JP7354716B2 - Laser radar equipment and lenses for laser radar equipment - Google Patents

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本発明は、レーザレーダ装置及びレーザレーダ装置用レンズに関する。 The present invention relates to a laser radar device and a lens for a laser radar device.

投光素子からレーザ光を出力し、そのレーザ光の反射光を受光素子によって検出することにより物体を検知するレーザレーダ装置には、反射光を受光用のレンズ(受光レンズ)によって受光素子に案内するように構成されたものがある。受光レンズによって受光素子へ届く反射光の光量(受光量)を稼ぐことにより、物体の検知精度の向上に寄与できる。 A laser radar device that detects an object by outputting a laser beam from a light emitting element and detecting the reflected light of the laser beam by a light receiving element uses a light receiving lens to guide the reflected light to the light receiving element. There are some that are configured to do so. By increasing the amount of reflected light (light reception amount) that reaches the light receiving element using the light receiving lens, it is possible to contribute to improving object detection accuracy.

この種のレーザレーダ装置として、受光レンズに遠距離用のレンズ部及び近距離用のレンズ部を各々設けた遠近両用のレーザレーダ装置が提案されている。具体的には、遠距離用のレンズ部及び近距離用のレンズ部を受光レンズの受光軸を中心とした回転対称の曲面状(例えば非球面状)とし、遠距離からの反射光が遠距離用のレンズ部を通じて受光素子に集光され且つ近距離からの反射光が近距離用のレンズ部を通じて受光素子に集光される構成とすることにより、物体の検知範囲の広域化が図られている(例えば特許文献1参照)。 As this type of laser radar device, a bifocal laser radar device has been proposed in which a light-receiving lens is provided with a long-distance lens portion and a short-distance lens portion, respectively. Specifically, the long-distance lens part and the short-distance lens part are made into rotationally symmetrical curved surfaces (for example, aspherical) about the light-receiving axis of the light-receiving lens, so that the reflected light from a long distance is reflected from a long distance. By adopting a configuration in which the light is focused on the light receiving element through the lens section for short distances, and the reflected light from a short distance is focused on the light receiving element through the lens section for short distances, the object detection range can be expanded. (For example, see Patent Document 1).

特開2000-186928号公報Japanese Patent Application Publication No. 2000-186928

ここで、上述した遠近両用のレーザレーダ装置においては遠距離用及び近距離用の各レンズ部の焦点が物体までの想定距離に応じて決まっている。このため、遠距離に位置する物体からの反射光のうち近距離用のレンズ部に入射したものや近距離に位置する物体からの反射光のうち遠距離用のレンズ部に入射したものについては受光素子に届きにくくなると想定される。つまり、上記構成は各距離からの反射光の光量の差を軽減する上では好ましいものの、受光量が全体的に低下することが物体の検知範囲の広域化を促進する上で妨げになり得る。このように、物体の検知範囲の広域化を図る上では、レーザレーダ装置の光学系に未だ改善の余地がある。 In the above-mentioned bifocal laser radar device, the focal points of the long-distance and short-distance lens sections are determined according to the assumed distance to the object. For this reason, the reflected light from objects located at a long distance that enters the lens section for short distances, and the light reflected from objects located at a short distance that enters the lens section for long distances. It is assumed that it will be difficult to reach the light receiving element. In other words, although the above configuration is preferable for reducing the difference in the amount of reflected light from each distance, the overall decrease in the amount of received light may impede the expansion of the object detection range. As described above, there is still room for improvement in the optical system of a laser radar device in order to widen the object detection range.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、物体の検知範囲の広域化を好適に実現することができるレーザレーダ装置又はレーザレーダ装置用レンズを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its main purpose is to provide a laser radar device or a lens for a laser radar device that can suitably widen the object detection range. .

以下、上記課題を解決するための手段について記載する。 Below, means for solving the above problems will be described.

第1の手段.レーザ光を投光する投光部と、物体により反射された前記レーザ光である反射光を集光するレンズ及び当該レンズにより集光された反射光を受光する受光素子を有する受光部とを備え、前記受光部の受光軸線と前記投光部の投光軸線とが非同軸となるように構成されたレーザレーダ装置であって、
前記レンズには、
前記受光軸線を中心とした回転対称の曲面状をなし、当該受光軸線に平行な反射光を前記受光素子へ案内可能な遠距離用レンズ部と、
前記受光軸線に平行な直線と交差する中心線を中心としたシリンドリカル状をなし、前記受光軸線に平行な反射光の一部と前記受光軸線に非平行な反射光の一部とを前記受光素子へ案内可能な近距離用レンズ部と
が設けられている。
First means. A light projecting section that projects a laser beam, a light receiving section that has a lens that collects reflected light that is the laser light reflected by an object, and a light receiving element that receives the reflected light that is focused by the lens. , a laser radar device configured such that the light receiving axis of the light receiving section and the light emitting axis of the light projecting section are non-coaxial,
The lens includes:
a long-distance lens portion that has a curved surface that is rotationally symmetrical about the light-receiving axis and can guide reflected light parallel to the light-receiving axis to the light-receiving element;
The light receiving element has a cylindrical shape centered on a center line that intersects a straight line parallel to the light receiving axis, and a part of the reflected light parallel to the light receiving axis and a part of the reflected light not parallel to the light receiving axis are transferred to the light receiving element. A short-distance lens part that can be guided to is provided.

物体とレーザレーダ装置とが遠く離れているほど当該物体にて反射したレーザ光(反射光)のうち受光軸線とのなす角が小さいものがレンズに到達しやすくなる。言い換えれば、レーザレーダ装置から遠く離れた位置に存在する物体からの反射光についてはレンズ(入射面)に到達した際の向きが受光軸線と略平行となり、レーザレーダ装置に近接する位置に存在する物体からの反射光についてはレンズ(入射面)に到達した際の受光軸線とのなす角が大きくなる傾向にある。なお、「略平行」とは、受光軸線に対する角度(なす角)が受光可能な程度の大きさである場合を示す。 The further away an object is from the laser radar device, the easier it is for laser light (reflected light) reflected by the object that forms a smaller angle with the light receiving axis to reach the lens. In other words, for reflected light from an object that is located far away from the laser radar device, when it reaches the lens (incidence surface), its direction will be approximately parallel to the receiving axis, and the light will be located close to the laser radar device. When light reflected from an object reaches the lens (incidence surface), the angle it makes with the light receiving axis tends to become large. Note that "substantially parallel" refers to a case where the angle (angle formed) with respect to the light receiving axis is large enough to allow light to be received.

遠距離用レンズ部は受光軸線を中心とした回転対称をなす曲面状(例えば非球面状)をなしており、遠距離からの反射光であって受光軸線と略平行な反射光については当該遠距離用レンズ部により受光素子に案内される。これに対して、近距離用レンズ部は中心線が受光軸線の軸線方向と交差する方向を向くシリンドリカル状をなしている。つまり、近距離用レンズ部については中心線と同じ方向(中心線方向又は母線方向)には曲率が付与されていない。このため、受光軸線と平行ではない反射光の向きがレンズを通過する前後で大きく変化して受光素子から逸れることを抑制できる。これにより、近距離用レンズ部に入射した反射光(平行でない反射光)の受光効率の向上に寄与できる。また、近距離レンズ部には上記中心線と直交する方向に曲率が付与されており、受光軸線に平行な反射光の一部が受光素子へ案内される。これは、遠距離から近距離用レンズ部に到達した反射光の受光量を稼ぐ上で有利である。 The long-distance lens has a curved surface (for example, an aspherical surface) that is rotationally symmetrical about the light-receiving axis. It is guided to the light receiving element by the distance lens section. On the other hand, the short-distance lens portion has a cylindrical shape with its center line oriented in a direction intersecting the axial direction of the light receiving axis. In other words, the short-distance lens portion is not provided with curvature in the same direction as the center line (center line direction or generatrix direction). Therefore, it is possible to prevent the direction of reflected light that is not parallel to the light-receiving axis from changing significantly before and after passing through the lens and deviating from the light-receiving element. This can contribute to improving the light reception efficiency of the reflected light (non-parallel reflected light) incident on the short-distance lens section. Further, the near-distance lens section is provided with a curvature in a direction perpendicular to the center line, and a portion of the reflected light parallel to the light receiving axis is guided to the light receiving element. This is advantageous in increasing the amount of reflected light that reaches the short-distance lens section from a long distance.

このようにして、近距離用レンズ部によって近距離からの反射光が受光素子へ到達し得る構成としつつ、遠距離からの反射光(平行光)についても当該近距離用レンズ部を通じて受光素子へ案内され得る構成とし、近距離用レンズ部の存在が遠距離からの反射光の受光量を大きく低下させる要因になることを抑制すれば、遠近両用のレーザレーダ装置において物体の検知範囲の広域化を好適に実現できる。 In this way, reflected light from a short distance can reach the light-receiving element through the short-distance lens part, while reflected light (parallel light) from a long distance can also reach the light-receiving element through the short-distance lens part. By adopting a structure that can be guided and suppressing the presence of the short-distance lens section from being a factor that greatly reduces the amount of reflected light received from a long distance, the detection range of objects can be expanded in bifocal laser radar devices. can be suitably realized.

なお、近距離用レンズ部をシリンドリカル状とすることは、反射光を受光する視野の拡がりを抑え、外乱等の影響による検知精度の低下を抑える上でも好ましい。 Note that it is preferable to make the short-distance lens part cylindrical in order to suppress the expansion of the field of view for receiving reflected light and to suppress a decrease in detection accuracy due to the influence of external disturbances and the like.

因みに、「前記受光軸線を中心とした回転対称の曲面状をなし、当該受光軸線に平行な反射光を前記受光素子へ案内可能な遠距離用レンズ部」との記載を「前記受光軸線を中心とした回転対称の曲面状をなし、当該受光軸線に平行な反射光を前記受光素子へ案内可能な第1レンズ部」に変更し、「前記受光軸線に平行な直線と交差する中心線を中心としたシリンドリカル状をなし、前記受光軸線に平行な反射光の一部と前記受光軸線に非平行な反射光の一部とを前記受光素子へ案内可能な近距離用レンズ部」との記載を「前記受光軸線に平行な直線と交差する中心線を中心としたシリンドリカル状をなし、前記受光軸線に平行な反射光の一部と前記受光軸線に非平行な反射光の一部とを前記受光素子へ案内可能な第2レンズ部」に変更してもよい。 Incidentally, the description ``a long-distance lens part that has a rotationally symmetrical curved surface shape about the light-receiving axis and is capable of guiding reflected light parallel to the light-receiving axis to the light-receiving element'' is replaced by ``centered around the light-receiving axis''. The first lens part has a rotationally symmetrical curved surface shape and is capable of guiding reflected light parallel to the light receiving axis to the light receiving element, and has a center line that intersects with a straight line parallel to the light receiving axis. "a short-distance lens part that has a cylindrical shape and can guide a part of the reflected light parallel to the light-receiving axis and a part of the reflected light non-parallel to the light-receiving element to the light-receiving element." "It has a cylindrical shape centered on a center line that intersects a straight line parallel to the light receiving axis, and a part of the reflected light parallel to the light receiving axis and a part of the reflected light not parallel to the light receiving axis are received by the light receiving axis." It may be changed to a second lens portion that can be guided to the element.

第2の手段.前記受光軸線は、前記投光軸線に対して所定方向(例えば上下方向)にオフセットされており、前記近距離用レンズ部は、当該近距離用レンズ部の前記中心線が前記投光軸線及び前記受光軸線の両方に交差するように形成されている。 Second means. The light receiving axis is offset in a predetermined direction (e.g., vertically) with respect to the light emitting axis, and the center line of the near distance lens portion is offset from the light emitting axis and the light emitting axis. It is formed to intersect both of the light receiving axes.

近距離に位置する物体からの反射光は、近距離用レンズ部に対して投光部側(投光軸線側)から斜めに入射する。ここで、近距離用レンズ部については所定方向には曲率が付与されていないため上記斜めに入射した反射光についてはレンズを通過する前後で向きが大きく変化して受光素子から逸れることを抑制できる。このように、所定方向にオフセットするようにして投光軸線と受光軸線との位置関係を定め且つ中心線が投光軸線及び受光軸線の両方に交差するように近距離用レンズ部の向きを定めることにより、物体の検知範囲の広域化を一層好適に実現できる。 Reflected light from an object located at a short distance obliquely enters the short distance lens section from the light projecting section side (light projecting axis side). Here, since the short-distance lens part does not have a curvature in a predetermined direction, the direction of the reflected light incident obliquely changes significantly before and after passing through the lens, and it can be suppressed from deviating from the light receiving element. . In this way, the positional relationship between the light emitting axis and the light receiving axis is determined so as to be offset in a predetermined direction, and the orientation of the short distance lens section is determined so that the center line intersects both the light emitting axis and the light receiving axis. By doing so, it is possible to further suitably widen the object detection range.

第3の手段.前記レンズは平凸レンズであり、その凸面が前記レーザ光の入射面を構成しており、前記近距離用レンズ部は、前記入射面と同じ側に凸となるように形成されている。 Third means. The lens is a plano-convex lens, the convex surface of which constitutes the incident surface of the laser beam, and the short distance lens portion is formed to be convex on the same side as the incident surface.

入射面と同じ側に凸となるようにして近距離用レンズ部を形成し且つ受光素子側を平面とすることにより、レンズを、近距離用レンズ部を通過する反射光については上記所定方向における向き(傾き)を変化させない平板のように機能させることができる。このような構成とすれば、レンズを通過する前後で反射光の向きが大きく変化することを抑制できる。 By forming the short-distance lens part so that it is convex on the same side as the incident surface, and by making the light-receiving element side flat, the lens can be made to reflect light that passes through the short-distance lens part in the above-mentioned predetermined direction. It can function like a flat plate whose direction (tilt) does not change. With such a configuration, it is possible to suppress a large change in the direction of reflected light before and after passing through the lens.

第4の手段.前記レンズは、前記近距離用レンズ部の前記中心線と前記受光軸線とが直交し、前記近距離用レンズ部による線状の集光範囲に前記遠距離用レンズ部の焦点が位置するように構成されている。 Fourth means. The lens is configured such that the center line of the short-distance lens section and the light receiving axis line are orthogonal to each other, and the focal point of the long-distance lens section is located in a linear condensing range of the short-distance lens section. It is configured.

シリンドリカル状をなす近距離用レンズ部については焦点が線状となる。上述の如く中心線と受光軸線(投光軸線)とを直交させるとともに近距離用レンズ部の焦点上に遠距離用レンズ部の焦点を位置させることができる構成とすれば、近距離からの反射光及び遠距離からの反射光を効率よく受光させる上で有利である。 The focal point of the cylindrical short-distance lens portion is linear. As mentioned above, if the center line and the receiving axis (light emitting axis) are made perpendicular to each other, and the focal point of the long-distance lens section is positioned on the focal point of the near-distance lens section, reflection from a short distance can be avoided. This is advantageous in efficiently receiving light and reflected light from a long distance.

第5の手段.前記受光素子と前記レンズとの間には、前記近距離に含まれる所定距離からの反射光であって前記近距離用レンズ部により前記受光素子に案内される反射光の一部を遮蔽することにより当該受光素子に到達する反射光の光量を低減させる絞り部が設けられている。 Fifth means. Between the light receiving element and the lens, a part of the reflected light guided to the light receiving element by the short distance lens part, which is reflected light from a predetermined distance included in the short distance, is blocked. A diaphragm portion is provided for reducing the amount of reflected light that reaches the light receiving element.

レーザレーダ装置には、例えば投光部及び受光部がケース体に収容され、レーザ光がケース体に設けられた透過部を通じて射出される構成となっているものがある。このような構成では、仮に透過部に反射したレーザ光が受光素子に到達すると、受光量が大きく跳ね上がりレーザレーダの傍にあたかも物体が存在しているかのように誤検知する可能性が高くなる。また、受光量に基づいて物体までの距離を測定する場合には、当該距離の測定結果の確からしさが低下する。そこで、上述の如く極めて近い距離(透過部)からの反射光についてはその一部を遮蔽する構成とすれば、上記不都合の発生を好適に抑制できる。 Some laser radar devices have a structure in which, for example, a light projecting section and a light receiving section are housed in a case body, and a laser beam is emitted through a transmission section provided in the case body. In such a configuration, if the laser light reflected by the transmitting part reaches the light receiving element, the amount of light received will jump significantly, increasing the possibility of false detection as if an object were present near the laser radar. Furthermore, when measuring the distance to an object based on the amount of received light, the reliability of the distance measurement result decreases. Therefore, if a configuration is adopted in which part of the reflected light from a very close distance (transmission part) is blocked as described above, the occurrence of the above-mentioned inconvenience can be suitably suppressed.

第6の手段.前記近距離用レンズ部は、当該近距離用レンズ部の少なくとも一部が前記レンズにおける前記レーザ光の入射面において前記受光軸線よりも前記投光部側となる部分に位置するように配設されている。 Sixth means. The short-distance lens section is arranged such that at least a part of the short-distance lens section is located at a portion of the laser beam incident surface of the lens that is closer to the light emitting section than the light receiving axis. ing.

近距離からの反射光がシリンドリカル状の近距離用レンズ部を通じて受光素子へ到達する構成とする場合には、上述の如くレンズにおいて受光軸線よりも投光部側となる部分に近距離用レンズ部の少なくとも一部が位置する構成とすることにより、近距離からの反射光の受光効率を好適に向上させることができる。 When a configuration is adopted in which reflected light from a short distance reaches the light receiving element through a cylindrical short distance lens section, the short distance lens section is placed in the part of the lens that is closer to the light emitting section than the light receiving axis as described above. By configuring the structure in which at least a portion of the light is located, it is possible to suitably improve the light receiving efficiency of reflected light from a short distance.

第7の手段.前記レンズにおける前記レーザ光の入射面には、前記受光素子側とは反対側に凸となる凸部が形成されており、当該凸部の頂部の少なくとも一部が前記近距離用レンズ部となっている。 Seventh means. A convex portion that is convex on the side opposite to the light-receiving element is formed on the incident surface of the laser beam of the lens, and at least a part of the top of the convex portion serves as the short-distance lens portion. ing.

レンズによって反射光を受光素子に導く構成においては、製造誤差等が大きくなることで受光効率が低下し得る。このような懸念は、レンズの形状が複雑になる等して成形が困難になることで強くなると想定される。この点、上述の如くレンズの入射面に凸部を形成し、この凸部の頂部に近距離用レンズ部を配設する構成とすれば、例えば入射面に凹部を形成しこの凹部の底部に近距離用レンズ部を形成する場合と比較して、成形が容易となる。これにより、遠距離用レンズ部及び近距離用レンズ部の併用によって生じる懸念を好適に払拭できる。 In a configuration in which reflected light is guided to a light-receiving element by a lens, light-receiving efficiency may decrease due to increased manufacturing errors. Such concerns are expected to become stronger as the shape of the lens becomes more complex and molding becomes more difficult. In this regard, if a convex part is formed on the entrance surface of the lens as described above, and the short-distance lens part is disposed on the top of this convex part, for example, a concave part is formed on the entrance surface and the bottom part of this concave part is arranged. Molding is easier than in the case of forming a short-distance lens part. Thereby, it is possible to suitably eliminate concerns caused by the combination of the long-distance lens part and the short-distance lens part.

なお、凸部の側面を近距離からの反射光を受光素子に向けて全反射させる全反射面とすることにより、遠距離からの反射光の受光効率の低下を抑えつつ近距離からの反射光の受光効率の向上に寄与できる。 In addition, by making the side surface of the convex part a total reflection surface that totally reflects reflected light from a short distance toward the light receiving element, it is possible to suppress the decrease in light reception efficiency of reflected light from a long distance while also reducing reflected light from a short distance. This can contribute to improving the light receiving efficiency.

第8の手段.前記受光軸線は、前記投光軸線に対して所定方向にオフセットされており、
前記凸部は、前記受光軸線を中心とする円柱状をなしており、
前記凸部の前記頂部は、前記受光軸線に対して前記投光軸線側となる部分が前記近距離用レンズ部、前記受光軸線に対して前記投光軸線側とは反対側となる部分が前記遠距離用レンズ部となるように形成されており、
前記凸部の側面は、近距離からの反射光を前記受光素子に向けて全反射させる全反射面として機能する。
Eighth means. The light receiving axis is offset in a predetermined direction with respect to the light emitting axis,
The convex portion has a cylindrical shape centered on the light receiving axis,
The top portion of the convex portion has a portion on the side of the light emitting axis with respect to the light receiving axis as the short distance lens portion, and a portion on the opposite side of the light emitting axis with respect to the light receiving axis as the short distance lens portion. It is formed to be a long-distance lens part,
The side surface of the convex portion functions as a total reflection surface that totally reflects reflected light from a short distance toward the light receiving element.

上記構成によれば、近距離用レンズ部の大型化を抑制しつつ、凸部の外径を大きくすることができる。これは、遠距離からの反射光の受光効率の低下を抑えつつ近距離からの反射光の受光効率の向上を図る上で好ましい。 According to the above configuration, the outer diameter of the convex portion can be increased while suppressing the enlargement of the short-distance lens portion. This is preferable in order to improve the light receiving efficiency of reflected light from a short distance while suppressing a decrease in the light receiving efficiency of reflected light from a long distance.

第9の手段.所定角度ごとに設定されている照射角度へレーザ光を投光する走査型のレーザレーダ装置であって、
前記受光軸線は、前記投光軸線に対して所定方向にオフセットされており、
前記所定方向及び前記近距離用レンズ部の中心線の方向は、前記レーザ光の走査方向と直交する特定の方向となるように構成されている。
Ninth means. A scanning laser radar device that projects a laser beam to an irradiation angle set for each predetermined angle,
The light receiving axis is offset in a predetermined direction with respect to the light emitting axis,
The predetermined direction and the direction of the center line of the short-distance lens section are configured to be a specific direction orthogonal to the scanning direction of the laser beam.

シリンドリカル状をなす近距離用レンズ部の中心線を走査方向と直交させることにより、走査方向において上記視野の拡がりを抑えることができる。視野の拡がりを抑えることにより、外乱等に起因した物体の誤検知を抑制し、走査方向における物体の位置の検知精度の向上に寄与できる。 By making the center line of the cylindrical short-distance lens part perpendicular to the scanning direction, it is possible to suppress the expansion of the field of view in the scanning direction. By suppressing the expansion of the field of view, it is possible to suppress false detection of objects due to external disturbances, etc., and contribute to improving the accuracy of detecting the position of objects in the scanning direction.

第10の手段.レーザ光を投光する投光部と、物体により反射されたレーザ光である反射光を受光する受光素子を有する受光部とを備え、前記受光部の受光軸線と前記投光部の投光軸線とが非同軸となるように構成されたレーザレーダ装置に適用され、前記反射光を集光するようにして前記受光素子に案内可能なレーザレーダ装置用レンズであって、
前記受光軸線を中心とした回転対称の曲面状をなし、当該受光軸線に平行な反射光を前記受光素子へ案内可能な遠距離用レンズ部と、
前記受光軸線に平行な直線と交差する中心線を中心としたシリンドリカル状をなし、前記受光軸線に平行な反射光の一部と前記中心線に向かう反射光の一部とを前記受光素子へ案内可能な近距離用レンズ部と
が設けられている。
Tenth means. It includes a light projecting section that projects a laser beam, and a light receiving section having a light receiving element that receives reflected light that is the laser light reflected by an object, and a light receiving axis of the light receiving section and a light projecting axis of the light projecting section. A lens for a laser radar device that is applied to a laser radar device configured such that the reflected light is non-coaxial and that can guide the reflected light to the light receiving element in a condensing manner,
a long-distance lens portion that has a curved surface that is rotationally symmetrical about the light-receiving axis and can guide reflected light parallel to the light-receiving axis to the light-receiving element;
It has a cylindrical shape centered on a center line that intersects a straight line parallel to the light-receiving axis, and guides a part of the reflected light parallel to the light-receiving axis and a part of the reflected light directed toward the center line to the light-receiving element. A possible short-distance lens section is provided.

上記レーザレーダ装置用レンズを用いることにより、遠近両用のレーザレーダ装置において物体の検知範囲の広域化を好適に実現できる。また、近距離用レンズ部をシリンドリカル状とすることは、反射光を受光する視野の拡がりを抑え、外乱等の影響による検知精度の低下を抑える上でも好ましい。 By using the above-mentioned lens for a laser radar device, it is possible to suitably widen the detection range of an object in a bifocal laser radar device. Further, it is preferable to form the short-distance lens portion into a cylindrical shape in order to suppress the expansion of the field of view for receiving reflected light and to suppress a decrease in detection accuracy due to the influence of external disturbances and the like.

第1の実施形態におけるレーザレーダユニットを示す概略図。FIG. 1 is a schematic diagram showing a laser radar unit in a first embodiment. 光学ブロックを側方から見た概略図。Schematic diagram of the optical block viewed from the side. 光学ブロックを正面から見た概略図。Schematic diagram of the optical block viewed from the front. 受光レンズの側面図。A side view of the light receiving lens. 受光レンズの横断面図(図3のA-A線部分断面図)。FIG. 3 is a cross-sectional view of the light-receiving lens (partial cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3). 受光レンズの縦断面図(図3のB-B線部分断面図)。FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of the light receiving lens (partial cross-sectional view taken along line BB in FIG. 3). 近距離用レンズ部の機能を示す概略図。A schematic diagram showing the functions of a short-distance lens section. (a)遠距離からの反射光の受光の様子を示す概略図、(b)近距離からの反射光の受光の様子を示す概略図。(a) A schematic diagram showing how reflected light is received from a long distance; (b) A schematic diagram showing how reflected light is received from a short distance. 受光レンズの比較例を示す概略図。A schematic diagram showing a comparative example of a light receiving lens. (a)物体までの距離と受光量との関係を示す概略図、(b)図10(a)における近距離部分を拡大して示す部分拡大図。(a) A schematic diagram showing the relationship between the distance to an object and the amount of received light; (b) A partial enlarged view showing a close-range portion in FIG. 10(a). 第2の実施形態におけるレーザレーダユニットを示す概略図。FIG. 3 is a schematic diagram showing a laser radar unit in a second embodiment. (a)物体までの距離と受光量との関係を示す概略図、(b)図12(a)における近距離部分を拡大して示す部分拡大図。(a) A schematic diagram showing the relationship between the distance to an object and the amount of received light; (b) A partial enlarged view showing a close-range portion in FIG. 12(a). 受光レンズの変形例を示す概略図。Schematic diagram showing a modified example of the light receiving lens.

<第1の実施形態>
以下、第1の実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、レーザレーダユニットと、当該レーザレーダユニット用の制御装置とを備えるレーザレーダ装置として具体化されている。先ず、図1を参照してレーザレーダユニットの概要について説明する。
<First embodiment>
The first embodiment will be described below with reference to the drawings. This embodiment is embodied as a laser radar device including a laser radar unit and a control device for the laser radar unit. First, the outline of the laser radar unit will be explained with reference to FIG.

図1に示すように、レーザレーダユニット20は、所定角度(例えば0.25°)毎に設定されている照射角度にてレーザ光を出力し物体Sにて反射されたレーザ光を受光する光学機構30と、レーザレーダユニット20の外郭を構成するハウジング50とを備えており、壁面等の固定対象100に取付プレートを介して固定されている。 As shown in FIG. 1, the laser radar unit 20 is an optical system that outputs a laser beam at an irradiation angle set for each predetermined angle (for example, 0.25°) and receives the laser beam reflected by an object S. It includes a mechanism 30 and a housing 50 that constitutes the outer shell of the laser radar unit 20, and is fixed to a fixed object 100 such as a wall surface via a mounting plate.

ハウジング50は、光学機構30を保持するベース51と光学機構30を上記壁面とは反対側から覆うカバー52とが組み合わされてなる。カバー52には、レーザ光の照射口53が形成されている。照射口53はレーザレーダユニット20の前面側、固定対象100とは反対側に開放されている。この照射口53には、透明な窓パネル54が嵌っており、光学機構30からのレーザ光は窓パネル54を透過して監視対象となっているエリア(以下、検知エリアという)へ照射される。 The housing 50 is made up of a combination of a base 51 that holds the optical mechanism 30 and a cover 52 that covers the optical mechanism 30 from the side opposite to the wall surface. A laser beam irradiation port 53 is formed in the cover 52 . The irradiation port 53 is open on the front side of the laser radar unit 20, on the side opposite to the fixed object 100. A transparent window panel 54 is fitted into the irradiation port 53, and the laser light from the optical mechanism 30 passes through the window panel 54 and is irradiated onto the area to be monitored (hereinafter referred to as the detection area). .

光学機構30は、ハウジング50内に収容されており、上記所定角度毎にレーザ光を照射して物体Sにより反射されたレーザ光(以下、反射光と称する)を受光する。光学機構30は、固定ミラー31と、回転ミラー32と、投光部及び受光部からなる光学ブロック33とを備えている。固定ミラー31及び回転ミラー32は、投光部から出力されたレーザ光をハウジング50の外部へ導くための光路P1の一部と、物体Sにより反射された反射光を受光部へ導くための光路P2の一部とを形成している。 The optical mechanism 30 is housed in the housing 50, and irradiates laser light at each of the predetermined angles and receives the laser light reflected by the object S (hereinafter referred to as reflected light). The optical mechanism 30 includes a fixed mirror 31, a rotating mirror 32, and an optical block 33 consisting of a light projector and a light receiver. The fixed mirror 31 and the rotating mirror 32 form a part of the optical path P1 for guiding the laser beam output from the light projecting section to the outside of the housing 50, and an optical path for guiding the reflected light reflected by the object S to the light receiving section. It forms part of P2.

具体的には、固定ミラー31は回転不可となるようにしてハウジング50に固定されており、投光部から出力されたレーザ光は固定ミラー31により回転ミラー32側に反射される。回転ミラー32は、固定ミラー31により反射されたレーザ光に対する傾斜角度を一定に維持した状態で回転可能となっている。詳しくは、上記ベース51には、回転ミラー32用の駆動手段であるモータ34(ステッピングモータ)が設置されている。モータ34の出力軸(中心軸CL1)は鉛直方向に延びており、この出力軸の先端に回転ミラー32が固定されている。モータ34は上記制御装置に接続されており、当該制御装置からの駆動信号に基づいて動作する。モータ34が動作することにより、回転ミラー32は水平方向(走査方向)へ向かって所定角度単位で回転(回動)することとなる。なお、上記光路P1において固定ミラー31と回転ミラー32との間となる部分は中心軸CL1と一致する構成となっている。 Specifically, the fixed mirror 31 is fixed to the housing 50 so as not to rotate, and the laser beam output from the light projecting section is reflected by the fixed mirror 31 toward the rotating mirror 32 side. The rotating mirror 32 is rotatable while maintaining a constant inclination angle with respect to the laser beam reflected by the fixed mirror 31. Specifically, a motor 34 (stepping motor), which is a driving means for the rotating mirror 32, is installed on the base 51. The output shaft (center axis CL1) of the motor 34 extends in the vertical direction, and the rotating mirror 32 is fixed to the tip of this output shaft. The motor 34 is connected to the control device and operates based on a drive signal from the control device. As the motor 34 operates, the rotating mirror 32 rotates (rotates) in the horizontal direction (scanning direction) in units of a predetermined angle. Note that the portion between the fixed mirror 31 and the rotating mirror 32 in the optical path P1 is configured to coincide with the central axis CL1.

光学ブロック33の投光部から出力されたレーザ光は、固定ミラー31→回転ミラー32の順に反射され、窓パネル54を通じてレーザレーダユニット20の外部(検知エリア)へ照射される。検知エリアへ照射されたレーザ光の光路P1上に何らかの物体Sが存在する場合には、当該レーザ光が物体Sにより反射される。物体Sにより反射された反射光は、窓パネル54を通じてレーザレーダユニット20内へ入り、回転ミラー32→固定ミラー31の順に反射され、固定ミラー31により反射された反射光は光学ブロック33の受光部に向かう。 The laser beam output from the light projecting section of the optical block 33 is reflected in the order of the fixed mirror 31 and the rotating mirror 32, and is irradiated to the outside of the laser radar unit 20 (detection area) through the window panel 54. When some object S exists on the optical path P1 of the laser beam irradiated to the detection area, the laser beam is reflected by the object S. The reflected light reflected by the object S enters the laser radar unit 20 through the window panel 54 and is reflected in the order of the rotating mirror 32 → the fixed mirror 31, and the reflected light reflected by the fixed mirror 31 is transmitted to the light receiving section of the optical block 33. Head to.

レーザレーダユニット20には駆動回路(図示略)が設けられており、この駆動回路には上記制御装置が接続されている。駆動回路には光学機構30(モータ34や投光部)が接続されており、駆動回路は制御装置からの指令等に基づいて光学機構30を制御する。制御装置には、制御部及び記憶部が設けられている。記憶部はレーザレーダ用の制御プログラムやレーザレーダユニット20から取得した各種計測結果を記憶する。制御部は、記憶部に記憶されている測定結果、例えば反射光の強度やレーザ光の出力から受光までの時間差に基づいて検知エリアにおける物体Sの有無の判定や物体Sまでの距離の算出等を行う。 The laser radar unit 20 is provided with a drive circuit (not shown), and the above-mentioned control device is connected to this drive circuit. An optical mechanism 30 (a motor 34 and a light projector) is connected to the drive circuit, and the drive circuit controls the optical mechanism 30 based on commands from a control device and the like. The control device is provided with a control section and a storage section. The storage unit stores a control program for the laser radar and various measurement results obtained from the laser radar unit 20. The control unit determines the presence or absence of the object S in the detection area, calculates the distance to the object S, etc. based on the measurement results stored in the storage unit, such as the intensity of the reflected light and the time difference from the output of the laser light to the reception of the light. I do.

次に、図2及び図3を参照して光学ブロック33について説明する。なお、図3においては光学ブロック33用のケースについては図示を省略している。 Next, the optical block 33 will be explained with reference to FIGS. 2 and 3. In addition, in FIG. 3, illustration of the case for the optical block 33 is omitted.

図2に示すように、光学ブロック33は、レーザ光の光源である発光素子36と、レーザ光の投光軸AX1を規定する円柱状の投光レンズ37と、反射光を集光する受光レンズ39と、当該受光レンズ39により集光された反射光を受光する受光素子38とを有している。それら発光素子36及び投光レンズ37によって投光部33aが構成され、受光素子38及び受光レンズ39によって受光部33bが構成されている。 As shown in FIG. 2, the optical block 33 includes a light emitting element 36 that is a light source of laser light, a cylindrical light projecting lens 37 that defines a laser light projecting axis AX1, and a light receiving lens that collects reflected light. 39, and a light receiving element 38 that receives the reflected light collected by the light receiving lens 39. The light emitting element 36 and the light projecting lens 37 constitute a light projecting section 33a, and the light receiving element 38 and the light receiving lens 39 constitute a light receiving section 33b.

投光部33a及び受光部33bは、投光部33aが下側且つ受光部33bが下側となるように上下に並設されており、投光レンズ37の投光軸AX1と受光レンズ39の受光軸AX2とが非同軸となっている。具体的には、投光レンズ37の投光軸AX1と受光レンズ39の受光軸AX2とは平行であり、受光軸AX2が投光軸AX1に対して上方(並設方向における上側)にオフセットしている(図3参照)。つまり、本実施形態では、投光軸AX1と受光軸AX2との間に視差PXが設けられている。 The light projecting section 33a and the light receiving section 33b are arranged vertically in parallel so that the light projecting section 33a is on the lower side and the light receiving section 33b is on the lower side. The light receiving axis AX2 is non-coaxial. Specifically, the light-emitting axis AX1 of the light-emitting lens 37 and the light-receiving axis AX2 of the light-receiving lens 39 are parallel, and the light-receiving axis AX2 is offset upward (upper side in the juxtaposed direction) with respect to the light-emitting axis AX1. (See Figure 3). That is, in this embodiment, a parallax PX is provided between the light emitting axis AX1 and the light receiving axis AX2.

本実施形態においては、受光レンズ39に係る構成が特徴の1つとなっている。以下、図2~図4を参照して受光レンズ39について補足説明する。 One of the features of this embodiment is the configuration related to the light receiving lens 39. The light receiving lens 39 will be supplementarily explained below with reference to FIGS. 2 to 4.

図2に示すように、受光レンズ39は凸面41及び平面42を有する平凸レンズであり、平面42が受光素子38側を向き且つ凸面41が受光素子38側とは反対側(固定ミラー31側)を向くようにして配設されている。つまり、凸面41が反射光の入射面となっている。 As shown in FIG. 2, the light-receiving lens 39 is a plano-convex lens having a convex surface 41 and a flat surface 42, with the flat surface 42 facing the light-receiving element 38 side and the convex surface 41 facing the opposite side from the light-receiving element 38 side (fixed mirror 31 side). It is arranged so that it is facing the direction. In other words, the convex surface 41 serves as an incident surface for reflected light.

図3に示すように、受光レンズ39には、受光軸AX2よりも下側(投光部側)となる部分に投光部33a側を向く底面(水平面)が形成されており、凸面41を正面から見て(受光軸AX2方向に見て)略半円状をなすように形成されている。これは、非同軸(オフセット関係)となっている投光軸AX1と受光軸AX2との上記視差PX(図2参照)を小さくするための工夫である。 As shown in FIG. 3, the light-receiving lens 39 has a bottom surface (horizontal surface) facing toward the light-emitting section 33a at a portion below the light-receiving axis AX2 (on the light-emitter side). It is formed to have a substantially semicircular shape when viewed from the front (when viewed in the direction of the light receiving axis AX2). This is an idea to reduce the parallax PX (see FIG. 2) between the light emitting axis AX1 and the light receiving axis AX2, which are non-coaxial (offset relationship).

受光レンズ39における凸面41の中央には、受光素子38側とは反対側に凸となる凸部43が形成されている。凸部43は受光軸AX2と同軸となる円柱状をなしており、その長さ寸法は当該凸部43を除いた受光レンズ39の厚さ寸法よりも小さくなっている。 At the center of the convex surface 41 of the light-receiving lens 39, a convex portion 43 is formed that is convex on the side opposite to the light-receiving element 38 side. The convex portion 43 has a cylindrical shape coaxial with the light receiving axis AX2, and its length is smaller than the thickness of the light receiving lens 39 excluding the convex portion 43.

凸面41における凸部43以外の部分は、レーザレーダ装置10(詳しくはレーザレーダユニット20)からの距離が遠い遠距離に位置する物体Sからの反射光を受光素子38に案内する遠距離用レンズ部47aとなっており、凸部43における頂部44の上側のおよそ半分についても遠距離からの反射光を受光素子38に案内する遠距離用レンズ部47bとなっている。具体的には、遠距離用レンズ部47a,47bは受光軸AX2を中心とした回転対称の非球面となっており、受光軸AX2と平行な反射光については焦点FPすなわち受光素子38に案内される構成となっている。 The portion of the convex surface 41 other than the convex portion 43 is a long-distance lens that guides reflected light from an object S located at a long distance from the laser radar device 10 (specifically, the laser radar unit 20) to the light receiving element 38. Approximately the upper half of the top portion 44 of the convex portion 43 also serves as a long-distance lens portion 47b that guides reflected light from a long distance to the light receiving element 38. Specifically, the long-distance lens parts 47a and 47b are aspherical surfaces that are rotationally symmetrical about the light-receiving axis AX2, and reflected light parallel to the light-receiving axis AX2 is guided to the focal point FP, that is, the light-receiving element 38. The configuration is as follows.

ここで、物体Sとレーザレーダユニット20とが遠く離れているほど当該物体Sにて反射したレーザ光(反射光)のうち受光軸AX2とのなす角が小さいものがレンズに到達しやすくなる。言い換えれば、レーザレーダユニット20から遠く離れた位置に存在する物体Sからの反射光については受光レンズ39に到達した際の向きが受光軸AX2と略平行となり、レーザレーダユニット20に近接する位置に存在する物体Sからの反射光については受光レンズ39に到達した際の受光軸AX2とのなす角が大きくなる。つまり、上記遠距離用レンズ部47aについては、受光軸AX2とのなす角が大きい反射光、すなわちレーザレーダ装置10(詳しくはレーザレーダユニット20)からの距離が近い近距離に位置する物体Sからの反射光については受光素子38から大きく逸れることとなる。 Here, the further the object S and the laser radar unit 20 are apart, the easier it is for the laser light (reflected light) reflected by the object S that has a smaller angle with the light receiving axis AX2 to reach the lens. In other words, the direction of the reflected light from the object S located far away from the laser radar unit 20 when it reaches the light receiving lens 39 is approximately parallel to the light receiving axis AX2, and the direction of the reflected light from the object S located far away from the laser radar unit 20 is approximately parallel to the light receiving axis AX2. When the reflected light from the existing object S reaches the light receiving lens 39, the angle it makes with the light receiving axis AX2 becomes large. In other words, the long-distance lens section 47a receives reflected light that forms a large angle with the light-receiving axis AX2, that is, from an object S located at a short distance from the laser radar device 10 (more specifically, the laser radar unit 20). The reflected light will be largely deviated from the light receiving element 38.

本実施形態に示す受光レンズ39には、遠距離用レンズ部47では物体Sを検知できない距離である上記近距離において検知機能を補完すべく、凸部43における頂部44の下側のおよそ半分に近距離用レンズ部48が形成されている。近距離用レンズ部48は、中心軸AX3を中心とするシリンドリカル状の非球面となっており、受光レンズ39の正面視において半円形のシリンダーレンズにより構成されている。頂部44における近距離用レンズ部48の占有面積と遠距離用レンズ部47bの占有面積とは同等となっており、図3においては、遠距離用レンズ部47bと近距離用レンズ部48との境界部分を2点鎖線を用いて簡易的に示している。なお、受光レンズ39の凸面41における近距離用レンズ部48の占有面積は、遠距離用レンズ部47の占有面積よりも小さくなっている。これは、遠距離からの反射光については拡散によって受光量が減りやすい点に配慮した工夫である。 In the light receiving lens 39 shown in this embodiment, in order to supplement the detection function at the short distance where the long distance lens section 47 cannot detect the object S, approximately half of the lower side of the top portion 44 of the convex portion 43 is provided. A short distance lens section 48 is formed. The short-distance lens section 48 has a cylindrical aspherical surface centered on the central axis AX3, and is constituted by a semicircular cylinder lens when viewed from the front of the light-receiving lens 39. The area occupied by the lens part 48 for short distances and the lens part 47b for long distances in the top part 44 are the same, and in FIG. The boundary portion is simply shown using a two-dot chain line. The area occupied by the short-distance lens section 48 on the convex surface 41 of the light-receiving lens 39 is smaller than the area occupied by the long-distance lens section 47. This was done in consideration of the fact that the amount of light reflected from a long distance tends to decrease due to diffusion.

中心軸AX3は、投光部33aの投光軸AX1及び受光部33bの受光軸AX2の各軸に対して直交している。つまり、近距離用レンズ部48は、中心軸AX3と直交する方向(横方向)では曲率を有しているのに対して(図5参照)、中心軸AX3と平行な方向(縦方向)では曲率を有していない(図6参照)。言い換えれば、中心軸AX3と直交する方向(横方向)が所謂パワー方向、中心軸AX3と平行な方向(縦方向)が所謂ノンパワー方向となっている。 The central axis AX3 is perpendicular to the light emitting axis AX1 of the light emitting part 33a and the light receiving axis AX2 of the light receiving part 33b. In other words, the short-distance lens part 48 has a curvature in the direction (horizontal direction) perpendicular to the central axis AX3 (see FIG. 5), but in the direction parallel to the central axis AX3 (vertical direction), it has a curvature. It has no curvature (see Figure 6). In other words, the direction perpendicular to the central axis AX3 (horizontal direction) is the so-called power direction, and the direction parallel to the central axis AX3 (vertical direction) is the so-called non-power direction.

ここで、図7を参照して、近距離用レンズ部48を通過する反射光の進み方について説明する。なお、図7はシリンドリカル状の近距離用レンズ部48の機能を説明するための概略図であり、理解の容易化のため正面視における外形を矩形状として記載している。 Here, with reference to FIG. 7, a description will be given of how reflected light passes through the short-distance lens section 48. Note that FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the function of the cylindrical short-distance lens portion 48, and for ease of understanding, the outer shape when viewed from the front is shown as a rectangle.

近距離用レンズ部48に入射する反射光が受光軸AX2に平行な平行光である場合には、当該反射光は近距離用レンズ部48を通過することにより集光範囲FLに集光される。集光範囲FLは、中心軸AX3に平行な線状をなしており、遠距離用レンズ部47の焦点FPを含んでいる。つまり、受光軸AX2に平行な反射光は近距離用レンズ部48を通過することでその一部が焦点FP(受光素子38)に案内される。 When the reflected light that enters the short distance lens section 48 is parallel light parallel to the light receiving axis AX2, the reflected light passes through the short distance lens section 48 and is condensed in the focusing range FL. . The condensing range FL has a linear shape parallel to the central axis AX3, and includes the focal point FP of the long-distance lens section 47. That is, the reflected light parallel to the light-receiving axis AX2 passes through the short-distance lens section 48, and a part of it is guided to the focal point FP (light-receiving element 38).

上述したように近距離用レンズ部48は中心軸AX3と平行な方向(縦方向)がレンズとして機能しないノンパワー方向となっている。このため、近距離用レンズ部48に入射する反射光が受光軸AX2に対して非平行となる反射光、具体的には斜め下方から入射した反射光である場合には、入射位置と入射角度の条件が揃うことで集光範囲FL、詳しくは焦点FPに案内される。つまり、受光軸AX2に対する傾きが非平行な反射光については受光軸AX2に対する角度がある程度大きくなったとしても、当該反射光の一部が受光素子38に到達し得る。上記遠距離用レンズ部47が受光軸AX2に平行又は略平行である場合に反射光が受光素子38に案内される点、すなわち反射光の角度に左右されやすい点に鑑みれば、近距離用レンズ部48は反射光の角度に係る制約が弱く、遠距離用レンズ部47は反射光の角度に係る制約が強い点でレンズとしての特性が異なっている。 As described above, the short distance lens section 48 has a non-power direction in which the direction parallel to the central axis AX3 (vertical direction) does not function as a lens. Therefore, if the reflected light incident on the short-distance lens section 48 is non-parallel to the light receiving axis AX2, specifically, reflected light incident obliquely from below, the incident position and incident angle When these conditions are met, the light is guided to the focusing range FL, more specifically to the focal point FP. That is, for reflected light whose inclination with respect to the light receiving axis AX2 is non-parallel, even if the angle with respect to the light receiving axis AX2 becomes large to some extent, a part of the reflected light may reach the light receiving element 38. Considering that the reflected light is guided to the light receiving element 38 when the long-distance lens section 47 is parallel or substantially parallel to the light-receiving axis AX2, that is, it is easily influenced by the angle of the reflected light, the short-distance lens The lens characteristics differ in that the lens section 48 has weaker restrictions on the angle of reflected light, and the long-distance lens section 47 has stronger restrictions on the angle of reflected light.

次に、図8を参照して、遠距離からの反射光と、近距離からの反射光との受光態様の違いについて補足説明する。 Next, with reference to FIG. 8, a supplementary explanation will be given of the difference in light reception mode between reflected light from a long distance and reflected light from a short distance.

上述の如く、遠距離からの反射光については受光軸AX2に対して略平行になる。このため、図8(a)に示すように遠距離用レンズ部47に入射した反射光のほとんどが当該遠距離用レンズ部47を通じて受光素子38に案内される。また、近距離用レンズ部48に入射した反射光についてもその一部が受光素子38に案内される。これにより、近距離用レンズ部48を設けたことが遠距離からの反射光の受光効率を低下させる要因になることを抑制している。 As described above, the reflected light from a long distance is approximately parallel to the light receiving axis AX2. Therefore, as shown in FIG. 8A, most of the reflected light incident on the long-distance lens section 47 is guided to the light receiving element 38 through the long-distance lens section 47. Also, a portion of the reflected light incident on the short-distance lens section 48 is guided to the light receiving element 38. This prevents the provision of the short-distance lens section 48 from becoming a factor in reducing the light reception efficiency of reflected light from a long distance.

これに対して、近距離からの反射光については受光軸AX2に対する傾きが大きくなる。このため、遠距離用レンズ部47による案内が実質的に不可となる。但し、図8(b)に示すように、近距離用レンズ部48に入射した反射光についてはその一部が受光素子38に案内される。また、近距離からの反射光の一部は、凸部43の側面部45にて全反射して受光素子38に到達する場合があり、全反射による上乗せによって受光量を稼ぐことが可能となっている。なお、図8(b)においては、近距離用レンズ部48を遠距離用レンズ部47に置き換えたと仮定した場合の光路を2点鎖線によって例示している。 On the other hand, for reflected light from a short distance, the inclination with respect to the light receiving axis AX2 becomes large. Therefore, guidance by the long-distance lens section 47 is virtually impossible. However, as shown in FIG. 8(b), a part of the reflected light incident on the short-distance lens section 48 is guided to the light receiving element 38. In addition, a part of the reflected light from a short distance may be totally reflected by the side surface 45 of the convex portion 43 and reach the light receiving element 38, and it is possible to increase the amount of light received by adding the total reflection. ing. In addition, in FIG. 8(b), the optical path when it is assumed that the short-distance lens section 48 is replaced with the long-distance lens section 47 is illustrated by a two-dot chain line.

次に、図9及び図10を参照して、近距離用レンズ部48(凸部43)の恩恵を物体Sまでの距離と受光量との関係に基づいて説明する。図9は、比較例を示す概略図であり、当該比較例に示す光学ブロック33Xについては、凸部43に相当する構成が省略され、受光レンズ39Xの凸面41X全体が遠距離用レンズ部47Xとなっている。つまり、本実施形態に示した光学ブロック33のように遠近両用を想定した構成とはなっていない。なお、光学ブロック33Xにおける受光レンズ39X以外の構成については上記光学ブロック33と同様であるため説明を省略する。 Next, with reference to FIGS. 9 and 10, the benefits of the short-distance lens section 48 (convex section 43) will be explained based on the relationship between the distance to the object S and the amount of received light. FIG. 9 is a schematic diagram showing a comparative example. In the optical block 33X shown in the comparative example, the configuration corresponding to the convex portion 43 is omitted, and the entire convex surface 41X of the light receiving lens 39X is used as the long-distance lens portion 47X. It has become. In other words, unlike the optical block 33 shown in the present embodiment, the structure is not intended for bifocal use. Note that the configuration of the optical block 33X other than the light-receiving lens 39X is the same as that of the optical block 33 described above, so a description thereof will be omitted.

図10に示すように、比較例である光学ブロック33Xにおいては、近距離では受光量がほぼ0となっている。つまり、レーザレーダ装置10Xの近傍に位置する物体Sについては検知対象外となる。これに対して、本実施形態に示す光学ブロック33においては、近距離における受光量が大幅に増加しており、レーザレーダ装置10の近傍でも物体Sを検知可能となっている。つまり、比較例では対応しきれない近距離についても物体Sの検知が可能となっている。 As shown in FIG. 10, in the optical block 33X that is a comparative example, the amount of light received at short distances is almost 0. In other words, objects S located near the laser radar device 10X are not detected. On the other hand, in the optical block 33 shown in this embodiment, the amount of light received at short distances is significantly increased, and the object S can be detected even in the vicinity of the laser radar device 10. In other words, it is possible to detect the object S even at a short distance that cannot be handled in the comparative example.

ここで、遠距離においては、本実施形態に示す光学ブロック33の方が受光量が僅かに低下しているものの、その低下量は検知の判定基準となる閾値に対して無視できる程度となっており、遠距離における検知精度の低下が抑制されている。なお、判定基準となる閾値は、外乱の影響を加味して設定されており、受光量がこの閾値を越えることで物体Sが存在していると判定されることとなる。 Here, at long distances, although the amount of light received by the optical block 33 shown in this embodiment is slightly lower, the amount of decrease is negligible compared to the threshold value that is the criterion for detection. This suppresses the decline in detection accuracy over long distances. Note that the threshold value serving as the determination standard is set in consideration of the influence of disturbance, and when the amount of received light exceeds this threshold value, it is determined that the object S exists.

因みに、本実施形態に示す受光レンズ39及び受光素子38として例えば直径が50mmの受光レンズ且つ直径が1mmの受光素子38を想定した場合、物体Sまでの距離が近距離である1.5m以内では受光量の不足によって物体Sの検知が実質的に困難になる。このように、入射面全体が遠距離用レンズ部により構成されていると過程した場合に反射光を実質的に集光できない範囲が本実施形態に示す「近距離」に相当し、それ以上の距離が「遠距離」に相当する。つまり、上記具体例においては、距離が1.5m以内が「近距離」であり、1.5mよりも遠い距離が「遠距離」である。 Incidentally, assuming that the light receiving lens 39 and the light receiving element 38 shown in this embodiment are, for example, a light receiving lens with a diameter of 50 mm and a light receiving element 38 with a diameter of 1 mm, if the distance to the object S is within 1.5 m, which is a short distance, Detection of the object S becomes substantially difficult due to the insufficient amount of received light. In this way, when the entire entrance plane is made up of a long-distance lens section, the range in which reflected light cannot be substantially focused corresponds to the "near distance" shown in this embodiment, and the range beyond that Distance corresponds to "long distance". That is, in the above specific example, a distance of 1.5 m or less is a "near distance", and a distance greater than 1.5 m is a "long distance".

以上詳述した第1の実施形態によれば、以下の優れた効果を奏する。 According to the first embodiment described in detail above, the following excellent effects are achieved.

遠距離に位置する物体Sからの反射光の受光量を稼いで検知精度の向上を図る上では、投光部33aの投光軸AX1と受光部33bの受光軸AX2とを平行とすることが好ましい。但し、このように投光軸AX1の向きと受光軸AX2の向きとを揃えた場合には、近距離に位置する物体Sからの反射光については受光部33bにて受光可能となる視野範囲から外れやすくなる。これは、近距離に位置する物体Sからの反射光の受光量を稼ぐ上で好ましくない。例えば、近距離用のレンズ部のサイズを大きくすることで受光量を稼ぐことができるものの、このような対応はレンズ自体が大型化したり、遠距離用のレンズ部の配設領域を圧迫したりする要因になる。このように、遠距離に位置する物体Sの検知精度の低下を抑えながら近距離に位置する物体Sの検知精度の向上を図る上ではその構成に未だ改善の余地がある。この点、上述したレーザレーダ装置10においては、近距離用レンズ部48によって近距離からの反射光(非平行光)が受光素子38へ到達し得る構成としつつ、遠距離からの反射光(平行光)についても当該近距離用レンズ部48を通じて受光素子38へ案内され得る構成とし、近距離における物体Sの検知を可能としつつ、当該近距離用レンズ部48の存在が遠距離からの反射光の受光量を大きく低下させる要因になることを抑制している。これにより、遠近両用のレーザレーダ装置10において物体Sの検知エリアの広域化を好適に実現できる。 In order to improve the detection accuracy by increasing the amount of reflected light received from the object S located at a long distance, it is preferable to make the light emitting axis AX1 of the light emitting part 33a and the light receiving axis AX2 of the light receiving part 33b parallel. preferable. However, when the direction of the light emitting axis AX1 and the direction of the light receiving axis AX2 are aligned in this way, the reflected light from the object S located at a short distance will be reflected from the viewing range where the light can be received by the light receiving part 33b. It will come off easily. This is not preferable in terms of increasing the amount of reflected light received from the object S located at a short distance. For example, although it is possible to increase the amount of light received by increasing the size of the lens section for close-range use, this approach increases the size of the lens itself or takes up space for the lens section for long-distance use. It becomes a factor. As described above, there is still room for improvement in the configuration in order to improve the detection accuracy of the object S located at a short distance while suppressing the decrease in the detection accuracy of the object S located at a long distance. In this regard, in the laser radar device 10 described above, the short-distance lens section 48 is configured to allow reflected light (non-parallel light) from a short distance to reach the light-receiving element 38, while allowing reflected light (parallel light) from a long distance to reach the light-receiving element 38. The structure is such that light (light) can also be guided to the light receiving element 38 through the short-distance lens section 48, and while the object S can be detected at a short distance, the presence of the short-distance lens section 48 prevents reflected light from a long distance. This prevents this from becoming a factor that significantly reduces the amount of light received. Thereby, it is possible to suitably widen the detection area of the object S in the bifocal laser radar device 10.

なお、投光軸AX1に対して受光軸AX2をオフセットさせることにより投光素子等の投光系が影となって受光量が減少することを抑制できる。これは、物体Sの検知精度の向上を図る上で好ましい。しかしながら、このような構成においては、受光軸AX2に対する反射光の角度が物体Sまでの距離が短くなるほど大きくなり且つ角度の変化量についても大きくなる。本実施形態においては特に、近距離用レンズ部48によって近距離からの反射光(非平行光)が受光素子38へ到達し得る構成としつつ、遠距離からの反射光(平行光)についても当該近距離用レンズ部48を通じて受光素子38へ案内され得る構成とし、近距離用レンズ部48の存在が遠距離からの反射光の受光量を大きく低下させる要因になることを抑制することにより、遠近両用のレーザレーダ装置10において物体Sの検知エリアの広域化を好適に実現している。 Note that by offsetting the light receiving axis AX2 with respect to the light projecting axis AX1, it is possible to prevent the light projecting system such as the light projecting element from becoming a shadow and reducing the amount of light received. This is preferable in order to improve the detection accuracy of the object S. However, in such a configuration, the angle of the reflected light with respect to the light receiving axis AX2 becomes larger as the distance to the object S becomes shorter, and the amount of change in the angle also becomes larger. In this embodiment, in particular, the short distance lens section 48 is configured to allow reflected light (non-parallel light) from a short distance to reach the light receiving element 38, while also allowing reflected light (parallel light) from a long distance to reach the light receiving element 38. By adopting a configuration in which light can be guided to the light receiving element 38 through the near-distance lens section 48, and by suppressing the presence of the near-distance lens section 48 from becoming a factor that greatly reduces the amount of reflected light received from a long distance, In the dual-use laser radar device 10, the detection area of the object S is suitably widened.

平凸レンズである受光レンズ39においては、レーザ光の入射面である凸面41と同じ側に凸となるようにして近距離用レンズ部48を形成し、受光素子38側を平面42とすることにより、受光レンズ39を、近距離用レンズ部48を通過する反射光を対象とした場合に縦方向における向き(傾き)を変化させない平板のように機能させることができる。このような構成とすれば、縦方向における入射位置が異なる場合であっても近距離用レンズ部48を通過する前後で反射光の向きが大きく変化することを抑制し、近距離からの反射光を受光素子38に到達させる機能を好適に発揮させることができる。 In the light-receiving lens 39, which is a plano-convex lens, the short-distance lens portion 48 is formed to be convex on the same side as the convex surface 41, which is the incident surface of the laser beam, and the light-receiving element 38 side is a flat surface 42. The light-receiving lens 39 can function like a flat plate whose direction (inclination) in the vertical direction does not change when the reflected light passing through the short-distance lens section 48 is targeted. With such a configuration, even if the incident position in the vertical direction is different, the direction of the reflected light can be suppressed from changing significantly before and after passing through the short-distance lens section 48, and the reflected light from a short distance can be The function of causing the light to reach the light receiving element 38 can be suitably performed.

近距離からの反射光がシリンドリカル状の近距離用レンズ部48を通じて受光素子38へ到達する構成とする場合には、受光レンズ39において受光軸AX2よりも投光部33a側となる部分に近距離用レンズ部48の少なくとも一部が位置する構成とすることにより、近距離からの反射光の受光効率を好適に向上させることができる。 When the configuration is such that the reflected light from a short distance reaches the light receiving element 38 through the cylindrical short distance lens section 48, a short distance light is provided at a portion of the light receiving lens 39 that is closer to the light projecting section 33a than the light receiving axis AX2. By configuring the structure in which at least a portion of the lens portion 48 is located, it is possible to suitably improve the light reception efficiency of reflected light from a short distance.

受光レンズ39によって反射光を受光素子38に導く構成においては、製造誤差等が大きくなることで受光効率が低下し得る。このような懸念は、レンズの形状が複雑になる等して成形が困難になることで強くなると想定される。この点、上述の如く受光レンズ39の入射面に凸部43を形成し、この凸部43の頂部44に近距離用レンズ部48を配設する構成とすれば、例えば入射面に凹部を形成しこの凹部の底部に近距離用レンズ部を形成する場合と比較して、受光レンズの成形が容易となる。これにより、遠距離用レンズ部47及び近距離用レンズ部48の併用によって生じる懸念を好適に払拭できる。 In a configuration in which the reflected light is guided to the light receiving element 38 by the light receiving lens 39, the light receiving efficiency may decrease due to increased manufacturing errors. Such concerns are expected to become stronger as the shape of the lens becomes more complex and molding becomes more difficult. In this regard, if the convex part 43 is formed on the incident surface of the light receiving lens 39 as described above, and the short-distance lens part 48 is disposed on the top part 44 of this convex part 43, for example, a concave part can be formed on the incident surface. Compared to the case where a short-distance lens part is formed at the bottom of this recessed part, molding of the light receiving lens becomes easier. Thereby, concerns caused by the combination of the long-distance lens section 47 and the short-distance lens section 48 can be suitably eliminated.

凸部43は受光軸AX2を中心とする円柱状をなしており、その頂部44においては、受光軸AX2に対して投光部33a側となる部分が近距離用レンズ部48、受光軸AX2に対して投光部33a側とは反対側となる部分が遠距離用レンズ部47となるように形成されている。このような構成とすれば、近距離用レンズ部の大型化を抑制しつつ、凸部の外径を大きくすることができる。これは、凸部43の側面部45における全反射を利用して、近距離からの反射光の受光効率を向上させる上で好ましい。言い換えれば、遠距離からの反射光の受光効率の低下を抑えつつ近距離からの反射光の受光効率の向上を図る上で好ましい。 The convex part 43 has a cylindrical shape centered on the light receiving axis AX2, and the part of the top part 44 that is on the light projecting part 33a side with respect to the light receiving axis AX2 is connected to the short distance lens part 48 and the light receiving axis AX2. On the other hand, a portion opposite to the light projecting portion 33a side is formed to serve as a long-distance lens portion 47. With such a configuration, the outer diameter of the convex portion can be increased while suppressing the enlargement of the short-distance lens portion. This is preferable in order to improve the light reception efficiency of reflected light from a short distance by utilizing total reflection at the side surface portion 45 of the convex portion 43. In other words, it is preferable to improve the light receiving efficiency of reflected light from a short distance while suppressing a decrease in the light receiving efficiency of reflected light from a long distance.

近距離用レンズ部48をシリンドリカル状とすることは、反射光を受光する視野の拡がりを抑え、外乱等の影響による検知精度の低下を抑える上でも好ましい。本実施形態においては特に、投光軸AX1及び受光軸AX2の並設方向と、中心軸AX3の軸線方向とは、何れもレーザ光の走査方向と直交するように構成されている。この構成によれば、走査方向において上記視野の拡がりを抑えることができる。視野の拡がりを抑えることにより、外乱等に起因した物体Sの誤検知を抑制し、走査方向における物体Sの位置の検知精度の向上に寄与できる。 It is preferable to form the short-distance lens portion 48 into a cylindrical shape in order to suppress the expansion of the field of view for receiving reflected light and to suppress a decrease in detection accuracy due to the influence of external disturbances and the like. In this embodiment, in particular, the direction in which the light emitting axis AX1 and the light receiving axis AX2 are arranged side by side and the axial direction of the central axis AX3 are configured to be perpendicular to the scanning direction of the laser beam. According to this configuration, it is possible to suppress the expansion of the field of view in the scanning direction. By suppressing the expansion of the field of view, it is possible to suppress false detection of the object S due to disturbances, etc., and contribute to improving the detection accuracy of the position of the object S in the scanning direction.

<第2の実施形態>
既に説明したように、光学機構30はハウジング50に収容されており、投光部33aから出力されたレーザ光はハウジング50の窓パネル54を通じて検知エリアへ照射される。このような構成においては、窓パネル54に入射した当該レーザ光の一部が窓パネル54にて反射され、回転ミラー32→固定ミラー31を通じて受光素子38に到達し得る。投光部33aから窓パネル54までの距離は極めて短いため、窓パネル54からの反射光が受光素子38に到達した際に検出される光量は多くなる。
<Second embodiment>
As already explained, the optical mechanism 30 is housed in the housing 50, and the laser light output from the light projecting section 33a is irradiated onto the detection area through the window panel 54 of the housing 50. In such a configuration, a portion of the laser light that has entered the window panel 54 is reflected by the window panel 54 and can reach the light receiving element 38 via the rotating mirror 32 → the fixed mirror 31. Since the distance from the light projector 33a to the window panel 54 is extremely short, the amount of light detected when the reflected light from the window panel 54 reaches the light receiving element 38 increases.

上述の如くレーザレーダ装置10の制御部においては、受光素子38にて検出した光量に基づいて物体Sまでの距離を算出しているが、窓パネル54からの反射光については上記理由からあたかも検知エリア内に物体Sが存在しているかのように誤検知される要因になり得る。これは、レーザレーダ装置に対する信頼性の向上を図る上で妨げになると想定される。本実施形態では、このような懸念を抑える工夫がなされている点で上記第1の実施形態と構成が相違している。 As described above, the control unit of the laser radar device 10 calculates the distance to the object S based on the amount of light detected by the light receiving element 38, but the reflected light from the window panel 54 is not detected as if it were detected for the above reason. This may cause false detection as if the object S were present within the area. This is assumed to be a hindrance to improving the reliability of the laser radar device. The present embodiment differs in configuration from the first embodiment in that measures have been taken to suppress such concerns.

具体的には、図11に示すように、受光レンズ39と受光素子38との間には、受光レンズ39を通じて受光素子38へ向かう反射光の一部を遮蔽することにより受光素子38に届く光量を低減させる絞り部61Aが設けられている。近距離からの反射光については、投光部33aから反射位置までの距離に応じて近距離用レンズ部48に入射する角度が変化する。そこで、絞り部61Aは、近距離用レンズ部48を通過する反射光のうち、投光部33aから窓パネル54までの距離(「所定距離」に相当)を想定した反射光を遮蔽するようにその大きさ及び形状が規定されている。 Specifically, as shown in FIG. 11, between the light-receiving lens 39 and the light-receiving element 38, the amount of light reaching the light-receiving element 38 is reduced by blocking a part of the reflected light that goes toward the light-receiving element 38 through the light-receiving lens 39. A diaphragm portion 61A is provided to reduce the. Regarding the reflected light from a short distance, the angle at which it enters the short distance lens section 48 changes depending on the distance from the light projecting section 33a to the reflection position. Therefore, the diaphragm section 61A is designed to block the reflected light that passes through the short-distance lens section 48, assuming the distance from the light projection section 33a to the window panel 54 (corresponding to the "predetermined distance"). Its size and shape are specified.

図12に示すように、絞り部61Aが追加された光学ブロック33Aにおいては、近距離からの反射光の受光量のうち窓パネル54付近からの受光量が大きく低減されている。これにより、窓パネル54からの反射光によって上記誤検知が発生することを抑制している。つまり、近距離用レンズ部48を用いて近距離に位置する物体Sを検知可能としつつ、近距離からの反射光の受光量を絞り部61Aによって制御することにより、近距離における物体検知の確からしさを向上させている。これにより、レーザレーダ装置に対する信頼性を好適に向上させることができる。 As shown in FIG. 12, in the optical block 33A to which the aperture section 61A is added, the amount of light received from near the window panel 54 is greatly reduced among the amount of reflected light received from a short distance. This suppresses the occurrence of the above-mentioned false detection due to reflected light from the window panel 54. In other words, while making it possible to detect the object S located at a short distance using the short-distance lens section 48, by controlling the amount of reflected light received from a short distance by the aperture section 61A, it is possible to accurately detect the object at a short distance. It improves its uniqueness. Thereby, the reliability of the laser radar device can be suitably improved.

なお、窓パネル54からの反射光を受光量と投光→受光までの時間差とに基づいて他の反射光と識別することにより、信頼性を向上させることも可能である。但し、このような構成においては時間差の把握に高い精度が要求されることになる。この点、本実施形態に示すように絞り部61Aを用いて窓パネル54からの反射光に対処すれば、上記課題を簡易な構成によって解決できる。 Note that it is also possible to improve reliability by distinguishing the reflected light from the window panel 54 from other reflected light based on the amount of received light and the time difference from light emission to light reception. However, in such a configuration, high accuracy is required to grasp the time difference. In this regard, if the reflected light from the window panel 54 is dealt with using the aperture section 61A as shown in this embodiment, the above problem can be solved with a simple configuration.

<他の実施形態>
・上記各実施形態においては、投光部33a及び受光部33bを投光部33aが上側且つ受光部33bが下側となるようにして縦に並べて配置したが、これに限定されるものではない。例えば、投光部33aが上側且つ受光部33bが下側となるようにして縦に並べて配置してもよい。また、投光部33a及び受光部33bの並び方向をレーザレーダ装置10におけるレーザ光の走査方向(水平方向)と直交する方向としたが、投光部33a及び受光部33bの並び方向をレーザレーダ装置10におけるレーザ光の走査方向(水平方向)と同じ方向、すなわち横並びの配置とすることも可能である。これらの位置関係に変更する場合であっても、受光レンズ39において受光軸AX2に対して投光部33a(投光軸AX1)側となる部分に近距離用レンズ部48を設けることにより、受光素子38における受光効率を好適に向上させることができる。
<Other embodiments>
- In each of the above embodiments, the light projecting section 33a and the light receiving section 33b are arranged vertically so that the light projecting section 33a is on the upper side and the light receiving section 33b is on the lower side, but the present invention is not limited to this. . For example, they may be arranged vertically so that the light projecting section 33a is on the upper side and the light receiving section 33b is on the lower side. In addition, although the direction in which the light projecting section 33a and the light receiving section 33b are arranged is perpendicular to the scanning direction (horizontal direction) of the laser beam in the laser radar device 10, the direction in which the light projecting section 33a and the light receiving section 33b are arranged is It is also possible to arrange them in the same direction as the scanning direction (horizontal direction) of the laser beam in the device 10, that is, to arrange them side by side. Even when changing to these positional relationships, by providing the short-distance lens section 48 in the portion of the light-receiving lens 39 that is on the light-emitting section 33a (light-emitting axis AX1) side with respect to the light-receiving axis AX2, light reception can be improved. The light receiving efficiency in the element 38 can be suitably improved.

・上記各実施形態では、シリンドリカル状の近距離用レンズ部48の中心軸AX3が
投光軸AX1と受光軸AX2とに視差PXが生じている方向(鉛直方向)に延びる構成とした。中心軸AX3については鉛直方向に延びる構成が望ましいものの、近距離用レンズ部48の集光範囲FLに遠距離用レンズ部47の焦点FP(受光素子38)が含まれるのであれば、鉛直方向に対して傾く構成を否定するものではない。但し、遠距離からの反射光(平行光)の一部を受光素子38に案内とする上では、中心軸AX3の鉛直方向に対する傾きは左右ではなく前後とすることが好ましい。
- In each of the above embodiments, the central axis AX3 of the cylindrical short-distance lens portion 48 extends in the direction (vertical direction) in which the parallax PX is generated between the light emitting axis AX1 and the light receiving axis AX2. Although it is desirable that the central axis AX3 extends in the vertical direction, if the focal point FP (light receiving element 38) of the long-distance lens section 47 is included in the condensing range FL of the short-distance lens section 48, This does not negate compositions that lean toward the opposite. However, in order to guide a part of the reflected light (parallel light) from a long distance to the light receiving element 38, it is preferable that the central axis AX3 be tilted in the vertical direction not in the left and right directions but in the front and rear directions.

・上記各実施形態では、受光レンズ39を当該受光レンズ39の正面視において略半円状に形成し、投光軸AX1と受光軸AX2とのギャップ(視差)を小さくしたが、これに限定されるものではない。投光軸AX1と受光軸AX2とのギャップ(視差)は大きくなるものの、受光レンズ39を当該受光レンズ39の正面視において円状に形成することも可能である。 - In each of the above embodiments, the light-receiving lens 39 is formed into a substantially semicircular shape when viewed from the front, and the gap (parallax) between the light-emitting axis AX1 and the light-receiving axis AX2 is reduced, but the present invention is not limited to this. It's not something you can do. Although the gap (parallax) between the light emitting axis AX1 and the light receiving axis AX2 becomes large, it is also possible to form the light receiving lens 39 in a circular shape when the light receiving lens 39 is viewed from the front.

・上記各実施形態では、受光レンズ39において受光軸AX2に対して投光部33a側(投光軸AX1側)となる部分に近距離用レンズ部48を設けたが、近距離用レンズ部48については少なくともその一部が受光軸AX2に対して投光部33a側(投光軸AX1側)となる部分に設けられているのであれば足り、受光軸AX2に対して投光部33a側とは反対側となる部分に近距離用レンズ部を設けることを否定するものではない。 - In each of the above embodiments, the short-distance lens portion 48 is provided in the portion of the light-receiving lens 39 that is on the light-emitting portion 33a side (the light-emitting axis AX1 side) with respect to the light-receiving axis AX2; however, the short-distance lens portion 48 It is sufficient that at least a part thereof is provided on the light projecting section 33a side (light projecting axis AX1 side) with respect to the light receiving axis AX2; This does not negate the provision of a close-range lens section on the opposite side.

・上記各実施形態では、受光レンズ39を正面から見た場合に、近距離用レンズ部48の外周部が受光軸AX2を中心とする円弧状をなす構成としたが、受光レンズ39を正面から見た場合の近距離用レンズ部48の外周部の形状については任意である。例えば角形状をなす構成とすることも可能である。 - In each of the above embodiments, when the light-receiving lens 39 is viewed from the front, the outer peripheral part of the short-distance lens section 48 has an arc shape centered on the light-receiving axis AX2, but when the light-receiving lens 39 is viewed from the front, The shape of the outer periphery of the short-distance lens section 48 when viewed is arbitrary. For example, it is also possible to have an angular configuration.

・上記各実施形態では、平凸レンズである受光レンズ39を平面42が受光素子38側を向くように配置したが、凸面41が受光素子38側を向くように配置することも可能である。但し、このような構成とした場合には、平面42側から入射した反射光(平行光)は平面42に垂直に入射するため当該平面42においては集光機能が作用しない。すなわち、裏面側となる凸面41による屈折だけで集光することとなる。このように光を一度に大きく屈折させると、大きな収差が発生するため、受光素子38における受光効率の向上が難しくなると想定される。故に、望ましくは上記実施形態に示したように凸面41が反射光の入射面となるように受光レンズ39を配置することが好ましい。 - In each of the above embodiments, the light-receiving lens 39, which is a plano-convex lens, is arranged so that the plane 42 faces the light-receiving element 38 side, but it can also be arranged so that the convex surface 41 faces the light-receiving element 38 side. However, in the case of such a configuration, the reflected light (parallel light) incident from the plane 42 side enters the plane 42 perpendicularly, so that the light condensing function does not act on the plane 42. That is, the light is focused only by refraction by the convex surface 41 on the back side. If the light is greatly refracted at once in this way, large aberrations will occur, so it is assumed that it will be difficult to improve the light receiving efficiency in the light receiving element 38. Therefore, it is preferable to arrange the light receiving lens 39 so that the convex surface 41 becomes the incident surface of the reflected light as shown in the above embodiment.

・上記各実施形態では、受光レンズ39の凸面41側に近距離用レンズ部48を形成したが、平面42側に近距離用レンズ部を形成することも可能である。具体的には、平面42側に近距離用レンズ部を形成する一方で、凸面41において受光軸AX2方向にて近距離用レンズ部と重なる部分については受光軸AX2と直交する平面部とするとよい。 - In each of the above embodiments, the short distance lens portion 48 is formed on the convex surface 41 side of the light receiving lens 39, but it is also possible to form the short distance lens portion on the flat surface 42 side. Specifically, while the short-distance lens portion is formed on the plane 42 side, the portion of the convex surface 41 that overlaps with the short-distance lens portion in the light-receiving axis AX2 direction is preferably a flat portion perpendicular to the light-receiving axis AX2. .

・上記各実施形態では、受光レンズ39の凸面41に受光軸AX2を中心とする円柱状の凸部43を形成し、当該凸部43に遠距離用レンズ部47(遠距離用レンズ部47b)と近距離用レンズ部48とを併設したが、遠距離用レンズ部47bと近距離用レンズ部48とを併設する必要は必ずしもない。遠距離用レンズ部47bについては省略することも可能である。例えば、凸部43の頂部44の全体を近距離用レンズ部48としてもよい、また、凸部43において受光軸AX2よりも上側となる部分(遠距離用レンズ部47bが形成されている部分、又は受光軸AX2に対して投光軸AX1側とは反対側となる部分)を削除(トリム)することも可能である。具体的には、図13(a)に示すように、凸部43Bが半円柱状をなす構成とし、その頂部44Bの全体を近距離用レンズ部48Bとすることも可能である。 - In each of the above embodiments, a cylindrical convex portion 43 centered on the light receiving axis AX2 is formed on the convex surface 41 of the light receiving lens 39, and the long distance lens portion 47 (long distance lens portion 47b) is formed on the convex portion 43. Although the lens portion 47b for long distance and the lens portion 48 for short distance are provided together, it is not necessarily necessary to provide the lens portion 47b for long distance and the lens portion 48 for short distance. It is also possible to omit the long-distance lens section 47b. For example, the entire top portion 44 of the convex portion 43 may be used as the short-distance lens portion 48, or the portion of the convex portion 43 that is above the light receiving axis AX2 (the portion where the long-distance lens portion 47b is formed), Alternatively, it is also possible to delete (trim) the portion on the side opposite to the light emitting axis AX1 with respect to the light receiving axis AX2. Specifically, as shown in FIG. 13(a), the convex portion 43B may be configured to have a semi-cylindrical shape, and the entire top portion 44B thereof may be used as a short-distance lens portion 48B.

・上記各実施形態では、受光レンズ39の凸面41に凸部43を設け、当該凸部43の頂部44の一部をシリンドリカル状の近距離用レンズ部48としたが、これに限定されるものではない。例えば、図13(b)に示すように、凸面41Cに凹部43Cを設け、当該凹部43Cの底面部44Cの一部をシリンドリカル状の近距離用レンズ部48Cとすることも可能である。 - In each of the above embodiments, the convex portion 43 is provided on the convex surface 41 of the light receiving lens 39, and a part of the top portion 44 of the convex portion 43 is formed into a cylindrical short-distance lens portion 48, but the present invention is not limited to this. isn't it. For example, as shown in FIG. 13(b), it is also possible to provide a concave portion 43C on the convex surface 41C, and make a part of the bottom surface portion 44C of the concave portion 43C a cylindrical short-distance lens portion 48C.

・上記各実施形態では、投光部33aの投光軸AX1及び受光部33bの受光軸AX2の両軸に対して近距離用レンズ部48の中心軸AX3が直交する構成としたが、これに限定されるものではない。投光部33aの投光軸AX1及び受光部33bの受光軸AX2の両軸に対して近距離用レンズ部48の中心軸AX3が斜めに交差する構成とすることも可能である。すなわち、近距離用レンズ部48の中心軸AX3が受光方向における手前側又は奥側に傾く構成とすることも可能である。 - In each of the above embodiments, the central axis AX3 of the short distance lens section 48 is perpendicular to both the light emitting axis AX1 of the light emitting section 33a and the light receiving axis AX2 of the light receiving section 33b. It is not limited. It is also possible to adopt a configuration in which the central axis AX3 of the short-distance lens section 48 obliquely intersects both the light projection axis AX1 of the light projection section 33a and the light reception axis AX2 of the light reception section 33b. That is, it is also possible to adopt a configuration in which the central axis AX3 of the short-distance lens section 48 is inclined toward the front side or the back side in the light receiving direction.

・上記各実施形態では、投光部33aの投光軸AX1と受光部33bの受光軸AX2とが平行となるように構成したが、投光部33aからのレーザ光を受光部33bにおいて受光できるのであれば、投光軸AX1の向きと受光軸AX2の向きとがずれる構成とすることも可能である。 - In each of the above embodiments, the light emitting axis AX1 of the light emitting part 33a and the light receiving axis AX2 of the light receiving part 33b are configured to be parallel, but the laser beam from the light emitting part 33a can be received by the light receiving part 33b. If so, it is also possible to adopt a configuration in which the direction of the light emitting axis AX1 and the direction of the light receiving axis AX2 are deviated from each other.

・上記実施形態では、投光部33aと受光部33bとを縦並びとなるように配設したが投光部33aと受光部33bとの配置については投光軸AX1と受光軸AX2とが非同軸となるのであれば任意に変更してもよい。例えば投光部33aをハウジング50の上面部に下向きとなるように配設し、受光部33bをハウジング50の奥壁部に前向きとなるように配設することも可能である。このような配置とする場合には、受光部33bの受光レンズ39においては受光軸AX2よりも上側となる部分(投光部33a寄りとなる部分)に近距離用レンズ部48を形成するとよい。 - In the above embodiment, the light emitting section 33a and the light receiving section 33b are arranged vertically, but in the arrangement of the light emitting section 33a and the light receiving section 33b, the light emitting axis AX1 and the light receiving axis AX2 are not aligned. As long as they are coaxial, they may be changed arbitrarily. For example, it is also possible to arrange the light projecting part 33a on the upper surface of the housing 50 so as to face downward, and to arrange the light receiving part 33b on the back wall of the housing 50 so as to face forward. In the case of such an arrangement, it is preferable to form the short-distance lens section 48 in a portion of the light receiving lens 39 of the light receiving section 33b that is above the light receiving axis AX2 (a portion that is closer to the light projecting section 33a).

・上記各実施形態では、遠距離用レンズ部47を受光軸AX2を中心とした回転対称の非球面となるように形成したが、遠距離用レンズ部47を受光軸AX2を中心とした回転対称の球面となるように形成することも可能である。 - In each of the above embodiments, the long-distance lens portion 47 is formed to have an aspherical surface that is rotationally symmetrical about the light-receiving axis AX2; It is also possible to form it into a spherical surface.

・上記各実施形態では受光レンズ39を平凸レンズとしたが、これを両凸レンズに変更することも可能である。但し、このような構成とした場合には、近距離用レンズ部48のノンパワー方向において通過前後の反射光の角度が中心軸AX3方向における入射位置によって変化しないように、近距離用レンズ部48に入射した光が通過する範囲においては受光素子38側の凸面に平面部を設けることが好ましい。 - In each of the above embodiments, the light receiving lens 39 is a plano-convex lens, but it is also possible to change this to a biconvex lens. However, in the case of such a configuration, the short distance lens section 48 is configured such that the angle of the reflected light before and after passing in the non-power direction of the short distance lens section 48 does not change depending on the incident position in the central axis AX3 direction. It is preferable to provide a flat portion on the convex surface on the light receiving element 38 side in a range through which the incident light passes.

・上記各実施形態では、1の受光レンズ39(レンズ部材)に遠距離用レンズ部47と近距離用レンズ部48とを併設したが、遠距離用レンズ部として機能するレンズ部材と近距離用レンズ部として機能するレンズ部材とを組み合わせて受光レンズを構成してもよい。 - In each of the above embodiments, one light-receiving lens 39 (lens member) is provided with a long-distance lens section 47 and a short-distance lens section 48, but a lens member functioning as a long-distance lens section and a short-distance lens section are provided. The light-receiving lens may be configured by combining the light-receiving lens with a lens member that functions as a lens portion.

・上記各実施形態では走査型のレーザレーダ装置について例示したが、走査型ではない固定型のレーザレーダ装置に上記光学機構30を適用してもよい。 - In each of the above embodiments, a scanning type laser radar device is illustrated, but the optical mechanism 30 may be applied to a fixed type laser radar device other than a scanning type.

・上記各実施形態では、遠距離用レンズ部47を回転対称の曲面(非球面)となるように形成したが、遠距離用レンズ部47の一部が回転対称ではない曲面となるように形成されていてもよい。 - In each of the above embodiments, the long-distance lens portion 47 is formed to have a rotationally symmetrical curved surface (aspherical surface), but a part of the long-distance lens portion 47 is formed to have a curved surface that is not rotationally symmetrical. may have been done.

10…レーザレーダ装置、30…光学機構、33…光学ブロック、33a…投光部、33b…受光部、36…投光素子、37…投光レンズ、38…受光素子、39…受光レンズ(レンズ又はレーザレーダ装置用レンズに相当)、41…凸面、42…平面、43…凸部、44…頂部、45…側面部、47…遠距離用レンズ部、47a,47b…遠距離用レンズ部、48…近距離用レンズ部、61A…絞り部、AX1…投光軸(投光軸線に相当)、AX2…受光軸(受光軸線に相当)、AX3…中心軸(中心線に相当)、FP…焦点、FL…集光範囲。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Laser radar apparatus, 30... Optical mechanism, 33... Optical block, 33a... Light projecting part, 33b... Light receiving part, 36... Light projecting element, 37... Light projecting lens, 38... Light receiving element, 39... Light receiving lens (lens) or equivalent to a lens for a laser radar device), 41... Convex surface, 42... Plane, 43... Convex part, 44... Top part, 45... Side part, 47... Long-distance lens part, 47a, 47b... Long-distance lens part, 48...Near lens section, 61A...Aperture section, AX1...Light emitting axis (corresponding to the light emitting axis), AX2...Light receiving axis (corresponding to the light receiving axis), AX3...Center axis (corresponding to the center line), FP... Focal point, FL... focus range.

Claims (8)

レーザ光を投光する投光部と、物体により反射された前記レーザ光である反射光を集光するレンズ及び当該レンズにより集光された反射光を受光する受光素子を有する受光部とを備え、前記受光部の受光軸線と前記投光部の投光軸線とが非同軸となるように構成されたレーザレーダ装置であって、
前記レンズには、
前記受光軸線を中心とした回転対称の曲面状をなし、当該受光軸線に平行な反射光を前記受光素子へ案内可能な遠距離用レンズ部と、
前記受光軸線に平行な直線と交差する中心線を中心としたシリンドリカル状をなし、前記受光軸線に平行な反射光の一部と前記受光軸線に非平行な反射光の一部とを前記受光素子へ案内可能な近距離用レンズ部と
が設けられており、
前記投光部及び前記受光部はケース体に収容され、
前記ケース体には透過部が設けられ、
前記投光部から投光された前記レーザ光は前記透過部を通じて射出され、
前記受光素子と前記レンズとの間には、前記透過部からの反射光であって前記近距離用レンズ部により前記受光素子に案内される反射光の一部を遮蔽することにより当該受光素子に到達する反射光の光量を低減させる絞り部が設けられているレーザレーダ装置。
A light projecting section that projects a laser beam, a light receiving section that has a lens that collects reflected light that is the laser light reflected by an object, and a light receiving element that receives the reflected light that is focused by the lens. , a laser radar device configured such that the light receiving axis of the light receiving section and the light emitting axis of the light projecting section are non-coaxial,
The lens includes:
a long-distance lens portion that has a curved surface that is rotationally symmetrical about the light-receiving axis and can guide reflected light parallel to the light-receiving axis to the light-receiving element;
The light receiving element has a cylindrical shape centered on a center line that intersects a straight line parallel to the light receiving axis, and a part of the reflected light parallel to the light receiving axis and a part of the reflected light not parallel to the light receiving axis are transferred to the light receiving element. A close-range lens part that can be guided to the
The light projecting section and the light receiving section are housed in a case body,
The case body is provided with a transparent part,
The laser beam projected from the light projecting section is emitted through the transmitting section,
Between the light-receiving element and the lens, a portion of the reflected light from the transmitting part and guided to the light-receiving element by the short-distance lens part is blocked, so that the light is transmitted to the light-receiving element. A laser radar device that is equipped with an aperture section that reduces the amount of reflected light that reaches it .
前記受光軸線は、前記投光軸線に対して所定方向にオフセットされており、
前記近距離用レンズ部は、当該近距離用レンズ部の前記中心線が前記投光軸線及び前記受光軸線の両方に交差するように形成されている請求項1に記載のレーザレーダ装置。
The light receiving axis is offset in a predetermined direction with respect to the light emitting axis,
2. The laser radar device according to claim 1, wherein the short-distance lens section is formed such that the center line of the short-distance lens section intersects both the light projection axis and the light reception axis.
前記レンズは平凸レンズであり、その凸面が前記レーザ光の入射面を構成しており、
前記近距離用レンズ部は、前記入射面と同じ側に凸となるように形成されている請求項2に記載のレーザレーダ装置。
The lens is a plano-convex lens, the convex surface of which constitutes the incident surface of the laser beam,
3. The laser radar device according to claim 2, wherein the short distance lens portion is formed to be convex on the same side as the incident surface.
前記レンズは、前記近距離用レンズ部の前記中心線と前記受光軸線とが直交し、前記近距離用レンズ部による線状の集光範囲に前記遠距離用レンズ部の焦点が位置するように構成されている請求項2又は請求項3に記載のレーザレーダ装置。 The lens is configured such that the center line of the short-distance lens section and the light receiving axis line are orthogonal to each other, and the focal point of the long-distance lens section is located in a linear condensing range of the short-distance lens section. The laser radar device according to claim 2 or 3, wherein the laser radar device is constructed as follows. 前記近距離用レンズ部は、当該近距離用レンズ部の少なくとも一部が前記レンズにおける前記レーザ光の入射面において前記受光軸線よりも前記投光部側となる部分に位置するように配設されている請求項1乃至請求項のいずれか1つに記載のレーザレーダ装置。 The short-distance lens section is arranged such that at least a part of the short-distance lens section is located at a portion of the laser beam incident surface of the lens that is closer to the light emitting section than the light receiving axis. The laser radar device according to any one of claims 1 to 4 . 前記レンズにおける前記レーザ光の入射面には、前記受光素子側とは反対側に凸となる凸部が形成されており、当該凸部の頂部の少なくとも一部が前記近距離用レンズ部となっている請求項1乃至請求項のいずれか1つに記載のレーザレーダ装置。 A convex portion that is convex on the side opposite to the light-receiving element is formed on the incident surface of the laser beam of the lens, and at least a part of the top of the convex portion serves as the short-distance lens portion. The laser radar device according to any one of claims 1 to 5 . 前記受光軸線は、前記投光軸線に対して所定方向にオフセットされており、
前記凸部は、前記受光軸線を中心とする円柱状をなしており、
前記凸部の前記頂部は、前記受光軸線に対して前記投光軸線側となる部分が前記近距離用レンズ部、前記受光軸線に対して前記投光軸線側とは反対側となる部分が前記遠距離用レンズ部となるように形成されており、
前記凸部の側面は、近距離からの反射光を前記受光素子に向けて全反射させる全反射面として機能する請求項に記載のレーザレーダ装置。
The light receiving axis is offset in a predetermined direction with respect to the light emitting axis,
The convex portion has a cylindrical shape centered on the light receiving axis,
The top portion of the convex portion has a portion on the side of the light emitting axis with respect to the light receiving axis as the short distance lens portion, and a portion on the opposite side of the light emitting axis with respect to the light receiving axis as the short distance lens portion. It is formed to be a long-distance lens part,
The laser radar device according to claim 6 , wherein a side surface of the convex portion functions as a total reflection surface that totally reflects reflected light from a short distance toward the light receiving element.
所定角度ごとに設定されている照射角度へレーザ光を投光する走査型のレーザレーダ装置であって、
前記受光軸線は、前記投光軸線に対して所定方向にオフセットされており、
前記所定方向及び前記近距離用レンズ部の中心線の方向は、前記レーザ光の走査方向と直交する特定の方向となるように構成されている請求項1乃至請求項のいずれか1つに記載のレーザレーダ装置。
A scanning laser radar device that projects a laser beam to an irradiation angle set for each predetermined angle,
The light receiving axis is offset in a predetermined direction with respect to the light emitting axis,
According to any one of claims 1 to 7 , the predetermined direction and the direction of the center line of the short-distance lens section are configured to be a specific direction orthogonal to the scanning direction of the laser beam. The laser radar device described.
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