レーザレーダ装置
【課題】装置の周囲において三次元的に物体を認識し得るレーザレーダ装置において、レーザ光の走査をより高速に行い得る構成を、小型化、軽量化を図りつつ実現する。
【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。
【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。
【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。
【０００３】
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拡大しているが、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許２７８９７４１号公報
【特許文献２】特開２００８−１３４１６３公報
【特許文献３】特開２００９−９８１１１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような問題を解消し、三次元空間内で物体検出を可能とする技術としては、特許文献２、３のようなものが提供されている。例えば、特許文献２の三次元測距装置では、所定の回転軸線（Ｐ１）を中心として回転する回転体（８）を備えた二次元測距装置（１００）と、この二次元測距装置（１００）を第一軸心（Ｐ１）と斜交する第二軸心（Ｐ２）周りに回転駆動する第二回転機構（２０）とが設けられている。この第二回転機構２０には、第二軸心（Ｐ２）と直交する第三軸心（Ｐ３）周りに揺動支持する第一ブラケット（２２）と、第一軸心（Ｐ１）上の所定位置にフリージョイント機構（２４）を介して連結された回転アーム（２４）とが設けられ、回転アーム（２４）を駆動機構（２８）によって回転駆動することにより、第一軸心（Ｐ１）のロール角度（α）及びピッチ角度（β）を変化させており、これにより、二次元測距装置（１００）全体を揺動させて三次元走査を行っている。
【０００６】
しかしながら、特許文献２のように二次元測距装置（１００）をケースごと全体的に揺動させる方法では、三次元走査に必要となる動作機構（第二回転機構（２０））や駆動源（第二のモータ（２８））が大型化することが避けられないため、軽量化や小型化の面で極めて不利となる。また、二次元測距装置（１００）全体を駆動するという構造上、動作機構や駆動源に生じる機械的或いは電気的な負担が大きくならざるを得ず、駆動に際しては多大なトルクや電力等を必要とするため、走査を高速に行うことが難しいという問題がある。
【０００７】
特に、特許文献２の構成は、水平走査用のモータ（第一のモータ（１１））によって駆動される部分（回転体（８））に対し、三次元動作用のモータ（第二のモータ（２８））によって駆動される部分（二次元測距装置（１００））が格段に大きく且つ重い構造であり、更に、第二のモータ（２８）による動作は、第一ブラケット（２２）やフリージョイント機構（２４）での揺動を伴うものとなっている。このような構成では、軽量な回転体（８）を単純回転させる第一のモータ（１１）側と比較すると、第二のモータ（２８）側は動作が相当遅くならざるを得ない。このため、第一のモータ（１１）側を高速回転させて走査の高速化を図ろうとしても、第二のモータ（２８）側がその速度に対応できず、結果として、走査の高速化が阻害されてしまうという問題があった。
【０００８】
一方、特許文献３には、レーザダイオード（１０）からのレーザ光を揺動ミラー（３１）によって偏向部（４１）側に反射させる構成のレーザレーダ装置（１）が開示されている（図１等）。このレーザレーダ装置（１）では、揺動ミラー（３１）の揺動を制御することにより偏向部（４１）に入射するレーザ光の向きを変化させ、これにより、偏向部（４１）からのレーザ光の照射方向を上下に変化させている。
【０００９】
特許文献３の図１等のように、揺動ミラー（３１）を変位させる構成とすれば、特許文献２の構成と比較して三次元的な認識に寄与する部分（揺動ミラー（３１））を小型化、軽量化することができ、機械的、電気的負荷を低減することができる。しかしながら、この特許文献３の図１等の構成では、広い回転範囲で三次元的な認識を良好に行うために、揺動ミラー（３１）を複雑に動作させなければならないという問題がある。例えば、特許文献３の図１等のように、揺動ミラー（３１）を揺動させてレーザ走査を行う場合、駆動の高速化を図るためには、揺動ミラー（３１）の駆動を単純化し、揺動ミラー（３１）によるレーザ走査を単純なライン走査（一次元走査）にすることが考えられる。しかしながら、このように駆動を単純化すると、ライン走査されるレーザ光の移動方向（偏向部に入射する走査平面）と直交する方向に偏向部が向いている回転位置のときに、レーザ光の出射角度（偏向部から出射されるレーザ光と水平面とのなす角度）が変化しない現象が生じ、この回転位置付近では三次元的な認識ができなくなるという問題がある。このような問題を解消するためには、揺動ミラー（３１）によるレーザ走査を単純なライン走査（一次元走査）とせず、レーザ光が多方向に移動し得るように揺動ミラー（３１）を複雑に二次元動作させる必要があるが、このような複雑な揺動動作は高速化が困難であり、装置構成や制御方法の複雑化も避けられなかった。
【００１０】
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、装置の周囲において三次元的に物体を認識し得るレーザレーダ装置において、レーザ光の走査をより高速に行い得る構成を、小型化、軽量化を図りつつ実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、
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。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明では、偏向部においてレーザ光が入射する側に配される偏向面は、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、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中心軸を中心として多重に且つ多段に配されている。そして、それら複数の反射面は、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ている。
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。
【００１３】
請求項２の発明において、上記形成範囲は、中心軸を中心とする周方向全範囲とされている。この構成では、偏向部がいずれの方向を向いている場合でも、レーザ光を各反射面に照射することが可能となり、装置の周囲においてより網羅的に三次元的な認識を行うことができる。
【００１４】
請求項３の発明は、制御手段により、偏向部がＮ周（但しＮは自然数）回転する毎に導光部材の向きが切り替えられることで、複数の反射面における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。
【００１５】
請求項４の発明において、制御手段は、導光部材からのレーザ光の向きが仮想平面上の第１方向と第２方向との間の方向範囲で変化するように導光部材の変位を制御しており、且つ、偏向部が１周回転する間に、第１方向から第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導光部材を揺動させている。
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。
【００１６】
請求項５の発明において、複数の反射面は、中心軸を囲んで環状に構成され、制御手段により、仮想平面上における中心軸の一方側のみでレーザ光が移動するように導光部材の変位が制御されることで、中心軸の一方側のみ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いる。
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。
【００１７】
請求項６の発明は、回転偏向手段が誘導手段として兼用されている。そして、制御手段は、仮想平面上を移動するレーザ光が、偏向面において形成範囲を含む入射対象領域内にのみ入射するように導光部材の変位を制御している。更に、偏向部は、偏向面側における入射対象領域の周囲が凹面鏡として構成され、物体にて反射した反射光が凹面鏡にて集光されつつ光検出手段側に誘導されるようになっている。
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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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】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３】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】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】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】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。
【図７】図７（Ａ）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】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。
【図９】図９（Ａ）は、走査光反射部の向きが−３０°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９（Ｂ）は、走査光反射部の向きが−１５°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る。
【図１０】図１０（Ａ）は、走査光反射部の向きが０°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１０（Ｂ）は、その平面図である。
【図１１】図１１は、走査光反射部の向きが０°のときのレーザ光の照射の様子を、図１０（Ａ）とは異なる方向から見た斜視図である。
【図１２】図１２（Ａ）は、走査光反射部の向きが１５°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１２（Ｂ）は、走査光反射部の向きが３０°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る。
【図１３】図１３（Ａ）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概念的に示す斜視図であり、図１３（Ｂ）は、その平面図である。
【図１４】図１４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１３（Ａ）とは異なる方向から見た斜視図である。
【図１５】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】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】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】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】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。
【図２０】図２０は、図１５のレーザレーダ装置において、走査光反射部の向きが０°のときのレーザ光走査位置を概念的に示す平面図である。
【図２１】図２１は、図１５のレーザレーダ装置において、走査光反射部の向きが９０°のときのレーザ光走査位置及びレーザ光の照射の様子を概念的に示す平面図である。
【図２２】図２２は、図１５のレーザレーダ装置において、走査光反射部の向きが１８０°のときのレーザ光走査位置を概念的に示す平面図である。
【図２３】図２３（Ａ）は、図１５のレーザレーダ装置において、走査光反射部の向きが−６０°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２３（Ｂ）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概念的に示す斜視図である。
【図２４】図２４（Ａ）は、図１５のレーザレーダ装置において、走査光反射部の向きが−３０°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２４（Ｂ）は、走査光反射部の向きが−１５°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る。
【図２５】図２５は、図１５のレーザレーダ装置において、走査光反射部の向きが０°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る。
【図２６】図２６（Ａ）は、図１５のレーザレーダ装置において、走査光反射部の向きが１５°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２６（Ｂ）は、走査光反射部の向きが３０°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る。
【図２７】図２７（Ａ）は、図１５のレーザレーダ装置において、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概念的に示す斜視図であり、図２７（Ｂ）は、走査光反射部の向きが６０°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る。
【図２８】図２８は、図１５、図１６とは異なる走査範囲でライン走査を行う例に関し、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。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
[第１実施形態]
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。
【００２０】
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、例えば公知のレーザダイオードによって構成されている。このレーザダイオード１０は、図示しない駆動回路からパルス電流の供給を受け、このパルス電流に応じてパルスレーザ光（レーザ光Ｌ１）を所定間隔おきに間欠的に投光するものである。
【００２１】
フォトダイオード２０は、例えば、アバランシェフォトダイオード等の公知のフォトダイオードで構成されており、レーザダイオード１０からレーザ光Ｌ１が発生したときに、このレーザ光Ｌ１が外部空間に存在する物体で反射した反射光Ｌ２を受光し、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Ｌ２については、設定された視野範囲のものが取り込まれる構成となっている。図１の例では、水平方向に照射したレーザ光L1が外部空間に存在する物体で反射した反射光Ｌ２を受光する様子を示している。
【００２２】
なお、フォトダイオード２０は、「光検出手段」の一例に相当し、偏向部４１により外部空間に向けて偏向されたレーザ光が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ように機能する。
【００２３】
レーザダイオード１０から照射されるレーザ光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を略平行光に変換する機能を有する。
【００２４】
レンズ６０を通過したレーザ光Ｌ１の光路上には、ミラー３１が配置されている。このミラー３１は、「導光部材」の一例に相当し、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１を後述する回転偏向装置４０に向けて導光する機能を有している。このミラー３１は、アクチュエータ３３による駆動力を受けて変位するように構成され、コリメートレンズ６０を通過したレーザ光Ｌ１を自身の姿勢に応じた方向に反射するように構成されている。
【００２５】
アクチュエータ３３は、後述する制御回路７０（図２参照）からの指令を受けて駆動するものであり、ミラー３１を変位させることでミラー３１で反射したレーザ光Ｌ１の向きを所定の仮想平面上で変化させるように構成されている。このアクチュエータ３３は、例えば、ミラー３１を所定の回動軸を中心として回動させるステッピングモータによって構成されており、図１、図２の例では、ミラー３１の反射面３１ａ上に設定される回動軸Ｇを中心としてミラー３１を回動させている。
【００２６】
図１の例において、回動軸（揺動軸）Ｇの方向は、コリメートレンズ６０からのレーザ光の方向と直交する方向となっており、且つ、後述する回転偏向装置４０の回転中心の方向（中心軸４２ａの方向）とも直交する方向となっている。本明細書では、コリメートレンズ６０からミラー３１に向かうレーザ光の方向をＸ軸方向とし、中心軸４２ａの方向をＹ軸方向としており、回転軸Ｇの方向は、これらＸ軸方向及びＹ軸方向と直交するＺ軸方向として表わしている。アクチュエータ３３は、これら方向（ミラー３１に向かうレーザ光の方向、及び中心軸４２ａの方向）を含む仮想平面上（ＸＹ平面上）を、ミラー３１からのレーザ光が移動するようにミラー３１を揺動させており、これにより、後述する偏向部４１に対してライン走査がなされるようになっている。この構成では、中心軸４２ａの軸線上に回動軸Ｇが位置して交差しており、この交差位置がレーザ光Ｌ１の反射位置Ｐ１となっている。従って、反射位置Ｐ１は位置が変化しない定位置となる。
【００２７】
ミラー３１で反射したレーザ光Ｌ１の光軸上には、回転偏向装置４０が設けられている。この回転偏向装置４０は、「回転偏向手段」の一例に相当するものであり、中心軸４２ａを中心として回転可能に構成された偏向部４１と、偏向部４１を回転駆動するモータ５０とを備え、偏向部４１を回転させつつレーザダイオード１０にて発生したレーザ光Ｌ１を偏向部４１により外部空間（ケース３の外部の空間）に向けて偏向（反射）させるように機能している。
【００２８】
回転偏向装置４０は、主として、偏向部４１、軸部４２、モータ５０、回転角度センサ５２によって構成されている。偏向部４１は、走査光反射部１００と凹面鏡１３０とを備えると共に中心軸４２ａを中心として回転可能に保持されており、いずれの回転位置にあるときでもレーザ光Ｌ１や反射光Ｌ２を受ける偏向面が斜め上方側を向くようになっている。
【００２９】
走査光反射部１００は、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１（具体的には上述のミラー３１にてライン走査されるレーザ光Ｌ１）を外部空間に向けて反射するように構成されている。この走査光反射部１００は、本実施形態の特徴の一つであり、具体的構成については後に詳述する。
【００３０】
凹面鏡１３０は、図１、図３に示すように、偏向部４１の偏向面側において入射対象領域（走査光反射部１００の領域）の周囲を取り囲むように配置されている。この凹面鏡１３０は、走査光反射部１００から外部空間に照射されたレーザ光が外部空間に存在する物体で反射したときに、この物体からの反射光を集光しつつフォトダイオード２０に向けて反射するように機能している。なお、装置内に取り込まれた反射光が凹面鏡１３０で反射してフォトダイオード２０に至るまでの経路（反射光誘導経路）については一点鎖線（符号Ｌ２参照）にて概念的に示している。
【００３１】
軸部４２は、偏向部４１と一体的に構成されており、図示しない軸受によって回転可能に支持されつつ、モータ５０の駆動力を受けて回転するように構成されている。
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。
【００３２】
また、図１に示すレーザレーダ装置１には、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センサ５２が設けられている。回転角度センサ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る。
【００３３】
また、回転偏向装置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、凹面鏡１３０からの反射光を集光してフォトダイオード２０に導くように機能している。また、フィルタ６４は、回転偏向装置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ように機能している。例えば、反射光Ｌ２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。
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。
【００３４】
図２に示す制御回路７０は、ＣＰＵを備えたマイクロコンピュータなどの１又は複数の制御回路によって構成されており、上述したレーザダイオード１０の投光動作、モータ５０の回転動作、アクチュエータ３３の駆動動作などを制御するように構成されている。また、この制御回路７０は、フォトダイオード２０や回転角度センサ５２に接続されており、これらからの信号を取得可能に構成されている。また、制御回路７０には、ＲＯＭ、ＲＡＭ，不揮発性メモリなどの図示しないメモリが接続されており、制御回路７０は、このメモリ内の情報の読み出しやメモリに対する書き込みが可能となっている。
【００３５】
更に、上記各部品（レーザダイオード１０、フォトダイオード２０、ミラー３１、アクチュエータ３３、レンズ６０、集光レンズ６２、フィルタ６４、回転偏向装置４０、モータ５０、回転角度センサ５２、制御回路７０等）はケース３の内部に収容されており、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、レーザ光Ｌ１及び反射光Ｌ２の通過を可能とする窓状の導光部４が形成されている。導光部４は、中心軸４２ａを中心とした環状形態で、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。
【００３６】
（特徴的構成）
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。
【００３７】
図３、図４、図６に示すように、偏向部４１の偏向領域（偏向面）は、走査光反射部１００による反射領域と、凹面鏡１３０による反射領域（反射面１３０ａ）とに分かれている。このうち、走査光反射部１００の反射領域には、中心軸４２ａを囲んで環状又は円弧状に構成される複数の反射面１０１、１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂ、１０４ａ、１０４ｂ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。本実施形態では、位置Ｐ２（中心軸４２ａと反射面１０１とが交わる位置）にレーザ光Ｌ１が入射したときに反射するレーザ光Ｌ１の水平成分の向き（図５の矢印Ｆ参照）が偏向部４１の向きとなっており、位置Ｐ２を通り、且つ偏向部４１の向きと直交する方向に、下側の反射面１０２ａ、１０３ａ、１０４ａと、上側の反射面１０２ｂ、１０３ｂ、１０４ｂとの境界となる段差１１０が形成されている。具体的には、中心軸４２ａを含む平面であって且つ上記矢印Ｆの向きと直交する平面の位置が境界（段差１１０）の位置となっている。
【００３８】
反射面１０１は、多重に構成される走査光反射部１００の、中心領域に相当しており、中心軸４２ａ上において当該中心軸４２ａに対して傾斜して配置されている。なお、この反射面１０１は中心軸４２ａを中心とした周方向全領域に亘り形成されている。従って、反射面１０１については、周方向全領域が「形成領域」に相当する。
【００３９】
反射面１０２ａ、１０２ｂは、上記中心領域のすぐ外側に配される第２環状領域１０２を構成するものであり、いずれも反射面１０１に隣接してこの反射面１０１を囲むように配置されている。各反射面１０２ａ、１０２ｂは周方向半周程度に亘って円弧状に形成され、具体的には、段差１１０の位置に両端部が配置されるような略半円状となっている。従って、これら各反射面１０２ａ、１０２ｂは、中心軸４２ａを中心とする周方向半周程度の領域が「形成領域」に相当する。図３のように、走査光反射部１００は、全体として一方側（偏向部４１の向きＦ側）が下方位置となり、他方側（偏向部４１の向きＦとは逆側）が上方位置となるように傾斜状に構成されており、第２環状領域１０２では、反射面１０２ａが境界（段差１１０）よりも下方寄りに配置され、反射面１０２ｂが境界（段差１１０）よりも上方寄りに配置されている。
【００４０】
また、反射面１０３ａ、１０３ｂは、中心領域の２つ外側（第２環状領域１０２のすぐ外側）に配される第３環状領域１０３を構成するものであり、反射面１０３ａは、反射面１０２ａに隣接し、境界（段差１１０）の下方側においてこの反射面１０２ａを囲むように円弧状（半円状）に配置されている。反射面１０３ｂは、反射面１０２ｂに隣接し、境界（段差１１０）の上方側においてこの反射面１０２ｂを囲むように円弧状（半円状）に配置されている。このように、各反射面１０３ａ、１０３ｂはいずれも中心軸４２ａを中心とする周方向半周程度に亘って円弧状に形成されているため、これら各反射面１０３ａ、１０３ｂは、周方向半周程度の領域が「形成領域」に相当する。
【００４１】
また、反射面１０４ａ、１０４ｂは、中心領域の３つ外側（第３環状領域１０３のすぐ外側であって、走査光反射部１００の最外周）に配される第４環状領域１０４を構成するものであり、反射面１０４ａは、反射面１０３ａに隣接し、境界（段差１１０）の下方側においてこの反射面１０３ａを囲むように円弧状（半円状）に配置されている。また、反射面１０４ｂは、反射面１０３ｂに隣接し、境界（段差１１０）の上方側においてこの反射面１０３ｂを囲むように円弧状（半円状）に配置されている。このように、各反射面１０４ａ、１０４ｂはいずれも周方向半周程度に亘って円弧状に形成されているため、これら各反射面１０４ａ、１０４ｂは、周方向半周程度の領域が「形成領域」に相当する。
【００４２】
上記のように構成される複数の反射面１０１〜１０４は、中心軸４２ａと直交する平面（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ている。具体的には、各反射面１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂ、１０４ａ、１０４ｂがそれぞれ曲率の異なる放物面（回転放物曲面）として構成されており、各反射面１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂ、１０４ａ、１０４ｂの曲率は、中心に近い領域ほど曲率が小さく、外周部となるほど、曲率が大きくなるように構成されている。即ち、第２環状領域１０２よりも第３環状領域１０３のほうが曲率が大きく、第３環状領域１０３よりも第４環状領域１０４のほうが曲率が大きくなるように構成されている。
【００４３】
具体的には、中心軸４２ａを通り且つ方向Ｆの方向に走査光反射部１００を切断した切断面を想定したときに、各反射面の外形の曲線が放物線となるように構成されている。図２の例では、図１のように、偏向部４１の向き（図５の方向Ｆ）がＸ軸の正方向となっているときに、走査光反射部１００をＸＹ平面で切断したときの切断面（図６（Ａ）参照）についての幾何学的関係を概略的に示している。図２の例では、走査光反射部１００の偏向面（反射面）１００ａは、ＸＹ平面で切断したときの切断面の外形の傾斜角度α（水平面に対する傾斜角度）が４５°となっている。
【００４４】
図２の例では、位置Ｐｍ、位置Ｐｎにおける反射面の各曲線を、以下の式（数１）で表わされる放物線とすることができる。なお、数１においてｔはパラメータである。また、Ｌは、位置Ｐ１から位置Ｐ２までの距離である。
【００４５】
【数１】
【００４６】
また、ＸＹ平面の切断面外形が上記放物線で表わされる各反射面（位置Ｐｍ、Ｐｎの反射面）は、以下の式（数２）で表わされる回転軸で回転させた放物面とすることができる。
【００４７】
【数２】
【００４８】
この場合、位置Ｐｍ、Ｐｎで反射したレーザ光Ｌ１の水平面に対する傾斜角度βは以下の数３の通りとなる。
【００４９】
【数３】
【００５０】
位置Ｐｎは、下方側の反射面１０２ａ，１０３ａ，１０４ａにおけるＸＹ平面上（方向ＦがＸ軸正方向にあるときのＸＹ平面上）の各位置Ｐ３〜Ｐ５（図６）とすることができ、各位置のときの＋θを用いて上記放物線の式（数１）、回転軸の式（数２）に当てはめれば、各位置Ｐ３〜Ｐ５に対応する放物面（即ち、各反射面１０２ａ，１０３ａ，１０４ａ）を形成することができる。なお、位置Ｐ３〜Ｐ５は、例えば各反射面１０２ａ，１０３ａ，１０４ａの幅の中心となっている。
【００５１】
位置Ｐｍは、上方側の反射面１０２ｂ，１０３ｂ，１０４ｂにおけるＸＹ平面上（方向ＦがＸ軸正方向にあるときのＸＹ平面上）の各位置Ｐ６〜Ｐ８（図６）とすることができ、各位置のときの−θを用いて上記放物線の式（数１）、回転軸の式（数２）に当てはめれば、各位置Ｐ６〜Ｐ８に対応する放物面（即ち、各反射面１０２ｂ，１０３ｂ，１０４ｂ）を形成することができる。なお、位置Ｐ６〜Ｐ８は、例えば各反射面１０２ｂ，１０３ｂ，１０ｂａの幅の中心となっている。
【００５２】
（物体検出動作）
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。
【００５３】
図９（Ａ）は、走査光反射部の向きが−３０°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９（Ｂ）は、走査光反射部の向きが−１５°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る。図１０（Ａ）は、走査光反射部の向きが０°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１０（Ｂ）は、その平面図である。図１１は、走査光反射部の向きが０°のときのレーザ光の照射の様子を、図１０（Ａ）とは異なる方向から見た斜視図である。なお、図１０（Ａ）は、図５における１８０°の方向から見た図であり、図１１は、図５における−９０°の方向から見た図である。
【００５４】
図１２（Ａ）は、走査光反射部の向きが１５°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１２（Ｂ）は、走査光反射部の向きが３０°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る。図１３（Ａ）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概念的に示す斜視図であり、図１３（Ｂ）は、その平面図である。図１４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１３（Ａ）とは異なる方向から見た斜視図である。なお、図１３（Ａ）は、図５における１８０°の方向から見た図であり、図１４は、図５における−９０°の方向から見た図である。図７〜図１４では、偏向部が向く側（偏向部からのレーザ光の照射側）に仮想的な照射対象平面を二点鎖線にて概念的に示している。
【００５５】
図１に示すレーザレーダ装置１では、モータ５０の駆動力により偏向部４１が一定速度で回転するようになっている。図７〜図１４では、偏向部４１の回転の様子を示している。図７、図８では偏向部４１の方向（図５のＦの向き）が−４５°の状態を示し、図９（Ａ）では−３０°、図９（Ｂ）では−１５°、図１０、図１１では０°図１２（Ａ）では１５°、図１２（Ｂ）では３０°、図１３、図１４では４５°の状態をそれぞれ示している。なお、各角度は、基準方向からの回転角度であり、Ｘ軸の正方向が基準方向（基準角度０°）となっている。
【００５６】
レーザレーダ装置１では、図２に示す制御回路７０によってアクチュエータ３３が駆動制御され、ミラー３１が揺動することにより、ミラー３１から偏向部４１に向かうレーザ光Ｌ１が仮想平面内を移動するように走査される。この仮想平面は、図１に示すコリメートレンズ６０からミラー３１に向かうレーザ光Ｌ１の経路、及び中心軸４２ａの位置を通る平面であり、図１等の例では、位置Ｐ１を原点とするＸＹ平面に相当している。そして、このようにミラー３１の揺動によってレーザ光Ｌ１が仮想平面内を移動するため、この仮想平面と交差するように配される走査光反射部１００上ではライン走査がなされることになる。
【００５７】
走査光反射部１００におけるライン走査位置は、図７の符号Ｌｎに示すように、平面視したときに直線状（一定範囲内のライン状）となっている。レーザレーダ装置１では、ＸＹＺ座標系においてミラー３１による走査領域（仮想平面内においてミラー３１からのレーザ光が移動し得る領域）は固定領域であるため、図７（Ｂ）、図１０（Ｂ）、図１３（Ｂ）のように偏向部４１が回転すると、偏向部４１の回転に応じてライン走査位置Ｌｎは複数の反射面１０１〜１０４上を相対的に移動することになる。
【００５８】
そして、ライン走査位置が相対移動する過程において、偏向部４１がいずれの回転位置にあるときでも、ライン走査位置が複数の反射面１０１、１０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ，１０４ａ，１０４ｂに跨るようになっており、このため、偏向部４１がいずれの回転位置にあるときでも、複数の反射面のいずれに対してもレーザ光を入射させることができる位置関係となる。従って、図７、図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図１０（Ａ）、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）、図１３（Ａ）のように順次回転することで偏向部４１の向きが変わっても、ミラー３１の制御によってレーザ光をどの反射面でも反射させることができ、各反射面に対応する向きにレーザ光Ｌ１を照射することが可能となる。
【００５９】
本実施形態では、制御回路７０及びアクチュエータ３３が「制御手段」の一例に相当し、ミラー３１の変位を制御するように機能しており、具体的には、仮想平面上を移動するレーザ光Ｌ１が、走査光反射部１００の領域内（即ち、反射面１０１〜１０４の形成範囲を含む入射対象領域内）にのみ入射するようにミラー３１（導光部材）の変位を制御している。即ち、図７（Ｂ）等に示すライン走査位置Ｌｎが走査光反射部１００から外れて凹面鏡１３０側に入り込まないようにミラー３１の角度が制御されるようになっている。
【００６０】
このように構成されるレーザレーダ装置１では、偏向部４１の回転時に、レーザダイオード１０に対してパルス電流が供給されると、このパルス電流のタイミング及び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）がレーザダイオード１０から出力される。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３１で反射した後、偏向部４１の走査光反射部１００で更に反射し、空間に向けて照射される。
【００６１】
このように走査光反射部１００から照射されたレーザ光Ｌ１が、外部空間に存在する物体（検出物体）に当たったときには、この検出物体で反射して装置側に戻ってくる反射光の一部（反射光Ｌ２参照）がレーザ光透過板５を介してケース内に入り込み、凹面鏡１３０に入射することになる。凹面鏡１３０は、この反射光Ｌ２をフォトダイオード２０側へ誘導（反射）し、その誘導された反射光Ｌ２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に入射する。そして、フォトダイオード２０は、このような反射光Ｌ２を受光したとき、その受光した反射光Ｌ２の強度に応じた電気信号（例えば受光した反射光Ｌ２に応じた電圧値）を出力する。
【００６２】
制御回路７０は、レーザダイオード１０に対するパルス信号の送信タイミングとフォトダイオード２０から受光信号が出力されるタイミングとに基づいて、レーザ光Ｌ１の投光から受光までの時間Ｔ（即ち、レーザダイオード１０がパルスレーザ光Ｌ１を出力してからフォトダイオード２０が当該パルスレーザ光に応じた反射光Ｌ２を受光するまでの時間）を測定しており、更に、制御回路７０は、この時間Ｔと、既知の光速Ｃとに基づいて、装置内の基準位置（例えば位置Ｐ２）から検出物体までの距離Ｌを算出している。
【００６３】
また、検出された物体の方位は、レーザダイオード１０からレーザ光Ｌ１が照射されるときのミラー３１の角度と、偏向部４１の向き（方向Ｆ）とによって求めることができる。
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。
【００６４】
なお、図７〜図１４では、偏向部４１が各回転位置にあるときに各反射面１０１，１０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ，１０４ａ，１０４ｂにレーザ光Ｌ１が入射したときの各照射経路を概念的に示しているが、ライン走査位置Ｌｎにおいてどの程度の早さでライン走査がなされるかは様々な設定とすることができる。
【００６５】
例えば、偏向部４１がＮ周（但しＮは自然数）回転する毎にミラー３１の向きが切り替えられることで、複数の反射面における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てもよい。この方法はいわゆるラスタースキャンに相当するものであり、例えば、図３のように、ミラー３１からのレーザ光Ｌ１の角度を７段階に切り替え可能とし、偏向部４１が１周する毎に各方向に切り替え、７周完了したときに上記７段階の切り替えが１サイクル終わるようにしてもよい。
【００６６】
（第１実施形態の主な効果）
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。
【００６７】
また、レーザレーダ装置１では、ライン走査光を反射する反射面の形成範囲が、中心軸４２ａを中心とする周方向全範囲とされている。この構成では、偏向部４１がいずれの方向を向いている場合でも、レーザ光を各反射面に照射することが可能となり、装置の周囲においてより網羅的に三次元的な認識を行うことができる。
【００６８】
また、上述したレーザレーダ装置１では、制御回路７０（制御手段）により、偏向部４１がＮ周（但しＮは自然数）回転する毎にミラー３１の向きが切り替えられることで、複数の反射面における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。
【００６９】
また、レーザレーダ装置１において、制御回路７０（制御手段）は、仮想平面上を移動するレーザ光が、走査光反射部１００の領域内（各反射面１０１〜１０４の形成範囲を含む入射対象領域内）にのみ入射するようにミラー３１の変位を制御している。更に、偏向部４１は、偏向面側における入射対象領域の周囲が凹面鏡１３０として構成され、物体にて反射した反射光が凹面鏡１３０にて集光されつつフォトダイオード２０（光検出手段）側に誘導されるようになっている。
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。
【００７０】
[第１実施形態の変更例１]
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。
【００７１】
［第２実施形態］
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。
【００７２】
第２実施形態に係るレーザレーダ装置は、走査光反射部の構成、及びミラー３１によるレーザ光の走査範囲のみが第１実施形態と異なり、それ以外は第１実施形態と同様である。よって、第１実施形態と同様の部分については、第１実施形態と同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。なお、図１の構成については、走査光反射部以外は同一であるので、適宜図１を参照して説明する。
【００７３】
本実施形態で用いられる偏向部４１の偏向領域（偏向面）も、図１５に示すように、走査光反射部２００による反射領域と、凹面鏡１３０による反射領域（反射面１３０ａ）とに分かれている。このうち、走査光反射部２００の反射領域には、中心軸４２ａを囲んで環状に構成される複数の反射面２０１〜２０７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。なお、本実施形態でも、位置Ｐ２（中心軸４２ａと反射面２０１とが交わる位置）にレーザ光Ｌ１が入射したときに反射するレーザ光Ｌ１の水平成分の向き（図１８の矢印Ｆ参照）が偏向部４１の向きとなっている。
【００７４】
反射面２０１は、多重に構成される走査光反射部２００の中心領域に相当し、平面視略円形に構成されており、中心軸４２ａ上において当該中心軸４２ａに対して傾斜して配置されている。なお、この反射面２０１は中心軸４２ａを中心とした周方向全領域に亘り形成されている。従って、反射面２０１については、周方向全領域が「形成領域」に相当する。
【００７５】
図１５、図１７、図１８、図１９に示すように、反射面２０１を中心として内側から順に第２の反射面２０２、第３の反射面２０３、第４の反射面２０４、第５の反射面２０５、第６の反射面２０６、第７の反射面２０７がそれぞれ環状に設けられている。各反射面２０２〜２０７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。従って、各反射面２０２〜２０７についても、周方向全領域が「形成領域」に相当する。
【００７６】
上記のように構成される複数の反射面２０１〜２０７は、中心軸４２ａと直交する平面（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ている。具体的には、各反射面２０１〜２０７がそれぞれ曲率の異なる放物面（回転放物曲面）として構成されており、各反射面２０１〜２０７の曲率は、中心に近い領域ほど曲率が小さく、外周部となるほど、曲率が大きくなるように構成されている。即ち、反射面２０２よりも反射面２０３の方が曲率が大きく、反射面２０３よりも反射面２０４のほうが曲率が大きくなっており、反射面２０７の曲率が最も大きくなっている。
【００７７】
本実施形態では、中心軸４２ａを通り且つ方向Ｆ（図１８）の方向に走査光反射部２００を切断した切断面を想定したときに、各反射面の外形の曲線が放物線となるように構成されている。図１６の例では、図１のように、偏向部４１の向き（図１８の方向Ｆ）がＸ軸の正方向となっているときに、走査光反射部２００をＸＹ平面で切断したときの切断面についての幾何学的関係を概略的に示している。図１６の例では、走査光反射部２００の偏向面２００ａ（各反射面２０１〜２０７の領域）は、ＸＹ平面で切断したときの切断面の外形の基準傾斜角度α（水平面に対する傾斜角度）が４５°以上となっている。
【００７８】
図１６の例では、位置Ｐｒにおける反射面の曲線を、以下の式（数４）で表わされる放物線とすることができる。位置Ｐｒは、中心軸４２ａに対するレーザ光Ｌ１の傾斜角度がθ（但しθ≦０°）のときの偏向面２００ａにおける入射位置である。なお、数４、数５においてｔはパラメータである。また、Ｌは、位置Ｐ１から位置Ｐ２までの距離である。なお、β、θは任意の値をとり得るものであり（但しθ≦０°）、図１６では、例えばθ＝０°のときに、βの最小値（βmin）として、９０−２α°となることを示している。
【００７９】
【数４】
【００８０】
ここで、数４のａについては、以下の式（数５）で表すことができる。
【００８１】
【数５】
【００８２】
また、ＸＹ平面の切断面外形が上記放物線（数４）で表わされる反射面（位置Ｐｒの反射面）は、以下の数６で表わされる回転軸で回転させた放物面とすることができる。
【００８３】
【数６】
【００８４】
この場合、位置Ｐｒで反射したレーザ光Ｌ１の水平面に対する傾斜角度βは以下の数７の通りとなる。
【００８５】
【数７】
【００８６】
位置Ｐｒは、反射面２０２〜２０７におけるＸＹ平面上（方向ＦがＸ軸正方向にあるときのＸＹ平面上）の位置であって、且つ位置Ｐ２よりも上方位置とすることができる。各反射面２０２〜２０７の各位置のときの−θを用いて上記放物線の式（数４）（数５）、及び回転軸の式（数６）に当てはめれば、各位置に対応する放物面（即ち、各反射面２０２〜２０７）を形成することができる。
【００８７】
また、本実施形態のレーザレーダ装置でも、図１６に示す制御回路７０によってアクチュエータ３３が駆動制御され、ミラー３１が揺動することにより、ミラー３１から偏向部４１に向かうレーザ光Ｌ１が仮想平面内を移動するように走査される。この仮想平面は、図１に示すコリメートレンズ６０からミラー３１に向かうレーザ光Ｌ１の経路、及び中心軸４２ａの位置を通る平面であり、図１等の例では、位置Ｐ１を原点とするＸＹ平面に相当している。そして、このようにミラー３１の揺動によってレーザ光Ｌ１が仮想平面内を移動するため、この仮想平面と交差するように配される走査光反射部２００上ではライン走査がなされることになる。
【００８８】
走査光反射部２００におけるライン走査位置は、図１５、図２０〜図２２の符号Ｌｎに示すように、平面視したときに直線状（一定範囲内のライン状）となっている。本実施形態では、上記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、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。従って、ライン走査位置Ｌｎも、中心軸４２ａの一方側（１８０°の方向側）のみとなっている。
【００８９】
本実施形態のレーザレーダ装置でも、ＸＹＺ座標系においてミラー３１による走査領域（仮想平面内においてミラー３１からのレーザ光が移動し得る領域）は固定領域であるため、図２０、図２１、図２２のように偏向部４１が回転すると（即ち、走査光反射部２００が回転すると）、偏向部４１の回転に応じてライン走査位置Ｌｎは複数の反射面２０１〜２０７上を相対的に移動することになる。
【００９０】
そして、ライン走査位置Ｌｎが相対移動する過程において、偏向部４１がいずれの回転位置にあるときでも、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、このため、偏向部４１がいずれの回転位置にあるときでも、複数の反射面のいずれに対してもレーザ光を入射させることができる位置関係となる。従って、図２３（Ａ）（Ｂ）、図２４（Ａ）（Ｂ）、図２５、図２６（Ａ）（Ｂ）、図２７（Ａ）（Ｂ）のように順次回転することで偏向部４１の向きが変わっても、ミラー３１の制御によってレーザ光をどの反射面でも反射させることができ、各反射面に対応する向きにレーザ光Ｌ１を照射することが可能となる。
【００９１】
本実施形態でも、制御回路７０及びアクチュエータ３３が「制御手段」の一例に相当し、ミラー３１の変位を制御するように機能しており、この例でも、仮想平面上を移動するレーザ光Ｌ１が、走査光反射部２００の領域内（即ち、反射面２０１〜２０７の形成範囲を含む入射対象領域内）にのみ入射するようにミラー３１（導光部材）の変位を制御している。即ち、図１５等に示すライン走査位置Ｌｎが走査光反射部２００から外れて凹面鏡１３０側に入り込まないようにミラー３１の角度が制御されるようになっている。
【００９２】
また、本実施形態でも、第１実施形態と同様の物体検出方法を用いることができ、物体までの距離や物体の方位の算出方法は基本的に第１実施形態と同様である。なお、図２３〜図２７では、偏向部４１が各回転位置にあるときに各反射面２０１〜２０７にレーザ光Ｌ１が入射したときの各照射経路を概念的に示しているが、ライン走査位置Ｌｎにおいてどの程度の早さでライン走査がなされるかは様々な設定とすることができる。例えば、本実施形態でも、第１実施形態と同様のラスタースキャンを行うことができ、偏向部４１がＮ周（但しＮは自然数）回転する毎にミラー３１の向きを切り替え、複数の反射面におけるレーザ光の入射対象面をＮ周毎に切り替わるようにしてもよい。例えば、図１７のように、ミラー３１からのレーザ光Ｌ１の角度を７段階に切り替え可能とし、偏向部４１が１周する毎に各方向に切り替え、７周完了したときに上記７段階の切り替えが１サイクル終わるようにしてもよい。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、水平面に対するレーザ光の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（特に、段差等に起因する変化が無く維持され）、次の反射面に切り替わった後も同様であり、当該反射面に入射している間は、偏向部４１が回転しても、水平面に対するレーザ光の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）で維持されることになる。なお、このようにせずに上述のリサージュスキャン方式を用いてもよい。
【００９３】
（本実施形態の主な効果）
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。
【００９４】
［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。
【００９５】
上記実施形態では、回動軸Ｇを中心としてミラー３１を回動させるためのアクチュエータとしてステッピングモータを例示したが、アクチュエータの例はこれに限られず、公知の他の回転アクチュエータを用いてもよい。
【００９６】
上記実施形態では、レーザ光を空間に照射するための部分（走査光反射部）と、空間に存在する物体からの反射光をフォトダイオードに向けて反射するための部分（凹面鏡）とを共通の部材（偏向部４１）によって兼用した構成を示したが、これらが別々の部材によって構成され、互いに同期して回転するような構成であってもよい。
【００９７】
第２実施形態の代表例では、図１６において、αが４５°以上の場合を例示したが、αが４５°以下の場合、図２８のように、上述の仮想平面において図１６でライン走査が行われた側（中心軸４２ａよりもＸ軸負方向側）とは逆側（中心軸４２ａよりもＸ軸正方向側）でライン走査を行うようにしてもよい。この場合も、第２実施形態の代表例と同様の放物線の式（数４）（数５）、回転軸の式（数６）を適用できる。この例でも、β、θは任意の値をとるものであり（但し、θ≧０°）、図２８では、θ＝０°のときに、βの最大値（βmax）として、９０−２α°となることを示している。
【符号の説明】
【００９８】
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）
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）
【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。
【０００３】
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拡大しているが、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許２７８９７４１号公報
【特許文献２】特開２００８−１３４１６３公報
【特許文献３】特開２００９−９８１１１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような問題を解消し、三次元空間内で物体検出を可能とする技術としては、特許文献２、３のようなものが提供されている。例えば、特許文献２の三次元測距装置では、所定の回転軸線（Ｐ１）を中心として回転する回転体（８）を備えた二次元測距装置（１００）と、この二次元測距装置（１００）を第一軸心（Ｐ１）と斜交する第二軸心（Ｐ２）周りに回転駆動する第二回転機構（２０）とが設けられている。この第二回転機構２０には、第二軸心（Ｐ２）と直交する第三軸心（Ｐ３）周りに揺動支持する第一ブラケット（２２）と、第一軸心（Ｐ１）上の所定位置にフリージョイント機構（２４）を介して連結された回転アーム（２４）とが設けられ、回転アーム（２４）を駆動機構（２８）によって回転駆動することにより、第一軸心（Ｐ１）のロール角度（α）及びピッチ角度（β）を変化させており、これにより、二次元測距装置（１００）全体を揺動させて三次元走査を行っている。
【０００６】
しかしながら、特許文献２のように二次元測距装置（１００）をケースごと全体的に揺動させる方法では、三次元走査に必要となる動作機構（第二回転機構（２０））や駆動源（第二のモータ（２８））が大型化することが避けられないため、軽量化や小型化の面で極めて不利となる。また、二次元測距装置（１００）全体を駆動するという構造上、動作機構や駆動源に生じる機械的或いは電気的な負担が大きくならざるを得ず、駆動に際しては多大なトルクや電力等を必要とするため、走査を高速に行うことが難しいという問題がある。
【０００７】
特に、特許文献２の構成は、水平走査用のモータ（第一のモータ（１１））によって駆動される部分（回転体（８））に対し、三次元動作用のモータ（第二のモータ（２８））によって駆動される部分（二次元測距装置（１００））が格段に大きく且つ重い構造であり、更に、第二のモータ（２８）による動作は、第一ブラケット（２２）やフリージョイント機構（２４）での揺動を伴うものとなっている。このような構成では、軽量な回転体（８）を単純回転させる第一のモータ（１１）側と比較すると、第二のモータ（２８）側は動作が相当遅くならざるを得ない。このため、第一のモータ（１１）側を高速回転させて走査の高速化を図ろうとしても、第二のモータ（２８）側がその速度に対応できず、結果として、走査の高速化が阻害されてしまうという問題があった。
【０００８】
一方、特許文献３には、レーザダイオード（１０）からのレーザ光を揺動ミラー（３１）によって偏向部（４１）側に反射させる構成のレーザレーダ装置（１）が開示されている（図１等）。このレーザレーダ装置（１）では、揺動ミラー（３１）の揺動を制御することにより偏向部（４１）に入射するレーザ光の向きを変化させ、これにより、偏向部（４１）からのレーザ光の照射方向を上下に変化させている。
【０００９】
特許文献３の図１等のように、揺動ミラー（３１）を変位させる構成とすれば、特許文献２の構成と比較して三次元的な認識に寄与する部分（揺動ミラー（３１））を小型化、軽量化することができ、機械的、電気的負荷を低減することができる。しかしながら、この特許文献３の図１等の構成では、広い回転範囲で三次元的な認識を良好に行うために、揺動ミラー（３１）を複雑に動作させなければならないという問題がある。例えば、特許文献３の図１等のように、揺動ミラー（３１）を揺動させてレーザ走査を行う場合、駆動の高速化を図るためには、揺動ミラー（３１）の駆動を単純化し、揺動ミラー（３１）によるレーザ走査を単純なライン走査（一次元走査）にすることが考えられる。しかしながら、このように駆動を単純化すると、ライン走査されるレーザ光の移動方向（偏向部に入射する走査平面）と直交する方向に偏向部が向いている回転位置のときに、レーザ光の出射角度（偏向部から出射されるレーザ光と水平面とのなす角度）が変化しない現象が生じ、この回転位置付近では三次元的な認識ができなくなるという問題がある。このような問題を解消するためには、揺動ミラー（３１）によるレーザ走査を単純なライン走査（一次元走査）とせず、レーザ光が多方向に移動し得るように揺動ミラー（３１）を複雑に二次元動作させる必要があるが、このような複雑な揺動動作は高速化が困難であり、装置構成や制御方法の複雑化も避けられなかった。
【００１０】
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、装置の周囲において三次元的に物体を認識し得るレーザレーダ装置において、レーザ光の走査をより高速に行い得る構成を、小型化、軽量化を図りつつ実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、
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。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明では、偏向部においてレーザ光が入射する側に配される偏向面は、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、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中心軸を中心として多重に且つ多段に配されている。そして、それら複数の反射面は、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ている。
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。
【００１３】
請求項２の発明において、上記形成範囲は、中心軸を中心とする周方向全範囲とされている。この構成では、偏向部がいずれの方向を向いている場合でも、レーザ光を各反射面に照射することが可能となり、装置の周囲においてより網羅的に三次元的な認識を行うことができる。
【００１４】
請求項３の発明は、制御手段により、偏向部がＮ周（但しＮは自然数）回転する毎に導光部材の向きが切り替えられることで、複数の反射面における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。
【００１５】
請求項４の発明において、制御手段は、導光部材からのレーザ光の向きが仮想平面上の第１方向と第２方向との間の方向範囲で変化するように導光部材の変位を制御しており、且つ、偏向部が１周回転する間に、第１方向から第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導光部材を揺動させている。
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。
【００１６】
請求項５の発明において、複数の反射面は、中心軸を囲んで環状に構成され、制御手段により、仮想平面上における中心軸の一方側のみでレーザ光が移動するように導光部材の変位が制御されることで、中心軸の一方側のみ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いる。
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。
【００１７】
請求項６の発明は、回転偏向手段が誘導手段として兼用されている。そして、制御手段は、仮想平面上を移動するレーザ光が、偏向面において形成範囲を含む入射対象領域内にのみ入射するように導光部材の変位を制御している。更に、偏向部は、偏向面側における入射対象領域の周囲が凹面鏡として構成され、物体にて反射した反射光が凹面鏡にて集光されつつ光検出手段側に誘導されるようになっている。
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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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】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３】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】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】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】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。
【図７】図７（Ａ）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】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。
【図９】図９（Ａ）は、走査光反射部の向きが−３０°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９（Ｂ）は、走査光反射部の向きが−１５°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る。
【図１０】図１０（Ａ）は、走査光反射部の向きが０°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１０（Ｂ）は、その平面図である。
【図１１】図１１は、走査光反射部の向きが０°のときのレーザ光の照射の様子を、図１０（Ａ）とは異なる方向から見た斜視図である。
【図１２】図１２（Ａ）は、走査光反射部の向きが１５°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１２（Ｂ）は、走査光反射部の向きが３０°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る。
【図１３】図１３（Ａ）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概念的に示す斜視図であり、図１３（Ｂ）は、その平面図である。
【図１４】図１４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１３（Ａ）とは異なる方向から見た斜視図である。
【図１５】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】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】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】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】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。
【図２０】図２０は、図１５のレーザレーダ装置において、走査光反射部の向きが０°のときのレーザ光走査位置を概念的に示す平面図である。
【図２１】図２１は、図１５のレーザレーダ装置において、走査光反射部の向きが９０°のときのレーザ光走査位置及びレーザ光の照射の様子を概念的に示す平面図である。
【図２２】図２２は、図１５のレーザレーダ装置において、走査光反射部の向きが１８０°のときのレーザ光走査位置を概念的に示す平面図である。
【図２３】図２３（Ａ）は、図１５のレーザレーダ装置において、走査光反射部の向きが−６０°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２３（Ｂ）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概念的に示す斜視図である。
【図２４】図２４（Ａ）は、図１５のレーザレーダ装置において、走査光反射部の向きが−３０°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２４（Ｂ）は、走査光反射部の向きが−１５°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る。
【図２５】図２５は、図１５のレーザレーダ装置において、走査光反射部の向きが０°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る。
【図２６】図２６（Ａ）は、図１５のレーザレーダ装置において、走査光反射部の向きが１５°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２６（Ｂ）は、走査光反射部の向きが３０°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る。
【図２７】図２７（Ａ）は、図１５のレーザレーダ装置において、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概念的に示す斜視図であり、図２７（Ｂ）は、走査光反射部の向きが６０°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る。
【図２８】図２８は、図１５、図１６とは異なる走査範囲でライン走査を行う例に関し、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。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
[第１実施形態]
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。
【００２０】
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、例えば公知のレーザダイオードによって構成されている。このレーザダイオード１０は、図示しない駆動回路からパルス電流の供給を受け、このパルス電流に応じてパルスレーザ光（レーザ光Ｌ１）を所定間隔おきに間欠的に投光するものである。
【００２１】
フォトダイオード２０は、例えば、アバランシェフォトダイオード等の公知のフォトダイオードで構成されており、レーザダイオード１０からレーザ光Ｌ１が発生したときに、このレーザ光Ｌ１が外部空間に存在する物体で反射した反射光Ｌ２を受光し、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Ｌ２については、設定された視野範囲のものが取り込まれる構成となっている。図１の例では、水平方向に照射したレーザ光L1が外部空間に存在する物体で反射した反射光Ｌ２を受光する様子を示している。
【００２２】
なお、フォトダイオード２０は、「光検出手段」の一例に相当し、偏向部４１により外部空間に向けて偏向されたレーザ光が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ように機能する。
【００２３】
レーザダイオード１０から照射されるレーザ光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を略平行光に変換する機能を有する。
【００２４】
レンズ６０を通過したレーザ光Ｌ１の光路上には、ミラー３１が配置されている。このミラー３１は、「導光部材」の一例に相当し、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１を後述する回転偏向装置４０に向けて導光する機能を有している。このミラー３１は、アクチュエータ３３による駆動力を受けて変位するように構成され、コリメートレンズ６０を通過したレーザ光Ｌ１を自身の姿勢に応じた方向に反射するように構成されている。
【００２５】
アクチュエータ３３は、後述する制御回路７０（図２参照）からの指令を受けて駆動するものであり、ミラー３１を変位させることでミラー３１で反射したレーザ光Ｌ１の向きを所定の仮想平面上で変化させるように構成されている。このアクチュエータ３３は、例えば、ミラー３１を所定の回動軸を中心として回動させるステッピングモータによって構成されており、図１、図２の例では、ミラー３１の反射面３１ａ上に設定される回動軸Ｇを中心としてミラー３１を回動させている。
【００２６】
図１の例において、回動軸（揺動軸）Ｇの方向は、コリメートレンズ６０からのレーザ光の方向と直交する方向となっており、且つ、後述する回転偏向装置４０の回転中心の方向（中心軸４２ａの方向）とも直交する方向となっている。本明細書では、コリメートレンズ６０からミラー３１に向かうレーザ光の方向をＸ軸方向とし、中心軸４２ａの方向をＹ軸方向としており、回転軸Ｇの方向は、これらＸ軸方向及びＹ軸方向と直交するＺ軸方向として表わしている。アクチュエータ３３は、これら方向（ミラー３１に向かうレーザ光の方向、及び中心軸４２ａの方向）を含む仮想平面上（ＸＹ平面上）を、ミラー３１からのレーザ光が移動するようにミラー３１を揺動させており、これにより、後述する偏向部４１に対してライン走査がなされるようになっている。この構成では、中心軸４２ａの軸線上に回動軸Ｇが位置して交差しており、この交差位置がレーザ光Ｌ１の反射位置Ｐ１となっている。従って、反射位置Ｐ１は位置が変化しない定位置となる。
【００２７】
ミラー３１で反射したレーザ光Ｌ１の光軸上には、回転偏向装置４０が設けられている。この回転偏向装置４０は、「回転偏向手段」の一例に相当するものであり、中心軸４２ａを中心として回転可能に構成された偏向部４１と、偏向部４１を回転駆動するモータ５０とを備え、偏向部４１を回転させつつレーザダイオード１０にて発生したレーザ光Ｌ１を偏向部４１により外部空間（ケース３の外部の空間）に向けて偏向（反射）させるように機能している。
【００２８】
回転偏向装置４０は、主として、偏向部４１、軸部４２、モータ５０、回転角度センサ５２によって構成されている。偏向部４１は、走査光反射部１００と凹面鏡１３０とを備えると共に中心軸４２ａを中心として回転可能に保持されており、いずれの回転位置にあるときでもレーザ光Ｌ１や反射光Ｌ２を受ける偏向面が斜め上方側を向くようになっている。
【００２９】
走査光反射部１００は、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１（具体的には上述のミラー３１にてライン走査されるレーザ光Ｌ１）を外部空間に向けて反射するように構成されている。この走査光反射部１００は、本実施形態の特徴の一つであり、具体的構成については後に詳述する。
【００３０】
凹面鏡１３０は、図１、図３に示すように、偏向部４１の偏向面側において入射対象領域（走査光反射部１００の領域）の周囲を取り囲むように配置されている。この凹面鏡１３０は、走査光反射部１００から外部空間に照射されたレーザ光が外部空間に存在する物体で反射したときに、この物体からの反射光を集光しつつフォトダイオード２０に向けて反射するように機能している。なお、装置内に取り込まれた反射光が凹面鏡１３０で反射してフォトダイオード２０に至るまでの経路（反射光誘導経路）については一点鎖線（符号Ｌ２参照）にて概念的に示している。
【００３１】
軸部４２は、偏向部４１と一体的に構成されており、図示しない軸受によって回転可能に支持されつつ、モータ５０の駆動力を受けて回転するように構成されている。
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。
【００３２】
また、図１に示すレーザレーダ装置１には、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センサ５２が設けられている。回転角度センサ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る。
【００３３】
また、回転偏向装置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、凹面鏡１３０からの反射光を集光してフォトダイオード２０に導くように機能している。また、フィルタ６４は、回転偏向装置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ように機能している。例えば、反射光Ｌ２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。
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。
【００３４】
図２に示す制御回路７０は、ＣＰＵを備えたマイクロコンピュータなどの１又は複数の制御回路によって構成されており、上述したレーザダイオード１０の投光動作、モータ５０の回転動作、アクチュエータ３３の駆動動作などを制御するように構成されている。また、この制御回路７０は、フォトダイオード２０や回転角度センサ５２に接続されており、これらからの信号を取得可能に構成されている。また、制御回路７０には、ＲＯＭ、ＲＡＭ，不揮発性メモリなどの図示しないメモリが接続されており、制御回路７０は、このメモリ内の情報の読み出しやメモリに対する書き込みが可能となっている。
【００３５】
更に、上記各部品（レーザダイオード１０、フォトダイオード２０、ミラー３１、アクチュエータ３３、レンズ６０、集光レンズ６２、フィルタ６４、回転偏向装置４０、モータ５０、回転角度センサ５２、制御回路７０等）はケース３の内部に収容されており、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、レーザ光Ｌ１及び反射光Ｌ２の通過を可能とする窓状の導光部４が形成されている。導光部４は、中心軸４２ａを中心とした環状形態で、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。
【００３６】
（特徴的構成）
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。
【００３７】
図３、図４、図６に示すように、偏向部４１の偏向領域（偏向面）は、走査光反射部１００による反射領域と、凹面鏡１３０による反射領域（反射面１３０ａ）とに分かれている。このうち、走査光反射部１００の反射領域には、中心軸４２ａを囲んで環状又は円弧状に構成される複数の反射面１０１、１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂ、１０４ａ、１０４ｂ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。本実施形態では、位置Ｐ２（中心軸４２ａと反射面１０１とが交わる位置）にレーザ光Ｌ１が入射したときに反射するレーザ光Ｌ１の水平成分の向き（図５の矢印Ｆ参照）が偏向部４１の向きとなっており、位置Ｐ２を通り、且つ偏向部４１の向きと直交する方向に、下側の反射面１０２ａ、１０３ａ、１０４ａと、上側の反射面１０２ｂ、１０３ｂ、１０４ｂとの境界となる段差１１０が形成されている。具体的には、中心軸４２ａを含む平面であって且つ上記矢印Ｆの向きと直交する平面の位置が境界（段差１１０）の位置となっている。
【００３８】
反射面１０１は、多重に構成される走査光反射部１００の、中心領域に相当しており、中心軸４２ａ上において当該中心軸４２ａに対して傾斜して配置されている。なお、この反射面１０１は中心軸４２ａを中心とした周方向全領域に亘り形成されている。従って、反射面１０１については、周方向全領域が「形成領域」に相当する。
【００３９】
反射面１０２ａ、１０２ｂは、上記中心領域のすぐ外側に配される第２環状領域１０２を構成するものであり、いずれも反射面１０１に隣接してこの反射面１０１を囲むように配置されている。各反射面１０２ａ、１０２ｂは周方向半周程度に亘って円弧状に形成され、具体的には、段差１１０の位置に両端部が配置されるような略半円状となっている。従って、これら各反射面１０２ａ、１０２ｂは、中心軸４２ａを中心とする周方向半周程度の領域が「形成領域」に相当する。図３のように、走査光反射部１００は、全体として一方側（偏向部４１の向きＦ側）が下方位置となり、他方側（偏向部４１の向きＦとは逆側）が上方位置となるように傾斜状に構成されており、第２環状領域１０２では、反射面１０２ａが境界（段差１１０）よりも下方寄りに配置され、反射面１０２ｂが境界（段差１１０）よりも上方寄りに配置されている。
【００４０】
また、反射面１０３ａ、１０３ｂは、中心領域の２つ外側（第２環状領域１０２のすぐ外側）に配される第３環状領域１０３を構成するものであり、反射面１０３ａは、反射面１０２ａに隣接し、境界（段差１１０）の下方側においてこの反射面１０２ａを囲むように円弧状（半円状）に配置されている。反射面１０３ｂは、反射面１０２ｂに隣接し、境界（段差１１０）の上方側においてこの反射面１０２ｂを囲むように円弧状（半円状）に配置されている。このように、各反射面１０３ａ、１０３ｂはいずれも中心軸４２ａを中心とする周方向半周程度に亘って円弧状に形成されているため、これら各反射面１０３ａ、１０３ｂは、周方向半周程度の領域が「形成領域」に相当する。
【００４１】
また、反射面１０４ａ、１０４ｂは、中心領域の３つ外側（第３環状領域１０３のすぐ外側であって、走査光反射部１００の最外周）に配される第４環状領域１０４を構成するものであり、反射面１０４ａは、反射面１０３ａに隣接し、境界（段差１１０）の下方側においてこの反射面１０３ａを囲むように円弧状（半円状）に配置されている。また、反射面１０４ｂは、反射面１０３ｂに隣接し、境界（段差１１０）の上方側においてこの反射面１０３ｂを囲むように円弧状（半円状）に配置されている。このように、各反射面１０４ａ、１０４ｂはいずれも周方向半周程度に亘って円弧状に形成されているため、これら各反射面１０４ａ、１０４ｂは、周方向半周程度の領域が「形成領域」に相当する。
【００４２】
上記のように構成される複数の反射面１０１〜１０４は、中心軸４２ａと直交する平面（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ている。具体的には、各反射面１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂ、１０４ａ、１０４ｂがそれぞれ曲率の異なる放物面（回転放物曲面）として構成されており、各反射面１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂ、１０４ａ、１０４ｂの曲率は、中心に近い領域ほど曲率が小さく、外周部となるほど、曲率が大きくなるように構成されている。即ち、第２環状領域１０２よりも第３環状領域１０３のほうが曲率が大きく、第３環状領域１０３よりも第４環状領域１０４のほうが曲率が大きくなるように構成されている。
【００４３】
具体的には、中心軸４２ａを通り且つ方向Ｆの方向に走査光反射部１００を切断した切断面を想定したときに、各反射面の外形の曲線が放物線となるように構成されている。図２の例では、図１のように、偏向部４１の向き（図５の方向Ｆ）がＸ軸の正方向となっているときに、走査光反射部１００をＸＹ平面で切断したときの切断面（図６（Ａ）参照）についての幾何学的関係を概略的に示している。図２の例では、走査光反射部１００の偏向面（反射面）１００ａは、ＸＹ平面で切断したときの切断面の外形の傾斜角度α（水平面に対する傾斜角度）が４５°となっている。
【００４４】
図２の例では、位置Ｐｍ、位置Ｐｎにおける反射面の各曲線を、以下の式（数１）で表わされる放物線とすることができる。なお、数１においてｔはパラメータである。また、Ｌは、位置Ｐ１から位置Ｐ２までの距離である。
【００４５】
【数１】
【００４６】
また、ＸＹ平面の切断面外形が上記放物線で表わされる各反射面（位置Ｐｍ、Ｐｎの反射面）は、以下の式（数２）で表わされる回転軸で回転させた放物面とすることができる。
【００４７】
【数２】
【００４８】
この場合、位置Ｐｍ、Ｐｎで反射したレーザ光Ｌ１の水平面に対する傾斜角度βは以下の数３の通りとなる。
【００４９】
【数３】
【００５０】
位置Ｐｎは、下方側の反射面１０２ａ，１０３ａ，１０４ａにおけるＸＹ平面上（方向ＦがＸ軸正方向にあるときのＸＹ平面上）の各位置Ｐ３〜Ｐ５（図６）とすることができ、各位置のときの＋θを用いて上記放物線の式（数１）、回転軸の式（数２）に当てはめれば、各位置Ｐ３〜Ｐ５に対応する放物面（即ち、各反射面１０２ａ，１０３ａ，１０４ａ）を形成することができる。なお、位置Ｐ３〜Ｐ５は、例えば各反射面１０２ａ，１０３ａ，１０４ａの幅の中心となっている。
【００５１】
位置Ｐｍは、上方側の反射面１０２ｂ，１０３ｂ，１０４ｂにおけるＸＹ平面上（方向ＦがＸ軸正方向にあるときのＸＹ平面上）の各位置Ｐ６〜Ｐ８（図６）とすることができ、各位置のときの−θを用いて上記放物線の式（数１）、回転軸の式（数２）に当てはめれば、各位置Ｐ６〜Ｐ８に対応する放物面（即ち、各反射面１０２ｂ，１０３ｂ，１０４ｂ）を形成することができる。なお、位置Ｐ６〜Ｐ８は、例えば各反射面１０２ｂ，１０３ｂ，１０ｂａの幅の中心となっている。
【００５２】
（物体検出動作）
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。
【００５３】
図９（Ａ）は、走査光反射部の向きが−３０°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９（Ｂ）は、走査光反射部の向きが−１５°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る。図１０（Ａ）は、走査光反射部の向きが０°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１０（Ｂ）は、その平面図である。図１１は、走査光反射部の向きが０°のときのレーザ光の照射の様子を、図１０（Ａ）とは異なる方向から見た斜視図である。なお、図１０（Ａ）は、図５における１８０°の方向から見た図であり、図１１は、図５における−９０°の方向から見た図である。
【００５４】
図１２（Ａ）は、走査光反射部の向きが１５°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１２（Ｂ）は、走査光反射部の向きが３０°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る。図１３（Ａ）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概念的に示す斜視図であり、図１３（Ｂ）は、その平面図である。図１４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１３（Ａ）とは異なる方向から見た斜視図である。なお、図１３（Ａ）は、図５における１８０°の方向から見た図であり、図１４は、図５における−９０°の方向から見た図である。図７〜図１４では、偏向部が向く側（偏向部からのレーザ光の照射側）に仮想的な照射対象平面を二点鎖線にて概念的に示している。
【００５５】
図１に示すレーザレーダ装置１では、モータ５０の駆動力により偏向部４１が一定速度で回転するようになっている。図７〜図１４では、偏向部４１の回転の様子を示している。図７、図８では偏向部４１の方向（図５のＦの向き）が−４５°の状態を示し、図９（Ａ）では−３０°、図９（Ｂ）では−１５°、図１０、図１１では０°図１２（Ａ）では１５°、図１２（Ｂ）では３０°、図１３、図１４では４５°の状態をそれぞれ示している。なお、各角度は、基準方向からの回転角度であり、Ｘ軸の正方向が基準方向（基準角度０°）となっている。
【００５６】
レーザレーダ装置１では、図２に示す制御回路７０によってアクチュエータ３３が駆動制御され、ミラー３１が揺動することにより、ミラー３１から偏向部４１に向かうレーザ光Ｌ１が仮想平面内を移動するように走査される。この仮想平面は、図１に示すコリメートレンズ６０からミラー３１に向かうレーザ光Ｌ１の経路、及び中心軸４２ａの位置を通る平面であり、図１等の例では、位置Ｐ１を原点とするＸＹ平面に相当している。そして、このようにミラー３１の揺動によってレーザ光Ｌ１が仮想平面内を移動するため、この仮想平面と交差するように配される走査光反射部１００上ではライン走査がなされることになる。
【００５７】
走査光反射部１００におけるライン走査位置は、図７の符号Ｌｎに示すように、平面視したときに直線状（一定範囲内のライン状）となっている。レーザレーダ装置１では、ＸＹＺ座標系においてミラー３１による走査領域（仮想平面内においてミラー３１からのレーザ光が移動し得る領域）は固定領域であるため、図７（Ｂ）、図１０（Ｂ）、図１３（Ｂ）のように偏向部４１が回転すると、偏向部４１の回転に応じてライン走査位置Ｌｎは複数の反射面１０１〜１０４上を相対的に移動することになる。
【００５８】
そして、ライン走査位置が相対移動する過程において、偏向部４１がいずれの回転位置にあるときでも、ライン走査位置が複数の反射面１０１、１０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ，１０４ａ，１０４ｂに跨るようになっており、このため、偏向部４１がいずれの回転位置にあるときでも、複数の反射面のいずれに対してもレーザ光を入射させることができる位置関係となる。従って、図７、図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図１０（Ａ）、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）、図１３（Ａ）のように順次回転することで偏向部４１の向きが変わっても、ミラー３１の制御によってレーザ光をどの反射面でも反射させることができ、各反射面に対応する向きにレーザ光Ｌ１を照射することが可能となる。
【００５９】
本実施形態では、制御回路７０及びアクチュエータ３３が「制御手段」の一例に相当し、ミラー３１の変位を制御するように機能しており、具体的には、仮想平面上を移動するレーザ光Ｌ１が、走査光反射部１００の領域内（即ち、反射面１０１〜１０４の形成範囲を含む入射対象領域内）にのみ入射するようにミラー３１（導光部材）の変位を制御している。即ち、図７（Ｂ）等に示すライン走査位置Ｌｎが走査光反射部１００から外れて凹面鏡１３０側に入り込まないようにミラー３１の角度が制御されるようになっている。
【００６０】
このように構成されるレーザレーダ装置１では、偏向部４１の回転時に、レーザダイオード１０に対してパルス電流が供給されると、このパルス電流のタイミング及び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）がレーザダイオード１０から出力される。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３１で反射した後、偏向部４１の走査光反射部１００で更に反射し、空間に向けて照射される。
【００６１】
このように走査光反射部１００から照射されたレーザ光Ｌ１が、外部空間に存在する物体（検出物体）に当たったときには、この検出物体で反射して装置側に戻ってくる反射光の一部（反射光Ｌ２参照）がレーザ光透過板５を介してケース内に入り込み、凹面鏡１３０に入射することになる。凹面鏡１３０は、この反射光Ｌ２をフォトダイオード２０側へ誘導（反射）し、その誘導された反射光Ｌ２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に入射する。そして、フォトダイオード２０は、このような反射光Ｌ２を受光したとき、その受光した反射光Ｌ２の強度に応じた電気信号（例えば受光した反射光Ｌ２に応じた電圧値）を出力する。
【００６２】
制御回路７０は、レーザダイオード１０に対するパルス信号の送信タイミングとフォトダイオード２０から受光信号が出力されるタイミングとに基づいて、レーザ光Ｌ１の投光から受光までの時間Ｔ（即ち、レーザダイオード１０がパルスレーザ光Ｌ１を出力してからフォトダイオード２０が当該パルスレーザ光に応じた反射光Ｌ２を受光するまでの時間）を測定しており、更に、制御回路７０は、この時間Ｔと、既知の光速Ｃとに基づいて、装置内の基準位置（例えば位置Ｐ２）から検出物体までの距離Ｌを算出している。
【００６３】
また、検出された物体の方位は、レーザダイオード１０からレーザ光Ｌ１が照射されるときのミラー３１の角度と、偏向部４１の向き（方向Ｆ）とによって求めることができる。
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。
【００６４】
なお、図７〜図１４では、偏向部４１が各回転位置にあるときに各反射面１０１，１０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ，１０４ａ，１０４ｂにレーザ光Ｌ１が入射したときの各照射経路を概念的に示しているが、ライン走査位置Ｌｎにおいてどの程度の早さでライン走査がなされるかは様々な設定とすることができる。
【００６５】
例えば、偏向部４１がＮ周（但しＮは自然数）回転する毎にミラー３１の向きが切り替えられることで、複数の反射面における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てもよい。この方法はいわゆるラスタースキャンに相当するものであり、例えば、図３のように、ミラー３１からのレーザ光Ｌ１の角度を７段階に切り替え可能とし、偏向部４１が１周する毎に各方向に切り替え、７周完了したときに上記７段階の切り替えが１サイクル終わるようにしてもよい。
【００６６】
（第１実施形態の主な効果）
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。
【００６７】
また、レーザレーダ装置１では、ライン走査光を反射する反射面の形成範囲が、中心軸４２ａを中心とする周方向全範囲とされている。この構成では、偏向部４１がいずれの方向を向いている場合でも、レーザ光を各反射面に照射することが可能となり、装置の周囲においてより網羅的に三次元的な認識を行うことができる。
【００６８】
また、上述したレーザレーダ装置１では、制御回路７０（制御手段）により、偏向部４１がＮ周（但しＮは自然数）回転する毎にミラー３１の向きが切り替えられることで、複数の反射面における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。
【００６９】
また、レーザレーダ装置１において、制御回路７０（制御手段）は、仮想平面上を移動するレーザ光が、走査光反射部１００の領域内（各反射面１０１〜１０４の形成範囲を含む入射対象領域内）にのみ入射するようにミラー３１の変位を制御している。更に、偏向部４１は、偏向面側における入射対象領域の周囲が凹面鏡１３０として構成され、物体にて反射した反射光が凹面鏡１３０にて集光されつつフォトダイオード２０（光検出手段）側に誘導されるようになっている。
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。
【００７０】
[第１実施形態の変更例１]
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。
【００７１】
［第２実施形態］
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。
【００７２】
第２実施形態に係るレーザレーダ装置は、走査光反射部の構成、及びミラー３１によるレーザ光の走査範囲のみが第１実施形態と異なり、それ以外は第１実施形態と同様である。よって、第１実施形態と同様の部分については、第１実施形態と同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。なお、図１の構成については、走査光反射部以外は同一であるので、適宜図１を参照して説明する。
【００７３】
本実施形態で用いられる偏向部４１の偏向領域（偏向面）も、図１５に示すように、走査光反射部２００による反射領域と、凹面鏡１３０による反射領域（反射面１３０ａ）とに分かれている。このうち、走査光反射部２００の反射領域には、中心軸４２ａを囲んで環状に構成される複数の反射面２０１〜２０７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。なお、本実施形態でも、位置Ｐ２（中心軸４２ａと反射面２０１とが交わる位置）にレーザ光Ｌ１が入射したときに反射するレーザ光Ｌ１の水平成分の向き（図１８の矢印Ｆ参照）が偏向部４１の向きとなっている。
【００７４】
反射面２０１は、多重に構成される走査光反射部２００の中心領域に相当し、平面視略円形に構成されており、中心軸４２ａ上において当該中心軸４２ａに対して傾斜して配置されている。なお、この反射面２０１は中心軸４２ａを中心とした周方向全領域に亘り形成されている。従って、反射面２０１については、周方向全領域が「形成領域」に相当する。
【００７５】
図１５、図１７、図１８、図１９に示すように、反射面２０１を中心として内側から順に第２の反射面２０２、第３の反射面２０３、第４の反射面２０４、第５の反射面２０５、第６の反射面２０６、第７の反射面２０７がそれぞれ環状に設けられている。各反射面２０２〜２０７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。従って、各反射面２０２〜２０７についても、周方向全領域が「形成領域」に相当する。
【００７６】
上記のように構成される複数の反射面２０１〜２０７は、中心軸４２ａと直交する平面（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ている。具体的には、各反射面２０１〜２０７がそれぞれ曲率の異なる放物面（回転放物曲面）として構成されており、各反射面２０１〜２０７の曲率は、中心に近い領域ほど曲率が小さく、外周部となるほど、曲率が大きくなるように構成されている。即ち、反射面２０２よりも反射面２０３の方が曲率が大きく、反射面２０３よりも反射面２０４のほうが曲率が大きくなっており、反射面２０７の曲率が最も大きくなっている。
【００７７】
本実施形態では、中心軸４２ａを通り且つ方向Ｆ（図１８）の方向に走査光反射部２００を切断した切断面を想定したときに、各反射面の外形の曲線が放物線となるように構成されている。図１６の例では、図１のように、偏向部４１の向き（図１８の方向Ｆ）がＸ軸の正方向となっているときに、走査光反射部２００をＸＹ平面で切断したときの切断面についての幾何学的関係を概略的に示している。図１６の例では、走査光反射部２００の偏向面２００ａ（各反射面２０１〜２０７の領域）は、ＸＹ平面で切断したときの切断面の外形の基準傾斜角度α（水平面に対する傾斜角度）が４５°以上となっている。
【００７８】
図１６の例では、位置Ｐｒにおける反射面の曲線を、以下の式（数４）で表わされる放物線とすることができる。位置Ｐｒは、中心軸４２ａに対するレーザ光Ｌ１の傾斜角度がθ（但しθ≦０°）のときの偏向面２００ａにおける入射位置である。なお、数４、数５においてｔはパラメータである。また、Ｌは、位置Ｐ１から位置Ｐ２までの距離である。なお、β、θは任意の値をとり得るものであり（但しθ≦０°）、図１６では、例えばθ＝０°のときに、βの最小値（βmin）として、９０−２α°となることを示している。
【００７９】
【数４】
【００８０】
ここで、数４のａについては、以下の式（数５）で表すことができる。
【００８１】
【数５】
【００８２】
また、ＸＹ平面の切断面外形が上記放物線（数４）で表わされる反射面（位置Ｐｒの反射面）は、以下の数６で表わされる回転軸で回転させた放物面とすることができる。
【００８３】
【数６】
【００８４】
この場合、位置Ｐｒで反射したレーザ光Ｌ１の水平面に対する傾斜角度βは以下の数７の通りとなる。
【００８５】
【数７】
【００８６】
位置Ｐｒは、反射面２０２〜２０７におけるＸＹ平面上（方向ＦがＸ軸正方向にあるときのＸＹ平面上）の位置であって、且つ位置Ｐ２よりも上方位置とすることができる。各反射面２０２〜２０７の各位置のときの−θを用いて上記放物線の式（数４）（数５）、及び回転軸の式（数６）に当てはめれば、各位置に対応する放物面（即ち、各反射面２０２〜２０７）を形成することができる。
【００８７】
また、本実施形態のレーザレーダ装置でも、図１６に示す制御回路７０によってアクチュエータ３３が駆動制御され、ミラー３１が揺動することにより、ミラー３１から偏向部４１に向かうレーザ光Ｌ１が仮想平面内を移動するように走査される。この仮想平面は、図１に示すコリメートレンズ６０からミラー３１に向かうレーザ光Ｌ１の経路、及び中心軸４２ａの位置を通る平面であり、図１等の例では、位置Ｐ１を原点とするＸＹ平面に相当している。そして、このようにミラー３１の揺動によってレーザ光Ｌ１が仮想平面内を移動するため、この仮想平面と交差するように配される走査光反射部２００上ではライン走査がなされることになる。
【００８８】
走査光反射部２００におけるライン走査位置は、図１５、図２０〜図２２の符号Ｌｎに示すように、平面視したときに直線状（一定範囲内のライン状）となっている。本実施形態では、上記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、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。従って、ライン走査位置Ｌｎも、中心軸４２ａの一方側（１８０°の方向側）のみとなっている。
【００８９】
本実施形態のレーザレーダ装置でも、ＸＹＺ座標系においてミラー３１による走査領域（仮想平面内においてミラー３１からのレーザ光が移動し得る領域）は固定領域であるため、図２０、図２１、図２２のように偏向部４１が回転すると（即ち、走査光反射部２００が回転すると）、偏向部４１の回転に応じてライン走査位置Ｌｎは複数の反射面２０１〜２０７上を相対的に移動することになる。
【００９０】
そして、ライン走査位置Ｌｎが相対移動する過程において、偏向部４１がいずれの回転位置にあるときでも、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、このため、偏向部４１がいずれの回転位置にあるときでも、複数の反射面のいずれに対してもレーザ光を入射させることができる位置関係となる。従って、図２３（Ａ）（Ｂ）、図２４（Ａ）（Ｂ）、図２５、図２６（Ａ）（Ｂ）、図２７（Ａ）（Ｂ）のように順次回転することで偏向部４１の向きが変わっても、ミラー３１の制御によってレーザ光をどの反射面でも反射させることができ、各反射面に対応する向きにレーザ光Ｌ１を照射することが可能となる。
【００９１】
本実施形態でも、制御回路７０及びアクチュエータ３３が「制御手段」の一例に相当し、ミラー３１の変位を制御するように機能しており、この例でも、仮想平面上を移動するレーザ光Ｌ１が、走査光反射部２００の領域内（即ち、反射面２０１〜２０７の形成範囲を含む入射対象領域内）にのみ入射するようにミラー３１（導光部材）の変位を制御している。即ち、図１５等に示すライン走査位置Ｌｎが走査光反射部２００から外れて凹面鏡１３０側に入り込まないようにミラー３１の角度が制御されるようになっている。
【００９２】
また、本実施形態でも、第１実施形態と同様の物体検出方法を用いることができ、物体までの距離や物体の方位の算出方法は基本的に第１実施形態と同様である。なお、図２３〜図２７では、偏向部４１が各回転位置にあるときに各反射面２０１〜２０７にレーザ光Ｌ１が入射したときの各照射経路を概念的に示しているが、ライン走査位置Ｌｎにおいてどの程度の早さでライン走査がなされるかは様々な設定とすることができる。例えば、本実施形態でも、第１実施形態と同様のラスタースキャンを行うことができ、偏向部４１がＮ周（但しＮは自然数）回転する毎にミラー３１の向きを切り替え、複数の反射面におけるレーザ光の入射対象面をＮ周毎に切り替わるようにしてもよい。例えば、図１７のように、ミラー３１からのレーザ光Ｌ１の角度を７段階に切り替え可能とし、偏向部４１が１周する毎に各方向に切り替え、７周完了したときに上記７段階の切り替えが１サイクル終わるようにしてもよい。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、水平面に対するレーザ光の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（特に、段差等に起因する変化が無く維持され）、次の反射面に切り替わった後も同様であり、当該反射面に入射している間は、偏向部４１が回転しても、水平面に対するレーザ光の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）で維持されることになる。なお、このようにせずに上述のリサージュスキャン方式を用いてもよい。
【００９３】
（本実施形態の主な効果）
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。
【００９４】
［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。
【００９５】
上記実施形態では、回動軸Ｇを中心としてミラー３１を回動させるためのアクチュエータとしてステッピングモータを例示したが、アクチュエータの例はこれに限られず、公知の他の回転アクチュエータを用いてもよい。
【００９６】
上記実施形態では、レーザ光を空間に照射するための部分（走査光反射部）と、空間に存在する物体からの反射光をフォトダイオードに向けて反射するための部分（凹面鏡）とを共通の部材（偏向部４１）によって兼用した構成を示したが、これらが別々の部材によって構成され、互いに同期して回転するような構成であってもよい。
【００９７】
第２実施形態の代表例では、図１６において、αが４５°以上の場合を例示したが、αが４５°以下の場合、図２８のように、上述の仮想平面において図１６でライン走査が行われた側（中心軸４２ａよりもＸ軸負方向側）とは逆側（中心軸４２ａよりもＸ軸正方向側）でライン走査を行うようにしてもよい。この場合も、第２実施形態の代表例と同様の放物線の式（数４）（数５）、回転軸の式（数６）を適用できる。この例でも、β、θは任意の値をとるものであり（但し、θ≧０°）、図２８では、θ＝０°のときに、βの最大値（βmax）として、９０−２α°となることを示している。
【符号の説明】
【００９８】
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）
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）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【公開番号】特開２０１２−２１１８３１（Ｐ２０１２−２１１８３１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７７７３１（Ｐ２０１１−７７７３１）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
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