WO2021019902A1 - レーザレーダ - Google Patents

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WO2021019902A1
WO2021019902A1 PCT/JP2020/021728 JP2020021728W WO2021019902A1 WO 2021019902 A1 WO2021019902 A1 WO 2021019902A1 JP 2020021728 W JP2020021728 W JP 2020021728W WO 2021019902 A1 WO2021019902 A1 WO 2021019902A1
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optical
light
laser radar
laser
rotation axis
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加納　康行
哲央 細川
遼 福田
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a laser radar that detects an object using a laser beam.
  • laser radar has been used for security purposes such as detecting intrusion into buildings.
  • a laser radar scans a laser beam in a target region and detects the presence or absence of an object at each scanning position based on the reflected light at each scanning position. Further, the laser radar detects the distance to the object at each scanning position based on the time required from the irradiation timing of the laser light at each scanning position to the receiving timing of the reflected light.
  • Patent Document 1 describes a detection device including a stationary pedestal and a scanning unit that rotates about a rotation axis with respect to the pedestal. It is described that a plurality of detection units are housed in the scanning unit in the circumferential direction of the rotation axis, and the plurality of detection units rotate together with the scanning unit to detect an object using, for example, a laser beam.
  • the detection unit rotates about the rotation axis, so that the range in the circumferential direction about the rotation axis is scanned.
  • the detection unit since there is a limit to expanding the laser beam with a single lens, it is difficult to expand the scanning range in the direction parallel to the rotation axis.
  • an object of the present invention is to provide a laser radar capable of expanding the scanning range in a direction parallel to the rotation axis.
  • the laser radar according to the first aspect of the present invention is arranged on the base member, a drive unit for rotating the base member with respect to the rotation axis, and the base member at predetermined intervals in the circumferential direction about the rotation axis.
  • a plurality of optical units that project laser light in directions away from the rotation axis.
  • the plurality of optical units have different projection directions of the laser beam in directions parallel to the rotation axis.
  • the laser radar when the base member rotates about the rotation axis, the laser beam emitted from each optical unit scans the circumferential range around the rotation axis. At this time, since the projection directions of the laser light in each optical unit are different from each other in the direction parallel to the rotation axis, the range scanned by each laser light is shifted to each other in the direction parallel to the rotation axis. Therefore, the entire range scanned by these laser beams is a wide range in which the scanning ranges of the laser beams that are shifted to each other in the direction parallel to the rotation axis are integrated. Therefore, according to the laser radar according to this aspect, the scanning range in the direction parallel to the rotation axis can be effectively expanded.
  • the laser radar according to the second aspect of the present invention is arranged on the base member, a drive unit that rotates the base member with respect to the rotation axis, and a predetermined interval in the circumferential direction about the rotation axis.
  • a plurality of optical units that project laser light in directions away from the rotation axis.
  • the plurality of optical units have the same projection direction of the laser beam in a direction parallel to the rotation axis.
  • the projection direction of the laser light in each optical unit is the same in the direction parallel to the rotation axis. Therefore, since the detection frequency with respect to the range around the rotation axis can be increased, a high frame rate can be realized without increasing the rotation speed.
  • FIG. 1 is a perspective view for explaining the assembly of the laser radar according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the laser radar in a state in which the assembly of the portion excluding the cover is completed according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the laser radar with the cover attached according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the laser radar according to the embodiment.
  • FIG. 5A is a perspective view showing the configuration of the optical system of the optical unit according to the embodiment.
  • FIG. 5B is a side view showing the configuration of the optical system of the optical unit according to the embodiment.
  • FIG. 5C is a schematic view showing the configuration of the sensor of the photodetector according to the embodiment.
  • FIG. 6A is a top view of the laser radar according to the embodiment when viewed in the negative direction of the Z axis.
  • FIG. 6B is a schematic view showing the projection angle of the projected light of each optical unit when each optical unit is positioned on the positive side of the X-axis of the rotation axis according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a circuit block diagram showing a configuration of a laser radar according to an embodiment.
  • FIG. 8A is a schematic diagram for explaining a light emission angle interval and a light emission time interval according to a comparative example.
  • FIG. 8B is a schematic diagram showing light emission timings of the six optical units according to the passage of time according to the comparative example.
  • FIG. 9 (a) to 9 (f) are diagrams showing positions (angles) of light emitted by the six optical units according to the comparative example.
  • FIG. 10 is a diagram showing a position (angle) at which each optical unit emits light until the six optical units rotate 360 ° according to a comparative example.
  • FIG. 11 is a schematic view showing the arrangement of the optical units when the laser radar is viewed in the negative direction of the Z axis according to the modified example.
  • 12 (a) to 12 (f) are views showing the positions (angles) of the six optical units emitting light according to the modified example.
  • FIG. 13 is a diagram showing a position (angle) at which each optical unit emits light before the six optical units rotate 360 ° according to the modified example.
  • FIG. 10 is a diagram showing a position (angle) at which each optical unit emits light until the six optical units rotate 360 ° according to a comparative example.
  • FIG. 11 is a schematic view showing the arrangement of the optical units when the laser radar is
  • FIG. 14A is a schematic diagram showing six luminous fluxes according to other modified examples.
  • FIG. 14B is a schematic diagram showing a configuration of a photodetector according to another modified example.
  • FIG. 15A is a schematic view showing the configuration of the projection optical system of the optical unit according to other modified examples.
  • FIG. 15B is a schematic view showing six diffracted lights according to other modified examples.
  • FIG. 15C is a schematic view showing the configuration of a photodetector according to another modified example.
  • 16 (a) and 16 (c) are schematic views showing six diffracted lights according to other modified examples.
  • 16 (b) and 16 (d) are schematic views showing the configuration of a photodetector according to other modified examples.
  • FIG. 17A is a schematic view showing the configuration of a laser radar in which 12 optical units are installed according to another modification.
  • FIG. 17B is a schematic view showing a configuration of a laser radar when eight optical units are not arranged at equal intervals according to another modification.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing a configuration of a laser radar according to another modified example.
  • the Z-axis positive direction is the height direction of the laser radar 1.
  • FIG. 1 is a perspective view for explaining the assembly of the laser radar 1.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the laser radar 1 in a state where the assembly of the portion excluding the cover 70 is completed.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the laser radar 1 with the cover 70 attached.
  • the laser radar 1 includes a cylindrical fixing portion 10, a base member 20 rotatably arranged on the fixing portion 10, a disk member 30 installed on the upper surface of the base member 20, and a base.
  • the member 20 and the optical unit 40 installed on the disk member 30 are provided.
  • the base member 20 is installed on the drive shaft 13a of the motor 13 (see FIG. 4) provided in the fixed portion 10.
  • the base member 20 is driven by the drive shaft 13a and rotates about a rotation shaft R10 parallel to the Z-axis direction.
  • the base member 20 has a cylindrical outer shape.
  • the base member 20 is formed with six installation surfaces 21 at equal intervals (60 ° intervals) along the circumferential direction of the rotation axis R10.
  • the installation surface 21 is inclined with respect to a plane (XY plane) perpendicular to the rotation axis R10.
  • the side of the installation surface 21 (the direction away from the rotation axis R10) and the upper side of the installation surface 21 (the Z-axis positive direction) are open.
  • the tilt angles of the six installation surfaces 21 are different from each other. The inclination angles of the six installation surfaces 21 will be described later with reference to FIG. 6B.
  • the disk member 30 is a plate member having a disk-shaped outer shape.
  • six circular holes 31 are formed at equal intervals (60 ° intervals) along the circumferential direction of the rotation axis R10.
  • the hole 31 penetrates the disk member 30 in the direction of the rotation axis R10 (Z-axis direction).
  • the disk member 30 is installed on the upper surface of the base member 20 so that the six holes 31 are positioned above the six installation surfaces 21 of the base member 20, respectively.
  • the optical unit 40 includes a structure 41 and a mirror 42.
  • the structure 41 includes two holding members 41a and 41b, a light shielding member 41c, and two substrates 41d and 41e.
  • the holding members 41a and 41b and the light-shielding member 41c hold each part of the optical system included in the structure 41.
  • the holding member 41b is installed above the holding member 41a.
  • the light-shielding member 41c is held by the holding member 41a.
  • the substrates 41d and 41e are installed on the upper surfaces of the holding members 41a and 41b, respectively.
  • the structure 41 emits laser light in the downward direction (negative direction on the Z axis) and receives the laser light from below.
  • the optical system included in the structure 41 will be described later with reference to FIGS. 4 and 5 (a) to 5 (c).
  • the structure 41 of the optical unit 40 is installed on the surface 31a around the hole 31 from the upper side of the hole 31 with respect to the structure composed of the fixing portion 10, the base member 20, and the disk member 30. Ru.
  • the six optical units 40 are arranged at equal intervals (60 ° intervals) along the circumferential direction of the rotation axis R10.
  • the mirror 42 of the optical unit 40 is installed on the installation surface 21.
  • the mirror 42 is a plate member in which the surface installed on the installation surface 21 and the reflection surface 42a on the opposite side of the installation surface 21 are parallel to each other.
  • the surface 31a for installing the structure 41 and the installation surface 21 for installing the mirror 42 located below the surface 31a provide an installation area for installing one optical unit 40. It is composed. In the present embodiment, six installation areas are provided, and the optical unit 40 is installed in each installation area.
  • the substrate 50 is installed on the upper surface of the six optical units 40.
  • the assembly of the rotating portion 60 including the base member 20, the disk member 30, the six optical units 40, and the substrate 50 is completed.
  • the rotating portion 60 rotates with the rotating shaft R10 as the center of rotation by driving the drive shaft 13a (see FIG. 4) of the motor 13 of the fixed portion 10.
  • a cylindrical cover 70 covering the upper side and the side of the rotating portion 60 is installed with respect to the outer peripheral portion of the fixing portion 10.
  • An opening is formed at the lower end of the cover 70, and the inside of the cover 70 is hollow.
  • the cover 70 is made of a material that transmits laser light.
  • the cover 70 is made of, for example, polycarbonate. In this way, the assembly of the laser radar 1 is completed.
  • the laser light (projected light) is emitted from the laser light source 110 (see FIG. 4) of the structure 41 in the negative direction of the Z axis.
  • the projected light is reflected by the mirror 42 in a direction away from the rotation axis R10.
  • the projected light reflected by the mirror 42 passes through the cover 70 and is emitted to the outside of the laser radar 1.
  • the projected light is emitted from the cover 70 radially with respect to the rotation axis R10 and is projected toward the scanning region located around the laser radar 1.
  • the projected light (reflected light) reflected by the object existing in the scanning region is incident on the cover 70 and taken into the inside of the laser radar 1 as shown by the broken line in FIG.
  • the reflected light is reflected by the mirror 42 and received by the photodetector 150 (see FIG. 4) of the structure 41.
  • the rotating unit 60 shown in FIG. 2 rotates about the rotation axis R10.
  • the optical axis of the projected light from the laser radar 1 toward the scanning region rotates about the rotation axis R10.
  • the scanning area also rotates.
  • the laser radar 1 determines whether or not an object exists in the scanning region based on the presence or absence of light reception of reflected light. Further, the laser radar 1 is a distance to an object existing in the scanning region based on a time difference (time of flight) between the timing of projecting the projected light on the scanning region and the timing of receiving the reflected light from the scanning region. To measure. When the rotating unit 60 rotates around the rotation axis R10, the laser radar 1 can detect an object existing in almost the entire range of 360 ° around.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the laser radar 1.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of the laser radar 1 shown in FIG. 3 when it is cut at the center position in the Y-axis direction by a plane parallel to the XX plane.
  • the luminous flux of the laser beam (projected light) emitted from the laser light source 110 of the optical unit 40 and directed toward the scanning region is shown by a single point chain line, and the luminous flux of the laser beam (reflected light) reflected from the scanning region is shown. It is shown by a broken line.
  • the positions of the laser light source 110 and the collimator lens 120 are shown by dotted lines.
  • the fixing portion 10 includes a columnar support base 11, a bottom plate 12, a motor 13, a substrate 14, a non-contact power feeding unit 211, and a non-contact communication unit 212.
  • the support base 11 is made of, for example, resin.
  • the lower surface of the support base 11 is closed with a circular dish-shaped bottom plate 12.
  • a hole 11a is formed in the center of the upper surface of the support base 11 so as to penetrate the upper surface of the support base 11 in the Z-axis direction.
  • the upper surface of the motor 13 is installed around the hole 11a on the inner surface of the support base 11.
  • the motor 13 includes a drive shaft 13a extending in the positive direction of the Z axis, and rotates the drive shaft 13a around the rotation shaft R10.
  • a non-contact power feeding unit 211 is installed around the hole 11a on the outer surface of the support base 11 along the circumferential direction of the rotation shaft R10.
  • the non-contact power feeding unit 211 is composed of a coil capable of supplying power to and from the non-contact power feeding unit 171 described later.
  • a non-contact communication unit 212 is installed around the non-contact power supply unit 211 on the outer surface of the support base 11 along the circumferential direction of the rotation shaft R10.
  • the non-contact communication unit 212 is composed of a substrate on which electrodes and the like capable of wireless communication with the non-contact communication unit 172, which will be described later, are arranged.
  • a control unit 201 and a power supply circuit 202 are installed on the board 14.
  • the motor 13, the non-contact power feeding unit 211, and the non-contact communication unit 212 are electrically connected to the substrate 14.
  • a hole 22 that penetrates the base member 20 in the Z-axis direction is formed in the center of the base member 20.
  • the base member 20 is rotatably supported by the fixing portion 10 with respect to the rotation shaft R10.
  • a non-contact feeding portion 171 is installed around the hole 22 on the lower surface side of the base member 20 along the circumferential direction of the rotating shaft R10.
  • the non-contact power feeding unit 171 is composed of a coil capable of supplying power to and from the non-contact power feeding unit 211 of the fixed unit 10.
  • a non-contact communication unit 172 is installed around the non-contact power supply unit 171 on the lower surface side of the base member 20 along the circumferential direction of the rotation shaft R10.
  • the non-contact communication unit 172 is composed of a substrate on which electrodes and the like capable of wireless communication with the non-contact communication unit 212 of the fixed unit 10 are arranged.
  • six installation surfaces 21 are formed on the base member 20 along the circumferential direction of the rotation axis R10, and mirrors 42 are installed on each of the six installation surfaces 21.
  • a disk member 30 is installed on the upper surface of the base member 20.
  • the optical unit 40 is installed on the upper surface of the disk member 30 so that the hole 31 of the disk member 30 and the opening formed on the lower surface of the holding member 41a coincide with each other.
  • the structure 41 of the optical unit 40 includes a laser light source 110, a collimator lens 120, a condenser lens 130, a filter 140, and a photodetector 150 as an optical system configuration.
  • the holding members 41a and 41b and the light-shielding member 41c are formed with holes penetrating in the Z-axis direction.
  • the light-shielding member 41c is a tubular member.
  • the laser light source 110 is installed on a substrate 41d installed on the upper surface of the holding member 41a, and the emission end surface of the laser light source 110 is positioned inside a hole formed in the light-shielding member 41c.
  • the collimator lens 120 is positioned inside a hole formed in the light-shielding member 41c, and is installed on the side wall of the hole.
  • the condenser lens 130 is held in a hole formed in the holding member 41a.
  • the filter 140 is held in a hole formed in the holding member 41b.
  • the photodetector 150 is installed on the substrate 41e installed on the upper surface of the holding member 41b.
  • a control unit 101 and a power supply circuit 102 are installed on the board 50.
  • the six substrates 41d, the six substrates 41e, the non-contact power feeding unit 171 and the non-contact communication unit 172 are electrically connected to the substrate 50.
  • the laser light source 110 emits a laser beam (projected light) having a predetermined wavelength.
  • the emission light axis of the laser light source 110 is parallel to the Z axis.
  • the collimator lens 120 converges the projected light emitted from the laser light source 110.
  • the collimator lens 120 is composed of, for example, an aspherical lens.
  • the projected light converged by the collimator lens 120 is incident on the mirror 42.
  • the projected light incident on the mirror 42 is reflected by the mirror 42 in a direction away from the rotation axis R10. After that, the projected light passes through the cover 70 and is projected onto the scanning area.
  • the projected light projected on the scanning area is reflected by the object.
  • the projected light (reflected light) reflected by the object passes through the cover 70 and is guided to the mirror 42. After that, the reflected light is reflected by the mirror 42 in the positive direction of the Z axis.
  • the condenser lens 130 converges the reflected light reflected by the mirror 42.
  • the filter 140 is configured to transmit light in the wavelength band of the projected light emitted from the laser light source 110 and block light in other wavelength bands.
  • the reflected light transmitted through the filter 140 is guided to the photodetector 150.
  • the photodetector 150 receives the reflected light and outputs a detection signal according to the amount of the received light.
  • the photodetector 150 is, for example, an avalanche photodiode.
  • FIG. 5A is a perspective view showing the configuration of the optical system of the optical unit 40.
  • FIG. 5B is a side view showing the configuration of the optical system of the optical unit 40.
  • FIG. 5C is a schematic view showing the configuration of the sensor 151 of the photodetector 150.
  • FIGS. 5A to 5C show an optical unit 40 and a photodetector 150 located on the positive side of the X-axis of the rotation axis R10 in FIG.
  • FIGS. 5A to 5C for convenience, the optical unit 40 and the photodetector 150 located on the positive side of the X-axis of the rotation axis R10 are shown, but the other optical units 40 have the same configuration. is there.
  • the laser light source 110 is a surface emitting type laser light source whose light emitting surface is longer in the X-axis direction than in the Y-axis direction.
  • the collimator lens 120 is configured so that the curvature in the X-axis direction and the curvature in the Y-axis direction are equal to each other, and the laser light source 110 is located closer to the collimator lens 120 than the focal length of the collimator lens 120. is set up.
  • the projected light reflected by the mirror 42 is projected onto the projection region in a slightly diffused state.
  • the luminous flux of the projected light reflected by the mirror 42 has a longer length in the direction parallel to the rotation axis R10 (Z-axis direction) than the length in the Y-axis direction.
  • the reflected light from the scanning region is reflected by the mirror 42 in the positive direction of the Z axis and then incidents on the condenser lens 130.
  • the optical axis A1 of the projection optical system (laser light source 110 and collimator lens 120) for projecting the projected light and the optical axis A2 of the light receiving optical system (condensing lens 130) for receiving the reflected light are both Z. It is parallel to the axial direction and is separated by a predetermined distance in the circumferential direction of the rotation axis R10.
  • the condenser lens 130 since the optical axis A1 of the projection optical system is included in the effective diameter of the condenser lens 130, the condenser lens 130 has an opening 131 for passing the optical axis A1 of the projection optical system. It is formed.
  • the opening 131 is formed outside the center of the condenser lens 130, and is a notch that penetrates the condenser lens 130 in the Z-axis direction.
  • the light-shielding member 41c shown in FIG. 4 covers the optical axis A1 of the projection optical system and extends from the position of the laser light source 110 to the lower end of the opening 131. Further, the light-shielding member 41c is fitted in the opening 131. As a result, it is possible to prevent the laser light emitted from the laser light source 110 from being applied to the condenser lens 130.
  • the rotating portion 60 is rotated clockwise around the rotating axis R10 when viewed in the negative direction of the Z axis.
  • each part of the optical unit 40 located on the X-axis positive side of the rotation axis R10 shown in FIG. 5A is rotated in the Y-axis positive direction.
  • the optical axis A2 of the light receiving optical system is located behind the optical axis A1 of the projection optical system in the rotation direction of the rotating portion 60.
  • the projected light incident on the mirror 42 is reflected in the direction corresponding to the angle ⁇ with respect to the XY plane of the reflecting surface 42a of the mirror 42.
  • the laser radar 1 includes six optical units 40, and the inclination angle of the installation surface 21 on which the mirror 42 of each optical unit 40 is installed with respect to the plane (XY plane) perpendicular to the rotation axis R10. Are different from each other. Therefore, the inclination angles of the reflecting surfaces 42a of the six mirrors 42 installed on the six installation surfaces 21 are also different from each other. Therefore, the projected light reflected by each mirror 42 is projected to different scanning positions in the direction parallel to the rotation axis R10 (Z-axis direction).
  • the photodetector 150 includes six sensors 151 on the negative side surface of the Z axis.
  • the six sensors 151 are arranged adjacent to each other in a row in the X-axis direction.
  • the arrangement direction of the six sensors 151 corresponds to the Z-axis direction (direction parallel to the rotation axis R10) of the scanning range. That is, the six sensors 151 are incident with the reflected light from each of the divided regions whose scanning range is divided into six in the Z-axis direction. Therefore, the detection signal from each sensor 151 can detect an object existing in each divided region.
  • the resolution of object detection in the scanning range in the Z-axis direction is increased.
  • FIG. 6A is a top view of the laser radar 1 when viewed in the negative direction of the Z axis.
  • the cover 70, the substrate 50, the holding member 41b, and the substrates 41d and 41e are omitted for convenience.
  • the six optical units 40 rotate around the rotation axis R10 as the center of rotation. At this time, the six optical units 40 project projected light in a direction away from the rotation axis R10 (radially when viewed in the Z-axis direction). The six optical units 40 project the projected light onto the scanning region while rotating at a predetermined speed, and receive the reflected light from the scanning region. As a result, the object is detected over the entire circumference (360 °) of the laser radar 1.
  • FIG. 6B is a schematic view showing the projection angle of the projected light of each optical unit 40 when each optical unit 40 is positioned on the positive side of the X axis of the rotation axis R10.
  • the installation angles of the six mirrors 42 are different from each other.
  • the angles of the luminous fluxes L1 to L6 of the projected light emitted from each of the six optical units 40 are also different from each other.
  • the optical axes of the six luminous fluxes L1 to L6 are indicated by alternate long and short dash lines.
  • the angles ⁇ 0 to ⁇ 6 indicating the angle range of the luminous fluxes L1 to L6 are angles with respect to a direction parallel to the rotation axis R10 (Z-axis direction).
  • the angles ⁇ 0 to ⁇ 6 are set so that the adjacent light fluxes are substantially adjacent to each other.
  • the distribution ranges of the luminous fluxes L1, L2, L3, L4, L5, and L6 are angles ⁇ 0 to ⁇ 1, angles ⁇ 1 to ⁇ 2, angles ⁇ 2 to ⁇ 3, angles ⁇ 3 to ⁇ 4, angles ⁇ 4 to ⁇ 5, and angles ⁇ 5 to ⁇ 6, respectively. Is.
  • the projected light from each optical unit 40 is projected to the scanning positions adjacent to each other in the direction parallel to the rotation axis R10 (Z-axis direction).
  • FIG. 7 is a circuit block diagram showing the configuration of the laser radar 1.
  • the laser radar 1 has a control unit 101, a power supply circuit 102, a drive circuit 161 and a processing circuit 162, a non-contact power supply unit 171 and a non-contact communication unit 172, and a control unit 201 as a circuit unit configuration. It includes a power supply circuit 202, a non-contact power feeding unit 211, and a non-contact communication unit 212.
  • the control unit 101, the power supply circuit 102, the drive circuit 161, the processing circuit 162, the non-contact power feeding unit 171 and the non-contact communication unit 172 are arranged in the rotating unit 60.
  • the control unit 201, the power supply circuit 202, the non-contact power feeding unit 211, and the non-contact communication unit 212 are arranged in the fixed unit 10.
  • the power supply circuit 202 is connected to an external power supply, and power is supplied to each part of the fixed portion 10 from the external power supply via the power supply circuit 202.
  • the electric power supplied to the non-contact power feeding unit 211 is supplied to the non-contact power feeding unit 171 in accordance with the rotation of the rotating unit 60.
  • the power supply circuit 102 is connected to the non-contact power supply unit 171, and power is supplied to each part of the rotating unit 60 from the non-contact power supply unit 171 via the power supply circuit 102.
  • the control units 101 and 201 include an arithmetic processing circuit and a memory, and are composed of, for example, an FPGA or an MPU.
  • the control unit 101 controls each part of the rotating unit 60 according to a predetermined program stored in the memory, and the control unit 201 controls each part of the fixing unit 10 according to a predetermined program stored in the memory.
  • the control unit 101 and the control unit 201 are communicably connected via the non-contact communication units 172 and 212.
  • the control unit 201 is connected so as to be able to communicate with the external system.
  • External systems include, for example, intrusion detection systems, cars, robots and the like.
  • the control unit 201 drives each unit of the fixed unit 10 in response to control from the external system, and transmits a drive instruction to the control unit 101 via the non-contact communication units 212 and 172.
  • the control unit 101 drives each unit of the rotating unit 60 in response to a drive instruction from the control unit 201, and transmits a detection signal to the control unit 201 via the non-contact communication units 172 and 212.
  • the drive circuit 161 and the processing circuit 162 are provided in each of the six optical units 40.
  • the drive circuit 161 drives the laser light source 110 in response to control from the control unit 101.
  • the processing circuit 162 performs processing such as amplification and noise removal on the detection signal input from the sensor 151 of the photodetector 150, and outputs the detection signal to the control unit 101.
  • the control unit 201 controls the motor 13 to rotate the rotating unit 60 at a predetermined rotation speed, and controls the six drive circuits 161 to emit laser light at predetermined timings and at predetermined rotation angles. (Projected light) is emitted from the laser light source 110. As a result, the projected light is projected from the rotating unit 60 to the scanning region, and the reflected light is received by the sensor 151 of the photodetector 150 of the rotating unit 60.
  • the control unit 201 determines whether or not an object exists in the scanning region based on the detection signal output from the sensor 151. Further, the control unit 201 measures the distance to the object existing in the scanning region based on the time difference (time of flight) between the timing of projecting the projected light and the timing of receiving the reflected light from the scanning region. ..
  • each optical unit 40 scans the circumferential range around the rotation axis R10. To.
  • the projection directions of the projected light in each optical unit 40 are different from each other in the direction parallel to the rotation axis R10 (Z-axis direction)
  • the light is scanned by each projected light.
  • the ranges are shifted to each other in the direction parallel to the rotation axis R10. Therefore, the entire range scanned by these projected lights is a wide range in which the scanning ranges of the laser beams that are shifted to each other in the direction parallel to the rotation axis R10 are integrated.
  • the scanning range in the direction parallel to the rotation axis R10 can be effectively expanded. Further, when the scanning range in the direction parallel to the rotation axis R10 is widened in this way, the object can be detected in the wide scanning range parallel to the rotation axis R10.
  • the optical unit 40 includes a laser light source 110 and a mirror 42 that bends the optical axis of the laser light source 110. Further, as shown in FIG. 6B, the bending angle of the optical axis by the mirror 42 is different for each optical unit 40. As a result, the projection direction of the projected light projected from each optical unit 40 can be adjusted only by adjusting the installation angle of the mirror 42.
  • the mirror 42 as the optical element for bending the optical axis of the laser light source 110 in this way, the attenuation of the projected light emitted from the structure 41 can be suppressed, and the power of the projected light projected on the scanning range can be suppressed. Can be secured.
  • the base member 20 is formed with six installation surfaces 21 for installing the mirror 42 in the installation area where the six optical units 40 are installed. Further, the inclination angles of the six installation surfaces 21 with respect to the plane (XY plane) perpendicular to the optical axis of the laser light source 110 are different for each installation area of the optical unit 40. As a result, the mirror 42 can be installed on the base member 20 at a desired inclination angle simply by installing the mirror 42 on each installation surface 21. Therefore, the projection direction of the projected light projected from each optical unit 40 can be easily adjusted.
  • the laser light source 110 is a surface emitting type laser light source having a long light emitting surface in one direction.
  • each optical unit 40 includes a collimator lens 120 to which a laser beam (projected light) emitted from a laser light source 110 is incident.
  • the laser light source 110 is installed so that the longitudinal direction of the light emitting surface of the laser light source 110 is parallel to the rotation axis R10 (Z-axis direction) when the projected light is projected. As a result, the projected light projected from the optical unit 40 can be smoothly spread in the direction parallel to the rotation axis R10 (Z-axis direction).
  • the photodetector 150 includes six sensors 151 divided in a direction (X-axis direction) corresponding to a direction parallel to the rotation axis R10 (Z-axis direction). As a result, each sensor 151 can receive the reflected light from each position of the scanning region in the direction parallel to the rotation axis R10. Therefore, the state of each position in the scanning region can be detected by the output signal from each sensor 151.
  • the optical axis A1 of the projection optical system (laser light source 110 and collimator lens 120) for projecting the projected light and the reflected light for receiving the reflected light.
  • the optical axis A2 of the light receiving optical system (condensing lens 130) is parallel to each other.
  • the condenser lens 130 is provided with an opening 131 for passing the optical axis A1 of the projection optical system.
  • the optical axis A1 and the optical axis A2 can be brought close to each other, so that the optical unit 40 can be compactly configured while ensuring a wide effective diameter of the condenser lens 130.
  • the optical axis A1 and the optical axis A2 can be brought close to each other, the reflected light of the projected light projected from the optical unit 40 can be easily received by the photodetector 150.
  • the light-shielding member 41c covers the periphery of the optical axis A1 of the projection optical system and extends from the position of the laser light source 110 to the lower end of the opening 131. Further, the light-shielding member 41c is fitted in the opening 131.
  • the optical axis A1 of the projection optical system and the optical axis A2 of the light receiving optical system are aligned in the circumferential direction of the rotation axis R10, and the optical axis A2 of the light receiving optical system projects. It is located behind the optical axis A1 of the optical system in the rotation direction of the rotating portion 60.
  • the optical axis A2 of the light receiving optical system approaches the position of the optical axis A1 of the projection optical system at the timing when the laser light is projected in the flying time from the projection of the laser beam to the reception of the laser light. Therefore, the reflected light can be better received by the light receiving optical system.
  • the six optical units 40 are evenly divided at each angle position.
  • the six optical units 40 are evenly divided at each angle position.
  • the six optical units 40 it is possible to control the six optical units 40 to emit light at the same time.
  • control is performed so that the six optical units 40 simultaneously emit light every time for the rotating unit 60 to rotate by an angle (for example, 1 °) obtained by dividing the entire circumference evenly. Is done.
  • the projected light can be projected from the subsequent optical unit 40.
  • the projection positions of the projected light in each optical unit 40 can be aligned in the circumferential direction.
  • the detection position of the object by each projected light can be aligned in the circumferential direction.
  • the distance image can be smoothly generated.
  • each optical unit 40 emits light at different timings.
  • a configuration is used for aligning the projection positions of the projected light in each optical unit 40 in the circumferential direction while causing each optical unit 40 to emit light at different timings.
  • the six optical units 40 are sequentially emitted at equal intervals while rotating the rotating portion 60 at a constant angular velocity. Then, the deviation of the light emitting position (light emitting angle with respect to the reference angular position) in the circumferential direction of the six optical units 40 will be described below with reference to FIGS. 8A to 10A.
  • FIG. 8A is a schematic diagram for explaining the light emission angle interval and the light emission time interval.
  • the six optical units 40 are referred to as optical units U1, U2, U3, U4, U5, and U6 for convenience.
  • the optical units U1 to U6 are arranged at intervals of 60 ° along the circumferential direction of the rotation axis R10.
  • the position on the positive side of the X axis of the rotation axis R10 is 0 ° (reference angle position), clockwise from 0 ° is a positive angle, and counterclockwise from 0 ° is negative. Let it be an angle.
  • the six optical units U1 to U6 rotate clockwise at a constant angular velocity ⁇ (deg / sec).
  • the optical unit U1 at the position of 0 ° at the time T1 rotates to the position of the angle d (deg) at the time T2, and during this period, the six optical units U1 to U6 emit light in order at equal time intervals.
  • the angle at which the six optical units U1 to U6 rotate while being sequentially emitted is referred to as an emission angle interval d.
  • the time required for the optical units U1 to U6 to rotate by the light emission angle interval d is referred to as a light emission time interval Ti.
  • the emission time interval Ti can be represented by d / ⁇ .
  • FIG. 8B is a schematic diagram showing the light emission timings of the six optical units U1 to U6 according to the passage of time.
  • the horizontal axis indicates time, and the circles on the number line indicate the light emission timing.
  • the optical units U2 to U6 emit light in order until the light emission time interval Ti elapses and reaches time T2.
  • the light emission interval of each optical unit is referred to as an adjacent light emission time interval A.
  • the adjacent emission time interval A is obtained by dividing the emission time interval Ti by the number of optical units (6 in this example), and can be represented by Ti / 6.
  • FIGS. 9 (a) to 9 (f) are diagrams showing the positions (angles) of the six optical units U1 to U6 emitting light.
  • the horizontal axis indicates the angle (deg)
  • the solid line circle on the number line indicates the position (angle) of the optical unit at the time of light emission
  • the broken line circle on the number line indicates the position (angle). It shows the position (angle) of the optical unit that does not emit light.
  • the optical units U2 to U6 are at ⁇ 60 °, ⁇ 120 °, ⁇ 180 °, ⁇ 240 °, and ⁇ 300 °, respectively. In position.
  • the time from when the optical unit U1 emits light to when the optical unit U2 emits light is the adjacent light emission time interval A, as shown in FIG. 8 (b). Since the optical units U1 to U6 continue to rotate at the angular velocity ⁇ , the optical units U1 to U6 rotate by the angle ⁇ until the adjacent light emission time interval A elapses.
  • the angle ⁇ can be represented by A ⁇ or d / 6. Therefore, as shown in FIG. 9B, the optical unit U2 emits light at a position advanced by an angle ⁇ from the position of FIG. 9A. At this time, the optical units U1 and U3 to U6 are also at positions advanced by an angle ⁇ from the position shown in FIG. 9A.
  • the optical units U1 to U6 rotate by an angle ⁇ between the time when the optical unit U2 emits light and the time when the adjacent light emission time interval A elapses. Therefore, as shown in FIG. 9C, the optical unit U3 emits light at a position advanced by an angle 2 ⁇ from the position shown in FIG. 9A (a position advanced by an angle ⁇ from the position shown in FIG. 9B). ..
  • the optical unit U4 emits light at a position advanced by an angle of 3 ⁇ from the state of FIG. 9A (a position advanced by an angle ⁇ from the position of FIG. 9C).
  • the optical unit U5 emits light at a position advanced by an angle 4 ⁇ from the state of FIG. 9A (a position advanced by an angle ⁇ from the position of FIG. 9D).
  • the optical unit U6 emits light at a position advanced by an angle of 5 ⁇ from the state of FIG. 9A (a position advanced by an angle ⁇ from the position of FIG. 9E).
  • FIG. 10 is a diagram showing a position (angle) at which each optical unit emits light during the period until the six optical units U1 to U6 rotate 360 °.
  • the horizontal axis indicates an angle (deg)
  • the solid circle on the number line indicates the position (angle) of the optical unit at the time of light emission.
  • the light emission of the six optical units U1 to U6 (light emission of one frame) performed while rotating by the light emission angle interval d (while the light emission time interval Ti elapses) is repeated, and the six optical units U1 to U6 are 360 °.
  • the light emitting positions (light emitting angles) of the six optical units U1 to U6 are displaced in the horizontal direction (circumferential direction) as shown in FIG.
  • the six optical units U1 to U6 rotate around the rotation axis R10 at a constant angular velocity, and the six optical units U1 to U6
  • the emission angles light receiving angles
  • the generated image will be distorted when the distance image is generated as described above based on the detection signals output from the six optical units U1 to U6. Therefore, further processing for correcting this distortion is required.
  • the arrangement of the six optical units U1 to U6 is changed from equal intervals in order to reduce the deviation of the emission angles of the six optical units U1 to U6.
  • FIG. 11 is a schematic view showing the arrangement of the optical units U1 to U6 according to this modified example.
  • the optical unit U1 is arranged at a position of 0 °.
  • the optical unit U2 is arranged in the negative rotation direction with a distance of 60 ° + ⁇ from the optical unit U1.
  • the optical unit U3 is arranged in the negative rotation direction with a distance of 60 ° + ⁇ from the optical unit U2.
  • the optical unit U4 is arranged in the negative rotation direction with a distance of 60 ° + ⁇ from the optical unit U3.
  • the optical unit U5 is arranged in the negative rotation direction with a distance of 60 ° + ⁇ from the optical unit U4.
  • the optical unit U6 is arranged in the negative rotation direction with a distance of 60 ° + ⁇ from the optical unit U5. As a result, the distance between the optical unit U1 and the optical unit U6 becomes 60 ° -5 ⁇ .
  • 12 (a) to 12 (f) are diagrams showing the positions (angles) at which the six optical units U1 to U6 according to this modified example emit light.
  • the optical units U2 to U6 are ⁇ 60 ° ⁇ , ⁇ 120 ° -2 ⁇ , ⁇ 180 ° -3 ⁇ , and ⁇ 240, respectively. It is located at ° -4 ⁇ and ⁇ 300 ° -5 ⁇ .
  • the optical units U1 to U6 rotate by an angle ⁇ between the time when the optical unit U1 emits light and the time when the adjacent light emission time interval A elapses. Therefore, as shown in FIG. 12B, the optical unit U2 emits light at a position of ⁇ 60 °. At this time, the optical units U1 and U3 to U6 are located at positions advanced by an angle ⁇ from the position shown in FIG. 12A, and the optical units U3 are positioned at ⁇ 120 ° ⁇ .
  • the optical unit U3 emits light at a position of ⁇ 120 °.
  • the optical unit U4 emits light at a position of ⁇ 180 °.
  • the optical unit U5 emits light at a position of ⁇ 240 °.
  • the optical unit U6 emits light at a position of ⁇ 300 °.
  • the optical units U1 to U6 are rotated by the light emission angle interval d from the state of FIG. 12 (a), and the light emission time interval Ti elapses. become. Then, in the same manner as in FIGS. 12A to 12F, the light emission of the optical units U1 to U6 is repeated.
  • FIG. 13 is a diagram showing a position (angle) at which each optical unit emits light during the period until the six optical units U1 to U6 rotate 360 ° according to this modified example.
  • the light emission of the six optical units U1 to U6 (light emission of one frame) performed while rotating by the light emission angle interval d (while the light emission time interval Ti elapses) is repeated, and the six optical units U1 to U6 are 360 °.
  • the light emitting positions (light emitting angles) of the six optical units U1 to U6 are aligned in the horizontal direction (circumferential direction) as shown in FIG.
  • the six optical units U1 to U6 project the laser light at different times. Then, the installation position of each optical unit with respect to the base member 20 is set to a position displaced by a predetermined angle from a position uniform in the circumferential direction so that each optical unit projects a laser beam at a uniform angle position in the circumferential direction. Has been done.
  • the six optical units U1 to U6 rotate around the rotation axis R10 at a constant angular velocity ⁇ , and the six optical units U1 to U6 emit light at equal time intervals (adjacent emission time intervals A).
  • the optical units U1 to U6 are arranged as shown in FIG. As a result, the emission angles (light receiving angles) of the six optical units U1 to U6 can be made uniform. Therefore, even when the distance image is generated as described above based on the detection signals output from the six optical units U1 to U6, the distortion of the generated image can be suppressed.
  • the configuration of the laser radar 1 can be changed in various ways in addition to the configuration shown in the above embodiment.
  • the photodetector 150 is divided into six sensors 151 in a direction (radial direction of a circle centered on the rotation axis R10) corresponding to a direction parallel to the rotation axis R10 (Z-axis direction).
  • the number of sensors 151 arranged in the photodetector 150 is not limited to this.
  • the photodetector 150 may be provided with 2 to 5 sensors, or may be provided with 7 or more sensors. As the number of sensors arranged in the photodetector 150 is increased, the resolution of object detection in the direction parallel to the rotation axis R10 can be increased.
  • the photodetector 150 does not necessarily have to include a plurality of sensors, and may include one sensor 152 which is long in the radial direction of the rotation axis R10.
  • FIG. 14 (a) is a schematic diagram showing the six luminous fluxes L1 to L6 according to this modified example
  • FIG. 14 (b) is a schematic diagram showing the configuration of the photodetector 150 according to this modified example.
  • FIG. 14B shows a photodetector 150 when the optical unit 40 is positioned on the positive side of the X-axis of the rotation axis R10.
  • a long scanning range is provided in the direction parallel to the rotation axis R10 (Z-axis direction) corresponding to the luminous fluxes L1 to L6, respectively, as in the above embodiment. It is scanned. Since the reflected light from the scanning range corresponding to each luminous flux is long in the Z-axis direction as in the above embodiment, it is long in the X-axis direction on the light receiving surface of the photodetector 150.
  • the length of the sensor 152 shown in FIG. 14B in the X-axis direction is set in the same manner as the total length of the plurality of sensors 151 of the above embodiment in the X-axis direction.
  • the reflected light from each scanning range is received by one sensor 152. Therefore, although the resolution of the photodetector 150 corresponding to the Z-axis direction of each scanning range is lower than that of the above embodiment, the configuration of the photodetector 150 can be simplified. Further, also in this modification, the width of the entire scanning range in the Z-axis direction can be widened as in the above embodiment.
  • the laser light source 110 is a surface emitting type laser light source having a long light emitting surface in one direction, but the present invention is not limited to this, and an end surface emitting type laser light source may be used.
  • FIG. 14 (c) is a diagram showing the luminous fluxes L1 to L6 according to this modified example
  • FIG. 14 (d) is a schematic diagram showing the configuration of the photodetector 150 according to this modified example.
  • the length of the luminous flux L1 to L6 in the direction parallel to the rotation axis R10 (Z-axis direction) is shorter than that of the above embodiment.
  • the luminous fluxes L1 to L6 are predetermined including the angles ( ⁇ 0 + ⁇ 1) / 2, ( ⁇ 1 + ⁇ 2) / 2, ( ⁇ 2 + ⁇ 3) / 2, ( ⁇ 3 + ⁇ 4) / 2, ( ⁇ 4 + ⁇ 5) / 2, and ( ⁇ 5 + ⁇ 6) / 2, respectively. It is distributed only in the angular range of.
  • the reflected light from each scanning range is shorter in the Z-axis direction than in the above embodiment, and thus is shorter in the X-axis direction on the light receiving surface of the photodetector 150. Therefore, as shown in FIG. 14 (d), the photodetector 150 of this modification includes one sensor 153 that is substantially circular, and the reflected light from each scanning range is received by the sensor 153.
  • the width of the entire scanning range in the Z-axis direction can be widened as in the above embodiment.
  • the number of sensors 153 does not necessarily have to be one, and a plurality of sensors divided in the X-axis direction may be arranged in the photodetector 150. As a result, the resolution of object detection can be improved.
  • the projected light is directed to the scanning region by the mirror 42, but a spectroscopic element that disperses the projected light in the direction parallel to the rotation axis R10 may be further arranged.
  • a diffraction grating is used as the spectroscopic element.
  • FIG. 15A is a schematic view showing the configuration of the projection optical system of the optical unit 40 according to this modified example. In FIG. 15A, only the optical axis of the projected light is shown for convenience.
  • the optical unit 40 of this modified example includes a diffraction grating 180 between the collimator lens 120 and the mirror 42 as compared with the above embodiment.
  • the diffraction grating 180 is installed inside a hole formed in the light-shielding member 41c.
  • the diffraction grating 180 is, for example, a step-type diffraction grating, and the diffraction efficiency is adjusted so that the amounts of the 0th-order diffraction light, the + 1st-order diffraction light, and the -1st-order diffraction light are substantially the same.
  • the projected light incident on the diffraction grating 180 from the collimator lens 120 is the 0th-order diffracted light in the radial direction (X-axis direction in FIG. 15A) centered on the rotation axis R10 due to the diffraction action of the diffraction grating 180. It is split into folding light and -1st order diffracted light.
  • the projection range of the projected light is expanded in the direction parallel to the rotation axis R10 as compared with the above embodiment. Therefore, in order to obtain a scanning range similar to that of the above embodiment, it is not always necessary to arrange the six optical units 40, and by adjusting the diffraction angle of the diffraction grating 180, for example, two optical units 40 Only may be arranged on the base member 20.
  • FIG. 15 (b) is a schematic view showing a total of six diffracted light projection states that occur when two optical units 40 are arranged in this modified example, and FIG. 15 (c) shows this modified example. It is a schematic diagram which shows the structure of the said light detector 150.
  • the tilt angle of the mirror 42 of the optical unit U1 and the tilt angle of the mirror 42 of the optical unit U2 are different from each other. Therefore, as shown in FIG. 15B, the luminous flux of the +1st-order diffracted light of the optical unit U1, the luminous flux of the 0th-order diffracted light, and the luminous flux of the -1st-order diffracted light, and the luminous flux of the + 1st-order diffracted light of the optical unit U2, the 0th-order diffracted light And the luminous flux of the -1st order diffracted light can be arranged in the Z-axis direction. Therefore, the distribution of the luminous flux of this modified example is almost the same as that of the above embodiment.
  • the photodetector 150 of this modification includes 18 sensors 154 in order to achieve the same resolution as in the above embodiment.
  • the laser light projected from the optical units U1 and U2 is directed in the direction parallel to the rotation axis R10 (Z axis) as described above.
  • Direction which allows the scanning range of one optical unit to be extended in the direction of the rotation axis R10. Therefore, the number of optical units arranged on the base member 20 can be reduced as compared with the above embodiment, and the apparatus can be simplified and the cost can be reduced.
  • the resolution of the photodetector 150 corresponding to the Z-axis direction of each scanning range is the same as that of the above embodiment. Further, the length of the entire scanning range in the Z-axis direction is increased as in the above embodiment.
  • the amount of projected light based on each diffracted light is the projected light based on one optical unit 40 of the above embodiment. It becomes smaller than the amount of light of. Therefore, in order to lengthen the detection limit distance, it is necessary to increase the emission power of the laser light source 110 to increase the amount of projected light based on each diffracted light.
  • the number of sensors provided in the photodetector 150 is not limited to 18.
  • the reflected light based on one diffracted light may be received by one sensor.
  • FIG. 16 (a) is a schematic diagram showing the six diffracted lights according to this modified example
  • FIG. 16 (b) is a schematic diagram showing the configuration of the photodetector 150 according to this modified example.
  • the diffraction grating 180 is installed in the same manner as in the modification shown in FIG. 15A.
  • FIG. 16A three diffracted lights based on the optical unit U1 and three diffracted lights based on the optical unit U2 are projected onto the projection region as in FIG. 15B.
  • the photodetector 150 of this modified example includes three sensors 155. Reflected light based on one diffracted light is incident on each of the three sensors 155.
  • the laser light source 110 is a surface emitting type laser light source having a long emitting surface in one direction, but the present invention is not limited to this, and the end surface emitting type laser is not limited to this. It may be a light source.
  • FIG. 16 (c) is a diagram showing light fluxes L1 to L6 according to this modified example
  • FIG. 16 (d) is a schematic diagram showing a configuration of a photodetector 150 according to this modified example.
  • the photodetector 150 of this modification includes three sensors 156 that are substantially circular. Reflected light based on one diffracted light is incident on each of the three sensors 156.
  • the diffraction grating 180 was a step type diffraction grating, but it may be a blaze type diffraction grating. Further, the arrangement position of the diffraction grating 180 may be another position as long as the projected light can be divided in the direction of the rotation axis R10 by diffraction.
  • the reflecting surface 42a of the mirror 42 may be replaced with a reflective diffraction grating. The number of lights dispersed by the spectroscopic element does not have to be three.
  • the six optical units 40 are installed along the circumferential direction of the rotation axis R10, but the number of the optical units 40 to be installed is not limited to six and may be two to five. , 7 or more may be used.
  • FIG. 17A is a schematic diagram showing the configuration of the laser radar 1 in which 12 optical units U1 to U12 are installed.
  • the twelve optical units U1 to U12 are arranged at equal intervals (30 ° intervals) in the circumferential direction of the rotation axis R10.
  • the tilt angle of the installation surface 21 of the base member 20 on which the 12 mirrors 42 are installed is set so that the tilt angles of the mirrors 42 included in the 12 optical units U1 to U12 are different from each other.
  • the plurality of optical units 40 are arranged at equal intervals (60 ° intervals) along the circumferential direction of the rotation axis R10, but they do not necessarily have to be installed at equal intervals.
  • FIG. 17B is a schematic view showing the configuration of the laser radar 1 in which eight optical units U1 to U8 are installed.
  • the distance between the optical units U1 and U2, the distance between the optical units U3 and U4, the distance between the optical units U5 and U6, and the distance between the optical units U7 and U8 are 30 °.
  • the distance between the optical units U2 and U3, the distance between the optical units U4 and U5, the distance between the optical units U6 and U7, and the distance between the optical units U8 and U1 are 60 °.
  • the plurality of optical units 40 are installed point-symmetrically with respect to the rotation axis R10. As a result, the rotating portion 60 can be rotated in a well-balanced manner in the radial direction of the rotating shaft R10.
  • the motor 13 is used as the driving unit for rotating the rotating portion 60.
  • coils and magnets are arranged in the fixed portion 10 and the rotating portion 60, respectively, and the rotating portion is provided. 60 may be rotated with respect to the fixed portion 10.
  • a gear is provided on the outer peripheral surface of the rotating portion 60 over the entire circumference, and a gear installed on the drive shaft of the motor installed in the fixed portion 10 is meshed with the gear to fix the rotating portion 60. May be rotated with respect to.
  • the projection directions of the projected light projected from each optical unit 40 are set to be different from each other.
  • the method of making the projection directions of the projected light projected from the unit 40 different from each other is not limited to this.
  • the mirror 42 may be omitted from each of the six optical units 40, and the six structures 41 may be installed radially so as to have different inclination angles with respect to the plane perpendicular to the rotation axis R10.
  • the mirror 42 may be omitted, and instead, the installation surface 21 may be mirror-finished so that the reflectance of the installation surface 21 is high.
  • the optical unit 40 includes one mirror 42, but may include two or more mirrors. In this case, the angle of the projected light reflected by the plurality of mirrors and projected onto the scanning region with respect to the Z-axis direction may be adjusted by the angle of any one of the plurality of mirrors.
  • the mirror 42 is used to bend the optical axis of the projected light emitted from the structure 41, but instead of the mirror 42, the projected light is transmitted by a transmission type optical element such as a diffraction grating.
  • the optical axis may be bent.
  • the structure according to the present invention can be applied to an apparatus that does not have a distance measuring function and has only a function of detecting whether or not an object exists in the projection direction by a signal from the photodetector 150. Also in this case, the scanning range in the direction parallel to the rotation axis R10 (Z-axis direction) can be widened.
  • the configuration of the optical system of the optical unit 40 is not limited to the configuration shown in the above embodiment.
  • the projection optical system and the light receiving optical system may be separated so that the opening 131 is omitted from the condenser lens 130 and the optical axis A1 of the projection optical system does not hang on the condenser lens 130.
  • the number of laser light sources 110 arranged in the optical unit 40 is not limited to one, and may be plural.
  • the projected light may be generated by integrating the laser light emitted from each laser light source 110 by a polarizing beam splitter or the like. This configuration is suitable, for example, for use in the modified example of FIG. 15 (a).
  • the projection direction of the projected light projected from the plurality of optical units 40 is set in the direction parallel to the rotation axis R10 (Z-axis direction). Although they are different from each other, for other purposes, the projection direction of the projected light projected from the plurality of optical units 40 may be set to be the same in the direction parallel to the rotation axis R10 (Z-axis direction).
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing the configuration of the laser radar 1 according to this modified example.
  • the inclination angle of the installation surface 21 on the positive side of the X-axis of the rotation axis R10 with respect to the horizontal plane (XY plane) is equal to the inclination angle of the installation surface 21 on the negative side of the X-axis of the rotation axis R10 with respect to the horizontal plane. Therefore, the inclination angles of the two mirrors 42 installed on the installation surfaces 21 are also the same.
  • the tilt angle of the other installation surface 21 is set to the same angle as the two installation surfaces 21, and the tilt angle of the other mirror 42 is also set to the same angle as the two mirrors 42.
  • the projection directions of the projected light projected from the six optical units 40 are the same in the direction parallel to the rotation axis R10.
  • the detection frequency with respect to the range around the rotation axis R10 can be increased, thereby increasing the rotation speed.
  • a high frame rate can be achieved.
  • Laser radar 13 Motor (drive unit) 20 Base member 21 Installation surface 40 Optical unit 41c Light-shielding member 42 Mirror (optical element) 110 Laser light source 120 Collimator lens 130 Condensing lens 131 Opening 150 Photodetector 151-156 Sensor 180 Diffraction grating (spectroscopic element) R10 Rotating axis U1 to U12 Optical unit

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Abstract

レーザレーダ（１）は、ベース部材（２０）と、ベース部材（２０）を回転軸（Ｒ１０）について回転させるモータ（１３）と、回転軸（Ｒ１０）を中心とする周方向に所定の間隔でベース部材（２０）に配置され、回転軸（Ｒ１０）から離れる方向にレーザ光をそれぞれ投射する複数の光学ユニット（４０）と、を備える。ここで、複数の光学ユニット（４０）は、レーザ光の投射方向が回転軸（Ｒ１０）に平行な方向に互いに異なっている。

Description

レーザレーダ
　本発明は、レーザ光を用いて物体を検出するレーザレーダに関する。
　近年、建物への侵入を検知するセキュリティ用途などに、レーザレーダが用いられている。一般に、レーザレーダは、目標領域にレーザ光を走査させ、各走査位置における反射光に基づいて、各走査位置における物体の有無を検出する。また、レーザレーダは、各走査位置におけるレーザ光の照射タイミングから反射光の受光タイミングまでの所要時間に基づいて、各走査位置における物体までの距離を検出する。
　以下の特許文献１には、静止した台座と、台座に対して回転軸を中心に回転する走査部とを備える検出装置が記載されている。走査部には、回転軸の周方向に複数の検出ユニットが収納されており、複数の検出ユニットは、走査部とともに回転し、たとえばレーザ光を用いて物体を検出することが記載されている。
特許第６０６９２８１号公報
　上記のような検出装置では、検出ユニットが回転軸を中心に回転することにより、回転軸を中心とする周方向の範囲が走査される。しかしながら、単一のレンズによってレーザ光を広げることには限界があるため、回転軸に平行な方向に走査範囲を広げることが困難である。
　かかる課題に鑑み、本発明は、回転軸に平行な方向における走査範囲を広げることが可能なレーザレーダを提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様に係るレーザレーダは、ベース部材と、前記ベース部材を回転軸について回転させる駆動部と、前記回転軸を中心とする周方向に所定の間隔で前記ベース部材に配置され、前記回転軸から離れる方向にレーザ光をそれぞれ投射する複数の光学ユニットと、を備える。前記複数の光学ユニットは、前記レーザ光の投射方向が前記回転軸に平行な方向に互いに異なっている。
　本態様に係るレーザレーダによれば、ベース部材が回転軸について回転することにより、各光学ユニットから出射されるレーザ光によって、回転軸を中心とする周方向の範囲が走査される。このとき、各光学ユニットにおけるレーザ光の投射方向が回転軸に平行な方向に互いに異なっているため、各レーザ光によって走査される範囲は、回転軸に平行な方向に互いにシフトする。このため、これらレーザ光によって走査される全体の範囲は、回転軸に平行な方向に互いにシフトする各レーザ光の走査範囲を統合した広い範囲となる。したがって、本態様に係るレーザレーダによれば、回転軸に平行な方向における走査範囲を効果的に広げることができる。
　本発明の第２の態様に係るレーザレーダは、ベース部材と、前記ベース部材を回転軸について回転させる駆動部と、前記回転軸を中心とする周方向に所定の間隔で前記ベース部材に配置され、前記回転軸から離れる方向にレーザ光をそれぞれ投射する複数の光学ユニットと、を備える。前記複数の光学ユニットは、前記レーザ光の投射方向が前記回転軸に平行な方向に互いに同じである。
　本態様に係るレーザレーダによれば、各光学ユニットにおけるレーザ光の投射方向が回転軸に平行な方向に同じになる。したがって、回転軸の周囲の範囲に対する検出頻度を高めることができるため、回転速度を高めることなく高フレームレートを実現できる。
　以上のとおり、本発明によれば、回転軸に平行な方向における走査範囲を広げることが可能なレーザレーダを提供できる。
　本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
図１は、実施形態に係る、レーザレーダの組み立てを説明するための斜視図である。 図２は、実施形態に係る、カバーを除く部分の組み立てが完了した状態のレーザレーダの構成を示す斜視図である。 図３は、実施形態に係る、カバーが装着された状態のレーザレーダの構成を示す斜視図である。 図４は、実施形態に係る、レーザレーダの構成を示す断面図である。 図５（ａ）は、実施形態に係る、光学ユニットの光学系の構成を示す斜視図である。図５（ｂ）は、実施形態に係る、光学ユニットの光学系の構成を示す側面図である。図５（ｃ）は、実施形態に係る、光検出器のセンサの構成を示す模式図である。 図６（ａ）は、実施形態に係る、レーザレーダをＺ軸負方向に見た場合の上面図である。図６（ｂ）は、実施形態に係る、各光学ユニットが回転軸のＸ軸正側に位置付けられたときの、各光学ユニットの投射光の投射角度を示す模式図である。 図７は、実施形態に係る、レーザレーダの構成を示す回路ブロック図である。 図８（ａ）は、比較例に係る、発光角度間隔および発光時間間隔を説明するための模式図である。図８（ｂ）は、比較例に係る、時間の経過に応じた６つの光学ユニットの発光タイミングを示す模式図である。 図９（ａ）～（ｆ）は、比較例に係る、６つの光学ユニットが発光した位置（角度）を示す図である。 図１０は、比較例に係る、６つの光学ユニットが３６０°回転するまでの間に、各光学ユニットが発光した位置（角度）を示す図である。 図１１は、変更例に係る、レーザレーダをＺ軸負方向に見た場合の光学ユニットの配置を示す模式図である。 図１２（ａ）～（ｆ）は、変更例に係る、６つの光学ユニットが発光した位置（角度）を示す図である。 図１３は、変更例に係る、６つの光学ユニットが３６０°回転するまでの間に、各光学ユニットが発光した位置（角度）を示す図である。 図１４（ａ）は、その他の変更例に係る、６つの光束を示す模式図である。図１４（ｂ）は、その他の変更例に係る、光検出器の構成を示す模式図である。 図１５（ａ）は、その他の変更例に係る、光学ユニットの投射光学系の構成を示す模式図である。図１５（ｂ）は、その他の変更例に係る、６つの回折光を示す模式図である。図１５（ｃ）は、その他の変更例に係る、光検出器の構成を示す模式図である。 図１６（ａ）、（ｃ）は、その他の変更例に係る、６つの回折光を示す模式図である。図１６（ｂ）、（ｄ）は、その他の変更例に係る、光検出器の構成を示す模式図である。 図１７（ａ）は、その他の変更例に係る、１２個の光学ユニットが設置されたレーザレーダの構成を示す模式図である。図１７（ｂ）は、その他の変更例に係る、８個の光学ユニットが等間隔に配置されない場合のレーザレーダの構成を示す模式図である。 図１８は、その他の変更例に係る、レーザレーダの構成を示す断面図である。
　ただし、図面はもっぱら説明のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。
　以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。便宜上、各図には互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。Ｚ軸正方向は、レーザレーダ１の高さ方向である。
　図１は、レーザレーダ１の組み立てを説明するための斜視図である。図２は、カバー７０を除く部分の組み立てが完了した状態のレーザレーダ１の構成を示す斜視図である。図３は、カバー７０が装着された状態のレーザレーダ１の構成を示す斜視図である。
　図１に示すように、レーザレーダ１は、円柱形状の固定部１０と、固定部１０に回転可能に配置されたベース部材２０と、ベース部材２０の上面に設置された円盤部材３０と、ベース部材２０および円盤部材３０に設置された光学ユニット４０と、を備える。
　ベース部材２０は、固定部１０に設けられたモータ１３（図４参照）の駆動軸１３ａに設置されている。ベース部材２０は、駆動軸１３ａの駆動により、Ｚ軸方向に平行な回転軸Ｒ１０を中心として回転する。ベース部材２０は、円柱形状の外形を有している。ベース部材２０には、回転軸Ｒ１０の周方向に沿って６つの設置面２１が等間隔（６０°間隔）で形成されている。設置面２１は、回転軸Ｒ１０に垂直な平面（Ｘ－Ｙ平面）に対して傾いている。設置面２１の側方（回転軸Ｒ１０から離れる方向）および設置面２１の上方（Ｚ軸正方向）は、開放されている。６つの設置面２１の傾き角は、互いに異なっている。６つの設置面２１の傾き角については、追って図６（ｂ）を参照して説明する。
　円盤部材３０は、円盤状の外形を有する板部材である。円盤部材３０には、回転軸Ｒ１０の周方向に沿って円形の６つの孔３１が等間隔（６０°間隔）で形成されている。孔３１は、回転軸Ｒ１０の方向（Ｚ軸方向）に円盤部材３０を貫通している。６つの孔３１が、それぞれベース部材２０の６つの設置面２１の上方に位置付けられるよう、円盤部材３０がベース部材２０の上面に設置される。
　光学ユニット４０は、構造体４１とミラー４２を備える。構造体４１は、２つの保持部材４１ａ、４１ｂと、遮光部材４１ｃと、２つの基板４１ｄ、４１ｅと、を備える。保持部材４１ａ、４１ｂと遮光部材４１ｃは、構造体４１が備える光学系の各部を保持している。保持部材４１ｂは、保持部材４１ａの上部に設置されている。遮光部材４１ｃは、保持部材４１ａに保持されている。基板４１ｄ、４１ｅは、それぞれ、保持部材４１ａ、４１ｂの上面に設置されている。構造体４１は、下方向（Ｚ軸負方向）にレーザ光を出射するとともに、下側からレーザ光を受光する。構造体４１が備える光学系については、追って図４および図５（ａ）～（ｃ）を参照して説明する。
　固定部１０、ベース部材２０および円盤部材３０からなる構造体に対して、図１に示すように、孔３１の上側から、孔３１の周囲の面３１ａに光学ユニット４０の構造体４１が設置される。これにより、６つの光学ユニット４０は、回転軸Ｒ１０の周方向に沿って等間隔（６０°間隔）で並ぶことになる。また、設置面２１に光学ユニット４０のミラー４２が設置される。ミラー４２は、設置面２１に設置される面と、設置面２１とは反対側の反射面４２ａとが平行な板部材である。このように、構造体４１を設置するための面３１ａと、当該面３１ａの下方に位置しミラー４２を設置するための設置面２１とによって、１つの光学ユニット４０を設置するための設置領域が構成される。本実施形態では、６つの設置領域が設けられており、各設置領域に対して光学ユニット４０が設置される。
　続いて、６つの光学ユニット４０の上面に、図２に示すように、基板５０が設置される。こうして、ベース部材２０、円盤部材３０、６つの光学ユニット４０、および基板５０からなる回転部６０の組み立てが完了する。回転部６０は、固定部１０のモータ１３の駆動軸１３ａ（図４参照）が駆動されることにより、回転軸Ｒ１０を回転の中心として回転する。
　その後、図２に示す状態から、図３に示すように、固定部１０の外周部分に対して、回転部６０の上方および側方を覆う円筒形状のカバー７０が設置される。カバー７０の下端には開口が形成されており、カバー７０の内部は空洞になっている。カバー７０が設置されることにより、カバー７０の内部で回転する回転部６０が保護される。また、カバー７０は、レーザ光を透過する材料によって構成される。カバー７０は、たとえば、ポリカーボネートにより構成される。こうして、レーザレーダ１の組み立てが完了する。
　レーザレーダ１による物体の検出の際には、構造体４１のレーザ光源１１０（図４参照）からレーザ光（投射光）がＺ軸負方向に出射される。投射光は、ミラー４２により回転軸Ｒ１０から遠ざかる方向に反射される。ミラー４２により反射された投射光は、カバー７０を透過し、レーザレーダ１の外部に出射される。図３の一点鎖線に示すように、投射光は、回転軸Ｒ１０に対して放射状にカバー７０から出射され、レーザレーダ１の周囲に位置する走査領域に向かって投射される。そして、走査領域に存在する物体によって反射された投射光（反射光）は、図３の破線に示すように、カバー７０に入射し、レーザレーダ１の内部に取り込まれる。反射光は、ミラー４２によって反射され、構造体４１の光検出器１５０（図４参照）によって受光される。
　図２に示した回転部６０は、回転軸Ｒ１０を中心に回転する。回転部６０の回転に伴い、レーザレーダ１から走査領域に向かう投射光の光軸が回転軸Ｒ１０を中心に回転する。これに伴い、走査領域（投射光の走査位置）も回転する。
　レーザレーダ１は、反射光の受光の有無に基づいて、走査領域に物体が存在するか否かを判定する。また、レーザレーダ１は、走査領域に投射光を投射したタイミングと、走査領域から反射光を受光したタイミングとの間の時間差（タイムオブフライト）に基づいて、走査領域に存在する物体までの距離を計測する。回転部６０が回転軸Ｒ１０を中心に回転することにより、レーザレーダ１は、周囲３６０°のほぼ全範囲に存在する物体を検出できる。
　図４は、レーザレーダ１の構成を示す断面図である。
　図４には、図３に示したレーザレーダ１を、Ｘ－Ｚ平面に平行な平面により、Ｙ軸方向の中央位置で切断したときの断面図が示されている。図４では、光学ユニット４０のレーザ光源１１０から出射され、走査領域へと向かうレーザ光（投射光）の光束が一点鎖線で示され、走査領域から反射されたレーザ光（反射光）の光束が破線で示されている。また、図４では、便宜上、レーザ光源１１０とコリメータレンズ１２０の位置が点線で示されている。
　図４に示すように、固定部１０は、円柱状の支持ベース１１と、底板１２と、モータ１３と、基板１４と、非接触給電部２１１と、非接触通信部２１２と、を備える。
　支持ベース１１は、たとえば樹脂で形成されている。支持ベース１１の下面は、円形皿状の底板１２で塞がれる。支持ベース１１の上面中央には、支持ベース１１の上面をＺ軸方向に貫通する孔１１ａが形成されている。支持ベース１１の内面の孔１１ａの周囲に、モータ１３の上面が設置される。モータ１３は、Ｚ軸正方向に延びた駆動軸１３ａを備え、回転軸Ｒ１０を中心として駆動軸１３ａを回転させる。
　支持ベース１１の外面の孔１１ａの周囲には、回転軸Ｒ１０の周方向に沿って、非接触給電部２１１が設置されている。非接触給電部２１１は、後述する非接触給電部１７１との間で給電が可能なコイルにより構成される。また、支持ベース１１の外面の非接触給電部２１１の周囲には、回転軸Ｒ１０の周方向に沿って、非接触通信部２１２が設置されている。非接触通信部２１２は、後述する非接触通信部１７２との間で無線による通信が可能な電極等が配置された基板により構成される。
　基板１４には、後述する制御部２０１と電源回路２０２（図７参照）が設置される。モータ１３と、非接触給電部２１１と、非接触通信部２１２とは、基板１４に対して電気的に接続される。
　ベース部材２０の中央には、ベース部材２０をＺ軸方向に貫通する孔２２が形成されている。孔２２にモータ１３の駆動軸１３ａが設置されることにより、ベース部材２０が回転軸Ｒ１０について回転可能に固定部１０に支持される。ベース部材２０の下面側の孔２２の周囲には、回転軸Ｒ１０の周方向に沿って、非接触給電部１７１が設置されている。非接触給電部１７１は、固定部１０の非接触給電部２１１との間で給電が可能なコイルにより構成される。また、ベース部材２０の下面側の非接触給電部１７１の周囲には、回転軸Ｒ１０の周方向に沿って、非接触通信部１７２が設置されている。非接触通信部１７２は、固定部１０の非接触通信部２１２との間で無線による通信が可能な電極等が配置された基板により構成される。
　図１を参照して説明したように、ベース部材２０には、回転軸Ｒ１０の周方向に沿って６つの設置面２１が形成されており、６つの設置面２１に、それぞれミラー４２が設置される。また、ベース部材２０の上面には、円盤部材３０が設置されている。円盤部材３０の孔３１と保持部材４１ａの下面に形成された開口とが一致するよう、円盤部材３０の上面に光学ユニット４０が設置されている。
　光学ユニット４０の構造体４１は、光学系の構成として、レーザ光源１１０と、コリメータレンズ１２０と、集光レンズ１３０と、フィルタ１４０と、光検出器１５０と、を備える。
　保持部材４１ａ、４１ｂと遮光部材４１ｃには、Ｚ軸方向に貫通する孔が形成されている。遮光部材４１ｃは筒状の部材である。レーザ光源１１０は、保持部材４１ａの上面に設置された基板４１ｄに設置され、レーザ光源１１０の出射端面は、遮光部材４１ｃに形成された孔の内部に位置付けられている。コリメータレンズ１２０は、遮光部材４１ｃに形成された孔の内部に位置付けられ、この孔の側壁に設置されている。集光レンズ１３０は、保持部材４１ａに形成された孔に保持されている。フィルタ１４０は、保持部材４１ｂに形成された孔に保持されている。光検出器１５０は、保持部材４１ｂの上面に設置された基板４１ｅに設置されている。
　基板５０には、後述する制御部１０１と電源回路１０２（図７参照）が設置される。６つの基板４１ｄと、６つの基板４１ｅと、非接触給電部１７１と、非接触通信部１７２とは、基板５０に対して電気的に接続される。
　レーザ光源１１０は、所定波長のレーザ光（投射光）を出射する。レーザ光源１１０の出射光軸は、Ｚ軸に平行である。コリメータレンズ１２０は、レーザ光源１１０から出射された投射光を収束させる。コリメータレンズ１２０は、たとえば非球面レンズによって構成される。コリメータレンズ１２０により収束された投射光は、ミラー４２に入射する。ミラー４２に入射した投射光は、ミラー４２によって、回転軸Ｒ１０から離れる方向に反射される。その後、投射光は、カバー７０を透過して、走査領域へと投射される。
　走査領域に物体が存在する場合、走査領域に投射された投射光は、物体で反射される。物体によって反射された投射光（反射光）は、カバー７０を透過し、ミラー４２に導かれる。その後、反射光は、ミラー４２によってＺ軸正方向に反射される。集光レンズ１３０は、ミラー４２で反射された反射光を収束させる。
　その後、反射光は、フィルタ１４０に入射する。フィルタ１４０は、レーザ光源１１０から出射される投射光の波長帯の光を透過し、その他の波長帯の光を遮光するよう構成されている。フィルタ１４０を透過した反射光は、光検出器１５０に導かれる。光検出器１５０は、反射光を受光して、受光光量に応じた検出信号を出力する。光検出器１５０は、たとえば、アバランシェフォトダイオードである。
　図５（ａ）は、光学ユニット４０の光学系の構成を示す斜視図である。図５（ｂ）は、光学ユニット４０の光学系の構成を示す側面図である。図５（ｃ）は、光検出器１５０のセンサ１５１の構成を示す模式図である。
　図５（ａ）～（ｃ）には、図４において回転軸Ｒ１０のＸ軸正側に位置する光学ユニット４０および光検出器１５０が示されている。図５（ａ）～（ｃ）では、便宜上、図４において回転軸Ｒ１０のＸ軸正側に位置する光学ユニット４０および光検出器１５０を示したが、他の光学ユニット４０も同様の構成である。
　図５（ａ）、（ｂ）に示すように、レーザ光源１１０は、発光面がＹ軸方向よりＸ軸方向の方が長い面発光型のレーザ光源である。また、コリメータレンズ１２０は、Ｘ軸方向の曲率とＹ軸方向の曲率が等しくなるよう構成されており、レーザ光源１１０は、コリメータレンズ１２０の焦点距離よりもコリメータレンズ１２０側に近付けられた位置に設置されている。これにより、図５（ａ）に示すように、ミラー４２によって反射された投射光は、僅かに拡散した状態で投射領域に投射される。また、ミラー４２によって反射された投射光の光束は、Ｙ軸方向の長さよりも、回転軸Ｒ１０に平行な方向（Ｚ軸方向）の長さが長くなる。
　走査領域からの反射光は、ミラー４２によってＺ軸正方向に反射された後、集光レンズ１３０に入射する。投射光を投射するための投射光学系（レーザ光源１１０とコリメータレンズ１２０）の光軸Ａ１と、反射光を受光するための受光光学系（集光レンズ１３０）の光軸Ａ２は、いずれもＺ軸方向に平行であり、且つ、回転軸Ｒ１０の周方向に所定の距離だけ離れている。
　ここで、本実施形態では、投射光学系の光軸Ａ１が集光レンズ１３０の有効径に含まれるため、集光レンズ１３０には、投射光学系の光軸Ａ１を通すための開口部１３１が形成されている。開口部１３１は、集光レンズ１３０の中心よりも外側に形成されており、Ｚ軸方向に集光レンズ１３０を貫通する切欠きである。このように集光レンズ１３０に開口部１３１が設けられることにより、投射光学系の光軸Ａ１と受光光学系の光軸Ａ２とを近付けることができ、レーザ光源１１０から出射されたレーザ光を、集光レンズ１３０にほぼ掛かることなくミラー４２に入射させることができる。
　また、図４に示した遮光部材４１ｃは、投射光学系の光軸Ａ１を覆うとともに、レーザ光源１１０の位置から開口部１３１の下端まで延びている。また、遮光部材４１ｃは、開口部１３１に嵌め込まれている。これにより、レーザ光源１１０から出射されたレーザ光が集光レンズ１３０に掛かることを抑制できる。
　また、本実施形態では、Ｚ軸負方向に見て回転軸Ｒ１０を中心に回転部６０が時計回りに回転される。これにより、図５（ａ）に示す回転軸Ｒ１０のＸ軸正側に位置する光学ユニット４０の各部は、Ｙ軸正方向に回転される。このように、本実施形態では、受光光学系の光軸Ａ２が、投射光学系の光軸Ａ１に対して、回転部６０の回転方向において後方の位置にある。
　図５（ｂ）に示すように、ミラー４２に入射する投射光は、ミラー４２の反射面４２ａのＸ－Ｙ平面に対する角度θに応じた方向に反射される。上述したように、レーザレーダ１は６つの光学ユニット４０を備えており、各光学ユニット４０のミラー４２が設置される設置面２１の回転軸Ｒ１０に垂直な平面（Ｘ－Ｙ平面）に対する傾き角は、互いに異なっている。したがって、６つの設置面２１にそれぞれ設置される６つのミラー４２の反射面４２ａの傾き角も、互いに異なっている。よって、各ミラー４２によって反射された投射光は、回転軸Ｒ１０に平行な方向（Ｚ軸方向）において、互いに異なる走査位置に投射される。
　図５（ｃ）に示すように、光検出器１５０は、Ｚ軸負側の面に６つのセンサ１５１を備える。６つのセンサ１５１は、Ｘ軸方向に一列に隣接して並んでいる。６つのセンサ１５１の並び方向は、走査範囲のＺ軸方向（回転軸Ｒ１０に平行な方向）に対応する。すなわち、６つのセンサ１５１には、走査範囲をＺ軸方向に６つに分割した各分割領域からの反射光が入射する。したがって、各センサ１５１からの検出信号により、各分割領域に存在する物体を検出できる。センサ１５１の数を増やすことにより、Ｚ軸方向において、走査範囲における物体検出の分解能が高められる。
　図６（ａ）は、レーザレーダ１をＺ軸負方向に見た場合の上面図である。図６（ａ）では、便宜上、カバー７０と、基板５０と、保持部材４１ｂと、基板４１ｄ、４１ｅとが省略されている。
　６つの光学ユニット４０は、回転軸Ｒ１０を回転の中心として回転する。このとき、６つの光学ユニット４０は、回転軸Ｒ１０から離れる方向（Ｚ軸方向に見て放射状に）投射光を投射する。６つの光学ユニット４０は所定の速度で回転しながら投射光を走査領域に投射し、走査領域からの反射光を受光する。これにより、レーザレーダ１の周囲全周（３６０°）にわたって物体の検出が行われる。
　図６（ｂ）は、各光学ユニット４０が回転軸Ｒ１０のＸ軸正側に位置付けられたときの、各光学ユニット４０の投射光の投射角度を示す模式図である。
　上述したように、６つのミラー４２の設置角度は互いに異なっている。これにより、６つの光学ユニット４０からそれぞれ出射される投射光の光束Ｌ１～Ｌ６の角度も互いに異なる。図６（ｂ）において、６つの光束Ｌ１～Ｌ６の光軸は一点鎖線で示されている。光束Ｌ１～Ｌ６の角度範囲を示す角度θ０～θ６は、回転軸Ｒ１０に平行な方向（Ｚ軸方向）に対する角度である。本実施形態では、隣り合う光束が互いにほぼ隣接するように、角度θ０～θ６が設定されている。すなわち、光束Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６の分布範囲は、それぞれ、角度θ０～θ１、角度θ１～θ２、角度θ２～θ３、角度θ３～θ４、角度θ４～θ５、角度θ５～θ６である。これにより、回転軸Ｒ１０に平行な方向（Ｚ軸方向）において、互いに隣接する走査位置に各光学ユニット４０からの投射光が投射される。
　図７は、レーザレーダ１の構成を示す回路ブロック図である。
　レーザレーダ１は、回路部の構成として、制御部１０１と、電源回路１０２と、駆動回路１６１と、処理回路１６２と、非接触給電部１７１と、非接触通信部１７２と、制御部２０１と、電源回路２０２と、非接触給電部２１１と、非接触通信部２１２と、を備える。制御部１０１と、電源回路１０２と、駆動回路１６１と、処理回路１６２と、非接触給電部１７１と、非接触通信部１７２とは、回転部６０に配置されている。制御部２０１と、電源回路２０２と、非接触給電部２１１と、非接触通信部２１２とは、固定部１０に配置されている。
　電源回路２０２は、外部電源と接続されており、固定部１０の各部には、電源回路２０２を介して外部電源から電力が供給される。非接触給電部２１１に供給された電力は、回転部６０の回転に応じて、非接触給電部１７１へと供給される。電源回路１０２は、非接触給電部１７１と接続されており、回転部６０の各部には、電源回路１０２を介して非接触給電部１７１から電力が供給される。
　制御部１０１、２０１は、演算処理回路とメモリを備え、たとえばＦＰＧＡやＭＰＵにより構成される。制御部１０１は、メモリに記憶された所定のプログラムに従って回転部６０の各部を制御し、制御部２０１は、メモリに記憶された所定のプログラムに従って固定部１０の各部を制御する。制御部１０１と制御部２０１は、非接触通信部１７２、２１２を介して通信可能に接続される。
　制御部２０１は、外部システムと通信可能に接続されている。外部システムは、たとえば、侵入検知システム、車、ロボットなどである。制御部２０１は、外部システムからの制御に応じて、固定部１０の各部を駆動し、非接触通信部２１２、１７２を介して制御部１０１に駆動指示を送信する。制御部１０１は、制御部２０１からの駆動指示に応じて、回転部６０の各部を駆動し、非接触通信部１７２、２１２を介して制御部２０１に検出信号を送信する。
　駆動回路１６１と処理回路１６２は、６つの光学ユニット４０にそれぞれ設けられている。駆動回路１６１は、制御部１０１からの制御に応じてレーザ光源１１０を駆動する。処理回路１６２は、光検出器１５０のセンサ１５１から入力される検出信号に対して増幅やノイズ除去等の処理を施して、制御部１０１に出力する。
　検出動作において、制御部２０１は、モータ１３を制御して回転部６０を所定の回転速度で回転させつつ、６つの駆動回路１６１を制御して、所定のタイミングで所定の回転角度ごとにレーザ光（投射光）をレーザ光源１１０から出射させる。これにより、投射光が回転部６０から走査領域に投射され、反射光が回転部６０の光検出器１５０のセンサ１５１により受光される。制御部２０１は、センサ１５１から出力される検出信号に基づいて、走査領域に物体が存在するか否かを判定する。また、制御部２０１は、投射光を投射したタイミングと、走査領域から反射光を受光したタイミングとの間の時間差（タイムオブフライト）に基づいて、走査領域に存在する物体までの距離を計測する。
　＜実施形態の効果＞
　以上、実施形態によれば、以下の効果が奏される。
　図６（ａ）に示したように、ベース部材２０が回転軸Ｒ１０について回転することにより、各光学ユニット４０から出射される投射光によって、回転軸Ｒ１０を中心とする周方向の範囲が走査される。このとき、図６（ｂ）に示したように、各光学ユニット４０における投射光の投射方向が回転軸Ｒ１０に平行な方向（Ｚ軸方向）に互いに異なっているため、各投射光によって走査される範囲は、回転軸Ｒ１０に平行な方向に互いにシフトする。このため、これら投射光によって走査される全体の範囲は、回転軸Ｒ１０に平行な方向に互いにシフトする各レーザ光の走査範囲を統合した広い範囲となる。したがって、回転軸Ｒ１０に平行な方向における走査範囲を効果的に広げることができる。また、このように回転軸Ｒ１０に平行な方向における走査範囲が広がると、回転軸Ｒ１０に平行な広い走査範囲において物体を検出できるようになる。
　光学ユニット４０は、レーザ光源１１０と、レーザ光源１１０の光軸を折り曲げるミラー４２とを備える。また、図６（ｂ）に示したように、ミラー４２による光軸の折り曲げ角は、光学ユニット４０ごとに異なっている。これにより、ミラー４２の設置角度を調整するだけで、各光学ユニット４０から投射される投射光の投射方向を調整できる。
　また、このように、レーザ光源１１０の光軸を折り曲げる光学素子として、ミラー４２を用いることにより、構造体４１から出射された投射光の減衰を抑制でき、走査範囲に投射される投射光のパワーを確保できる。
　ベース部材２０には、６つの光学ユニット４０が設置される設置領域に、それぞれ、ミラー４２を設置するための６つの設置面２１が形成されている。また、レーザ光源１１０の光軸に垂直な平面（Ｘ－Ｙ平面）に対する６つの設置面２１の傾き角は、光学ユニット４０の設置領域ごとに相違している。これにより、各設置面２１にミラー４２を設置するだけで、所望の傾き角でミラー４２をベース部材２０に設置できる。よって、各光学ユニット４０から投射される投射光の投射方向を簡易に調整できる。
　レーザ光源１１０は、発光面が一方向に長い面発光型のレーザ光源である。また、各光学ユニット４０は、レーザ光源１１０から出射されるレーザ光（投射光）が入射するコリメータレンズ１２０を備える。さらに、レーザ光源１１０の発光面の長手方向が、投射光が投射される際に、回転軸Ｒ１０に平行な方向（Ｚ軸方向）となるようにレーザ光源１１０が設置されている。これにより、光学ユニット４０から投射される投射光を、回転軸Ｒ１０に平行な方向（Ｚ軸方向）に円滑に広げることができる。
　光検出器１５０は、回転軸Ｒ１０に平行な方向（Ｚ軸方向）に対応する方向（Ｘ軸方向）に分割された６つのセンサ１５１を備える。これにより、回転軸Ｒ１０に平行な方向における走査領域の各位置からの反射光を、各センサ１５１で受光できる。よって、走査領域の各位置の状態を各センサ１５１からの出力信号により検出できる。
　図５（ａ）に示したように、６つの光学ユニット４０において、投射光を投射するための投射光学系（レーザ光源１１０とコリメータレンズ１２０）の光軸Ａ１と、反射光を受光するための受光光学系（集光レンズ１３０）の光軸Ａ２とは、互いに平行である。また、集光レンズ１３０には、投射光学系の光軸Ａ１を通すための開口部１３１が設けられている。これにより、光軸Ａ１と光軸Ａ２とを接近させることができるため、集光レンズ１３０の有効径を広く確保しながら、光学ユニット４０をコンパクトに構成できる。また、光軸Ａ１と光軸Ａ２とを接近させることができるため、光学ユニット４０から投射された投射光の反射光を、光検出器１５０に受光させやすくなる。
　図４に示したように、遮光部材４１ｃは、投射光学系の光軸Ａ１の周囲を覆うとともに、レーザ光源１１０の位置から開口部１３１の下端まで延びている。また、遮光部材４１ｃは、開口部１３１に嵌め込まれている。このように、レーザ光源１１０から出射された投射光の光路を制限することにより、投射前の投射光が集光レンズ１３０に入射することを抑制でき、集光レンズ１３０の表面で反射された投射光が迷光となって光検出器１５０に入射することを抑制できる。よって、物体検出精度を高めることができる。
　図５（ａ）に示したように、投射光学系の光軸Ａ１と受光光学系の光軸Ａ２とが、回転軸Ｒ１０の周方向に並んでおり、受光光学系の光軸Ａ２が、投射光学系の光軸Ａ１に対して、回転部６０の回転方向において後方の位置にある。これにより、レーザ光が投射されてから受光されるまでのフライングタイムにおいて、受光光学系の光軸Ａ２が、レーザ光を投射したタイミングの投射光学系の光軸Ａ１の位置に接近する。よって、受光光学系によって反射光をより良好に受光できる。
　＜変更例＞
　上記実施形態のように、６つの光学ユニット４０が、回転軸Ｒ１０の周方向に沿って等間隔（６０°間隔）で配置された構成では、全周を均等に分割した各角度位置に６つの光学ユニット４０が位置づけられるタイミングにおいて、６つの光学ユニット４０を同時に発光させる制御が行われ得る。たとえば、回転部６０を一定の角速度で回転させる場合、全周を均等に分割した角度（たとえば１°）だけ回転部６０が回転するための時間ごとに、６つの光学ユニット４０を同時に発光させる制御が行われる。これにより、１つの光学ユニット４０において投射光が投射された角度位置において、これに後続する光学ユニット４０から投射光を投射させることができる。すなわち、各光学ユニット４０における投射光の投射位置を、周方向において揃えることができる。これにより、各投射光による物体の検出位置も、周方向に揃えることができる。その結果、各検出位置における測定距離を統合して走査範囲全周の距離画像を生成する場合に、距離画像を円滑に生成できる。
　しかしながら、このように６つの光学ユニット４０を同時に発光させる制御では、瞬時電力の消費量が高く、且つ、制御が煩雑になるとの問題がある。このため、各光学ユニット４０は、異なるタイミングで発光させることが好ましい。
　そこで、本変更例では、各光学ユニット４０を異なるタイミングで発光させつつ、各光学ユニット４０における投射光の投射位置を周方向において揃えるための構成が用いられる。
　まず、上実施形態のように、６つの光学ユニット４０が等間隔で配置される場合に、回転部６０を一定の角速度で回転させつつ、６つの光学ユニット４０が順に等間隔のタイミングで発光されると、６つの光学ユニット４０の周方向における発光位置（基準の角度位置に対する発光角度）にずれが生じることについて、以下、図８（ａ）～図１０を参照して説明する。
　図８（ａ）は、発光角度間隔および発光時間間隔を説明するための模式図である。
　６つの光学ユニット４０を、便宜上、光学ユニットＵ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４、Ｕ５、Ｕ６と称する。光学ユニットＵ１～Ｕ６は、回転軸Ｒ１０の周方向に沿って６０°間隔で配置されている。Ｚ軸負方向に見た場合に、回転軸Ｒ１０のＸ軸正側の位置を０°（基準の角度位置）とし、０°から時計回りを正の角度、０°から反時計回りを負の角度とする。また、６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６は、一定の角速度ω（deg/sec）で時計回りに回転している。
　時刻Ｔ１において０°の位置にある光学ユニットＵ１が、時刻Ｔ２において角度ｄ（deg）の位置まで回転し、この間に６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６の発光が等しい時間間隔で順に発光されたとする。このように、６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６が順に発光される間に回転する角度を、発光角度間隔ｄと称する。また、発光角度間隔ｄだけ光学ユニットＵ１～Ｕ６が回転するために要する時間を、発光時間間隔Ｔｉと称する。発光時間間隔Ｔｉは、ｄ／ωで表すことができる。
　図８（ｂ）は、時間の経過に応じた６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６の発光タイミングを示す模式図である。図８（ｂ）において、横軸は時間を示し、数直線上の丸印は発光タイミングを示している。
　時刻Ｔ１において光学ユニットＵ１が発光された後、発光時間間隔Ｔｉが経過して時刻Ｔ２に至るまでの間に、光学ユニットＵ２～Ｕ６が順に発光される。ここで、各光学ユニットの発光間隔を、隣接発光時間間隔Ａと称する。隣接発光時間間隔Ａは、発光時間間隔Ｔｉを、光学ユニットの数（この例では６個）で除算したものであり、Ｔｉ／６で表すことができる。
　次に、図８（ｂ）のような発光タイミングで６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６からレーザ光（投射光）が発光された場合、６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６の発光角度がどのような角度になるかを説明する。
　図９（ａ）～（ｆ）は、６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６が発光した位置（角度）を示す図である。図９（ａ）～（ｆ）において、横軸は角度（deg）を示し、数直線上の実線丸印は発光時の光学ユニットの位置（角度）を示し、数直線上の破線丸印は発光していない光学ユニットの位置（角度）を示している。
　図９（ａ）に示すように、０°において光学ユニットＵ１が発光するとき、光学ユニットＵ２～Ｕ６は、それぞれ、－６０°、－１２０°、－１８０°、－２４０°、－３００°の位置にある。
　光学ユニットＵ１が発光してから、光学ユニットＵ２が発光されるタイミングまでの時間は、図８（ｂ）に示したように、隣接発光時間間隔Ａである。光学ユニットＵ１～Ｕ６は角速度ωで回転し続けているため、隣接発光時間間隔Ａが経過するまでの間に、光学ユニットＵ１～Ｕ６は角度αだけ回転する。角度αは、Ａωまたはｄ／６で表すことができる。したがって、図９（ｂ）に示すように、光学ユニットＵ２は、図９（ａ）の位置から角度αだけ進んだ位置で発光する。このとき、光学ユニットＵ１、Ｕ３～Ｕ６も、図９（ａ）の位置から角度αだけ進んだ位置にある。
　続いて、光学ユニットＵ２が発光してから、隣接発光時間間隔Ａが経過するまでの間に、光学ユニットＵ１～Ｕ６は角度αだけ回転する。したがって、図９（ｃ）に示すように、光学ユニットＵ３は、図９（ａ）の位置から角度２αだけ進んだ位置（図９（ｂ）の位置から角度αだけ進んだ位置）で発光する。
　同様に、図９（ｄ）に示すように、光学ユニットＵ４は、図９（ａ）の状態から角度３αだけ進んだ位置（図９（ｃ）の位置から角度αだけ進んだ位置）で発光する。図９（ｅ）に示すように、光学ユニットＵ５は、図９（ａ）の状態から角度４αだけ進んだ位置（図９（ｄ）の位置から角度αだけ進んだ位置）で発光する。図９（ｆ）に示すように、光学ユニットＵ６は、図９（ａ）の状態から角度５αだけ進んだ位置（図９（ｅ）の位置から角度αだけ進んだ位置）で発光する。
　続いて、図９（ｆ）の状態から、角度αだけ進むことにより、図９（ａ）の状態から、光学ユニットＵ１～Ｕ６は発光角度間隔ｄだけ回転し、発光時間間隔Ｔｉが経過することになる。そして、図９（ａ）～（ｆ）と同様にして、光学ユニットＵ１～Ｕ６の発光が繰り返される。
　図１０は、６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６が３６０°回転するまでの間に、各光学ユニットが発光した位置（角度）を示す図である。図１０において、横軸は角度（deg）を示し、数直線上の実線丸印は発光時の光学ユニットの位置（角度）を示している。
　発光角度間隔ｄだけ回転する間（発光時間間隔Ｔｉが経過する間）に行われる６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６の発光（１フレームの発光）が繰り返され、６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６が３６０°回転した場合、６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６の発光位置（発光角度）は、図１０に示すように水平方向（周方向）においてずれることになる。
　以上のように、６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６が等間隔で配置される場合に、６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６が一定の角速度で回転軸Ｒ１０のまわりを回転し、６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６が等しい時間間隔（隣接発光時間間隔Ａ）で発光されると、６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６で受光された反射光の発光角度（受光角度）にずれが生じることが分かる。このように発光角度にずれが生じると、６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６から出力された検出信号に基づいて上記のように距離画像を生成する場合に、生成した画像に歪みが生じてしまう。したがって、この歪みを補正するための処理がさらに必要になる。
　本変更例では、このような６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６における発光角度のずれを低減するために、６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６の配置が、等間隔から変更される。
　図１１は、本変更例に係る光学ユニットＵ１～Ｕ６の配置を示す模式図である。
　本変更例において、光学ユニットＵ１は、０°の位置に配置される。光学ユニットＵ２は、負の回転方向に、光学ユニットＵ１と６０°＋αだけ間隔を開けて配置される。同様に、光学ユニットＵ３は、負の回転方向に、光学ユニットＵ２と６０°＋αだけ間隔を開けて配置される。光学ユニットＵ４は、負の回転方向に、光学ユニットＵ３と６０°＋αだけ間隔を開けて配置される。光学ユニットＵ５は、負の回転方向に、光学ユニットＵ４と６０°＋αだけ間隔を開けて配置される。光学ユニットＵ６は、負の回転方向に、光学ユニットＵ５と６０°＋αだけ間隔を開けて配置される。これにより、光学ユニットＵ１と光学ユニットＵ６との間隔は、６０°－５αとなる。
　図１２（ａ）～（ｆ）は、本変更例に係る６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６が発光した位置（角度）を示す図である。
　図１２（ａ）に示すように、０°において光学ユニットＵ１が発光するとき、光学ユニットＵ２～Ｕ６は、それぞれ、－６０°－α、－１２０°－２α、－１８０°－３α、－２４０°－４α、－３００°－５αの位置にある。
　光学ユニットＵ１が発光してから、隣接発光時間間隔Ａが経過するまでの間に、光学ユニットＵ１～Ｕ６は角度αだけ回転する。したがって、図１２（ｂ）に示すように、光学ユニットＵ２は、－６０°の位置で発光する。このとき、光学ユニットＵ１、Ｕ３～Ｕ６は、図１２（ａ）の位置から角度αだけ進んだ位置にあり、光学ユニットＵ３は、－１２０°－αに位置付けられる。
　同様に、図１２（ｃ）に示すように、光学ユニットＵ３は、－１２０°の位置で発光する。図１２（ｄ）に示すように、光学ユニットＵ４は、－１８０°の位置で発光する。図１２（ｅ）に示すように、光学ユニットＵ５は、－２４０°の位置で発光する。図１２（ｆ）に示すように、光学ユニットＵ６は、－３００°の位置で発光する。
　続いて、図１２（ｆ）の状態から、角度αだけ進むことにより、図１２（ａ）の状態から、光学ユニットＵ１～Ｕ６は発光角度間隔ｄだけ回転し、発光時間間隔Ｔｉが経過することになる。そして、図１２（ａ）～（ｆ）と同様にして、光学ユニットＵ１～Ｕ６の発光が繰り返される。
　図１３は、本変更例に係る、６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６が３６０°回転するまでの間に、各光学ユニットが発光した位置（角度）を示す図である。
　発光角度間隔ｄだけ回転する間（発光時間間隔Ｔｉが経過する間）に行われる６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６の発光（１フレームの発光）が繰り返され、６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６が３６０°回転した場合、本変更例では、６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６の発光位置（発光角度）は、図１３に示すように水平方向（周方向）に揃うことになる。
　以上のように、本変更例では、６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６が、互いに時間をずらしてレーザ光を投射する。そして、周方向において均等な角度位置において各光学ユニットがレーザ光を投射するように、ベース部材２０に対する各光学ユニットの設置位置が、周方向に均等な位置から所定の角度だけ変位した位置に設定されている。
　具体的には、６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６が一定の角速度ωで回転軸Ｒ１０のまわりを回転し、６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６が等しい時間間隔（隣接発光時間間隔Ａ）で発光される場合に、光学ユニットＵ１～Ｕ６が図１１に示したように配置される。これにより、６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６の発光角度（受光角度）を揃えることができる。よって、６つの光学ユニットＵ１～Ｕ６から出力された検出信号に基づいて上記のように距離画像を生成する場合でも、生成した画像の歪みを抑制できる。
　＜その他の変更例＞
　レーザレーダ１の構成は、上記実施形態に示した構成以外に、種々の変更が可能である。
　たとえば、上記実施形態では、光検出器１５０は、回転軸Ｒ１０に平行な方向（Ｚ軸方向）に対応する方向（回転軸Ｒ１０を中心とする円の径方向）に分割された６つのセンサ１５１を備えたが、光検出器１５０に配置されるセンサ１５１の数はこれに限られるものではない。たとえば、光検出器１５０に２～５個のセンサが設けられてもよく、７個以上のセンサが設けられてもよい。光検出器１５０に配置されるセンサの数を増やすほど、回転軸Ｒ１０に平行な方向における物体検出の分解能を高めることができる。
　また、光検出器１５０は、必ずしも複数のセンサを備えていなくてもよく、回転軸Ｒ１０の径方向に長い１つのセンサ１５２を備えてもよい。
　図１４（ａ）は、この変更例に係る６つの光束Ｌ１～Ｌ６を示す模式図であり、図１４（ｂ）は、この変更例に係る光検出器１５０の構成を示す模式図である。図１４（ｂ）には、光学ユニット４０が回転軸Ｒ１０のＸ軸正側に位置付けられたときの光検出器１５０が示されている。
　図１４（ａ）に示すように、この変更例においても、上記実施形態と同様、光束Ｌ１～Ｌ６に対応して、それぞれ、回転軸Ｒ１０に平行な方向（Ｚ軸方向）に長い走査範囲が走査される。そして、各光束に対応する走査範囲からの反射光は、上記実施形態と同様に、Ｚ軸方向に長いため、光検出器１５０の受光面上においてＸ軸方向に長くなる。図１４（ｂ）に示すセンサ１５２のＸ軸方向の長さは、上記実施形態の複数のセンサ１５１の全体のＸ軸方向の長さと同様に設定される。
　この変更例によれば、各走査範囲からの反射光は、いずれも１つのセンサ１５２によって受光される。このため、各走査範囲のＺ軸方向に対応する光検出器１５０の分解能は、上記実施形態に比べて低下するものの、光検出器１５０の構成を簡素化できる。また、この変更例においても、上記実施形態と同様、走査範囲全体のＺ軸方向の幅を広げることができる。
　また、上記実施形態では、レーザ光源１１０は、発光面が一方向に長い面発光型のレーザ光源であったが、これに限らず、端面発光型のレーザ光源であってもよい。
　図１４（ｃ）は、この変更例に係る光束Ｌ１～Ｌ６を示す図であり、図１４（ｄ）は、この変更例に係る光検出器１５０の構成を示す模式図である。
　図１４（ｃ）に示すように、この変更例では、光束Ｌ１～Ｌ６の回転軸Ｒ１０に平行な方向（Ｚ軸方向）における長さは、上記実施形態に比べて短くなっている。これにより、光束Ｌ１～Ｌ６は、それぞれ、角度（θ０＋θ１）／２、（θ１＋θ２）／２、（θ２＋θ３）／２、（θ３＋θ４）／２、（θ４＋θ５）／２、（θ５＋θ６）／２を含む所定の角度範囲にのみ分布する。このため、各走査範囲からの反射光は、上記実施形態に比べてＺ軸方向に短くなるため、光検出器１５０の受光面上においてＸ軸方向に短くなる。したがって、図１４（ｄ）に示すように、この変更例の光検出器１５０は、ほぼ円形の１つのセンサ１５３を備え、各走査範囲からの反射光は、センサ１５３により受光される。
　この変更例においても、上記実施形態と同様、走査範囲全体のＺ軸方向の幅を広げることができる。ただし、この変更例では、図１４（ｃ）に示すように、光束間に投射光が投射されない範囲が含まれるため、物体の検出に漏れが生じやすい。したがって、物体検出の精度を高めるためには、上記実施形態のように、回転軸Ｒ１０に平行な方向に光束の幅を広げて、光束間に隙間が生じることを抑制することが好ましい。なお、この変更例においても、センサ１５３は必ずしも１つでなくてもよく、Ｘ軸方向に分割された複数のセンサが光検出器１５０に配置されてもよい。これにより、物体検出の分解能を高めることができる。
　また、上記実施形態では、ミラー４２によって投射光が走査領域に向けられたが、投射光を回転軸Ｒ１０に平行な方向に分光させる分光素子がさらに配置されてもよい。この場合、分光素子として、たとえば、回折格子が用いられる。
　図１５（ａ）は、この変更例に係る光学ユニット４０の投射光学系の構成を示す模式図である。図１５（ａ）では、便宜上、投射光の光軸のみが図示されている。
　この変更例の光学ユニット４０は、上記実施形態と比較して、コリメータレンズ１２０とミラー４２との間に回折格子１８０を備える。回折格子１８０は、遮光部材４１ｃに形成された孔の内部に設置される。回折格子１８０は、たとえばステップ型の回折格子であり、０次回折光、＋１次回折光、および－１次回折光の光量がほぼ同じとなるように、回折効率が調整されている。コリメータレンズ１２０から回折格子１８０に入射した投射光は、回折格子１８０の回折作用によって、回転軸Ｒ１０を中心とする径方向（図１５（ａ）ではＸ軸方向）に、０次回折光、＋１次回折光、および－１次回折光に分光される。
　この構成によれば、上記実施形態に比べて、投射光の投射範囲が、回転軸Ｒ１０に平行な方向に広げられる。したがって、上記実施形態と同様の走査範囲を得るためには、必ずしも６つの光学ユニット４０を配置しなくてもよく、回折格子１８０の回折角を調整することにより、たとえば、２個の光学ユニット４０のみがベース部材２０に配置されてもよい。
　図１５（ｂ）は、この変更例において、２つの光学ユニット４０が配置される場合に生じる合計６つの回折光の投射状態を示す模式図であり、図１５（ｃ）は、この変更例に係る光検出器１５０の構成を示す模式図である。
　この変更例で設置される２つの光学ユニット４０を、光学ユニットＵ１、Ｕ２とすると、光学ユニットＵ１のミラー４２の傾き角と、光学ユニットＵ２のミラー４２の傾き角とは互いに異なっている。したがって、図１５（ｂ）に示すように、光学ユニットＵ１の＋１次回折光の光束、０次回折光の光束、および－１次回折光の光束と、光学ユニットＵ２の＋１次回折光の光束、０次回折光の光束、および－１次回折光の光束とを、Ｚ軸方向に並べることができる。したがって、この変更例の光束の分布は、上記実施形態とほぼ同じとなる。
　この変更例では、光学ユニットＵ１に対応して３つの光束の投射光が投射され、光学ユニットＵ２に対応して３つの光束の投射光が投射される。したがって、１つの光学ユニットに基づく走査範囲は、上記実施形態の約３倍の幅となる。このため、図１５（ｃ）に示すように、この変更例の光検出器１５０は、上記実施形態と同様の分解能を実現するために、１８個のセンサ１５４を備える。
　この変更例では、光学ユニットＵ１、Ｕ２に、それぞれ、回折格子１８０を配置することにより、上記のように、光学ユニットＵ１、Ｕ２から投射されるレーザ光を回転軸Ｒ１０に平行な方向（Ｚ軸方向）に分けることができ、これにより、１つの光学ユニットにおける走査範囲を回転軸Ｒ１０の方向に広げることができる。このため、ベース部材２０に配置される光学ユニットの数を上記実施形態に比べて減らすことができ、装置の簡素化とコストの低減を図ることができる。
　また、この変更例によれば、各走査範囲のＺ軸方向に対応する光検出器１５０の分解能は、上記実施形態と同様になる。また、走査範囲全体のＺ軸方向の長さは、上記実施形態と同様に高められる。
　ただし、この変更例では、レーザ光源１１０から出射されたレーザ光が回折格子１８０により分光されるため、各回折光に基づく投射光の光量は、上記実施形態の１つの光学ユニット４０に基づく投射光の光量に比べて小さくなる。したがって、検出の限界距離を長くするためには、レーザ光源１１０の出射パワーを高めて、各回折光に基づく投射光の光量を高める必要がある。
　なお、図１５（ａ）～（ｃ）に示す変更例において、光検出器１５０に設けられるセンサの数は、１８個に限らない。たとえば、１つの回折光に基づく反射光を１つのセンサで受光してもよい。
　図１６（ａ）は、この変更例に係る６つの回折光を示す模式図であり、図１６（ｂ）は、この変更例に係る光検出器１５０の構成を示す模式図である。この変更例では、図１５（ａ）に示した変更例と同様に回折格子１８０が設置される。これにより、図１６（ａ）に示すように、図１５（ｂ）と同様、光学ユニットＵ１に基づく３つの回折光と、光学ユニットＵ２に基づく３つの回折光とが投射領域に投射される。そして、図１６（ｂ）に示すように、この変更例の光検出器１５０は、３つのセンサ１５５を備える。３つのセンサ１５５には、それぞれ、１つの回折光に基づく反射光が入射する。
　また、図１５（ａ）～（ｃ）に示す変更例では、レーザ光源１１０は、発光面が一方向に長い面発光型のレーザ光源であったが、これに限らず、端面発光型のレーザ光源でもよい。
　図１６（ｃ）は、この変更例に係る光束Ｌ１～Ｌ６を示す図であり、図１６（ｄ）は、この変更例に係る光検出器１５０の構成を示す模式図である。図１６（ｃ）に示すように、この変更例においても、図１４（ｃ）に示した変更例と同様、回折光に基づく６つの光束の投射光が投射される。また、図１６（ｄ）に示すように、この変更例の光検出器１５０は、ほぼ円形の３つのセンサ１５６を備える。３つのセンサ１５６には、それぞれ、１つの回折光に基づく反射光が入射する。
　なお、図１５（ａ）～図１６（ｄ）に示す変更例では、回折格子１８０は、ステップ型の回折格子であったが、ブレーズ型の回折格子であってもよい。また、回折格子１８０の配置位置は、回折により投射光を回転軸Ｒ１０の方向に分け得る限りにおいて、他の位置であってもよい。たとえば、ミラー４２の反射面４２ａを反射型の回折格子に置き換えてもよい。分光素子によって分光される光は、３つでなくてもよい。
　また、上記実施形態では、６つの光学ユニット４０が、回転軸Ｒ１０の周方向に沿って設置されたが、設置される光学ユニット４０の数は、６つに限らず、２～５個でもよく、７個以上でもよい。
　図１７（ａ）は、１２個の光学ユニットＵ１～Ｕ１２が設置されたレーザレーダ１の構成を示す模式図である。１２個の光学ユニットＵ１～Ｕ１２は、回転軸Ｒ１０の周方向に等間隔（３０°間隔）で配置されている。この場合も、１２個の光学ユニットＵ１～Ｕ１２が備えるミラー４２の傾き角が互いに異なるよう、１２個のミラー４２が設置されるベース部材２０の設置面２１の傾き角が設定される。このように１２個の光学ユニットＵ１～Ｕ１２が設置されることにより、上記実施形態に比べて、回転軸Ｒ１０に平行な方向（Ｚ軸方向）における走査範囲を広げることができる。
　また、上記実施形態では、複数の光学ユニット４０が、回転軸Ｒ１０の周方向に沿って等間隔（６０°間隔）で配置されたが、必ずしも等間隔に設置されなくてもよい。
　図１７（ｂ）は、８個の光学ユニットＵ１～Ｕ８が設置されたレーザレーダ１の構成を示す模式図である。光学ユニットＵ１、Ｕ２の間隔、光学ユニットＵ３、Ｕ４の間隔、光学ユニットＵ５、Ｕ６の間隔、および光学ユニットＵ７、Ｕ８の間隔は、３０°である。光学ユニットＵ２、Ｕ３の間隔、光学ユニットＵ４、Ｕ５の間隔、光学ユニットＵ６、Ｕ７の間隔、および光学ユニットＵ８、Ｕ１の間隔は、６０°である。ただし、このように光学ユニット４０が等間隔に配置されない場合、複数の光学ユニット４０が、回転軸Ｒ１０に対して点対称に設置されるのが好ましい。これにより、回転軸Ｒ１０の径方向において、回転部６０をバランスよく回転させることができる。
　また、上記実施形態では、回転部６０を回転させる駆動部として、モータ１３が用いられたが、モータ１３に代えて、固定部１０と回転部６０にそれぞれコイルと磁石を配置して、回転部６０を固定部１０に対して回転させてもよい。また、回転部６０の外周面に全周にわたってギアが設けられ、このギアに固定部１０に設置されたモータの駆動軸に設置されたギアが噛み合わされることにより、回転部６０を固定部１０に対して回転させてもよい。
　また、上記実施形態では、各光学ユニット４０のミラー４２を互いに異なる傾き角で設置することにより、各光学ユニット４０から投射される投射光の投射方向が互いに異なる方向に設定されたが、各光学ユニット４０から投射される投射光の投射方向を互いに相違させる方法は、これに限られるものではない。
　たとえば、６つの光学ユニット４０からそれぞれミラー４２が省略され、６つの構造体４１が、回転軸Ｒ１０に垂直な平面に対して互いに異なる傾き角となるように、放射状に設置されてもよい。また、上記実施形態においてミラー４２が省略され、代わりに、設置面２１の反射率が高くなるよう設置面２１に鏡面仕上げが施されてもよい。また、上記実施形態では、光学ユニット４０は、１つのミラー４２を備えたが、２つ以上のミラーを備えてもよい。この場合、複数のミラーによって反射され走査領域に投射される投射光のＺ軸方向に対する角度は、複数のミラーのうちいずれかのミラーの角度によって調節されればよい。
　また、上記実施形態では、構造体４１から出射された投射光の光軸を折り曲げるためにミラー４２が用いられたが、ミラー４２に代えて、回折格子等の透過型の光学素子によって投射光の光軸が折り曲げられてもよい。
　また、距離測定機能がなく光検出器１５０からの信号により投射方向に物体が存在するか否かの検出機能のみを備えた装置に本発明に係る構造を適用することも可能である。この場合も、回転軸Ｒ１０に平行な方向（Ｚ軸方向）における走査範囲を広げることができる。
　また、光学ユニット４０の光学系の構成は、上記実施形態に示された構成に限られるものではない。たとえば、集光レンズ１３０から開口部１３１が省略され、投射光学系の光軸Ａ１が集光レンズ１３０に掛からないように、投射光学系と受光光学系とが離されてもよい。さらに、光学ユニット４０に配置されるレーザ光源１１０の数は１つに限らず、複数であってもよい。この場合、各レーザ光源１１０から出射されたレーザ光が偏光ビームスプリッタ等によって統合されることにより、投射光が生成されてもよい。この構成は、たとえば、図１５（ａ）の変更例に用いて好適である。
　なお、上記実施形態では、走査範囲を回転軸に平行な方向に広げるために、複数の光学ユニット４０から投射される投射光の投射方向を、回転軸Ｒ１０に平行な方向（Ｚ軸方向）において互いに相違させたが、他の目的からは、複数の光学ユニット４０から投射される投射光の投射方向を回転軸Ｒ１０に平行な方向（Ｚ軸方向）において同じに設定してもよい。
　図１８は、この変更例に係るレーザレーダ１の構成を示す断面図である。この変更例では、回転軸Ｒ１０のＸ軸正側の設置面２１の水平面（Ｘ－Ｙ平面）に対する傾き角と、回転軸Ｒ１０のＸ軸負側の設置面２１の水平面に対する傾き角とが等しいため、これら設置面２１に設置される２つのミラー４２の傾き角も等しい。同様に、他の設置面２１の傾き角も、上記２つの設置面２１と同じ角度に設定され、他のミラー４２の傾き角も、上記２つのミラー４２と同じ角度に設定される。これにより、６つの光学ユニット４０から投射される投射光の投射方向は、回転軸Ｒ１０に平行な方向において同じになる。このように、回転軸Ｒ１０に平行な方向において全ての光学ユニット４０の投射方向を同じに設定すると、回転軸Ｒ１０の周囲の範囲に対する検出頻度を高めることができ、これにより、回転速度を高めることなく高フレームレートを実現できる。
　この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
　１　レーザレーダ
　１３　モータ（駆動部）
　２０　ベース部材
　２１　設置面
　４０　光学ユニット
　４１ｃ　遮光部材
　４２　ミラー（光学素子）
　１１０　レーザ光源
　１２０　コリメータレンズ
　１３０　集光レンズ
　１３１　開口部
　１５０　光検出器
　１５１～１５６　センサ
　１８０　回折格子（分光素子）
　Ｒ１０　回転軸
　Ｕ１～Ｕ１２　光学ユニット

Claims (13)

  1. 　ベース部材と、
    　前記ベース部材を回転軸について回転させる駆動部と、
    　前記回転軸を中心とする周方向に所定の間隔で前記ベース部材に配置され、前記回転軸から離れる方向にレーザ光をそれぞれ投射する複数の光学ユニットと、を備え、
    　前記複数の光学ユニットは、前記レーザ光の投射方向が前記回転軸に平行な方向に互いに異なっている、
    ことを特徴とするレーザレーダ。
     
  2. 　請求項１に記載のレーザレーダにおいて、
    　前記光学ユニットは、
    　　レーザ光源と、
    　　前記レーザ光源の光軸を折り曲げる光学素子と、を備え、
    　前記光学素子による前記光軸の折り曲げ角を前記光学ユニットごとに変化させることにより、前記複数の光学ユニットの前記レーザ光の投射方向が前記回転軸に平行な方向に互いに異なっている、
    ことを特徴とするレーザレーダ。
     
  3. 　請求項２に記載のレーザレーダにおいて、
    　前記光学素子は、ミラーである、
    ことを特徴とするレーザレーダ。
     
  4. 　請求項３に記載のレーザレーダにおいて、
    　前記ベース部材には、前記複数の光学ユニットの設置領域に、それぞれ、前記ミラーを設置するための複数の設置面が形成され、
    　前記光軸に垂直な平面に対する前記複数の設置面の傾き角が、前項光学ユニットの前記設置領域ごとに相違している、
    ことを特徴とするレーザレーダ。
     
  5. 　請求項２ないし４の何れか一項に記載のレーザレーダにおいて、
    　前記レーザ光源は、発光面が一方向に長い面発光型のレーザ光源であり、
    　前記各光学ユニットは、前記レーザ光源から出射されるレーザ光が入射するコリメータレンズを備え、
    　前記発光面の長手方向が、前記レーザ光が投射される際に前記回転軸に平行な方向となるように、前記各光学ユニットの前記レーザ光源が設置されている、
    ことを特徴とするレーザレーダ。
     
  6. 　請求項２ないし５の何れか一項に記載のレーザレーダにおいて、
    　前記各光学ユニットは、前記レーザ光源から出射された前記レーザ光を前記回転軸に平行な方向に対応する方向に分光する分光素子を備える、
    ことを特徴とするレーザレーダ。
     
  7. 　請求項２ないし６の何れか一項に記載のレーザレーダにおいて、
    　前記光学ユニットは、
    　　投射されたレーザ光が物体によって反射された反射光を受光する光検出器と、
    　　前記光検出器に前記反射光を集光する集光レンズと、を備える、
    ことを特徴とするレーザレーダ。
     
  8. 　請求項７に記載のレーザレーダにおいて、
    　前記光検出器は、前記回転軸に平行な方向に対応する方向に分割された複数のセンサを備える、
    ことを特徴とするレーザレーダ。
     
  9. 　請求項７または８に記載のレーザレーダにおいて、
    　前記各光学ユニットにおいて、前記レーザ光を投射するための投射光学系の光軸と、前記反射光を受光するための受光光学系の光軸とが互いに平行となっており、
    　前記集光レンズに、前記投射光学系の光軸を通すための開口部が設けられている、
    ことを特徴とするレーザレーダ。
     
  10. 　請求項９に記載のレーザレーダにおいて、
    　前記光学ユニットは、前記投射光学系の光軸の周囲を覆う遮光部材を備え、
    　前記遮光部材は、前記開口部に嵌め込まれている、
    ことを特徴とするレーザレーダ。
     
  11. 　請求項９または１０に記載のレーザレーダにおいて、
    　投射光学系の光軸と前記受光光学系の光軸とが前記回転軸の周方向に並んでおり、
    　前記受光光学系の光軸が、前記投射光学系の光軸に対して、前記ベース部材の回転方向において後方の位置にある、
    ことを特徴とするレーザレーダ。
     
  12. 　請求項１ないし１１の何れか一項に記載のレーザレーダにおいて、
    　前記複数の光学ユニットは、互いに時間をずらしてレーザ光を投射し、
    　前記周方向に均等な角度位置において前記各光学ユニットがレーザ光を投射するように、前記ベース部材に対する前記各光学ユニットの設置位置が、前記周方向に均等な位置から所定の角度だけ変位した位置に設定されている、
    ことを特徴とするレーザレーダ。
     
  13. 　ベース部材と、
    　前記ベース部材を回転軸について回転させる駆動部と、
    　前記回転軸を中心とする周方向に所定の間隔で前記ベース部材に配置され、前記回転軸から離れる方向にレーザ光をそれぞれ投射する複数の光学ユニットと、を備え、
    　前記複数の光学ユニットは、前記レーザ光の投射方向が前記回転軸に平行な方向に互いに同じである、
    ことを特徴とするレーザレーダ。
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