JP2012211831A - レーザレーダ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザレーダ装置1に設けられた偏向部41には、水平面に対する勾配状態がそれぞれ異なるように構成された複数の反射面101〜104が中心軸42aを中心として多重に且つ多段に配されている。更に、偏向面41aに対してライン走査がなされるようにミラー31が制御され、この偏向面41a上におけるレーザ光L1のライン走査位置は、偏向部41の回転に応じて複数の反射面101〜104上を相対的に移動する。そして、この相対移動の過程において、ライン走査されるレーザ光L1が複数の反射面101〜104にそれぞれ入射し、各反射面からは水平面に対する角度がそれぞれ異なるようにレーザ光L1が反射するようになっている。
【選択図】図1
Description
レーザ光を発生させるレーザ光発生手段と、
前記レーザ光発生手段からの前記レーザ光を導光する導光部材と、
前記導光部材の変位を制御する制御手段と、
所定の中心軸を中心として回転可能に構成された偏向部と、前記偏向部を回転駆動する駆動手段とを備え、前記偏向部を回転させつつ前記導光部材にて導光された前記レーザ光を前記偏向部により外部空間に向けて偏向させる回転偏向手段と、
前記偏向部により前記外部空間に向けて偏向された前記レーザ光が前記外部空間に存在する物体で反射したときに当該物体からの反射光を検出する光検出手段と、
前記物体からの前記反射光を前記光検出手段に向けて誘導する誘導手段と、
を備え、
前記偏向部において前記レーザ光が入射する側に配される偏向面は、前記中心軸を中心とした周方向において少なくとも所定の形成範囲に亘り、前記中心軸を囲んで円弧状又は環状に構成される複数の反射面が前記中心軸を中心として多重に且つ多段に配され、それら複数の前記反射面は、前記中心軸と直交する水平面に対する勾配状態がそれぞれ異なるように構成され、
前記制御手段により、前記導光部材からの前記レーザ光の向きが前記中心軸に沿った仮想平面上を移動するように前記導光部材の変位が制御されることで、前記偏向面に対する前記レーザ光のライン走査がなされ、
前記偏向部の回転に応じて前記偏向面上における前記レーザ光のライン走査位置が複数の前記反射面上を相対的に移動すると共に、その相対移動の過程において、前記仮想平面に沿って移動する前記レーザ光が複数の前記反射面にそれぞれ入射し、且つ各反射面から出射される前記レーザ光の前記水平面に対する角度がそれぞれ異なるように構成されていることを特徴とする。
更に、制御手段により、導光部材からのレーザ光の向きが中心軸に沿った仮想平面上を移動するように導光部材の変位が制御されることで、偏向面に対するレーザ光のライン走査がなされるようになっており、この偏向面上におけるレーザ光のライン走査位置は、偏向部の回転に応じて複数の反射面上を相対的に移動するようになっている。
このように構成されているため、中心軸を中心として多重に且つ多段に配された偏向面(複数の反射面)の各位置に対し、レーザ光をライン走査によって照射することが可能となり、異なる勾配状態で構成された各反射面から方向の異なる反射光(空間への照射光)を発生させることが可能となる。
また、偏向面上におけるライン走査位置の相対移動の過程において、仮想平面に沿って移動するレーザ光が複数の反射面にそれぞれ入射するようになっているため、偏向部が回転して偏向面の向きが変わっても、レーザ光を各反射面で反射させることができる。これにより、装置の周囲に向けて傾斜角度(水平面に対する角度)を変化させるようにレーザ光の走査を行うことができる。特に、偏向面に対してライン走査(一次元走査)によってレーザ光を照射することができるため、駆動機構を大型化、複雑化せずに偏向面に対するレーザ走査の高速化を図ることができ、ひいては装置の周囲に存在する物体の三次元的な認識をより高速に行うことができる。
この構成では、導光部材の切り替えをN周単位で行えば良いため、偏向部が1回転する間に複数回切り替え動作を行う構成と比較して、切り替え動作時の負荷を低減することができる。特に、1回転する間に複数回切り替え動作を行う構成では、複数回の切り替え動作時間を考慮しなければならないため偏向部を高速回転させにくいが、上記のようにN周毎に切り替え動作を行うようにすれば、偏向部を高速化しても適切なタイミングで遅延なく切り替えやすくなり、三次元的な認識を高速に行う上でより有利となる。
この構成では、空間に照射されるレーザ光の傾斜角度(水平面に対する角度)を、偏向部が1周回転する間に複数回切り替えることが可能となり、リサージュ走査が望まれる場合に有利となる。
そして、偏向部がいずれの回転位置にあるときでも、偏向面上におけるレーザ光のライン走査位置が複数の反射面に跨るようになっており、且つ、各反射面は、中心軸を中心とする周方向全領域に亘り段差の無い連続面として構成されている。
この構成では、偏向部がいずれの回転位置にあるときでもレーザ光のライン走査位置を複数の反射面に跨らせることが可能となるため、偏向部がいずれの方向を向いている場合でも各反射面にレーザ光を入射させることができる。
特に、各反射面は、中心軸を中心とする周方向全領域に亘り段差の無い連続面として構成されているため、段差に起因する死角の発生を防ぐことができる。例えば反射面の一部に段差が形成されている場合、段差付近にレーザ光が照射されたときに当該段差付近でレーザ光が不規則に反射してしまい、レーザ光が照射されない方向(死角)が発生することが懸念される。しかしながら、請求項5の発明では、レーザ光が各反射面の周方向いずれの位置に入射しても各反射面の勾配に応じた適切な方向にレーザ光を反射させることができるため、360°全方位において三次元的な認識を良好に行うことができる。
この構成では、偏向部において複数の前記反射面が形成された付近を入射対象領域としてレーザ光の照射に利用することができ、その周囲を凹面鏡として外部反射光(物体からの反射光)の誘導及び集光に利用することができる。従って、三次元的な認識を可能とする特徴的な構造を採用しつつ、構成の簡素化、及び部品点数の削減を図ることができる。
以下、本発明を具現化した第1実施形態について、図面を参照して説明する。
(レーザレーダ装置の全体構成)
まず、図1等を参照し、第1実施形態に係るレーザレーダ装置の全体構成について概説する。図1は、本発明の第1実施形態に係るレーザレーダ装置の概略断面図である。図2は、偏向部に照射されるレーザ光の角度と偏向部からの照射角度との関係を説明する説明図である。
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L2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。
モータ50は、「駆動手段」の一例に相当するものであり、例えば公知の直流モータ或いは公知の交流モータによって構成されている。そして、制御回路70からの駆動指示があったときに、図示しないモータドライバによって駆動状態(例えば、回転タイミングや回転速度)が制御されるようになっており、このときに、予め定められた一定の回転速度で定常回転するようになっている。このモータ50は、回転駆動軸が軸部42と一体的に構成されており、軸部42及び偏向部41を、中心軸42aを回転中心として定常回転させるように構成されている。
なお、本実施形態では、凹面鏡130及び集光レンズ62が「誘導手段」の一例に相当する。
次に、本実施形態の特徴的構成について詳述する。
図3は、図1のレーザレーダ装置の凹面鏡付近を概略的に例示する斜視図である。図4(A)は、図1のレーザレーダ装置の走査光反射部付近の構成を示す斜視図であり、図4(B)は、図4(A)とは異なる向きから見た斜視図である。図5は、図1のレーザレーダ装置の走査光反射部付近の構成を示す平面図である。図6(A)は、図5の0°の方向と180°の方向の位置で切断した断面を概略的に示す断面図である。図6(B)は、図5の45°の方向と−135°の方向の位置で切断した断面を概略的に示す断面図である。なお、図6は、いずれも−90°の方向から走査光反射部の断面を見たものである。なお、図3以降の図では、走査光反射部の下方に偏向部内に埋め込まれる台座Bが設けられた例を示しており、図4以降では、凹面鏡などを省略し走査光反射部と台座のみを示している。但し、この台座Bはあくまで説明のために示すものであり、走査光反射部の各反射面が露出し得る構成で配置されていれば台座Bは設けなくてもよい。
次に、レーザレーダ装置1で行われる物体の検出処理(監視処理)について基本的な動作を説明する。
図7(A)は、走査光反射部の向き(即ち偏向部の向き)が−45°のときのレーザ光の照射の様子を概念的に示す斜視図であり、図7(B)は、その平面図である。図8は、走査光反射部の向きが−45°のときのレーザ光の照射の様子を、図7(A)とは異なる方向から見た斜視図である。なお、図7(A)は、図5における180°の方向から見た図であり、図8は、図5における−90°の方向から見た図である。
まず、制御回路70は、パルスレーザ光L1が照射されるときの回転角度センサ52からの出力値(即ち、パルスレーザ光L1が照射されるタイミングにおける偏向部41の基準角度からの回転変位θ)を把握できるようになっている。更に、制御回路70は、アクチュエータ33の変位量を制御しているため、上記パルスレーザ光L1が照射されるときのミラー31の変位を把握でき(即ち、図2に示すθを把握でき)、これにより、反射面101、102a,102b,103a,103b,104a,104bのいずれにレーザ光L1が入射するかを把握できるようになっている。レーザ光L1がどの反射面に入射するかが特定されれば、反射面毎にレーザ光L1の傾斜角度(水平方向に対するレーザ光L1の傾斜角度)が特定されるため、この傾斜角度と上記回転変位θとによって物体の方位を検出することができる。
本実施形態のレーザレーダ装置1によれば、中心軸42aを中心として多重に且つ多段に配された偏向面(複数の反射面101,102a,102b,103a,103b,104a,104b)の各位置に対し、レーザ光L1をライン走査によって照射することが可能となる。従って、異なる勾配状態で構成された各反射面101,102a,102b,103a,103b,104a,104bから方向の異なる反射光(空間への照射光)を発生させることが可能となる。
また、偏向面上におけるライン走査位置Lnの相対移動の過程において、仮想平面に沿って移動するレーザ光が複数の反射面にそれぞれ入射するようになっているため、偏向部41が回転して偏向面の向きが変わっても、レーザ光L1を各反射面で反射させることができる。これにより、装置の周囲に向けて傾斜角度(水平面に対する角度)を変化させるようにレーザ光の走査を行うことができる。特に、偏向面(各反射面)に対してライン走査(一次元走査)によってレーザ光を照射することができるため、駆動機構を大型化、複雑化せずに偏向面に対するレーザ走査の高速化を図ることができ、ひいては装置の周囲に存在する物体の三次元的な認識をより高速に行うことができる。
この構成では、ミラー31の切り替えをN周単位で行えば良いため、偏向部41が1回転する間に複数回切り替え動作を行う構成と比較して、切り替え動作時の負荷を低減することができる。特に、1回転する間に複数回切り替え動作を行う構成では、複数回の切り替え動作時間を考慮しなければならないため偏向部41を高速回転させにくいが、上記のようにN周毎に切り替え動作を行うようにすれば、偏向部41を高速化しても適切なタイミングで遅延なく切り替えやすくなり、三次元的な認識を高速に行う上でより有利となる。また、この場合、各反射面に入射している間は、偏向部41が回転しても空間に照射されるレーザ光の水平面に対する傾斜角度が一定角度(入射している反射面に対応する角度)で維持され、次の反射面に切り替わった後でも、当該反射面に入射している間は、偏向部41が回転しても空間に照射されるレーザ光の水平面に対する傾斜角度が一定角度で維持されることになる。
この構成では、偏向部41において複数の反射面が形成された付近を入射対象領域としてレーザ光の照射に利用することができ、その周囲を凹面鏡130として外部反射光(物体からの反射光)の誘導及び集光に利用することができる。従って、三次元的な認識を可能とする特徴的な構造を採用しつつ、構成の簡素化、及び部品点数の削減を図ることができる。
第1実施形態の上記代表例では、ラスタースキャンに相当する方法を例示したが、このようなスキャン方法に限られない。第1実施形態の構成では、ミラー31からのレーザ光L1の向きが仮想平面上の第1方向(中心軸42aに対する傾斜(図2の+θ)が最大となる角度)と第2方向(中心軸42aに対する傾斜(図2の−θ)が最小となる角度)との間の方向範囲で変化するようにミラー31の変位を制御しているが、このような構成において、偏向部41が1周回転する間に、上記第1方向から上記第2方向までのレーザ光の走査が複数回繰り返されるようにミラー31を揺動させてもよい。
この構成では、空間に照射されるレーザ光の傾斜角度(水平面に対する角度)を、偏向部41が1周回転する間に複数回切り替えることが可能となり、リサージュ走査が望まれる場合に有利となる。
次に第2実施形態について説明する。
図15は、第2実施形態に係るレーザレーダ装置の凹面鏡付近を概略的に例示する斜視図である。図16は、第2実施形態に係るレーザレーダ装置に関し、偏向部に照射されるレーザ光の角度と偏向部からの照射角度との関係を説明する説明図である。図17は、図15のレーザレーダ装置の走査光反射部付近の構成を示す斜視図である。図18は、図15のレーザレーダ装置の走査光反射部付近の構成を示す平面図である。図19(A)は、図18の0°の方向と180°の方向の位置で切断した接断面を概略的に示す断面図である。図19(B)は、図18の45°の方向と−135°の方向の位置で切断した切断面を概略的に示す断面図である。
なお、本実施形態でも、走査光反射部が露出し得る構成であれば、台座Bの部分は、偏向部内に埋め込まれていてもよく、台座Bの部分が省略されていてもよい。
本実施形態のレーザレーダ装置によれば、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
また、本実施形態形態において、複数の反射面202〜207は、中心軸42aを囲んで環状に構成され、制御回路70により、仮想平面上における中心軸42aの一方側のみでレーザ光L1が移動するようにミラー31の変位が制御されることで、中心軸42aの一方側のみで偏向面に対するレーザ光L1のライン走査がなされるようになっている。
そして、偏向部41がいずれの回転位置にあるときでも、偏向面上におけるレーザ光L1のライン走査位置Lnが複数の反射面201〜207に跨るようになっており、且つ、各反射面201〜207は、中心軸を中心とする周方向全領域に亘り段差の無い連続面として構成されている。
この構成では、偏向部41がいずれの回転位置にあるときでもレーザ光L1のライン走査位置Lnを複数の反射面201〜207に跨らせることが可能となるため、偏向部41がいずれの方向を向いている場合でも各反射面201〜207にレーザ光L1を入射させることができる。
特に、各反射面201〜207は、中心軸42aを中心とする周方向全領域に亘り段差の無い連続面として構成されているため、段差に起因する死角の発生を防ぐことができる。例えば反射面の一部に段差が形成されている場合、段差付近にレーザ光が照射されたときに当該段差付近でレーザ光が不規則に反射してしまい、レーザ光が照射されない方向(死角)が発生することが懸念される。しかしながら、本実施形態の構成では、レーザ光L1が各反射面の周方向いずれの位置に入射しても各反射面の勾配に応じた適切な方向にレーザ光を反射させることができるため、360°全方位において三次元的な認識を良好に行うことができる。
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。
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)
31…ミラー(導光部材)
33…アクチュエータ(制御手段)
40…回転偏向装置(回動偏向手段、誘導手段)
41…偏向部
42a…中心軸
50…モータ(駆動手段)
62…集光レンズ(誘導手段)
70…制御回路(制御手段)
100,200…走査光反射部
101,102a,102b,103a,103b,104a,104b,201〜207…反射面(偏向面)
130…凹面鏡(誘導手段)
130a…凹面鏡領域の反射面(偏向面)
Claims (6)
- レーザ光を発生させるレーザ光発生手段と、
前記レーザ光発生手段からの前記レーザ光を導光する導光部材と、
前記導光部材の変位を制御する制御手段と、
所定の中心軸を中心として回転可能に構成された偏向部と、前記偏向部を回転駆動する駆動手段とを備え、前記偏向部を回転させつつ前記導光部材にて導光された前記レーザ光を前記偏向部により外部空間に向けて偏向させる回転偏向手段と、
前記偏向部により前記外部空間に向けて偏向された前記レーザ光が前記外部空間に存在する物体で反射したときに当該物体からの反射光を検出する光検出手段と、
前記物体からの前記反射光を前記光検出手段に向けて誘導する誘導手段と、
を備え、
前記偏向部において前記レーザ光が入射する側に配される偏向面は、前記中心軸を中心とした周方向において少なくとも所定の形成範囲に亘り、前記中心軸を囲んで円弧状又は環状に構成される複数の反射面が前記中心軸を中心として多重に且つ多段に配され、それら複数の前記反射面は、前記中心軸と直交する水平面に対する勾配状態がそれぞれ異なるように構成され、
前記制御手段により、前記導光部材からの前記レーザ光の向きが前記中心軸に沿った仮想平面上を移動するように前記導光部材の変位が制御されることで、前記偏向面に対する前記レーザ光のライン走査がなされ、
前記偏向部の回転に応じて前記偏向面上における前記レーザ光のライン走査位置が複数の前記反射面上を相対的に移動すると共に、その相対移動の過程において、前記仮想平面に沿って移動する前記レーザ光が複数の前記反射面にそれぞれ入射し、且つ各反射面から出射される前記レーザ光の前記水平面に対する角度がそれぞれ異なるように構成されていることを特徴とするレーザレーダ装置。 - 前記形成範囲は、前記中心軸を中心とする周方向全範囲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。
- 前記制御手段により、前記偏向部がN周(但しNは自然数)回転する毎に前記導光部材の向きが切り替えられることで、複数の前記反射面における前記レーザ光の入射対象面がN周毎に切り替わるようになっていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のレーザレーダ装置。
- 前記制御手段は、前記導光部材からの前記レーザ光の向きが前記仮想平面上の第1方向と第2方向との間の方向範囲で変化するように前記導光部材の変位を制御しており、且つ、前記偏向部が1周回転する間に、前記第1方向から前記第2方向までの前記レーザ光の走査が複数回繰り返されるように前記導光部材を揺動させていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のレーザレーダ装置。
- 複数の前記反射面は、前記中心軸を囲んで環状に構成され、
前記制御手段により、前記仮想平面上における前記中心軸の一方側のみで前記レーザ光が移動するように前記導光部材の変位が制御されることで、前記中心軸の前記一方側のみで前記偏向面に対する前記レーザ光のライン走査がなされるようになっており、
前記偏向部がいずれの回転位置にあるときでも、前記偏向面上における前記レーザ光のライン走査位置が複数の前記反射面に跨り、且つ、各反射面は、前記中心軸を中心とする周方向全領域に亘り段差の無い連続面として構成されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。 - 前記回転偏向手段が前記誘導手段として兼用され、
前記制御手段は、前記仮想平面上を移動する前記レーザ光が、前記偏向面において前記形成範囲を含む入射対象領域内にのみ入射するように前記導光部材の変位を制御しており、
前記偏向部は、前記偏向面側における前記入射対象領域の周囲が凹面鏡として構成され、前記物体にて反射した前記反射光が前記凹面鏡にて集光されつつ前記光検出手段側に誘導されることを特徴とする請求項1から請求項5に記載のレーザレーダ装置。
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