(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発生するレーザ光発生手段と、
前記レーザ光発生手段から前記レーザ光が発生したときに、検出物体によって反射される前記レーザ光の反射光を検出する光検出手段と、
所定の中心軸を中心として回動可能に構成された偏向手段を備えるとともに、当該偏向手段により前記レーザ光を空間側に向けて偏向させ、且つ前記反射光を前記光検出手段に向けて偏向する回動偏向手段と、
前記回動偏向手段を回転駆動する駆動手段と、
１又は複数の偏向部材を備えると共に、前記回動偏向手段の前記偏向手段によって偏向された前記レーザ光を前記偏向部材によって更に偏向する構成をなし、かつ前記偏向部材による前記レーザ光の偏向方向を変化させ得る方向変更手段と、
を備え、
前記方向変更手段は、前記偏向部材による前記レーザ光の前記偏向方向を変化させることで、前記空間に向かう前記レーザ光の向きを、前記中心軸の方向に関して変化させる構成をなすものであり、
前記方向変更手段は、
複数の前記偏向部材を備えた偏向部材ユニットと、
前記偏向部材ユニットを変位させ、複数の前記偏向部材のいずれかを、前記回動偏向手段からの前記レーザ光の経路上に選択的に配置する偏向部材選択手段と、
を備え、
前記偏向部材ユニットの複数の前記偏向部材は、前記回動偏向手段からの前記レーザ光を偏向させる偏向構成が、それぞれの前記偏向部材において異なるように構成されており、
更に、前記偏向部材ユニットは、複数の前記偏向部材が前記偏向手段の周囲において環状に並んで構成され、かつ前記偏向手段の周囲を当該偏向手段とは独立して回転し得るように配置されており、
前記偏向部材選択手段は、前記偏向部材ユニットの回転位置を制御することでいずれかの前記偏向部材を前記レーザ光の経路上に選択的に配置することを特徴とするレーザレーダ装置。
【請求項２】
前記偏向部材は、プリズムであることを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ装置。
【請求項３】
前記偏向部材は、ミラーであることを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ装置。
【請求項４】
前記駆動手段は、前記回動偏向手段の前記偏向手段を所定角度ずつ回転駆動する制御を行い、
前記方向変更手段は、前記偏向手段が前記所定角度ずつ回転する毎に前記偏向部材による前記レーザ光の前記偏向方向を変化させ、前記空間に向かう前記レーザ光の向きを前記所定角度毎に前記中心軸の方向に関して変化させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。
【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するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レーザ光を用いて検出物体までの距離や方位を検出する技術として例えば特許文献１のような装置が提供されている。この特許文献１の装置では、レーザ光発生手段からのレーザ光の光軸上に、レーザ光を透過させ、かつ検出物体からの反射光を検出手段に向けて反射する光アイソレータを設けている。さらに、光アイソレータを透過するレーザ光の光軸上において当該光軸方向の中心軸を中心として回動する凹面鏡を設け、この凹面鏡によってレーザ光を空間に向けて反射させると共に、検出物体からの反射光を光アイソレータに向けて反射させることで３６０°の水平走査を可能としている。
【特許文献１】特許２７８９７４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１の技術では凹面鏡の回動により３６０°の水平走査を可能とし、検出領域（レーザ光による走査がなされる領域）を装置の周囲全体にまで拡大しているが、その一方で、検出領域が平面に限定されてしまうという問題がある。即ち、凹面鏡から空間に向けて反射されたレーザ光は所定平面（走査平面）内で走査がなされるため、その走査平面から外れた領域については検出が不能となる。従って、走査平面から外れた検出物体は検出することができず、また、走査平面内に検出物体が存在する場合であってもその検出物体を立体的に把握することはできなかった。
【０００４】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、装置の周囲にわたる検出が可能であり、かつ３次元的な検出をも行いうるレーザレーダ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、レーザ光を発生するレーザ光発生手段と、前記レーザ光発生手段から前記レーザ光が発生したときに、検出物体によって反射される前記レーザ光の反射光を検出する光検出手段と、所定の中心軸を中心として回動可能に構成された偏向手段を備えるとともに、当該偏向手段により前記レーザ光を空間側に向けて偏向させ、且つ前記反射光を前記光検出手段に向けて偏向する回動偏向手段と、前記回動偏向手段を回転駆動する駆動手段と、１又は複数の偏向部材を備えると共に、前記回動偏向手段の前記偏向手段によって偏向された前記レーザ光を前記偏向部材によって更に偏向する構成をなし、かつ前記偏向部材による前記レーザ光の偏向方向を変化させ得る方向変更手段と、を備え、前記方向変更手段は、前記偏向部材による前記レーザ光の前記偏向方向を変化させることで、前記空間に向かう前記レーザ光の向きを、前記中心軸の方向に関して変化させる構成をなすものであり、前記方向変更手段は、複数の前記偏向部材を備えた偏向部材ユニットと、前記偏向部材ユニットを変位させ、複数の前記偏向部材のいずれかを、前記回動偏向手段からの前記レーザ光の経路上に選択的に配置する偏向部材選択手段と、を備え、前記偏向部材ユニットの複数の前記偏向部材は、前記回動偏向手段からの前記レーザ光を偏向させる偏向構成が、それぞれの前記偏向部材において異なるように構成されており、更に、前記偏向部材ユニットは、複数の前記偏向部材が前記偏向手段の周囲において環状に並んで構成され、かつ前記偏向手段の周囲を当該偏向手段とは独立して回転し得るように配置されており、前記偏向部材選択手段は、前記偏向部材ユニットの回転位置を制御することでいずれかの前記偏向部材を前記レーザ光の経路上に選択的に配置することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載のレーザレーダ装置において、前記偏向部材は、プリズムであることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１に記載のレーザレーダ装置において、前記偏向部材は、ミラーであることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置において、前記駆動手段は、前記回動偏向手段の前記偏向手段を所定角度ずつ回転駆動する制御を行い、前記方向変更手段は、前記偏向手段が前記所定角度ずつ回転する毎に前記偏向部材による前記レーザ光の前記偏向方向を変化させ、前記空間に向かう前記レーザ光の向きを前記所定角度毎に前記中心軸の方向に関して変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明は、回動偏向手段の偏向手段によって偏向されたレーザ光を偏向部材によって更に偏向させ、かつこの偏向部材によるレーザ光の偏向方向を変化させ得るように構成されており、偏向部材によるレーザ光の偏向方向を変化させることで、空間に向かうレーザ光の向きを、中心軸（偏向手段の回転中心の軸）の方向に関して変化させている。このような構成によれば、装置の周囲にわたる検出が可能であり、かつ三次元的な検出をも行いうるレーザレーダ装置を好適に実現できる。特に、偏向手段からのレーザ光の経路に偏向部材を配置し、この偏向部材を方向変更手段によって変化させるという簡易かつ制御容易な構成によって三次元的検出を可能としており、高機能化、装置構成の簡素化、高精度化に有利となる。
【００１３】
また、回動偏向手段からのレーザ光を偏向させる偏向構成がそれぞれ異なるように構成された複数の偏向部材を一体的に変位させ、いずれかの偏向部材を、回動偏向手段からのレーザ光の経路上に選択的に配置するように構成されている。この構成によれば、レーザ光の向きを中心軸の方向において多段階に変化させうる構成を好適に実現できる。特に、偏向構成が定められた偏向部材を経路上に選択的に配置する構成によって三次元的検出が実現されており、複雑な構成、制御を採用せずに精度高い三次元的検出が可能となる。
【００１４】
更に、複数の偏向部材が偏向手段の周囲において環状に並んで構成され、かつ偏向手段の周囲を当該偏向手段とは独立して回転し得るように配置されている。このように偏向部材ユニットを偏向手段とは独立して回転するように構成すれば、回動偏向手段における回転部分の構成を小型化、軽量化、簡易化でき、駆動手段を小型化しやすくなると共に当該駆動手段による回転駆動制御を高精度化、高速化しやすくなる。また、回動偏向手段における回転部分以外の部分に偏向部材ユニットの回転を制御するための構成を配置することができるため、電力供給線等の配線を簡易化、コンパクト化しやすくなる。
【００１６】
請求項２の発明では、偏向部材がプリズムによって構成されており、偏向手段からのレーザ光を偏向させる構成を良好に実現できる。
【００１７】
請求項３の発明では、偏向部材がミラーによって構成されており、偏向手段からのレーザ光を偏向させる構成を良好に実現できる。
【００１８】
請求項４の発明では、駆動手段が回動偏向手段の偏向手段を所定角度ずつ回転駆動する制御を行い、偏向手段が所定角度ずつ回転する毎に、方向変更手段によりレーザ光の偏向方向を変化させている。このようにすると、偏向手段を一度に大きく回転させることなく三次元的検出を行うことができるようになり、回動偏向手段や駆動手段の負荷を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
[第１実施形態]
以下、本発明のレーザレーダ装置を具現化した第１実施形態について、図面を参照して説明する。図１は第１実施形態に係るレーザレーダ装置を概略的に例示する一部断面図である。図２は、図１のレーザレーダ装置に用いる回動偏向機構及びミラーユニットを概略的に例示する説明図である。図３は、ミラーユニットのミラー配置を例示する斜視図である。図４は、図１のレーザレーダ装置における検出処理を例示するフローチャートである。なお、図１では、中心軸４２ａの方向をＹ軸方向、レーザダイオード１０からのレーザ光の出射方向をＸ軸方向、これらＸ軸方向及びＹ軸方向と直交する方向をＺ軸方向と定義している。また、図１では、レーザダイオード１０からミラーユニット８０に至るまでのレーザ光を符号Ｌ１にて示し、ミラーユニット８０での反射位置Ｐ２後の経路を符号Ｌ１'、Ｌ１"などによって示している。また、図１では、ケース３については断面構成を示し、それ以外の各部品については正面側から見た構成を示している。
【００２０】
図１に示すように、レーザレーダ装置１は、レーザダイオード１０と、検出物体からの反射光を受光するフォトダイオード２０とを備え、検出物体までの距離や方位を検出する装置として構成されている。なお、図１では、反射光の光路の例を符号Ｌ２にて示している。
【００２１】
レーザダイオード１０は、「レーザ光発生手段」の一例に相当するものであり、図示しない駆動回路からパルス電流を供給されてパルスレーザ光（レーザ光Ｌ１）を投光するものである。レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１の光軸上にはレンズ６０が設けられている。このレンズ６０は、コリメートレンズとして構成されるものであり、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１を平行光に変換する機能を有している。なお、レーザダイオード１０やレンズ６０は、基板等からなる支持部に搭載され、ケース３内の所定位置に固定されている。
【００２２】
フォトダイオード２０は、「光検出手段」の一例に相当するものであり、ケース３内の所定位置に固定され、レーザダイオード１０からレーザ光Ｌ１が発生したときに、検出物体によって反射されるレーザ光Ｌ１の反射光を検出し電気信号に変換する構成をなしている。なお、検出物体からの反射光については所定領域のものが取り込まれる構成となっており、図１の例において、レーザ光Ｌ１が実線Ｌ１'で示す経路を通過する場合には、符号Ｌ２'で示す２つのライン間の領域の反射光がフォトダイオード２０に取り込まれるようになっている。また、レーザ光が二点鎖線Ｌ１"で示す経路を通過する場合には、符号Ｌ２"で示す２つのライン間の領域の反射光がフォトダイオード２０に取り込まれるようになっている。
【００２３】
レンズ６０を通過したレーザ光Ｌ１の光路上にはミラー３０が配置されている。ミラー３０は、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１を回動偏向機構４０に向けて偏向（反射）するものである。具体的には、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１に対して４５°の角度で傾斜する反射面３０ａを備えており、この反射面３０ａによりレーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１を直角に反射する構成をなしている。
【００２４】
ミラー３０で反射されたレーザ光Ｌ１の光軸上には、回動偏向機構４０が設けられている。この回動偏向機構４０は、「回動偏向手段」の一例に相当しており、平坦な反射面４１ａを備えたミラーからなる偏向部４１と、この偏向部４１を支持する支持台４３と、この支持台４３に連結された軸部４２と、この軸部４２を回転可能に支持する図示しない軸受とを備えてなり、偏向部４１によりレーザ光Ｌ１を空間に向けて偏向させ、且つ検出物体からの反射光をフォトダイオード２０に向けて偏向するように機能する。回動偏向機構４０の一部を構成する偏向部４１は、中心軸４２ａを中心として回動可能とされており、「偏向手段」の一例に相当している。
【００２５】
なお、本実施形態に係るレーザレーダ装置１では、偏向部４１における反射光を偏向する偏向領域（偏向部４１における反射面４１ａの領域）が、ミラー３０におけるレーザ光を偏向する偏向領域（ミラー３０における反射面３０ａの領域）よりも大きく構成されている。
【００２６】
さらに、回動偏向機構４０を回転駆動するようにモータ５０が設けられている。このモータ５０は、軸部４２を回転させることで、軸部４２と連結された偏向部４１を回転駆動する構成となっている。モータ５０は、例えばステップモータによって構成されている。ステップモータは、種々のものを利用でき、１ステップ毎の角度が小さいものを使用すれば、緻密な回動が可能となる。本実施形態では、モータ５０及びこのモータ５０を制御する制御回路８０が「駆動手段」の一例に相当している。
【００２７】
なお、モータ５０としてステップモータ以外のモータを用いてもよい。例えばサーボモータ等を用いても良いし、定常回転するモータを用い、偏向部４１が測距したい方向を向くタイミングに同期させてパルスレーザ光を出力することで、所望の方向の検出を可能としてもよい。
【００２８】
また、本実施形態では、図１に示すように、モータ５０の軸部４２の回転角度位置（即ち偏向部４１の回転角度位置）を検出する回転角度位置センサ５２が設けられている。回転角度位置センサ５２は、ロータリーエンコーダなど、軸部４２の回転角度位置を検出しうるものであれば様々な種類のものを使用でき、また、検出対象となるモータ５０の種類も特に限定されず、様々な種類のものに適用できる。
【００２９】
また、回動偏向機構４０からフォトダイオード２０に至るまでの反射光の光路上には、フォトダイオード２０に向けて反射光を集光する集光レンズ６２が設けられ、その集光レンズ６２とフォトダイオード２０の間にはフィルタ６４が設けられている。集光レンズ６２は、偏向部４１からの反射光を集光してフォトダイオード２０に導くものであり、集光手段の一例に相当している。また、フィルタ６４は、回動偏向機構４０からフォトダイオード２０に至るまでの反射光の光路上において反射光を透過させ且つ反射光以外の光を除去するものであり、光選択手段の一例に相当している。具体的には、検出物体からの反射光に対応した特定波長の光（例えば一定領域の波長の光）のみを透過させそれ以外の光を遮断する波長選択フィルタによって構成することができる。
【００３０】
また、本実施形態では、レーザダイオード１０、フォトダイオード２０、ミラー３０、レンズ６０、回動偏向機構４０、モータ５０、制御回路７０、ミラーユニット８０（後述）等がケース３内に収容され、防塵や衝撃保護が図られている。ケース３における偏向部４１の周囲には、当該偏向部４１を取り囲むようにレーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１、及び検出物体からの反射光の通過を可能とする導光部４が形成されている。導光部４は、偏向部４１に入光するレーザ光Ｌ１の光軸をほぼ中央とした環状形態で、ほぼ３６０°に亘って構成されており、この導光部４を閉塞する形態でガラス板等からなるレーザ光透過板５が配され、防塵が図られている。なお、レーザ光透過板５は、回動偏向機構４０の中心軸４２ａと直交する仮想平面に対し全周にわたり傾斜した構成となっている。
【００３１】
ケース３内には、レーザレーダ装置１全体を制御する制御回路７０が設けられている。制御回路７０は、ＣＰＵ、バスライン、記憶手段等を備えたマイクロコンピュータとして構成されており、図示しないメモリに記憶されたプログラムを実行し得る情報処理装置として構成されている。本実施形態では、この制御回路７０によってモータ５０の回転制御や、モータ８７の回転制御（後述）が行われるようになっている。
【００３２】
次に、ミラーユニット８０、伝達機構９０、モータ８７について説明する。
本実施形態のレーザレーダ装置１は、図１〜図３に示すように、複数のミラー８１ａ〜８１ｌ（ミラー８１ａ〜８１ｌは、「偏向部材」の一例に相当する）を備えたミラーユニット８０（ミラーユニット８０は、「偏向部材ユニット」の一例に相当する）を備えており、偏向部４１によって偏向（反射）されたレーザ光Ｌ１をいずれかのミラー８１ａ〜８１ｌによって更に偏向（反射）する構成をなしている。
【００３３】
図２、図３に示すように、ミラーユニット８０は、複数のミラー（本実施形態では１２枚のミラー８１ａ〜８１ｌ）が偏向部４１の周囲において環状に並んで構成され、かつ偏向部４１の周囲を当該偏向部４１とは独立して回転し得るように配置されている。具体的には、ミラーユニット８０も中心軸４２ａを回転中心として（即ち、偏向部４１の回転と同軸で）回転する構成をなしており、偏向部４１の回転と、ミラーユニット８０の回転とがそれぞれ独立して行われ、かつ独立して制御されるようになっている。
【００３４】
本実施形態では、ミラー３０にて反射されたレーザ光Ｌ１が偏向部４１の一定位置Ｐ１に入射するようになっており、偏向部４１に入射するレーザ光Ｌ１は位置Ｐ１に直角に反射されるようになっている。なお、偏向部４１は、中心軸４２ａを中心として回転する構成をなしているため、偏向部４１にて直角に反射されて複数のミラー８１ａ〜８１ｌに向かうレーザ光Ｌ１の経路は、中心軸４２ａと直交しかつ位置Ｐ１を通る仮想平面上で変化する。上記複数のミラー８１ａ〜８１ｌは、いずれもこの仮想平面上に配されており、全てのミラー８１ａ〜８１ｌが仮想平面上に位置した状態を維持しつつ当該仮想平面に沿って一体的に回転するようになっている。
【００３５】
複数のミラー８１ａ〜８１ｌはいずれも反射面が中心軸４２ａに対して傾斜しており、中心軸４２ａに対する各ミラー８１ａ〜８１ｌの反射面の傾斜角度はそれぞれ異なるように構成されている。また、各ミラー８１ａ〜８１ｌの反射面は、中心軸４２ａと直交する仮想平面に対してもそれぞれ傾斜しており、当該仮想平面に対する各ミラー８１ａ〜８１ｌの反射面の傾斜角度もそれぞれ異なるように構成されている。さらに、ミラーユニット８０の複数のミラー８１ａ〜８１ｌは、中心軸４２ａを中心として一体的に回転するようになっているため、中心軸４２ａに対する各ミラー８１ａ〜８１ｌの反射面の傾斜角度はそれぞれ一定角度で維持される。また、中心軸４２ａと直交する仮想平面に対する各ミラー８１ａ〜８１ｌの反射面の傾斜角度もそれぞれ一定角度で維持される。
【００３６】
さらに、ミラーユニット８０には、上記ミラー８１ａ〜８１ｌを保持するためのフレーム部８３が設けられている。フレーム部８３は、ミラー８１ａ〜８１ｌが環状に並んだ形態で固定される環状の保持フレーム８３ａと、スラスト軸受８６上において回転可能に支持される環状フレーム８３ｃと、これら保持フレーム８３ａと環状フレーム８５ｃとを連結する長手状の複数の連結部８３ｂとを備えており、複数のミラー８１ａ〜８１ｌを保持しつつこれら複数のミラー８１ａ〜８１ｌと一体的に回転するように構成されている。
【００３７】
保持フレーム８３ａは偏向部４１を取り囲むように配置されており、環状フレーム８５ｃは、偏向部４１よりもやや下方位置に配置さている。複数の連結部８３ｂは、中心軸４２ａの方向に延びて保持フレーム８３ａと環状フレーム８５ｃとを連結しており、複数の連結部８３ｂの間には、反射光を通すための空間が構成されている。このように構成されるフレーム部８３は、環状のスラスト軸受け８６にて支持されつつ、偏向部４１、軸部４２、モータ５０を取り囲んだ状態でこれらの周囲において回転するようになっている。
【００３８】
また、フレーム部８３の外周部にはギア９１が固定されており、モータ８７の出力軸に固定されたギア９２から動力が伝達される構成となっている。モータ８７は、回転位置制御可能な構成をなすものであり、例えばステップモータなどによって構成され、制御回路７０からの指令に基づいた角度だけミラーユニット８０を回転する。なお、本実施形態では、モータ８７からミラーユニット８０への動力伝達を、ギア９１及びギア９２からなる伝達機構９０によって実現しているが、モータ８７の駆動力をミラーユニット８０に伝達しうる構成であれば他の方法（例えばウォーム及びホイールを用いた構成、ベルトやプーリを用いた構成等）を用いてもよい。
【００３９】
このように構成されるレーザレーダ装置１では、「方向偏向手段」によってミラー８１ａ〜８１ｌによるレーザ光の偏向方向（反射方向）を変化させ、空間に向かうレーザ光の向きを、中心軸４２ａの方向に関して変化させている。具体的には、モータ８７によってミラーユニット８０が回転駆動され、ミラーユニット８０の回転位置が制御されることで、複数のミラー８１ａ〜８１ｌのいずれかが偏向部４１からのレーザ光Ｌ１の経路上に選択的に配置されるようになっている。ミラーユニット８０の複数のミラー８１ａ〜８１ｌは、偏向部４１からのレーザ光Ｌ１を偏向させる偏向構成が（即ち、偏向部４１からのレーザ光Ｌ１を反射する反射面の角度が）、それぞれのミラーにおいて異なるように構成されているため、レーザ光Ｌ１の経路上に配されるミラーが切り替わると各ミラーでの反射方向が変化することとなり、これにより空間に向かうレーザ光の向きが中心軸４２ａの方向に関して変化する。
なお、本実施形態では、ミラーユニット８０、制御回路７０、モータ８７、伝達機構９０が「方向変更手段」の一例に相当しており、このうちの制御回路７０、モータ８７、伝達機構９０が「偏向部材選択手段」の一例に相当している。
【００４０】
次に、レーザレーダ装置１の動作について説明する。
図１に示すレーザレーダ装置１では、レーザダイオード１０にパルス電流が供給されると、このレーザダイオード１０からはパルス電流のパルス幅に応じた時間間隔のパルスレーザ光（レーザ光Ｌ１）が出力される。このレーザ光Ｌ１は、ある程度の広がり角をもった拡散光として投光され、レンズ６０を通過することで平行光に変換される。レンズ６０を通過したレーザ光Ｌ１は、ミラー３０で反射されて偏向部４１に入射し、この偏向部４１にて反射され空間に向けて照射される。
【００４１】
偏向部４１によって反射されたレーザ光（例えば符号Ｌ１"）は検出物体によって反射され、この反射光の一部（符号Ｌ２"参照）は再び偏向部４１に入射する。偏向部４１は、この反射光をフォトダイオード２０側へ反射する。偏向部４１にて反射された反射光は、集光レンズ６２で集光され、フィルタ６４を通過してフォトダイオード２０に入光する。
【００４２】
フォトダイオード２０は、受光した反射光に応じた電気信号（例えば受光した反射光に応じた電圧値）を出力する。この構成では、レーザダイオード１０によってレーザ光Ｌ１を出力してからフォトダイオード２０によってその反射光を検出するまでの時間を測定することにより検出物体までの距離を求めることができる。また、そのときの、モータ８７の変位（即ち、ミラーユニット８０の変位）、偏向部４１の変位によって方位をも求めることができる。つまり、偏向部４１の回転位置が定まり、複数のミラー８１ａ〜８１ｌにおいて選択されるミラー（レーザ光Ｌ１の経路上に配置されるミラー）が定まると、空間に向かうレーザ光の方向が、一の方位に定まるため、検出物体の方位を的確に把握できることとなる。
【００４３】
次に、レーザレーダ装置１の制御について説明する。
図４は、図１のレーザレーダ装置１における検出処理の流れを例示するフローチャートである。検出処理は例えば電源投入や所定操作などによって開始されるものであり、まず、ミラーユニット８０及び偏向部４１を初期位置に設定する（Ｓ１）。本実施形態では、図１、図２に示す位置が初期位置とされており、ミラーユニット８０及び偏向部４１が当該位置となるようにモータ８７やモータ５０を回転駆動する。なお、検出処理前の待機状態においてミラーユニット８０及び偏向部４１が初期位置に設定されるようにも構成でき、このような構成の場合にはＳ１の処理を省略することができる。
【００４４】
次いで、現在の設定状態（検出処理開始直後の場合には初期位置に設定された状態）での物体の検出処理を行う（Ｓ２）。具体的には制御回路７０によってレーザダイオード１０にレーザ光を投光させる制御を行うと共に、フォトダイオード２０から出力される電気信号を制御回路７０によって読み取り、ミラーユニット８０及び偏向部４１の現在の設定位置に対応した方向に検出すべき物体が存在するか否かを確認する。フォトダイオード２０から一定レベル以上の電気信号が出力される場合には、レーザダイオード１０によるレーザ光の投光からフォトダイオード２０による反射光の受光までの時間に基づいて検出物体までの距離を算出する。また、ミラーユニット８０及び偏向部４１の現在の設定位置に基づいて偏向部４１からレーザ光Ｌ１が向かう方位を算出する。なお、算出された距離や方位は図示しない表示部等に出力することができる。
【００４５】
その後、ミラーユニット８０が一回転したかを判断する（Ｓ３）。本実施形態のレーザレーダ装置１では、制御回路７０の制御に応じてモータ５０が偏向部４１を予め定められた一定角度（本実施形態の例では１°）ずつ回動させる構成となっており、偏向部４１が一定角度（１°）ずつ回動する毎に、ミラーユニット８０を一定角度（本実施形態では３０°）ずつ回転させて最終的に一回転させている。即ち、モータ５０の一定角度（１°）毎に中心軸の方向（中心軸４２ａに沿った縦方向）の走査が行われるようになっている。Ｓ３の処理では、現在の偏向部４１の設定状態で、ミラーユニット８０が一回転し終わったか否かを判断しており、一回転し終わった場合には、現在の偏向部４１の設定状態での縦方向（即ち中心軸４２ａの方向）の走査が終了したことになるため、Ｓ３にてＹｅｓに進む。一方、現在の偏向部４１の設定状態で、ミラーユニット８０が一回転し終わっていない場合には、Ｓ３にてＮｏに進み、ミラーユニット８０を予め定められた一定角度（３０°）回転し（Ｓ４）、その一定角度回転後のミラーユニット８０の状態（即ち、レーザ光Ｌ１の経路上に新たなミラーが配された状態）で再びＳ２の検出処理を繰り返す。なお、本実施形態では、図２のように、複数のミラー８１ａ〜８１ｌのいずれかの中央付近にレーザ光Ｌ１が入射するようになっており、偏向部４１が定まった状態で一定角度（３０°）回転すると、隣接する次のミラーの中央付近にレーザ光Ｌ１が入射するように状態が変化する。
【００４６】
Ｓ３にてＹｅｓに進む場合には、制御回路７０の制御により、偏向部４１をさらに一定角度（１°）回動させるようにモータ５０が駆動され（Ｓ５）、その回動後の偏向部４１の設定状態でＳ２以降の処理が繰り返される。即ち、偏向部４１が新たな位置に設定された状態で、再度縦方向の走査が行われることとなる。なお、上記例では、「一定角度」の例として「１°」を例示したが、偏向部４１の回転ステップとなる「一定角度」は、これよりも小さい角度であってもよく、大きい角度であってもよい。
【００４７】
以上のように、本実施形態に係るレーザレーダ装置１によれば、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１を空間に向けて偏向させ、且つ検出対象からの反射光をフォトダイオード２０（光検出手段）に向けて偏向する偏向部４１（偏向手段）が所定の中心軸４２ａを中心として回動可能とされるため、装置の周囲にわたる検出が可能となる。また、偏向部４１によって偏向されたレーザ光Ｌ１をミラー（偏向部材）によって更に偏向させる構成をなしており、ミラーによるレーザ光の偏向方向を変化させることで、空間に向かうレーザ光の向きを、中心軸４２ａの方向（縦方向）に関して変化させている。従って、空間に向かうレーザ光の向きを、中心軸４２ａと直交する平面方向（ＸＺ平面方向））だけでなく、その垂直方向（Ｙ軸方向、即ち縦方向）にも変化させることができるため、検出を三次元的に行うことができるようになる。
【００４８】
特に、偏向部４１からのレーザ光Ｌ１の経路にミラーユニット８０を配置し、このミラーユニット８０を変化させるという簡易かつ制御容易な構成によって三次元的検出を可能としており、高機能化、装置構成の簡素化、高精度化に有利となる。このような構成は、工場等におけるエリアセンサ、セーフティセンサなどとして利用すると特に有用である。
【００４９】
また、回動偏向機構４０からのレーザ光Ｌ１を偏向させる偏向構成がそれぞれ異なるように構成された複数のミラー８１ａ〜８１ｌを一体的に変位させ、いずれかのミラーを、回動偏向機構４０からのレーザ光Ｌ１の経路上に選択的に配置するように構成されている。この構成によれば、レーザ光の向きを中心軸４２ａの方向において多段階に変化させうる構成を好適に実現できる。特に、反射面の角度が定められたミラーを経路上に選択的に配置する構成によって三次元的検出が実現されており、複雑な構成、制御を採用せずに精度高い三次元的検出が可能となる。
【００５０】
また、複数のミラー８１ａ〜８１ｌが偏向部４１の周囲において環状に並んで構成され、かつ偏向部４１の周囲を当該偏向部４１とは独立して回転し得るように配置されている。このようにミラーユニット８０を偏向部４１とは独立して回転できるように構成すれば、回動偏向機構４０における回転部分の構成を小型化、軽量化、簡易化でき、モータ５０などを小型化しやすくなる。また、モータ５０による回転駆動制御を高精度化、高速化しやすくなる。また、回動偏向機構４０における回転部分以外の部分にミラーユニット８０の回転を制御するための構成を配置することができるため、ミラーユニット８０を駆動するための電力供給構成や制御構成を簡易化、コンパクト化しやすくなる。
【００５１】
また、モータ５０及び制御回路７０からなる「駆動手段」が回動偏向機構４０の偏向部４１を所定角度ずつ回転駆動する制御を行い、偏向部４１が所定角度ずつ回転する毎に、ミラーユニット８０を１回転させてレーザ光の偏向方向を変化させるようにしている。このようにすると、偏向部４１を一度に大きく回転させることなく三次元的検出を行うことができ、回動偏向機構４０やモータ５０等の負荷を抑えることができる。
【００５２】
［参考例１]
次に参考例１について説明する。図５は、参考例１のレーザレーダ装置を概略的に例示する一部断面図である。図６は、図５のレーザレーダ装置に用いる回動偏向機構及びミラー等を概略的に例示する説明図である。なお、図５でも、中心軸４２ａの方向をＹ軸方向、レーザダイオード１０からのレーザ光の出射方向をＸ軸方向、これらＸ軸方向及びＹ軸方向と直交する方向をＺ軸方向と定義している。また、図５でも、レーザダイオード１０からミラーユニット８０に至るまでのレーザ光を符号Ｌ１にて示し、ミラーユニット８０での反射位置Ｐ２後の経路を符号Ｌ１'、Ｌ１"などによって示している。また、図５では、ケース３については断面構成を示し、それ以外の各部品については正面側から見た構成を示している。
【００５３】
なお、参考例１のレーザレーダ装置２００は、偏向部４１からのレーザ光Ｌ１を偏向させるための構成のみが第１実施形態と異なり、それ以外の構成は第１実施形態と同様である。よって、同様の構成については第１実施形態と同一の符号を付し、詳細な説明は省略することとする。
【００５４】
参考例１でも、第１実施形態と同様に、レーザ光Ｌ１を発生するレーザダイオード１０と、レーザダイオード１０からレーザ光Ｌ１が発生したときに、検出物体によって反射されるレーザ光の反射光を検出するフォトダイオード２０と、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１を偏向部４１側に反射するミラー３０とを備えている。また、中心軸４２ａを中心として回動可能に構成された偏向部４１によりレーザ光を空間側に向けて偏向させ、且つ検出物体からの反射光をフォトダイオード２０に向けて偏向する回動偏向機構４０と、回動偏向機構４０を回転駆動するモータ５０とを備えており、中心軸４２ａと直交する水平方向の走査を行いうるように構成されている。
【００５５】
さらに参考例１では、回動偏向機構４０の偏向部４１と一体的に回動するミラー２８１が設けられており、回動偏向機構４０の偏向部４１によって偏向されたレーザ光Ｌ１をこのミラー２８１によって更に偏向する構成をなしている。ミラー２８１は、モータ２８７の駆動軸２８９に固定されて当該モータ２８７によって支持されており、このモータ２８７が支持台４３に固定されるフレーム２８８に固定されることで、ミラー２８１、モータ２８７、偏向部４１が一体化され、これらが一体的に回動するようになっている。
【００５６】
また、このミラー２８１はモータ２８７の駆動力を受けて回転する構成をなしている。モータ２８７は、回転位置制御可能な構成であればよく、参考例１ではその一例としてステップモータを用いている。
【００５７】
ミラー２８１は、図５、図６のように、偏向部４１からのレーザ光Ｌ１の経路上に配置されており、モータ２８７は、このミラー２８１を偏向部４１からのレーザ光Ｌ１の方向と直交する方向（即ちＺ軸方向）の回転軸２８７ａを中心として回転する構成をなしている。
【００５８】
なお、参考例１でも第１実施形態と同様の走査方法、即ち、回動偏向機構４０の偏向部４１を所定角度（例えば１°）ずつ回転駆動する制御を行い、偏向部４１が所定角度（１°）ずつ回転する毎に、縦方向の走査を行うようにしてもよい。即ち、偏向部４１が所定角度（１°）ずつ回転する毎に、モータ２８７及び制御回路７０によってミラー２８１を決められた角度（例えば５°）ずつ変化させてその変化の都度検出処理を行うと共にミラー２８１の角度変化が一定の角度範囲（例えば３０°）に達するまでその縦方向の走査を続行するようにしてもよい。
【００５９】
参考例１の構成によれば第１実施形態と同様の効果を奏することとなる。また、偏向部４１からのレーザ光Ｌ１の経路上に１つのミラー２８１が変位可能に配置されており、このミラー２８１と、ミラー２８１を変位させるモータ２８７と、偏向部４１と、が一体的に回転するように構成されている。このようにすれば、偏向部材や当該偏向部材を変位させるためのアクチュエータの数を少なくすることができ、ひいては装置構成全体において部品点数の削減及び小型化を図りやすくなる。
【００６０】
［参考例２]
次に参考例２について説明する。図７は、参考例２のレーザレーダ装置を概略的に例示する一部断面図である。図８は、図７のレーザレーダ装置に用いる回動偏向機構及びミラー等を概略的に例示する説明図である。なお、図７でも、中心軸４２ａの方向をＹ軸方向、レーザダイオード１０からのレーザ光の出射方向をＸ軸方向、これらＸ軸方向及びＹ軸方向と直交する方向をＺ軸方向と定義している。また、図７でも、レーザダイオード１０からミラーユニット８０に至るまでのレーザ光を符号Ｌ１にて示し、ミラーユニット８０での反射位置Ｐ２後の経路を符号Ｌ１'、Ｌ１"などによって示している。また、図７では、ケース３については断面構成を示し、それ以外の各部品については正面側から見た構成を示している。また、図７では、ミラー３８１ａ、モータ３８７ａについて実線で示しており、同様の構成をなす他のミラーやモータについては一点鎖線にて概念的に示している。
【００６１】
なお、参考例２のレーザレーダ装置３００は、偏向部４１からのレーザ光Ｌ１を偏向させるための構成のみが第１実施形態と異なり、それ以外の構成は第１実施形態と同様である。よって、同様の構成については第１実施形態と同一の符号を付し、詳細な説明は省略することとする。
【００６２】
参考例２でも、第１実施形態と同様に、レーザ光Ｌ１を発生するレーザダイオード１０と、レーザダイオード１０からレーザ光Ｌ１が発生したときに、検出物体によって反射されるレーザ光の反射光を検出するフォトダイオード２０と、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１を偏向部４１側に反射するミラー３０とを備えている。また、中心軸４２ａを中心として回動可能に構成された偏向部４１によりレーザ光を空間側に向けて偏向させ、且つ反射光をフォトダイオード２０に向けて偏向する回動偏向機構４０と、回動偏向機構４０を回転駆動するモータ５０とを備えており、中心軸４２ａと直交する水平方向の走査を行いうるように構成されている。
【００６３】
一方、参考例２では、偏向部４１からのレーザ光Ｌ１の変化経路上（即ち、中心軸４２ａと直交し、かつレーザ光Ｌ１の入射位置Ｐ１を通る仮想平面上）において複数のミラー３８１ａ〜３８１ｌが環状に並んで配置され、且つそれぞれが回転可能に支持されている。参考例２では、偏向部４１の周囲を取り囲むように環状のフレーム３８８が配置されており、この環状のフレーム３８８に各ミラー３８１ａ〜３８１ｌを駆動するためのモータ３８７ａ〜３８７ｌが固定されている。環状のフレーム３８８は、フレーム３８９によってケース３の下部に固定されており、偏向部４１は、このフレーム３８８の内部で回転するように構成されている。
【００６４】
各ミラー３８１ａ〜３８１ｌは、それぞれモータ３８７ａ〜３８７ｌの駆動軸に固定されており、これらモータ３８７ａ〜３８７ｌによって各ミラー３８１ａ〜３８１ｌの回転位置制御がなされるようになっている。
【００６５】
このように構成されるレーザレーダ装置３００では、制御回路７０からの指令に応じてモータ５０が駆動される。制御回路７０及びモータ５０は、偏向部４１からのレーザ光Ｌ１が各ミラー３８１ａ〜３８１ｌに入射するように偏向部４１を一定角度（参考例２では３０°）ずつ回転させる制御を行うようになっている。また、ミラー３８１ａ〜３８１ｌのうちのレーザ光Ｌ１の入射対象とされたミラーについては対応するモータによって回転位置が制御されるようになっており、この制御によりレーザ光の偏向方向が変化することとなる。
【００６６】
例えば、初期状態が図８のように設定される構成においては、当該初期状態においてモータ３８７ａによりミラー３８１を決められた角度（例えば５°）ずつ回転させながら検出処理を行う。そして、ミラー３８１が一定の角度範囲回転し終わった場合には、次のミラー３８１ｂにレーザ光Ｌ１が入射するようにモータ５０及び制御回路７０によって偏向部４１を一定角度（３０°）回転させる制御が行われ、この状態で上記と同様に、モータ３８７ｂによってミラー３８１ｂを決められた角度（例えば５°）ずつ回転させながら検出処理を行うこととなる。
【００６７】
［他の実施形態]
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００６８】
上記実施形態では、偏向部材としてミラーを例示したがプリズムによって構成してもよい。例えば、第１実施形態では、図２、図３のようなミラーユニットを用いていたが、これに代えて図９のように環状に配置される複数のプリズム１８１ａ〜１８１ｌを備えた偏向部材ユニットを用いてもよい。この場合、偏向部４１の周囲における偏向部４１からのレーザ光Ｌ１が変化する経路（中心軸４２ａと直交し、かつ位置Ｐ１を通る仮想平面上）に全てのプリズム１８１ａ〜１８１ｌが配置されるように構成し、中心軸４２ａを中心としてこれらプリズム１８１ａ〜１８１ｌが回転させると共に、いずれかのプリズムをレーザ光Ｌ１の経路上に選択的に配置するように制御を行うようにすればよい。複数のプリズム１８１ａ〜１８１ｌは、偏向部４１からのレーザ光Ｌ１が入射されるときの屈折方向がそれぞれ異なるように構成されているため、レーザ光Ｌ１の経路上に配されるプリズムを切り替える制御を行うことにより、空間に向かうレーザ光の向きが中心軸４２ａの方向（縦方向）に変化することとなる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は第１実施形態に係るレーザレーダ装置を概略的に例示する一部断面図である。
【図２】図２は、図１のレーザレーダ装置に用いる回動偏向機構及びミラーユニットを概略的に例示する説明図であり、これらを上方側から見た図である。
【図３】図３は、ミラーユニットのミラー配置を例示する斜視図である。
【図４】図４は、図１のレーザレーダ装置における検出処理を例示するフローチャートである。
【図５】図５は、参考例１のレーザレーダ装置を概略的に例示する一部断面図である。
【図６】図６は、図５のレーザレーダ装置に用いる回動偏向機構及びミラー等を概略的に例示する説明図である。
【図７】図７は、参考例２のレーザレーダ装置を概略的に例示する一部断面図である。
【図８】図８は、図７のレーザレーダ装置に用いる回動偏向機構及びミラー等を概略的に例示する説明図である。
【図９】図９は、図３とは異なる偏向部材を例示する斜視図である。
【符号の説明】
【００７１】
１…レーザレーダ装置
１０…レーザダイオード（レーザ光発生手段）
２０…フォトダイオード（光検出手段）
４０…回動偏向機構（回動偏向手段）
４１…偏向部（偏向手段）
４２ａ…中心軸
５０…モータ（駆動手段）
７０…制御回路（駆動手段，方向変更手段、偏向部材選択手段）
８０…ミラーユニット（方向変更手段、偏向部材ユニット）
８１ａ〜８１ｌ…ミラー（偏向部材）
８７…モータ（方向変更手段、偏向部材選択手段）
９０…伝達機構（方向変更手段、偏向部材選択手段）
１８１ａ〜１８１ｌ…プリズム（偏向手段）
【図１】
0005181622.tif 000002
【図２】
0005181622.tif 000003
【図３】
0005181622.tif 000004
【図４】
0005181622.tif 000005
【図５】
0005181622.tif 000006
【図６】
0005181622.tif 000007
【図７】
0005181622.tif 000008
【図８】
0005181622.tif 000009
【図９】
0005181622.tif 000010