WO2017126356A1

WO2017126356A1 - 対象物検出装置

Info

Publication number: WO2017126356A1
Application number: PCT/JP2017/000392
Authority: WO
Inventors: 亮太石川; 一能野口; 一生松井
Original assignee: コニカミノルタ株式会社
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2017-01-10
Publication date: 2017-07-27

Abstract

高分解能を有しながらも検出洩れを抑制できる対象物検出装置を提供する。対象物検出装置において、同一の対象物からの反射光束が入射したときに、Ｎ回目の走査における画素視野に対し、Ｍ（Ｍ≠Ｎ）回目の走査における画素視野が第２方向にシフトし、且つ同一の対象物からの反射光束を、Ｎ回目の走査及びＭ回目の走査の少なくとも一方において、受光素子の画素で受光するように反射光束の画素視野をシフトする。

Description

対象物検出装置

　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、例えば自動車や警備ロボットなどの分野において、移動体における衝突防止の目的で移動体が進む範囲にある障害物を精度よく検知したいという要望がますます強くなっている。このような障害物の検知方法として、電波を発信して反射波を検出する電波式レーダーが提案されているが、解像度の観点から遠方の物体の位置を精度良く把握するのは難しいという課題がある。

　これに対し、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）方式を採用した対象物検出装置も既に開発されている。ＴＯＦ方式とは、パルス発光させたレーザー光が、物体に当たって戻ってくるまでの時間を測ることにより、当該物体までの距離を測定することができるものである。しかるに、ＴＯＦ方式を採用した対象物検出装置は、遠方の物体にレーザー光を照射した際に発生する微弱な反射光を検知するために、一般的にはＡＰＤ(アバランシェ・フォトダイオード)等の増幅率の高い受光素子を使用している。また、検知すべき対象物の解像度を上げるため、反射光を受光する複数の受光素子を配列して高分解能を確保することも行われている。

　特許文献１には、光源からレーザー光を照射し、更に照射されたレーザー光を一次元スキャナーが走査方向に沿って走査し、４つの画素を二次元行列状に配列した光検出部の受光面が、４つの画素のそれぞれについて対象物からの反射光を検出するようになっているレーダー装置が開示されている。

特開２０１５－７８９５３号公報特開２０１５－１８０９５６号公報

　ここで、特許文献１のレーダー装置では、光源から出射されたレーザー光は一次元スキャナーにより走査されるのに対し、受光部は走査を行わないため、２次元アレイセンサを用い広い視野を確保して視野分割を行っている。かかる構成によれば、視野分割を行っている為、太陽などの背景光を受けにくい構成になっているが、レンズ面間やフランジ部による迷光がセンサに入ることにより、偽信号やノイズが発生し、誤検知やＳ／Ｎの低下が問題になっていた。また、物体の位置を精度良く検出するために、４つの画素それぞれが４つの受光素子を独立して設けているが、配線等を設けるためには受光素子間にある程度のスペースを確保する必要がある。ところが、このスペースに反射光が入射した場合には電気信号を発生することができず、しかもこのスペースは４つの画素において対応した同じ座標位置にあるから、特許文献１のレーダー装置は物体を検出できない非検出ゾーンを本来的に持つこととなり、結果として遠方の物体を精度良く検知することが困難となる。

　一方、特許文献２には、回転軸に対して傾いた第１ミラー面と第２ミラー面を備えた回転するミラーユニットと、前記ミラーユニットを介して、対象物に向けて光束を出射する少なくとも１つの光源を含む投光系と、を有し、前記光源から出射された光束が、前記ミラーユニットの前記第１ミラー面で反射した後、前記第２ミラー面へ向かって進行し、更に前記第２ミラー面で反射され、前記ミラーユニットの回転に応じて前記対象物に対して走査されつつ投光されるようになっているレーダーが開示されている。このようなミラーユニットを用いた場合、投光系から出射された光束が回転する第１ミラー面と第２ミラー面で反射された後に対象物に向かって照射され、ここで反射した後、再び第１ミラー面と第２ミラー面で反射された後に受光系に入射するので、原則的に投光された光の反射光のみが受光系に入射することとなり、外乱光に対する耐性を持ち、高い分解能を有し、更に広い視野を持つというメリットを有する。しかしながら、特許文献２のレーダーにおいては、受光素子の画素間に非検出ゾーンを持つ場合、特許文献１と同様に対象物を検出できない恐れがある。

　本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、高分解能を有しながらも検出洩れを抑制できる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対象物検出装置は、
　回転軸に対して傾いた第１ミラー部と第２ミラー部を備えた回転するミラーユニットと、
　光束を出射する光源を含む投光系と、
　対象物からの反射光束を受光する受光素子を含む受光系と、を有する対象物検出装置であって、
　前記光源から出射された出射光束は、前記ミラーユニットの前記第１ミラー部で反射した後、前記第２ミラー部へ向かって進行し、更に前記第２ミラー部で反射され、前記ミラーユニットの回転に応じて前記対象物に対して繰り返し走査されつつ投光され、前記対象物に向かって投光された前記出射光束の反射光束が、前記第２ミラー部で反射し、更に前記第１ミラー部で反射して、前記受光素子に受光されるようになっており、
　対象物検出範囲内における前記出射光束の光軸直交方向断面において、走査方向に対応する方向のサイズは、走査直交方向に対応する方向のサイズより小さくなっており、
　前記反射光束の光軸直交方向断面において、走査方向に対応する方向を第１方向とし、走査直交方向に対応する方向を第２方向としたときに、前記受光素子は、前記反射光束が入射する受光面に前記第２方向に沿って離間して配置された複数の画素を有し、前記画素に応じて前記反射光束内に画素視野が形成され、
　同一の前記対象物からの前記反射光束が入射したときに、Ｎ回目の走査における前記画素視野に対し、Ｍ（Ｍ≠Ｎ）回目の走査における前記画素視野は前記第２方向にシフトし、且つ同一の前記対象物からの前記反射光束を、前記Ｎ回目の走査及び前記Ｍ回目の走査の少なくとも一方において、前記受光素子のいずれかの画素で受光するように、前記反射光束の画素視野をシフトする画素視野シフト装置が設けられているものである。

　本発明によれば、高分解能を有しながらも検出洩れを抑制できる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。ミラーユニットＭＵの回転に応じて、レーザースポット光としての出射光束ＳＢ（ハッチングで示す）で、レーザーレーダーＬＲの検出範囲Ｒ内を走査する状態を示す図である。（ａ）は、フォトダイオードＰＤの受光面ＰＬを模式的に示す図である。（ｂ）、（ｃ）は、フォトダイオードＰＤの受光面に受光する受光光束ＲＢを、Ｘ方向から見て模式的に示す図である。本実施形態におけるミラーユニットＭＵの回転軸線を通る断面で切断しつつ、レーザーレーダーＬＲの主要部を示す図である。 (ａ)は、対象物ＯＢＪに出射光束ＳＢ１が照射され、(ｂ)は、対象物ＯＢＪに出射光束ＳＢ２が照射された状態を、それぞれ模式的に示す図である。フォトダイオードＰＤと、同一走査角にて入射する受光光束（反射光束ともいう）ＲＢ１，ＲＢ２との関係を示す模式図である。別な実施形態にかかるレーザーレーダーＬＲの主要部を示す図である。

　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の断面である。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模式的に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。また図３では、出射光束と反射光束は光軸（光束中心）のみ示している。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（受光光束）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。

　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、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及び受光系ＲＰＳの光軸は、ミラーユニットＭＵの回転軸線ＲＯに対して略直交している。

　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。尚、４つのミラー面Ｍ２を、それぞれ回転方向に順にミラー面Ｍ２（１）～Ｍ２（４）として区別するが、代表する符号はＭ２を用いる。本実施形態では、回転軸線ＲＯに対するミラー面Ｍ１の傾き角は等しいが、回転軸線ＲＯに対するミラー面Ｍ２の傾き角は、それぞれ異なっている。ミラー面Ｍ２が画素視野シフト装置を構成する。傾き角の詳細については後述する。

　ミラー面Ｍ１、Ｍ２は、ミラーユニットの形状に射出成形された樹脂素材（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。これによりミラー面Ｍ１、Ｍ２の傾き角を精度良く作り込むことができる。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。

　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、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（すなわち走査方向に対応する方向のサイズが走査直交方向に対応するサイズより小さい光軸直交方向断面）を持つレーザースポット光として走査投光される。ここで、「Ｎ回目の走査」とは、回転順にＮ番目の対になるミラー面Ｍ１，Ｍ２の回転方向の一端から他端までの間に入射した略平行光束が反射し、ミラーユニットＭＵの回転に応じて検出範囲Ｒ（図４参照）の水平方向（走査方向）にレーザースポット光が移動することをいう。

　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、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。

　ここで、参考例として、ミラー面Ｍ２（１）～Ｍ２（４）が、回転方向に隣接するミラー面に対して同じ傾き角差を持つミラーユニットについて説明する。図４は、このようなミラーユニットＭＵの回転に応じて、レーザースポット光としての出射光束ＳＢ（ハッチングで示す）で、レーザーレーダーＬＲの検出範囲Ｒ内を走査する状態を示す図である。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Ｒ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Ｒ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Ｒ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Ｒ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Ｒ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Ｒ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。これにより検出範囲Ｒの全域を走査することができる。

　ところで、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以外の散乱光は、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。更に、フォトダイオードＰＤの画素は後述するように画素視野を持つので、フォトダイオードＰＤに入射した光束全てを検出に用いることはできない。この点について説明する。

　図５（ａ）は、フォトダイオードＰＤの受光面ＰＬを模式的に示す図である。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、受光光束ＲＢの光軸直交断面に対して、走査方向に対応する方向をＸ方向とし、走査直交方向に対応する方向をＹ方向とする。フォトダイオードＰＤの受光面ＰＬには、等しい矩形状の画素ＰＸがＹ方向に沿って等間隔に配置されている。画素ＰＸ以外の受光面ＰＬは、光を検出しない不検出部である。画素ＰＸのＹ方向のサイズＳは、不検出部のＹ方向のサイズＧ以上であると好ましい。

　図５（ｂ）、（ｃ）は、フォトダイオードＰＤの受光面に受光する受光光束ＲＢを、Ｘ方向から見て模式的に示す図である。上述したように、図５（ａ）に示すフォトダイオードＰＤの画素ＰＸ以外の受光面ＰＬは、受光光束ＲＢが入射してもこれを検出できない。従って、図５（ｂ）に示すようにＸ方向から見ると、受光光束ＲＢにおいては、各画素ＰＸに入射することで検出される検出可能光ＲＢｐ（ハッチング）と、画素ＰＸ間の不検出部に入射することで検出されない検出不能光ＲＢｉ（白抜き）が生じることとなる。ここで、１つの画素ＰＸでカバー（検出）する検出可能光ＲＢｐの範囲を「画素視野」といい、フォトダイオードＰＤ全体でカバーする検出可能光ＲＢｐの範囲を「素子視野」という。すなわち、検出不能光ＲＢｉは画素視野外に入射する光である。尚、出射光束ＳＢは素子視野全体を含む範囲に出射される。対象物ＯＢＪからの反射光がこの検出不能光ＲＢｉの範囲内に含まれると、検出洩れを生じる恐れがある。これに対し、画素ＰＸ間の距離を極力詰めることで検出洩れをある程度回避できるが、それに伴いフォトダイオードＰＤのコストが増大することとなる。そこで、本実施形態では以下のようにして、フォトダイオードＰＤの低コストを確保しつつ検出洩れを回避している。

　本実施形態では、４対のミラー面Ｍ１，Ｍ２を用いている。ここで、２対のミラー面Ｍ１，Ｍ２を組み合わせて用いることで、お互いに補完し合い、検出不能光をなくすことができる。より具体的には、図５（ｂ）に示すごとく、回転方向に先行する対のミラー面Ｍ１，Ｍ２を介する反射光束ＲＢの画素視野に対して、図５（ｃ）に示すごとく、回転方向に後行する別の対のミラー面Ｍ１，Ｍ２を介する反射光束ＲＢの画素視野を、例えば画素ＰＸの間隔分だけＹ方向にシフトさせれば良い。これにより、ある走査において画素視野外に含まれる検出不能光ＲＢｉを、次の走査においては画素視野内として検出することができる。

　図６は、本実施形態におけるミラーユニットＭＵの回転軸線を通る断面で切断しつつ、レーザーレーダーＬＲの主要部を示す図であるが、ミラー面の傾き等誇張して示している。実線で示す第２ミラー面Ｍ２（１）は、点線で示す第２ミラー面Ｍ２（２）と回転軸線ＲＯに対する傾き角が所定量だけ異なっている。

　投光系ＬＰＳから出射された出射光束ＳＢは、回転するミラーユニットＭＵの第１ミラー面Ｍ１が正対する位置で、ここに入射して反射され、更に第２ミラー面Ｍ２（１）で反射した後、対象物ＯＢＪ側に出射光束ＳＢ１として走査投光される。更に対象物ＯＢＪからの反射光束ＲＢ１は、ミラーユニットＭＵの第２ミラー面Ｍ２（１）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、受光系ＲＰＳで受光される。

　一方、ミラーユニットＭＵが９０度回転すると、投光系ＬＰＳから出射された出射光束ＳＢは、回転するミラーユニットＭＵの第１ミラー面Ｍ１が正対する位置で、ここに入射して反射され、更に第２ミラー面Ｍ２（２）で反射した後、対象物ＯＢＪ側に出射光束ＳＢ２として走査投光される。更に対象物ＯＢＪからの反射光束ＲＢ２は、ミラーユニットＭＵの第２ミラー面Ｍ２（２）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、受光系ＲＰＳで受光される。

　第２ミラー面Ｍ２（１）から反射した出射光束ＳＢ１は、第２ミラー面Ｍ２（２）から反射した出射光束ＳＢ２とは副走査角γが異なっている。これに応じて、受光光束ＲＢ１，ＲＢ２も第２ミラー面Ｍ２（１）、Ｍ２（２）への入射角が異なり、更に、それぞれ第１ミラー面Ｍ１で反射する。出射光束の副走査角が異なるため、以下のような効果が生じる。

　図７(ａ)は、対象物ＯＢＪに出射光束ＳＢ１が照射され、図７(ｂ)は、対象物ＯＢＪに出射光束ＳＢ２が照射された状態を、それぞれ模式的に示す図である。ここで、人物としての対象物ＯＢＪから反射した反射光束のうち画素視野内(ハッチングで示す)のものをＲＢｐとし、画素視野外(白抜きで示す)のものをＲＢｉとする。反射光束における画素視野外の相対位置は一定である。図７(ａ)に示すように、出射光束ＳＢ１の反射光束において、対象物ＯＢＪの目ＥＹは画素視野外ＲＢｉに含まれるから、反射光束内であっても受光素子の画素で検出されないが、口ＭＳは画素視野ＲＢｐ内であるからいずれかの画素で検出される。

　一方、出射光束ＳＢ１に対して副走査角γ分だけ傾いて出射された出射光束ＳＢ２の反射光束において、図７(ｂ)に示すように、対象物ＯＢＪの口ＭＳは画素視野外ＲＢｉに含まれてしまうが、その代わりに目ＥＹが画素視野ＲＢｐ内に入るからいずれかの画素で検出されることになる。つまり、図６において、受光光束ＲＢ１，ＲＢ２が入射するフォトダイオードＰＤの受光面ＰＬの位置は同じであるが、それぞれ画素視野は回転軸線ＲＯに沿った方向（走査直交方向）にシフトするようになる(図７(ａ)、(ｂ)参照)）。従って、回転軸線ＲＯに対して第２ミラー面Ｍ２（１）、Ｍ２（２）の傾き角に所定の差を与えることで、フォトダイオードＰＤの受光面ＰＬに入射する受光光束ＲＢ１，ＲＢ２の画素視野に、副走査角γ分に応じて画素間隔分のシフトΔ(図７（ｂ）参照)を与えることができるのである。尚、以上の実施形態では、第２ミラー面Ｍ２に傾き角差を与えているが、その代わりに第１ミラー面Ｍ１に傾き角差を与えても良いし、対毎に第１ミラー面Ｍ１及び第２ミラー面Ｍ２のそれぞれに所定の傾き角差を与えても同様の効果を得られる。

　図８は、受光光束（反射光束ともいう）における１回目の走査における画素視野と、２回目の走査における画素視野とを示す模式図である。実線で示す１回目の走査における画素視野は、Ｙ方向に等間隔で離間した第１１画素視野ＰＦ１１と、第１２画素視野ＰＦ１２と、第１３画素視野ＰＦ１３、・・・を有する。一方、点線で示す２回目の走査における画素視野は、Ｙ方向に等間隔で離間した第２１画素視野ＰＦ２１と、第２２画素視野ＰＦ２２と、第２３画素視野ＰＦ２３、・・・を有する。

　図８に示すように、１回目の走査における画素視野と２回目の走査における画素視野とが、Ｙ方向に相対的にシフトしている。具体的には、第１１画素視野ＰＦ１１と第１２画素視野ＰＦ１２との間の中間点に、第２１画素視野ＰＦ２１の中心が合致するように、また第１２画素視野ＰＦ１２と第１３画素視野ＰＦ１３との間の中間点に、第２２画素視野ＰＦ２２の中心が合致するようになっており、説明を省略するが，その他同様である。但し、第１１画素視野ＰＦ１１と第１２画素視野ＰＦ１２との双方に、第２１画素視野ＰＦ２１が跨がる必要はなく、いずれか一方のみに重なっていれば良い。好ましくは、第１１画素視野ＰＦ１１と第１２画素視野ＰＦ１２との間のギャップを完全に埋めるように、第２１画素視野ＰＦ２１（又はいずれかの画素視野）が重なるようにすれば足りる。その他も同様である。

　ここで、１回目の走査における第１１画素視野ＰＦ１１と第１２画素視野ＰＦ１２との間の不検出部に、対象物からの反射光ＢＭが存在した場合、１回目の走査では、反射光ＢＭが画素視野外となるから、いずれの画素ＰＸでも検出できないこととなる。しかしながら２回目の走査では、同一の対象物からの反射光ＢＭは、第２１画素視野ＰＦ２１内に存在するため、その検出が可能となり検出洩れを抑制できる。又、複数の画素視野に跨がる反射光は、それに応じて対象物の大きさを推定できるが、１回目の走査と２回目の走査のいずれかで反射光を検出する場合、その対象物の反射光（例えば図８のＢＭ）が、画素視野間のギャップ以下の大きさであることがわかるから、対象物までの距離に基づいて対象物の実際の大きさを推定でき、従って第２１画素視野ＰＦ２１のサイズ未満の分解能を得られる。

　ミラー面Ｍ２（３）とミラー面Ｍ２（４）との間にも同様な関係がある。以上の実施形態によれば、ミラーユニットＭＵの２対のミラー面Ｍ１，Ｍ２により、検出範囲Ｒ(図４参照)の上半分（領域Ｌｎ１，Ｌｎ２に対応）を走査し、別の２対のミラー面Ｍ１，Ｍ２により、検出範囲Ｒ(図４参照)の下半分（領域Ｌｎ３，Ｌｎ４に対応）を走査することとなるが、これに応じて投光系ＬＰＳ，受光系ＲＰＳの仕様を設計することで対応可能である。但し、例えばミラーユニットＭＵを八角形とすることで、検出範囲Ｒを４領域に分けて走査することもできる。

　又、１回目の走査で用いたミラー対で反射した受光光束と、３回目の走査で用いたミラー対で反射した受光光束とを対応づけ、２回目の走査で用いたミラー対で反射した受光光束と、４回目の走査で用いたミラー対で反射した受光光束とを対応づけて、対象物の検出を行っても良い。一般的には、Ｎ回目の走査で用いたミラー対で反射した受光光束と、Ｍ（Ｍ≠Ｎ）回目の走査で用いたミラー対で反射した受光光束とを任意に対応づけて用いることができる。

　Ｙ方向に沿って等間隔に配置された各画素ＰＸのサイズをＳとし、レンズＬＳの焦点距離をｆとしたときに、Ｎ回目の走査で用いる第１ミラー面Ｍ１（Ｎ）と第２ミラー面Ｍ２（Ｎ）のミラー対と、Ｍ回目の走査で用いる第１ミラー面Ｍ１（Ｍ）と第２ミラー面Ｍ２（Ｍ）のミラー対とにおいて、ミラーユニットＭＵの回転軸線ＲＯを基準として、第１ミラー面Ｍ１（Ｎ）と第１ミラー面Ｍ１（Ｍ）との角度差、又は第２ミラー面Ｍ２（Ｎ）と第２ミラー面Ｍ２（Ｍ）との角度差をΔθとすると、偏角の過不足を防ぎ、不検出部による検出洩れを効果的に抑制できる。より具体的には、(１)式の値が、ギャップの視野角を表す式に相当する下限値以上であれば、この値分、画素視野をシフトさせることで複数の走査間で画素視野を重ねることが可能になる。又、Δθは2面角の角度差になり、2面角の角度差は出射角差に対し1/2になる。一方、(１)式の値が、センサの視野角を表す式に相当する上限値以下であれば、この値分までに画素視野のシフトを抑えることで、画素視野がシフトしすぎることによる視野抜けを防げる。
　ａｔａｎ（Ｇ／ｆ）≦２Δθ≦ａｔａｎ（Ｓ／ｆ）　　　（１）

　以上の実施形態では、受光光束ＲＢ１の画素視野に対して受光光束ＲＢ２の画素視野を、フォトダイオードＰＤの受光面ＰＬ上でＹ方向に距離Ｇだけシフトさせているが、これに限られない。

　図９は、別な実施形態にかかるレーザーレーダーＬＲの主要部を示す図であるが、投光系は省略している。本実施形態においては、受光系ＲＰＳと第１ミラー面Ｍ１との間に、画素視野シフト装置としての反射鏡ＭＲを配置している。例えば反射鏡ＭＲは、ミラーユニットＭＵの回転に同期して、図９において回転軸線ＲＯに直交する方向に延在する枢軸ＰＶ回りに傾動可能となっている。反射鏡ＭＲは、例えばＭＥＭＳミラーなどからなり、微小角度だけ傾動が可能となっている。本実施形態では、４つの第１ミラー面Ｍ１は回転軸線ＲＯに対する傾き角が等しくなっている。

　受光光束ＲＢが１番目のミラー対で反射したとき、反射鏡ＭＲを第１の角度(実線)に維持し、更に受光光束ＲＢが２番目のミラー対で反射したとき、反射鏡ＭＲを第２の角度(点線)に維持することで、第１の角度の反射鏡ＭＲで反射した受光光束ＲＢ１の画素視野に対して、第２の角度の反射鏡ＭＲで反射した受光光束ＲＢ２の画素視野を、フォトダイオードＰＤの受光面ＰＬ上でＹ方向に距離Ｇだけシフトさせることができる。

　更に、受光光束ＲＢが３番目のミラー対で反射したとき、反射鏡ＭＲを第３の角度に維持するが、第１の角度と第２の角度との差に対して、第２の角度と第３の角度との差を大きくすることで、検出領域をずらすことができる(図４参照)。更に受光光束ＲＢが４番目のミラー対で反射したとき、反射鏡ＭＲを第４の角度に維持することで、第３の角度の反射鏡ＭＲで反射した受光光束ＲＢ１の画素視野に対して、第４の角度の反射鏡ＭＲで反射した受光光束ＲＢ２の画素視野を、フォトダイオードＰＤの受光面ＰＬ上でＹ方向に距離Ｇだけシフトさせることができる。これにより，上述した実施形態と同様な効果を得られる。それ以外の構成は、上述した実施形態と同様である。尚、光学素子としての反射鏡ＭＲの代わりに、レンズＬＳを傾けたり，光軸方向に変位させても良い。

　以下、本発明に好適な実施例について説明する。表１に、実施例の受光系の仕様を示す。

　図６を参照して、ミラーユニットＭＵにおいて回転軸線ＲＯに直交する面に対して、第１ミラー面Ｍ１の傾き角をθ１とし、第２ミラー面Ｍ２の傾き角をθ２としたときに、各ミラー対により得られる反射光束ＲＢの副走査角γ（但し、図６にて時計回りを正とする）を求めた。その結果を表２に示す。

　本発明は、明細書に記載の実施形態や実施例に限定されるものではなく、他の実施形態・実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施形態や実施例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・実施例は、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
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　　　　　　　反射鏡
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
ＰＬ　　　　　　　受光面
ＰＸ　　　　　　　画素
Ｒ　　　　　　　　検出範囲
ＲＢ、ＲＢ１，ＲＢ２　　受光光束
ＲＢｐ　　　　　　検出可能光
ＲＢｉ　　　　　　検出不能光
ＲＯ　　　　　　　回転軸
ＲＰＳ　　　　　　受光系
ＳＢ、ＳＢ１，ＳＢ２　　出射光束
ＳＨ　　　　　　　軸
ＴＲ　　　　　　　透明板
ＷＳ　　　　　　　窓部

Claims

　回転軸に対して傾いた第１ミラー部と第２ミラー部を備えた回転するミラーユニットと、
　光束を出射する光源を含む投光系と、
　対象物からの反射光束を受光する受光素子を含む受光系と、を有する対象物検出装置であって、
　前記光源から出射された出射光束は、前記ミラーユニットの前記第１ミラー部で反射した後、前記第２ミラー部へ向かって進行し、更に前記第２ミラー部で反射され、前記ミラーユニットの回転に応じて前記対象物に対して繰り返し走査されつつ投光され、前記対象物に向かって投光された前記出射光束の反射光束が、前記第２ミラー部で反射し、更に前記第１ミラー部で反射して、前記受光素子に受光されるようになっており、
　対象物検出範囲内における前記出射光束の光軸直交方向断面において、走査方向に対応する方向のサイズは、走査直交方向に対応する方向のサイズより小さくなっており、
　前記反射光束の光軸直交方向断面において、走査方向に対応する方向を第１方向とし、走査直交方向に対応する方向を第２方向としたときに、前記受光素子は、前記反射光束が入射する受光面に前記第２方向に沿って離間して配置された複数の画素を有し、前記画素に応じて前記反射光束内に画素視野が形成され、
　同一の前記対象物からの前記反射光束が入射したときに、Ｎ回目の走査における前記画素視野に対し、Ｍ（Ｍ≠Ｎ）回目の走査における前記画素視野が前記第２方向にシフトし、且つ同一の前記対象物からの前記反射光束を、前記Ｎ回目の走査及び前記Ｍ回目の走査の少なくとも一方において、前記受光素子のいずれかの画素で受光するように、前記反射光束の画素視野をシフトする画素視野シフト装置が設けられている対象物検出装置。
　前記第１ミラー部は、前記回転軸の周囲に配置された複数の第１ミラー面を有し、前記第２ミラー部は、前記回転軸の周囲に配置された複数の第２ミラー面を有し、前記画素視野シフト装置は、前記第１ミラー面と前記第２ミラー面を含み、Ｎ回目の走査で用いる前記第１ミラー面Ｍ１（Ｎ）と前記第２ミラー面Ｍ２（Ｎ）との組み合わせ、及びＭ回目の走査で用いる前記第１ミラー面Ｍ１（Ｍ）と前記第２ミラー面Ｍ２（Ｍ）との組み合わせにおいて、前記ミラーユニットの回転軸線を基準として、前記第１ミラー面Ｍ１（Ｎ）と前記第２ミラー面Ｍ２（Ｎ）との組み合わせの面角度と、前記第１ミラー面Ｍ１（Ｍ）と前記第２ミラー面Ｍ２（Ｍ）との組み合わせの面角度とを異ならせている請求項１に記載の対象物検出装置。
　前記画素は前記第２方向に沿って等間隔で配置されており、前記受光素子の受光面上において、前記第２方向において隣接する前記画素間の距離をＧとし,前記第２方向における前記画素のサイズをＳとし、
　前記ミラーユニットの回転軸線を基準として、前記第１ミラー面Ｍ１（Ｎ）と前記第２ミラー面Ｍ２（Ｎ）による組み合わせの面角度と、前記第１ミラー面Ｍ１（Ｍ）と前記第２ミラー面Ｍ２（Ｍ）による組み合わせの面角度の差をΔθとすると、以下の式を満たす請求項２に記載の対象物検出装置。
　ａｔａｎ（Ｇ／ｆ）≦２Δθ≦ａｔａｎ（Ｓ／ｆ）　　　（１）
但し、ｆは、前記反射光束を前記受光素子に結像させる前記受光系のレンズの焦点距離である。
　前記画素視野シフト装置は、前記受光系の光路内に配置され、前記ミラーユニットの回転に同期して前記反射光束の向きを変更する光学素子を有する請求項１～３のいずれかに記載の対象物検出装置。
　前記第２方向における前記画素のサイズＳは、前記第２方向において隣接する前記画素間の距離Ｇ以上である請求項１～４のいずれかに記載の対象物検出装置。
　前記Ｎ回目の走査における前記反射光束内に前記第２方向に離間して配置された第１１画素視野と第１２画素視野とが形成され、前記Ｍ回目の走査における前記反射光束内に前記第２方向に離間して配置された第２１画素視野と第２２画素視野とが形成されたとき、前記第２方向において、前記第２１画素視野の一部は、前記第１１画素視野及び前記第１２画素視野の少なくとも一方に対して重なっており、前記第２２画素視野の一部は、前記第１１画素視野及び前記第１２画素視野の少なくとも一方に対して重なっている請求項１～５のいずれかに記載の対象物検出装置。