JP2017138298A - 光走査型の対象物検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡素な構成で低コストでありながら、例えば１８０度を超える広範な検出エリアを持ち，かかる検出エリアに侵入した物体を有効に検知できる光走査型の対象物検知装置を提供する。【解決手段】光走査型の対象物検知装置は、回転軸線回りに回転する１つのミラーと、光源及び受光部をそれぞれ備えた複数の投受光ユニットとを有し、各投受光ユニットの前記光源から出射された光束は、前記ミラーで反射した後、前記ミラーの回転により走査投光され、前記走査投光された光束のうち対象物で散乱された光束の一部が、前記ミラーで反射した後、対応する前記投受光ユニットの前記受光部で受光されるよう構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、検出エリアに進入してきた物体などを検知することができる光走査型の対象物検知装置に関する。

近年では防犯意識の高まりから、検出エリアに侵入してきた物体の検知を精度良く行える監視システムの要請が高まっている。このような物体の検知方法として、電波を発信して反射波を検出する電波式レーダーが提案されているが、解像度の観点から遠方の物体の位置を精度良く把握するのは難しいという課題がある。

これに対し、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式を採用した対象物検知装置も既に開発されている。ＴＯＦ方式とは、パルス発光させたレーザー光が、物体に当たって戻ってくるまでの時間を測ることにより、当該物体までの距離を測定することができるものである。しかるに、ＴＯＦ方式を採用した対象物検知装置は、遠方の物体にレーザー光を照射した際に発生する微弱な反射光を検知するために、一般的にはＡＰＤ(アバランシェ・フォトダイオード)等の増幅率の高い受光素子を使用している。また、検知すべき対象物の解像度を上げるため、反射光を受光する複数の受光素子を配列して高分解能を確保することも行われている。

特許文献１には、回転軸に対して傾いた第１ミラー面と第２ミラー面を備えた回転するミラーユニットと、前記ミラーユニットを介して、対象物に向けて光束を出射する少なくとも１つの光源を含む投光系と、を有し、前記光源から出射された光束が、前記ミラーユニットの前記第１ミラー面で反射した後、前記第２ミラー面へ向かって進行し、更に前記第２ミラー面で反射され、前記ミラーユニットの回転に応じて前記対象物に対して走査されつつ投光されるようになっているレーダー装置が開示されている。このようなミラーユニットを用いた場合、投光系から出射された光束が回転する第１ミラー面と第２ミラー面で反射された後に対象物に向かって照射され、ここで反射した後、再び第１ミラー面と第２ミラー面で反射された後に受光系に入射するので、原則的に投光された光の反射光のみが受光系に入射することとなり、外乱光に対する耐性を持ち、高い分解能を有し、更に広い視野を持つというメリットを有する。

特開２０１５−１８０９５６号公報 米国特許第７９６９５５８号明細書

ここで特許文献１では、複数の光源を用いることで、縦歪曲を悪化させることなく走査ラインを増やせることについて開示がある。しかしながら、特許文献１に開示された構成上、ミラーユニットの回転軸線回りの検出範囲が制限されてしまうという問題がある。

これに対し、特許文献２には、多数の光源と受光素子とを２次元的に配列させたユニットを回転させることで、光源から出射されたレーザー光の対象物からの反射光を、対応する受光素子で逐一受光可能な光測定装置が開示されている。かかる光測定装置によれば、３６０度の範囲で対象物検知を行うことが可能である。

しかしながら、特許文献２の光測定装置においては、多数の光源と受光素子とを設けることでコストが膨大となるほか、光源や受光素子の給電や制御を外部からどのように行うかという問題がある。例えば接触式のロータリーコネクタなどを用いて多数の光源と受光素子に外部から給電や制御通信を行おうとすると、構成が大型化してしまうという問題がある他、ノイズの発生を招いたり取扱いが難しいなどの問題がある。これに対し、近年ではコイルによる電磁誘導等を用いて無線給電を行ったり、赤外線や光等を用いて無線通信を行える非接触式のコネクタも開発されてきており、これらを特許文献２の技術に適用すれば良いという考えもあるが、いずれにしてもコストを増大させ、また構成を複雑化させる原因となり得る。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、比較的簡素な構成で低コストでありながら、例えば１８０度を超える広範な検出エリアを持ち，かかる検出エリアに侵入した物体を有効に検知できる光走査型の対象物検知装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の光走査型の対象物検知装置は、
回転軸線回りに回転する１つのミラーと、
光源及び受光部をそれぞれ備えた複数の投受光ユニットとを有し、
各投受光ユニットの前記光源から出射された光束は、前記ミラーで反射した後、前記ミラーの回転により走査投光され、前記走査投光された光束のうち対象物で散乱された光束の一部が、前記ミラーで反射した後、対応する前記投受光ユニットの前記受光部で受光されるよう構成されているものである。

本発明によれば、比較的簡素な構成で低コストでありながら、例えば１８０度を超える広範な検出エリアを持ち，かかる検出エリアに侵入した物体を有効に検知できる光走査型の対象物検知装置を提供することができる。

第１の実施の形態にかかる光走査型の対象物検知装置としてのレーザーレーダーＬＲの断面図である。 本実施の形態にかかるレーザーレーダーＬＲの主要部の斜視図である。 （ａ）は、ミラーユニットを構成する第２反射部材を回転軸線に沿った方向に見て示す模式図であり、（ｂ）は、ミラーユニットを構成する第１反射部材を回転軸線に沿った方向に見て示す図である。 レーザーレーダーＬＲの回転軸線方向に見た走査範囲を示す図である レーザーレーダーＬＲにより対象物検知可能な範囲を模式的に示す斜視図である。 レーザーレーダーＬＲより出射されるスポット光ＳＢの走査範囲を示す展開図である。 本実施の形態の変形例にかかる図３と同様な図である。 本実施の形態の変形例にかかる図４と同様な図である。 図１〜６の実施の形態に相当するミラーユニットＭＵと、半導体レーザーＬＤ１及びコリメートレンズＣＬ１のみを示す実施例１の側面図である。 図９の構成をX-X線で切断して矢印方向に見た図である。 図７，８の実施の形態に相当するミラーユニットＭＵと、半導体レーザーＬＤ１及びコリメートレンズＣＬ１のみを示す実施例２の側面図である。 図１１の構成をXII-XII線で切断して矢印方向に見た図である。 上述した実施の形態に用いることができる半導体レーザーＬＤ１とコリメートレンズＣＬ１の種々の例を示す斜視図である。 第２の実施の形態にかかる光走査型の対象物検知装置としてのレーザーレーダーＬＲの斜視図である。 レーザーレーダーＬＲにおいてカバーを取り外した状態で示す斜視図である。 本実施の形態にかかるレーザーレーダーＬＲの断面の模式図である。 本実施の形態にかかる走査ユニットＳＵの筐体を除く主要部を示す斜視図である。 走査ユニットＳＵを回転軸線ＲＯ１の方向に見た図である。 ミラーユニットＭＵが１回転する間に、２つの投受光装置ＯＰＤからの出射光束で走査できるユニット回転走査範囲ＡＲを示す図である。 走査ユニットＳＵが、回転軸線ＲＯ２回りに天球の赤道方向（α方向）に回転変位するのに伴って、一部重なりつつ変位するユニット回転走査範囲ＡＲを水平方向に見た図である。 図２０中の部位XXIを拡大して示す図である。 レーザーレーダーＬＲにより対象物検知可能な３６０度全天ＣＳＰを模式的に示す図である。 別の実施の形態にかかる走査ユニットＳＵの主要部を示す図である。 更に別な実施の形態にかかるレーザーレーダーＬＲの斜視図である。 別な実施の形態にかかる走査ユニットＳＵを回転軸線ＲＯ１の方向に見た図である。 別な実施の形態において、ミラーユニットＭＵが１回転する間に、２つの投受光装置ＯＰＤからの出射光束で走査できるユニット回転走査範囲ＡＲを示す図である。 別な実施の形態におけるレーザーレーダーＬＲにより対象物検知可能な３６０度全天ＣＳＰを模式的に示す図である。

（第１の実施の形態）
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる光走査型の対象物検知装置としてのレーザーレーダーＬＲの断面図である。図２は、本実施の形態にかかるレーザーレーダーＬＲの主要部の斜視図であるが、対象物へ向かうレーザー光(実線)と対象物からの反射光(一点鎖線)は、それぞれ光軸のみ示している。図３（ａ）は、ミラーユニットを構成する第２反射部材を回転軸線に沿った方向に見て示す模式図であり、図３（ｂ）は、ミラーユニットを構成する第１反射部材を回転軸線に沿った方向に見て示す図であり、回転軸線に対する反射面の傾斜角を反射面毎に付している。

図１において、レーザーレーダーＬＲは、第１投受光装置（投受光ユニット）ＯＰＤ１と、第２投受光装置（投受光ユニット）ＯＰＤ２と、回転するミラーユニット(ミラー)ＭＵとを有し、これらは筐体ＣＳ（図４参照）に保持されている。第１投受光装置ＯＰＤ１は、レーザー光束ＬＢ１を出射するパルス式の半導体レーザー(光源)ＬＤ１と、半導体レーザーＬＤ１から出射されたレーザー光束ＬＢ１を透過するコリメートレンズＣＬ１と、対象物からの反射光ＲＢ１を集光するレンズＬＳ１と、集光された反射光ＲＢ１を受光するフォトダイオード(受光部)ＰＤ１とを有する。又、第２投受光装置ＯＰＤ２は、レーザー光束ＬＢ２を出射するパルス式の半導体レーザー(光源)ＬＤ２と、半導体レーザーＬＤ２から出射されたレーザー光束ＬＢ２を透過するコリメートレンズＣＬ２と、対象物からの反射光ＲＢ２を集光するレンズＬＳ２と、集光された反射光ＲＢ２を受光するフォトダイオード(受光部)ＰＤ２とを有する。

ミラーユニットＭＵは、第１投受光装置ＯＰＤ１のコリメートレンズＣＬ１を介して出射されたレーザー光束ＬＢ１を反射しつつ、回転に応じて筐体ＣＳの透明板(不図示)を介して対象物に対して走査すると共に、透明板を介して対象物から戻ってきた反射光ＲＢ１を反射して、第１投受光装置ＯＰＤ１のレンズＬＳ１に入射させ、更に第２投受光装置ＯＰＤ２のコリメートレンズＣＬ２を介して出射されたレーザー光束ＬＢ２を反射しつつ、回転に応じて筐体ＣＳの透明板(不図示)を介して対象物に対して走査すると共に、透明板を介して対象物から戻ってきた反射光ＲＢ２を反射して、第２投受光装置ＯＰＤ２のレンズＬＳ２に入射させる機能を有する。図示していないが、透明板は筐体ＣＳの窓部に取り付けられ、出射光に対して傾いていると好ましい。詳細は後述するが、半導体レーザーＬＤ１，ＬＤ２から出射された光束は、対象物に投射される際に走査角方向（走査方向）よりも副走査角方向（走査直交方向）に長くなっていると好ましい。又、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２は、走査直交方向に並んだ複数の受光領域を有していると好ましいが、受光領域を２次元配置したものでも良い。

第１投受光装置ＯＰＤ１及び第２投受光装置ＯＰＤ２の光軸（ここではレーザー光束ＬＢ１，ＬＢ２の断面中心とする）は、ミラーユニットＭＵの回転軸ＲＸに対して直交している。但し、第１投受光装置ＯＰＤ１及び第２投受光装置ＯＰＤ２の光軸は、装置サイズや形状、光学素子の配置等の都合により、回転軸直交方向から多少傾いていても良い。また、第１投受光装置ＯＰＤ１及び第２投受光装置ＯＰＤ２の光軸は、回転軸線ＲＸ回りに略１８０°離れて配置されていると好ましい。ここで、略１８０°とは、１８０°±５°であるものとする。

ミラーユニットＭＵは、筐体ＣＳ（図４参照）により、軸線である回転軸ＲＸ回りに回転可能に保持されており、図２，３に示すように、第１反射部材ＲＦ１と第２反射部材ＲＦ２とを組み合わせて形成されている。樹脂製であって等肉厚カップ状の第１反射部材ＲＦ１は、図３（ｂ）を参照して、その外表面に回転軸ＲＸを中心とする正三角形状の接合面ＲＦ１ａと、接合面ＲＦ１ａの各辺に交差する略扇形の３つの反射面（第１ミラー面）ＲＦ１ｃ、ＲＦ１ｄ、ＲＦ１ｅと、各反射面に接する円筒状の外周面ＲＦ１ｆ（図２）とを有している。接合面ＲＦ１ａの中央には、中央開口ＲＦ１ｇが形成されている。

第１反射部材ＲＦ１と同様に樹脂製であって等肉厚カップ状の第２反射部材ＲＦ２は、図３（ａ）を参照して、その外表面に回転軸ＲＸを中心とする正三角形状の接合面ＲＦ２ａと、接合面ＲＦ２ａの各辺に交差する略扇形の３つの反射面（第２ミラー面）ＲＦ２ｃ、ＲＦ２ｄ、ＲＦ２ｅと、各反射面に接する円筒状の外周面ＲＦ２ｆ（図３）とを有している。接合面ＲＦ２ａの中央には、中央開口ＲＦ２ｇが形成されている。

ここで、反射面ＲＦ１ｃの回転軸ＲＸに対する傾斜角を４４°とし、反射面ＲＦ１ｄの回転軸ＲＸに対する傾斜角を４５°とし、反射面ＲＦ１ｅの回転軸ＲＸに対する傾斜角を４６°とする。一方、反射面ＲＦ２ｃの回転軸ＲＸに対する傾斜角を４４°とし、反射面ＲＦ２ｄの回転軸ＲＸに対する傾斜角を４５°とし、反射面ＲＦ２ｅの回転軸ＲＸに対する傾斜角を４６°とする。

第１反射部材ＲＦ１及び第２反射部材ＲＦ２は、射出成形によって形成され、その表面にアルミ、金、銀などの蒸着等による成膜を行うことで反射面を得ることができる。このように、各反射面の回転軸ＲＸに対する傾斜角を個々に変更している場合には、射出成形で形成することにより各反射面の精度を出しやすいというメリットがある。

第１反射部材ＲＦ１と第２反射部材ＲＦ２とは、図１に示すように、接合面ＲＦ１ａ、ＲＦ２ａを対向させ、間に三角形板状の孔付きスペーサＳＰを介在させ、円筒段付き状の軸ＣＹをそれぞれ中央開口ＲＦ１ｇ、ＲＦ２ｇに挿通して嵌合させ、ボルトＢＴを用いてこれらを固定することで組み立てられる。軸ＣＹを回転駆動するモータＭＴは、筐体ＣＳに固定される。

上述したように、第１反射部材ＲＦ１と第２反射部材ＲＦ２とは成形で精度良く形成できるので、中央開口ＲＦ１ｇ、ＲＦ２ｇに挿通した軸ＣＹのガイドによって相互の軸線が一致するように組み付けることができる。組付時には、反射面ＲＦ１ｃを反射面ＲＦ２ｃと対になるように対向させ、反射面ＲＦ１ｄを反射面ＲＦ２ｄと対になるように対向させ、反射面ＲＦ１ｅを反射面ＲＦ２ｅと対になるように対向させて回転方向の位相を設定するものとする。尚、以上の製造方法にかかわらず、第１反射部材ＲＦ１と第２反射部材ＲＦ２とは一体で形成されても良い。

次に、レーザーレーダーＬＲの測距動作について説明する。図４は、レーザーレーダーＬＲの回転軸線方向に見た走査範囲を示す図であるが、ミラーユニットＭＵは下半部のみ示し、投受光装置ＯＰＤ１，ＯＰＤ２は簡略図示している。更に対象物検知可能な範囲（Ｇ１，Ｇ２）を模式的にハッチングで示しているが、レーザーレーダーＬＲの筐体ＣＳのサイズに対して実際の検知可能限界は図示より大きくなっている。図５は、レーザーレーダーＬＲにより対象物検知可能な範囲を模式的に示す斜視図である。図６は、レーザーレーダーＬＲより出射されるスポット光ＳＢの走査範囲を示す展開図であり、建造物等の対象物とともに示している。図２において、不図示の駆動源からの駆動によりミラーユニットＭＵが定速回転している状態で、第１投受光装置ＯＰＤ１の半導体レーザーＬＤ１からパルス状に間欠的に出射されたレーザー光束は、第１反射部材ＲＦ１の反射面ＲＦ１ｃの点Ｐ１に入射し、ここで反射され、回転軸ＲＸに沿って、または回転軸ＲＸから所定角度傾いて進行し、更に第２反射部材ＲＦ２の反射面ＲＦ２ｃの点Ｐ２で反射して対象物側に走査投光される。このとき点Ｐ１，Ｐ２は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて反射面上を周方向に移動する。そして、ミラーユニットＭＵの回転により、反射面ＲＦ１ｄ、ＲＦ２ｄに相対移動し、更にミラーユニットＭＵの回転により、反射面ＲＦ１ｅ、ＲＦ２ｅに相対移動することとなる。

同様に、第２投受光装置ＯＰＤ２の半導体レーザーＬＤ２からパルス状に間欠的に出射されたレーザー光束は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて正対した第１反射部材ＲＦ１の反射面に入射し、ここで反射され、回転軸ＲＸに沿って、または回転軸ＲＸから所定角度傾いて進行し、更に第２反射部材ＲＦ２の反射面で反射して対象物側に走査投光される。

図６において、レーザー光束ＬＢ１により対象物に照射されるスポット光をＳＢ１とし、レーザー光束ＬＢ２により対象物に照射されるスポット光をＳＢ２とする。スポット光ＳＢ１，ＳＢ２は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、レーザーレーダーＬＲの検出範囲Ｇ上を水平方向に走査される。検出範囲Ｇにおける０°から１８０°の第１範囲Ｇ１にわたってスポット光ＳＢ１が走査され、検出範囲Ｇにおける１８０°から３６０°の第２範囲Ｇ２にわたってスポット光ＳＢ２が走査されるようになっている。

ここで、ミラーユニットＭＵの反射面は、上述したように、それぞれ回転軸ＲＸに対する傾斜角が異なっている。よって、第１投受光装置ＯＰＤ１から出射され、対となった反射面ＲＦ１ｃ、ＲＦ２ｃにて反射したレーザー光であるスポット光ＳＢ１は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、第１範囲Ｇ１の一番上の領域Ｌｎ１１を水平方向に左から右へと走査される。次に、対となった反射面ＲＦ１ｄ、ＲＦ２ｄにて反射したレーザー光であるスポット光ＳＢ１は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、第１範囲Ｇの上から二番目の領域Ｌｎ１２を水平方向に左から右へと走査される。次に、対となった反射面ＲＦ１ｅ、ＲＦ２ｅにて反射したレーザー光であるスポット光ＳＢ１は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、第１範囲Ｇの上から三番目の領域Ｌｎ１３を水平方向に左から右へと走査される。

以上とは走査タイミングがずれているが、第２投受光装置ＯＰＤ２から出射され、対となった反射面ＲＦ１ｃ、ＲＦ２ｃにて反射したレーザー光であるスポット光ＳＢ２は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、第２範囲Ｇ２の一番上の領域Ｌｎ２１を水平方向に左から右へと走査される。次に、対となった反射面ＲＦ１ｄ、ＲＦ２ｄにて反射したレーザー光であるスポット光ＳＢ２は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、第２範囲Ｇ２の上から二番目の領域Ｌｎ２２を水平方向に左から右へと走査される。次に、対となった反射面ＲＦ１ｅ、ＲＦ２ｅにて反射したレーザー光であるスポット光ＳＢ２は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、第２範囲Ｇ２の上から三番目の領域Ｌｎ２３を水平方向に左から右へと走査される。

つまり、ミラーユニットＭＵが１回転することで、検出範囲Ｇ全体の走査が完了する。その後、対となった反射面ＲＦ１ｃ、ＲＦ２ｃが戻ってくれば、再び検出範囲Ｇの一番上からの走査を繰り返すこととなる。尚、パルス状に発光する半導体レーザーＬＤ１，ＬＤ２の一方を発光させているときに、他方の発光を停止させるようにすれば、迷光の影響を回避できる。

又、図３，４に示す配置関係から明らかであるが、第１投受光装置ＯＰＤ１から出射されたレーザー光束ＬＢ１が、反射面ＲＦ１ｃの中央に入射するときに、第２投受光装置ＯＰＤ２から出射されたレーザー光束ＬＢ２が、反射面ＲＦ１ｅに入射を開始する。つまりレーザー光束ＬＢ１，ＬＢ２は、回転軸線方向に見て互いに９０°シフトしつつ、ミラーユニットＭＵから出射されることとなる(図５参照)。

図２において、スポット光ＳＢ１が照射された対象物から反射した散乱光の一部は反射光ＲＢ１となり、再び第２反射部材ＲＦ２の反射面ＲＦ２ｃ等に入射し、ここで反射され、回転軸ＲＸに沿って、または回転軸ＲＸから所定角度傾いて進行し、更に第１反射部材ＲＦ１の反射面ＲＦ１ｃ等で反射して、レンズＬＳ１により集光され、フォトダイオードＰＤ１の受光面で検知されることとなる。一方、スポット光ＳＢ２が照射された対象物から反射した散乱光の一部は反射光ＲＢ２となり、再び第２反射部材ＲＦ２の反射面ＲＦ２ｃ等に入射し、ここで反射され、回転軸ＲＸに沿って、または回転軸ＲＸから所定角度傾いて進行し、更に第１反射部材ＲＦ１の反射面ＲＦ１ｃ等で反射して、レンズＬＳ２により集光され、フォトダイオードＰＤ２の受光面で検知されることとなる。これにより図４〜６に示すように、レーザーレーダーＬＲの周囲３６０度の範囲に渡って対象物検知を行える。このとき、レーザー光束ＬＢ１，ＬＢ２の出射時刻に基づいてミラーユニットＭＵの回転角度が分かり、またレーザー光束ＬＢ１，ＬＢ２の出射時刻と、対象物から反射してきた反射光ＲＢ１，ＲＢ２の受光時刻との差から対象物までの距離が分かるので、レーザーレーダーＬＲを基準として対象物の位置を精度良く割り出すことができる。

ところで、回転する３枚の反射面に対してレーザー光束を入射させたときに、理論上、１枚の反射面から走査されるレーザー光束の走査角は２４０°となる。しかるに、検出効率を高めるには、ミラーユニットＭＵの反射面に入射するレーザー光束ＬＢ１，ＬＢ２に、ある程度の幅を持たせる必要があるが、これが原因で走査角を２４０°フルに確保できないという課題がある。より具体的に説明すると、例えば図３に点線で示すように、反射面ＲＦ１ｃの周方向の縁にレーザー光束ＬＢ１が跨がるように照射されると、一方のレーザー光束ＬＢ１は反射面ＲＦ１ｃで反射されるが、残りのレーザー光束ＬＢ１はそれに隣接する反射面ＲＦ１ｄ又はＲＦ１ｅで反射されてしまうこととなる。

かかる場合、反射面ＲＦ１ｃで反射されたレーザー光束ＬＢ１による対象物からの反射光は、適切にフォトダイオードＰＤ１で受光されるが、反射面ＲＦ１ｃ以外から反射されたレーザー光束ＬＢ１による対象物からの反射光は、フォトダイオードＰＤ１で受光することができず、場合によっては第２投受光装置ＯＰＤ２のフォトダイオードＰＤ２で検出されてしまい、それにより誤検出を招く恐れがある。同様の課題は、他の反射面でも生じうる。

このような誤検出を回避すべく、半導体レーザーＬＤ１を制御する不図示の制御部が、ミラーユニットＭＵの回転角を検出しながら、各反射面の周方向の縁にレーザー光束ＬＢ１がかかる前に、半導体レーザーＬＤ１の発光を停止するようにしている。同様な制御は、半導体レーザーＬＤ２においても行われる。しかしながら、このように半導体レーザーの発光制御を行うと、レーザー光束の走査角をフルに使用することができなくなる。本発明者らが行った検討によれば、回転する３枚の反射面に対してレーザー光束を入射させたときに、１枚の反射面から走査されるレーザー光束の走査角は少なくとも１８０°となることがわかった。従って、周方向に並んで３枚の反射面を持つミラーユニットＭＵに対して、投受光装置を２つ用いることで、３６０°全周にわたって対象物検知を行うことができる。その実施例については後述する。

図７は、本実施の形態の変形例にかかる図３と同様な図であり、図８は、本実施の形態の変形例にかかる図４と同様な図である。上述した実施の形態に対して、主として異なる点を説明する。本変形例のレーザーレーダーＬＲは、３つの投受光装置ＯＰＤ１，ＯＰＤ２，ＯＰＤ３と、１つのミラーユニットＭＵとを有する。各投受光装置ＯＰＤ１，ＯＰＤ２，ＯＰＤ３は、上述した実施の形態と同様な構成を有するが、図８に示すように、回転軸線ＲＸ回りに略１２０°間隔で配置されている。ここで、略１２０°とは、１２０°±５°であるものとする。

一方、本変形例のミラーユニットＭＵは，４対の反射面を有する。具体的に、第１反射部材ＲＦ１は、図７（ｂ）を参照して、周方向に並んで４つの反射面（第１ミラー面）ＲＦ１ｃ、ＲＦ１ｄ、ＲＦ１ｅ、ＲＦ１ｈを有している。又、第２反射部材ＲＦ２は、図７（ａ）を参照して、周方向に並んで４つの反射面（第２ミラー面）ＲＦ２ｃ、ＲＦ２ｄ、ＲＦ２ｅ、ＲＦ２ｈを，それぞれ対向するようにして有している。

ここで、反射面ＲＦ１ｃの回転軸ＲＸに対する傾斜角を４４°とし、反射面ＲＦ１ｄの回転軸ＲＸに対する傾斜角を４５°とし、反射面ＲＦ１ｅの回転軸ＲＸに対する傾斜角を４６°とし、反射面ＲＦ１ｈの回転軸ＲＸに対する傾斜角を４７°とする。一方、反射面ＲＦ２ｃの回転軸ＲＸに対する傾斜角を４４°とし、反射面ＲＦ２ｄの回転軸ＲＸに対する傾斜角を４５°とし、反射面ＲＦ２ｅの回転軸ＲＸに対する傾斜角を４６°とし、反射面ＲＦ２ｈの回転軸ＲＸに対する傾斜角を４７°とする。

本変形例においても、ミラーユニットＭＵの反射面が、それぞれ回転軸ＲＸに対する傾斜角が異なっている。よって、投受光装置ＯＰＤ１〜ＯＰＤ３から出射され、対となった反射面ＲＦ１ｃ、ＲＦ２ｃにて反射したレーザー光であるスポット光(不図示)は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、各範囲Ｇ１〜Ｇ３の鉛直方向（図８で紙面垂直方向）一番上の領域を水平方向に左から右へと走査される。次に、対となった反射面ＲＦ１ｄ、ＲＦ２ｄにて反射したレーザー光であるスポット光は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、各範囲Ｇ１〜Ｇ３の鉛直方向上から二番目の領域を水平方向に左から右へと走査される。次に、対となった反射面ＲＦ１ｅ、ＲＦ２ｅにて反射したレーザー光であるスポット光ＳＢ１は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、各範囲Ｇ１〜Ｇ３の鉛直方向上から三番目の領域を水平方向に左から右へと走査される。次に、対となった反射面ＲＦ１ｈ、ＲＦ２ｈにて反射したレーザー光であるスポット光は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、各範囲Ｇ１〜Ｇ３の鉛直方向上から四番目の領域を水平方向に左から右へと走査される。以上により、レーザーレーダーＬＲの周囲３６０度の範囲に渡って対象物検知を行える。

ここで、回転する４枚の反射面に対してレーザー光束を入射させたときに、理論上、１枚の反射面から走査されるレーザー光束の走査角は１８０°となるが、上述した理由により走査角を１８０°フルに確保できない。本発明者らが行った検討によれば、回転する４枚の反射面に対してレーザー光束を入射させたときに、１枚の反射面から走査されるレーザー光束の走査角は少なくとも９０°となることがわかった。従って、周方向に並んで４枚の反射面を持つミラーユニットＭＵに対して、投受光装置を３つ用いることで、３６０°全周にわたって対象物検知を行うことができる。その実施例については後述する。

(実施例１)
図９は、図１〜６の実施の形態に相当するミラーユニットＭＵと、半導体レーザーＬＤ１及びコリメートレンズＣＬ１のみを示す実施例１の側面図であり、図１０は、図９の構成をX-X線で切断して矢印方向に見た図である。尚、ミラーユニットＭＵは、主として反射面以外を省略している。

実施例１において、半導体レーザーＬＤ１から出射されたレーザー光束ＬＢ１のビーム広がり角は２８°（半値全幅）であり、これを焦点距離ｆ＝６ｍｍのコリメートレンズＣＬ１に透過させることで、ビーム径φ＝５．５ｍｍ（中心の強度を１００％としたときに、強度が９５％となる位置の径）の略平行光に変換し、回転軸線ＲＸに直交する方向に沿って、ミラーユニットＭＵの反射面ＲＦ１ｃに入射させている。このときの入射位置は、回転軸線ＲＸと反射面ＲＦ１ｃの中心線とでなす仮想面が、レーザー光束ＬＢ１の光軸ＯＡ１と重なるミラーユニットＭＵの回転位置(図１０参照)で、光軸ＯＡ１と反射面ＲＦ１ｃとの交点ＣＰ１と、回転軸線ＲＸとの距離Δ１が８ｍｍとなる位置とする。

ミラーユニットＭＵを回転軸線ＲＸ回りに回転させると、その回転角に応じて、交点ＣＰ１は点線で示すように周方向に反射面上を移動するが、反射面ＲＦ１ｃ内で反射するレーザー光束ＬＢ１を有効に使用できるのは、反射面ＲＦ１ｃの周方向の縁ＥＧにかからない（点線で示す位置間の）最大の許容角度θ１の範囲である。上述の仕様にかかる実施例１によれば、許容角度θ１＝１００°となる。よって、レーザー光束ＬＢ１の振れ幅は１００°×２＝２００°となるから、２つの投受光装置を設けることで、合計４００°の対象物検知範囲をカバーできることとなる。この場合、全周を超えた余剰分（４００°−３６０°）＝４０°は、検知範囲のマージンとして使用できるので製造時の冗長性等が高まる。

(実施例２)
図１１は、図７，８の実施の形態に相当するミラーユニットＭＵと、半導体レーザーＬＤ１及びコリメートレンズＣＬ１のみを示す実施例２の側面図であり、図１２は、図１１の構成をXII-XII線で切断して矢印方向に見た図である。尚、ミラーユニットＭＵは、主として反射面以外を省略している。

実施例２において、半導体レーザーＬＤ１から出射されたレーザー光束ＬＢ１のビーム広がり角は２８°（半値全幅）であり、これを焦点距離ｆ＝６ｍｍのコリメートレンズＣＬ１に透過させることで、ビーム径φ＝５．５ｍｍ（中心の強度を１００％としたときに、強度が９５％となる位置の径）の略平行光に変換し、回転軸線ＲＸに直交する方向に沿って、ミラーユニットＭＵの反射面ＲＦ１ｃに入射させている。このときの入射位置は、回転軸線ＲＸと反射面ＲＦ１ｃの中心線とでなす仮想面が、レーザー光束ＬＢ１の光軸ＯＡ１と重なるミラーユニットＭＵの回転位置(図１０参照)で、光軸ＯＡ１と反射面ＲＦ１ｃとの交点ＣＰ２と、回転軸線ＲＸとの距離Δ２が８ｍｍとなる位置とする。

ミラーユニットＭＵを回転軸線ＲＸ回りに回転させると、その回転角に応じて、交点ＣＰ２は点線で示すように周方向に反射面上を移動するが、反射面ＲＦ１ｃ内で反射するレーザー光束ＬＢ１を有効に使用できるのは、反射面ＲＦ１ｃの周方向の縁ＥＧにかからない（点線で示す位置間の）最大の許容角度θ２の範囲である。上述の仕様にかかる実施例２によれば、許容角度θ２＝７０°となる。よって、レーザー光束ＬＢ１の振れ幅は７０°×２＝１４０°となるから、３つの投受光装置を設けることで、合計４２０°の対象物検知範囲をカバーできることとなる。この場合、全周を超えた余剰分（４２０°−３６０°）＝６０°は、検知範囲のマージンとして使用できるので製造時の冗長性等が高まる。

図１３は、上述した実施の形態に用いることができる半導体レーザーＬＤ１とコリメートレンズＣＬ１の種々の例を示す斜視図であるが、出射されたレーザー光の断面をハッチングで示している。図において、Ｚ方向を光軸方向とし、Ｙ方向を走査方向に対応する方向とし、Ｘ方向を走査直交方向に対応する方向とする。図１３（ａ）に示す例では、半導体レーザーＬＤ１の発光部ＬＰから、略円形断面のレーザー光束ＬＢ１が出射される。このレーザー光束ＬＢ１は、シリンドリカルレンズＣＬ１を介して整形され、不図示のミラーユニットＭＵに対して照射される。シリンドリカルレンズＣＬ１は、透過するレーザー光束ＬＢ１の断面において、Ｙ方向の寸法を変えず、Ｘ方向の寸法を引き延ばすように整形する。これにより、対象物に向かって走査投光されるレーザー光束ＬＢ１の断面形状において、走査方向の寸法よりも走査直交方向の寸法が大きくなる。

図１３（ｂ）に示す例では、半導体レーザーＬＤ１の発光部ＬＰから、Ｙ方向を短軸とし、Ｘ方向を長軸とする略楕円断面のレーザー光束ＬＢ１が出射される。このレーザー光束ＬＢ１は、コリメートレンズＣＬ１を介して略平行光束に変換され、不図示のミラーユニットＭＵに対して照射される。従って、対象物に向かって走査投光されるレーザー光束ＬＢ１の断面形状において、走査方向の寸法よりも走査直交方向の寸法が大きくなる。

図１３（ｃ）に示す例では、半導体レーザーＬＤ１に３つの発光部ＬＰがＸ方向に並んで設けられ、各発光部ＬＰから、略円形断面のレーザー光束ＬＢ１が出射される。３本のレーザー光束ＬＢ１は、コリメートレンズＣＬ１を介して略平行光束に変換され、互いに隙間なく接した状態で、不図示のミラーユニットＭＵに対して照射される。Ｘ方向に隙間なく並んだレーザー光束ＬＢ１は、対象物に向かって走査投光される際に、走査方向の寸法よりも走査直交方向の寸法が大きくなる。尚、半導体レーザーＬＤ２及びコリメートレンズＣＬ２に関しても、以上と同様なものを用いることができる。

（第２の実施の形態）
図１４は、本実施の形態にかかる光走査型の対象物検知装置としてのレーザーレーダーＬＲの斜視図である。図１５は、レーザーレーダーＬＲにおいてカバーを取り外した状態で示す斜視図である。図１６は、本実施の形態にかかるレーザーレーダーＬＲの断面の模式図であり、図１７は、本実施の形態にかかる走査ユニットＳＵの筐体を除く主要部を示す斜視図であるが、構成要素の形状や長さ等、実際と異なる場合がある。

図１４，１５に示すように、レーザーレーダーＬＲは、基台ＢＳと、基台ＢＳに対して回転可能な走査ユニットＳＵとからなる。図１６において、筐体ＣＳの本体ＢＤは、基台ＢＳに固定されたロータリーコネクタＲＣに軸ＳＨ２を介して連結されている。ロータリーコネクタＲＣは、回転する走査ユニットＳＵの光源や受光部と、固定された外部の制御装置（不図示）との間でＧｉＧＥ通信によりデータの転送を無接点で可能とする共に、外部の電源（不図示）から走査ユニットＳＵに給電を無接点で可能とするものである。

軸ＳＨ２は第１ギヤＧＲ１に連結されており、第１ギヤＧＲ１は、基台ＢＳに固定された基台モータＭＴ２の回転軸に連結された第２ギヤＧＲ２に噛合している。ここでは、軸ＳＨ２の回転軸線（第２の回転軸線）ＲＯ２は、鉛直方向に延在しているものとする。基台モータＭＴ２の回転力は、第２ギヤＧＲ２及び第１ギヤＧＲ１を介して軸ＳＨ２に伝達され、走査ユニットＳＵの筐体ＣＳを所定速で回転させるようになっている。基台モータＭＴ２と、第２ギヤＧＲ２と、第１ギヤＧＲ１と、軸ＳＨ２とで回転ユニットを構成する。

図１６に示すように、筐体ＣＳは本体ＢＤとカバーＣＶとを組み合わせてなる中空ボックス状である。カバーＣＶの側部には、光束を入出射可能な窓部ＷＳが形成されており、窓部ＷＳにはガラスや樹脂製の湾曲した透明板ＴＲが嵌め込まれている。筐体ＣＳの内部に、走査ユニットＳＵの主要部が収容されている。

図１５、１７に示すように、走査ユニットＳＵは２つの投受光装置（投受光ユニット）ＯＰＤを有している。図１６，１７において、投受光装置ＯＰＤは、例えばレーザー光束を出射するパルス式の半導体レーザー（光源）ＬＤと、半導体レーザーＬＤからの発散光の発散角を狭め、略平行光に変換するコリメートレンズＣＬと、コリメートレンズＣＬで略平行とされたレーザー光を、回転するミラー面により対象物側に向かって走査投光すると共に、走査投光された対象物からの散乱光を反射させるミラーユニット（ミラー）ＭＵと、ミラーユニットＭＵで反射された対象物からの散乱光を集光するレンズＬＳと、レンズＬＳにより集光された光を受光するフォトダイオード（受光部）ＰＤとを有する。フォトダイオードＰＤは、例えばＡＰＤ(アバランシェ・フォトダイオード)等の増幅率の高い受光素子であり、ミラーユニットＭＵの回転軸線ＲＯ１に沿った方向（走査直交方向）に複数の（ここでは６つの）素子を並べて配置したラインセンサであると，高い分解能を持つので好ましい。

半導体レーザーＬＤと、コリメートレンズＣＬとで投光系ＬＰＳを構成し、レンズＬＳと、フォトダイオードＰＤとで受光系ＲＰＳを構成している。投光系ＬＰＳ及び受光系ＲＰＳの光軸は、ミラーユニットＭＵの回転軸線ＲＯ１に対して略直交している。

図１６に示すようにミラーユニットＭＵは、２つの四角錐を逆向きに接合して一体化したごとき形状を有し、すなわち対になって向き合う方向に傾いたミラー面Ｍ１、Ｍ２を４対有している。各対のミラー面Ｍ１、Ｍ２の交差角は、それぞれ異なっている。回転軸線ＲＯ１に対して傾いてなるミラー面Ｍ１、Ｍ２は、ミラーユニットの形状をした樹脂素材（例えばＰＣ）の表面に、反射膜を蒸着することにより形成されていると好ましい。尚、ミラー面Ｍ１，Ｍ２は３対、又は５対以上設けても良い。

図１５に示すように、ミラーユニットＭＵは、筐体ＣＳに固定されたミラーモータＭＴ１の軸ＳＨ１に連結され、所定速で回転駆動されるようになっている。ここでは、軸ＳＨ１の回転軸線（第１の回転軸線）ＲＯ１は、水平方向に延在しているものとする。

次に、レーザーレーダーＬＲの対象物検知動作について説明する。図１５、１６において、半導体レーザーＬＤからパルス状に間欠的に出射された発散光は、コリメートレンズＣＬで略平行光束に変換され、回転するミラーユニットＭＵの第１ミラー面Ｍ１に入射し、ここで反射され、更に第２ミラー面Ｍ２で反射した後、透明板ＴＲを透過して外部の対象物側に縦長（ここでは鉛直方向よりも水平方向に長い）の矩形断面を持つレーザースポット光として走査投光される。すなわち、少なくとも対象物に入射する際の走査投光された出射光束の断面は、走査方向（後述するθ方向）よりも走査直交方向（後述するα方向）に長くなっている。ここで、コリメートレンズＣＬからの出射光束は、回転するミラーユニットＭＵにより走査されることとなる。この走査方向をθ方向とする。

図１７は、走査ユニットＳＵを回転軸線ＲＯ１の方向に見た図である。図１７中、ＶＬは鉛直線であり、点線で示すミラーユニットＭＵは、一方の投光系ＬＰＳの光軸が、その角と交差する回転角度位置にある。ここで、半導体レーザーＬＤからコリメートレンズＣＬを介して出射された光束は、回転するミラーユニットＭＵにおいて反射されるが、ミラー面Ｍ１，Ｍ２の回転方向における端から端まで使用することで、理論上は１８０°の走査角βを持つといえる。しかしながら、実際にはミラーユニットＭＵの形状や大きさが制限されるため、有効な走査角β’は大凡１００°前後である。

そこで、本実施の形態においては、２つの投受光装置ＯＰＤを設け、且つ２つの投光系ＬＰＳの（α方向における）交差角γを９０°として走査範囲の一部が重なるようにしており、これにより図１９に示すように、天球の子午線方向において洩れのない対象物検知が可能になる。又、基台ＢＳをタワー等に設置した場合にも、レーザーレーダーＬＲの水平方向より下方の角度まで出射光束が届くため、地上から接近する対象物なども検知できる。更に、２つの投受光装置ＯＰＤを並行して動作させることで、走査ユニットＳＵの１回転で３６０度全天を２回走査できるから、走査効率が高まる。図１９に示すＡＲは、ミラーユニットＭＵが１回転する間に、２つの投受光装置ＯＰＤからの出射光束で走査できるユニット回転走査範囲を示している。

更に，走査ユニットＳＵは、基台ＢＳに対して回転軸線ＲＯ２の回りに回転するので、それと共にユニット回転走査範囲ＡＲは、回転軸線ＲＯ２の回りを天球の赤道方向に変位することとなる。この変位方向をα方向とする（図２０参照）。

基台モータＭＴ２とミラーモータＭＴ１は、速度を精密に制御できるステッピングモータであると好ましい。

図２０は、走査ユニットＳＵが、回転軸線ＲＯ２回りに天球の赤道方向（α方向）に回転変位するのに伴って、一部重なりつつ変位するユニット回転走査範囲ＡＲを水平方向に見た図であり、図２１は、図２０中の部位XXIを拡大して示す図である。上述したように、ミラーユニットＭＵの第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面Ｍ２の組み合わせにおいて、それぞれ交差角が異なっている。一方の投受光装置ＯＰＤからの出射光束ＳＢは、回転する第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面Ｍ２にて、順次反射される。まず１番対の第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面Ｍ２にて反射した出射光束ＳＢは、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、図２１で最も右の走査ラインＬｎ１に沿って上から下へ向かって走査される。ここでは、一対のミラー面Ｍ１，Ｍ２よる走査を１走査と定義する。

次に、２番対の第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面Ｍ２で反射した出射光束ＳＢは、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、図２１で右から二番目の走査ラインＬｎ２に沿って上から下へ向かって走査されるが、走査ユニットＳＵ自体が回転軸線ＲＯ２の回りに回転しているので、θ方向の位置が同じである場合に、走査ラインＬｎ２に沿って走査（後行して走査）される出射光束ＳＢは、走査ラインＬｎ１に沿って走査（先行して走査）される出射光束ＳＢに対して、α方向に所定量ずれることとなる。これにより、図２２に示すように、３６０度全天ＣＳＰを検出エリアとする抜けのない対象物検知が可能になる。

ここで、図２１に示すように、走査投光される出射光束ＳＢのα方向の広がり角（回転軸線ＲＯ２から出射光束ＳＢのα方向の両端に向かう二本の線のなす角）をｄαとし、１回目の走査により走査投光される出射光束ＳＢと、２回目の走査により走査投光される出射光束ＳＢとの重なり角（回転軸線ＲＯ２から、出射光束ＳＢ同士の重なった部位におけるα方向の両端に向かう二本の線のなす角）をｄとしたときに、式（１）を満たす。
０＜ｄ＜ｄα／２ （１）

重なり角ｄが（１）式の下限を超えることで、１回目の走査により走査投光される出射光束ＳＢと、２回目の走査により走査投光される出射光束ＳＢとの間に隙間がなくなり、対象物検知の洩れを抑制できる。一方、重なり角ｄが（１）式の上限を下回ることで、出射光束の重なり量を抑えて、走査効率を向上させることができる。

次に、３番対の第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面Ｍ２で反射した出射光束ＳＢは、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、図２１で右から三番目の走査ラインＬｎ３に沿って上から下へ向かって走査される。２回目の走査により走査投光される出射光束ＳＢと、３回目の走査により走査投光される出射光束ＳＢとの関係も、（１）式を満たす。

次に、４番対の第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面で反射した出射光束ＳＢは、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、図２１で最も左の走査ラインＬｎ４に沿って上から下へ向かって走査される。３回目の走査により走査投光される出射光束ＳＢと、４回目の走査により走査投光される出射光束ＳＢとの関係も、（１）式を満たす。以上によりミラーユニットＭＵの１回転による走査が完了する。そして、ミラーユニットＭＵが１回転した後、１番対の第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面Ｍ２が出射光束ＳＢを入射する位置に戻ってくれば、再び走査ラインＬｎ１に沿った走査を繰り返す。このとき、新たな１回目の走査により走査投光される出射光束ＳＢと、先行する４回目の走査により走査投光される出射光束ＳＢとの関係も、（１）式を満たす。

更に図１６において、走査投光された光束のうち対象物に当たると、そこで散乱された散乱光の一部が、再び透明板ＴＲを透過して筐体ＣＳ内のミラーユニットＭＵの第２ミラー面Ｍ２に入射し、ここで反射され、更に第１ミラー面Ｍ１で反射された後、レンズＬＳにより集光されて、フォトダイオードＰＤの受光面で検知されることとなる。不図示の回路にて、半導体レーザーＬＤの出射時と、フォトダイオードＰＤの検出時との時間差を求めることで、対象物までの距離が分かる。

しかるに、対象物からの散乱光は、例え第２ミラー面Ｍ２と第１ミラー面Ｍ１の全面でそれぞれ反射したとしても、開口絞りとして機能するレンズＬＳ（ここでは円形とするが、円形に限られない）により絞られるので、最終的にフォトダイオードＰＤに入射するのはその一部となる。つまり、図１６のハッチングで示す散乱光以外は、フォトダイオードＰＤに入射せず受光に用いられないこととなる。ここで、レンズＬＳにより集光される光束を受光光束ＲＢとすると、図１７に一点鎖線で示すように、第２ミラー面Ｍ２、第１ミラー面Ｍ１を介して、所定の断面を有する受光光束ＲＢがレンズＬＳに入射することとなる。本実施の形態では、フォトダイオードＰＤを６つの素子を並べて配置したラインセンサとしているので、１走査における対象物からの受光光束ＲＢを６つに分割して受光し、高い分解能で対象物を検知することができる。尚、他方の投受光装置ＯＰＤにおいても、回転軸線ＲＯ２の反対側で、並行して同様な動作を行うようになっている。

本実施の形態によれば、α方向に広い幅を持つ出射光束と、α方向に対応する方向に複数の素子を並べたラインセンサとしてのフォトダイオードＰＤとを用いることで、１走査でα方向に幅広い検知が可能であるから、走査効率を向上させることができる。又、ミラーユニットＭＵを回転させることでθ方向を走査することができ、必要な範囲に限定した走査が可能になる。特に、単一のミラー面でθ方向を３６０°にわたって走査する場合と比較すると、不要な空間（ここでは地平線以下）を走査していた分をθ方向に振り分けられるため、ミラーユニット１回転でθ方向に複数の（ここでは４回の）走査が可能になる。以上より、３６０度全天の検出エリアを隙間なく、高速で走査が可能となり、あらゆる方向から侵入する対象物を検知できる。更に、検知した対象物の３次元極座標を求め、また規定時間を開けて検知した同じ対象物の３次元極座標を求めることで、その速度を計算することもできる。

更に、本実施の形態によれば、第１ミラー面Ｍ１に対向して第２ミラー面Ｍ２を配置したミラーユニットＭＵを用いているので、出射されたレーザー光は、回転するミラーユニットＭＵの第１ミラー面Ｍ１に入射し、ここで反射され、回転軸に沿って進行し、さらに第２ミラー面Ｍ２で反射して対象物に走査投光される。この構成により対象物に照射されるスポット光の縦歪曲とスポットの回転を抑制し、広い視野範囲を持ちつつ分解能の変化を抑制できる。

図２３は、別の実施の形態にかかる走査ユニットＳＵの主要部を示す図である。本実施の形態においては、光源として半導体レーザーの代わりに、ファイバーレーザーを用いている。ファイバーレーザーは、コアに希土類を添加した特殊な光ファイバーに励起光を入れ、特定波長の光のみをコアに閉じ込めて増幅させ、更に高強度のレーザー光として出射するものであり、更に出射光をファイバーケーブル内で伝播させることで、発光点を任意の位置に配置できる特徴がある。

そこで、本実施の形態では、単一のファイバーレーザーユニットＦＵからファイバーケーブルＦＣを延在させた後、分岐点ＤＰで分岐させて、更に第１の発光部ＲＰ１と第２の発光部ＲＰ２までファイバーケーブルＦＣを延在させたものである。ファイバーレーザーユニットＦＵから出射された高強度のレーザー光は、ファイバーケーブルＦＣ内を伝播し、分岐点ＤＰで分岐され、更にファイバーケーブルＦＣを介して第１の発光部ＲＰ１と第２の発光部ＲＰ２に至り、ここからコリメートレンズＣＬに向かって出射されることとなる。それ以外の構成は、上述した実施の形態と同様であるため説明を省略する。

図２４は、更に別な実施の形態にかかるレーザーレーダーＬＲの斜視図である。本実施の形態においては、走査ユニットＳＵの筐体ＣＳが三角筒状であり、窓部ＷＳに嵌め込まれた２枚の透明板ＴＲは平板状となっている。このように、光透過性の部材である透明板ＴＲを水平面から傾けることで、埃や水滴などが付着しにくくなり、清掃などのメンテナンスを簡素化できる。尚、透明板ＴＲにワイパー装置を設けることは任意である。

図２５は、本実施の形態にかかる走査ユニットＳＵを回転軸線ＲＯ１の方向に見た図である。図２５中、ＶＬは鉛直線であり、点線で示すミラーユニットＭＵは、一方の投光系ＬＰＳの光軸が、その角と交差する回転角度位置にある。本実施の形態においては、２つの投光系ＬＰＳの交差角γを１１０°としているので、図２６に示すように、２つの投光系ＬＰＳから出射される出射光束により画成されるユニット回転走査範囲ＡＲは重ならない。ここが２枚の透明板ＴＲの境界部となるので、透明板ＴＲを介して出射する出射光束に影響を与えないようにできる。かかる状態で走査ユニットＳＵを回転させると、図２７に示すように、天球ＣＳＰの天頂付近に対象物検知が不能なエリアＩＭが生じることとなる。しかしながら、天球ＣＳＰの天頂付近から対象物が侵入する恐れは低く、対象物検知が不能なエリアＩＭを設けても特に問題はないことが多い。又、図２５に示すように、２つの投光系ＬＰＳの交差角γを増大させることで、地上側の走査範囲が広がるので、基台ＢＳをより高いタワー等に設置することができ，地上の障害物を回避して対象物検知を行いやすくなるという効果もある。

以下、本発明者らが行った検討結果について述べる。レーザーレーダーの仕様として、全方位３６０°の走査時間ｔを１．２５秒とする。又、ミラーユニットＭＵを回転速度１０ｓｅｃ^-1で回転させる。よって、ミラーのθ方向の回転速度ｒθは４０ｓｅｃ^-1となる。ここで、上述した式（１）を満足するには、出射光束のα方向における広がり角ｄαを、以下の式で表される範囲とするのが好ましい。
１８０／（ｒθ×ｔ）＜ｄα＜３６０／（ｒθ×ｔ） （２）

式（２）に数値を代入すると、３．６＜ｄα＜７．２となる。ここでは、出射光束のα方向における広がり角ｄαを３．７５°、出射光束のθ方向の広がり角ｄθを０．１２°となるようにコリメートレンズＣＬで調整し、α方向に横長の光束が出射されるようにした。

ミラーユニットＭＵにおける一対のミラー面Ｍ１，Ｍ２による走査はθ方向に１００°であり、１回転するごとにθ方向に４走査が行われるため、走査範囲は、１つの投受光装置ＯＰＤあたり、θ方向に１００°、α方向に１４．５５°（＝３．７５°ピッチ×４ライン−０．１５°×３）となる。但し、出射光束の光束の広がり角ｄαを３．７５°とし、出射光束の重なり角ｄを０．１５°とする。走査範囲の端を天球の天頂で一致するように２台の投受光装置ＯＰＤを配置することで、θ方向に２００°、α方向に１４．５５°の範囲で走査可能になる。

ここで、レーザーレーダーＬＲで全方位３６０°を１．２５秒で走査しようとする場合、２つの投受光装置ＯＰＤで分担することができるから、その半分の１８０°を１．２５秒で走査すればよい。又、走査ユニットＳＵの回転速度ｒαを、０．４ｓｅｃ^-1（２．５秒／回転）とした。

図１４〜２２に示す実施の形態のレーザーレーダーＬＲに、光源波長８７０ｎｍの半導体レーザーを用い、上記条件を適用して検討を行ったところ、地上、空中のどの方角の対象物に対しても検知が可能であり、車両の場合１００ｍ、人物の場合５０ｍ、最大寸法３０ｃｍのドローンの場合３５ｍ離れた位置で検知することができることがわかった。

尚、上記の検討は一例であり、検知対象のサイズにより、出射光束の強度、出射光束の広がり角とフォトダイオードＰＤの受光素子の数、ミラーユニットの面角度などを変更することで空間分解能の調整が可能である。

更に、図２１に示す実施の形態のレーザーレーダーＬＲとして、光源として波長１５５０ｎｍの光束を出射できるファイバーレーザーに、受光部として波長１５５０ｎｍに感度のあるセンサ、たとえばＩｎＧａＡｓのＡＰＤセンサを適用して検討を行った。波長１５５０ｎｍのレーザー光は、人間の網膜の感度が低く、いわゆるアイセーフ特性の為、レーザークラス１を満たしつつ光量を上げることが可能であるから、特に遠方の対象物を検知するのに好適である。走査ユニットＳＵの全方位３６０°の走査時間を１．２５秒とし、ミラーユニットＭＵを回転速度１０ｓｅｃ^-1で回転させる仕様については共通である。

上記構成により、最大寸法３０ｃｍの物体を２００ｍ離れた位置で検知・追尾できることを確認した。かかる場合、例えば同サイズのドローンが本実施形態のレーザーレーダーＬＲの検知範囲（半径２００ｍ）外からレーザーレーダーＬＲに向かって接近することを想定すると、連続する走査の合間である１．２５秒の間にレーザーレーダーＬＲまで到達しないことは勿論、検知した後に、侵入したドローンにどう対処するかの検討時間もある程度必要になる。一般的なドローンは時速５０ｋｍ（秒速約１４ｍ）で飛行できるから、検知されずにドローンが接近できる最大距離は１４×１．２５＝１７．５ｍとなる。すなわちレーザーレーダーＬＲから１８２．５ｍ離れた位置から外側で、侵入してきたドローンを早期に検知できることとなり、更に検知後において侵入したドローンの対処法を検討する時間も十分に確保できることから、本レーザーレーダーＬＲが有効であることが分かった。

本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。明細書の記載及び実施例は、あくまでも例証を目的としており、本発明の範囲は後述するクレームによって示されている。例えば、投受光装置ＯＰＤは１つでも良い。又、ミラーユニットＭＵの代わりに１枚のミラーを回転させて，出射光束の走査を行っても良い。更に、投光系ＬＰＳの交差角γは任意に設定できる。

ＡＲ ユニット回転走査範囲
ＢＤ 本体
ＢＳ 基台
ＣＬ、ＣＬ１，ＣＬ２ コリメートレンズ
ＣＳ 筐体
ＣＶ カバー
ＤＰ 分岐点
ＦＣ ファイバーケーブル
ＦＵ ファイバーレーザーユニット
ＧＲ１ 第１ギヤ
ＧＲ２ 第２ギヤ
ＩＭ 検出不能なエリア
ＬＤ、ＬＤ１，ＬＤ２ 半導体レーザー
Ｌｎ１〜Ｌｎ４ 走査ライン
Ｌｎ１１〜Ｌｎ１３ 走査ライン
Ｌｎ２１〜Ｌｎ２３ 走査ライン
ＬＰＳ 投光系
ＬＲ レーザーレーダー
ＬＳ レンズ
Ｍ１ 第１ミラー面
Ｍ２ 第２ミラー面
ＭＴ１ ミラーモータ
ＭＴ２ 基台モータ
ＭＵ ミラーユニット
ＯＰＤ、ＯＰＤ１，ＯＰＤ２，ＯＰＤ３ 投受光装置
ＰＤ、ＰＤ１、ＰＤ２ フォトダイオード
ＲＢ 受光光束
ＲＢ１，ＲＢ２ 反射光束
ＲＣ ロータリーコネクタ
ＲＦ１ 第１反射部材
ＲＦ２ 第２反射部材
ＲＯ１ 第１の回転軸線
ＲＯ２ 第２の回転軸線
ＲＰ１ 第１の発光部
ＲＰ２ 第２の発光部
ＲＰＳ 受光系
ＳＢ 出射光束
ＳＢ１，ＳＢ２ スポット光
ＳＨ１ 軸
ＳＨ２ 軸
ＳＵ 走査ユニット
ＴＲ 透明板
ＷＳ 窓部

Claims (12)

1. 回転軸線回りに回転する１つのミラーと、
   光源及び受光部をそれぞれ備えた複数の投受光ユニットとを有し、
   各投受光ユニットの前記光源から出射された光束は、前記ミラーで反射した後、前記ミラーの回転により走査投光され、前記走査投光された光束のうち対象物で散乱された光束の一部が、前記ミラーで反射した後、対応する前記投受光ユニットの前記受光部で受光されるよう構成されている光走査型の対象物検知装置。
2. 前記ミラーは、前記回転軸線と交差する方向に傾斜し所定の角度で向き合う第１ミラー面と第２ミラー面とを有し、各投受光ユニットの前記光源から出射された光束は、前記第１ミラー面で反射した後、前記第２ミラー面で反射されると共に前記ミラーの回転により走査投光され、前記走査投光された光束のうち対象物で散乱された光束の一部が、前記第２ミラー面で反射した後、前記第１ミラー面で反射されて対応する前記投受光ユニットの前記受光部で受光されるよう構成されている請求項１に記載の光走査型の対象物検知装置。
3. 前記ミラーは、前記第１ミラー面と前記第２ミラー面を複数対有し、前記第１ミラー面と前記第２ミラー面の交差角が各々異なっている請求項２に記載の光走査型の対象物検知装置。
4. 前記投受光ユニットは２つであり、前記ミラーは、前記第１ミラー面と前記第２ミラー面を３対有しており、前記ミラーの回転軸線方向に見たときに、前記投受光ユニットの光軸は略１８０°離れている請求項３に記載の光走査型の対象物検知装置。
5. 前記投受光ユニットは３つであり、前記ミラーは、前記第１ミラー面と前記第２ミラー面を４対有しており、前記ミラーの回転軸線方向に見たときに、前記投受光ユニットの光軸は略１２０°間隔で配置されている請求項３に記載の光走査型の対象物検知装置。
6. 前記対象物に向かって走査投光される光束の断面形状において、走査方向の寸法よりも走査直交方向の寸法が大きい請求項１〜５のいずれかに記載の光走査型の対象物検知装置。
7. 前記受光部は、前記受光部に入射する光束の前記走査直交方向に対応する方向に並べて複数の受光領域を有する請求項１〜６のいずれかに記載の光走査型の対象物検知装置。
8. 前記ミラーが第１の回転軸線回りにθ方向に回転するとき、前記ミラーと前記投受光ユニットを一体的に、前記第１の回転軸線とは異なる第２の回転軸線回りにα方向に回転させる回転ユニットが設けられ、
   少なくとも前記対象物に入射する際の前記走査投光された光束の断面形状は、前記θ方向の寸法が、前記α方向の寸法より短くなっており、
   先行する走査により走査投光される光束と、それより後行する走査により走査投光される光束とは、一部が前記α方向において重なっており、
   前記走査投光される光束の前記α方向の広がり角をｄαとし、前記先行する走査により走査投光される光束と、前記後行する走査により走査投光される光束との重なり角をｄとしたときに、式（１）を満たす請求項１〜７のいずれかに記載の光走査型の対象物検知装置。
   ０＜ｄ＜ｄα／２ （１）
9. 前記投受光ユニットの前記光源における光軸の位置を、互いに前記α方向に異ならせている請求項８に記載の光走査型の対象物検知装置。
10. 前記投受光ユニットの前記光源は、単一の発光体から出射した光を分岐路により分岐して出射する複数端部からなる請求項８又は９に記載の光走査型の対象物検知装置。
11. 前記第１の回転軸線は水平方向に沿っており、前記第２の回転軸線は鉛直方向に沿っている請求項８〜１０のいずれかに記載の光走査型の対象物検知装置。
12. 前記ミラー及び前記複数の投受光ユニットは筐体に収容されており、前記筐体に形成された窓部を介して、前記対象物に対して光束が走査投光され、且つ前記対象物からの散乱光が入射するように構成されており、前記窓部を覆う光透過性の部材は、水平方向に対して傾いている請求項１〜１１のいずれかに記載の光走査型の対象物検知装置。