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、駆動制御の複雑化を抑え、三次元的な認識の高速化を図り得る構成を提供する。
【解決手段】レーザレーダ装置１には、複数の受光素子が二次元的に配置されてなる受光センサ２０が設けられ、この受光センサ２０は、反射部３１によって反射光が反射される側に配置され、反射部３１によって導かれた反射光を受光領域にて受光する構成をなしている。一方、レーザダイオード１０から外部空間に照射されるまでのレーザ光Ｌ１の投光経路には、凸状鏡が配置され、偏向部４１から外部空間に向かうレーザ光Ｌ１を少なくとも中心軸４２ａの方向に拡がらせている。そして、外部空間からの反射光が偏向部４１に入射するときの入射の向きに対応して受光領域での反射光の入射位置が定まるように構成されている。
【解決手段】レーザレーダ装置１には、複数の受光素子が二次元的に配置されてなる受光センサ２０が設けられ、この受光センサ２０は、反射部３１によって反射光が反射される側に配置され、反射部３１によって導かれた反射光を受光領域にて受光する構成をなしている。一方、レーザダイオード１０から外部空間に照射されるまでのレーザ光Ｌ１の投光経路には、凸状鏡が配置され、偏向部４１から外部空間に向かうレーザ光Ｌ１を少なくとも中心軸４２ａの方向に拡がらせている。そして、外部空間からの反射光が偏向部４１に入射するときの入射の向きに対応して受光領域での反射光の入射位置が定まるように構成されている。
【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】
レーザレーダ装置の分野では、特許文献１のような水平スキャン方式の構成が広く提供されている。例えば、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。しかしながら、このような一般的な水平スキャン方式のものでは、検出領域が平面に限定されてしまうという問題があり、走査平面から外れた領域については検出不能となってしまう。従って、走査平面から外れた物体は検出することができず、また、走査平面内に物体が存在する場合であってもその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】
【０００３】
【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２００４−１５７０４４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、三次元的な検出を行おう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。
【０００５】
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構成では、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。
【０００６】
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。
【０００７】
一方、特許文献３には、レーザ光源（２）からのレーザ光を走査ミラー（４）で走査すると共に、走査領域からの反射光を、多数の受光素子がマトリックス状に配列された受光素子アレイ（８）によって受光するように構成された走査型レーザレーダが開示されている。この構成では、ＭＥＭＳ技術を用いて走査ミラー（４）を制御しており、特許文献２の構成と比較すると三次元的な認識に寄与する要素を小型化、軽量化し得る構成となっている。しかしながら、特許文献３で開示される走査型レーザレーダは、回転可能な偏向部を備えた構成ではなく、装置の周囲に亘ってレーザスキャンを行い得るものではなかった。そして、この構成では、三次元的な認識に際して走査ミラー（４）を機械的に且つ複雑に動作させなければならず、走査ミラー（４）の駆動動作を高速に行うことには限界があった。また、仮に、回転可能な偏向部を用いて装置周囲のレーザスキャンを行う構成のものにおいて、特許文献３のようなレーザ光制御を適用したとしても、偏向部の回転に対応させて走査ミラー（４）を制御することが難しいため、特許文献２と同様の問題を抱えることになり、偏向部の高速化を図ろうとする場合にはこの問題が一層顕著となってしまう。
【０００８】
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、駆動制御の複雑化を抑え、三次元的な認識の高速化を図り得る構成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】
【０００９】
第１の発明は、レーザ光を発生させるレーザ光源を備え、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を所定の中心軸に沿って導く投光手段と、
前記中心軸を中心として回転可能に構成された偏向部と、前記偏向部を駆動する駆動手段とを備えると共に、前記駆動手段により前記偏向部を回転させつつ前記中心軸に沿って導かれたレーザ光を前記偏向部によって外部空間に向けて偏向させ、且つ当該レーザ光が外部空間の物体で反射して生じる反射光を前記偏向部によって当該偏向部へのレーザ光の入射側に偏向する回転偏向手段と、
前記偏向部に向けて前記中心軸に沿って導かれるレーザ光の経路の途中に配置されると共に、前記中心軸に沿って導かれるレーザ光を通過させる貫通孔が形成され、前記中心軸の方向に対して傾斜した反射面を有する反射部が前記偏向部側に形成されており、前記偏向部で偏向された外部空間からの前記反射光を前記反射部によって前記中心軸から外れた側に反射する反射部材と、
複数の受光素子が二次元的に配置された受光領域を備えると共に、前記中心軸と平行な方向を上下方向としたときの当該上下方向における前記投光手段と前記偏向部の間の領域において前記反射部によって前記反射光が反射される側に配置され、前記反射部によって導かれた前記反射光を前記受光領域にて受光する光検出手段と、
前記レーザ光源から外部空間に照射されるまでのレーザ光の投光経路に配置され、前記偏向部から外部空間に向かうレーザ光を少なくとも前記中心軸の方向に拡がらせる拡散手段と
を備え、
前記外部空間からの前記反射光が前記偏向部に入射するときの入射の向きに対応して前記受光領域での前記反射光の入射位置が定まるように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、レーザ光を発生させるレーザ光源を備え、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を所定の中心軸に沿って導く投光手段と、
前記中心軸を中心として回転可能に構成された偏向部と、前記偏向部を駆動する駆動手段とを備えると共に、前記駆動手段により前記偏向部を回転させつつ前記中心軸に沿って導かれたレーザ光を前記偏向部によって外部空間に向けて偏向させ、且つ当該レーザ光が外部空間の物体で反射して生じる反射光を前記偏向部によって当該偏向部へのレーザ光の入射側に偏向する回転偏向手段と、
前記レーザ光源から前記偏向部までのレーザ光の経路又は前記偏向部において当該レーザ光を拡散させることで、前記偏向部から外部空間に向かうレーザ光を少なくとも前記中心軸の方向に拡がらせる拡散手段と、
ライン状の受光領域を構成する複数の受光素子と、前記受光領域が所定の受光基準平面上を回動するように前記複数の受光素子を一体的に変位させる回動手段と、を備え、前記外部空間からの前記反射光が前記偏向部に入射するときの入射の向き及び前記偏向部の回転角度に対応して前記受光基準平面における前記反射光の入射位置が定まるように構成され、回動する前記受光領域が前記反射光の経路上に位置するときに当該反射光を受光する光検出手段と、
前記反射光が前記受光領域にて受光されたとき、当該反射光を受光した受光素子の位置と、前記受光領域の回動位置と、前記偏向部の回転角度とに基づいて少なくとも前記物体の方位を検出する方位検出手段と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明では、偏向部の中心軸に沿ってレーザ光を入射させ、この中心軸を中心として偏向部を回転駆動することで偏向部の周囲においてレーザ光の走査を行う構成のものにおいて、レーザ光源から外部空間に照射されるまでのレーザ光の投光経路において拡散手段が配置されており、この拡散手段により、偏向部から外部空間に向かうレーザ光を少なくとも中心軸の方向に拡がらせている。そして、外部空間からの反射光が偏向部に入射するときの入射の向きに対応して受光領域での反射光の入射位置が定まるように構成されている。
この構成では、偏向部からのレーザ光が高さ方向（以下、中心軸と平行な方向を高さ方向ともいう）に拡がりながら外部空間に照射されることになるため、このようなレーザ光を外部空間に存在する様々な高さの物体に当てることができるようになり、様々な高さの物体からの反射光を装置内の偏向部で受けつつ光検出手段に導くことができる。また、この構成では、外部空間の物体にレーザ光が当ったときには、その物体からの反射光が偏向部に取り込まれるときの入射の向きが当該物体の仰角（高さ方向の方位）に対応する向きとなるが、この入射の向きに対応して受光領域での反射光の入射位置が定まるように構成されているため、偏向部の回転位置（回転角度）に基づいて物体の水平方向の方位を特定できることは勿論のこと、受光領域での反射光の入射位置を検出することで、物体の仰角（高さ方向の方位）或いは物体の高さを特定できるようになる。
特にこの構成では、複雑なモータ動作やＭＥＭＳ技術を用いてレーザ光を変化させなくても、受光信号に基づく電気的な処理によって外部物体の高さ方向の方位を検出できるようになるため、機械的な動作に起因する動作負荷や検出の低速化を伴うことなく外部空間での三次元的な認識が可能となる。
【００１２】
請求項２の発明でも、偏向部からのレーザ光が高さ方向（以下、中心軸と平行な方向を高さ方向ともいう）に拡がりながら外部空間に照射されることになるため、このようなレーザ光を外部空間に存在する様々な高さの物体に当てることができるようになり、様々な高さの物体からの反射光を装置内の偏向部で受けつつ光検出手段に導くことができる。
更に、本発明では、外部空間の物体にレーザ光が当ったときには、その物体からの反射光が偏向部に取り込まれるときの入射の向きが当該物体の仰角（高さ方向の方位）に対応する向きとなり、この入射の向きと、そのときの偏向部の回転角度に対応して受光基準平面での反射光の入射位置が定まるように構成されている。つまり、偏向部の回転角度と受光基準平面での入射位置が特定できれば、物体の水平方向の方位を特定できることは勿論のこと、物体の仰角（高さ方向の方位）或いは物体の高さを特定できるようになる。
より具体的に説明すると、偏向部がある回転角度となっているときのレーザ光の中心方向（拡散するレーザ光の中心となる光軸方向）と偏向部の回転中心（中心軸）とを含む仮想面を検出面とした場合、拡散されたレーザ光が物体に照射されて生じる反射光のうち、当該検出面に沿って返ってくる反射光（即ち、検出面の方向の物体から返ってくる反射光）は上記受光基準平面においてライン状の特定領域に付近に入射することになる。そして、偏向部の回転角度が更に変化すると、その変化した回転角度での新たな検出面（変化した回転角度でのレーザ光の中心方向と偏向部の回転中心とを含む新たな面）に沿って返ってくる反射光が上記受光基準平面に入射する入射領域は、変化前の上記ライン状の特定領域から若干回転したライン状の新たな特定領域に付近になる。このように、検出面（空間に照射されるレーザ光の中心方向と偏向部の回転中心とを含む面）に対応するように、当該検出面に沿って返ってくる反射光を上記受光基準平面上で受光し得る領域がライン状に構成されるようになっており、偏向部の回転角度が徐々に変化し、検出面が徐々に回転すると、その検出面の回転角度（即ち、偏向部の回転角度）に対応するように、検出面に沿った反射光を受光し得る領域（ライン状の領域）も受光基準平面上で回転することになる。本発明では、このような原理に基づき、受光基準平面上でライン状の受光領域を回動させるように複数の受光素子を一体的に変位させている。従って、その回動するライン状の受光領域の姿勢が、上記検出面に対応する姿勢（即ち、検出面に沿った反射光を受光し得る姿勢）になり、検出面に沿った反射光の受光経路上に位置するときには当該反射光（検出面に沿った反射光）を受光することができるようになる。そして、このようなライン状の受光領域内での反射光の受光位置と、ライン状の受光領域の姿勢（即ち、受光領域の回動位置）とに基づいて受光基準平面での反射光（上記検出面に沿った反射光）の入射位置を特定することができるため、検出面上に位置する物体の仰角（高さ方向の方位）或いは物体の高さを特定できるようになる。
更に、本発明では、ライン状の受光領域の姿勢が、上記検出面に対応する姿勢（即ち、検出面に沿った反射光を受光し得る姿勢）になったとき、その受光領域では検出面に沿って返ってくる反射光が選択的に受光されることになり、検出面から外れた位置からの光が受光され難くなるため、検出対象方向以外からの外乱光に起因するノイズをより確実に排除することができ、上記ノイズに起因する誤検出等を効果的に抑えることができる。
【００１３】
請求項３の発明では、回動手段は、受光基準平面と直交する回動軸を中心とした所定の回動範囲で複数の受光素子を一体的に往復動させるように構成されている。そして、回動手段による複数の受光素子の往復動の周期が、駆動手段による偏向部の回転周期よりも大きくなっている。
【００１４】
請求項４の発明では、偏向部において、貫通孔を通過したレーザ光が入射する位置に凸状の反射面が配され、凸状の反射面により貫通孔を通過したレーザ光を少なくとも中心軸の方向に拡がらせつつ外部空間に向けて反射する凸状鏡と、凸状鏡の周囲に配置される平面鏡又は凹面鏡とが設けられている。そして、凸状鏡が拡散手段として構成されている。
この構成によれば、偏向部の一部によって拡散手段を構成することができるため、別途拡散手段を設ける構成と比較して部品点数の削減を図ることができ、装置内に各部品を配置する上でスペース的に有利となる。
また、凸状鏡による拡散とすれば、投光過程ではレーザ光が偏向部に入射するときの入射領域を小さくしやすいため、凸状鏡の領域を小さくしやすく、相対的に平面鏡又は凹面鏡の領域を大きく確保しやすくなる。つまり、反射光をより多く光検出手段側に取り込むことができ、受光感度を高めやすくなる。特に、本構成のような出力光（レーザ光源からのレーザ光）と入力光（外部物体からの反射光）が同じ偏向部を経由することになる同軸系の構成では、上述のように出力光ために必要とする面積を小さくできるようにすると、そうでない構成において同サイズの偏向部を用いた場合と比較して相対的に受光感度が高めることができ、非常に有用である。
【００１５】
請求項５の発明では、偏向部及び反射部材を中心軸の方向に平面視したときに凸状鏡の外形及び貫通孔の外形が略円形となる構成をなし且つ凸状鏡の外形の径が貫通孔の径以下の大きさとなるように構成されている。
貫通孔の径よりも凸状鏡の外形の径を大きくすると、投光過程でのレーザ光が凸状鏡の外縁付近の領域に入射しない、或いは外縁付近の領域での入射量が極めて小さくなり、当該領域が投光に寄与しない可能性が高くなる。一方、凸状鏡の外縁付近は反射光（物体からの反射光）の検出に寄与しない可能性も高いため、領域の無駄が生じる虞がある。しかしながら、上記構成によれば、相対的に平面鏡又は凹面鏡の領域を大きく確保することができ、領域の無駄を極力抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、第１実施形態に係るレーザレーダ装置の全体構成を概略的に例示する断面図である。
【図２】図２は、図１のレーザレーダ装置の要部を拡大して具体的に示す拡大図である。
【図３】図３は、図１のレーザレーダ装置で用いる偏向部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で用いる受光センサを例示する正面図である。
【図５】図５は、図１のレーザレーダ装置の検出原理を説明する説明図であり、外部空間の物体の向き（仰角）が第１レベル（第１範囲）にあるときの検出の様子を示すものである。
【図６】図６は、図１のレーザレーダ装置の検出原理を図５と比較して説明する説明図であり、外部空間の物体の向き（仰角）が第２レベル（第２範囲）にあるときの検出の様子を示すものである。
【図７】図７は、図１のレーザレーダ装置の検出原理を図５、図６と比較して説明する説明図であり、外部空間の物体の向き（仰角）が第３レベル（第３範囲）にあるときの検出の様子を示すものである。
【図８】図８は、家の周囲を検出エリアとしたときの検出対象を例示する説明図である。
【図９】図９は、第２実施形態に係るレーザレーダ装置の全体構成を概略的に例示する断面図である。
【図１０】図１０（Ａ）〜（Ｄ）は、受光センサの回動の様子を順番に示す説明図である。
【図１１】図１１（Ａ）〜（Ｄ）は、図１０（Ａ）〜（Ｄ）に続く受光センサの回動の様子を順番に示す説明図である。
【図１２】図１２は、変化する各検出面に沿った反射光が入射する受光基準平面（仮想平面）上の位置を説明する説明図である。
【図１３】図１３は、図１、図９のレーザレーダ装置の変更例１を説明する説明図である。
【図１４】図１４は、図１、図９のレーザレーダ装置の変更例２を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
[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。
（全体構成）
まず、図１、図２を参照して第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説明する。図１は、第１実施形態に係るレーザレーダ装置の全体構成を概略的に例示する断面図であり、図２は、図１のレーザレーダ装置の要部を拡大して具体的に示す拡大図である。なお、図１では、受光センサ２０の受光側の面の中心位置と中心軸４２ａとを通るようにレーザレーダ装置１を中心軸４２ａに沿って切断した切断面を概略的に示している。また、図２では、レーザレーダ装置１の一部の部品のみを示しており、レンズ６０についても省略して示している。
【００１８】
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を受光する受光センサ２０とを備え、外部空間に存在する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。
【００１９】
本明細書では、中心軸４２ａと平行な方向を上下方向（縦方向、高さ方向）としており、レーザダイオード１０が配される側を上方側、偏向部４１が配される側を下方側としている。また、中心軸４２ａと直交し且つ受光センサ２０の受光側の面の中心Ｐ２を通る仮想線Ｘ１と平行な方向を前後方向とし、受光センサ２０において受光素子が面する側を前側、それとは反対側を後側としている。更に、上記上下方向と直交する方向を左右方向（横方向）としている。なお、以下の説明では、前後方向をＸ軸方向、上下方向をＹ軸方向、左右方向をＺ軸方向として説明する。
【００２０】
レーザダイオード１０は、「レーザ光源」の一例に相当するものであり、制御回路９０の制御により、図示しない駆動回路からパルス電流を受け、このパルス電流に応じたパルスレーザ光（レーザ光Ｌ１）を間欠的に出射している。なお、本実施形態では、レーザダイオード１０から偏向部４１に至るまでのレーザ光を符号Ｌ１にて概念的に示し、偏向部４１からのレーザ光をＬ１’で概念的に示している。また、外部空間の物体から後述する受光センサ２０に至るまでの反射光を符号Ｌ２にて概念的に示している。
【００２１】
受光センサ２０は、レーザダイオード１０からレーザ光Ｌ１が発生し、そのレーザ光Ｌ１が検出物体（図示略）にて反射したとき、その反射光Ｌ２を受光して電気信号に変換している。なお、外部空間（装置外の空間）の物体からの反射光については所定領域のものが偏向部４１に取り込まれる構成となっており、例えば図５では、符号Ｌ２で示す２つのライン（二点鎖線）間の領域の反射光が取り込まれる例を示している。
【００２２】
レーザダイオード１０から出射されるレーザ光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を平行光に変換している。なお、本実施形態では、レーザダイオード１０及びレンズ６０が「投光手段」の一例に相当し、レーザダイオード１０から出射されたレーザ光Ｌ１を所定の中心軸４２ａに沿って導くように機能している。
【００２３】
レンズ６０を通過したレーザ光Ｌ１の光路付近には、ミラー３０が設けられている。このミラー３０は、「反射部材」の一例に相当するものであり、偏向部４１に向けて中心軸４２ａに沿って導かれるレーザ光Ｌ１の経路の途中に配置されると共に、中心軸４２ａに沿って導かれるレーザ光Ｌ１を通過させる貫通孔３２が形成されており、中心軸４２ａの方向に対して所定角度で傾斜した反射面３０ａを有する反射部３１が偏向部４１側に形成されている。このミラー３０は、例えば全体として板状に構成されており、下方側の板面（下面）の部分が反射部３１として機能している。そして、このミラー３０は、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１を貫通孔３２を介して通過させる一方、偏向部４１で上方側に反射された外部空間の物体（検出物体）からの反射光を反射部３１によって中心軸４２ａから外れた後方側に反射し、受光センサ２０に向けて導くように機能している。
【００２４】
また、ミラー３０を通過するレーザ光Ｌ１の光軸上には、回転反射装置４０が設けられている。回転反射装置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、この偏向部４１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、偏向部４１を回転駆動するモータ５０とを備え、モータ５０により偏向部４１を回転させつつ中心軸４２ａに沿って導かれたレーザ光Ｌ１を偏向部４１により外部空間に向けて偏向（反射）させ、且つ当該レーザ光が外部空間の物体で反射して生じる反射光を偏向部４１によって当該偏向部４１へのレーザ光の入射側（即ち、上方側）に偏向（反射）するように機能している。
【００２５】
偏向部４１は、ミラー３０を通過したレーザ光Ｌ１の光軸上に配置される反射面４１ａを備えると共に、中心軸４２ａ（所定の中心軸）を中心として回転可能とされており、この反射面４１ａにより（より詳しくは、後述する凸状鏡７１の外面により）レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１をケース３外の空間に向けて偏向（反射）させ、且つケース３外の空間に存在する検出物体からの反射光Ｌ２を上記反射面４１ａ（より詳しくは、後述する凹面鏡７２の外面により）受光センサ２０に向けて偏向（反射）させる構成をなしている。
【００２６】
また、偏向部４１の回転中心となる中心軸４２ａの方向（即ち回転軸線の方向）は、ミラー３０を通過して当該偏向部４１に入射するレーザ光Ｌ１の方向と略一致しており、レーザ光Ｌ１が偏向部４１に入射する入射位置Ｐ１が中心軸４２ａ上の位置とされている。なお、偏向部４１の具体的構成については、後に詳述する。
【００２７】
モータ５０は、「駆動手段」の一例に相当するものであり、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を回転駆動している。このモータ５０は、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おり、制御回路９０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。
【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。
【００２９】
また、レーザレーダ装置１では、レーザダイオード１０、受光センサ２０、ミラー３０、レンズ６０、回転反射装置４０、モータ５０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。このケース３は、主ケース部５と透過板８０とを備えており、全体として箱状に構成されている。主ケース部５は、上壁部５ａ及び下壁部５ｂが上下に対向して配置され、前壁部５ｃ及び後壁部５ｄが前後に対向して配置され、図示しない側壁部が左右に対向して配置されており、一部が導光可能に開放された箱状形態をなしている。
【００３０】
この主ケース部５は、偏向部４１の周囲に、レーザ光Ｌ１及び外部物体からの反射光の通過を可能とする窓部４が形成されている。この窓部４は、主ケース部５において光の出入りを可能とするように開口した部分であり、主ケース部５の前壁部５ｃから両側壁部５ｅ、５ｆに亘って溝状に形成されている。そしてこの開口形態の窓部を閉塞するように透過板８０が設けられている。透過板８０は、例えば、透明の樹脂板、ガラス板などによって構成されており、偏向部４１の周囲の周方向所定領域に亘り、レーザ光Ｌ１の走査経路上に配される窓部４を閉塞する構成で配置されている。
【００３１】
次に、偏向部４１について詳述する。
図３は、図１のレーザレーダ装置で用いる偏向部を例示する斜視図である。
偏向部４１は、図３のような形状をなしており、貫通孔３２を通過したレーザ光が入射する位置に配置される凸状鏡７１と、この凸状鏡７１の周囲に配置される凹面鏡７２とを備えている。このうち、凸状鏡７１は、斜め上方に凸となるように外面（反射面７１ａ）が湾曲して構成されており、貫通孔３２を通過して当該凸状鏡７１に入射するレーザ光Ｌ１をその湾曲した反射面７１ａによって少なくとも中心軸４２ａの方向に拡がらせつつ（即ち高さ方向に拡がらせつつ）外部空間に向けて反射している。
【００３２】
なお、この構成では、凸状鏡７１が「拡散手段」の一例に相当し、レーザダイオード１０から外部空間に照射されるまでのレーザ光Ｌ１の投光経路に配置され、偏向部４１から外部空間に向かうレーザ光を少なくとも中心軸４２ａの方向に拡がらせるように機能する。
【００３３】
偏向部４１は、所定方向（図３に示すＶ１の方向）を長手方向とし、他の所定方向（例えば、上記長手方向と直交する方向）を幅方向とするように長手状に構成されており、図３の例では、Ｗ１の方向が幅方向となっている。そして、凸状鏡７１は、入射するレーザ光Ｌ１を、幅方向（Ｗ１の方向）と直交し且つ中心軸４２ａの方向を通る仮想的な垂直面（検出面）に沿うように、且つ中心軸４２ａと直交し且つ入射位置Ｐ１を通る仮想的な水平面に沿うようにレーザ光を上下方向および幅方向に拡散させつつ照射している。この構成では、上記両平面（仮想的な水平面及び仮想的な垂直面（検出面））が交差する交差線の方向が位置Ｐ１からの照射の中心方向となっており、この照射の中心方向から上下方向にやや拡がりながらレーザ光Ｌ１’が照射されるようになっている。なお、図２の例では、矢印Ｆの方向が照射の中心方向となっている。なお、反射面７１ａを円筒状面とすれば照射の中心方向からの幅方向の広がりを抑えることができ、反射面７１ａを球面として構成すれば照射の中心方向から幅方向にもやや広がることとなる。
【００３４】
また、上記偏向部４１では、当該偏向部４１を上記仮想的な垂直面（幅方向（Ｗ１の方向）と直交し且つ中心軸４２ａの方向を通る仮想的な垂直平面）で切断したときの凸状鏡７１の外面（反射面７１ａ）の外形においてレーザ光入射位置Ｐ１での接線は中心軸４２ａとのなす角度θが一定角度（例えば４５°）となるように配置されており、モータ５０の駆動力を受けたときにこの角度θを一定角度で維持しつつ回転するようになっている。従って、位置Ｐ１からの照射の中心方向は、位置Ｐ１を通る水平面上を移動することとなり、位置Ｐ１から照射されるレーザ光Ｌ１’は、位置Ｐ１を基点としてこの水平面の上方及び下方に所定角度θ１で拡がるようになっている。
【００３５】
凸状鏡７１の周囲に配置される凹面鏡７２は、公知の凹面鏡として構成されており、上記照射の中心方向に光が入射してくるときには、この入射する光を中心軸４２ａ上の所定の焦点位置に向けて集光するように構成されている。また、上記仮想的な垂直面に沿うように且つ水平方向に対して傾斜した方向の光が入射してくるときには、この入射する光を、上記仮想的な垂直面上における中心軸４２ａから外れた焦点位置に向けて集光するように構成されている。
【００３６】
更に、上記構成では、偏向部４１及びミラー３０を中心軸４２ａの方向に平面視したときに凸状鏡７１の外形及び貫通孔３２の外形が略円形となる構成をなしており、且つ凸状鏡７１の外形の径が貫通孔３２の径以下の大きさとなるように構成されている。
【００３７】
次に、受光センサ２０について詳述する。
図４は、図１のレーザレーダ装置で用いる受光センサを例示する正面図である。
受光センサ２０は、「光検出手段」の一例に相当するものであり、前方側（ミラー３０側）の外面が「受光側の外面」とされており、この外面側には、図４のように複数の受光素子２１（受光素子２１ａ〜２１ｉ）が二次元的に配置された受光領域が設けられている。この受光センサ２０は、上下方向（中心軸４２ａと平行な方向）においてレーザダイオード１０及びレンズ６０からなる投光手段の下方側の領域に配置され、偏向部４１の上方側の領域に配置されている。このように投光手段の下方且つ偏向部４１の上方の中間位置に配置されると共に、更に反射部３１によって反射光（外部空間の物体からの反射光）が反射される側（即ち、反射部３１の後方側）に配置され、反射部３１によって導かれた前記反射光を受光領域にて受光するように構成されている。
【００３８】
受光素子２１は、例えばアバランシェフォトダイオードによって構成されており、受光センサ２０は、このような受光素子２１を複数行且つ複数列に配置したマトリックス状とされている。図１の構成では、受光センサ２０の受光側の面が、ＹＺ平面に沿うように当該ＹＺ平面と平行に配置されている。また、上記受光素子２１は、上述の前後方向と直交する所定平面上に並ぶように配列されている。
【００３９】
次に、検出原理について説明する。
レーザレーダ装置１では、外部空間からの反射光が偏向部４１に入射するときの入射の向きに対応して受光センサ２０の受光領域での当該反射光の入射位置が定まるように構成されている。例えば、図５のように、位置Ｐ１からの照射の中心方向が前方側となる場合、位置Ｐ１を通る水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角）が所定範囲にある物体Ｍでレーザ光Ｌ１’が反射したときには、図５のように反射光Ｌ２が偏向部４１に対して水平方向又はそれに近い方向に入り込み、この反射光が偏向部４１で反射したときには中心軸４２ａ上の焦点位置に向けて集光されつつ上方に導かれることになる。一方、ミラー３０の反射面３０ａは、上下方向及び前後方向とのなす角度が４５°の面として構成され、中心軸４２ａに対して４５°で傾斜しており、中心軸４２ａと直交する前後方向の仮想線上に受光センサ２０の中心位置Ｐ２が位置しているため、偏向部４１に対して水平に入射する反射光Ｌ２は、特に中心位置Ｐ２付近で受光されることになる。このような構成では、偏向部４１が前方を向いているときに中心位置Ｐ２の受光素子２１ｅの受光量が最も大きいときには、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角））が第１レベル（第１範囲）にあることがわかる。
【００４０】
また、位置Ｐ１からの照射の中心方向が前方側となる場合において、図６のように、物体Ｍと位置Ｐ１とを結ぶ線と水平面とのなす角度（位置Ｐ１を通り中心軸４２ａと直交する平面を水平面としたときの位置Ｐ１を基点とする仰角）が図５よりも大きい所定範囲（正の範囲）にある物体Ｍでレーザ光Ｌ１’が反射したときには、図６のように反射光Ｌ２は偏向部４１に対して傾斜した上方側から入り込み、この反射光が偏向部４１で反射したときには中心軸４２ａから前方側（受光センサ２０とは反対側）に外れた焦点位置に向けて集光されつつ上方に導かれることになる。また、この反射光Ｌ２がミラー３０の反射面３０ａで反射したときには、図５のときよりも受光位置が下方にシフトし、中心位置Ｐ２よりも下方の受光素子２１ｆ付近で受光されることになる。従って、偏向部４１が前方を向いているときに下方の受光素子２１ｆの受光量が最も大きいときには、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を通り中心軸４２ａと直交する平面を水平面としたときの位置Ｐ１を基点とする仰角））が図５のときよりも大きい第２レベル（第２範囲）にあることがわかる。なお、受光素子２１ｅ，２１ｆのいずれでも受光レベルが高い場合には、物体が第１範囲と第２範囲に続いていることがわかる。
【００４１】
また、位置Ｐ１からの照射の中心方向が前方側となる場合において、図７のように、物体Ｍと位置Ｐ１とを結ぶ線と水平面とのなす角度（位置Ｐ１を通り中心軸４２ａと直交する平面を水平面としたときの位置Ｐ１を基点とする仰角）が図５よりも小さい所定範囲（負の範囲）にある物体Ｍでレーザ光Ｌ１’が反射したときには、図７のように反射光Ｌ２は偏向部４１に対して傾斜した下方側から入り込み、この反射光が偏向部４１で反射したときには中心軸４２ａから後方側（受光センサ２０側）に外れた焦点位置に向けて集光されつつ上方に導かれることになる。また、この反射光Ｌ２がミラー３０の反射面３０ａで反射したときには、図５のときよりも受光位置が上方にシフトし、中心位置Ｐ２よりも上方の受光素子２１ｄ付近で受光されることになる。従って、偏向部４１が前方を向いているときに下方の受光素子２１ｄの受光量が最も大きいときには、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を通り中心軸４２ａと直交する平面を水平面としたときの位置Ｐ１を基点とする仰角））が図５のときよりも小さい第３レベル（第３範囲）にあることがわかる。なお、上記説明では、水平面とのなす角度については、水平面よりも上方側の方向とのなす角度を正の角度とし、水平面よりも下方側の方向とのなす角度を負の角度として説明している。
【００４２】
また、図５〜図７では、照射の中心方向Ｆが前方側である場合について説明したが、照射の中心方向Ｆが前方側ではない場合（即ち、偏向部４１の回転角度が図５〜図７の場合と異なる場合）であっても、各回転角度において、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角））に対応して受光領域での受光位置が定まるようになっている。例えば、偏向部４１が図５〜図７の状態から時計回りに９０°回転したときには、偏向部４１が横方向（紙面表側）を向き、照射の中心方向Ｆが左右方向となる。このような場合、外部物体からの反射光が、偏向部４１に対して水平に入射するときには、この反射光からの反射光は中心軸４２ａ上の焦点位置に向けて集光されつつ上方に導かれることになる。従って、図５の場合と同様、当該反射光は特に中心位置Ｐ２付近で受光されることになる。従って、このような回転角度のときに中心位置Ｐ２の受光素子２１ｅの受光量が最も大きいときには、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角））が第１レベル（第１範囲）にあることがわかる。また、この回転角度において、反射光が偏向部４１に対して傾斜した上方側から入り込むようなときには、この反射光が偏向部４１で反射したときに中心軸４２ａから一方の側方に外れた焦点位置に向けて集光されつつ上方に導かれることになるため、受光領域での受光位置は水平のときよりも一方の側方にシフトし、位置Ｐ２から横に離れた受光素子２１ｂで特に受光されることになる。従って、このような回転角度のときに受光素子２１ｂの受光量が最も大きいときには、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角））が第２レベル（第２範囲）にあることがわかる。また、この回転角度において、反射光が偏向部４１に対して傾斜した下方側から入り込むようなときには、この反射光が偏向部４１で反射したときに中心軸４２ａから他方の側方に外れた焦点位置に向けて集光されつつ上方に導かれることになるため、受光領域での受光位置は水平のときよりも他方の側方にシフトし、位置Ｐ２から横に離れた受光素子２１ｈで特に受光されることになる。従って、このような回転角度のときに受光素子２１ｈの受光量が最も大きいときには、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角））が第３レベル（第３範囲）にあることがわかる。
【００４３】
上記のような構成では、各回転角度毎に、受光位置と検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角））とを対応付けておき、その対応関係を図示しない記憶部に記憶しておけばよい。例えば、図５〜図７のように照射の中心方向が前方となる第１の回転角度のときに中央の受光素子２１ｅで受光された場合には、仰角が第１レベル（第１範囲）であると特定するようにし、同様に、下方の受光素子２１ｆで受光された場合には、仰角が第２レベル（第２範囲）であると特定するようにし、上方の受光素子２１ｄで受光された場合には、仰角が第３レベル（第３範囲）であると特定するようにし、このような対応関係を定めたデータを各回転角度毎に生成し、記憶部に記憶しておけばよい。なお、図４では、受光素子数を少なくしてシンプルな構成としているが、受光素子数を多くして多数行×多数列の配列とすれば、各回転角度において、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角））をより正確に検出することができる。
【００４４】
（第１実施形態の主な効果）
上記構成では、偏向部４１の中心軸に沿ってレーザ光を入射させ、この中心軸を中心として偏向部４１を回転駆動することで偏向部４１の周囲においてレーザ光の走査を行う構成のものにおいて、レーザダイオード１０から外部空間に照射されるまでのレーザ光の投光経路において拡散手段が配置されており、この拡散手段により、偏向部４１から外部空間に向かうレーザ光を少なくとも中心軸の方向に拡がらせている。そして、外部空間からの反射光が偏向部４１に入射するときの入射の向きに対応して受光領域での反射光の入射位置が定まるように構成されている。
この構成では、偏向部４１からのレーザ光が高さ方向（以下、中心軸と平行な方向を高さ方向ともいう）に拡がりながら外部空間に照射されることになるため、このようなレーザ光を外部空間に存在する様々な高さの物体（例えば、家の周囲を検出エリアとするような場合には、図８のような各物体）に当てることができるようになり、様々な高さの物体からの反射光を装置内の偏向部４１で受けつつ受光センサ２０に導くことができる。また、この構成では、外部空間の物体にレーザ光が当ったときには、その物体からの反射光が偏向部４１に取り込まれるときの入射の向きが当該物体の高さ方向の方位に対応する向きとなるが、この入射の向きに対応して受光領域での反射光の入射位置が定まるように構成されているため、受光領域での反射光の入射位置を検出することで、物体の高さ方向の方位を特定できるようになる。
特にこの構成では、複雑なモータ動作やＭＥＭＳ技術を用いてレーザ光を変化させなくても、受光信号に基づく電気的な処理によって外部物体の高さ方向の方位を検出できるようになるため、機械的な動作に起因する動作負荷や検出の低速化を伴うことなく外部空間での三次元的な認識が可能となる。
【００４５】
また、上記構成では、上下方向において投光手段と偏向部４１の間の領域（上下方向中間領域）に受光センサ２０を配置しているため、単一の素子と比べて比較的大きい受光センサ２０を、ミラー３０の周囲スペースを利用して効率的に配置できるようになっている。また、貫通孔３２はレーザ光Ｌ１を透過できるサイズであれば足りるため、貫通孔３２を比較的小さく形成すれば、偏向部４１で導かれる反射光が受光経路で損失してしまう問題を最小限にとどめることができる。
【００４６】
また、上記構成では、偏向部４１において、貫通孔３２を通過したレーザ光が入射する位置に凸状の反射面３０ａが配され、凸状の反射面３０ａにより貫通孔３２を通過したレーザ光を少なくとも中心軸の方向に拡がらせつつ外部空間に向けて反射する凸状鏡７１と、凸状鏡７１の周囲に配置される平面鏡又は凹面鏡７２とが設けられている。そして、凸状鏡７１が拡散手段として構成されている。この構成によれば、偏向部４１の一部によって拡散手段を構成することができるため、別途拡散手段を設ける構成と比較して部品点数の削減を図ることができ、装置内に各部品を配置する上でスペース的に有利となる。
また、投光過程ではレーザ光が偏向部４１に入射するときの入射領域を小さくしやすいため、凸状鏡７１の領域を小さくしやすく、相対的に凹面鏡７２の領域を大きく確保しやすくなる。つまり、反射光をより多く受光センサ２０側に取り込むことができ、受光感度を高めやすくなる。例えば、凸状鏡７１を平面視したときの当該凸状鏡７１の外形の径が、レーザ光が偏向部４１に入射するときのスポット径と同程度又はスポット径よりもわずかに大きい程度とすれば、凹面鏡７２の領域をより大きく確保することができる。
【００４７】
更に、上記構成では、偏向部４１及びミラー３０を中心軸４２ａの方向に平面視したときに凸状鏡７１の外形及び貫通孔３２の外形が略円形となる構成をなし且つ凸状鏡７１の外形の径が貫通孔３２の径以下の大きさとなるように構成されている。貫通孔３２の径よりも凸状鏡７１の外形の径を大きくすると、投光過程でのレーザ光が凸状鏡７１の外縁付近の領域に入射しない、或いは外縁付近の領域での入射量が極めて小さくなり、当該領域が投光に寄与しない可能性が高くなる。一方、凸状鏡７１の外縁付近は反射光（物体からの反射光）の検出に寄与しない可能性も高いため、領域の無駄が生じる虞がある。しかしながら、上記構成によれば、相対的に平面鏡又は凹面鏡７２の領域を大きく確保することができ、領域の無駄を極力抑えることができる。
【００４８】
また、上記構成では、受光センサ２０は、アバランシェフォトダイオードを複数行且つ複数列に配置したマトリックス状とされている。拡散手段によって拡散させたレーザ光が物体で反射したときの反射光については、指向性の高いレーザ光が物体で反射したときと比較して強度が弱くなることが懸念されるが、従来では単一の素子として利用されているアバランシェフォトダイオードをマトリックス状に配置するという特徴的な構成を採用することで、受光領域の各位置で感度良く受光できるようになり、比較的弱い反射光を検出する場合であっても受光領域での反射光の入射位置をより正確に把握しやすくなる。
【００４９】
[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態について、図面を参照して説明する。
図９は、第２実施形態に係るレーザレーダ装置の全体構成を概略的に例示する断面図である。図１０（Ａ）〜（Ｈ）は、受光センサの回動の様子を順番に示す説明図である。図１０（Ａ）は、図９のレーザレーダ装置において、受光センサが所定の基準姿勢（長手方向を上下方向とする姿勢）となっている状態を受光面側から見た説明図であり、図１０（Ｂ）は、受光センサが基準姿勢から所定方向（受光面側から見たときの反時計回りの回動方向）に４５°回動した状態を示す説明図であり、図１０（Ｃ）は、受光センサが基準姿勢から所定方向に９０°回動した状態を示す説明図であり、図１０（Ｄ）は、受光センサが図１０（Ｃ）の状態から基準姿勢側に４５°戻った状態を示す説明図であり、図１０（Ｅ）は、受光センサが図１０（Ｄ）の状態から基準姿勢に戻った状態を示す説明図である。図１０（Ｆ）は、受光センサが基準姿勢から逆方向（受光面側から見たときの時計回りの回動方向）に４５°回動した状態を示す説明図であり、図１０（Ｇ）は、受光センサが基準姿勢から逆方向に９０°回動した状態を示す説明図であり、図１０（Ｈ）は、受光センサが図１０（Ｇ）の状態から基準姿勢側に４５°戻った状態を示す説明図である。
【００５０】
本実施形態では、受光センサ２２０及びモータ２３０を設けた点、及びモータ２３０の駆動を制御回路９０によって制御可能とした点が第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。例えば、ケース３、レーザダイオード１０、レンズ６０、ミラー３０、回転反射装置４０（偏向部４１、軸部４２、モータ５０、回転角度センサ５２等）については、第１実施形態と同一の構成及び同一の配置となっており且つ第１実施形態と同一の機能を有している。従って、これらについては適宜図１〜図８を参照して説明することとする。また、制御回路９０は、ハードウェア構成については第１実施形態と同一である。
【００５１】
本実施形態でも、偏向部４１は、図３のような形状をなしており、貫通孔３２を通過したレーザ光が入射する位置に配置される凸状鏡７１と、この凸状鏡７１の周囲に配置される凹面鏡７２とを備えている。そして、凸状鏡７１は、斜め上方に凸となるように外面（反射面７１ａ）が湾曲して構成されており、貫通孔３２を通過して当該凸状鏡７１に入射するレーザ光Ｌ１をその湾曲した反射面７１ａによって少なくとも中心軸４２ａの方向に拡がらせつつ（即ち高さ方向に拡がらせつつ）外部空間に向けて反射している。本実施形態でも、凸状鏡７１が「拡散手段」の一例に相当し、偏向部４１においてレーザ光を拡散させることで、偏向部４１から外部空間に向かうレーザ光を少なくとも中心軸４２ａの方向に拡がらせるように機能する。
【００５２】
具体的には、第１実施形態と同様、凸状鏡７１により、入射するレーザ光Ｌ１を、中心軸４２ａを通る所定の検出面（図３に示す偏向部４１の幅方向（Ｗ１の方向）と直交し且つ中心軸４２ａの方向を通る仮想的な垂直面）に沿うように、且つ中心軸４２ａと直交し且つ入射位置Ｐ１を通る仮想的な水平面に沿うようにレーザ光を上下方向および幅方向（Ｗ１の方向）に拡散させつつ照射している。この構成では、上記両平面（仮想的な水平面及び仮想的な垂直面（検出面））が交差する交差線の方向が位置Ｐ１からの照射の中心方向となっており、この照射の中心方向から上下方向にやや拡がりながら図２と同様にレーザ光Ｌ１’が照射されるようになっている。
【００５３】
また、上記偏向部４１では、当該偏向部４１を上記仮想的な垂直面（幅方向（Ｗ１の方向）と直交し且つ中心軸４２ａの方向を通る仮想的な垂直平面）で切断したときの凸状鏡７１の外面（反射面７１ａ）の外形においてレーザ光入射位置Ｐ１での接線は中心軸４２ａとのなす角度θが一定角度（例えば４５°）となるように配置されており、モータ５０の駆動力を受けたときにこの角度θを一定角度で維持しつつ回転するようになっている。従って、位置Ｐ１からの照射の中心方向は、位置Ｐ１を通る水平面上を移動することとなり、位置Ｐ１から照射されるレーザ光Ｌ１’は、位置Ｐ１を基点として位置Ｐ１を通る水平面の上方及び下方に所定角度θ１で拡がるようになっている。
【００５４】
次に、本実施形態のレーザレーダ装置１で用いられる受光センサ２２０について詳述する。
図１０（Ａ）は、図９のレーザレーダ装置で用いる受光センサ２２０を例示する正面図である。この受光センサ２２０は、前方側（ミラー３０側）の外面が「受光側の外面」とされており、この外面側には、図１０（Ａ）のように複数の受光素子２２１ａ〜２２１ｃによって構成される受光領域が設けられている。この受光センサ２２０は、上下方向（中心軸４２ａと平行な方向）においてレーザダイオード１０及びレンズ６０からなる投光手段よりも下方寄りの領域に配置され、偏向部４１よりも上方寄りの領域に配置されており、外部空間の物体からの反射光が反射部３１によって反射される側（即ち、反射部３１の後方側）において、当該反射部３１によって導かれた前記反射光を受光領域（複数の受光素子２２１ａ〜２２１ｃにおける受光可能な領域）にて受光するように構成されている。
【００５５】
本構成でも各受光素子２２１ａ〜２２１ｃが、例えばアバランシェフォトダイオードによって構成されており、受光センサ２１０は、このような受光素子２２１ａ〜２２１ｃが一列に配されライン状に並べられることでライン状の受光領域が構成されている。図９の構成では、受光センサ２２０を構成する各受光素子２２１ａ〜２２１ｃがいずれも、所定の受光基準平面上（前後方向（Ｘ軸方向）の回動軸Ｘ１（後述）と直交し且つ受光センサ２２０の外面位置を通る仮想平面上）に位置しており、この受光基準平面（仮想平面）上を移動する形でこれら複数の受光素子２２１ａ〜２２１ｃが一体的に回動するようになっている。本実施形態では、回動軸Ｘ１と中心軸４２ａとが直交すると共に、回動軸Ｘ１と中心軸４２ａとが交わる位置関係となっており、上記受光基準平面（仮想平面）は、中心軸４２ａと平行な平面であって且つ反射部３１によって偏向部４１からの光（物体からの反射光）が折り返される側（反射される側）に位置する平面であり、更に詳しくは、受光素子２２１ｂの外面と回動軸Ｘ１とが交わる位置Ｐ２を通り且つ回動軸Ｘ１と直交する平面（Ｙ軸方向及びＺ軸方向と平行な平面）となっている。また、凹面鏡７２は、外部から水平方向に入ってきた光を集光するときの焦点位置が中心軸４２ａ上になるように構成され、ミラー３０の反射面３０ａと中心軸４２ａとのなす角度が４５°となっており、凹面鏡７２に向かって水平に入ってきた光が凹面鏡７２で集光されつつ上方に反射したときには、位置Ｐ２付近を焦点位置とするように集光されるようになっている。
【００５６】
更に、本実施形態では、受光センサ２２０を回動軸Ｘ１を中心として回動させるためのモータ２３０が設けられている。このモータ２３０は、回動手段の一例に相当するものであり、例えば、公知のステッピングモータ、直流モータ、交流モータなどによって構成されており、受光素子２２１ａ〜２２１ｃによって構成されるライン状の受光領域が上記受光基準平面（回動軸Ｘ１と直交し且つ位置Ｐ２を通る仮想平面）上を回動するようにそれら複数の受光素子２２１ａ〜２２１ｃを一体的に変位させるようになっている。具体的には、図１０（Ａ）のような基準位置から、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）のように所定方向（受光面側から見て反時計回り）に回動して図１０（Ｃ）のように９０°回動した位置まで変位した後、図１０（Ｄ）、図１１（Ａ）のように逆方向（受光面側から見て時計回り）に回動して基準位置に戻るようになっている。その後、図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）のように逆方（受光面側から見て時計回り）に回動して図１１（Ｃ）のように９０°回動した位置まで変位した後、図１１（Ｄ）、図１０（Ａ）のように所定方向（受光面側から見て反時計回り）に回動して基準位置に戻るようになっている。モータ２３０は、受光センサ２２０がこのような往復動作（往復回動動作）を行うように当該受光センサ２２０を駆動することになる。
【００５７】
次に、検出原理について説明する。
第１実施形態、第２実施形態のいずれの構成でも、偏向部４１がある回転角度となっているときに当該偏向部４１から照射されるレーザ光Ｌ１の照射の中心方向（拡散するレーザ光Ｌ１の中心となる方向）と偏向部４１の回転中心（中心軸４２ａ）とを通る平面を検出面とした場合、外部空間に照射されたレーザ光Ｌ１が外部空間の物体で反射した様々な反射光のうち、当該検出面に沿って返ってくる反射光（即ち、検出面の方向の物体から返ってくる反射光）は上記受光基準平面（仮想平面）では長細い特定領域付近に入射することになる。例えば、偏向部４１の回転角度が図９のような場合（即ち、図５と同様の場合）、位置Ｐ１からの照射の中心方向が前後方向（Ｘ軸方向）となり、この照射の中心方向を通り且つ中心軸４２ａを通る平面が検出面となる。この場合、検出面は、中心軸４２ａを通り且つＸ軸方向及びＹ軸方向と平行な平面になり、当該検出面上に位置する物体から検出面に沿って返ってくる反射光は、上記受光基準平面（位置Ｐ２を通り回動軸Ｘ１と直交する仮想平面）において図１２のＡＲ１のように縦方向に長い領域内に入り込むことになる。なお、図１２は、紙面を受光基準平面（仮想平面）として当該受光基準平面を前側から見たときの説明図であり、図９のような場合に検出面に沿って返ってくる反射光の受光基準平面（仮想平面）上での受光可能エリアを上下に長い領域ＡＲ１として示している。
【００５８】
また、検出面に沿って返ってくる反射光を受光基準平面（仮想平面）で受光しうるエリア（細長の領域）は、検出面が中心軸４２ａを中心として回転することに応じて、図１２のＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３、ＡＲ４のように回動軸Ｘ１を中心として回転することになる。例えば、偏向部４１が図９の状態から反時計回り（図９の装置を上方から見た場合の反時計回り）に４５°回転した場合、この回転角度での検出面に沿って返ってくる反射光を受光基準平面（仮想平面）で受光しうるエリア（細長の領域）は領域ＡＲ２のように斜めに傾いたエリアとなる。また、偏向部４１が図９の状態から反時計回り（図９の装置を上方から見た場合の反時計回り）に９０°回転した場合、この回転角度での検出面に沿って返ってくる反射光を受光基準平面（仮想平面）で受光しうるエリア（細長の領域）は領域ＡＲ３のように横長のエリアとなる。また、偏向部４１が図９の状態から反時計回り（図９の装置を上方から見た場合の反時計回り）に１３５°回転した場合、この回転角度での検出面に沿って返ってくる反射光を受光基準平面（仮想平面）で受光しうるエリア（細長の領域）は領域ＡＲ４のように斜めに傾いたエリアとなる。更に、偏向部４１が図９の状態から反時計回り（図９の装置を上方から見た場合の反時計回り）に１８０°回転した場合、この回転角度での検出面に沿って返ってくる反射光を受光基準平面（仮想平面）で受光しうるエリア（細長の領域）は領域ＡＲ１のような縦長のエリアとなる。
【００５９】
このように偏向部４１の回転に伴って受光基準平面（仮想平面）で受光しうるエリア（細長の受光可能エリア）が回動軸Ｘ１を中心として回転するようになっているため、その回転する受光可能エリアの長手方向と回動軸Ｘ１を中心として回動する受光センサ２２０の長手方向とが揃う位置関係（例えばほぼ同方向に揃う位置関係）となったときには、検出面に沿って返ってくる反射光（即ち、照射の中心が検出面に沿うようにレーザ光Ｌ１が照射されたときに当該検出面上の物体から検出面に沿って返ってきて偏向部４１に入り込んでくる反射光）を受光できるようになる。
【００６０】
例えば、偏向部４１の回転角度が図９のような場合（即ち、図５〜図８と同様に前方にレーザ光が照射される場合）、検出面に沿って返ってくる反射光は上述したように受光基準平面（位置Ｐ２を通り回動軸Ｘ１と直交する仮想平面）では図１２のＡＲ１のように縦方向に長い領域内に入り込むことになるため、この場合、受光センサ２２０の長手方向と受光エリアＡＲ１の長手方向が例えば図１０（Ａ）のように揃う位置関係となったときに、検出面に沿うように偏向部４１に入り込んでくる各方向の反射光（例えば、斜め上方向からの反射光、水平方向からの反射光、斜め下方向からの反射光）を各受光素子２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃで受光できるようになる。例えば、図９の装置において図５と同様の場合、位置Ｐ１を通る水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角）が０°に近い検出面上の物体Ｍ（図５のように、位置Ｐ１とほぼ同じ高さ付近に位置する物体）でレーザ光Ｌ１’が反射したときには、図５と同様、反射光Ｌ２が偏向部４１に対して水平方向又はそれに近い方向に入り込み、この反射光が偏向部４１で反射したときには中心軸４２ａ上の焦点位置に向けて集光されつつ上方に導かれることになる。そして、凹面鏡７２に水平に入り込んできた光は、図９の位置Ｐ２を焦点として集光されるようになっているため、物体Ｍでの反射によって生じた反射光Ｌ２（偏向部４１に対して水平に入射する反射光）は、特に中心位置Ｐ２付近で受光されることになる。この構成では、図９のように偏向部４１が前方を向いているとき（レーザ光Ｌ１の照射の中心方向が前後方向であるとき）において中心位置Ｐ２の受光素子２２１ｂの受光量が最も大きいときには、検出物体が位置Ｐ１の前方（０°の角度方向）にあり、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を通り中心軸４２ａと直交する平面を水平面としたときの位置Ｐ１を基点とする仰角））が図５と同様の第１レベル（第１範囲（例えば０°））にあることがわかる。
【００６１】
また、図９のようにレーザ光が照射される場合（即ち、図５〜図７と同様に前方にレーザ光が照射される場合）において、例えば、図６と同様の場合、物体Ｍと位置Ｐ１とを結ぶ線と水平面とのなす角度（位置Ｐ１を通り中心軸４２ａと直交する平面を水平面としたときの位置Ｐ１を基点とする仰角）が図５よりも大きい所定範囲にある検出面上の物体Ｍ（即ち、位置Ｐ１から見て前方斜め上に位置する物体）でレーザ光Ｌ１’が反射したときには、図６と同様、反射光Ｌ２は偏向部４１に対して斜め上方側から入り込み、この反射光が偏向部４１で反射したときには中心軸４２ａから前方側（受光センサ２２０とは反対側）に外れた焦点位置に向けて集光されつつ上方に導かれることになる。そして、このように導かれた反射光Ｌ２がミラー３０の反射面３０ａで反射したときには、上記受光基準平面（仮想平面）での当該反射光Ｌ２の入射位置は位置Ｐ２のときよりも下方にシフトする。この場合、受光センサ２２０が、図１０（Ａ）のような姿勢となっていることを条件として、位置Ｐ２（回動軸Ｘ１上の位置）よりも下方の受光素子２２１ｃ付近で受光されることになる。従って、図９のように偏向部４１が前方を向いているときに受光センサ２２０が図１０（Ａ）のような回動位置となり且つその回動位置で受光素子２２１ｃの受光量が最も大きくなったときには、検出物体が前方（０°の角度方向）にあり、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を通り中心軸４２ａと直交する平面を水平面としたときの位置Ｐ１を基点とする物体Ｍまでの仰角））が図６と同様の第２レベル（図５のときよりも大きいレベルである第２範囲（例えば０°よりも大きく９０°よりも小さい正の角度））にあることがわかる。なお、このような場合において受光素子２２１ｂ、２２１ｃのいずれでも受光レベルが高い場合に、物体が上記第１範囲と第２範囲の間の範囲に存在すると判断してもよい。
【００６２】
また、図９のようにレーザ光が照射される場合（即ち、図５〜図７と同様に前方にレーザ光が照射される場合）において、例えば図７と同様の場合、物体Ｍと位置Ｐ１を結んだ線と位置Ｐ１を通る水平面とのなす角度（位置Ｐ１を通り中心軸４２ａと直交する平面を水平面としたとき位置Ｐ１を基点とする物体Ｍまでの仰角）が図５よりも小さい所定範囲にある物体Ｍ（即ち、位置Ｐ１から見て前方斜め下に位置する物体）でレーザ光Ｌ１’が反射したときには、図７と同様、反射光Ｌ２は偏向部４１に対して斜め下方側から入り込み、この反射光が偏向部４１で反射したときには中心軸４２ａから後方側（受光センサ２２０側）に外れた焦点位置に向けて集光されつつ上方に導かれることになる。そして、このように導かれた反射光Ｌ２がミラー３０の反射面３０ａで反射したときには、受光基準平面（仮想平面）での当該反射光Ｌ２の入射位置が位置Ｐ２よりも上方にシフトする。この場合、受光センサ２２０が、図１０（Ａ）のような姿勢となっていることを条件として、位置Ｐ２（回動軸Ｘ１上の位置）よりも下方の受光素子２２１ａ付近で受光されることになる。従って、図９のように偏向部４１が前方を向いているときに受光センサ２２０が図１０（Ａ）のような回動位置となり且つこの回動位置のときに受光素子２２１ａの受光量が最も大きいときには、検出物体が前方（０°の角度方向）にあり、検出物体の高さ方向の方位（物体Ｍと位置Ｐ１を結んだ線と、位置Ｐ１を通る水平面とのなす角度（位置Ｐ１を通り中心軸４２ａと直交する平面を水平面としたとき位置Ｐ１を基点とする物体Ｍまでの仰角））が図７と同様の第３レベル（図５のときよりも小さい第３範囲（例えば０°よりも小さく−９０°よりも大きい負の角度））にあることがわかる（なお、ここでは水平面よりも下向きの傾斜については負の角度としている）。このような場合において受光素子２２１ａ、２２１ｂのいずれでも受光レベルが高い場合に、物体が上記第１範囲と第３範囲の間の範囲に存在すると判断してもよい。
【００６３】
また、偏向部４１の回転角度が更に変化すると、その変化した回転角度での新たな検出面（変化した回転角度でのレーザ光Ｌ１の中心方向と偏向部４１の回転中心とを通る新たな面）に沿って返ってくる反射光が上記受光基準平面（仮想平面）に入射する入射領域は、変化前の上記ライン状の特定領域から若干回転したライン状の新たな特定領域に付近になる。例えば、偏向部４１が図９の状態から反時計回り（図９の装置を上方から見た場合の反時計回り）に４５°回転した場合、この回転角度では、レーザ光Ｌ１の照射の中心方向はＹ軸と直交する水平面の方向であって且つＸ軸に対し４５°傾いた方向となる。このときの検出面（レーザ光Ｌ１の照射の中心方向と中心軸４２ａを通る仮想的な面）は、ＸＹ平面に対して４５°傾いた面となり、当該検出面上に位置する物体から検出面に沿って返ってくる反射光は、受光基準平面（位置Ｐ２を通り回動軸Ｘ１と直交する仮想平面）において図１２の領域ＡＲ２のように斜め方向に長い領域（即ち、上述の領域ＡＲ１から４５°回転したライン状の領域）内に入り込むことになる。
【００６４】
この場合、受光センサ２２０の長手方向と受光エリアＡＲ２の長手方向が図１０（Ｂ）のように揃う位置関係となったときに、検出面上の物体から検出面に沿って偏向部４１に入り込んでくる各方向の反射光（例えば、斜め上方向からの反射光、水平方向からの反射光、斜め下方向からの反射光）を受光できるようになる。例えば、当該検出面上において位置Ｐ１とほぼ同じ高さに存在する物体でレーザ光Ｌ１が反射したときには、この物体から検出面に沿って偏向部４１に戻ってくる反射光は水平方向又はそれに近い方向となるため、この反射光が偏向部４１で反射したときには中心軸４２ａ上の焦点位置に向けて集光されつつ上方に導かれることになる。そして、凹面鏡７２に水平に入り込んできた光は、位置Ｐ２を焦点として集光されるため、この反射光は、特に中心位置Ｐ２付近で受光される。この場合、偏向部４１が４５°の回転角度（図９に示す基準角度（０°の回転角度）から反時計回りに４５°回転した角度）であって、受光センサ２２０が、図１０（Ｂ）のような回動位置にあり、受光素子２２１ｂでの受光量が最も大きいときには、物体が４５°の方向（偏向部４１が図９に示す基準角度（０°の回転角度）から反時計回りに４５°回転したときの検出面の方向）にあり、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角））が第１レベル（第１範囲（例えば０°））にあることがわかる。
【００６５】
また、このように偏向部４１が４５°の回転角度にある場合の上記検出面上において位置Ｐ１よりも相当高い位置に存在する物体でレーザ光Ｌ１が反射したときには、この物体から検出面に沿って偏向部４１に戻ってくる反射光は斜め上側から入り込む向き（斜め下向き）となる。この場合、受光基準平面（仮想平面）での当該反射光の入射位置は、図１２に示すような領域ＡＲ２において位置Ｐ１（即ち、回動軸Ｘ１上の位置）よりも斜め下にシフトする。この場合、受光センサ２２０が、図１０（Ｂ）のような姿勢となっていることを条件として、位置Ｐ２よりも斜め下方の受光素子２２１ｃ付近で受光されることになる。従って、偏向部４１が４５°の回転角度（図９に示す基準角度（０°の回転角度）から反時計回りに４５°回転した角度）であって、受光センサ２２０が、図１０（Ｂ）のような回動位置にあり、受光素子２２１ｃでの受光量が最も大きいときには、物体が４５°の方向（偏向部４１が図９に示す基準角度（０°の回転角度）から反時計回りに４５°回転したときの検出面の方向）にあり、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角））が上述の第１レベルよりも大きい第２レベル（第２範囲（例えば、０°よりも大きく９０°よりも小さい正の角度））にあることがわかる。なお、このような場合において受光素子２２１ｂ、２２１ｃのいずれでも受光レベルが高い場合に、物体が上記第１範囲と第２範囲の間の範囲に存在すると判断してもよい。
【００６６】
また、このように偏向部４１が４５°の回転角度にある場合の上記検出面上において位置Ｐ１よりも相当低い位置に存在する物体でレーザ光Ｌ１が反射したときには、この物体から検出面に沿って偏向部４１に戻ってくる反射光は斜め下側から入り込む向き（斜め上向き）となる。この場合、受光基準平面（仮想平面）での当該反射光の入射位置は、図１２に示すような領域ＡＲ２において位置Ｐ１（即ち、回動軸Ｘ１上の位置）よりも斜め上にシフトする。この場合、受光センサ２２０が、図１０（Ｂ）のような姿勢となっていることを条件として、位置Ｐ２よりも斜め上方の受光素子２２１ａ付近で受光されることになる。従って、偏向部４１が４５°の回転角度（図９に示す基準角度（０°の回転角度）から反時計回りに４５°回転した角度）であって、受光センサ２２０が、図１０（Ｂ）のような回動位置にあり、受光素子２２１ａでの受光量が最も大きいときには、物体が４５°の方向（偏向部４１が図９に示す基準角度（０°の回転角度）から反時計回りに４５°回転したときの検出面の方向）にあり、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角））が上述の第１レベルよりも小さい第３レベル（第３範囲（例えば、０°よりも小さく−９０°よりも小さい負の角度））にあることがわかる。なお、このような場合において受光素子２２１ａ、２２１ｂのいずれでも受光レベルが高い場合に、物体が上記第１範囲と第３範囲の間の範囲に存在すると判断してもよい。
【００６７】
このように、本実施形態では、検出面（空間に照射されるレーザ光の中心方向と偏向部の回転中心とを含む面）に対応するように、当該検出面に沿って返ってくる反射光を上記受光基準平面（仮想平面）上で受光し得る領域がライン状に構成されるようになっており、偏向部４１の回転角度が徐々に変化し、検出面が徐々に回転すると、その検出面の回転角度（即ち、偏向部の回転角度）に対応するように、検出面に沿った反射光を受光し得る領域（ライン状の領域）も受光基準平面（仮想平面）にて回転することになる（図１２参照）。本発明では、このような原理に基づき、受光基準平面（仮想平面）上で受光センサ２２０の受光領域（ライン状の受光領域）を回動させるように複数の受光素子２２１ａ〜２２１ｃを一体的に変位させ、回動するライン状の受光領域の姿勢が、上記検出面に対応する姿勢（即ち、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）で代表されるように検出面に沿った反射光を受光し得るように方向が揃った姿勢）になった場合には、検出面に沿った各方向からの反射光を受光できるようになっている。そして、このようなライン状の受光領域内での反射光の受光位置と、ライン状の受光領域の姿勢（即ち、回動軸Ｘ１を中心とする受光センサ２２０の回動位置）とに基づいて受光基準平面（仮想平面）での反射光（上記検出面に沿った反射光）の入射位置を特定することができるため、検出面上に位置する物体の仰角（高さ方向の方位）或いは物体の高さを特定できるようになる。
【００６８】
なお、上記のような構成では、例えば、偏向部４１の回転角度と、受光センサ２２０の回動角度と、受光素子の位置との組み合わせに対応付けて検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角））を特定するようなテーブルを用意したり、或いは、偏向部４１の回転角度と、受光センサ２２０の回動角度と、受光素子の位置とをパラメータとして検出物体の高さ方向の方位を算出するような演算式を用意しておき、図示しない記憶部に記憶しておけば、測定時に偏向部４１の回転角度と、受光センサ２２０の回動角度と、受光素子の位置とを検出することで即座に検出物体の高さ方向の方位を算出できるようになる。なお、図１０、図１１等では、受光素子数を少なくしてシンプルな構成としているが、受光素子数を多くして多数個の列とすれば、各回転角度において、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角））をより精密に検出することができる。
【００６９】
なお、本実施形態では、受光センサ２２０及びモータ２３０が光検出手段の一例に相当し、レーザ光Ｌ１が外部空間の物体に当たって生じた反射光が偏向部に入射するときの入射の向き及び偏向部の回転角度に対応して受光基準平面における前記反射光の入射位置が定まるように構成され、回動する受光領域が反射光の経路上に位置するときに当該反射光を受光するように機能する。
【００７０】
また、制御回路９０が方位検出手段の一例に相当し、レーザ光Ｌ１が物体に当たって生じた反射光が受光領域にて受光されたとき、当該反射光を受光した受光素子の位置と、モータ２３０によって駆動される受光領域の回動位置と、偏向部４１の回転角度とに基づいてその物体（当該反射光を生じさせた物体）の方位を検出するように機能する。
【００７１】
以上のような本実施形態の構成でも、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
更に本実施形態では、ライン状の受光領域の姿勢が、上記検出面に対応する姿勢（即ち、検出面に沿った反射光を受光し得る姿勢）になったとき、その受光領域では検出面に沿って返ってくる反射光が選択的に受光されることになり、検出面から外れた位置からの光が受光され難くなるため、検出対象方向以外からの外乱光に起因するノイズをより確実に排除することができ、上記ノイズに起因する誤検出等を効果的に抑えることができる。なお、このようにせずに、例えば受光基準平面（仮想平面）に受光素子をマトリックス状に配置するように受光センサを固定構造とし、検出面からの反射光を受光する領域（図１２のように変化する各領域）だけを選択的にオン状態とする方法も別例として想定されるが、この場合、受光素子を選択的のオンオフする際に電源ノイズが発生し、それらは実際の検出領域に悪影響を与えることが懸念される。また、光の速さに比べ、電源のスイッチング速度は遅いため、測距時にタイミングよく電源制御を行うのは困難である。これに対し、本実施形態の構成では、このような問題を確実に解消することができる。
【００７２】
また、本実施形態では、回動手段は、受光基準平面と直交する回動軸Ｘ１を中心とした所定の回動範囲で複数の受光素子２２１ａ〜２２１ｃを一体的に往復動させるように構成されている。そして、回動手段による複数の受光素子の往復動の周期が、モータ５０（駆動手段）による偏向部４１の回転周期よりも大きくなっている。この構成によれば、複数の受光素子２２１ａ〜２２１ｃの回動と偏向部４１の回転を同期させる必要が無く、複数の受光素子２２１ａ〜２２１ｃの回動周期と偏向部４１の回転周期を何らかの方法で緻密に制御するといったことが不要となり、それぞれを独立して自由度高く制御した上で三次元的な検出を行うことができる。例えば、複数の受光素子２２１ａ〜２２１ｃの回動とは別個独立して偏向部４１の速度を上げれば、受光センサが滞在する１角度あたりの測距回数が増え、例えば同じ測距角度で複数回測定を行い加重平均等によって距離精度向上を図るといったことも可能になる。このように、本実施形態の構成は検出距離精度向上に繋がりやすい有利な構成であるといえる。
【００７３】
［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。
【００７４】
上記実施形態では、受光素子の一例として、アバランシェフォトダイオードを例示したが、これ以外のフォトダイオード等、他の公知の光電変換素子でもよい。また、受光素子の形状、機能、配列も上記構成に限られるものではなく、公知の面受光器(エリアセンサ、画像センサ等)のような構成であってもよい。例えば、第１実施形態のようにマトリックス構成とする場合、列数、行数は限定されない。また、第２実施形態のようにライン状に構成する場合、所定形状の複数の受光素子を一列に並べた構成であってもよく、２列、３列等の複数列に並べた構成でライン状（長手状）に構成してもよい。
【００７５】
上記構成では、レーザダイオード１０とレンズ６０によって投光手段を構成した例を示したが、このような構成に限られるものではない。例えば図１３のように投光手段を構成してもよい。図１３の構成では、投光手段以外は第１実施形態の図２の同様であり、この構成では、レーザダイオード１０から前方側に照射され、レンズ６０によってコリメートされたレーザ光をミラー７０によって反射することで、レーザＬ１を中心軸４２ａの方向に導いている（なお、図１３では、レーザダイオード１０とミラー７０の間に介在するレンズ６０を省略している）。
【００７６】
上記実施形態では、凸状鏡７１の周囲に凹面鏡７２が配置された例を示したが、凹面鏡７２に代えて平面鏡が配置されていてもよい。即ち、凸状鏡７１の周囲の部分が平坦な鏡として構成され、反射面が中心軸４２ａに対して傾斜（例えば４５°の角度で傾斜）するように配置されていてもよい。
【００７７】
上記構成では、拡散手段の一例として凸状鏡７１を例示したが、拡散手段はこのような構成に限られるものではない。例えば、図１４のように拡散手段を構成してもよい。図１４（Ａ）は、レンズ６０を左右から見た図（側方から見た図）であり、図１４（Ｂ）は、レンズ６０を前後から見た図である。この構成では、レンズ６０から光が、前後にやや広がりなら照射され、且つ左右方向は拡がらずに平行光とされる例を示している。このレンズ６０では、一枚目のレンズ６０ａによって前後方向の広がりを抑えてコリメートしており、二枚目のレンズ６０ｂでは、左右方向の広がりを抑えてコリメートしている。二枚目のレンズ６０ｂでは、前後方向の広がりを抑えずにやや拡散している。
【符号の説明】
【００７８】
１…レーザレーダ装置
１０…レーザダイオード（レーザ光源、投光手段）
２０，２２０…受光センサ（光検出手段）
２１，２２１ａ〜２２１ｃ…受光素子
３０…ミラー（反射部材）
３０ａ…反射面
３２…貫通孔
４０…回転反射装置（回転偏向手段）
４１…偏向部
４２ａ…中心軸
５０…モータ（駆動手段）
６０…レンズ（投光手段）
７０…ミラー（投光手段）
７１…凸状鏡（拡散手段）
７２…凹面鏡
９０…制御回路（方位検出手段）
２３０…モータ（回動手段、光検出手段）
【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】
レーザレーダ装置の分野では、特許文献１のような水平スキャン方式の構成が広く提供されている。例えば、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。しかしながら、このような一般的な水平スキャン方式のものでは、検出領域が平面に限定されてしまうという問題があり、走査平面から外れた領域については検出不能となってしまう。従って、走査平面から外れた物体は検出することができず、また、走査平面内に物体が存在する場合であってもその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】
【０００３】
【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２００４−１５７０４４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、三次元的な検出を行おう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。
【０００５】
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構成では、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。
【０００６】
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。
【０００７】
一方、特許文献３には、レーザ光源（２）からのレーザ光を走査ミラー（４）で走査すると共に、走査領域からの反射光を、多数の受光素子がマトリックス状に配列された受光素子アレイ（８）によって受光するように構成された走査型レーザレーダが開示されている。この構成では、ＭＥＭＳ技術を用いて走査ミラー（４）を制御しており、特許文献２の構成と比較すると三次元的な認識に寄与する要素を小型化、軽量化し得る構成となっている。しかしながら、特許文献３で開示される走査型レーザレーダは、回転可能な偏向部を備えた構成ではなく、装置の周囲に亘ってレーザスキャンを行い得るものではなかった。そして、この構成では、三次元的な認識に際して走査ミラー（４）を機械的に且つ複雑に動作させなければならず、走査ミラー（４）の駆動動作を高速に行うことには限界があった。また、仮に、回転可能な偏向部を用いて装置周囲のレーザスキャンを行う構成のものにおいて、特許文献３のようなレーザ光制御を適用したとしても、偏向部の回転に対応させて走査ミラー（４）を制御することが難しいため、特許文献２と同様の問題を抱えることになり、偏向部の高速化を図ろうとする場合にはこの問題が一層顕著となってしまう。
【０００８】
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、駆動制御の複雑化を抑え、三次元的な認識の高速化を図り得る構成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】
【０００９】
第１の発明は、レーザ光を発生させるレーザ光源を備え、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を所定の中心軸に沿って導く投光手段と、
前記中心軸を中心として回転可能に構成された偏向部と、前記偏向部を駆動する駆動手段とを備えると共に、前記駆動手段により前記偏向部を回転させつつ前記中心軸に沿って導かれたレーザ光を前記偏向部によって外部空間に向けて偏向させ、且つ当該レーザ光が外部空間の物体で反射して生じる反射光を前記偏向部によって当該偏向部へのレーザ光の入射側に偏向する回転偏向手段と、
前記偏向部に向けて前記中心軸に沿って導かれるレーザ光の経路の途中に配置されると共に、前記中心軸に沿って導かれるレーザ光を通過させる貫通孔が形成され、前記中心軸の方向に対して傾斜した反射面を有する反射部が前記偏向部側に形成されており、前記偏向部で偏向された外部空間からの前記反射光を前記反射部によって前記中心軸から外れた側に反射する反射部材と、
複数の受光素子が二次元的に配置された受光領域を備えると共に、前記中心軸と平行な方向を上下方向としたときの当該上下方向における前記投光手段と前記偏向部の間の領域において前記反射部によって前記反射光が反射される側に配置され、前記反射部によって導かれた前記反射光を前記受光領域にて受光する光検出手段と、
前記レーザ光源から外部空間に照射されるまでのレーザ光の投光経路に配置され、前記偏向部から外部空間に向かうレーザ光を少なくとも前記中心軸の方向に拡がらせる拡散手段と
を備え、
前記外部空間からの前記反射光が前記偏向部に入射するときの入射の向きに対応して前記受光領域での前記反射光の入射位置が定まるように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、レーザ光を発生させるレーザ光源を備え、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を所定の中心軸に沿って導く投光手段と、
前記中心軸を中心として回転可能に構成された偏向部と、前記偏向部を駆動する駆動手段とを備えると共に、前記駆動手段により前記偏向部を回転させつつ前記中心軸に沿って導かれたレーザ光を前記偏向部によって外部空間に向けて偏向させ、且つ当該レーザ光が外部空間の物体で反射して生じる反射光を前記偏向部によって当該偏向部へのレーザ光の入射側に偏向する回転偏向手段と、
前記レーザ光源から前記偏向部までのレーザ光の経路又は前記偏向部において当該レーザ光を拡散させることで、前記偏向部から外部空間に向かうレーザ光を少なくとも前記中心軸の方向に拡がらせる拡散手段と、
ライン状の受光領域を構成する複数の受光素子と、前記受光領域が所定の受光基準平面上を回動するように前記複数の受光素子を一体的に変位させる回動手段と、を備え、前記外部空間からの前記反射光が前記偏向部に入射するときの入射の向き及び前記偏向部の回転角度に対応して前記受光基準平面における前記反射光の入射位置が定まるように構成され、回動する前記受光領域が前記反射光の経路上に位置するときに当該反射光を受光する光検出手段と、
前記反射光が前記受光領域にて受光されたとき、当該反射光を受光した受光素子の位置と、前記受光領域の回動位置と、前記偏向部の回転角度とに基づいて少なくとも前記物体の方位を検出する方位検出手段と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明では、偏向部の中心軸に沿ってレーザ光を入射させ、この中心軸を中心として偏向部を回転駆動することで偏向部の周囲においてレーザ光の走査を行う構成のものにおいて、レーザ光源から外部空間に照射されるまでのレーザ光の投光経路において拡散手段が配置されており、この拡散手段により、偏向部から外部空間に向かうレーザ光を少なくとも中心軸の方向に拡がらせている。そして、外部空間からの反射光が偏向部に入射するときの入射の向きに対応して受光領域での反射光の入射位置が定まるように構成されている。
この構成では、偏向部からのレーザ光が高さ方向（以下、中心軸と平行な方向を高さ方向ともいう）に拡がりながら外部空間に照射されることになるため、このようなレーザ光を外部空間に存在する様々な高さの物体に当てることができるようになり、様々な高さの物体からの反射光を装置内の偏向部で受けつつ光検出手段に導くことができる。また、この構成では、外部空間の物体にレーザ光が当ったときには、その物体からの反射光が偏向部に取り込まれるときの入射の向きが当該物体の仰角（高さ方向の方位）に対応する向きとなるが、この入射の向きに対応して受光領域での反射光の入射位置が定まるように構成されているため、偏向部の回転位置（回転角度）に基づいて物体の水平方向の方位を特定できることは勿論のこと、受光領域での反射光の入射位置を検出することで、物体の仰角（高さ方向の方位）或いは物体の高さを特定できるようになる。
特にこの構成では、複雑なモータ動作やＭＥＭＳ技術を用いてレーザ光を変化させなくても、受光信号に基づく電気的な処理によって外部物体の高さ方向の方位を検出できるようになるため、機械的な動作に起因する動作負荷や検出の低速化を伴うことなく外部空間での三次元的な認識が可能となる。
【００１２】
請求項２の発明でも、偏向部からのレーザ光が高さ方向（以下、中心軸と平行な方向を高さ方向ともいう）に拡がりながら外部空間に照射されることになるため、このようなレーザ光を外部空間に存在する様々な高さの物体に当てることができるようになり、様々な高さの物体からの反射光を装置内の偏向部で受けつつ光検出手段に導くことができる。
更に、本発明では、外部空間の物体にレーザ光が当ったときには、その物体からの反射光が偏向部に取り込まれるときの入射の向きが当該物体の仰角（高さ方向の方位）に対応する向きとなり、この入射の向きと、そのときの偏向部の回転角度に対応して受光基準平面での反射光の入射位置が定まるように構成されている。つまり、偏向部の回転角度と受光基準平面での入射位置が特定できれば、物体の水平方向の方位を特定できることは勿論のこと、物体の仰角（高さ方向の方位）或いは物体の高さを特定できるようになる。
より具体的に説明すると、偏向部がある回転角度となっているときのレーザ光の中心方向（拡散するレーザ光の中心となる光軸方向）と偏向部の回転中心（中心軸）とを含む仮想面を検出面とした場合、拡散されたレーザ光が物体に照射されて生じる反射光のうち、当該検出面に沿って返ってくる反射光（即ち、検出面の方向の物体から返ってくる反射光）は上記受光基準平面においてライン状の特定領域に付近に入射することになる。そして、偏向部の回転角度が更に変化すると、その変化した回転角度での新たな検出面（変化した回転角度でのレーザ光の中心方向と偏向部の回転中心とを含む新たな面）に沿って返ってくる反射光が上記受光基準平面に入射する入射領域は、変化前の上記ライン状の特定領域から若干回転したライン状の新たな特定領域に付近になる。このように、検出面（空間に照射されるレーザ光の中心方向と偏向部の回転中心とを含む面）に対応するように、当該検出面に沿って返ってくる反射光を上記受光基準平面上で受光し得る領域がライン状に構成されるようになっており、偏向部の回転角度が徐々に変化し、検出面が徐々に回転すると、その検出面の回転角度（即ち、偏向部の回転角度）に対応するように、検出面に沿った反射光を受光し得る領域（ライン状の領域）も受光基準平面上で回転することになる。本発明では、このような原理に基づき、受光基準平面上でライン状の受光領域を回動させるように複数の受光素子を一体的に変位させている。従って、その回動するライン状の受光領域の姿勢が、上記検出面に対応する姿勢（即ち、検出面に沿った反射光を受光し得る姿勢）になり、検出面に沿った反射光の受光経路上に位置するときには当該反射光（検出面に沿った反射光）を受光することができるようになる。そして、このようなライン状の受光領域内での反射光の受光位置と、ライン状の受光領域の姿勢（即ち、受光領域の回動位置）とに基づいて受光基準平面での反射光（上記検出面に沿った反射光）の入射位置を特定することができるため、検出面上に位置する物体の仰角（高さ方向の方位）或いは物体の高さを特定できるようになる。
更に、本発明では、ライン状の受光領域の姿勢が、上記検出面に対応する姿勢（即ち、検出面に沿った反射光を受光し得る姿勢）になったとき、その受光領域では検出面に沿って返ってくる反射光が選択的に受光されることになり、検出面から外れた位置からの光が受光され難くなるため、検出対象方向以外からの外乱光に起因するノイズをより確実に排除することができ、上記ノイズに起因する誤検出等を効果的に抑えることができる。
【００１３】
請求項３の発明では、回動手段は、受光基準平面と直交する回動軸を中心とした所定の回動範囲で複数の受光素子を一体的に往復動させるように構成されている。そして、回動手段による複数の受光素子の往復動の周期が、駆動手段による偏向部の回転周期よりも大きくなっている。
【００１４】
請求項４の発明では、偏向部において、貫通孔を通過したレーザ光が入射する位置に凸状の反射面が配され、凸状の反射面により貫通孔を通過したレーザ光を少なくとも中心軸の方向に拡がらせつつ外部空間に向けて反射する凸状鏡と、凸状鏡の周囲に配置される平面鏡又は凹面鏡とが設けられている。そして、凸状鏡が拡散手段として構成されている。
この構成によれば、偏向部の一部によって拡散手段を構成することができるため、別途拡散手段を設ける構成と比較して部品点数の削減を図ることができ、装置内に各部品を配置する上でスペース的に有利となる。
また、凸状鏡による拡散とすれば、投光過程ではレーザ光が偏向部に入射するときの入射領域を小さくしやすいため、凸状鏡の領域を小さくしやすく、相対的に平面鏡又は凹面鏡の領域を大きく確保しやすくなる。つまり、反射光をより多く光検出手段側に取り込むことができ、受光感度を高めやすくなる。特に、本構成のような出力光（レーザ光源からのレーザ光）と入力光（外部物体からの反射光）が同じ偏向部を経由することになる同軸系の構成では、上述のように出力光ために必要とする面積を小さくできるようにすると、そうでない構成において同サイズの偏向部を用いた場合と比較して相対的に受光感度が高めることができ、非常に有用である。
【００１５】
請求項５の発明では、偏向部及び反射部材を中心軸の方向に平面視したときに凸状鏡の外形及び貫通孔の外形が略円形となる構成をなし且つ凸状鏡の外形の径が貫通孔の径以下の大きさとなるように構成されている。
貫通孔の径よりも凸状鏡の外形の径を大きくすると、投光過程でのレーザ光が凸状鏡の外縁付近の領域に入射しない、或いは外縁付近の領域での入射量が極めて小さくなり、当該領域が投光に寄与しない可能性が高くなる。一方、凸状鏡の外縁付近は反射光（物体からの反射光）の検出に寄与しない可能性も高いため、領域の無駄が生じる虞がある。しかしながら、上記構成によれば、相対的に平面鏡又は凹面鏡の領域を大きく確保することができ、領域の無駄を極力抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、第１実施形態に係るレーザレーダ装置の全体構成を概略的に例示する断面図である。
【図２】図２は、図１のレーザレーダ装置の要部を拡大して具体的に示す拡大図である。
【図３】図３は、図１のレーザレーダ装置で用いる偏向部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で用いる受光センサを例示する正面図である。
【図５】図５は、図１のレーザレーダ装置の検出原理を説明する説明図であり、外部空間の物体の向き（仰角）が第１レベル（第１範囲）にあるときの検出の様子を示すものである。
【図６】図６は、図１のレーザレーダ装置の検出原理を図５と比較して説明する説明図であり、外部空間の物体の向き（仰角）が第２レベル（第２範囲）にあるときの検出の様子を示すものである。
【図７】図７は、図１のレーザレーダ装置の検出原理を図５、図６と比較して説明する説明図であり、外部空間の物体の向き（仰角）が第３レベル（第３範囲）にあるときの検出の様子を示すものである。
【図８】図８は、家の周囲を検出エリアとしたときの検出対象を例示する説明図である。
【図９】図９は、第２実施形態に係るレーザレーダ装置の全体構成を概略的に例示する断面図である。
【図１０】図１０（Ａ）〜（Ｄ）は、受光センサの回動の様子を順番に示す説明図である。
【図１１】図１１（Ａ）〜（Ｄ）は、図１０（Ａ）〜（Ｄ）に続く受光センサの回動の様子を順番に示す説明図である。
【図１２】図１２は、変化する各検出面に沿った反射光が入射する受光基準平面（仮想平面）上の位置を説明する説明図である。
【図１３】図１３は、図１、図９のレーザレーダ装置の変更例１を説明する説明図である。
【図１４】図１４は、図１、図９のレーザレーダ装置の変更例２を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
[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。
（全体構成）
まず、図１、図２を参照して第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説明する。図１は、第１実施形態に係るレーザレーダ装置の全体構成を概略的に例示する断面図であり、図２は、図１のレーザレーダ装置の要部を拡大して具体的に示す拡大図である。なお、図１では、受光センサ２０の受光側の面の中心位置と中心軸４２ａとを通るようにレーザレーダ装置１を中心軸４２ａに沿って切断した切断面を概略的に示している。また、図２では、レーザレーダ装置１の一部の部品のみを示しており、レンズ６０についても省略して示している。
【００１８】
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を受光する受光センサ２０とを備え、外部空間に存在する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。
【００１９】
本明細書では、中心軸４２ａと平行な方向を上下方向（縦方向、高さ方向）としており、レーザダイオード１０が配される側を上方側、偏向部４１が配される側を下方側としている。また、中心軸４２ａと直交し且つ受光センサ２０の受光側の面の中心Ｐ２を通る仮想線Ｘ１と平行な方向を前後方向とし、受光センサ２０において受光素子が面する側を前側、それとは反対側を後側としている。更に、上記上下方向と直交する方向を左右方向（横方向）としている。なお、以下の説明では、前後方向をＸ軸方向、上下方向をＹ軸方向、左右方向をＺ軸方向として説明する。
【００２０】
レーザダイオード１０は、「レーザ光源」の一例に相当するものであり、制御回路９０の制御により、図示しない駆動回路からパルス電流を受け、このパルス電流に応じたパルスレーザ光（レーザ光Ｌ１）を間欠的に出射している。なお、本実施形態では、レーザダイオード１０から偏向部４１に至るまでのレーザ光を符号Ｌ１にて概念的に示し、偏向部４１からのレーザ光をＬ１’で概念的に示している。また、外部空間の物体から後述する受光センサ２０に至るまでの反射光を符号Ｌ２にて概念的に示している。
【００２１】
受光センサ２０は、レーザダイオード１０からレーザ光Ｌ１が発生し、そのレーザ光Ｌ１が検出物体（図示略）にて反射したとき、その反射光Ｌ２を受光して電気信号に変換している。なお、外部空間（装置外の空間）の物体からの反射光については所定領域のものが偏向部４１に取り込まれる構成となっており、例えば図５では、符号Ｌ２で示す２つのライン（二点鎖線）間の領域の反射光が取り込まれる例を示している。
【００２２】
レーザダイオード１０から出射されるレーザ光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を平行光に変換している。なお、本実施形態では、レーザダイオード１０及びレンズ６０が「投光手段」の一例に相当し、レーザダイオード１０から出射されたレーザ光Ｌ１を所定の中心軸４２ａに沿って導くように機能している。
【００２３】
レンズ６０を通過したレーザ光Ｌ１の光路付近には、ミラー３０が設けられている。このミラー３０は、「反射部材」の一例に相当するものであり、偏向部４１に向けて中心軸４２ａに沿って導かれるレーザ光Ｌ１の経路の途中に配置されると共に、中心軸４２ａに沿って導かれるレーザ光Ｌ１を通過させる貫通孔３２が形成されており、中心軸４２ａの方向に対して所定角度で傾斜した反射面３０ａを有する反射部３１が偏向部４１側に形成されている。このミラー３０は、例えば全体として板状に構成されており、下方側の板面（下面）の部分が反射部３１として機能している。そして、このミラー３０は、レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１を貫通孔３２を介して通過させる一方、偏向部４１で上方側に反射された外部空間の物体（検出物体）からの反射光を反射部３１によって中心軸４２ａから外れた後方側に反射し、受光センサ２０に向けて導くように機能している。
【００２４】
また、ミラー３０を通過するレーザ光Ｌ１の光軸上には、回転反射装置４０が設けられている。回転反射装置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、この偏向部４１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、偏向部４１を回転駆動するモータ５０とを備え、モータ５０により偏向部４１を回転させつつ中心軸４２ａに沿って導かれたレーザ光Ｌ１を偏向部４１により外部空間に向けて偏向（反射）させ、且つ当該レーザ光が外部空間の物体で反射して生じる反射光を偏向部４１によって当該偏向部４１へのレーザ光の入射側（即ち、上方側）に偏向（反射）するように機能している。
【００２５】
偏向部４１は、ミラー３０を通過したレーザ光Ｌ１の光軸上に配置される反射面４１ａを備えると共に、中心軸４２ａ（所定の中心軸）を中心として回転可能とされており、この反射面４１ａにより（より詳しくは、後述する凸状鏡７１の外面により）レーザダイオード１０からのレーザ光Ｌ１をケース３外の空間に向けて偏向（反射）させ、且つケース３外の空間に存在する検出物体からの反射光Ｌ２を上記反射面４１ａ（より詳しくは、後述する凹面鏡７２の外面により）受光センサ２０に向けて偏向（反射）させる構成をなしている。
【００２６】
また、偏向部４１の回転中心となる中心軸４２ａの方向（即ち回転軸線の方向）は、ミラー３０を通過して当該偏向部４１に入射するレーザ光Ｌ１の方向と略一致しており、レーザ光Ｌ１が偏向部４１に入射する入射位置Ｐ１が中心軸４２ａ上の位置とされている。なお、偏向部４１の具体的構成については、後に詳述する。
【００２７】
モータ５０は、「駆動手段」の一例に相当するものであり、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を回転駆動している。このモータ５０は、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おり、制御回路９０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。
【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。
【００２９】
また、レーザレーダ装置１では、レーザダイオード１０、受光センサ２０、ミラー３０、レンズ６０、回転反射装置４０、モータ５０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。このケース３は、主ケース部５と透過板８０とを備えており、全体として箱状に構成されている。主ケース部５は、上壁部５ａ及び下壁部５ｂが上下に対向して配置され、前壁部５ｃ及び後壁部５ｄが前後に対向して配置され、図示しない側壁部が左右に対向して配置されており、一部が導光可能に開放された箱状形態をなしている。
【００３０】
この主ケース部５は、偏向部４１の周囲に、レーザ光Ｌ１及び外部物体からの反射光の通過を可能とする窓部４が形成されている。この窓部４は、主ケース部５において光の出入りを可能とするように開口した部分であり、主ケース部５の前壁部５ｃから両側壁部５ｅ、５ｆに亘って溝状に形成されている。そしてこの開口形態の窓部を閉塞するように透過板８０が設けられている。透過板８０は、例えば、透明の樹脂板、ガラス板などによって構成されており、偏向部４１の周囲の周方向所定領域に亘り、レーザ光Ｌ１の走査経路上に配される窓部４を閉塞する構成で配置されている。
【００３１】
次に、偏向部４１について詳述する。
図３は、図１のレーザレーダ装置で用いる偏向部を例示する斜視図である。
偏向部４１は、図３のような形状をなしており、貫通孔３２を通過したレーザ光が入射する位置に配置される凸状鏡７１と、この凸状鏡７１の周囲に配置される凹面鏡７２とを備えている。このうち、凸状鏡７１は、斜め上方に凸となるように外面（反射面７１ａ）が湾曲して構成されており、貫通孔３２を通過して当該凸状鏡７１に入射するレーザ光Ｌ１をその湾曲した反射面７１ａによって少なくとも中心軸４２ａの方向に拡がらせつつ（即ち高さ方向に拡がらせつつ）外部空間に向けて反射している。
【００３２】
なお、この構成では、凸状鏡７１が「拡散手段」の一例に相当し、レーザダイオード１０から外部空間に照射されるまでのレーザ光Ｌ１の投光経路に配置され、偏向部４１から外部空間に向かうレーザ光を少なくとも中心軸４２ａの方向に拡がらせるように機能する。
【００３３】
偏向部４１は、所定方向（図３に示すＶ１の方向）を長手方向とし、他の所定方向（例えば、上記長手方向と直交する方向）を幅方向とするように長手状に構成されており、図３の例では、Ｗ１の方向が幅方向となっている。そして、凸状鏡７１は、入射するレーザ光Ｌ１を、幅方向（Ｗ１の方向）と直交し且つ中心軸４２ａの方向を通る仮想的な垂直面（検出面）に沿うように、且つ中心軸４２ａと直交し且つ入射位置Ｐ１を通る仮想的な水平面に沿うようにレーザ光を上下方向および幅方向に拡散させつつ照射している。この構成では、上記両平面（仮想的な水平面及び仮想的な垂直面（検出面））が交差する交差線の方向が位置Ｐ１からの照射の中心方向となっており、この照射の中心方向から上下方向にやや拡がりながらレーザ光Ｌ１’が照射されるようになっている。なお、図２の例では、矢印Ｆの方向が照射の中心方向となっている。なお、反射面７１ａを円筒状面とすれば照射の中心方向からの幅方向の広がりを抑えることができ、反射面７１ａを球面として構成すれば照射の中心方向から幅方向にもやや広がることとなる。
【００３４】
また、上記偏向部４１では、当該偏向部４１を上記仮想的な垂直面（幅方向（Ｗ１の方向）と直交し且つ中心軸４２ａの方向を通る仮想的な垂直平面）で切断したときの凸状鏡７１の外面（反射面７１ａ）の外形においてレーザ光入射位置Ｐ１での接線は中心軸４２ａとのなす角度θが一定角度（例えば４５°）となるように配置されており、モータ５０の駆動力を受けたときにこの角度θを一定角度で維持しつつ回転するようになっている。従って、位置Ｐ１からの照射の中心方向は、位置Ｐ１を通る水平面上を移動することとなり、位置Ｐ１から照射されるレーザ光Ｌ１’は、位置Ｐ１を基点としてこの水平面の上方及び下方に所定角度θ１で拡がるようになっている。
【００３５】
凸状鏡７１の周囲に配置される凹面鏡７２は、公知の凹面鏡として構成されており、上記照射の中心方向に光が入射してくるときには、この入射する光を中心軸４２ａ上の所定の焦点位置に向けて集光するように構成されている。また、上記仮想的な垂直面に沿うように且つ水平方向に対して傾斜した方向の光が入射してくるときには、この入射する光を、上記仮想的な垂直面上における中心軸４２ａから外れた焦点位置に向けて集光するように構成されている。
【００３６】
更に、上記構成では、偏向部４１及びミラー３０を中心軸４２ａの方向に平面視したときに凸状鏡７１の外形及び貫通孔３２の外形が略円形となる構成をなしており、且つ凸状鏡７１の外形の径が貫通孔３２の径以下の大きさとなるように構成されている。
【００３７】
次に、受光センサ２０について詳述する。
図４は、図１のレーザレーダ装置で用いる受光センサを例示する正面図である。
受光センサ２０は、「光検出手段」の一例に相当するものであり、前方側（ミラー３０側）の外面が「受光側の外面」とされており、この外面側には、図４のように複数の受光素子２１（受光素子２１ａ〜２１ｉ）が二次元的に配置された受光領域が設けられている。この受光センサ２０は、上下方向（中心軸４２ａと平行な方向）においてレーザダイオード１０及びレンズ６０からなる投光手段の下方側の領域に配置され、偏向部４１の上方側の領域に配置されている。このように投光手段の下方且つ偏向部４１の上方の中間位置に配置されると共に、更に反射部３１によって反射光（外部空間の物体からの反射光）が反射される側（即ち、反射部３１の後方側）に配置され、反射部３１によって導かれた前記反射光を受光領域にて受光するように構成されている。
【００３８】
受光素子２１は、例えばアバランシェフォトダイオードによって構成されており、受光センサ２０は、このような受光素子２１を複数行且つ複数列に配置したマトリックス状とされている。図１の構成では、受光センサ２０の受光側の面が、ＹＺ平面に沿うように当該ＹＺ平面と平行に配置されている。また、上記受光素子２１は、上述の前後方向と直交する所定平面上に並ぶように配列されている。
【００３９】
次に、検出原理について説明する。
レーザレーダ装置１では、外部空間からの反射光が偏向部４１に入射するときの入射の向きに対応して受光センサ２０の受光領域での当該反射光の入射位置が定まるように構成されている。例えば、図５のように、位置Ｐ１からの照射の中心方向が前方側となる場合、位置Ｐ１を通る水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角）が所定範囲にある物体Ｍでレーザ光Ｌ１’が反射したときには、図５のように反射光Ｌ２が偏向部４１に対して水平方向又はそれに近い方向に入り込み、この反射光が偏向部４１で反射したときには中心軸４２ａ上の焦点位置に向けて集光されつつ上方に導かれることになる。一方、ミラー３０の反射面３０ａは、上下方向及び前後方向とのなす角度が４５°の面として構成され、中心軸４２ａに対して４５°で傾斜しており、中心軸４２ａと直交する前後方向の仮想線上に受光センサ２０の中心位置Ｐ２が位置しているため、偏向部４１に対して水平に入射する反射光Ｌ２は、特に中心位置Ｐ２付近で受光されることになる。このような構成では、偏向部４１が前方を向いているときに中心位置Ｐ２の受光素子２１ｅの受光量が最も大きいときには、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角））が第１レベル（第１範囲）にあることがわかる。
【００４０】
また、位置Ｐ１からの照射の中心方向が前方側となる場合において、図６のように、物体Ｍと位置Ｐ１とを結ぶ線と水平面とのなす角度（位置Ｐ１を通り中心軸４２ａと直交する平面を水平面としたときの位置Ｐ１を基点とする仰角）が図５よりも大きい所定範囲（正の範囲）にある物体Ｍでレーザ光Ｌ１’が反射したときには、図６のように反射光Ｌ２は偏向部４１に対して傾斜した上方側から入り込み、この反射光が偏向部４１で反射したときには中心軸４２ａから前方側（受光センサ２０とは反対側）に外れた焦点位置に向けて集光されつつ上方に導かれることになる。また、この反射光Ｌ２がミラー３０の反射面３０ａで反射したときには、図５のときよりも受光位置が下方にシフトし、中心位置Ｐ２よりも下方の受光素子２１ｆ付近で受光されることになる。従って、偏向部４１が前方を向いているときに下方の受光素子２１ｆの受光量が最も大きいときには、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を通り中心軸４２ａと直交する平面を水平面としたときの位置Ｐ１を基点とする仰角））が図５のときよりも大きい第２レベル（第２範囲）にあることがわかる。なお、受光素子２１ｅ，２１ｆのいずれでも受光レベルが高い場合には、物体が第１範囲と第２範囲に続いていることがわかる。
【００４１】
また、位置Ｐ１からの照射の中心方向が前方側となる場合において、図７のように、物体Ｍと位置Ｐ１とを結ぶ線と水平面とのなす角度（位置Ｐ１を通り中心軸４２ａと直交する平面を水平面としたときの位置Ｐ１を基点とする仰角）が図５よりも小さい所定範囲（負の範囲）にある物体Ｍでレーザ光Ｌ１’が反射したときには、図７のように反射光Ｌ２は偏向部４１に対して傾斜した下方側から入り込み、この反射光が偏向部４１で反射したときには中心軸４２ａから後方側（受光センサ２０側）に外れた焦点位置に向けて集光されつつ上方に導かれることになる。また、この反射光Ｌ２がミラー３０の反射面３０ａで反射したときには、図５のときよりも受光位置が上方にシフトし、中心位置Ｐ２よりも上方の受光素子２１ｄ付近で受光されることになる。従って、偏向部４１が前方を向いているときに下方の受光素子２１ｄの受光量が最も大きいときには、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を通り中心軸４２ａと直交する平面を水平面としたときの位置Ｐ１を基点とする仰角））が図５のときよりも小さい第３レベル（第３範囲）にあることがわかる。なお、上記説明では、水平面とのなす角度については、水平面よりも上方側の方向とのなす角度を正の角度とし、水平面よりも下方側の方向とのなす角度を負の角度として説明している。
【００４２】
また、図５〜図７では、照射の中心方向Ｆが前方側である場合について説明したが、照射の中心方向Ｆが前方側ではない場合（即ち、偏向部４１の回転角度が図５〜図７の場合と異なる場合）であっても、各回転角度において、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角））に対応して受光領域での受光位置が定まるようになっている。例えば、偏向部４１が図５〜図７の状態から時計回りに９０°回転したときには、偏向部４１が横方向（紙面表側）を向き、照射の中心方向Ｆが左右方向となる。このような場合、外部物体からの反射光が、偏向部４１に対して水平に入射するときには、この反射光からの反射光は中心軸４２ａ上の焦点位置に向けて集光されつつ上方に導かれることになる。従って、図５の場合と同様、当該反射光は特に中心位置Ｐ２付近で受光されることになる。従って、このような回転角度のときに中心位置Ｐ２の受光素子２１ｅの受光量が最も大きいときには、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角））が第１レベル（第１範囲）にあることがわかる。また、この回転角度において、反射光が偏向部４１に対して傾斜した上方側から入り込むようなときには、この反射光が偏向部４１で反射したときに中心軸４２ａから一方の側方に外れた焦点位置に向けて集光されつつ上方に導かれることになるため、受光領域での受光位置は水平のときよりも一方の側方にシフトし、位置Ｐ２から横に離れた受光素子２１ｂで特に受光されることになる。従って、このような回転角度のときに受光素子２１ｂの受光量が最も大きいときには、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角））が第２レベル（第２範囲）にあることがわかる。また、この回転角度において、反射光が偏向部４１に対して傾斜した下方側から入り込むようなときには、この反射光が偏向部４１で反射したときに中心軸４２ａから他方の側方に外れた焦点位置に向けて集光されつつ上方に導かれることになるため、受光領域での受光位置は水平のときよりも他方の側方にシフトし、位置Ｐ２から横に離れた受光素子２１ｈで特に受光されることになる。従って、このような回転角度のときに受光素子２１ｈの受光量が最も大きいときには、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角））が第３レベル（第３範囲）にあることがわかる。
【００４３】
上記のような構成では、各回転角度毎に、受光位置と検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角））とを対応付けておき、その対応関係を図示しない記憶部に記憶しておけばよい。例えば、図５〜図７のように照射の中心方向が前方となる第１の回転角度のときに中央の受光素子２１ｅで受光された場合には、仰角が第１レベル（第１範囲）であると特定するようにし、同様に、下方の受光素子２１ｆで受光された場合には、仰角が第２レベル（第２範囲）であると特定するようにし、上方の受光素子２１ｄで受光された場合には、仰角が第３レベル（第３範囲）であると特定するようにし、このような対応関係を定めたデータを各回転角度毎に生成し、記憶部に記憶しておけばよい。なお、図４では、受光素子数を少なくしてシンプルな構成としているが、受光素子数を多くして多数行×多数列の配列とすれば、各回転角度において、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角））をより正確に検出することができる。
【００４４】
（第１実施形態の主な効果）
上記構成では、偏向部４１の中心軸に沿ってレーザ光を入射させ、この中心軸を中心として偏向部４１を回転駆動することで偏向部４１の周囲においてレーザ光の走査を行う構成のものにおいて、レーザダイオード１０から外部空間に照射されるまでのレーザ光の投光経路において拡散手段が配置されており、この拡散手段により、偏向部４１から外部空間に向かうレーザ光を少なくとも中心軸の方向に拡がらせている。そして、外部空間からの反射光が偏向部４１に入射するときの入射の向きに対応して受光領域での反射光の入射位置が定まるように構成されている。
この構成では、偏向部４１からのレーザ光が高さ方向（以下、中心軸と平行な方向を高さ方向ともいう）に拡がりながら外部空間に照射されることになるため、このようなレーザ光を外部空間に存在する様々な高さの物体（例えば、家の周囲を検出エリアとするような場合には、図８のような各物体）に当てることができるようになり、様々な高さの物体からの反射光を装置内の偏向部４１で受けつつ受光センサ２０に導くことができる。また、この構成では、外部空間の物体にレーザ光が当ったときには、その物体からの反射光が偏向部４１に取り込まれるときの入射の向きが当該物体の高さ方向の方位に対応する向きとなるが、この入射の向きに対応して受光領域での反射光の入射位置が定まるように構成されているため、受光領域での反射光の入射位置を検出することで、物体の高さ方向の方位を特定できるようになる。
特にこの構成では、複雑なモータ動作やＭＥＭＳ技術を用いてレーザ光を変化させなくても、受光信号に基づく電気的な処理によって外部物体の高さ方向の方位を検出できるようになるため、機械的な動作に起因する動作負荷や検出の低速化を伴うことなく外部空間での三次元的な認識が可能となる。
【００４５】
また、上記構成では、上下方向において投光手段と偏向部４１の間の領域（上下方向中間領域）に受光センサ２０を配置しているため、単一の素子と比べて比較的大きい受光センサ２０を、ミラー３０の周囲スペースを利用して効率的に配置できるようになっている。また、貫通孔３２はレーザ光Ｌ１を透過できるサイズであれば足りるため、貫通孔３２を比較的小さく形成すれば、偏向部４１で導かれる反射光が受光経路で損失してしまう問題を最小限にとどめることができる。
【００４６】
また、上記構成では、偏向部４１において、貫通孔３２を通過したレーザ光が入射する位置に凸状の反射面３０ａが配され、凸状の反射面３０ａにより貫通孔３２を通過したレーザ光を少なくとも中心軸の方向に拡がらせつつ外部空間に向けて反射する凸状鏡７１と、凸状鏡７１の周囲に配置される平面鏡又は凹面鏡７２とが設けられている。そして、凸状鏡７１が拡散手段として構成されている。この構成によれば、偏向部４１の一部によって拡散手段を構成することができるため、別途拡散手段を設ける構成と比較して部品点数の削減を図ることができ、装置内に各部品を配置する上でスペース的に有利となる。
また、投光過程ではレーザ光が偏向部４１に入射するときの入射領域を小さくしやすいため、凸状鏡７１の領域を小さくしやすく、相対的に凹面鏡７２の領域を大きく確保しやすくなる。つまり、反射光をより多く受光センサ２０側に取り込むことができ、受光感度を高めやすくなる。例えば、凸状鏡７１を平面視したときの当該凸状鏡７１の外形の径が、レーザ光が偏向部４１に入射するときのスポット径と同程度又はスポット径よりもわずかに大きい程度とすれば、凹面鏡７２の領域をより大きく確保することができる。
【００４７】
更に、上記構成では、偏向部４１及びミラー３０を中心軸４２ａの方向に平面視したときに凸状鏡７１の外形及び貫通孔３２の外形が略円形となる構成をなし且つ凸状鏡７１の外形の径が貫通孔３２の径以下の大きさとなるように構成されている。貫通孔３２の径よりも凸状鏡７１の外形の径を大きくすると、投光過程でのレーザ光が凸状鏡７１の外縁付近の領域に入射しない、或いは外縁付近の領域での入射量が極めて小さくなり、当該領域が投光に寄与しない可能性が高くなる。一方、凸状鏡７１の外縁付近は反射光（物体からの反射光）の検出に寄与しない可能性も高いため、領域の無駄が生じる虞がある。しかしながら、上記構成によれば、相対的に平面鏡又は凹面鏡７２の領域を大きく確保することができ、領域の無駄を極力抑えることができる。
【００４８】
また、上記構成では、受光センサ２０は、アバランシェフォトダイオードを複数行且つ複数列に配置したマトリックス状とされている。拡散手段によって拡散させたレーザ光が物体で反射したときの反射光については、指向性の高いレーザ光が物体で反射したときと比較して強度が弱くなることが懸念されるが、従来では単一の素子として利用されているアバランシェフォトダイオードをマトリックス状に配置するという特徴的な構成を採用することで、受光領域の各位置で感度良く受光できるようになり、比較的弱い反射光を検出する場合であっても受光領域での反射光の入射位置をより正確に把握しやすくなる。
【００４９】
[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態について、図面を参照して説明する。
図９は、第２実施形態に係るレーザレーダ装置の全体構成を概略的に例示する断面図である。図１０（Ａ）〜（Ｈ）は、受光センサの回動の様子を順番に示す説明図である。図１０（Ａ）は、図９のレーザレーダ装置において、受光センサが所定の基準姿勢（長手方向を上下方向とする姿勢）となっている状態を受光面側から見た説明図であり、図１０（Ｂ）は、受光センサが基準姿勢から所定方向（受光面側から見たときの反時計回りの回動方向）に４５°回動した状態を示す説明図であり、図１０（Ｃ）は、受光センサが基準姿勢から所定方向に９０°回動した状態を示す説明図であり、図１０（Ｄ）は、受光センサが図１０（Ｃ）の状態から基準姿勢側に４５°戻った状態を示す説明図であり、図１０（Ｅ）は、受光センサが図１０（Ｄ）の状態から基準姿勢に戻った状態を示す説明図である。図１０（Ｆ）は、受光センサが基準姿勢から逆方向（受光面側から見たときの時計回りの回動方向）に４５°回動した状態を示す説明図であり、図１０（Ｇ）は、受光センサが基準姿勢から逆方向に９０°回動した状態を示す説明図であり、図１０（Ｈ）は、受光センサが図１０（Ｇ）の状態から基準姿勢側に４５°戻った状態を示す説明図である。
【００５０】
本実施形態では、受光センサ２２０及びモータ２３０を設けた点、及びモータ２３０の駆動を制御回路９０によって制御可能とした点が第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。例えば、ケース３、レーザダイオード１０、レンズ６０、ミラー３０、回転反射装置４０（偏向部４１、軸部４２、モータ５０、回転角度センサ５２等）については、第１実施形態と同一の構成及び同一の配置となっており且つ第１実施形態と同一の機能を有している。従って、これらについては適宜図１〜図８を参照して説明することとする。また、制御回路９０は、ハードウェア構成については第１実施形態と同一である。
【００５１】
本実施形態でも、偏向部４１は、図３のような形状をなしており、貫通孔３２を通過したレーザ光が入射する位置に配置される凸状鏡７１と、この凸状鏡７１の周囲に配置される凹面鏡７２とを備えている。そして、凸状鏡７１は、斜め上方に凸となるように外面（反射面７１ａ）が湾曲して構成されており、貫通孔３２を通過して当該凸状鏡７１に入射するレーザ光Ｌ１をその湾曲した反射面７１ａによって少なくとも中心軸４２ａの方向に拡がらせつつ（即ち高さ方向に拡がらせつつ）外部空間に向けて反射している。本実施形態でも、凸状鏡７１が「拡散手段」の一例に相当し、偏向部４１においてレーザ光を拡散させることで、偏向部４１から外部空間に向かうレーザ光を少なくとも中心軸４２ａの方向に拡がらせるように機能する。
【００５２】
具体的には、第１実施形態と同様、凸状鏡７１により、入射するレーザ光Ｌ１を、中心軸４２ａを通る所定の検出面（図３に示す偏向部４１の幅方向（Ｗ１の方向）と直交し且つ中心軸４２ａの方向を通る仮想的な垂直面）に沿うように、且つ中心軸４２ａと直交し且つ入射位置Ｐ１を通る仮想的な水平面に沿うようにレーザ光を上下方向および幅方向（Ｗ１の方向）に拡散させつつ照射している。この構成では、上記両平面（仮想的な水平面及び仮想的な垂直面（検出面））が交差する交差線の方向が位置Ｐ１からの照射の中心方向となっており、この照射の中心方向から上下方向にやや拡がりながら図２と同様にレーザ光Ｌ１’が照射されるようになっている。
【００５３】
また、上記偏向部４１では、当該偏向部４１を上記仮想的な垂直面（幅方向（Ｗ１の方向）と直交し且つ中心軸４２ａの方向を通る仮想的な垂直平面）で切断したときの凸状鏡７１の外面（反射面７１ａ）の外形においてレーザ光入射位置Ｐ１での接線は中心軸４２ａとのなす角度θが一定角度（例えば４５°）となるように配置されており、モータ５０の駆動力を受けたときにこの角度θを一定角度で維持しつつ回転するようになっている。従って、位置Ｐ１からの照射の中心方向は、位置Ｐ１を通る水平面上を移動することとなり、位置Ｐ１から照射されるレーザ光Ｌ１’は、位置Ｐ１を基点として位置Ｐ１を通る水平面の上方及び下方に所定角度θ１で拡がるようになっている。
【００５４】
次に、本実施形態のレーザレーダ装置１で用いられる受光センサ２２０について詳述する。
図１０（Ａ）は、図９のレーザレーダ装置で用いる受光センサ２２０を例示する正面図である。この受光センサ２２０は、前方側（ミラー３０側）の外面が「受光側の外面」とされており、この外面側には、図１０（Ａ）のように複数の受光素子２２１ａ〜２２１ｃによって構成される受光領域が設けられている。この受光センサ２２０は、上下方向（中心軸４２ａと平行な方向）においてレーザダイオード１０及びレンズ６０からなる投光手段よりも下方寄りの領域に配置され、偏向部４１よりも上方寄りの領域に配置されており、外部空間の物体からの反射光が反射部３１によって反射される側（即ち、反射部３１の後方側）において、当該反射部３１によって導かれた前記反射光を受光領域（複数の受光素子２２１ａ〜２２１ｃにおける受光可能な領域）にて受光するように構成されている。
【００５５】
本構成でも各受光素子２２１ａ〜２２１ｃが、例えばアバランシェフォトダイオードによって構成されており、受光センサ２１０は、このような受光素子２２１ａ〜２２１ｃが一列に配されライン状に並べられることでライン状の受光領域が構成されている。図９の構成では、受光センサ２２０を構成する各受光素子２２１ａ〜２２１ｃがいずれも、所定の受光基準平面上（前後方向（Ｘ軸方向）の回動軸Ｘ１（後述）と直交し且つ受光センサ２２０の外面位置を通る仮想平面上）に位置しており、この受光基準平面（仮想平面）上を移動する形でこれら複数の受光素子２２１ａ〜２２１ｃが一体的に回動するようになっている。本実施形態では、回動軸Ｘ１と中心軸４２ａとが直交すると共に、回動軸Ｘ１と中心軸４２ａとが交わる位置関係となっており、上記受光基準平面（仮想平面）は、中心軸４２ａと平行な平面であって且つ反射部３１によって偏向部４１からの光（物体からの反射光）が折り返される側（反射される側）に位置する平面であり、更に詳しくは、受光素子２２１ｂの外面と回動軸Ｘ１とが交わる位置Ｐ２を通り且つ回動軸Ｘ１と直交する平面（Ｙ軸方向及びＺ軸方向と平行な平面）となっている。また、凹面鏡７２は、外部から水平方向に入ってきた光を集光するときの焦点位置が中心軸４２ａ上になるように構成され、ミラー３０の反射面３０ａと中心軸４２ａとのなす角度が４５°となっており、凹面鏡７２に向かって水平に入ってきた光が凹面鏡７２で集光されつつ上方に反射したときには、位置Ｐ２付近を焦点位置とするように集光されるようになっている。
【００５６】
更に、本実施形態では、受光センサ２２０を回動軸Ｘ１を中心として回動させるためのモータ２３０が設けられている。このモータ２３０は、回動手段の一例に相当するものであり、例えば、公知のステッピングモータ、直流モータ、交流モータなどによって構成されており、受光素子２２１ａ〜２２１ｃによって構成されるライン状の受光領域が上記受光基準平面（回動軸Ｘ１と直交し且つ位置Ｐ２を通る仮想平面）上を回動するようにそれら複数の受光素子２２１ａ〜２２１ｃを一体的に変位させるようになっている。具体的には、図１０（Ａ）のような基準位置から、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）のように所定方向（受光面側から見て反時計回り）に回動して図１０（Ｃ）のように９０°回動した位置まで変位した後、図１０（Ｄ）、図１１（Ａ）のように逆方向（受光面側から見て時計回り）に回動して基準位置に戻るようになっている。その後、図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）のように逆方（受光面側から見て時計回り）に回動して図１１（Ｃ）のように９０°回動した位置まで変位した後、図１１（Ｄ）、図１０（Ａ）のように所定方向（受光面側から見て反時計回り）に回動して基準位置に戻るようになっている。モータ２３０は、受光センサ２２０がこのような往復動作（往復回動動作）を行うように当該受光センサ２２０を駆動することになる。
【００５７】
次に、検出原理について説明する。
第１実施形態、第２実施形態のいずれの構成でも、偏向部４１がある回転角度となっているときに当該偏向部４１から照射されるレーザ光Ｌ１の照射の中心方向（拡散するレーザ光Ｌ１の中心となる方向）と偏向部４１の回転中心（中心軸４２ａ）とを通る平面を検出面とした場合、外部空間に照射されたレーザ光Ｌ１が外部空間の物体で反射した様々な反射光のうち、当該検出面に沿って返ってくる反射光（即ち、検出面の方向の物体から返ってくる反射光）は上記受光基準平面（仮想平面）では長細い特定領域付近に入射することになる。例えば、偏向部４１の回転角度が図９のような場合（即ち、図５と同様の場合）、位置Ｐ１からの照射の中心方向が前後方向（Ｘ軸方向）となり、この照射の中心方向を通り且つ中心軸４２ａを通る平面が検出面となる。この場合、検出面は、中心軸４２ａを通り且つＸ軸方向及びＹ軸方向と平行な平面になり、当該検出面上に位置する物体から検出面に沿って返ってくる反射光は、上記受光基準平面（位置Ｐ２を通り回動軸Ｘ１と直交する仮想平面）において図１２のＡＲ１のように縦方向に長い領域内に入り込むことになる。なお、図１２は、紙面を受光基準平面（仮想平面）として当該受光基準平面を前側から見たときの説明図であり、図９のような場合に検出面に沿って返ってくる反射光の受光基準平面（仮想平面）上での受光可能エリアを上下に長い領域ＡＲ１として示している。
【００５８】
また、検出面に沿って返ってくる反射光を受光基準平面（仮想平面）で受光しうるエリア（細長の領域）は、検出面が中心軸４２ａを中心として回転することに応じて、図１２のＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３、ＡＲ４のように回動軸Ｘ１を中心として回転することになる。例えば、偏向部４１が図９の状態から反時計回り（図９の装置を上方から見た場合の反時計回り）に４５°回転した場合、この回転角度での検出面に沿って返ってくる反射光を受光基準平面（仮想平面）で受光しうるエリア（細長の領域）は領域ＡＲ２のように斜めに傾いたエリアとなる。また、偏向部４１が図９の状態から反時計回り（図９の装置を上方から見た場合の反時計回り）に９０°回転した場合、この回転角度での検出面に沿って返ってくる反射光を受光基準平面（仮想平面）で受光しうるエリア（細長の領域）は領域ＡＲ３のように横長のエリアとなる。また、偏向部４１が図９の状態から反時計回り（図９の装置を上方から見た場合の反時計回り）に１３５°回転した場合、この回転角度での検出面に沿って返ってくる反射光を受光基準平面（仮想平面）で受光しうるエリア（細長の領域）は領域ＡＲ４のように斜めに傾いたエリアとなる。更に、偏向部４１が図９の状態から反時計回り（図９の装置を上方から見た場合の反時計回り）に１８０°回転した場合、この回転角度での検出面に沿って返ってくる反射光を受光基準平面（仮想平面）で受光しうるエリア（細長の領域）は領域ＡＲ１のような縦長のエリアとなる。
【００５９】
このように偏向部４１の回転に伴って受光基準平面（仮想平面）で受光しうるエリア（細長の受光可能エリア）が回動軸Ｘ１を中心として回転するようになっているため、その回転する受光可能エリアの長手方向と回動軸Ｘ１を中心として回動する受光センサ２２０の長手方向とが揃う位置関係（例えばほぼ同方向に揃う位置関係）となったときには、検出面に沿って返ってくる反射光（即ち、照射の中心が検出面に沿うようにレーザ光Ｌ１が照射されたときに当該検出面上の物体から検出面に沿って返ってきて偏向部４１に入り込んでくる反射光）を受光できるようになる。
【００６０】
例えば、偏向部４１の回転角度が図９のような場合（即ち、図５〜図８と同様に前方にレーザ光が照射される場合）、検出面に沿って返ってくる反射光は上述したように受光基準平面（位置Ｐ２を通り回動軸Ｘ１と直交する仮想平面）では図１２のＡＲ１のように縦方向に長い領域内に入り込むことになるため、この場合、受光センサ２２０の長手方向と受光エリアＡＲ１の長手方向が例えば図１０（Ａ）のように揃う位置関係となったときに、検出面に沿うように偏向部４１に入り込んでくる各方向の反射光（例えば、斜め上方向からの反射光、水平方向からの反射光、斜め下方向からの反射光）を各受光素子２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃで受光できるようになる。例えば、図９の装置において図５と同様の場合、位置Ｐ１を通る水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角）が０°に近い検出面上の物体Ｍ（図５のように、位置Ｐ１とほぼ同じ高さ付近に位置する物体）でレーザ光Ｌ１’が反射したときには、図５と同様、反射光Ｌ２が偏向部４１に対して水平方向又はそれに近い方向に入り込み、この反射光が偏向部４１で反射したときには中心軸４２ａ上の焦点位置に向けて集光されつつ上方に導かれることになる。そして、凹面鏡７２に水平に入り込んできた光は、図９の位置Ｐ２を焦点として集光されるようになっているため、物体Ｍでの反射によって生じた反射光Ｌ２（偏向部４１に対して水平に入射する反射光）は、特に中心位置Ｐ２付近で受光されることになる。この構成では、図９のように偏向部４１が前方を向いているとき（レーザ光Ｌ１の照射の中心方向が前後方向であるとき）において中心位置Ｐ２の受光素子２２１ｂの受光量が最も大きいときには、検出物体が位置Ｐ１の前方（０°の角度方向）にあり、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を通り中心軸４２ａと直交する平面を水平面としたときの位置Ｐ１を基点とする仰角））が図５と同様の第１レベル（第１範囲（例えば０°））にあることがわかる。
【００６１】
また、図９のようにレーザ光が照射される場合（即ち、図５〜図７と同様に前方にレーザ光が照射される場合）において、例えば、図６と同様の場合、物体Ｍと位置Ｐ１とを結ぶ線と水平面とのなす角度（位置Ｐ１を通り中心軸４２ａと直交する平面を水平面としたときの位置Ｐ１を基点とする仰角）が図５よりも大きい所定範囲にある検出面上の物体Ｍ（即ち、位置Ｐ１から見て前方斜め上に位置する物体）でレーザ光Ｌ１’が反射したときには、図６と同様、反射光Ｌ２は偏向部４１に対して斜め上方側から入り込み、この反射光が偏向部４１で反射したときには中心軸４２ａから前方側（受光センサ２２０とは反対側）に外れた焦点位置に向けて集光されつつ上方に導かれることになる。そして、このように導かれた反射光Ｌ２がミラー３０の反射面３０ａで反射したときには、上記受光基準平面（仮想平面）での当該反射光Ｌ２の入射位置は位置Ｐ２のときよりも下方にシフトする。この場合、受光センサ２２０が、図１０（Ａ）のような姿勢となっていることを条件として、位置Ｐ２（回動軸Ｘ１上の位置）よりも下方の受光素子２２１ｃ付近で受光されることになる。従って、図９のように偏向部４１が前方を向いているときに受光センサ２２０が図１０（Ａ）のような回動位置となり且つその回動位置で受光素子２２１ｃの受光量が最も大きくなったときには、検出物体が前方（０°の角度方向）にあり、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を通り中心軸４２ａと直交する平面を水平面としたときの位置Ｐ１を基点とする物体Ｍまでの仰角））が図６と同様の第２レベル（図５のときよりも大きいレベルである第２範囲（例えば０°よりも大きく９０°よりも小さい正の角度））にあることがわかる。なお、このような場合において受光素子２２１ｂ、２２１ｃのいずれでも受光レベルが高い場合に、物体が上記第１範囲と第２範囲の間の範囲に存在すると判断してもよい。
【００６２】
また、図９のようにレーザ光が照射される場合（即ち、図５〜図７と同様に前方にレーザ光が照射される場合）において、例えば図７と同様の場合、物体Ｍと位置Ｐ１を結んだ線と位置Ｐ１を通る水平面とのなす角度（位置Ｐ１を通り中心軸４２ａと直交する平面を水平面としたとき位置Ｐ１を基点とする物体Ｍまでの仰角）が図５よりも小さい所定範囲にある物体Ｍ（即ち、位置Ｐ１から見て前方斜め下に位置する物体）でレーザ光Ｌ１’が反射したときには、図７と同様、反射光Ｌ２は偏向部４１に対して斜め下方側から入り込み、この反射光が偏向部４１で反射したときには中心軸４２ａから後方側（受光センサ２２０側）に外れた焦点位置に向けて集光されつつ上方に導かれることになる。そして、このように導かれた反射光Ｌ２がミラー３０の反射面３０ａで反射したときには、受光基準平面（仮想平面）での当該反射光Ｌ２の入射位置が位置Ｐ２よりも上方にシフトする。この場合、受光センサ２２０が、図１０（Ａ）のような姿勢となっていることを条件として、位置Ｐ２（回動軸Ｘ１上の位置）よりも下方の受光素子２２１ａ付近で受光されることになる。従って、図９のように偏向部４１が前方を向いているときに受光センサ２２０が図１０（Ａ）のような回動位置となり且つこの回動位置のときに受光素子２２１ａの受光量が最も大きいときには、検出物体が前方（０°の角度方向）にあり、検出物体の高さ方向の方位（物体Ｍと位置Ｐ１を結んだ線と、位置Ｐ１を通る水平面とのなす角度（位置Ｐ１を通り中心軸４２ａと直交する平面を水平面としたとき位置Ｐ１を基点とする物体Ｍまでの仰角））が図７と同様の第３レベル（図５のときよりも小さい第３範囲（例えば０°よりも小さく−９０°よりも大きい負の角度））にあることがわかる（なお、ここでは水平面よりも下向きの傾斜については負の角度としている）。このような場合において受光素子２２１ａ、２２１ｂのいずれでも受光レベルが高い場合に、物体が上記第１範囲と第３範囲の間の範囲に存在すると判断してもよい。
【００６３】
また、偏向部４１の回転角度が更に変化すると、その変化した回転角度での新たな検出面（変化した回転角度でのレーザ光Ｌ１の中心方向と偏向部４１の回転中心とを通る新たな面）に沿って返ってくる反射光が上記受光基準平面（仮想平面）に入射する入射領域は、変化前の上記ライン状の特定領域から若干回転したライン状の新たな特定領域に付近になる。例えば、偏向部４１が図９の状態から反時計回り（図９の装置を上方から見た場合の反時計回り）に４５°回転した場合、この回転角度では、レーザ光Ｌ１の照射の中心方向はＹ軸と直交する水平面の方向であって且つＸ軸に対し４５°傾いた方向となる。このときの検出面（レーザ光Ｌ１の照射の中心方向と中心軸４２ａを通る仮想的な面）は、ＸＹ平面に対して４５°傾いた面となり、当該検出面上に位置する物体から検出面に沿って返ってくる反射光は、受光基準平面（位置Ｐ２を通り回動軸Ｘ１と直交する仮想平面）において図１２の領域ＡＲ２のように斜め方向に長い領域（即ち、上述の領域ＡＲ１から４５°回転したライン状の領域）内に入り込むことになる。
【００６４】
この場合、受光センサ２２０の長手方向と受光エリアＡＲ２の長手方向が図１０（Ｂ）のように揃う位置関係となったときに、検出面上の物体から検出面に沿って偏向部４１に入り込んでくる各方向の反射光（例えば、斜め上方向からの反射光、水平方向からの反射光、斜め下方向からの反射光）を受光できるようになる。例えば、当該検出面上において位置Ｐ１とほぼ同じ高さに存在する物体でレーザ光Ｌ１が反射したときには、この物体から検出面に沿って偏向部４１に戻ってくる反射光は水平方向又はそれに近い方向となるため、この反射光が偏向部４１で反射したときには中心軸４２ａ上の焦点位置に向けて集光されつつ上方に導かれることになる。そして、凹面鏡７２に水平に入り込んできた光は、位置Ｐ２を焦点として集光されるため、この反射光は、特に中心位置Ｐ２付近で受光される。この場合、偏向部４１が４５°の回転角度（図９に示す基準角度（０°の回転角度）から反時計回りに４５°回転した角度）であって、受光センサ２２０が、図１０（Ｂ）のような回動位置にあり、受光素子２２１ｂでの受光量が最も大きいときには、物体が４５°の方向（偏向部４１が図９に示す基準角度（０°の回転角度）から反時計回りに４５°回転したときの検出面の方向）にあり、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角））が第１レベル（第１範囲（例えば０°））にあることがわかる。
【００６５】
また、このように偏向部４１が４５°の回転角度にある場合の上記検出面上において位置Ｐ１よりも相当高い位置に存在する物体でレーザ光Ｌ１が反射したときには、この物体から検出面に沿って偏向部４１に戻ってくる反射光は斜め上側から入り込む向き（斜め下向き）となる。この場合、受光基準平面（仮想平面）での当該反射光の入射位置は、図１２に示すような領域ＡＲ２において位置Ｐ１（即ち、回動軸Ｘ１上の位置）よりも斜め下にシフトする。この場合、受光センサ２２０が、図１０（Ｂ）のような姿勢となっていることを条件として、位置Ｐ２よりも斜め下方の受光素子２２１ｃ付近で受光されることになる。従って、偏向部４１が４５°の回転角度（図９に示す基準角度（０°の回転角度）から反時計回りに４５°回転した角度）であって、受光センサ２２０が、図１０（Ｂ）のような回動位置にあり、受光素子２２１ｃでの受光量が最も大きいときには、物体が４５°の方向（偏向部４１が図９に示す基準角度（０°の回転角度）から反時計回りに４５°回転したときの検出面の方向）にあり、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角））が上述の第１レベルよりも大きい第２レベル（第２範囲（例えば、０°よりも大きく９０°よりも小さい正の角度））にあることがわかる。なお、このような場合において受光素子２２１ｂ、２２１ｃのいずれでも受光レベルが高い場合に、物体が上記第１範囲と第２範囲の間の範囲に存在すると判断してもよい。
【００６６】
また、このように偏向部４１が４５°の回転角度にある場合の上記検出面上において位置Ｐ１よりも相当低い位置に存在する物体でレーザ光Ｌ１が反射したときには、この物体から検出面に沿って偏向部４１に戻ってくる反射光は斜め下側から入り込む向き（斜め上向き）となる。この場合、受光基準平面（仮想平面）での当該反射光の入射位置は、図１２に示すような領域ＡＲ２において位置Ｐ１（即ち、回動軸Ｘ１上の位置）よりも斜め上にシフトする。この場合、受光センサ２２０が、図１０（Ｂ）のような姿勢となっていることを条件として、位置Ｐ２よりも斜め上方の受光素子２２１ａ付近で受光されることになる。従って、偏向部４１が４５°の回転角度（図９に示す基準角度（０°の回転角度）から反時計回りに４５°回転した角度）であって、受光センサ２２０が、図１０（Ｂ）のような回動位置にあり、受光素子２２１ａでの受光量が最も大きいときには、物体が４５°の方向（偏向部４１が図９に示す基準角度（０°の回転角度）から反時計回りに４５°回転したときの検出面の方向）にあり、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角））が上述の第１レベルよりも小さい第３レベル（第３範囲（例えば、０°よりも小さく−９０°よりも小さい負の角度））にあることがわかる。なお、このような場合において受光素子２２１ａ、２２１ｂのいずれでも受光レベルが高い場合に、物体が上記第１範囲と第３範囲の間の範囲に存在すると判断してもよい。
【００６７】
このように、本実施形態では、検出面（空間に照射されるレーザ光の中心方向と偏向部の回転中心とを含む面）に対応するように、当該検出面に沿って返ってくる反射光を上記受光基準平面（仮想平面）上で受光し得る領域がライン状に構成されるようになっており、偏向部４１の回転角度が徐々に変化し、検出面が徐々に回転すると、その検出面の回転角度（即ち、偏向部の回転角度）に対応するように、検出面に沿った反射光を受光し得る領域（ライン状の領域）も受光基準平面（仮想平面）にて回転することになる（図１２参照）。本発明では、このような原理に基づき、受光基準平面（仮想平面）上で受光センサ２２０の受光領域（ライン状の受光領域）を回動させるように複数の受光素子２２１ａ〜２２１ｃを一体的に変位させ、回動するライン状の受光領域の姿勢が、上記検出面に対応する姿勢（即ち、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）で代表されるように検出面に沿った反射光を受光し得るように方向が揃った姿勢）になった場合には、検出面に沿った各方向からの反射光を受光できるようになっている。そして、このようなライン状の受光領域内での反射光の受光位置と、ライン状の受光領域の姿勢（即ち、回動軸Ｘ１を中心とする受光センサ２２０の回動位置）とに基づいて受光基準平面（仮想平面）での反射光（上記検出面に沿った反射光）の入射位置を特定することができるため、検出面上に位置する物体の仰角（高さ方向の方位）或いは物体の高さを特定できるようになる。
【００６８】
なお、上記のような構成では、例えば、偏向部４１の回転角度と、受光センサ２２０の回動角度と、受光素子の位置との組み合わせに対応付けて検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角））を特定するようなテーブルを用意したり、或いは、偏向部４１の回転角度と、受光センサ２２０の回動角度と、受光素子の位置とをパラメータとして検出物体の高さ方向の方位を算出するような演算式を用意しておき、図示しない記憶部に記憶しておけば、測定時に偏向部４１の回転角度と、受光センサ２２０の回動角度と、受光素子の位置とを検出することで即座に検出物体の高さ方向の方位を算出できるようになる。なお、図１０、図１１等では、受光素子数を少なくしてシンプルな構成としているが、受光素子数を多くして多数個の列とすれば、各回転角度において、検出物体の高さ方向の方位（位置Ｐ１から見たときの水平面とのなす角度（位置Ｐ１を基点とする仰角））をより精密に検出することができる。
【００６９】
なお、本実施形態では、受光センサ２２０及びモータ２３０が光検出手段の一例に相当し、レーザ光Ｌ１が外部空間の物体に当たって生じた反射光が偏向部に入射するときの入射の向き及び偏向部の回転角度に対応して受光基準平面における前記反射光の入射位置が定まるように構成され、回動する受光領域が反射光の経路上に位置するときに当該反射光を受光するように機能する。
【００７０】
また、制御回路９０が方位検出手段の一例に相当し、レーザ光Ｌ１が物体に当たって生じた反射光が受光領域にて受光されたとき、当該反射光を受光した受光素子の位置と、モータ２３０によって駆動される受光領域の回動位置と、偏向部４１の回転角度とに基づいてその物体（当該反射光を生じさせた物体）の方位を検出するように機能する。
【００７１】
以上のような本実施形態の構成でも、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
更に本実施形態では、ライン状の受光領域の姿勢が、上記検出面に対応する姿勢（即ち、検出面に沿った反射光を受光し得る姿勢）になったとき、その受光領域では検出面に沿って返ってくる反射光が選択的に受光されることになり、検出面から外れた位置からの光が受光され難くなるため、検出対象方向以外からの外乱光に起因するノイズをより確実に排除することができ、上記ノイズに起因する誤検出等を効果的に抑えることができる。なお、このようにせずに、例えば受光基準平面（仮想平面）に受光素子をマトリックス状に配置するように受光センサを固定構造とし、検出面からの反射光を受光する領域（図１２のように変化する各領域）だけを選択的にオン状態とする方法も別例として想定されるが、この場合、受光素子を選択的のオンオフする際に電源ノイズが発生し、それらは実際の検出領域に悪影響を与えることが懸念される。また、光の速さに比べ、電源のスイッチング速度は遅いため、測距時にタイミングよく電源制御を行うのは困難である。これに対し、本実施形態の構成では、このような問題を確実に解消することができる。
【００７２】
また、本実施形態では、回動手段は、受光基準平面と直交する回動軸Ｘ１を中心とした所定の回動範囲で複数の受光素子２２１ａ〜２２１ｃを一体的に往復動させるように構成されている。そして、回動手段による複数の受光素子の往復動の周期が、モータ５０（駆動手段）による偏向部４１の回転周期よりも大きくなっている。この構成によれば、複数の受光素子２２１ａ〜２２１ｃの回動と偏向部４１の回転を同期させる必要が無く、複数の受光素子２２１ａ〜２２１ｃの回動周期と偏向部４１の回転周期を何らかの方法で緻密に制御するといったことが不要となり、それぞれを独立して自由度高く制御した上で三次元的な検出を行うことができる。例えば、複数の受光素子２２１ａ〜２２１ｃの回動とは別個独立して偏向部４１の速度を上げれば、受光センサが滞在する１角度あたりの測距回数が増え、例えば同じ測距角度で複数回測定を行い加重平均等によって距離精度向上を図るといったことも可能になる。このように、本実施形態の構成は検出距離精度向上に繋がりやすい有利な構成であるといえる。
【００７３】
［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。
【００７４】
上記実施形態では、受光素子の一例として、アバランシェフォトダイオードを例示したが、これ以外のフォトダイオード等、他の公知の光電変換素子でもよい。また、受光素子の形状、機能、配列も上記構成に限られるものではなく、公知の面受光器(エリアセンサ、画像センサ等)のような構成であってもよい。例えば、第１実施形態のようにマトリックス構成とする場合、列数、行数は限定されない。また、第２実施形態のようにライン状に構成する場合、所定形状の複数の受光素子を一列に並べた構成であってもよく、２列、３列等の複数列に並べた構成でライン状（長手状）に構成してもよい。
【００７５】
上記構成では、レーザダイオード１０とレンズ６０によって投光手段を構成した例を示したが、このような構成に限られるものではない。例えば図１３のように投光手段を構成してもよい。図１３の構成では、投光手段以外は第１実施形態の図２の同様であり、この構成では、レーザダイオード１０から前方側に照射され、レンズ６０によってコリメートされたレーザ光をミラー７０によって反射することで、レーザＬ１を中心軸４２ａの方向に導いている（なお、図１３では、レーザダイオード１０とミラー７０の間に介在するレンズ６０を省略している）。
【００７６】
上記実施形態では、凸状鏡７１の周囲に凹面鏡７２が配置された例を示したが、凹面鏡７２に代えて平面鏡が配置されていてもよい。即ち、凸状鏡７１の周囲の部分が平坦な鏡として構成され、反射面が中心軸４２ａに対して傾斜（例えば４５°の角度で傾斜）するように配置されていてもよい。
【００７７】
上記構成では、拡散手段の一例として凸状鏡７１を例示したが、拡散手段はこのような構成に限られるものではない。例えば、図１４のように拡散手段を構成してもよい。図１４（Ａ）は、レンズ６０を左右から見た図（側方から見た図）であり、図１４（Ｂ）は、レンズ６０を前後から見た図である。この構成では、レンズ６０から光が、前後にやや広がりなら照射され、且つ左右方向は拡がらずに平行光とされる例を示している。このレンズ６０では、一枚目のレンズ６０ａによって前後方向の広がりを抑えてコリメートしており、二枚目のレンズ６０ｂでは、左右方向の広がりを抑えてコリメートしている。二枚目のレンズ６０ｂでは、前後方向の広がりを抑えずにやや拡散している。
【符号の説明】
【００７８】
１…レーザレーダ装置
１０…レーザダイオード（レーザ光源、投光手段）
２０，２２０…受光センサ（光検出手段）
２１，２２１ａ〜２２１ｃ…受光素子
３０…ミラー（反射部材）
３０ａ…反射面
３２…貫通孔
４０…回転反射装置（回転偏向手段）
４１…偏向部
４２ａ…中心軸
５０…モータ（駆動手段）
６０…レンズ（投光手段）
７０…ミラー（投光手段）
７１…凸状鏡（拡散手段）
７２…凹面鏡
９０…制御回路（方位検出手段）
２３０…モータ（回動手段、光検出手段）
【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源を備え、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を所定の中心軸に沿って導く投光手段と、
前記中心軸を中心として回転可能に構成された偏向部と、前記偏向部を駆動する駆動手段とを備えると共に、前記駆動手段により前記偏向部を回転させつつ前記中心軸に沿って導かれたレーザ光を前記偏向部によって外部空間に向けて偏向させ、且つ当該レーザ光が外部空間の物体で反射して生じる反射光を前記偏向部によって当該偏向部へのレーザ光の入射側に偏向する回転偏向手段と、
前記偏向部に向けて前記中心軸に沿って導かれるレーザ光の経路の途中に配置されると共に、前記中心軸に沿って導かれるレーザ光を通過させる貫通孔が形成され、前記中心軸の方向に対して傾斜した反射面を有する反射部が前記偏向部側に形成されており、前記偏向部で偏向された外部空間からの前記反射光を前記反射部によって前記中心軸から外れた側に反射する反射部材と、
複数の受光素子が二次元的に配置された受光領域を備えると共に、前記中心軸と平行な方向を上下方向としたときの当該上下方向における前記投光手段と前記偏向部の間の領域において前記反射部によって前記反射光が反射される側に配置され、前記反射部によって導かれた前記反射光を前記受光領域にて受光する光検出手段と、
前記レーザ光源から外部空間に照射されるまでのレーザ光の投光経路に配置され、前記偏向部から外部空間に向かうレーザ光を少なくとも前記中心軸の方向に拡がらせる拡散手段と
を備え、
前記外部空間からの前記反射光が前記偏向部に入射するときの入射の向きに対応して前記受光領域での前記反射光の入射位置が定ま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】
レーザ光を発生させるレーザ光源を備え、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を所定の中心軸に沿って導く投光手段と、
前記中心軸を中心として回転可能に構成された偏向部と、前記偏向部を駆動する駆動手段とを備えると共に、前記駆動手段により前記偏向部を回転させつつ前記中心軸に沿って導かれたレーザ光を前記偏向部によって外部空間に向けて偏向させ、且つ当該レーザ光が外部空間の物体で反射して生じる反射光を前記偏向部によって当該偏向部へのレーザ光の入射側に偏向する回転偏向手段と、
前記レーザ光源から前記偏向部までのレーザ光の経路又は前記偏向部において当該レーザ光を拡散させることで、前記偏向部から外部空間に向かうレーザ光を少なくとも前記中心軸の方向に拡がらせる拡散手段と、
ライン状の受光領域を構成する複数の受光素子と、前記受光領域が所定の受光基準平面上を回動するように前記複数の受光素子を一体的に変位させる回動手段と、を備え、前記外部空間からの前記反射光が前記偏向部に入射するときの入射の向き及び前記偏向部の回転角度に対応して前記受光基準平面における前記反射光の入射位置が定まるように構成され、回動する前記受光領域が前記反射光の経路上に位置するときに当該反射光を受光する光検出手段と、
前記反射光が前記受光領域にて受光されたとき、当該反射光を受光した受光素子の位置と、前記受光領域の回動位置と、前記偏向部の回転角度とに基づいて少なくとも前記物体の方位を検出する方位検出手段と、
を備えたことを特徴とするレーザレーダ装置。
【請求項３】
前記回動手段は、前記受光基準平面と直交する回動軸を中心とした所定の回動範囲で前記複数の受光素子を一体的に往復動させ、
前記回動手段による前記複数の受光素子の往復動の周期が、前記駆動手段による前記偏向部の回転周期よりも大きくなっていることを特徴とする請求項２に記載のレーザレーダ装置。
【請求項４】
前記偏向部は、
前記貫通孔を通過したレーザ光が入射する位置に凸状の反射面が配され、前記凸状の反射面により前記貫通孔を通過したレーザ光を少なくとも前記中心軸の方向に拡がらせつつ外部空間に向けて反射する凸状鏡と、
前記凸状鏡の周囲に配置される平面鏡又は凹面鏡と、
を有し、
前記凸状鏡が前記拡散手段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３のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。
【請求項５】
前記偏向部及び前記反射部材を前記中心軸の方向に平面視したときに前記凸状鏡の外形及び前記貫通孔の外形が略円形となる構成をなし且つ前記凸状鏡の外形の径が前記貫通孔の径以下の大きさとなるように構成されていることを特徴とする請求項４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源を備え、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を所定の中心軸に沿って導く投光手段と、
前記中心軸を中心として回転可能に構成された偏向部と、前記偏向部を駆動する駆動手段とを備えると共に、前記駆動手段により前記偏向部を回転させつつ前記中心軸に沿って導かれたレーザ光を前記偏向部によって外部空間に向けて偏向させ、且つ当該レーザ光が外部空間の物体で反射して生じる反射光を前記偏向部によって当該偏向部へのレーザ光の入射側に偏向する回転偏向手段と、
前記偏向部に向けて前記中心軸に沿って導かれるレーザ光の経路の途中に配置されると共に、前記中心軸に沿って導かれるレーザ光を通過させる貫通孔が形成され、前記中心軸の方向に対して傾斜した反射面を有する反射部が前記偏向部側に形成されており、前記偏向部で偏向された外部空間からの前記反射光を前記反射部によって前記中心軸から外れた側に反射する反射部材と、
複数の受光素子が二次元的に配置された受光領域を備えると共に、前記中心軸と平行な方向を上下方向としたときの当該上下方向における前記投光手段と前記偏向部の間の領域において前記反射部によって前記反射光が反射される側に配置され、前記反射部によって導かれた前記反射光を前記受光領域にて受光する光検出手段と、
前記レーザ光源から外部空間に照射されるまでのレーザ光の投光経路に配置され、前記偏向部から外部空間に向かうレーザ光を少なくとも前記中心軸の方向に拡がらせる拡散手段と
を備え、
前記外部空間からの前記反射光が前記偏向部に入射するときの入射の向きに対応して前記受光領域での前記反射光の入射位置が定ま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】
レーザ光を発生させるレーザ光源を備え、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を所定の中心軸に沿って導く投光手段と、
前記中心軸を中心として回転可能に構成された偏向部と、前記偏向部を駆動する駆動手段とを備えると共に、前記駆動手段により前記偏向部を回転させつつ前記中心軸に沿って導かれたレーザ光を前記偏向部によって外部空間に向けて偏向させ、且つ当該レーザ光が外部空間の物体で反射して生じる反射光を前記偏向部によって当該偏向部へのレーザ光の入射側に偏向する回転偏向手段と、
前記レーザ光源から前記偏向部までのレーザ光の経路又は前記偏向部において当該レーザ光を拡散させることで、前記偏向部から外部空間に向かうレーザ光を少なくとも前記中心軸の方向に拡がらせる拡散手段と、
ライン状の受光領域を構成する複数の受光素子と、前記受光領域が所定の受光基準平面上を回動するように前記複数の受光素子を一体的に変位させる回動手段と、を備え、前記外部空間からの前記反射光が前記偏向部に入射するときの入射の向き及び前記偏向部の回転角度に対応して前記受光基準平面における前記反射光の入射位置が定まるように構成され、回動する前記受光領域が前記反射光の経路上に位置するときに当該反射光を受光する光検出手段と、
前記反射光が前記受光領域にて受光されたとき、当該反射光を受光した受光素子の位置と、前記受光領域の回動位置と、前記偏向部の回転角度とに基づいて少なくとも前記物体の方位を検出する方位検出手段と、
を備えたことを特徴とするレーザレーダ装置。
【請求項３】
前記回動手段は、前記受光基準平面と直交する回動軸を中心とした所定の回動範囲で前記複数の受光素子を一体的に往復動させ、
前記回動手段による前記複数の受光素子の往復動の周期が、前記駆動手段による前記偏向部の回転周期よりも大きくなっていることを特徴とする請求項２に記載のレーザレーダ装置。
【請求項４】
前記偏向部は、
前記貫通孔を通過したレーザ光が入射する位置に凸状の反射面が配され、前記凸状の反射面により前記貫通孔を通過したレーザ光を少なくとも前記中心軸の方向に拡がらせつつ外部空間に向けて反射する凸状鏡と、
前記凸状鏡の周囲に配置される平面鏡又は凹面鏡と、
を有し、
前記凸状鏡が前記拡散手段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３のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。
【請求項５】
前記偏向部及び前記反射部材を前記中心軸の方向に平面視したときに前記凸状鏡の外形及び前記貫通孔の外形が略円形となる構成をなし且つ前記凸状鏡の外形の径が前記貫通孔の径以下の大きさとなるように構成されていることを特徴とする請求項４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】
【公開番号】特開２０１３−８３６２４（Ｐ２０１３−８３６２４Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−７７２２３（Ｐ２０１２−７７２２３）
【出願日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【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２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]