JPWO2017065048A1 - 光走査型の対象物検出装置 - Google Patents

Abstract

小型でありながら、走査範囲の中央部に対する周辺部両端における受光光束の利用効率の低下を抑制し、これにより十分な対象物検知性能を確保できる光走査型の対象物検出装置を提供する。ミラーユニットの第１ミラー面における側辺の延長線の交点Ｐ１と、その交点からミラーユニットの回転軸方向に最も離れた第１ミラー面上の遠方点Ｐ２との回転軸方向の距離をＨ、受光素子が受光する受光光束を第１ミラー面に正対し光軸直交方向から見たときの領域面積を円形に換算したときの半径をｒ、遠方点と、受光光束を第１ミラー面に正対し光軸直交方向から見たときの領域の重心との前記回転軸方向の距離をｈ、点Ｐ２と、点Ｐ２から回転軸ＲＯの方向に最も離れた第１ミラー面Ｍ１上の点Ｐ３との回転軸ＲＯの方向の距離をＨ’とすると、以下の式を満たすように受光光束の位置を設定する。
ｒ＜０．４Ｈのとき、０．１＜ｈ／Ｈ≦（Ｈ’−ｒ）／Ｈ （１）
ｒ≧０．４Ｈのとき、０．２＜ｈ／Ｈ≦（Ｈ’−ｒ）／Ｈ （２）

Description

本発明は、遠方の物体を検出することができる光走査型の対象物検出装置に関する。

近年、自動車や飛行体などの分野で、進行方向前方に存在する障害物の検知を行うために、例えばレーザー光を走査しつつ出射し、対象物に当たって反射した反射光を受光して、出射時と受光時との時間差に基づいて、障害物の情報を取得する光走査型の対象物検出装置が開発され、既に実用化されている。

このような対象物検出装置は、上述した移動体の障害物検知の他にも、建物の軒下などに設けて不審者を検知する防犯用途、或いはヘリコプターや航空機などに搭載して上空から地形情報を取得する地形調査用途などにも適用でき、また大気中のガス濃度を測定するガス検知用途にも適用可能である。

一般的な光走査型の対象物検出装置においては、投光系が光源としてのレーザーダイオードとコリメートレンズから構成され、受光系が受光レンズ（またはミラー）とフォトダイオードなどの光検出素子から構成され、更には投光系と受光系との間に反射面を備えた反射ミラーが配置されている。このようなレーザー走査型の対象物検出装置においては、反射ミラーの回転によって、投光系から出射された光を走査投光することにより、１点での測定ではなく２次元的に対象物を広範囲に測定できるというメリットがある。尚、光源としてはレーザー以外にＬＥＤ等が用いられる場合もある。

レーザー光源を例にとると、一般的なレーザー光束の走査手法として、ミラーまたは複数のミラー面をもつポリゴンミラーにレーザー光束を投射し、ミラーを揺動またはポリゴンミラーを回転させてレーザー光束を走査する技術が知られている。

特許文献１には、回転ミラーに、９０°の挟み角で第１反射面と第２反射面を形成し、回転軸の直交方向に沿って光源から出射した光束を、第１反射面と第２反射面とで２回反射させて走査することで、回転ぶれにより回転軸が倒れても、走査線の乱れを招かない構成が開示されている。また、特許文献２には、複数対の第１ミラーと第２ミラーを配置し、第１ミラーと第２ミラーの交差角を対毎に変えることで、１回転で複数の異なる副走査位置での走査を行えるレーザーレーダーが開示されている。

特開昭５０−１０９７３７号公報 国際公開公報ＷO２０１４／１６８１３７

上記のような、ミラーを回転させて走査投光する対象物検出装置の場合、ミラーの回転軌跡と干渉しないように他の部材を配置しなくてはならない。このため、対象物検出装置の小型化を図るには、ミラーの回転軌跡が小さくなるようにミラーの外形を制限する必要がある。一方、回転軌跡が小さくなるよう外形を制限すると、ミラーと受光光束の位置関係によっては、走査範囲の周辺部両端、すなわち走査時のミラーの回転角の大きい位置で受光光束のケラレ（ミラー面からの光束のはみ出し）がより生じやすくなり、受光光束の利用効率が低下し、走査範囲の周辺部両端での検知性能が低下する恐れがある。しかしながら特許文献１、２のいずれも、走査範囲の周辺部両端における光束のケラレの問題に言及しておらず、従ってその対策についても提案されていない。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、小型でありながら、走査範囲の中央部に対する周辺部両端における受光光束の利用効率の低下を抑制し、これにより十分な対象物検知性能を確保できる光走査型の対象物検出装置を提供することを目的とする。

上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した光走査型の対象物検出装置は、
回転軸と交差する方向に傾斜し所定の角度で向き合う第１ミラー面と第２ミラー面とが形成されたミラーユニットと、光源と、受光素子と、を有し、
前記光源から出射された光束は、前記第１ミラー面で反射した後、前記第２ミラー面で反射されると共に前記ミラーユニットの回転により走査投光され、
前記走査投光された光束のうち対象物で散乱された光束の一部が、前記第２ミラー面で反射した後、前記第１ミラー面で反射されて前記受光素子で受光されるよう構成された光走査型の対象物検出装置において、
前記ミラーユニットは、前記回転軸に直交する方向の前記回転軸から所定の距離を越える第１ミラー面及び第２ミラー面が切断されており、
前記第１ミラー面における側辺の延長線の交点と、前記交点から前記回転軸方向に最も離れた前記第１ミラー面上の第１点との前記回転軸方向の距離をＨ、前記受光素子が受光する受光光束を前記第１ミラー面に正対し光軸直交方向から見たときの領域面積を円形に換算したときの半径をｒ、前記第１点と前記受光光束の前記第１ミラー面に正対し光軸直交方向から見たときの領域の重心との前記回転軸方向の距離をｈ、前記第１点と、前記第１点から前記回転軸方向に最も離れた前記第１ミラー面上の第２点との前記回転軸方向の距離をＨ’としたとき、
ｒ＜０．４Ｈのとき、０．１＜ｈ／Ｈ≦（Ｈ’−ｒ）／Ｈ （１）
ｒ≧０．４Ｈのとき、０．２＜ｈ／Ｈ≦（Ｈ’−ｒ）／Ｈ （２）
を満たすものである。

本発明によれば、小型でありながら、走査範囲の中央部に対する周辺部両端における受光光束の利用効率の低下を抑制し、これにより十分な対象物検知性能を確保できる光走査型の対象物検出装置を提供することができる。

本実施形態にかかる光走査型の対象物検出装置としてのレーザーレーダーを車両に搭載した状態を示す概略図である。 本実施形態にかかるレーザーレーダーＬＲの断面である。 本実施形態にかかるレーザーレーダーＬＲの筐体を除く主要部を示す斜視図である。 （ａ）は、ミラーユニットＭＵの概略側面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す構成をB-B線で切断して矢印方向に見た図である。 ミラーユニットＭＵの回転に応じて、出射するレーザースポット光ＳＢ（ハッチングで示す）で、レーザーレーダーＬＲの検出範囲Ｇ内を走査する状態を示す図である。 第１ミラー面Ｍ１上で受光光束ＲＢが占める領域（入射位置）を円で表す図である。 （ａ）は、ミラーユニットＭＵの断面を示す図であり、（ｂ）は、第１ミラー面Ｍ１の正面図を示す図である。 受光光束が円形断面（ｒ＝１）を持つ場合において、ミラーユニットの回転角度に対するミラー利用効率を示す図である。 受光光束が円形断面（ｒ＝２）を持つ場合において、ミラーユニットの回転角度に対するミラー利用効率を示す図である。 受光光束が円形断面（ｒ＝３）を持つ場合において、ミラーユニットの回転角度に対するミラー利用効率を示す図である。 受光光束が円形断面（ｒ＝４）を持つ場合において、ミラーユニットの回転角度に対するミラー利用効率を示す図である。 受光光束が正方形断面（等価円半径ｒ＝１）を持つ場合において、ミラーユニットの回転角度に対するミラー利用効率を示す図である。 受光光束が正方形断面（等価円半径ｒ＝２）を持つ場合において、ミラーユニットの回転角度に対するミラー利用効率を示す図である。 受光光束が正方形断面（等価円半径ｒ＝３）を持つ場合において、ミラーユニットの回転角度に対するミラー利用効率を示す図である。 受光光束が正方形断面（等価円半径ｒ＝４）を持つ場合において、ミラーユニットの回転角度に対するミラー利用効率を示す図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態にかかる光走査型の対象物検出装置としてのレーザーレーダーを車両に搭載した状態を示す概略図である。本実施形態のレーザーレーダーＬＲは、車両１のフロントウィンドウ１ａの上端内側に設けられているが、それ以外の車外（フロントグリル１ｂの背後など）に配置されていても良い。

図２は、本実施形態にかかるレーザーレーダーＬＲの断面であり、図３は、本実施形態にかかるレーザーレーダーＬＲの筐体を除く主要部を示す斜視図であるが、構成要素の形状や長さ等、実際と異なる場合がある。レーザーレーダーＬＲは、図２に示すように筐体ＣＳの内部に収容されている。筐体ＣＳの側部には、光束を入出射可能な窓部ＷＳが形成されており、窓部ＷＳはガラス、樹脂等の透明板ＴＲで構成されている。

図２、３に示すように、レーザーレーダーＬＲは、例えばレーザー光束を出射するパルス式の半導体レーザー（光源）ＬＤと、半導体レーザーＬＤからの発散光の発散角を狭め、略平行光に変換するコリメートレンズＣＬと、コリメートレンズＣＬで略平行とされたレーザー光を、回転するミラー面により対象物ＯＢＪ側（図１）に向かって走査投光すると共に、走査投光された対象物ＯＢＪからの散乱光を反射させるミラーユニットＭＵと、ミラーユニットＭＵで反射された対象物ＯＢＪからの散乱光の光路を折り曲げる光学素子ＭＲと、光学素子ＭＲで反射された反射光を集光するレンズＬＳと、レンズＬＳにより集光された光を受光するフォトダイオード（受光素子）ＰＤとを有する。本実施形態では、図３に示すように出射光束と受光光束とが重なっている。

半導体レーザーＬＤと、コリメートレンズＣＬとで投光系ＬＰＳを構成し、光学素子ＭＲと、レンズＬＳと、フォトダイオードＰＤとで受光系ＲＰＳを構成している。投光系ＬＰＳ、及び第１ミラー面Ｍ１から光学素子ＭＲまでの受光系ＲＰＳの光軸は、ミラーユニットＭＵの回転軸ＲＯに対して略直交している。出射光束と受光光束の光路内に配置された光学素子ＭＲには、コリメートレンズＣＬを通過した出射光束が通過する孔ＭＲａが形成されている。本実施形態では、孔ＭＲａが出射光束を透過する透過部であり、孔ＭＲａ以外の反射面が受光光束を反射する反射部を構成する。尚、孔ＭＲａでなく、単なる透過面としてもよい。また、投光系ＬＰＳと受光系ＲＰＳを図２に示す配置と逆の配置に置き換え、光学素子ＭＲによりコリメートレンズＣＬからの出射光束を反射部で反射させてミラー面Ｍ１に導き、受光光束を透過部で透過させ、レンズＬＳで集光してフォトダイオード（受光素子）ＰＤに導くような構成であってもよい。また、光学素子ＭＲとしてハーフミラーを用いても良い。ハーフミラーを用いる場合、ハーフミラー膜を成膜した面が透過部と反射部を兼ねる。

ミラーユニットＭＵは、２つの四角錐を逆向きに接合して一体化したごとき形状を有し、すなわち対になって向き合う方向に傾いたミラー面Ｍ１、Ｍ２を４対有している。各対のミラー面Ｍ１、Ｍ２の交差角は、それぞれ異なっている。回転軸ＲＯに対して傾いてなるミラー面Ｍ１、Ｍ２は、ミラーユニットの形状をした樹脂素材（例えばＰＣ）の表面に、反射膜を蒸着することにより形成されていると好ましい。ミラーユニットＭＵは、モータＭＴの軸ＳＨに連結され、回転駆動されるようになっている。

図４（ａ）は、ミラーユニットＭＵの概略側面図であり、図４（ｂ）は、（ａ）に示す構成をB-B線で切断して矢印方向に見た図である。ミラーユニットＭＵは、図４に点線で示すような、四角錐同士を連結した構成の場合、図４（ｂ）に示すように、回転した場合には、一点鎖線で示す４つの角部Ｃの外接円がミラーユニットＭＵの角部Ｃの回転軌跡となり大きなスペースを要し、他の部材はこの回転軌跡と干渉を避ける必要がある。このためミラーユニットＭＵひいてはレーザーレーダーＬＲの小型化の障害となる。そこで、本実施形態では、回転軸ＲＯから所定の距離としての半径Ｒの位置で、ミラー面Ｍ１、Ｍ２を切断したごとき構成としている。この場合、ミラーユニットＭＵの回転軌跡は、実線で示すような半径Ｒの円となる。なお、ミラー面の傾きや半径Ｒの設定によっては縁を有する場合もある。これにより、ミラーユニットＭＵの回転に必要なスペースを小さくし、小型化ひいてはレーザーレーダーＬＲの小型化を図ることができる。しかしながら、このような形状により、ミラーユニットＭＵの外周面には、ミラー面Ｍ１、Ｍ２以外の面（例えば円筒面）が生じるので、ミラーユニットＭＵの回転時に、受光光束のケラレの問題がより生じやすくなる。かかる問題については後述する。

次に、レーザーレーダーＬＲの対象物検出動作について説明する。図２、３において、半導体レーザーＬＤからパルス状に間欠的に出射された発散光は、コリメートレンズＣＬで略平行光束に変換され、光学素子ＭＲの孔ＭＲａを通過し、回転するミラーユニットＭＵの第１ミラー面Ｍ１に入射し、ここで反射され、更に第２ミラー面Ｍ２で反射した後、透明板ＴＲを透過して外部の対象物ＯＢＪ側に例えば縦長の矩形断面を持つレーザースポット光として走査投光される。尚、第１ミラー面Ｍ１上で受光光束ＲＢが占める領域（図３にハッチングで示す）内を、コリメートレンズＣＬから出射された略平行光束が通過するようになっている。

図５は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、出射するレーザースポット光ＳＢ（ハッチングで示す）で、レーザーレーダーＬＲの検出範囲Ｇ内を走査する状態を示す図である。ミラーユニットＭＵの第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面Ｍ２の組み合わせにおいて、それぞれ交差角が異なっている。レーザースポット光は、回転する第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面Ｍ２にて、順次反射される。まず１番対の第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面Ｍ２にて反射したレーザースポット光は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、検出範囲Ｇの一番上の領域Ｌｎ１を水平方向に左から右へと走査される。次に、２番対の第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面Ｍ２で反射したレーザースポット光は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、検出範囲Ｇの上から二番目の領域Ｌｎ２を水平方向に左から右へと走査される。次に、３番対の第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面Ｍ２で反射したレーザースポット光は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、検出範囲Ｇの上から三番目の領域Ｌｎ３を水平方向に左から右へと走査される。次に、４番対の第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面で反射したレーザースポット光は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、検出範囲Ｇの最も下の領域Ｌｎ４を水平方向に左から右へと走査される。これにより検出範囲Ｇ全体の１回の走査が完了する。そして、ミラーユニットＭＵが１回転した後、１番対の第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面Ｍ２が戻ってくれば、再び検出範囲Ｇの一番上の領域Ｌｎ１から最も下の領域Ｌｎ４までの走査を繰り返す。

図２、３において、走査投光された光束のうち対象物ＯＢＪに当たって散乱された散乱光の一部が、再び透明板ＴＲを透過して筐体ＣＳ内のミラーユニットＭＵの第２ミラー面Ｍ２に入射し、ここで反射され、更に第１ミラー面Ｍ１で反射された後、光学素子ＭＲで反射され、レンズＬＳにより集光されて、フォトダイオードＰＤの受光面で検知されることとなる。不図示の回路にて、半導体レーザーＬＤの出射時と、フォトダイオードＰＤの検出時との時間差を求めることで、対象物ＯＢＪまでの距離が分かる。

しかるに、対象物ＯＢＪからの散乱光は、例え第２ミラー面Ｍ２と第１ミラー面Ｍ１と光学素子ＭＲの全面でそれぞれ反射したとしても、開口絞りとして機能するレンズＬＳ（ここでは円形とするが、円形に限られない）により絞られるので、最終的にフォトダイオードＰＤに入射するのはその一部となる。つまり、図２のハッチングで示す散乱光は、フォトダイオードＰＤに入射せず受光に用いられないこととなる。ここで、レンズＬＳにより集光される光束を受光光束ＲＢとすると、図３に一点鎖線で示すように、第２ミラー面Ｍ２、第１ミラー面Ｍ１、光学素子ＭＲを介して、所定の断面を有する受光光束ＲＢがレンズＬＳに入射する。受光光束ＲＢは円形断面とは限らないが、ここでは円形断面として説明する。

図６に、第１ミラー面Ｍ１上で受光光束ＲＢが占める領域（レンズＬＳに入射する領域）を円で表している。ミラーユニットＭＵが回転軸ＲＯ回りに回転すると、受光光束ＲＢは第１ミラー面Ｍ１の端から端へと水平に移動することとなるが、移動長さをなるべく長く確保することで、受光光束ＲＢのケラレを抑制できる。このとき、第１ミラー面Ｍ１上で、受光光束ＲＢの反射位置が第２ミラー面Ｍ２に近づきすぎて一部が第２ミラー面Ｍ２側にはみ出すと、フォトダイオードＰＤの受光量が低下する。一方、第１ミラー面Ｍ１上での受光光束ＲＢの反射位置が第２ミラー面Ｍ２から遠すぎると、第１ミラー面Ｍ１を回転軸ＲＯから半径Ｒの位置で切断したことにより（図４参照）、受光光束ＲＢの一部（図６にハッチングで示す部位）が第１ミラー面Ｍ１からはみ出してしまい、同様にフォトダイオードＰＤの受光量が低下する。そこで本実施形態では、以下の（１）又は（２）式で示すように、受光光束ＲＢの第１ミラー面Ｍ１上での位置を規定したのである。これにより小型でありながら、走査範囲の周辺部両端における受光光束のミラー利用効率の低下を抑制でき、十分な対象物検知性能を確保したレーザーレーダーＬＲを提供することができる。

図７（ａ）は、ミラーユニットＭＵの断面を示しており、図７（ｂ）は、第１ミラー面Ｍ１の正面図を示している。ここで、図７（ｂ）に示すように、第１ミラー面Ｍ１における側辺ＳＬの延長線の交点Ｐ１と、交点Ｐ１から回転軸ＲＯの方向に最も離れた第１ミラー面Ｍ１上の点（第１点）Ｐ２との回転軸ＲＯの方向の距離をＨ、受光光束ＲＢを第１ミラーに正対し光軸直交方向から見たときの領域面積を円形に換算したときの半径をｒ、点Ｐ２と、受光光束ＲＢを第１ミラー面Ｍ１に正対し光軸直交方向から見たときの領域の重心（図示の例では受光光束ＲＢの中心）との回転軸ＲＯの方向の距離をｈ、点Ｐ２と、点Ｐ２から回転軸ＲＯの方向に最も離れた第１ミラー面Ｍ１上の点（第２点）Ｐ３との回転軸ＲＯの方向の距離をＨ’とすると、以下の式を満たすように構成すると走査範囲の端部でも受光効率の低下を抑制でき、十分な対象物検知性能を確保できるようになる。
ｒ＜０．４Ｈのとき、０．１＜ｈ／Ｈ≦（Ｈ’−ｒ）／Ｈ （１）
ｒ≧０．４Ｈのとき、０．２＜ｈ／Ｈ≦（Ｈ’−ｒ）／Ｈ （２）

（１）、（２）式の上限について説明する。受光光束ＲＢの一部が第１ミラー面Ｍ１から外れると、外れた受光光束ＲＢの一部がフォトダイオードＰＤに受光されなくなり、検出効率の低下を招く。そこで、受光光束ＲＢの全てを第１ミラー面Ｍ１で反射させる必要がある。より具体的には図７を参照して、ｈが（Ｈ’−ｒ）より大きくなると、半径ｒの光束が第１ミラー面Ｍ１から第２ミラー面Ｍ２側に「はみ出す」領域が発生することになる。かかる場合、受光光束ＲＢにケラレが発生する。これを回避するには、ｈを（Ｈ’−ｒ）以下とする必要があり、これにより（１）、（２）式の上限が定まるのである。

これに対し、（１）、（２）式の下限については、定性的には図６を参照して、受光光束ＲＢの半径ｒが大きくなるほど第１ミラー面Ｍ１の周辺でケラレの可能性が高まるので、これを回避するために距離ｈの値を規定することが望ましい。そこで、本発明者らは、（１）、（２）式の下限を定めるべく、以下の実施例にて検討を行った。

（実施例）
本発明者らが行った実施例について説明する。図８〜１１は、受光光束が円形断面を持つ場合において、ミラーユニットの回転角度に対する受光光束のミラー利用効率を示すものであり、受光光束を第１ミラー面に正対し光軸直交方向から見たときの領域の重心位置ｈの値を１〜８ｍｍと変えて検討を行ったものである。また、ｒは受光光束を第１ミラー面に正対し光軸直交方向から見たときの領域の半径である。但し、ミラーユニットの回転角度は、第１ミラー面に正対する位置を０°とし、片側に振ったものである。又、ミラー利用効率が１の場合には受光光束にケラレが生じず、０の場合には受光光束がミラー面から外れ、完全なケラレが生じることを意味する。更に、Ｈ＝１０ｍｍとしている。尚、ミラー利用効率の判定基準は、ミラーユニット回転角度３０°（走査範囲における片側６０°の位置）で０．３５以上とした。この０．３５という値は、走査範囲の中央における検知可能距離に対し、走査範囲における片側６０°の位置での検知可能距離が、ほぼ６割の距離となる値である。

図８に示す例は、受光光束の半径ｒ＝１ｍｍの場合であり、ｈ＝１ｍｍでは、ミラーユニットの回転角度が３０°になると、ミラー利用効率が０．１７となり、基準値を下回る。一方、ｈ＝２〜８ｍｍの場合、ミラー利用効率が０．７４以上となり、基準値を上回る。

図９に示す例は、受光光束の半径ｒ＝２ｍｍの場合であり、ｈ＝１ｍｍでは、ミラーユニットの回転角度が３０°になると、ミラー利用効率が０．２６となり、基準値を下回る。一方、ｈ＝２〜８ｍｍの場合、ミラー利用効率が０．４２以上となり、基準値を上回る。

図１０に示す例は、受光光束の半径ｒ＝３ｍｍの場合であり、ｈ＝１及び８ｍｍの場合、ミラーユニットの回転角度が３０°になると、ミラー利用効率が０．２９となり、基準値を下回る。一方、ｈ＝２〜７ｍｍの場合、ミラー利用効率が０．４３以上となり、基準値を上回る。

図１１に示す例は、受光光束の半径ｒ＝４ｍｍの場合であり、ｈ＝１、２、７及び８ｍｍの場合、ミラーユニットの回転角度が３０°になると、ミラー利用効率が０．３１以下となり、基準値を下回る。一方、ｈ＝３〜６ｍｍの場合、ミラー利用効率が０．３７以上となり、基準値を上回る。

以上の検討結果を考察するに、ｒが０．４Ｈ未満の場合（r=１〜３ｍｍ）、Ｈ＝１０ｍｍでｈが１ｍｍを超えていれば足りる。従って、（１）式の下限が決められる。一方、ｒが０．４Ｈ以上の場合（r=４ｍｍ）、Ｈ＝１０ｍｍでｈが２ｍｍを超えていれば足りる。従って、（２）式の下限が決められる。尚、受光光束の半径が小さければ、光線のケラレの割合は低下するものの、その分だけフォトダイオードに入射する受光光束の光量が低下することになるので、受光光束が円形の場合の半径ｒは、仕様や要求性能に応じて設定される。

図１２〜１５は、受光光束が正方形断面を持つ場合において、ミラーユニットの回転角度に対して受光光束のミラー利用効率を示すものであり、受光光束を第１ミラー面に正対し光軸直交方向から見たときの領域の重心までの距離ｈの値を１〜８ｍｍと変えて検討を行ったものである。又、上述の実施例と同様に、ミラーユニットの回転角度は、第１ミラー面に正対する位置を０°とし、片側に振ったものである。又、ミラー利用効率が１の場合には受光光束にケラレが生じず、０の場合には受光光束がミラー面から外れ完全なケラレが生じることを意味する。また、同様に、Ｈ＝１０ｍｍとしている。尚、ミラー利用効率の判定基準は同様に、ミラーユニット回転角度３０°で０．３５以上とした。

図１２に示す例は、半径ｒ＝１ｍｍの円形の面積と等しい面積の正方形の受光光束の場合であり、ｈ＝１ｍｍの場合、ミラーユニットの回転角度が３０°になると、ミラー利用効率が０．１８となり、基準値を下回る。一方、ｈ＝２〜８ｍｍの場合、ミラー利用効率が０．７５以上であり、基準値を上回る。

図１３に示す例は、半径ｒ＝２ｍｍの円形の面積と等しい面積の正方形の受光光束の場合であり、ｈ＝１ｍｍの場合、ミラーユニットの回転角度が３０°になると、ミラー利用効率が０．２５となり、基準値を下回る。一方、ｈ＝２〜８ｍｍの場合、ミラー利用効率が０．４３以上であり、基準値を上回る。

図１４に示す例は、半径ｒ＝３ｍｍの円形の面積と等しい面積の正方形の受光光束の場合であり、ｈ＝１及び８ｍｍの場合、ミラーユニットの回転角度が３０°になると、ミラー利用効率が０．３１以下であり、基準値を下回る。一方、ｈ＝２〜７ｍｍの場合、ミラー利用効率が０．４４以上であり、基準値を上回る。

図１５に示す例は、半径ｒ＝３ｍｍの円形の面積と等しい面積の正方形の受光光束の場合であり、ｈ＝１、２、７、及び８ｍｍの場合、ミラーユニットの回転角度が３０°になると、ミラー利用効率が０．３３以下となり、基準値を下回る。一方、ｈ＝３〜６ｍｍの場合、ミラー利用効率が０．３８以上であり、基準値を上回る。

以上の検討結果を考察するに、受光光束が正方形の場合でも、その面積を円形に換算した等価円の半径ｒが０．４Ｈ未満の場合（r=１〜３ｍｍ）、Ｈ＝１０ｍｍで、その重心位置ｈが１ｍｍを超えていれば足りる。従って、（１）式の下限が決められる。一方、ｒが０．４Ｈ以上の場合（r=４ｍｍ）、Ｈ＝１０ｍｍでｈが２ｍｍを超えていれば足りる。従って、（２）式の下限が決められる。すなわち、受光光束が円形以外であっても、条件式（１）（２）の下限は同様となる。

なお、上記の実施形態では、光源から出射された出射光束の第１ミラー面上で占める領域と、受光光束の第１ミラー面上で占める領域が重なっている例で説明したが、それぞれの第１ミラー面上で占める領域が重ならず、異なる位置となっているものであってもよい。

本発明は、明細書に記載の実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施形態や技術思想から本分野の当業者にとって明らかである。明細書の記載及び実施形態は、あくまでも例証を目的としており、本発明の範囲は後述するクレームによって示されている。例えば、図面を用いて説明した本発明の内容は、全て実施形態に適用でき、ヘリコプターなどの飛行体への搭載や、建物に設置して不審者を検知する防犯センサなどにも適用できる。また、上述の実施形態では、光源として半導体レーザーを用いたもので説明したが、これに限るものでなく、光源にＬＥＤ等を用いたものであってもよいのは言うまでもない。

１ 車両
１ａ フロントウィンドウ
１ｂ フロントグリル
ＣＬ コリメートレンズ
ＣＳ 筐体
Ｇ 検出範囲
ＬＤ 半導体レーザー
Ｌｎ１〜Ｌｎ４ 領域
ＬＰＳ 投光系
ＬＲ レーザーレーダー
ＬＳ レンズ
Ｍ１ 第１ミラー面
Ｍ２ 第２ミラー面
ＭＲ 光学素子
ＭＲａ 孔
ＭＴ モータ
ＭＵ ミラーユニット
ＯＢＪ 対象物
ＰＤ フォトダイオード
ＲＢ 受光光束
ＲＯ 回転軸
ＲＰＳ 受光系
ＳＢ レーザースポット光
ＳＨ 軸
ＴＲ 透明板
ＷＳ 窓部

Claims (4)

1. 回転軸と交差する方向に傾斜し所定の角度で向き合う第１ミラー面と第２ミラー面とが形成されたミラーユニットと、光源と、受光素子と、を有し、
   前記光源から出射された光束は、前記第１ミラー面で反射した後、前記第２ミラー面で反射されると共に前記ミラーユニットの回転により走査投光され、
   前記走査投光された光束のうち対象物で散乱された光束の一部が、前記第２ミラー面で反射した後、前記第１ミラー面で反射されて前記受光素子で受光されるよう構成された光走査型の対象物検出装置において、
   前記ミラーユニットは、前記回転軸に直交する方向の前記回転軸から所定の距離を越える第１ミラー面及び第２ミラー面が切断されており、
   前記第１ミラー面における側辺の延長線の交点と、前記交点から前記回転軸方向に最も離れた前記第１ミラー面上の第１点との前記回転軸方向の距離をＨ、前記受光素子が受光する受光光束を前記第１ミラー面に正対し光軸直交方向から見たときの領域面積を円形に換算したときの半径をｒ、前記第１点と前記受光光束の前記第１ミラー面に正対し光軸直交方向から見たときの領域の重心との前記回転軸方向の距離をｈ、前記第１点と、前記第１点から前記回転軸方向に最も離れた前記第１ミラー面上の第２点との前記回転軸方向の距離をＨ’としたとき、
   ｒ＜０．４Ｈのとき、０．１＜ｈ／Ｈ≦（Ｈ’−ｒ）／Ｈ （１）
   ｒ≧０．４Ｈのとき、０．２＜ｈ／Ｈ≦（Ｈ’−ｒ）／Ｈ （２）
   を満たす光走査型の対象物検出装置。
2. 前記ミラーユニットは、前記第１ミラー面と前記第２ミラー面を複数対有し、前記第１ミラー面と前記第２ミラー面の交差角が各々異なっている請求項１に記載の光走査型の対象物検出装置。
3. 前記光源から出射された出射光束の前記第１ミラー面上で占める領域と、前記受光光束の前記第１ミラー面上で占める領域は、少なくとも一部が重なっている請求項１又は２に記載の光走査型の対象物検出装置。
4. 前記光源から前記第１ミラー面までの前記出射光束の光路と、前記第１ミラー面から前記受光素子までの前記受光光束の光路中に、前記出射光束及び前記受光光束のうち一方を透過させる透過部と、他方を反射させる反射部と、を有する光学素子が配置されている請求項３に記載の光走査型の対象物検出装置。

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