JP2015125109A - レーザレーダおよびビーム照射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】広範囲にレーザ光を走査可能なレーザレーダおよび当該レーザレーダに搭載されるビーム照射装置を提供する。【解決手段】ミラー141を回動させるミラーアクチュエータ1と、ミラー141の回動方向において異なる角度から複数のレーザ光をミラー141に入射させる出射部310と、目標領域からの複数のレーザ光の反射光を受光する受光部340、350と、受光部340、350からの出力に基づき目標領域における物体を検出するDSPと、を備える。このように、ミラー141の回動方向において異なる角度から複数のレーザ光がミラー141に入射されるため、ミラー141の回動角度に対応する走査角度よりも大幅に広い角度範囲で目標領域をレーザ光で走査することができる。【選択図】図6
Description
本発明は、目標領域にレーザ光を照射したときの反射光をもとに目標領域の状況を検出するレーザレーダ、および当該レーザレーダに用いて好適なビーム照射装置に関する。
近年、建物への侵入検知等のセキュリティ用途として、レーザレーダが用いられている。一般に、レーダレーダは、レーザ光を目標領域内でスキャンさせ、各スキャン位置における反射光の有無から、各スキャン位置における物体の有無を検出する。さらに、各スキャン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をもとに、各スキャン位置における物体までの距離が検出される(特許文献1)。
目標領域においてレーザ光を走査させるためのアクチュエータとして、たとえば、2つの軸を回動軸としてミラーを回動させるジンバル方式のミラーアクチュエータを用いることができる。このミラーアクチュエータを用いる場合、レーザ光は、斜め方向からミラーに入射される。2つの軸を回動軸としてミラーが水平方向と鉛直方向に回動されると、目標領域内においてレーザ光が水平方向と鉛直方向に振られる。
上記のミラーアクチュエータでは、レーザ光が目標領域を走査可能な範囲は、ミラーアクチュエータのミラーを回動させることが可能な角度に依存する。ミラーを回動させることが可能な角度は、ミラーアクチュエータの構造に応じて、所定の角度範囲までに制限される。
本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものあり、広範囲にレーザ光を走査可能なレーザレーダおよび当該レーザレーダに搭載されるビーム照射装置を提供することを目的とする。
本発明の第1の局面はレーザレーダに関する。第1の局面に係るレーザレーダは、ミラーを回動させるミラーアクチュエータと、前記ミラーの回動方向において異なる角度から複数のレーザ光を前記ミラーに入射させる出射部と、目標領域からの前記複数のレーザ光の反射光を受光する受光部と、前記受光部からの出力に基づき前記目標領域における物体を検出する検出部と、を備える。
本発明の第2の局面はビーム照射装置に関する。第2の局面に係るビーム照射装置は、ミラーを回動させるミラーアクチュエータと、前記ミラーの回動方向において異なる角度から複数のレーザ光を前記ミラーに入射させる出射部と、を備える。
本発明によれば、広範囲にレーザ光を走査可能なレーザレーダおよび当該レーザレーダに搭載されるビーム照射装置を提供することができる。
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、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、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図1は、ミラーアクチュエータ1の分解斜視図である。図示の如く、ミラーアクチュエータ1は、インナーユニット10と、アウターユニット20とを備えている。
図2は、ミラーアクチュエータ1のインナーユニット10を上側から見た一部分解斜視図である。なお、図2では、一部の部材が既に組付けられた状態が示されている。
図2を参照して、インナーユニット10は、フレーム11と、パンシャフト12と、LED13と、ミラーユニット14と、パンコイルユニット15と、パンマグネットユニット16と、チルトマグネットユニット17、18と、ワイヤー19a〜19dとを備えている。
フレーム11は、パンシャフト12を回動可能に支持する枠部材である。パンシャフト12は、ミラー141をPan方向に回動させる回動軸である。LED13は、走査用のレーザ光の目標領域内での走査位置を検出するための拡散光(サーボ光)を出射する。LED13は、パンシャフト12の後側に取り付けられている。
ミラーユニット14は、ミラー141と、ミラーホルダ142を備えている。ミラー141は、反射面がミラーホルダ142により、パンシャフト12の軸方向から所定の角度だけ前方向に傾いている。
パンコイルユニット15は、パンコイル151と、ホルダ152と、ヨーク153と、ワイヤー固定基板154を備えている。
ホルダ152の下部には、4つのパンコイル151が扇形に巻回されて固着されている。また、ホルダ152とワイヤー固定基板154の隅には、それぞれ、ワイヤー19a〜19dを通すための孔が形成されている。ワイヤー固定基板154の上面には、パンコイル151およびLED13に電流を供給するための導線が接続される端子とワイヤー19a〜19dおよびワイヤー28a〜28dに電流を供給するための回路パターンが配されている。ホルダ152の上面には、ヨーク153とワイヤー固定基板154が接着固定される。
パンマグネットユニット16は、パンマグネット161と、ホルダ162を備えている。チルトマグネットユニット17、18は、それぞれ、チルトマグネット171、181とホルダ172、182を備えている。
ワイヤー19a〜19dは、線状の弾性部材である。ワイヤー19a〜19dは、たとえば、りん青銅、ベリリウム銅等からなり、導電性に優れ、ばね性を有する。ワイヤー19a〜19dは、互いに同じ形状および特性を持ち、パンコイル151とLED13への電流供給と、ミラー141のPan方向の回動時において、ミラー141に安定した抗力を与えるために用いられる。なお、ワイヤー19a〜19dは、長手方向に力が加えられたとしても、略伸縮することはない。
ワイヤー固定基板191、192は、それぞれ、ガラスエポキシ樹脂等からなる薄板状の回路基板であり、可撓性を有している。ワイヤー固定基板191、192には、それぞれ、ワイヤー19a〜19dを通すための端子穴が形成されている。また、ワイヤー固定基板191、192には、それぞれ、ワイヤー19a〜19dに電流を供給するための回路パターンが配されている。
パンシャフト12と、LED13と、ミラーユニット14と、パンコイルユニット15と、パンマグネットユニット16と、チルトマグネットユニット17、18と、ワイヤー19a〜19dと、ワイヤー固定基板191、192が、フレーム11に組付けられることにより、インナーユニット10が完成する。
図3(a)、3(b)は、それぞれ、組み立てられたインナーユニット10を前側および後側から見た斜視図である。この状態で、ミラー141は、パンシャフト12を軸としてPan方向に回動可能となる。なお、パンコイルユニット15は、ミラー141のPan方向の回動に伴って、Pan方向に回動する。他方、ワイヤー固定基板191、192は、インナーユニット10の下面に固着されているため、ミラー141のPan方向の回動に伴って、Pan方向に回動しない。
図1に戻り、アウターユニット20は、フレーム21と、チルトコイルユニット22、23と、サーボユニット24と、チルトシャフト25、26と、2つのマグネット27と、ワイヤー28a〜28dとを備えている。
フレーム21は、前方が開いた枠部材からなっている。フレーム21の左右の側面には、チルトコイルユニット22、23が装着される。チルトコイルユニット22、23は、それぞれ、チルトコイル221、231と、ホルダ222、232とを備えている。図1では、チルトコイル221とホルダ222が隠れて見えないが、これらの部材は、チルトコイル231とホルダ232と同様の構成となっている。
また、フレーム21の後側面には、サーボユニット24が装着される。サーボユニット24は、PSD241と、バンドパスフィルタ242と、ピンホール箱243とを備えている。サーボユニット24の構成は、追って図11を参照して説明する。
チルトシャフト25、26は、ミラー141をTilt方向に回動させる回動軸である。また、フレーム21の左内側面には、2つのマグネット27が装着されている。
ワイヤー28a〜28dは、線状の弾性部材である。ワイヤー28a〜28dは、互いに同じ形状および特性を持ち、パンコイル151とLED13への電流供給のために利用される。ワイヤー28a〜28dは、通常の状態において、後方に湾曲した形状を有している。
インナーユニット10は、チルトシャフト25、26により、アウターユニット20に回動可能に取り付けられる。こうして、ミラーアクチュエータ1の組立が完了する。
図4は、ミラーアクチュエータ1を前方から見た斜視図である。この状態で、フレーム11は、チルトシャフト25、26の周りにTilt方向に回動可能となる。なお、パンコイルユニット15とワイヤー固定基板191、192は、フレーム11のTilt方向の回動に伴って、Tilt方向に回動する。
図4に示すアセンブル状態において、パンコイル151に電流を流すと、パンコイル151と、パンマグネット161に生じる電磁駆動力によってパンシャフト12が回動し、これにより、ミラー141が、パンシャフト12を軸としてPan方向に回動する。チルトコイル221、231に電流を流すと、チルトコイル221、231と、チルトマグネット171、181に生じる電磁駆動力によってフレーム11がチルトシャフト25、26を軸としてTilt方向に回動し、これにより、ミラー141が、Tilt方向に回動する。
ミラー141がPan方向に回動すると、フレーム11の背面に張られたワイヤー19a〜19dのばね性により、パンシャフト12を中心とした、ミラー141のPan方向の回動方向と逆向きのトルクが発生する。このように、ミラー141がPan方向に回動した状態では、常に逆向きのトルクが発生するため、パンコイル151への電流の印加を中止すると、ミラー141は、回動前の位置に戻される。
ここで、レーザ光の走査範囲は、ミラー141をパン方向に回動可能な角度に依存する。本実施の形態におけるミラーアクチュエータ1では、ミラー141をパン方向に回動可能な角度は、略45度である。
本実施の形態に係るレーザレーダ300では、ミラー141をパン方向に回動可能な角度よりもレーザ光の走査範囲を大きく広げるために、パンシャフト12(図4参照)の回転方向において、異なる2つの角度からレーザ光がミラー141に入射するよう構成される。
図5は、ミラーアクチュエータ1が搭載されたレーザレーダ300の構成を示す模式図である。なお、図5では、筐体400と主要な光学部材のみが示されており、筐体400の取り付け構造、回路基板等は、図示省略されている。
レーザレーダ300は、出射部310と、ハーフミラー320と、折り曲げミラー330と、ミラーアクチュエータ1と、受光部340、350を備える。これらの部材は、筐体400内に取り付けられる。ミラーアクチュエータ1は、ミラー141のミラー面がXY平面に平行となるように、筐体400に設置される。このように、ミラー141がパンシャフト12(図2参照)よりも前方に傾けられることにより、目標領域におけるレーザ光の走査ラインを直線状に近付けることができる。
筐体400には、投射窓410が取り付けられている。投射窓410には、可視光カットフィルタが設けられており、出射部310から出射されたレーザ光の波長帯域の光を透過し、外部から入射する可視光帯域の波長帯域の光を遮断する。
図6は、レーザ光の出射光と反射光の光路を模式的に示した図である。図6は、ミラーアクチュエータ1を前方向から見た図である。
図6を参照して、出射部310は、レーザ光源311と、ビーム整形レンズ312とを備える。レーザ光源311は、波長880nm〜940nm程度のレーザ光を出射する。ビーム整形レンズ312は、出射レーザ光が、目標領域において所定の形状となるよう、出射レーザ光を収束させる。ハーフミラー320は、レーザ光源311から出射される光の略半分を透過させ、略半分を折り曲げミラー330に向かう方向に向かって反射させる。折り曲げミラー330は、ハーフミラー320によって反射された光をミラーアクチュエータ1のミラー141に向かう方向に向かって反射させる。
レーザ光源311とビーム整形レンズ312とハーフミラー320は、直線上に並んでおり、ハーフミラー320を透過したレーザ光の進行方向は、ミラー141の縦中央線Lvよりも所定の角度(たとえば、略45度)だけ右側に傾き、且つ、ミラー141の横中央線Lhよりも所定の角度(たとえば、略30度)だけ下側に傾いている。また、折り曲げミラー330は、ミラー141の縦中央線Lvを含む鉛直平面についてハーフミラー320と対称の位置に位置付けられている。すなわち、折り曲げミラー330は、ミラー141に対して、ハーフミラー320を透過するレーザ光と反対の方向から同じ入射角度でレーザ光が入射するように、レーザ光を反射させる。
受光部340、350は、それぞれ、受光レンズ341、351と、バンドパスフィルタ342、352と、光検出器343、353とを備える。受光レンズ341、351は、目標領域から反射された光を集光する。バンドパスフィルタ342、352は、レーザ光源311から出射される波長帯域の光のみを透過し、それ以外の波長帯域の迷光を除去する。光検出器343、353は、APD(アバランシェ・フォトダイオード)またはPINフォトダイオードからなり、受光光量に応じた大きさの電気信号を回路基板に出力する。光検出器343、353は、受光感度が高く、ミラー141のミラー面の一部に反射された光の光量で物体を検出可能な精度を有している。
受光部340は、出射部310の下側に並ぶように配置される。受光部350は、ミラー141の縦中央線Lvを含む鉛直平面について受光部340と対称の位置に位置付けられている。すなわち、受光部350は、折り曲げミラー330よりもやや下側に位置付けられている。
レーザ光源311から出射されたレーザ光は、ビーム整形レンズ312を透過した後、ハーフミラー320に入射する。ハーフミラー320に入射したレーザ光は、略半分がハーフミラー320を透過し、ミラーアクチュエータ1のミラー141に入射し、残り略半分がハーフミラー320によって反射され、折り曲げミラー330に入射する。折り曲げミラー330に入射したレーザ光は、折り曲げミラー330によって反射されて、ミラーアクチュエータ1のミラー141に入射する。ミラー141が中立位置にあるとき、ハーフミラー320を透過してミラー141に入射したレーザ光は、ミラー141の縦中央線Lvよりも左側に向かうように反射され、目標領域に投射される。ミラー141が中立位置にあるとき、折り曲げミラー330により反射されてミラー141に入射したレーザ光は、ミラー141の縦中央線Lvよりも右側に向かうように反射され、目標領域に投射される。
なお、「中立位置」とは、ミラー141がミラーアクチュエータ1によってミラー141が回動されず、ミラー141のミラー面がパンシャフト12の回転軸(上下方向)からYZ平面(図5参照)の面内方向に所定の角度で傾く位置をいう。中立位置において、ハーフミラー320を透過したレーザ光と、折り曲げミラー330を反射したレーザ光は、ミラー141の中心よりも、上側の領域に入射する。
目標領域からの反射光は、レーザ光が目標領域へと向かう光路を逆行して、ミラー141に入射する。このとき、ミラー141の縦中央線Lvよりも左側から入射する目標領域からの反射光は、ミラー141の略全面に入射し、このうち、横中央線Lhよりも下側の領域によって反射された反射光R1が、受光部340の受光レンズ341に入射する。受光レンズ341に入射した反射光R1は、受光レンズ341によって、光検出器343に収束される。光検出器343は、受光光量に応じた大きさの電気信号を出力する。光検出器343からの信号に基づいて、目標領域における物体の有無および物体までの距離が測定される。
また、ミラー141の縦中央線Lvよりも右側から入射する目標領域からの反射光は、ミラー141の略全面に入射し、このうち、横中央線Lhよりも下側の領域によって反射された反射光R2が、受光部350の受光レンズ351に入射する。そして、受光レンズ351に入射した反射光R2は、受光レンズ351によって、光検出器353に収束される。光検出器353は、受光光量に応じた大きさの電気信号を出力する。光検出器353からの信号に基づいて、目標領域における物体の有無および物体までの距離が測定される。
なお、ハーフミラー320を透過してミラー141によって反射されたレーザ光E1と、折り曲げミラー330に反射され、ミラー141によって反射されたレーザ光E2は、それぞれ、目標領域の異なる範囲において走査される。レーザ光E1、E2による走査範囲において、物体の有無が、光検出器343、353のそれぞれの検出信号の有無によって検出される。
図7(a)、(b)は、出射部310からミラー141のミラー面にレーザ光を出射する領域(出射領域)と、目標領域から反射された光(反射光R1)が受光部340、350によって受光される領域(受光領域)を模式的に示す図である。
図7(a)に示すように、本実施の形態では、レーザ光は、ミラー141の横中央線Lhよりも上側の領域に出射される。図7(b)に示す比較例では、レーザ光の出射領域がミラー141のミラー面の略中心Pに位置付けられている。比較例では、受光部340、350を上記実施の形態と同様に配置しようとすると、受光領域を幅Rw2の範囲で設定する必要があり、受光領域がかなり狭くなる。このため、比較例では、ミラー141のミラー面を有効に活用することができない。これに対し、本実施の形態では、出射領域がミラー141の横中央線Lhよりも上側に偏って配置されているため、受光領域を、幅Rw2よりも広い幅Rw1の範囲内で大きく設定することができる。
なお、このように、出射領域が中心Pからずれた位置に位置付けられたとしても、目標領域におけるレーザ光の走査精度への影響は軽微である。
図8は、本実施の形態に係るミラーアクチュエータ1を上側から見た場合のレーザ光E1、E2の走査範囲を模式的に示す図である。図9は、比較例に係るミラーアクチュエータ1を上側から見たレーザ光E3の走査範囲を模式的に示す図である。
図8を参照して、ハーフミラー320を透過し、ミラー141に反射されたレーザ光E1は、ミラー141の回動によって、ミラー141の回動角度βに対応する走査角度α1で左側の目標領域に走査される。また、折り曲げミラー330に反射され、ミラー141に反射されたレーザ光E2は、ミラー141の回動によって、ミラー141の回動角度βに対応する走査角度α2で右側の目標領域に走査される。走査角度α1、α2は、回動角度βの略2倍に相当する。レーザ光E1とレーザ光E2の走査範囲の一部の範囲O1は、重なっている。これにより、目標領域を隙間なくレーザ光で走査することができる。
図9を参照して、比較例の場合、ミラー141の正面下方から1つのレーザ光が入射している。比較例の場合、ミラー141に反射されたレーザ光E3は、ミラー141の回動によって、ミラー141の回動角度βに対応する走査角度α3で正面の目標領域に走査される。走査角度α3は、回動角度βの略2倍に相当する。比較例の場合、ミラー141に対し、レーザ光が1つしか入射されないため、目標領域をミラー141の回動角度βに対応する走査角度α3でしか走査できない。たとえば、回動角度βが略45度の場合、走査角度α3は略90度となる。
これに対し、図8に示すように、本実施の形態では、ハーフミラー320によって分光されたレーザ光が、パンシャフト12の回転方向において、異なる2つの角度からミラー141に入射するため、ミラー141の回動角度βに対応する走査角度よりも大幅に広い角度範囲で目標領域をレーザ光で走査することができる。たとえば、回動角度βが略45度の場合、略180度に近い角度範囲で目標領域をレーザ光で走査することができる。
図10は、本実施の形態に係るミラー141のミラー面に対するレーザ光の出射角度γを示すグラフである。図10のグラフには、比較例に係るミラー141のミラー面に対するレーザ光の出射角度γの範囲が示されている。なお、ミラー141が中立位置にあるときのミラー面に対して正面に出射されるレーザ光の出射角度γが0度に対応し、ミラー141の正面よりも左側に出射されたレーザ光の出射角度γに正の符号が付され、ミラー141の正面よりも右側に出射されたレーザ光の出射角度γに負の符号が付されている。
本願の発明者らは、ミラー141のミラー面に対し左右方向に45度、下方向に31度傾いた入射角度で入射し、ミラー面で反射されるレーザ光E1、E2のパン方向、チルト方向の出射角度γをシミュレーションによって算出した。本シミュレーションでは、ミラー141をチルト方向に+10度、0度、−10度の3種類の角度で傾けた時のレーザ光の出射角度γの軌跡を算出した。なお、本シミュレーションでは、ミラー141のパン方向の回動角度βは、−28度〜28度の範囲に設定されている。
比較例の場合、レーザ光の出射角度γは、略−45度〜45度の範囲となっており、ミラー141の回動角度βの略2倍となっている。
本実施の形態の場合、ミラー141のチルト方向の回動角度が0度のとき、右側からミラー141に入射したレーザ光の出射角度γの範囲は、82.5度〜−9.4度である。ミラー141のチルト方向の回動角度が0度のとき、左側からミラー141に入射したレーザ光の出射角度γの範囲は、9.4度〜−82.5度である。すなわち、ミラー141が中立位置にあるときのミラー面の正面付近の目標領域では、右側から入射したレーザ光の走査範囲と、左側から入射したレーザ光の走査範囲が一部重なっている。
ミラー141のチルト方向の回動角度が10度のとき、右側からミラー141に入射したレーザ光の出射角度γの範囲は、86.9度〜−6.4度である。ミラー141のチルト方向の回動角度が10度のとき、右側からミラー141に入射したレーザ光の出射角度γの範囲は、6.4度〜86.9度である。
ミラー141のチルト方向の回動角度が−10度のとき、右側からミラー141に入射したレーザ光の出射角度γの範囲は、82.2度〜−12.3度である。ミラー141のチルト方向の回動角度が−10度のとき、左側からミラー141に入射したレーザ光の出射角度γの範囲は、12.3度〜−82.2度である。
このように、本実施の形態では、レーザ光を略−80度〜80度の範囲で振ることができ、ミラー141のパン方向の回動角度βの略−28度〜28度に比べ、概ねミラー141のパン方向の回動角度βの3倍の範囲で目標領域をレーザ光で走査することができる。したがって、本実施の形態では、比較例の場合よりも大幅にレーザ光の走査範囲を広げることができる。
また、図6に示すように、本実施の形態では、別々の受光部340、350を備えているため、受光部340、350は、それぞれで対応する目標領域の反射光R1、R2を同時に受光することができる。よって、レーザ光E1、レーザ光E2の出射タイミングを略同時にすることができ、これにより、目標領域の2つの範囲を略並行してレーザ光で走査することができる。したがって、効率的に目標領域をレーザ光で走査することができる。
図11(a)、(b)は、ミラー141の位置を検出するためのサーボ光学系を説明する図である。
図11(a)を参照して、LED13、PSD241およびピンホール243aは、ミラーアクチュエータ1のミラー141が上記中立位置にあるときに、LED13がピンホール箱243のピンホール243aとPSD241の中心に向き合うように配置されている。
図11(b)のようにミラー141が破線で示す中立位置から矢印方向に回動すると、LED13からの拡散光(サーボ光)のうちピンホール243aを通る光の光路が、LP1からLP2へと変位する。その結果、PSD241上におけるサーボ光の入射位置が変化し、PSD241から出力される位置検出信号が変化する。したがって、PSD241にて検出されるサーボ光の入射位置によって、ミラー141の位置を検出することができ、結果、目標領域における走査レーザ光の走査位置を検出することができる。
図12は、レーザレーダ300の回路構成を示す図である。
PSD信号処理回路501は、PSD241からの出力信号をもとに求めた位置検出信号をDSP507に出力する。サーボLED駆動回路502は、DSP507からの信号をもとに、LED13に駆動信号を供給する。アクチュエータ駆動回路503は、DSP507からの信号をもとに、ミラーアクチュエータ1を駆動する。具体的には、目標領域においてレーザ光を所定の軌道に沿って走査させるための駆動信号がミラーアクチュエータ1に供給される。
スキャンLD駆動回路504は、DSP507からの信号をもとに、レーザ光源311に駆動信号を供給する。PD信号処理回路505、506は、それぞれ、光検出器343、353の受光光量に応じた電圧信号を増幅およびデジタル化してDSP507に供給する。
DSP507は、PSD信号処理回路501から入力された位置検出信号をもとに、目標領域におけるレーザ光の走査位置を検出し、ミラーアクチュエータ1の駆動制御や、レーザ光源311の駆動制御等を実行する。また、DSP507は、PD信号処理回路50
5、506から入力される電圧信号に基づいて、目標領域内のレーザ光照射位置に物体が存在するかを判定し、同時に、レーザ光源311から出力されるレーザ光の照射タイミングと、光検出器343、353にて受光される目標領域からの反射光の受光タイミングの間の時間差をもとに、物体までの距離を測定する。
5、506から入力される電圧信号に基づいて、目標領域内のレーザ光照射位置に物体が存在するかを判定し、同時に、レーザ光源311から出力されるレーザ光の照射タイミングと、光検出器343、353にて受光される目標領域からの反射光の受光タイミングの間の時間差をもとに、物体までの距離を測定する。
<実施形態の効果>
以上、本実施の形態によれば、以下の効果が奏される。
以上、本実施の形態によれば、以下の効果が奏される。
図8に示すように、ミラー141のミラー面に対して、パンシャフト12(図4参照)の回転方向において、異なる2つの入射角度でレーザ光が入射されるため、ミラー141のパン方向の回動角度βに対応する走査角度α1、α2よりも広い角度範囲で目標領域をレーザ光で走査することができる。
また、レーザ光E1とE2の走査範囲の一部の範囲O1が重なっているため、目標領域を隙間なくレーザ光で走査することができる。これにより、特に物体が位置付けられ易いレーザレーダ300の正面位置において、漏れなく障害物を検出することができる。
また、レーザ光源311を出射したレーザ光がハーフミラー320によって分光されるため、他の光源を用いることなく、ミラー141に複数の異なる角度でレーザ光を入射させることができる。したがって、部品点数の削減、および消費電力を削減することができる。
また、図6に示すように、別々の受光部340、350を備えているため、レーザ光E1、レーザ光E2を略同時に出射させながら、目標領域の2つの範囲を略並行してレーザ光で走査することができる。したがって、効率的に目標領域をレーザ光で走査することができる。
また、受光部340が出射部310の下側に並べて配置されるため、受光部340が出射部310の後方に設置される場合に比べて、装置をコンパクトにすることができる。
また、レーザ光がミラー141の中心Pよりも上側の領域に照射されるため、受光部340が出射部310の下側に並ぶように構成される場合であっても、反射光R1、R2の受光領域を極力大きくすることができる。これにより、装置をコンパクトにしつつ、精度良く物体を検出することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も上記以外に種々の変更が可能である。
<変更例1>
たとえば、上記実施の形態では、ミラー141に異なる2つの角度でレーザ光を入射させるために、出射部310のレーザ光源311から出射されたレーザ光がハーフミラー320によって分光されたが、図13に示すように、出射部360が設けられても良い。
たとえば、上記実施の形態では、ミラー141に異なる2つの角度でレーザ光を入射させるために、出射部310のレーザ光源311から出射されたレーザ光がハーフミラー320によって分光されたが、図13に示すように、出射部360が設けられても良い。
図13は、変更例1に係るレーザレーダ300の光学系を模式的に示した図である。
図13では、図6に示す上記実施の形態のレーザレーダ300に出射部360が追加されており、ハーフミラー320と折り曲げミラー330が省略されている。
出射部360は、レーザ光源361と、ビーム整形レンズ362とを備える。レーザ光源361、ビーム整形レンズ362は、出射部310のレーザ光源311、ビーム整形レ
ンズ312と同様に構成されている。出射部360は、ミラー141の縦中央線Lvを含む鉛直平面について出射部310と対称の位置に位置付けられている。すなわち、出射部360は、出射部310を出射したレーザ光と同じ入射角度となるように、レーザ光をミラー141に向けて出射する。ミラー141は、出射部360から出射されたレーザ光を目標領域に向けて反射させる。
ンズ312と同様に構成されている。出射部360は、ミラー141の縦中央線Lvを含む鉛直平面について出射部310と対称の位置に位置付けられている。すなわち、出射部360は、出射部310を出射したレーザ光と同じ入射角度となるように、レーザ光をミラー141に向けて出射する。ミラー141は、出射部360から出射されたレーザ光を目標領域に向けて反射させる。
変更例1の構成とすれば、上記実施の形態と同様に、ミラー141に異なる2つの角度でレーザ光が入射されるため、レーザ光の走査範囲を広角化させることができる。なお、変更例1では、別途、出射部360が設けられるため、上記実施の形態に比べて部品点数とコストが上昇する。このため、上記実施の形態のように、1つのレーザ光源311から出射されたレーザ光を分光する構成の方が望ましい。
<変更例2>
また、図14に示すように、出射部360を設けた場合、受光部350を省略しても良い。
また、図14に示すように、出射部360を設けた場合、受光部350を省略しても良い。
図14は、変更例2に係るレーザレーダ300の光学系を模式的に示した図である。
図14では、図3に示す変更例1のレーザレーダ300から受光部350が省略されており、折り曲げミラー370とハーフミラー380が追加されている。
変更例2に係るレーザ光源311、361では、互いのレーザ光の出射タイミングが異なるように発光制御される。
第1の出射タイミングで目標領域に出射されたレーザ光E1に対応する反射光R1は、ミラー141によって反射され、ハーフミラー380に入射する。反射光R1は、ハーフミラー380によって略半分が反射され、略半分がハーフミラー380を透過して、受光部340の受光レンズ341に入射する。そして、受光レンズ341に入射した反射光R1は、受光レンズ341によって、光検出器343に収束される。
第2の出射タイミングで目標領域に出射されたレーザ光E2に対応する反射光R2は、ミラー141によって反射され、折り曲げミラー370に入射する。反射光R1は、折り曲げミラー370によって反射され、ハーフミラー380に入射する。反射光R2は、ハーフミラー380を略半分が透過し、略半分がハーフミラー380によって反射されて、受光レンズ341に入射する。そして、受光レンズ341に入射した反射光R1は、受光レンズ341によって、光検出器343に収束される。
変更例2によっても、上記実施の形態同様、レーザ光の走査範囲を広角化させることができる。
しかしながら、変更例2では、受光部340で反射光R1を受光する必要があるため、反射光の光路中に折り曲げミラー370とハーフミラー380が設けられる。したがって、ハーフミラー380によって、反射光の光量が減衰され、受光部340に対する受光光量が減衰する。
また、1つの受光部340で2つの反射光R1、R2を受光する必要があるため、レーザ光源311とレーザ光源361の出射タイミングを異ならせる必要がある。したがって、上記実施の形態に比べ、変更例2の場合、目標領域をレーザ光で走査する速度が遅くなる。
上記実施の形態のように、別々の受光部340、350によって反射光R1、R2が受光させると、2つのレーザ光の出射タイミングを異ならせる必要もなく、また、レーザ光E1、E2による目標領域の走査を並行して行うことができる。このため、上記実施の形態のように、ミラー141に入射させるレーザ光の数に対応する数の受光部が設けられた方が望ましい。
<変更例3、4>
また、本実施の形態では、レーザ光の出射領域がミラー141のミラー面の横中央線Lhよりも上側に偏って位置付けられたが、図15(a)に示す変更例3のように、出射領域が横中央線Lhよりも下側に偏って位置付けられても良い。さらには、図15(b)に示す変更例4のように、出射領域が縦中央線Lvよりも左側に偏って位置付けられても良い。この他、出射領域は、ミラー141のミラー面の中心Pから偏った位置に配置されていれば、どのような位置に位置付けられても良い。出射領域がミラー141のミラー面の中心Pからずれた分、受光領域を大きくすることができる。
また、本実施の形態では、レーザ光の出射領域がミラー141のミラー面の横中央線Lhよりも上側に偏って位置付けられたが、図15(a)に示す変更例3のように、出射領域が横中央線Lhよりも下側に偏って位置付けられても良い。さらには、図15(b)に示す変更例4のように、出射領域が縦中央線Lvよりも左側に偏って位置付けられても良い。この他、出射領域は、ミラー141のミラー面の中心Pから偏った位置に配置されていれば、どのような位置に位置付けられても良い。出射領域がミラー141のミラー面の中心Pからずれた分、受光領域を大きくすることができる。
なお、レーザ光の出射領域がミラー141のミラー面の中心Pから偏った位置に配置されることによる効果は、上記実施の形態のように、ミラー141に複数のレーザ光が入射される構成に限られるものではない。
すなわち、この効果を実現する発明は、以下のように抽出することが可能である。
レーザ光を出射する出射部と、前記レーザ光をミラーで反射させて目標領域において走査させるミラーアクチュエータと、前記目標領域からの前記レーザ光の反射光を受光する受光部と、前記受光部からの出力に基づき前記目標領域における物体を検出する検出部と、を備え、前記受光部は、前記ミラーに向かって前記出射部の横に並ぶように配置され、前記出射部は、前記ミラーのミラー面の中心よりも所定方向に偏った位置に前記レーザ光を入射させ、前記受光部は、前記ミラー面に対する前記レーザ光の入射位置よりも前記ミラー面の前記中心側の領域において反射される前記反射光が導かれる位置に配置される、ことを特徴とするレーザレーダ。
こうすると、受光部の受光領域を大きくすることができる。これにより、装置の小型化のために、受光部を出射部の横に並べる構成とした場合にも、精度良く物体を検出することができる。
<その他の変更例>
また、上記実施の形態では、図8に示すように、レーザ光E1の走査範囲とレーザ光E2の走査範囲の一部の範囲O1が重なるように、ミラー141に対するレーザ光の入射角度が調整されたが、範囲O1の重なり量は、適宜調整され得る。たとえば、目標領域におけるレーザ光の照射漏れを確実に防ぐ必要がある場合は、範囲O1はある程度広くした方が望ましく、よりレーザ光の走査範囲の広角化が望まれる場合は、範囲O1は狭くした方が望ましい。
また、上記実施の形態では、図8に示すように、レーザ光E1の走査範囲とレーザ光E2の走査範囲の一部の範囲O1が重なるように、ミラー141に対するレーザ光の入射角度が調整されたが、範囲O1の重なり量は、適宜調整され得る。たとえば、目標領域におけるレーザ光の照射漏れを確実に防ぐ必要がある場合は、範囲O1はある程度広くした方が望ましく、よりレーザ光の走査範囲の広角化が望まれる場合は、範囲O1は狭くした方が望ましい。
また、ミラー141に入射させるレーザ光の数やミラー141に対するレーザ光の入射角度は、上記実施の形態の例に限られるものではなく、ミラー141の回動可能な角度、使用条件等に応じて、適宜調整され得る。たとえば、ミラー141の回動可能な角度が小さい場合は、4つのレーザ光がミラー141に入射されても良い。
また、上記実施の形態では、パン方向の走査範囲を広げるために、ミラー141のミラー面に対して、パンシャフト12(図4参照)の回転方向において、異なる2つの入射角度でレーザ光が入射されたが、チルト方向の走査範囲を広げたい場合は、チルトシャフト
25、26(図1参照)の回転方向において、異なる2つの入射角度でレーザ光が入射されるようにしても良い。こうすると、チルト方向の走査範囲を広げることができる。
25、26(図1参照)の回転方向において、異なる2つの入射角度でレーザ光が入射されるようにしても良い。こうすると、チルト方向の走査範囲を広げることができる。
また、上記実施の形態では、2つの軸を回動軸としてミラー141を回動させるミラーアクチュエータ1に本発明が適用されたが、1つの軸を回動軸としてミラーを回動させるミラーアクチュエータに本発明が適用されても良い。
また、上記実施の形態では、ハーフミラー320と折り曲げミラー330によって、レーザ光を分光してミラー141に入射させたが、その他の分光手段でレーザ光が分光されても良い。たとえば、回折作用によってレーザ光を分光させる回折格子が用いられても良いし、偏向方向に応じてレーザ光を分光させる偏向ビームスプリッタが用いられても良い。
さらに、上記実施の形態では、ミラー141がパンシャフト12の軸方向から所定の角度で傾いていたが、ミラー141が傾いていなくても良い。
この他、本発明の実施の形態は、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 … ミラーアクチュエータ
141 … ミラー
310 … 出射部
320 … ハーフミラー(分光素子)
330 … 折り曲げミラー
340、350 … 受光部
343、353 … 光検出器
507 … DSP(検出部)
141 … ミラー
310 … 出射部
320 … ハーフミラー(分光素子)
330 … 折り曲げミラー
340、350 … 受光部
343、353 … 光検出器
507 … DSP(検出部)
Claims (7)
- ミラーを回動させるミラーアクチュエータと、
前記ミラーの回動方向において異なる角度から複数のレーザ光を前記ミラーに入射させる出射部と、
目標領域からの前記複数のレーザ光の反射光を受光する受光部と、
前記受光部からの出力に基づき前記目標領域における物体を検出する検出部と、を備える、
ことを特徴とするレーザレーダ。 - 請求項1に記載のレーザレーダにおいて、
前記ミラーによって反射された複数のレーザ光の前記目標領域における走査範囲が一部重なる、
ことを特徴とするレーザレーダ。 - 請求項1または2に記載のレーザレーダにおいて、
前記出射部は、光源から出射されたレーザ光を分光する分光素子を備え、前記分光素子により分光されたレーザ光を異なる角度で前記ミラーに入射させる、
ことを特徴とするレーザレーダ。 - 請求項3に記載のレーザレーダにおいて、
前記分光素子は、前記レーザ光の一部を透過させて前記ミラーに入射させるハーフミラーであり、
前記出射部は、前記ハーフミラーにより反射された前記レーザ光をさらに反射させて前記ミラーに入射させる折り曲げミラーを備える、
ことを特徴とするレーザレーダ。 - 請求項1ないし4の何れか一項に記載のレーザレーダにおいて、
前記受光部は、前記複数のレーザ光の数に対応する複数の光検出器を含み、
前記複数の光検出器は、それぞれ、前記複数のレーザ光のうち何れか1つのレーザ光の前記反射光を受光する、
ことを特徴とするレーザレーダ。 - 請求項1ないし5の何れか一項に記載のレーザレーダにおいて、
前記出射部は、前記ミラーのミラー面の中心よりも所定方向に偏った位置に前記レーザ光を入射させ、
前記受光部は、前記ミラー面に対する前記レーザ光の入射位置よりも前記ミラー面の前記中心側の領域において反射される前記反射光が導かれる位置に配置される、
ことを特徴とするレーザレーダ。 - ミラーを回動させるミラーアクチュエータと、
前記ミラーの回動方向において異なる角度から複数のレーザ光を前記ミラーに入射させる出射部と、を備える、
ことを特徴とするビーム照射装置。
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- 2013-12-27 JP JP2013271429A patent/JP2015125109A/ja active Pending
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