(57)【要約】【課題】遠くの物体からの反射光の強度が低下することを抑制できるレーザレーダ装置を提供する。【解決手段】レーザ光を外部に照射してレーザ光が外部の物体で反射して生じた反射光を受光するレーザレーダ装置であって、レーザ光を発生させる光源と、光源が発生させたレーザ光が入射する投光レンズと、投光レンズを通過したレーザ光を偏向する照射ミラー２１と、レーザ光が通過し、レーザ光が通過する部分は、少なくとも水平断面の形状が、照射ミラー２１とは反対側に突き出した湾曲形状である窓３とを備え、投光レンズは、レーザ光を、レーザ光が照射ミラー２１から窓３に向かう際に、少なくとも、水平面内においてレーザ光の水平方向の進行方向中心に直交する方向に収束する光とする。【選択図】図４
2018040729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を外部に照射して前記レーザ光が外部の物体で反射して生じた反射光を受光するレーザレーダ装置（１、１００）であって、
前記レーザ光を発生する光源（１１）と、
前記光源が発生した前記レーザ光が入射する投光レンズ（１３）と、
前記投光レンズを通過した前記レーザ光を偏向する偏向部（２０）と、
前記偏向部が偏向した前記レーザ光が通過し、前記レーザ光が通過する部分は、少なくとも水平断面の形状が、前記偏向部とは反対側に突き出した湾曲形状である窓（３、１０３）とを備え、
前記投光レンズは、前記レーザ光を、前記レーザ光が前記偏向部から前記窓に向かう際に、少なくとも、水平面内において前記レーザ光の水平方向の進行方向中心に直交する方向に収束する光とすることを特徴とするレーザレーダ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記偏向部は、前記レーザ光を少なくとも水平方向に走査する偏向ミラー（２１）を備え、
前記投光レンズは、前記レーザ光を、前記レーザ光の光軸に垂直な断面形状を円形とし、且つ、前記レーザ光を、前記レーザ光が前記偏向部から前記窓に向かう際に、水平面内において前記レーザ光の水平方向の進行方向中心に直交する方向に収束するとともに、鉛直方向にも収束する光とするレーザレーダ装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記窓（３）の前記レーザ光が通過する部分は、前記水平断面の形状が前記偏向部とは反対側に突き出した湾曲形状であるとともに、前記レーザ光の光軸を含む垂直断面の形状も前記偏向ミラーとは反対側に突き出した湾曲形状であるレーザレーダ装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記窓の前記レーザ光が通過する部分は、前記水平断面の曲率と前記垂直断面の曲率とが同じであり、
前記投光レンズは、前記レーザ光が前記偏向部から前記窓に向かう際に、水平面内において前記レーザ光の水平方向の進行方向中心に直交する方向に前記レーザ光を収束させる収束率と、鉛直方向に前記レーザ光を収束させる収束率とが同じであり、かつ、それらの収束率は、前記窓を通過した後の前記レーザ光が拡散光となる収束率となっているレーザレーダ装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項において、
前記偏向部は、前記レーザ光を水平方向に所定の角度ピッチで走査し、
前記投光レンズは、水平方向の走査角度が互いに隣接する２つの前記レーザ光のスポットが、予め設定された最長検出距離において、互いに重ならず、かつ、スポット間の間隔が予め設定された検出対象物体のサイズ以下となるように、前記レーザ光を集光するレーザレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザレーダ装置に関し、特に、反射光の強度の減衰を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザレーダ装置は、レーザ光を外部に出力し、そのレーザ光が外部の物体で反射して生じた反射光を受光する。そして、受光した反射光の強度に基づいて物体を検出する。したがって、レーザレーダ装置は、外部に出力するレーザ光および反射光が通過できるように窓を備える。
【０００３】
レーザレーダ装置は、単一の光源が発生したレーザ光の進行方向を回転ミラーなどを備える偏向部で偏向してレーザ光の走査を行うことが一般的である。つまり、レーザレーダ装置は、偏向部を中心として種々の方向に向けてレーザ光を照射するので、レーザ光が通過する窓は曲面形状になることが多い。また、装置を大型化することは好ましくないので、窓の曲面は大きい曲率になることが一般的である。特許文献１には、種々の曲面形状の窓が開示されている。
【０００４】
また、従来、特許文献１に開示されているように、レーザダイオードなどの光源が発生したレーザ光は、レンズにより平行光とされる。これにより、レーザ光が拡散して遠方からの反射光の強度が低下してしまうことが抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１４１２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
窓が曲面形状になっていると、窓はレンズとして作用する。そのため、窓に入射するレーザ光が平行光であったとしても、窓を通過する際に、レーザ光は拡散光になってしまう。拡散光である場合、物体までの距離に比例して、その物体からの反射光の強度は低下する。よって、遠くの物体を検出することが困難になってしまう。
【０００７】
本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、遠くの物体からの反射光の強度が低下することを抑制できるレーザレーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は、発明の更なる有利な具体例を規定する。特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【０００９】
上記目的を達成するための本発明は、レーザ光を外部に照射してレーザ光が外部の物体で反射して生じた反射光を受光するレーザレーダ装置（１、１００）であって、
レーザ光を発生する光源（１１）と、
光源が発生したレーザ光が入射する投光レンズ（１３）と、
投光レンズを通過したレーザ光を偏向する偏向部（２０）と、
偏向部が偏向したレーザ光が通過し、レーザ光が通過する部分は、少なくとも水平断面の形状が、偏向部とは反対側に突き出した湾曲形状である窓（３、１０３）とを備え、
投光レンズは、レーザ光を、レーザ光が偏向部から窓に向かう際に、少なくとも、水平面内においてレーザ光の水平方向の進行方向中心に直交する方向に収束する光とすることを特徴とする。
【００１０】
本発明のレーザレーダ装置では、窓は水平断面の形状が偏向部とは反対側に突き出した湾曲形状であることから、窓がレンズとして作用する。そのため、レーザ光は、窓を通過することで、窓に入射する前よりも、水平方向であってレーザ光の進行方向中心に直交する方向に広がる光となる。
【００１１】
ただし、本発明では、投光レンズが、レーザ光を、レーザ光が偏向部から窓に向かう際に、少なくとも水平面内においてレーザ光の水平方向の進行方向中心に直交する方向に収束する光としている。
【００１２】
したがって、レーザ光は、窓を通過する際に水平方向に拡散する分と、投光レンズにより水平方向に収束する分との少なくとも一部が相殺されることになる。これにより、投光レンズがレーザ光を平行光にする場合に比較して、装置外部に照射されるレーザ光の拡散を抑えることができる。その結果、装置外部に照射されたレーザ光が、装置から遠ざかるにつれて低下する光の密度の低下を抑制できることから、遠くの物体からの反射光の強度が低下することを抑制できる。
【００１３】
請求項２に係る発明では、偏向部は、レーザ光を少なくとも水平方向に走査する偏向ミラー（２１）を備え、
投光レンズは、レーザ光を、レーザ光の光軸に垂直な断面形状を円形とし、且つ、レーザ光を、レーザ光が偏向部から窓に向かう際に、水平面内においてレーザ光の水平方向の進行方向中心に直交する方向に収束するとともに、鉛直方向にも収束する光とする。
【００１４】
本発明のようにすれば、詳しくは図を用いて後述するが、偏向ミラーによる水平方向の走査角度によってレーザレーダ装置から照射されるレーザ光のスポット形状がばらついてしまうことを抑制できる。
【００１５】
請求項３に係る発明では、窓（３）のレーザ光が通過する部分は、水平断面の形状が偏向部とは反対側に突き出した湾曲形状であるとともに、レーザ光の光軸を含む垂直断面の形状も偏向ミラーとは反対側に突き出した湾曲形状である。
【００１６】
本発明は、請求項２記載の発明特定事項を備えるので、投光レンズにより、レーザ光は、偏向部から窓に向かう際に、鉛直方向および水平方向に収束する光となっている。これに対して、窓の形状が本発明の形状となっていると、レーザ光は、窓を通過する際に、水平方向だけでなく鉛直方向にも拡散する。
【００１７】
よって、レーザ光は、窓を通過する際に水平方向に拡散する分と、投光レンズにより水平方向に収束する分との少なくとも一部が相殺されることに加えて、窓を通過する際に鉛直方向に拡散する分と、投光レンズにより鉛直方向に収束する分との少なくとも一部も相殺される。
【００１８】
ここで、この発明とは異なり、窓においてレーザ光が通過する部分の、レーザ光の光軸を含む垂直断面の形状が、レーザ光の光軸に対して垂直な直線形状であるとする。この場合、レーザ光は窓を通過する際に鉛直方向には拡散されないので、レーザ光はレーザレーダ装置から射出された後も鉛直方向に収束する。
【００１９】
レーザレーダ装置から射出された後も鉛直方向に収束すると、レーザレーダ装置からある距離においてレーザ光は鉛直方向には１点に集まり、その点よりもレーザレーダ装置から遠方では、レーザ光は鉛直方向には拡散することになる。しかも、レーザレーダ装置の装置サイズは実用的な大きさにする必要があるので、レーザレーダ装置内でのレーザ光の鉛直方向の長さは、それほど大きくすることはできない。よって、レーザレーダ装置から射出された後も鉛直方向に収束すると、レーザ光は、レーザレーダ装置から比較的近い距離において鉛直方向には拡散する光となってしまう恐れがある。そして、レーザレーダ装置から比較的近い距離において鉛直方向に拡散する光となってしまうと、遠方では、光の密度が低下してしまう。
【００２０】
これに対して、窓形状を本発明の窓形状とすると、レーザ光は、窓を通過する際に鉛直方向に拡散する分と、投光レンズにより鉛直方向に収束する分との少なくとも一部が相殺する。よって、窓から射出されるレーザ光を、鉛直方向に僅かに拡散する光にしたり、あるいは、レーザ光を、鉛直方向に収束する光のままとしつつも、鉛直方向において１点に集まる距離を、レーザレーダ装置から遠方になるように設計したりすることが容易になる。
【００２１】
その結果、レーザレーダ装置の物体検出範囲内において、レーザ光が鉛直方向に拡散することを抑制することが容易になる。これによって、遠くの物体からの反射光の強度が低下することを、より抑制できる。
【００２２】
請求項４に係る発明では、窓のレーザ光が通過する部分は、水平断面の曲率と垂直断面の曲率とが同じであり、
投光レンズは、レーザ光が偏向部から窓に向かう際に、水平面内においてレーザ光の水平方向の進行方向中心に直交する方向にレーザ光を収束させる収束率と、鉛直方向にレーザ光を収束させる収束率とが同じであり、かつ、それらの収束率は、窓を通過した後のレーザ光が拡散光となる収束率となっている。
【００２３】
窓の形状が本発明の形状となっていると、レーザ光は、窓を通過する際に、水平方向に拡散させられる程度と鉛直方向に拡散させられる程度とが同じになる。加えて、本発明では、投光レンズがレーザ光を収束させる収束率も、水平方向と鉛直方向とで同じである。また、投光レンズがレーザ光を収束させる収束率は、窓を通過した後のレーザ光が拡散光となる収束率となっている。これらのことから、窓を通過した後のレーザ光は、レーザレーダ装置からの距離の増加に伴い、水平方向および鉛直方向に同じ比率で拡散する。
【００２４】
ここで、レーザレーダ装置が反射光を受光する受光視野は、レーザレーダ装置からの距離の増加に伴い、水平方向および鉛直方向に同じ比率で大きくなる。受光視野は、受光素子が発光したと仮定したときに、受光素子からの光の拡散する範囲と考えることができるからである。
【００２５】
したがって、本発明によれば、窓を通過した後のレーザ光は、レーザレーダ装置からの距離の増加に伴い水平方向および鉛直方向に同じ比率で拡散し、受光視野も、レーザレーダ装置からの距離の増加に伴い、水平方向および鉛直方向に同じ比率で大きくなる。
【００２６】
これにより、レーザレーダ装置からの距離によらず、受光視野と投光スポットサイズとの比を同じにすることができるので、距離によらず良好な物体検出感度が得やすくなる。
【００２７】
請求項５に係る発明では、偏向部は、レーザ光を水平方向に所定の角度ピッチで走査し、
投光レンズは、水平方向の走査角度が互いに隣接する２つのレーザ光のスポットが、予め設定された最長検出距離において、互いに重ならず、かつ、スポット間の間隔が予め設定された検出対象物体のサイズ以下となるように、レーザ光を集光する。
【００２８】
この発明を、偏向部が走査する角度ピッチは変更せず、水平方向における走査角度が互いに隣接する２つのレーザ光のスポットが最長検出距離において重なる場合と比較すると、レーザ光のスポットサイズが小さいことになる。よって、遠くの物体からの反射光の強度が低下することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施形態となるレーザレーダ装置１の外観を示す斜視図である。
【図２】図１の筐体２の内部に収容されている要素を示す図である。
【図３】図１のIII−III断面の概略図である。
【図４】図３のIV−IV断面の概略図である。
【図５】受光視野３３と照射光Ｌのスポット２３の関係を例示する図である。
【図６】変形例１における照射光Ｌのスポット形状を説明する図である。
【図７】図６のVII−VII断面における照射光Ｌのスポット形状を示す図である。
【図８】図６の状態から照射ミラー２１が回転した状態を示す図である。
【図９】図８のIX−IX断面における照射光Ｌのスポット形状を示す図である。
【図１０】第２実施形態のレーザレーダ装置１００の外観を示す斜視図である。
【図１１】図１０のXI−XI断面の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、第１実施形態のレーザレーダ装置１は、縦長の筐体２を備えており、この筐体２の上下方向の中央やや下寄りに窓３が取り付けられている。筐体２において窓３と対向する面が背面２ａであり、レーザレーダ装置１は、背面２ａが壁などに接する、あるいは、壁などに僅かな隙間を隔てて対向し、底面２ｂが下側、上面２ｃが上側になるように設置される。また、設置状態では、底面２ｂの鉛直方向上側に上面２ｃが位置するように、レーザレーダ装置１は設置される。
【００３１】
背面２ａから、窓３において背面２ａから最も突き出す位置に向かう方向が、レーザレーダ装置１の正面方向である。なお、本実施形態の説明でも、光学分野における一般的な表現に従い、正面方向はＺ軸方向とし、鉛直方向をＹ軸方向とし、Ｚ軸およびＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とする。
【００３２】
レーザレーダ装置１は、正面方向を走査中心として照射光Ｌ（図３、図４参照）を装置外部に照射し、その照射光Ｌを走査する。そして、その照射光Ｌが物体で反射して生じた反射光Ｒ（図２参照）を受光することで、レーザレーダ装置１の周囲に設定された物体検出範囲に存在する物体を検出する。
【００３３】
窓３は、有色透明または無色透明であり、筐体２と組み合わせられることにより、内部に閉じた空間を形成する。窓３は、球体を切断した形状である。よって、図３の概略図にも示すように、垂直断面形状は、上下方向の中心が筐体２に対して最もＺ軸方向に突き出している。なお、図３は、底面２ｂおよび上面２ｃに垂直であり、正面方向を含む断面、すなわち、底面２ｂおよび上面２ｃの幅方向中心を通る断面の概略図である。ただし、底面２ｂおよび上面２ｃに垂直な断面であれば、正面方向とは異なる方向の断面であっても、窓３の形状は、上下方向の中心が筐体２に対して最もＺ軸方向に突き出す形状である。また、窓３は、図４の概略図にも示すように、水平断面形状は、正面方向を対称の軸とする線対称の円弧形状である。
【００３４】
筐体２の内部には、図２に示す要素が収容されている。なお、図２では、筐体２および窓３は省略している。図２に示すように、レーザレーダ装置１は、照射部１０、偏向部２０、受光部３０、コンパレータ４０、制御部５０を備える。
【００３５】
照射部１０は、光源１１、駆動部１２、投光レンズ１３を備える。光源１１は、レーザダイオードなどであり、パルス電流が供給されることによりパルス状のレーザ光を出力する。光源１１が出力したレーザ光が照射光Ｌである。駆動部１２は、制御部５０からレーザ光を発生させることを指令する指令信号が入力されると、パルス電流を生成して光源１１に入力する。
【００３６】
光源１１が出力する照射光Ｌは光源１１から離れるにつれて拡散する光である。なお、図２では、照射光Ｌの進行方向の中心、すなわち照射光Ｌの光軸Ｌ０を図示している。投光レンズ１３は、照射光Ｌのスポット形状を円形にする。スポット形状とは、照射光Ｌの光軸Ｌ０に垂直な断面形状である。また、円形は、真円のみを指すのではなく、略円形であるものも含む。スポット形状を円形にするために、投光レンズ１３は、複数枚のレンズを組み合わせたものでもよい。
【００３７】
また、投光レンズ１３は、本実施形態では集光レンズを用い、照射光Ｌを収束光とし、スポット形状は円形であることから、投光レンズ１３は、照射光Ｌの光軸Ｌ０の周り３６０度を均等に収束させる。収束の程度は、偏向部２０で偏向された照射光Ｌが窓３を通過する際に、窓３のレンズ作用により拡散光に変化する程度である。
【００３８】
偏向部２０は、照射ミラー２１とモータ２２とを備えている。照射ミラー２１は、平面ミラーであり、モータ２２と連結されており、筐体２の底面２ｂおよび上面２ｃに対して略垂直になっている回転軸周りに回転する。投光レンズ１３を通過した照射光Ｌは、照射ミラー２１で反射されて、図２には示していない窓３の方向に照射される。レーザレーダ装置１は上下方向が略鉛直方向になるように設置されるので、照射ミラー２１から窓３に向かう方向は水平方向である。照射ミラー２１は請求項の偏向ミラーに相当している。
【００３９】
照射ミラー２１は略鉛直になる回転軸周りに回転しているので、照射光Ｌは、水平面内において、所定の角度範囲に渡り走査される。所定の角度範囲はたとえば１８０〜１９０度である。照射ミラー２１により偏向された照射光Ｌは窓３を通過してレーザレーダ装置１の外部に照射される。
【００４０】
受光部３０は、受光ミラー３１、受光素子３２を備える。図２には図示していない窓３は、照射光Ｌが通過し、また、外部から受光ミラー３１に入射する反射光Ｒが通過する位置に配置されている。
【００４１】
受光ミラー３１は、平面ミラーであり、反射光Ｒを反射して受光素子３２に導く。受光ミラー３１は、回転軸が照射ミラー２１の回転軸と結合している。そのため、受光ミラー３１は照射ミラー２１と一体回転する。受光素子３２は、たとえば、フォトダイオードであり、受光素子３２に入射した光の強度を表す信号、すなわち、反射光Ｒの受光強度を表す信号（以下、受光強度信号）をコンパレータ４０に出力する。
【００４２】
なお、このように、レーザレーダ装置１から照射される照射光Ｌの光軸Ｌ０と、レーザレーダ装置１に入射する反射光Ｒの光軸とが異なる装置は、非同軸系レーザレーダ装置と呼ばれる。
【００４３】
コンパレータ４０は、受光強度信号を、予め設定されている検出閾値と比較し、比較結果を示す信号（以下、比較結果信号）を連続的に制御部５０に出力する。比較結果信号は、受光強度信号が検出閾値を超えたことを示す信号と、受光強度信号が検出閾値を超えていないことを示す信号の２種類である。
【００４４】
制御部５０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータである。この制御部５０は、照射部１０の駆動部１２に指令信号を出力し、また、コンパレータ４０から比較結果信号を受信して、その比較結果信号に基づいて物体の検知を行う。
【００４５】
図３、図４は、照射光Ｌの拡散の程度を説明するための図であり、その説明のために必要な部材を概略形状で示している。また、図３は図１のIII−III線で切断した断面図、すなわち、レーザレーダ装置１の正面方向を含む鉛直平面でレーザレーダ装置１を切断した断面図である。一方、図４は、図３のIV−IV線断面図、すなわち水平断面図である。
【００４６】
すでに説明したように、光源１１が出力した照射光Ｌは、投光レンズ１３により光軸Ｌ０の周り３６０度均等に収束する収束光とされる。平面ミラーである照射ミラー２１で反射されても収束率は変化しないので、照射光Ｌは窓３を通過するまで、鉛直方向および水平方向の収束率が同じまま、スポットサイズが漸減する。
【００４７】
図３に示すように、窓３は、正面方向を含む垂直断面形状が、照射ミラー２１とは反対側に突き出した円弧形状、すなわち湾曲形状である。また、窓３は、正面方向以外の照射光Ｌの照射方向、すなわち、正面方向以外の照射光Ｌの進行方向における垂直断面形状も、照射ミラー２１とは反対側に突き出した円弧形状である。
【００４８】
よって、窓３は、照射光Ｌを、その照射方向によらず、上下方向に拡散させるレンズとして作用する。その結果、投光レンズ１３における集光作用により、照射ミラー２１から窓３に向かう際には鉛直方向に収束する光であった照射光Ｌは、窓３を通過することにより、わずかに鉛直方向に拡散する拡散光となる。
【００４９】
鉛直方向への拡散の程度は、窓３の湾曲形状、厚さなどを変化させることにより定まる窓３による拡散能力と、投光レンズ１３による集光能力とによって調整が可能である。本実施形態では、前述したように、窓３を通過した照射光Ｌがわずかに拡散する拡散光となるように調整されている。
【００５０】
この拡散の程度は、より具体的には、照射光Ｌのスポットサイズが、予め設定された最長検出距離において所定の大きさになるように設定される。最長検出距離は、たとえば、３０〜６０ｍである。また、所定の大きさは、水平方向の走査角度が互いに隣接する２つの照射光Ｌのスポット、すなわち照射光Ｌの照射範囲が、最長検出距離において互いに重ならず、かつ、スポット間の間隔が予め設定された検出対象物体のサイズ以下となる大きさである。検出対象物体が人であれば、検出対象物体のサイズは、胸から背中方向における人体の長さを考慮して、たとえば２０ｃｍとされる。
【００５１】
検出対象物体のサイズが２０ｃｍとされている場合、最長検出距離において、水平方向の走査角度が互いに隣接する２つの照射光Ｌのスポット間の間隔が２０ｃｍ以下となるように、拡散の程度が調整されることになる。
【００５２】
また、図４に示すように、窓３の照射光Ｌが通過する部分は、水平断面形状も、照射ミラー２１とは反対側に突き出した円弧形状、すなわち湾曲形状である。そのため、窓３は、照射光Ｌを、照射方向によらず、水平方向にも拡散させるレンズとして作用する。その結果、投光レンズ１３における集光作用により、照射ミラー２１から窓３に向かう際には水平方向にも収束する光であった照射光Ｌは、窓３を通過することにより、わずかに水平方向にも拡散する拡散光となる。
【００５３】
水平方向への拡散の程度も、窓３による拡散能力と、投光レンズ１３による集光能力とによって調整が可能である。本実施形態では、窓３を通過した照射光Ｌがわずかに拡散し、最長検出距離においてもスポット形状が円形となるように調整されている。
【００５４】
なお、図４では、照射ミラー２１に照射されたときのスポット形状はＺ軸方向に長い楕円形状となっているが、これは、照射ミラー２１のミラー面が照射光Ｌの進行方向に対して傾斜しているからである。前述したように、本実施形態では、投光レンズ１３により照射光Ｌのスポット形状は円形になっている。
【００５５】
［第１実施形態のまとめ］
以上、説明した本実施形態のレーザレーダ装置１は、図４に示したように、窓３において照射光Ｌが通過する部分の水平断面の形状が照射ミラー２１とは反対側に突き出した湾曲形状である。よって、窓３がレンズとして作用し、照射光Ｌは、窓３を通過することで、窓３に入射する前よりも、水平方向であって照射光Ｌの進行方向中心に直交する方向に広がる光となる。
【００５６】
ただし、本実施形態では、投光レンズ１３が、照射光Ｌを、照射光Ｌが照射ミラー２１から窓３に向かう際に、水平面内において照射光Ｌの水平方向の進行方向中心に直交する方向に収束する光としている。
【００５７】
したがって、照射光Ｌは、窓３を通過する際に水平方向に拡散する分と、投光レンズ１３により水平方向に収束する分との少なくとも一部が相殺されることになる。これにより、投光レンズ１３が照射光Ｌを平行光にする場合に比較して、装置外部に照射される照射光Ｌの拡散を抑えることができる。その結果、装置外部に照射された照射光Ｌが、レーザレーダ装置１から遠ざかるにつれて低下する光の密度の低下を抑制できることから、遠くの物体からの反射光Ｒの強度が低下することを抑制できる。
【００５８】
また、本実施形態では、窓３の形状を、球体を切断した形状としていることから、窓３において照射光Ｌが通過する部分は水平断面の曲率と垂直断面の曲率とが同じになっている。したがって、照射光Ｌは、窓３を通過する際に、水平方向に拡散させられる程度と鉛直方向に拡散させられる程度とが同じになる。加えて、本実施形態では、投光レンズ１３が照射光Ｌを収束させる収束率も、水平方向と鉛直方向とで同じである。また、投光レンズ１３が照射光Ｌを収束させる収束率は、窓３を通過した後の照射光Ｌが拡散光となる収束率となっている。これらのことから、窓３を通過した後の照射光Ｌは、レーザレーダ装置１からの距離の増加に伴い、水平方向および鉛直方向に同じ比率で拡散する。
【００５９】
一方、レーザレーダ装置１が反射光Ｒを受光する受光視野も、レーザレーダ装置１からの距離の増加に伴い、水平方向および鉛直方向に同じ比率で大きくなる。なお、受光視野は、照射光Ｌの光軸Ｌ０に対して垂直な面において受光素子３２が光を受光できる範囲を意味する。
【００６０】
本実施形態では、窓３を通過した後の照射光Ｌが、レーザレーダ装置１からの距離の増加に伴い水平方向と鉛直方向に同じ比率で拡散し、受光視野も、レーザレーダ装置１からの距離の増加に伴い、水平方向と鉛直方向に同じ比率で大きくなることになる。
【００６１】
これにより、レーザレーダ装置１からの距離によらず、受光視野と照射光Ｌのスポットのサイズとの比が同じになる。図５には、受光視野３３と照射光Ｌのスポット２３を示している。受光視野３３のうち、照射光Ｌのスポット２３の外側からの光はノイズとなる。したがって、照射光Ｌのスポット２３のサイズが受光視野３３のサイズに近いほど、物体検出感度を良好にできる。
【００６２】
本実施形態のレーザレーダ装置１と異なり、レーザレーダ装置からの距離の増加に伴う照射光Ｌの拡散の程度が、水平方向と鉛直方向で異なる場合、照射光Ｌのスポット２３の形状がレーザレーダ装置１からの距離の増加に伴い変化することになる。これに対し、受光視野３３の形状は、レーザレーダ装置１からの距離によらず変化しない。よって、レーザレーダ装置１からの距離の増加に伴う照射光Ｌの拡散の程度が、水平方向と鉛直方向で異なる場合には、ある距離においては、図５に示すように、受光視野３３のうち、照射光Ｌのスポット２３の外側の範囲が少ないとしても、次のようになる。すなわち、レーザレーダ装置１からの距離が変化すると、受光視野３３のうち、照射光Ｌのスポット２３の外側の範囲が大きくなったり、あるいは、照射光Ｌのスポット２３の一部が受光視野３３からはみ出したりする恐れがある。したがって、レーザレーダ装置からの距離によらず、良好な物体検出感度とするためには、複雑な感度調整や制御が必要になる。
【００６３】
これに対して、本実施形態では、レーザレーダ装置１からの距離によらず、受光視野３３と照射光Ｌのスポット２３のサイズとの比が同じになるので、レーザレーダ装置１からの距離によらず良好な物体検出感度を容易に得ることができる。
【００６４】
また、本実施形態では、投光レンズ１３は、照射光Ｌを、照射光Ｌが照射ミラー２１から窓３に向かう際に、水平面内において照射光Ｌの水平方向の進行方向中心に直交する方向に収束する光とすることに加え、照射光Ｌを次の特徴を持つ光とする。すなわち、投光レンズ１３は、照射光Ｌのスポット形状を円形とする。また、投光レンズ１３は、照射光Ｌを、照射光Ｌが照射ミラー２１から窓３に向かう際に、鉛直方向にも収束する光とする。
【００６５】
これにより、照射ミラー２１の向きによってレーザレーダ装置１から照射される照射光Ｌのスポット形状がばらついてしまうことを抑制できる。この点については、変形例１の説明において、さらに詳しく説明する。
【００６６】
＜変形例１＞
次に、変形例１を説明する。なお、これ以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。
【００６７】
図６から図９は、投光レンズ１３が、照射光Ｌのスポット形状を、照射光Ｌが投光レンズ１３から照射ミラー２１に向かう際にＺ軸方向が短軸となる楕円形状にした例である。図６と図８の違いは、照射ミラー２１の回転角度である。
【００６８】
図７、図９は、それぞれ、照射ミラー２１の回転角度が図６、図８の回転角度になっている場合に窓３を通過した後の照射光Ｌのスポット形状を示す図である。照射ミラー２１の回転角度が図６の角度である場合、窓３を通過した後の照射光Ｌのスポット形状は横長の楕円である。これに対して、照射ミラー２１の回転角度が図８の角度である場合、窓３を通過した後の照射光Ｌのスポット形状は縦長の楕円になっている。
【００６９】
図６、図７と、図８、図９の比較から分かるように、投光レンズ１３が、照射光Ｌのスポット形状を楕円形状にする場合、照射ミラー２１の回転角度により、窓３を通過した後の照射光Ｌのスポット形状が変化することになる。
【００７０】
この変形例１においても、照射光Ｌは、窓３を通過する際に水平方向に拡散する分と、投光レンズ１３により水平方向に収束する分との少なくとも一部が相殺される。よって、変形例１も、本発明の一態様ではある。
【００７１】
しかし、前述の実施形態のように、投光レンズ１３が照射光Ｌのスポット形状を円形にする方が好ましい。投光レンズ１３が照射光Ｌのスポット形状を円形にすれば、照射ミラー２１の向きによってレーザレーダ装置１から照射される照射光Ｌのスポット形状がばらついてしまうことを抑制できるからである。
【００７２】
＜第２実施形態＞
図１０に、第２実施形態のレーザレーダ装置１００の外観を示す。レーザレーダ装置１００は、第１実施形態のレーザレーダ装置１が備える筐体２と略同じ形状の筐体１０２を備える。この筐体１０２に窓１０３が取り付けられている。
【００７３】
窓１０３の形状が第１実施形態の窓３と異なるので、筐体１０２は、第１実施形態の筐体２と、窓１０３の取り付け部分についての形状が相違する。これ以外は、筐体１０２は、第１実施形態の筐体２と同じ構造である。また、レーザレーダ装置１００の内部構造は第１実施形態のレーザレーダ装置１の内部構造と同じである。
【００７４】
窓１０３は、円筒を、その円筒の軸に平行な平面で切断した形状である。以下、窓１０３の形状を詳しく説明する。窓１０３は、水平断面が円弧状である点は第１実施形態の窓３と同じである。よって、窓１０３は、第１実施形態の窓３と同様、照射光Ｌを、水平面内において照射光Ｌの進行方向中心に対して直交する方向に拡散させる作用を有する。
【００７５】
ただし、窓１０３の水平断面の円弧の半径は、窓１０３の上下方向において同一である。したがって、図１１に示すように、窓１０３の鉛直断面形状は、図３とは異なり、照射光Ｌの光軸Ｌ０に対して垂直な直線形状である。そのため、この窓１０３は、照射光Ｌを鉛直方向に拡散させる作用はない。
【００７６】
この第２実施形態でも、窓１０３は、第１実施形態の窓３と同様、照射光Ｌを、水平面内において照射光Ｌの進行方向中心に対して直交する方向に拡散させる作用を有する。また、投光レンズ１３は、第１実施形態と同じであるから、照射ミラー２１から窓３に向かう方向の照射光Ｌを、水平面内において照射光Ｌの水平方向の進行方向中心に直交する方向に収束する光としている。
【００７７】
よって、第１実施形態と同様、照射光Ｌは、窓３を通過する際に水平方向に拡散する分と、投光レンズ１３により水平方向に収束する分との少なくとも一部が相殺されることになる。したがって、遠くの物体からの反射光Ｒの強度が低下することを抑制できる。
【００７８】
一方、第２実施形態では、窓１０３の照射光Ｌが通過する部分の、照射光Ｌの光軸Ｌ０を含む垂直断面の形状は、図１１に示すように、照射光Ｌの光軸Ｌ０に対して垂直な直線形状である。
【００７９】
したがって、図１１にも示すように、照射光Ｌは窓１０３を通過する際に鉛直方向には拡散されず、照射光Ｌはレーザレーダ装置１００から射出された後も鉛直方向に収束する。
【００８０】
レーザレーダ装置１００から射出された後も鉛直方向に収束すると、レーザレーダ装置１００からある距離において照射光Ｌは鉛直方向には１点に集まり、その点よりもレーザレーダ装置１００から遠方では、照射光Ｌは鉛直方向には拡散する。しかも、レーザレーダ装置１００の装置サイズは実用的な大きさにする必要があるので、レーザレーダ装置内での照射光Ｌの鉛直方向の長さは、それほど大きくすることはできない。よって、レーザレーダ装置１００から射出された照射光Ｌが、レーザレーダ装置１００から比較的近い距離において鉛直方向には拡散する光とならないようにするためには、高い精度で、投光レンズ１３の収束の程度を調整する必要が生じる。
【００８１】
これに対して、前述した第１実施形態では、窓３を通過する際に鉛直方向に拡散する分と、投光レンズ１３により鉛直方向に収束する分との少なくとも一部が相殺する。このことを利用して、第１実施形態では、レーザレーダ装置１から出る照射光Ｌを、鉛直方向にも僅かに拡散する光としている。その結果、レーザレーダ装置１の物体検出範囲内において、照射光Ｌが鉛直方向に大きく拡散してしまうことを容易に抑制できる。これによって、第１実施形態のレーザレーダ装置１は、遠くの物体からの反射光Ｒの強度が低下することを、より抑制できる。
【００８２】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。
【００８３】
＜変形例２＞
前述の実施形態では、偏向ミラーである照射ミラー２１は、１軸周りに回転するミラーであった。しかし、偏向ミラーとして互いに直交する２軸周りに揺動可能なＭＥＭＳミラーを用いることもできる。つまり、偏向ミラーは二次元走査をするものでもよい。また、１軸周りに揺動可能なＭＥＭＳミラーを用いることもできる。
【００８４】
＜変形例３＞
前述の実施形態のレーザレーダ装置１、１００は、非同軸系レーザレーダ装置であったが、本発明は、同軸系レーザレーダ装置にも適用できる。同軸系レーザレーダ装置は、レーザレーダ装置から照射される照射光Ｌの光軸と、レーザレーダ装置に入射する時点における反射光Ｒの光軸とが略一致するレーザレーダ装置であり、特許文献１に示されているレーザレーダ装置は同軸系レーザレーダ装置である。
【００８５】
＜変形例４＞
前述の実施形態では、湾曲形状として円弧状を採用していたが、円弧状以外の湾曲形状であってもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１：レーザレーダ装置      ２：筐体      ２ａ：背面      ２ｂ：底面      ２ｃ：上面      ３：窓      １０：照射部      １１：光源      １２：駆動部      １３：投光レンズ      ２０：偏向部      ２１：照射ミラー      ２２：モータ      ３０：受光部      ３１：受光ミラー      ３２：受光素子      ４０：コンパレータ      ５０：制御部      １００：レーザレーダ装置      １０２：筐体      １０３：窓
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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