向部41から出射されるパルスレーザ光L1の出射方向とをずらすことができるため、パルスレーザ光L1の投射ピッチに相当する所定回転角度θ1よりも細かな検出が可能となる。従って物体検出の精度を効果的に高めることができ、特に遠方側での検出抜けの防止効果が高まる。
また、本参考例1の構成によれば、駆動回路72に与える駆動パルスの間隔を短くせずに細かな検出角度とすることができるため、レーザダイオード10の駆動準備時間(コンデンサC1,C2のチャージ時間等)を確保することができ、パルスレーザ光L1を良好に投射できる。また、駆動パルスの間隔を短くせずに済むため、駆動回路72やレーザダイオード10の寿命を長くすることができ、装置の長期使用に有利となる。
また、偏向部41が所定周数(図4〜図7の例では3周)回転する毎の各第1の周回(特定周回)において、偏向部41がモータ50(駆動手段)により所定回転角度θ1駆動される毎の各回転角度位置(第1の周回のときの「所定の回転角度位置」)にてパルスレーザ光L11を発生させ、各第1の周回(特定周回)の間の複数の周回(図4〜図7の例では第2、第3の周回)において、第1の周回(特定周回)のときにパルスレーザ光L11が発生するときの偏向部41の各回転角度位置(第1の周回のときの「所定の回転角度位置」)からずれた各回転角度位置(第2、第3の周回のときの「所定の回転角度位置」)においてパルスレーザ光L21,L31を発生させている。
このようにすると、第1の周回(特定周回)のときに偏向部41からパルスレーザ光L11が投射される各投射方向の間の領域を、各第1の周回の間の第2、第3の周回時に投射することができるようになり、各第1の周回のときの検出抜けを各第2、第3の周回のときにカバーできる。
更に、各第1の周回の間の第2、第3の周回においても、各周回のときにパルスレーザ光を発生させる回転角度位置(所定の回転角度位置)を、他の周回のときにパルスレーザ光を発生させる回転角度位置(所定の回転角度位置)と異ならせている。従って、各第1の周回の間の第2、第3の周回において、各周回のときに偏向部41から出射されるパルスレーザ光の各出射方向と、他の周回のときに偏向部41から出射されるパルスレーザ光の出射方向とをずらすことができ、各第1の周回のときの各パルスレーザ光L11の投射方向の間の領域を、各第2、第3の周回において投射されるパルスレーザ光L21,L31によって細かくカバーできる。
また、第1の周回において、クロック発生回路78(パルス信号発生手段)にて発生するパルス信号の内、基準信号Sb(偏向部41が基準回転位置のときに発生する信号)と規定対応関係にあるパルス信号を第1基準パルス信号S1bとし、当該第1基準パルス信号S1bから規定パルスおきに発生する第1パルス信号S1に基づき、偏向部41が「所定の回転角度位置」となるときにパルスレーザ光L11を発生させている。また、第1の周回とは異なる周回においては、クロック発生回路78(パルス信号発生手段)にて発生するパルス信号の内、第1基準パルス信号S1bから所定パルス分ずれて発生するパルス信号を第2基準パルス信号S2bとして、当該第2基準パルス信号S2bから規定パルスおきに発生する第2パルス信号S2に基づいて、第1の周回のときとは異なる「所定の回転角度位置」においてパルスレーザ光L21を発生させている。
このようにすると、所定の第1の周回においては、基準信号Sb(偏向部41が基準回転位置のときに発生する信号)と、クロック発生回路78(パルス信号発生手段)にて発生するパルス信号とに基づき、パルスレーザ光L11を投射するべき「所定の回転角度位置」をそれぞれ正確に定めて(即ち、偏向部41が「所定の回転角度位置」となるタイミングを正確に特定して)パルスレーザ光L11を発生させることができる。また、第1の周回とは異なる他の周回では、複雑な構成を用いることなく、基準信号Sbとクロック発生回路78(パルス信号発生手段)にて発生するパルス信号とに基づき、第1の周回のときとは異なる「所定の回転角度位置」をより細かく且つ正確に定めて(即ち、偏向部41が第1の周回のときとは異なる「所定の回転角度位置」となるタイミングをより細かく且つ正確に特定して)、パルスレーザ光L21を発生させることができる。従って、第1の周回のときの各パルスレーザ光L11の投射方向から精度高くずらしてパルスレーザ光L21を空間に投射できるようになる。
第1実施形態]
次に第1実施形態について説明する。
第1実施形態の代表例)
まず、図8、図9を参照して第1実施形態の代表例を説明する。なお、図8は、第1実施形態のレーザレーダ装置における、回転角度センサから出力されるパルス信号と、このパルス信号の立上りをトリガとして発生する駆動パルス(第1の周回時の駆動パルス)と、このパルス信号の立下りをトリガとして発生する駆動パルス(第2の周回時の駆動パルス)との関係を示すタイミングチャートである。また、図9は、第1実施形態のレーザレーダ装置に関して、偏向部を平面視した状態と共に、第1の周回のときの各パルスレーザ光の投射方向と、第2の周回のときの各パルスレーザ光の投射方向とを説明する説明図である。なお、図9では、後述する初回駆動パルスSd1に応じたパルスレーザ光Lb11が発生するときの偏向部41の回転角度位置を実線で示しており、後述する初回駆動パルスSe1に応じたパルスレーザ光Lb21が発生するときの偏向部41の回転角度位置を破線41'で示している。
第1実施形態は、駆動回路72に与える駆動パルスの出力タイミングのみが参考例1と異なり、それ以外の構成(全体構成等)は参考例1と同様である。よって、駆動パルスの出力制御以外(全体構成等)については、適宜図1〜図3を参照して説明することとし、詳細な説明は省略する。
本実施形態では、参考例1と同様に、図1に示す回転角度センサ52がロータリエンコーダとして構成され、図8の一段目、三段目に示すように、偏向部41が規定角度回転する毎に、この回転角度センサ52からパルス信号が出力されるようになっている。このパルス信号が入力される制御回路70では、所定の第1の周回のときには、回転角度センサ52(ロータリエンコーダ)からのパルス信号の各立ち上がり信号に基づき、当該第1の周回における駆動パルスを生成、出力しており(図8の二段目参照)、駆動回路72及びレーザダイオード10は、この駆動パルスの入力に基づき、パルスレーザ光L1を発生させている。
この構成では、第1の周回のときには、図8の一段目、二段目のように、回転角度センサ52(ロータリエンコーダ)からのパルス信号における各立ち上がり信号直後に駆動パルスが出力されるため、偏向部41が所定角度θ1回転する毎の各回転角度位置(回転角度センサ52からのパルス信号の立ち上がりに対応する「所定の回転角度位置」)でパルスレーザ光L11が発生し、当該偏向部41に入射することとなり、図9のように、パルスレーザ光L11が所定回転角度θ1毎に偏向部41から空間に投射されるようになる。なお、θ1は、ロータリエンコーダの構成によって定まる任意の値である。
なお、図9では、第1の周回時に偏向部41から投射されるパルスレーザ光L1を符号L11で示している。また、図8では、回転角度センサ52(ロータリエンコーダ)における規定の原点位置、又は原点位置直後に発生する初回パルス信号を符号Sc1で示し、この初回パルス信号Sc1の立ち上がりをトリガとして生成される駆動パルスを初回駆動パルスSd1としている。また、図9では、この初回駆動パルスSd1によって出力される初回パルスレーザ光L1を符号Lb11で示している。
制御回路70(図2参照)は、上記「第1の周回」の次の「第2の周回」のときには、回転角度センサ52(ロータリエンコーダ)からのパルス信号(図8の三段目参照)の各立ち下がり信号に基づき、当該第2の周回における駆動パルスを生成、出力しており(図8の四段目参照)、駆動回路72及びレーザダイオード10は、この駆動パルスの入力に基づき、パルスレーザ光L1を発生させている。
この構成では、第2の周回のときには、図8のように、回転角度センサ52(ロータリエンコーダ)からのパルス信号における各立ち下がり信号直後に駆動パルスが出力されるため、偏向部41が所定角度θ1回転する毎の各回転角度位置(回転角度センサ52からのパルス信号の立ち下がりに対応する「所定の回転角度位置」)でパルスレーザ光L21が発生し、当該偏向部41に入射することとなり、図9のように、パルスレーザ光L21が所定回転角度θ1毎に偏向部41から空間に投射されるようになる。なお、図9では、第2の周回時に偏向部41から投射されるパルスレーザ光L1を符号L21で示している。また、図8では、回転角度センサ52(ロータリエンコーダ)から出力される上述の初回パルス信号Sc1(規定の原点位置、又は原点位置直後に発生する初回のパルス信号)の立ち下がりをトリガとして生成される駆動パルスを初回駆動パルスSe1とし、図9では、この初回駆動パルスSe1によって出力される初回パルスレーザ光L1を符号Lb21で示している。
本実施形態では、第1の周回時の「所定の回転角度位置」(パルスレーザ光L11が発生するときの偏向部41の各回転角度位置)と、第2の周回時の「所定の回転角度位置」(パルスレーザ光L21が発生するときの偏向部41の各回転角度位置)とがそれぞれθ1/2程度だけずれることになり、第2の周回時の各パルスレーザ光L21の投射方向(破線部分)が、第1の周回時の各パルスレーザ光L11の投射方向(実線部分)からそれぞれ角度θ1/2程度だけずれることとなるため、第1の周回時に投射されなかった領域が第2の周回時にカバーできるようになる。なお、本実施形態では、このような「第2の周回」の後に、再び上述の「第1の周回」となり、これら「第1の周回」(立ち上がり信号をトリガとして駆動パルスを生成する周回)と「第2の周回」(立下り信号をトリガとして駆動パルスを生成する周回)とが交互に繰り返されることとなる。
上記構成によれば、複雑な構成を用いることなく回転角度センサ52(ロータリエンコーダ)からのパルス信号を利用して、第1の周回のときの「所定の回転角度位置」(パルスレーザ光L11が発生するときの偏向部41の各回転角度位置)と、他の周回のときの「所定の回転角度位置」(パルスレーザ光L21が発生するときの偏向部41の各回転角度位置)とを正確にずらすことができる。また、回転角度センサ52(ロータリエンコーダ)からのパルス信号を利用しているため、偏向部41の回転速度にかかわらず、各周回の「所定の回転角度位置」(即ち、各周回におけるパルスレーザ光発生時の偏向部41の各回転角度位置)を正確に定めることができる。
参考例2
次に、参考例2について説明する。図10は、参考例2における、回転角度センサから出力されるA相、B相のパルス信号と、A相のパルス信号の立上りをトリガとして発生する駆動パルス(第1の周回時の駆動パルス)と、B相のパルス信号の立上りをトリガとして発生する駆動パルス(第2の周回時の駆動パルス)との関係を示すタイミングチャートである。
この参考例2でも、駆動回路72に与える駆動パルスの出力タイミングのみが参考例1と異なり、それ以外の構成(全体構成等)は参考例1と同様である。よって、駆動パルスの出力制御以外(全体構成等)については、適宜図1〜図3を参照して説明することとし、詳細な説明は省略する。また、偏向部41からのパルスレーザ光L1の投射態様は上記代表例で示した図9と同様であるため、適宜図9を参照することとする。
参考例2で用いられる回転角度センサ52(図1、図2)は、図10に示すように、偏向部41が規定角度回転する毎の各第1規定位置においてA相(第1相)のパルス信号を発生させると共に、各第1規定位置からずれた各第2規定位置においてB相(第2相)のパルス信号を発生させる公知のロータリエンコーダとして構成されており、制御回路70には、これらA相及びB相のパルス信号が入力されるようになっている。なお、図10の例では、A相のパルス信号の位相に対し、B相のパルス信号の位相が1パルス分ずれており(即ち1/2周期ずれており)A相の立ち上がり信号後、1パルス遅れてB相の立ち上がり信号が発生するようになっている。
このようなA相、B相のパルス信号が入力される制御回路70では、所定の第1の周回のときには、図8の一段目、三段目に示すように、回転角度センサ52(ロータリエンコーダ)からのA相のパルス信号の各立ち上がり信号に基づき、当該第1の周回における駆動パルスを生成、出力しており、駆動回路72及びレーザダイオード10は、この駆動パルスの入力に基づき、パルスレーザ光L11(図9)を発生させている。
この構成では、第1の周回のときには、図10の一段目、三段目のように、回転角度センサ52(ロータリエンコーダ)からのA相のパルス信号の各立ち上がり信号直後に駆動パルスが出力されるため、偏向部41が所定角度θ1回転する毎の各回転角度位置(回転角度センサ52からのA相のパルス信号の立ち上がりに対応する「所定の回転角度位置」)でパルスレーザ光L11が発生し、当該偏向部41に入射することとなり、図9と同様に、パルスレーザ光L11が所定回転角度θ1毎に偏向部41から空間に投射されるようになる。なお、θ1は、ロータリエンコーダのスリット構成によって定まる任意の値である。
上記「第1の周回」の次の「第2の周回」のときには、図10の二段目、四段目に示すように、制御回路70が、回転角度センサ52(ロータリエンコーダ)からのB相のパルス信号の各立ち上がり信号に基づき、当該第2の周回における駆動パルスを生成、出力しており、駆動回路72及びレーザダイオード10は、この駆動パルスの入力に基づき、パルスレーザ光L21(図9)を発生させている。
この構成では、第2の周回のときには、図10の二段目、四段目のように、回転角度センサ52(ロータリエンコーダ)からのB相のパルス信号における各立ち上がり信号直後に駆動パルスが出力されるため、偏向部41が所定角度θ1回転する毎の各回転角度位置(回転角度センサ52からのB相のパルス信号の立ち上がりに対応する「所定の回転角度位置」)でパルスレーザ光L21が発生し、当該偏向部41に入射することとなり、図9のように、パルスレーザ光L21が所定回転角度θ1毎に偏向部41から空間に投射されるようになる。
参考例2では、第1の周回時の「所定の回転角度位置」(パルスレーザ光L11が発生するときの偏向部41の各回転角度位置)と、第2の周回時の「所定の回転角度位置」(パルスレーザ光L21が発生するときの偏向部41の各回転角度位置)とがそれぞれ、A相とB相の位相ずれに応じた程度(図10の例ではθ1/2程度)だけずれることになり、第2の周回時の各パルスレーザ光L21の投射方向(図9の破線部分)が、第1の周回時の各パルスレーザ光L11の投射方向(図9の実線部分)からそれぞれ、A相とB相の位相ずれに応じた程度(図10の例ではθ1/2程度)だけずれることとなる。従って、第1の周回時に投射されなかった領域が第2の周回時にカバーできるようになる。なお、本参考例2でも、このような「第2の周回」の後に、再び上述の「第1の周回」となり、これら「第1の周回」(A相の立ち上がり信号をトリガとして駆動パルスを生成する周回)と「第2の周回」(B相の立ち上がり信号をトリガとして駆動パルスを生成する周回)とが交互に繰り返されることとなる。
参考例2によれば、複雑な構成を用いることなく回転角度センサ52(ロータリエンコーダ)からのA相、B相のパルス信号を利用して、第1の周回のときの「所定の回転角度位置」(パルスレーザ光L11が発生するときの偏向部41の各回転角度位置)と、他の周回のときの「所定の回転角度位置」(パルスレーザ光L21が発生するときの偏向部41の各回転角度位置)とを正確にずらすことができる。また、回転角度センサ52(ロータリエンコーダ)からのA相、B相のパルス信号を利用しているため、偏向部41の回転速度にかかわらず、各周回の「所定の回転角度位置」(即ち、各周回におけるパルスレーザ光発生時の偏向部41の各回転角度位置)を正確に定めることができる。
参考例3]
次に参考例3について説明する。
図11は、回転角度センサから出力されるパルス信号と、このパルス信号に基づいて生成される逓倍信号と、回転角度センサからのパルス信号の立上りをトリガとして発生する駆動パルス(第1の周回時の駆動パルス)と、逓倍信号の2周期毎の立下り信号をトリガとして発生する駆動パルス(第2の周回時の駆動パルス)と、逓倍信号の2周期毎の立上り信号をトリガとして発生する駆動パルス(第3の周回時の駆動パルス)と、逓倍信号における第2の周回時とはずれた2周期毎の立下り信号をトリガとして発生する駆動パルス(第4の周回時の駆動パルス)との関係を示すタイミングチャートである。また、図12は、参考例3におけるレーザレーダ装置の電気的構成を例示するブロック図である。
参考例3は、駆動回路72に与える駆動パルスの出力タイミングを変更した点と、逓倍信号生成回路80を設けた点のみが参考例1と異なり、それ以外は参考例1と同様である。よって、全体構成等については、適宜図1、図3を参照して説明する。また、電気的構成については、逓倍信号生成回路80以外は参考例1の図2と同様であるため、同様の部分については参考例1と同一の符号を付し詳細な説明は省略する。
参考例3でも、第1実施形態と同様に回転角度センサ52がロータリエンコーダによって構成されており、図11の一段目に示すように、偏向部41が一定角度回転する毎にパルス信号を発生させている。なお、本参考例3では、回転角度センサ52が「パルス信号発生手段」の一例に相当している。
更に、本参考例3では、図12に示すように、回転角度センサ52から出力されるパルス信号から逓倍信号を生成する逓倍信号生成回路80(逓倍信号生成手段)が設けられており、回転角度センサ52から出力されるパルス信号(図11の一段目)に基づき、当該パルス信号の周波数をN倍に変換した逓倍信号を生成し(図11の二段目)、制御回路70に出力している。なお、Nの値は特に限定されるものではなく、以下では、2倍の逓倍信号を生成する例(即ち、N=2の例)を代表例として説明する。
図11の例では、所定の第1の周回のときには、回転角度センサ52(ロータリエンコーダ)からのパルス信号(図11の一段目参照)の各立ち上がり信号に基づき、当該第1の周回における駆動パルスを生成、出力しており(図11の三段目参照)、駆動回路72及びレーザダイオード10は、この駆動パルスの入力に基づき、パルスレーザ光L1を発生させている。
この構成では、第1の周回のときには、図11のように、回転角度センサ52(ロータリエンコーダ)からのパルス信号における各立ち上がり信号直後に駆動パルスが出力されるため、偏向部41が所定角度θ1回転する毎の各回転角度位置(回転角度センサ52からのパルス信号の立ち上がりに対応する「所定の回転角度位置」)でパルスレーザ光L1が発生し、当該偏向部41に入射することとなり、パルスレーザ光L1が所定回転角度θ1毎に偏向部41から空間に投射されるようになる。なお、第1の周回時のときのパルスレーザ光L1の投射態様は図4と同様である。また、θ1は、ロータリエンコーダの構成によって定まる任意の値である。
上記「第1の周回」の後の「第2の周回」のときには、制御回路70は、逓倍信号生成回路80によって生成される逓倍信号(図11の二段目)に基づき、当該第2の周回における駆動パルスを生成、出力しており(図11の四段目)、駆動回路72及びレーザダイオード10は、この駆動パルスの入力に基づき、パルスレーザ光L1を発生させている。図11の例では回転角度センサ52(ロータリエンコーダ)からのパルス信号の周波数を2倍にした逓倍信号を生成しており、この逓倍信号における2周期毎の立下り信号(回転角度センサのパルス信号の立ち上がりから、当該逓倍信号の1パルス分ずれたタイミングで発生する2周期毎の立下り信号)に基づいて駆動パルスを生成している。
この構成では、第1の周回時の「所定の回転角度位置」(第1の周回時にパルスレーザ光L1が発生するときの偏向部41の各回転角度位置)と、第2の周回時の「所定の回転角度位置」(第2の周回時にパルスレーザ光L1が発生するときの偏向部41の各回転角度位置)とがそれぞれ所定角度θ1/4程度だけずれることになり、第2の周回時の各パルスレーザ光L1の投射方向が、第1の周回時の各パルスレーザ光の投射方向からそれぞれθ1/4程度ずれることとなる。
上記「第2の周回」の後の「第3の周回」のときには、制御回路70は、逓倍信号生成回路80によって生成される逓倍信号(図11の二段目)に基づき、この逓倍信号における2周期毎の立ち上がり信号(回転角度センサのパルス信号の立ち下がりのタイミングで発生する2周期毎の立ち上がり信号)をトリガとして当該第3の周回における駆動パルスを生成、出力しており(図11の五段目)、駆動回路72及びレーザダイオード10は、この駆動パルスの入力に基づき、パルスレーザ光L1を発生させている。
この構成では、第1の周回時の「所定の回転角度位置」(第1の周回時にパルスレーザ光L1が発生するときの偏向部41の各回転角度位置)と、第3の周回時の「所定の回転角度位置」(第3の周回時にパルスレーザ光L1が発生するときの偏向部41の各回転角度位置)とがそれぞれ所定角度θ1×2/4程度だけずれることになり、第3の周回時の各パルスレーザ光L1の投射方向が、第1の周回時の各パルスレーザ光の投射方向からそれぞれθ1×2/4程度ずれることとなる。
上記「第3の周回」の後の「第4の周回」のときには、制御回路70は、逓倍信号生成回路80によって生成される逓倍信号(図11の二段目)に基づき、この逓倍信号における2周期毎の立ち下がり信号(第2の周回時に用いる2周期毎の立下り信号から、当該逓倍信号の1周期分ずれて発生する2周期毎の立下り信号)をトリガとして当該第4の周回における駆動パルスを生成、出力しており(図11の六段目)、駆動回路72及びレーザダイオード10は、この駆動パルスの入力に基づき、パルスレーザ光L1を発生させている。
この構成では、第1の周回時の「所定の回転角度位置」(第1の周回時にパルスレーザ光L1が発生するときの偏向部41の各回転角度位置)と、第4の周回時の「所定の回転角度位置」(第4の周回時にパルスレーザ光L1が発生するときの偏向部41の各回転角度位置)とがそれぞれ所定角度θ1×3/4程度だけずれることになり、第4の周回時の各パルスレーザ光L1の投射方向が、第1の周回時の各パルスレーザ光の投射方向からそれぞれθ1×3/4程度ずれることとなる。
参考例3の構成によれば、所定の第1の周回においては、回転角度センサ52(パルス信号発生手段)にて発生するパルス信号に基づき、パルスレーザ光L1を投射するべき「所定の回転角度位置」をそれぞれ正確に定めて(即ち、偏向部41が「所定の回転角度位置」となるタイミングを正確に特定して)パルスレーザ光L1を発生させることができる。また、第1の周回とは異なる他の周回では、複雑な構成を用いることなく逓倍信号生成回路80(逓倍信号生成手段)によって生成される逓倍信号に基づき、第1の周回のときとは異なる「所定の回転角度位置」をより細かく且つ正確に定めて(即ち、偏向部41が第1の周回のときとは異なる「所定の回転角度位置」となるタイミングをより細かく且つ正確に特定して)、パルスレーザ光L1を発生させることができる。従って、第1の周回のときの各パルスレーザ光の投射方向から精度高くずらしてパルスレーザ光L1を空間に投射できるようになる。
参考例4]
次に参考例4について図14〜図18を参照して説明する。
なお、図14は、参考例4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り、図15は、参考例4に係るレーザレーダ装置からパルスレーザ光が照射された状態について、レーザレーダ装置の上方から見た様子を説明する説明図である。また、図16は、参考例4に係るレーザレーダ装置におけるレンズの配置とパルスレーザ光の拡散度合いとの関係を説明する説明図である。図17は、参考例4に係るレーザレーダ装置からパルスレーザ光が照射された状態について、レーザレーダ装置の上方から見た様子を説明する説明図であり、当該パルスレーザ光の前後に照射されるパルスレーザ光との関係を併せて説明する説明図である。図18は、参考例4に係るレーザレーダ装置における所定回動範囲内での各パルスレーザ光の走査の様子を説明する説明図である。
参考例4は、ある周回のときに偏向部41から出射されるパルスレーザ光L1の各出射光軸方向と、他の周回のときの偏向部41から出射されるパルスレーザ光L1の出射光軸方向とをずらす構成に加えて、偏向部41の回転に応じてパルスレーザ光L1が移動する方向を走査方向としたとき、偏向部41から空間へ照射されるレーザ光L1の走査方向の広がりが所定角度以上となるように拡散させるようにする点が参考例1と異なり、それ以外の構成(全体構成等)は参考例1と同様である。よって、参考例1のレーザレーダ装置1と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。なお、参考例4では、偏向部41の回転の中心軸42aと直交する平面方向に沿ってパルスレーザ光L1の走査がなされるようになっており、当該平面方向に沿った方向が走査方向とされている。
図14に示すように、本参考例4に係るレーザレーダ装置1は、参考例1と同様に、レーザダイオード10と、検出物体からの反射光L2を受光するフォトダイオード20とを備えており、装置外の空間に存在する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。また、偏向部41が所定回転角度θ1駆動される毎の「所定の回転角度位置」にてパルスレーザ光L1が発生して当該偏向部41に入射するように構成されており、図18(後述)のように、偏向部41が所定回転角度θ1回転する毎に、この偏向部41からパルスレーザ光L1が空間に投射されるようになっている。また、本参考例4でも、参考例1と同様の方法で、各周回毎に、パルスレーザ光を発生させる「所定の回転角度位置」を変更している。従って、参考例1と同様に、ある周回において所定回転角度θ1回転する毎に照射されるパルスレーザ光L1の各光軸方向(図18の矢印F参照)と、その次の周回において所定回転角度θ1回転する毎に照射されるパルスレーザ光L1の各光軸方向とがずれるようになっている。
更に本参考例4に係るレーザレーダ装置1では、レーザダイオード10から出射されるパルスレーザ光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、例えばコリメートレンズとして構成され、レーザダイオード10から所定の距離に配置されると共に、レーザダイオード10から出射されるパルスレーザ光L1を準平行光(完全な平行光よりも若干広がる光)に変換している。さらに、レンズ60は、偏向部41の回転に応じてレーザ光L1が移動する方向を走査方向(図15中α方向)としたとき、当該偏向部41から空間へ照射されるパルスレーザ光L1の走査方向の広がり角(即ち、中心軸42aと直交する平面方向におけるパルスレーザ光L1の両境界L41、L42のなす角度)θaが所定回転角度θ1とほぼ等しくなるようにレーザ光L1を拡散させるように構成されている。なお、本参考例4では、レンズ60は「拡散手段」の一例に相当する。
具体的には、本参考例4では、所定回転角度θ1は1.0°に設定されており、また、レーザ光L1の広がり角θaは、図15に示すように、1.0°になるようにレンズ60により拡散されるように設定されている。例えば、図16に示すように、レーザレーダ装置1のレーザ光透過板5から30m離れた位置に存在する物体を検出したい場合、レンズ60からレーザ光透過板5までの距離を100mmとすると、30m離れた位置では、レーザ光L1は、2×30100×tan0.5°≒524(mm)の広がり幅が必要となる。そして、レーザダイオード10のチップサイズが1mm角の大きさであるとすると、このレーザダイオード10とレーザ光L1の広がり幅との関係から、レンズ60の主点とレーザダイオード10との距離bは57mmと算出される。すなわち、レンズ60をレーザダイオード10から57mm離れた位置に配置することで、レーザ光L1の広がり角θaを1.0°になるように拡散させることができる。なお、図15、図17、図18では、レンズ60で拡散されたパルスレーザ光L1が偏向部41に入射する位置を点(符号P1)で概念的に示しているが、このパルスレーザ光L1は実際にはある程度の径で偏向部41に入射するようになっており(図14参照)、偏向部41で反射して生じる反射光は空間で更に広がるようになっている。
このように、レーザ光L1の広がり角θaを所定回転角度θ1と等しくなるように設定すると、偏向部41が所定回転角度θ1駆動される毎の「所定の回転角度位置」にてレーザ光L1が発生するとき、レーザレーダ装置から照射される各パルスレーザ光を偏向部41の中心軸と直交する平面方向から見た場合のレーザ光L1の軌跡は、図17に2点鎖線で示した部分になる。また、図18は、検出エリアにおけるレーザ光L1の全軌跡を示している。すなわち、レーザ光L1の広がり角θaを所定回転角度θ1と等しくなるように設定することで、図18に示すように、各レーザ光L1の間の領域(すなわち、レーザ光が投射されない領域)を極めて小さくすることができる。
以上説明したように、本参考例4に係るレーザレーダ装置1では、偏向部41の回転に応じてパルスレーザ光L1が移動する方向を走査方向としたとき、偏向部41から空間へ照射されるパルスレーザ光L1の走査方向の広がりが所定角度以上となるように当該パルスレーザ光L1を拡散させる拡散手段(レンズ60)が設けられている。このようにすると、偏向部41から空間に照射されるパルスレーザ光L1が走査方向において所定角度以上に広がるため、各パルスレーザ光L1による検出領域を、光軸付近のみならず、所定角度以上広げた領域に拡張することができる。従って、ある周回のときに偏向部41から出射されるパルスレーザ光L1の各出射方向と、他の周回のときの偏向部41から出射されるパルスレーザ光L1の出射方向とをずらすことでパルスレーザ光L1の投射ピッチに相当する「所定回転角度θ1」よりも細かな検出を可能としつつ、更に、各周回においても、パルスレーザ光L1が投射されない領域を小さくすることができるため、検出抜けをより一層効果的に防止することができ、物体検出精度を相乗的に高めることができる。
また、本参考例4の構成によれば、偏向部41から空間に照射されるパルスレーザ光L1の所定角度(広がり角θa)が所定回転角度θ1と等しくなるように拡散手段(レンズ60)によってパルスレーザ光L1を拡散させている。この構成によれば、1パルス毎に出射される各パルスレーザ光L1の広がり角θaと、パルスレーザ光L1の投射ピッチに相当する「所定回転角度θ1」とが実質的に等しくなるため、各パルスで出射されるパルスレーザ光L1の照射エリアを、各パルスの前のパルスで出射されるパルスレーザ光L1の照射エリア(或いは各パルスの次のパルスで出射されるパルスレーザ光L1の照射エリア)と隣接させることができる。従って、走査方向において、各パルスレーザ光L1とその前のパルスレーザ光L1(或いはその後のパルスレーザ光L1)との間に非検出領域(パルスレーザ光L1が照射されない領域)が生じにくくなり、検出抜けの防止効果をより一層高めることができる。また、パルスレーザ光L1の広がり角θaが所定回転角度θ1と等しくなるように抑えられるため、必要以上にパルスレーザ光L1が拡散しなくなり、パルスレーザ光L1の光量を確保しやすくなる。従って、検出抜けを効果的に防止しつつ、より遠方の物体を検出することができる。
また、拡散手段(レンズ60)が、レーザダイオード10から出射されるパルスレーザ光L1の光軸上に配置されるコリメートレンズを有している。このようにすると、コリメートレンズとレーザダイオード10との間の距離を調整することによって容易にパルスレーザ光L1の拡散度合いを所望の広がりに設定できるようになる。
参考例4の変更例)
次に参考例4の変更例について図19及び図20を参照して説明する。
なお、図19は、参考例4の変更例に係るレーザレーダ装置からパルスレーザ光が照射された状態について、レーザレーダ装置の上方から見た様子を説明する説明図であり、当該パルスレーザ光の前後に照射されるパルスレーザ光との関係を併せて説明する説明図である。また、図20は、参考例4の変更例に係るレーザレーダ装置における所定回動範囲内での各パルスレーザ光の走査の様子を説明する説明図である。
上述した参考例4では、偏向部41から空間へ照射されるレーザ光L1の走査方向の広がり角θaが所定回転角度θ1と等しくなるようにレーザ光L1を拡散させるように構成されていたが、参考例4の本変更例では、偏向部41から空間へ照射されるレーザ光L1の走査方向の広がり角θaは所定回転角度θ1よりも大きくなるようにレーザ光L1を拡散させるように構成されている。具体的には、図19に示すように、本変形例では、所定回転角度θ1は1.0°に設定されており、また、レーザ光L1の広がり角θaは1.4°に拡散されるように設定されている。このように、レーザ光L1の走査方向の広がり角θaが所定回転角度θ1よりも0.4°大きくなるように設定されているので、偏向部41から出射される各パルスレーザ光L1は、図20に示すように、走査方向に隣接する各レーザ光と0.4°重なる位置でそれぞれ照射されることになる。
以上説明したように、参考例4の変更例に係るレーザレーダ装置1では、偏向部41から空間に照射されるパルスレーザ光L1の所定角度(広がり角θa)が所定回転角度θ1よりも大きくなるように拡散手段(レンズ60)によってパルスレーザ光L1を拡散させている。この構成によれば、1パルス毎に出射される各パルスレーザ光L1の広がり角度θaが、パルスレーザ光L1の投射ピッチに相当する「所定回転角度」よりも大きくなるため、各パルスで出射されるパルスレーザ光L1の照射エリアを、各パルスの前のパルスで出射されるパルスレーザ光L1の照射エリア(或いは各パルスの次のパルスで出射されるパルスレーザ光L1の照射エリア)と部分的に重ねることができる。従って、走査方向において、各パルスレーザ光L1とその前のパルスレーザ光L1(或いはその後のパルスレーザ光L1)との間に非検出領域(パルスレーザ光L1が照射されない領域)が生じなくなり、検出抜けの防止効果をより一層高めることができる。
参考例5]
次に参考例5について図21及び図22を参照して説明する。
なお、図21は、参考例5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。また、図22は、参考例5に係るレーザレーダ装置の偏向部の形状を説明する説明図である。
参考例5は、ある周回のときに偏向部41から出射されるパルスレーザ光L1の各出射方向と、他の周回のときの偏向部41から出射されるパルスレーザ光L1の出射方向とをずらす構成に加えて、偏向部41から空間へ照射されるパルスレーザ光L1の走査方向(偏向部41の回転に応じてパルスレーザ光L1が移動する方向)の広がりが所定角度以上となるように拡散させている点、及び偏向部41が凹面部44を備えた凹面鏡として構成されている点が参考例1と異なり、それ以外の構成(全体構成等)は参考例1と同様である。よって、参考例1のレーザレーダ装置1と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。なお、参考例5でも、偏向部41の回転の中心軸42aと直交する平面方向に沿ってパルスレーザ光L1の走査がなされるようになっており、当該平面方向に沿った方向が走査方向とされている。
参考例5に係るレーザレーダ装置1も、参考例1と同様に、レーザダイオード10と、検出物体からの反射光L2を受光するフォトダイオード20とを備えており、装置外の空間に存在する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。また、偏向部41が所定回転角度θ1駆動される毎の「所定の回転角度位置」にてパルスレーザ光L1が発生して当該偏向部41に入射し、パルスレーザ光L1が所定回転角度θ1毎に偏向部41から空間に投射されるようになっている。本参考例5では、この偏向部41が凹面部44を備えた凹面鏡として構成されており、凹面部44の反射面41bが所定の曲率で形成されている。
凹面鏡として構成される凹面部44は、入射したパルスレーザ光L1を所定角度に拡散するように構成されている。具体的には、例えば、この凹面部44の反射面41bにビーム径がφ10mmのパルスレーザ光L1が入射しレーザ光L1の走査方向の広がり角θaが1.0°になるようにレーザ光L1を拡散させる場合、図22に示すように、反射面41bを円弧に近似すると、x+(y-r)=rの関係から凹面部44の曲率半径rが287mmと算出される。すなわち、凹面部44の曲率半径rを287mmに形成することで、この凹面部44の反射面41bに入射するビーム径がφ10mmのパルスレーザ光L1を、1.0°の広がり角θaで拡散させて空間へ照射することができる。そして、このように広がり角θaが1.0°になるようにレーザ光L1を拡散させて空間へ照射することで、図18と同様に、各パルスレーザ光L1をある程度の広がりで照射することができ、各パルスレーザ光L1の間の領域(すなわち、レーザ光が投射されない領域)を極めて小さくすることができる。なお、図22では、レンズ60にて平行光とされたパルスレーザ光L1を凹面部44に入射させ、拡がり角θaが1.0°となる反射光を入射方向と逆方向に生じさせる例を示しているが、図21のように平行光とされたパルスレーザ光L1を凹面部44で反射させて入射方向と直交する方向に反射光を生じさせる場合も同様であり、反射光を所定の広がりで拡散させることができる。
以上説明したように、本参考例5に係るレーザレーダ装置1では、回動偏向機構40の偏向部41が所定の曲率で形成されており、入射するパルスレーザ光L1を拡散させて反射する凹面部44を備えている。そして、この凹面部44が拡散手段として構成されている。このようにすると、偏向部41の一部を拡散手段として兼用することができ、パルスレーザ光L1を所定角度以上に拡散させうる構成を簡易に且つ部品点数を抑えて実現できる。
[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、さらに、偏向部41の回転に応じてレーザ光L1が移動する方向を走査方向としたとき、偏向部41から空間へ照射されるレーザ光L1の走査方向の広がり角θaが所定角度以上となるように当該レーザ光L1を拡散させる構成(参考例4、5のいずれかの構成)が設けられていてもよい。このように構成することで、検出抜けをより細かくカバーでき、物体検出精度を相乗的に高めることができる。
参考例4、5では、ある周回のときに偏向部41から出射されるパルスレーザ光L1の各出射光軸方向と、他の周回のときの偏向部41から出射されるパルスレーザ光L1の出射光軸方向とをずらしており、そのずらし方を参考例1と同様の方法としていたが、第1実施形態と同様の方法でずらすようにしてもよい。
1…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)
40…回動偏向機構(回動偏向手段)
41…偏向部
44…凹面部
50…モータ(駆動手段)
52…回転角度センサ(基準信号発生手段、エンコーダ、パルス信号発生手段)
60…レンズ(拡散手段)
70…制御回路(レーザ光発生手段、変更手段)
72…駆動回路(レーザ光発生手段)
78…クロック発生回路(パルス信号発生手段)
80…逓倍信号生成回路(逓倍信号生成手段)

Claims (1)

  1. パルスレーザ光を間欠的に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パルスレーザ光が発生し、当該パルスレーザ光が検出物体にて反射したときに、前記検出物体からの反射光を検出する光検出手段と、
    所定の中心軸を中心として回転可能に構成された偏向部を備えると共に、当該偏向部により前記パルスレーザ光を空間に向けて偏向させ、且つ前記反射光を前記光検出手段に向けて偏向する回動偏向手段と、
    前記回動偏向手段を駆動する駆動手段と、
    前記偏向部が規定角度回転する毎にパルス信号を発生させ、その発生する前記パルス信号に基づいて前記偏向部の回転位置を検出するエンコーダと、
    を有し、
    前記レーザ光発生手段は、
    前記回動偏向手段の前記偏向部が前記駆動手段により所定回転角度駆動される毎に所定の回転角度位置にて前記パルスレーザ光を発生させ、
    所定の第1の周回において、前記エンコーダからの前記パルス信号の各立ち上がり信号及び各立ち下がり信号のいずれか一方の信号に基づいて前記所定の回転角度位置において
    前記パルスレーザ光を発生させ、
    前記第1の周回とは異なる周回において、前記エンコーダからの前記パルス信号の各立ち上がり信号及び各立ち下がり信号の他方の信号に基づいて、前記第1の周回のときとは異なる前記所定の回転角度位置において前記パルスレーザ光を発生させることを特徴とすレーザレーダ装置。
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