特許 6870456 レーザ走査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6870456

(24)【登録日】2021年4月19日

(45)【発行日】2021年5月12日

(54)【発明の名称】レーザ走査装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/10 20060101AFI20210426BHJP

   G01S 7/481 20060101ALI20210426BHJP

   G01S 17/93 20200101ALI20210426BHJP

【ＦＩ】

   G02B26/10 101

   G02B26/10 B

   G01S7/481 A

   G01S17/93

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-86229(P2017-86229)

(22)【出願日】2017年4月25日

(65)【公開番号】特開2018-185400(P2018-185400A)

(43)【公開日】2018年11月22日

【審査請求日】2020年3月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003193

【氏名又は名称】凸版印刷株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100189913

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜飼 健

(74)【代理人】

【識別番号】100199565

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野 茂

(72)【発明者】

【氏名】代工 康宏

【審査官】 廣崎 拓登

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０９８１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１２１９９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−３２３２２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１８６２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１９５３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１５−５３５４００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０３００８４０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２６／１０−２６／１２

Ｇ０１Ｓ ７／４８− ７／５１

１７／００−１７／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円形のステージと、
前記ステージの周端部に設けられ、レーザ光を出射する複数の発光素子と、
前記複数の発光素子にそれぞれ隣接するようにして、前記ステージの周端部に設けられた複数の受光素子と、
前記ステージの上方に配置され、複数の凹面鏡を有する円形のミラーアレイと、
回転軸を介して前記ミラーアレイに接続され、前記ミラーアレイを回転させる駆動部と、
を具備し、
前記複数の凹面鏡は、前記レーザ光を反射するようにして前記ミラーアレイの周端部に設けられ、互いの形状が異なる
レーザ走査装置。

【請求項2】

前記複数の凹面鏡は、互いの高さが異なる
請求項１に記載のレーザ走査装置。

【請求項3】

前記複数の凹面鏡は、互いの曲率半径が異なる
請求項１又は２に記載のレーザ走査装置。

【請求項4】

第１発光素子は、パルス状の複数のレーザ光を連続して出射し、
前記駆動部は、第１凹面鏡に、前記第１発光素子からの複数のレーザ光を反射させる
請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザ走査装置。

【請求項5】

前記複数の発光素子は、前記ステージの円周に沿って等間隔に配置され、
前記複数の凹面鏡は、前記ミラーアレイの円周に沿って等間隔に配置される
請求項１乃至４のいずれかに記載のレーザ走査装置。

【請求項6】

レーザ光を発光する光源をさらに具備し、
前記複数の発光素子の各々は、光導波路と、光学素子とを含み、
前記光導波路の一端は、前記光源からレーザ光を受け、
前記光学素子は、前記光導波路の他端から出射されたレーザ光を前記複数の凹面鏡の１つに向けて出射する
請求項１乃至５のいずれかに記載のレーザ走査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両などに搭載されるレーザ走査装置に係り、例えば、赤外線レーザ光を用いたレーザ走査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

車両の自動運転、又は車両の運転支援を行う機器が盛んに開発されている。また、車両などに搭載されるＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging）が知られている。ＬＩＤＡＲは、レーザ光を用いて車両の周囲の物体を高精度に検知するセンサであり、自動運転の実用化に向けて必要なセンサの１つである。

【0003】

ＬＩＤＡＲの走査方式には、例えば、ポリゴンミラー、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー、又はガルバノミラーを用いる方式が用いられている。しかし、これらの方式では、レーザ走査装置が高コスト化、大型化する傾向にある。このため、レーザ走査装置の低コスト化、小型化が望まれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−３８８５９号公報

【特許文献2】特開２００９−２１６７８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、広い領域を走査することが可能であり、かつ小型化が可能なレーザ走査装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係るレーザ走査装置は、円形のステージと、前記ステージの周端部に設けられ、レーザ光を出射する複数の発光素子と、前記複数の発光素子にそれぞれ隣接するようにして、前記ステージの周端部に設けられた複数の受光素子と、前記ステージの上方に配置され、複数の凹面鏡を有する円形のミラーアレイと、回転軸を介して前記ミラーアレイに接続され、前記ミラーアレイを回転させる駆動部とを具備する。前記複数の凹面鏡は、前記レーザ光を反射するようにして前記ミラーアレイの周端部に設けられ、互いの形状が異なる。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、広い領域を走査することが可能であり、かつ小型化が可能なレーザ走査装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態に係るレーザ走査装置のブロック図。

【図2】レーザ走査装置の斜視図。

【図3】図２に示したミラーアレイの底面図。

【図4】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿ったレーザ走査装置の断面図。

【図5】レーザ走査装置の分解図。

【図6】光源部、受光部、及びステージの平面図。

【図7】光源部及びステージの断面図。

【図8】レーザ走査装置によるレーザ光の波形を説明する図。

【図9】第１実施例に係るレーザ光を走査する動作を説明する図。

【図10】第１実施例に係るレーザ光を走査する動作を説明する図。

【図11】第２実施例に係るレーザ光を走査する動作を説明する図。

【図12】第３実施例に係るライン走査を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

【0010】

［１］レーザ走査装置の回路構成
図１は、本発明の実施形態に係るレーザ走査装置１０のブロック図である。

【0011】

レーザ走査装置１０は、ＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging）とも呼ばれる。ＬＩＤＡＲは、レーザ光を用いて例えば車両前方のある範囲を走査し、この走査範囲にある対象物によって反射されたレーザ光を検出する。そして、ＬＩＤＡＲは、送信したレーザ光と受信したレーザ光とを用いて、対象物を検出したり、車両から対象物までの距離を測定したりする。

【0012】

レーザ走査装置１０は、ルーフやボンネット等、車両の上部に配置される。また、レーザ走査装置１０は、車両の前側（例えば、フロントバンパー、又はフロントグリル）、車両の後ろ側（例えば、リアバンパー、又はリアグリル）、及び／又は、車両の側方（例えば、フロントバンパーの側方）に配置されてもよい。

【0013】

レーザ走査装置１０は、光源部１１、ミラーアレイ１２、受光部１３、ミラー駆動部１４、パルスタイミング制御部１５、距離演算部１６、及び主制御部１７を備える。

【0014】

光源部１１は、ミラーアレイ１２に向けて、複数のレーザ光を発生（発光）する。光源部１１は、複数のレーザ光に対応する数の発光素子を備える。後述するように、ミラーアレイ１２は、複数の凹面鏡を備える。光源部１１は、複数の凹面鏡に対応した数のレーザ光を発光することが可能である。レーザ光としては、例えば、赤外線レーザ光（例えば波長λ＝９０５ｎｍ）が用いられる。また、光源部１１は、所定の周波数を有するパルス信号としてレーザ光を発生する。

【0015】

ミラーアレイ１２は、形状の異なる複数の反射部材を備える。複数の反射部材は、例えば凹面鏡で構成される。ミラーアレイ１２の外形は、円である。ミラーアレイ１２は、モータによって回転可能である。ミラーアレイ１２は、光源部１１からの複数のレーザ光を反射するとともに、自身の周囲に向けてレーザ光を出射する。

【0016】

受光部（検出回路）１３は、対象物２によって反射されたレーザ光を検出する。受光部１３は、光源部１１に含まれる複数の発光素子に対応した数の複数の受光素子を備える。受光素子は、例えば赤外線センサから構成される。赤外線センサは、フォトダイオード、又はＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）フォトセンサを含む。その他、受光素子として赤外線カメラを用いてもよい。

【0017】

ミラー駆動部１４は、ミラーアレイ１２を駆動し、ミラーアレイ１２を回転軸を介して回転させる。ミラー駆動部１４は、ミラーアレイ１２を回転させるモータ、及びミラーアレイ１２の位置情報を検出する回転エンコーダ（ロータリエンコーダ）などを備える。ミラーアレイ１２の回転変位量、回転速度、及び回転角度などの情報は、ミラー駆動部１４が備える回転エンコーダ（図示せず）によって電気信号に変換される。これにより、ミラーアレイ１２の各凹面鏡の位置が検出及び特定できる。

【0018】

パルスタイミング制御部１５は、光源部１１の動作を制御する。光源部１１は、パルス信号としてレーザ光（すなわち、パルス状のレーザ光）を発光する。パルスタイミング制御部１５は、レーザ光に含まれるパルスのタイミングを制御する。パルスのタイミングには、パルス信号の周期、パルス信号の周波数、及びパルス幅が含まれる。

【0019】

距離演算部１６は、送信されたレーザ光のタイミング情報をパルスタイミング制御部１５から受け、水平方向及び垂直方向のそれぞれにおける出射角の情報を主制御部１７から受け、受信されたレーザ光のタイミング情報及び光強度の情報を受光部１３から受ける。距離演算部１６は、これらの情報を用いて、車両から対象物までの距離を算出する。具体的には、距離演算部１６は、出射角の情報などを用いて、直線距離、水平距離、及び垂直距離を算出する。また、距離演算部１６は、出射角の情報などを用いて、対象物の相対座標を算出する。距離演算部１６によって算出された距離及び／又は相対座標は、例えばデータＤＯＵＴとして外部に出力可能である。

【0020】

主制御部１７は、レーザ走査装置１０の全体動作を統括的に制御する。特に、主制御部１７は、ミラー駆動部１４を介して、ミラーアレイ１２の回転位置などを制御する。

【0021】

［２］レーザ走査装置１０の構成
次に、レーザ走査装置１０の構成について説明する。図２は、レーザ走査装置１０の斜視図である。図３は、図２に示したミラーアレイ１２の底面図である。すなわち、図３は、ミラーアレイ１２のみを抽出して、これを下から見た図である。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿ったレーザ走査装置１０の断面図である。図５は、レーザ走査装置１０の分解図である。

【0022】

レーザ走査装置１０は、ミラーアレイ１２、底板２０、モータ２１、回転軸２２、ステージ２３、光源１１Ａ、及びネジ２４−１〜２４−４を備える。

【0023】

モータ２１は、ミラーアレイ１２を回転させる。モータ２１の回転動作は、ミラー駆動部１４によって制御される。モータ２１は、円形の底板２０上に載置される。モータ２１には、回転軸２２が取り付けられ、回転軸２２には、ミラーアレイ１２が固定される。

【0024】

ステージ２３は、円形を有する。ステージ２３は、ネジ２４−１、２４−２によって底板２０上に固定される。ミラーアレイ１２は、ステージ２３の上方に配置される。モータ２１は、ステージ２３に設けられた開口部２３Ａ内に収納され、ネジ２４−３、２４−４によってステージ２３に固定される。ネジ２４−３、２４−４は、モータ２１（具体的には、モータのケース）に設けられた突起部２１Ａ、２１Ｂを貫通するとともに、突起部２１Ａ、２１Ｂとステージ２３とを固定する。回転軸２２は、ステージ２３の中心に設けられた開口部２３Ｂを通る。円形の開口部２３Ｂは、回転軸２２がステージ２３に接触しないように、その径が設定される。

【0025】

ステージ２３（具体的には、ステージ２３内に設けられた光源部１１）は、ミラーアレイ１２に向けて複数のレーザ光を出射する。また、ステージ２３（具体的には、ステージ２３内に設けられた受光部１３）は、ミラーアレイ１２から入射される複数のレーザ光を検知する。ステージ２３のより具体的な構成については後述する。

【0026】

光源部１１に含まれる光源１１Ａは、ステージ２３にレーザ光を照射する。ステージ２３に光源１１Ａを固定する方法は、任意に設計可能である。

【0027】

ミラーアレイ１２は、円形を有する。ミラーアレイ１２は、円形の基材１２Ａと、複数の凹面鏡１２Ｂとを備える。本実施形態（図３）では、一例として、ミラーアレイ１２は、１２個の凹面鏡１２Ｂ−１〜１２Ｂ−１２を備える。ミラーアレイ１２が備える凹面鏡の数は、２以上の任意の数に設定可能である。

【0028】

基材１２Ａは、その中心に開口部１２Ｃを有し、基材１２Ａの開口部１２Ｃは、回転軸２２に固定される。これにより、ミラーアレイ１２は、回転軸２２を中心に回転することができる。ミラーアレイ１２は、ステージ２３に接触しないように、ステージ２３と隙間を空けて配置される。

【0029】

複数の凹面鏡１２Ｂは、基材１２Ａの周端部に設けられる。凹面鏡１２Ｂは、ステージ２３から垂直方向に入射されるレーザ光を、ミラーアレイ１２の周囲（外側）に向けて反射する。また、凹面鏡１２Ｂは、対象物によって反射されたレーザ光を、ステージ２３の受光素子に向けて反射する。複数の凹面鏡１２Ｂは、ミラーアレイ１２の円周に沿って等間隔に配置される。

【0030】

複数の凹面鏡１２Ｂは、互いの形状が異なる。凹面鏡１２Ｂの形状には、その高さ、及びその厚さが含まれる。凹面鏡の厚さは、ミラーアレイ１２の中心に向かう水平方向における凹面鏡の長さ。換言すると、複数の凹面鏡１２Ｂは、その曲率半径、又は、その焦点距離が異なる。具体的には、凹面鏡１２Ｂ−１〜１２Ｂ−１２は、この順に、その高さが高くなり、その厚さが太くなる。また、凹面鏡１２Ｂ−１〜１２Ｂ−１２は、この順に、曲率半径が小さくなり、その焦点距離が小さくなる。

【0031】

基材１２Ａは、その周端部に複数の曲面の窪み（えぐり）を有し、複数の凹面鏡１２Ｂは、基材１２Ａに形成された曲面の窪みに設けられる。基材１２Ａは、例えば樹脂で構成される。例えば、凹面鏡１２Ｂは、基材１２Ａに形成された曲面の窪みを蒸着やスパッタなどで鏡面処理（鏡面加工）して構成される。凹面鏡１２Ｂは、基材１２Ａに形成された曲面の窪みに、反射膜（反射部材）を貼り付けて構成してもよい。凹面鏡１２Ｂは、凹面に加工した金属（例えば、アルミニウム（Ａｌ））を、基材１２Ａに形成された曲面の窪みに取り付けて構成してもよい。ミラーアレイ１２は、樹脂で成型されかつ複数の曲面の窪みを有する基材１２Ａ全体にアルミニウム（Ａｌ）を蒸着して構成してもよい。

【0032】

［３］光源部１１及び受光部１３の構成
次に、光源部１１及び受光部１３の構成について説明する。光源部１１及び受光部１３は、ステージ２３内に設けられる。図６は、光源部１１、受光部１３、及びステージ２３の平面図である。図７は、光源部１１及びステージ２３の断面図である。

【0033】

光源部１１は、光源（発光素子）１１Ａ、複数の光導波路１１Ｂ（１１Ｂ−１〜１１Ｂ−１２）、及び複数の集光レンズ１１Ｃ（１１Ｃ−１〜１１Ｃ−１２）を備える。複数の光導波路１１Ｂ、及び複数の集光レンズ１１Ｃはそれぞれ、複数の凹面鏡１２Ｂの数に対応する数だけ設けられる。

【0034】

光源１１Ａは、レーザ光を発光する。光源１１Ａは、レーザ素子から構成される。光源１１Ａは、ステージ２３の任意の箇所に取り付けられる。

【0035】

光導波路１１Ｂは、光源１１Ａから出射されたレーザ光を集光レンズ１１Ｃに導く。光導波路１１Ｂとしては、例えば光ファイバが用いられる。光ファイバは、コアと、コアを覆うクラッドとを備える。コアの屈折率は、クラッドの屈折率より高く設定される。図６では、光導波路１１Ｂを直線で示しているが、光導波路の経路は、任意に設計可能である。

【0036】

なお、光源１１Ａは、光導波路１１Ｂごとに設けられていてもよい。すなわち、光源部１１は、複数の凹面鏡１２Ｂに対応する数の複数の光源１１Ａを備えていてもよい。

【0037】

複数の集光レンズ１１Ｃは、ステージ２３の円周に沿って等間隔に配置される。複数の集光レンズ１１Ｃはそれぞれ、複数の凹面鏡１２Ｂに対応して設けられる。すなわち、ミラーアレイ１２が所定の位置（例えば予め決められた初期状態の位置）で止まっている場合に、集光レンズ１１Ｃは、これに対応する凹面鏡１２Ｂに向き合うように配置される。複数の集光レンズ１１Ｃは、ステージ２３の中心からの距離が同じである。

【0038】

集光レンズ１１Ｃは、光導波路１１Ｂからのレーザ光を透過するとともに、凹面鏡１２Ｂに向けて出射する。また、集光レンズ１１Ｃから出射されるレーザ光の進行方向は、ステージ２３に対して垂直方向に設定される。集光レンズ１１Ｃとしては、例えば両凸レンズが用いられる。なお、光導波路１１Ｂから出射されるレーザ光が高い指向性を有する（すなわち、コヒーレントで幅の狭いレーザ光である）場合は、集光レンズ１１Ｃは不要である。また、集光レンズ１１Ｃの位置に、レーザ光を発光する発光素子を直接に配置してもよい。

【0039】

受光部１３は、複数の受光素子１３Ａ（１３Ａ−１〜１３Ａ−１２）を備える。複数の受光素子１３Ａは、ステージ２３の円周に沿って等間隔に配置される。複数の受光素子１３Ａは、複数の凹面鏡１２Ｂの数に対応する数だけ設けられる。受光素子１３Ａは、これに対応する集光レンズ１１Ｃに近接して配置される。複数の受光素子１３Ａは、ステージ２３の中心からの距離が同じである。受光素子１３Ａは、凹面鏡１２Ｂによって反射されたレーザ光を検出する。

【0040】

［４］レーザ走査装置１０の動作
［４−１］レーザ走査装置１０の基本動作
図８は、レーザ走査装置１０によるレーザ光の波形を説明する図である。図８の上側が送信の波形、図８の下側が受信の波形である。図８の横軸が時間であり、図８の縦軸が強度（光強度）である。図８では、１つの発光素子（光源１１Ａ、１つの光導波路１１Ｂ、及び１つの集光レンズ１１Ｃから構成される要素）と、これに対応する１つの受光素子１３Ａとの動作を表している。

【0041】

光源１１Ａは、パルス信号からなるレーザ光を出射する。すなわち、光源１１Ａは、時分割で複数のレーザ光を出射する。パルスタイミング制御部１５は、光源１１Ａの動作を制御し、レーザ光の周期、及びパルス幅を制御する。レーザ走査装置１０は、パルス信号としてレーザ光を送信する。

【0042】

パルス信号の周期Ｐ、パルス幅Ｗとする。１つのパルスを送信してから、このパルスが対象物で反射されたパルスを受信するまでの時間である遅れ量Δ、光の速度Ｃとする。遅れ量Δは、“Δ＝２Ｌ／Ｃ”で算出される。距離演算部１６は、遅れ量Δを用いて、レーザ走査装置１０が取り付けられた車両から対象物までの距離を算出する。

【0043】

例えば、パルス幅Ｗ＝１０ｎｓｅｃ、周期Ｐ＝１０μｓｅｃ（すなわち、周波数ｆ＝１００ｋＨｚ）であるものとする。遅れ量Δ＝６７ｎｓｅｃの場合、距離Ｌ＝１０ｍが算出される。このような動作により、対象物が検出でき、また、対象物までの距離が算出できる。

【0044】

［４−２］第１実施例
次に、レーザ光を走査する動作について説明する。光源部１１は、集光レンズ１１Ｃ−１〜１１Ｃ−１２の位置から１２本のレーザ光を垂直方向に向けて出射する。ミラー駆動部１４は、ミラーアレイ１２を回転させるとともに、ミラーアレイ１２の回転動作に応じて、ミラーアレイ１２に含まれる凹面鏡１２Ｂ−１〜１２Ｂ−１２の位置を検出する。凹面鏡１２Ｂ−１〜１２Ｂ−１２の各々は、集光レンズ１１Ｃ−１〜１１Ｃ−１２から出射される１２本のレーザ光を順に反射する。これにより、ミラーアレイ１２は、１２の方位角にそれぞれレーザ光を送信することができる。

【0045】

図９及び図１０は、第１実施例に係るレーザ光を走査する動作を説明する図である。図９は、断面方向における凹面鏡１２Ｂ−１〜１２Ｂ−１２の形状と、凹面鏡１２Ｂ−１〜１２Ｂ−１２によって反射されるレーザ光の様子とを表している。図１０は、ミラーアレイ１２を下から見た場合において、レーザ光が凹面鏡１２Ｂに当たる位置の一例を表している。第１実施例は、集光レンズ１１Ｃ−１〜１１Ｃ−１２に対応する１２の方位角の各々において、垂直方向にレーザ光を走査する動作である。

【0046】

光源部１１は、ミラーアレイ１２が３０度回転する毎に、集光レンズ１１Ｃ−１〜１１Ｃ−１２の各々からパルス状のレーザ光を出射する。

【0047】

集光レンズ１１Ｃ−１から出射されたレーザ光は、例えば凹面鏡１２Ｂ−１によって反射され、ミラーアレイ１２の外側に向けて出射される。続いて、ミラーアレイ１２が左回りに連続的に３０度回転し、集光レンズ１１Ｃ−１から出射されたレーザ光は、凹面鏡１２Ｂ−２によって反射され、ミラーアレイ１２の外側に向けて出射される。続いて、ミラーアレイ１２が左回りに連続的に６０度回転し、集光レンズ１１Ｃ−１から出射されたレーザ光は、凹面鏡１２Ｂ−３によって反射され、ミラーアレイ１２の外側に向けて出射される。その後、集光レンズ１１Ｃ−１から出射されたレーザ光は、凹面鏡１２Ｂ−４〜１２Ｂ−１２によって順に反射され、ミラーアレイ１２の外側に向けて出射される。

【0048】

同様に、集光レンズ１１Ｃ−２〜１１Ｃ−１２から出射されたレーザ光は、凹面鏡１２Ｂ−１〜１２Ｂ〜１２によって順に反射され、ミラーアレイ１２の外側に向けて出射される。

【0049】

また、ミラーアレイ１２が周単位でさらに回転することで、集光レンズ１１Ｃ−２〜１１Ｃ−１２の各々から出射されたレーザ光は、凹面鏡１２Ｂ−１〜１２Ｂ〜１２による反射が繰り返される。これにより、１２の方位角で、走査動作が行われる。

【0050】

ここで、凹面鏡１２Ｂ−１と凹面鏡１２Ｂ−２とは、互いの形状が異なる。具体的には、凹面鏡１２Ｂ−２の曲率半径は、凹面鏡１２Ｂ−１の曲率半径より小さい。よって、凹面鏡１２Ｂ−２によって反射されたレーザ光は、凹面鏡１２Ｂ−１によって反射されたレーザ光と出射角が異なる。例えば、水平方向を出射角θ＝０、水平方向より上側を正の出射角“＋θ”、水平方向より下側を負の出射角“−θ”とする。この場合、凹面鏡１２Ｂ−２によって反射されたレーザ光の出射角は、凹面鏡１２Ｂ−１によって反射されたレーザ光の出射角より小さくなる。

【0051】

同様に、凹面鏡１２Ｂ−２〜凹面鏡１２Ｂ−１２によって反射されるレーザ光の出射角が変化する。これにより、レーザ走査装置１０は、垂直方向における走査角“２θ”でレーザ光を走査することができる。

【0052】

［４−３］第２実施例
第２実施例は、レーザ光が凹面鏡１２Ｂに当たる位置を制御することで、水平方向における出射角を変えるようにしている。

【0053】

図１１は、第２実施例に係るレーザ光を走査する動作を説明する図である。図１１は、ミラーアレイ１２を下から見た場合において、凹面鏡１２Ｂ−１によって反射されるレーザ光の様子を表している。図１１における方向の説明は、全てミラーアレイ１２を下から見た場合に対応する。

【0054】

光源部１１は、所定間隔でパルス状の複数のレーザ光を出射する。ミラー駆動部１４は、ミラーアレイ１２を回転させつつ、凹面鏡１２Ｂの位置を制御する。凹面鏡１２Ｂの位置は、集光レンズ１１Ｃの位置との関係で規定される。

【0055】

図１１（ａ）は、凹面鏡１２Ｂ−１が出射角θ１でレーザ光を出射（すなわち反射）する動作を示している。凹面鏡１２Ｂ−１の中心より右側にレーザ光が照射されるように、ミラー駆動部１４は、凹面鏡１２Ｂ−１の位置を制御する。すなわち、光源部１１が例えば集光レンズ１１Ｃ−１からレーザ光を出射するタイミングで、集光レンズ１１Ｃ−１の位置が凹面鏡１２Ｂ−１の中心より右側になるように、ミラー駆動部１４は、凹面鏡１２Ｂ−１の位置を制御する。

【0056】

図１１（ｂ）は、凹面鏡１２Ｂ−１が出射角θ＝０でレーザ光を出射する動作を示している。凹面鏡１２Ｂ−１の中心にレーザ光が照射されるように、ミラー駆動部１４は、凹面鏡１２Ｂ−１の位置を制御する。

【0057】

図１１（ｃ）は、凹面鏡１２Ｂ−１が出射角θ２でレーザ光を出射する動作を示している。凹面鏡１２Ｂ−１の中心より左側にレーザ光が照射されるように、ミラー駆動部１４は、凹面鏡１２Ｂ−１の位置を制御する。すなわち、光源部１１が例えば集光レンズ１１Ｃ−１からレーザ光を出射するタイミングで、集光レンズ１１Ｃ−１の位置が凹面鏡１２Ｂ−１の中心より左側になるように、ミラー駆動部１４は、凹面鏡１２Ｂ−１の位置を制御する。

【0058】

なお、図１１（ａ）の出射角θ１が正、図１１（ｂ）の出射角θ＝０とすると、図（ｃ）の出射角θ２は負である。水平方向の出射角は、方位角とも呼ばれる。凹面鏡１２Ｂに入射するレーザ光の位置を制御することで、ある出射角において、水平方向にレーザ光を走査することができる。

【0059】

［４−４］第３実施例
第３実施例は、同じ凹面鏡１２Ｂに複数のレーザ光（複数のパルス）を連続して照射することで、同じ高さをライン状に走査（ライン走査）するようにしている。

【0060】

第３実施形態に係るレーザ光を水平方向に走査する動作は、図１１を援用できる。光源部１１は、例えば集光レンズ１１Ｃ−１の上方を凹面鏡１２Ｂ−１が通過する期間において、パルスからなる複数のレーザ光を出射する。図１１では、３つのパルスからなるレーザ光を送信する様子を一例として示している。

【0061】

ミラーアレイ１２が回転しているので、凹面鏡１２Ｂ−１には、互いに異なる位置に複数のレーザ光が入射する。そして、凹面鏡１２Ｂ−１の形状に応じて、レーザ光が反射される方位角が異なる。

【0062】

図１２は、第３実施例に係るライン走査を説明する図である。図１２において、高さＨ１は、凹面鏡１２Ｂ−１が走査するラインの位置（走査位置）を表している。図１２の高さＨ１を表すラインは、複数の走査点の集合である。走査点は、図８の１つのパルスに対応する。

【0063】

図１２において、高さＨ２〜Ｈ１２に対応するラインは、凹面鏡１２Ｂ−２〜１２Ｂ−１２の走査位置に対応する。

【0064】

第３実施例では、同じ高さにおいて、水平方向に複数点で走査することができる。すなわち、水平方向をより高密度で走査することができる。また、全方位にわたって走査点の密度を高くすることができる。すなわち、３６０度で３次元のスキャン情報を取得することができる。

【0065】

［５］実施形態の効果
以上詳述したように本実施形態では、レーザ走査装置１０は、円形のステージ２３と、ステージ２３の周端部に設けられ、レーザ光を出射する複数の発光素子１１Ｃと、複数の発光素子１１Ｃにそれぞれ隣接するようにして、ステージ２３の周端部に設けられた複数の受光素子１３Ａと、ステージ２３の上方に配置され、複数の凹面鏡１２Ｂを有する円形のミラーアレイ１２と、回転軸２２を介してミラーアレイ１２に接続され、ミラーアレイ１２を回転させる駆動部１４とを備える。複数の凹面鏡１２Ｂは、複数の発光素子１１Ｃからのレーザ光を反射するようにしてミラーアレイ１２の周端部に設けられる。複数の凹面鏡１２Ｂは、互いの形状が異なる。

【0066】

従って本実施形態によれば、形状の異なる複数の凹面鏡１２Ｂを連続的に回転させることで、レーザ光を用いて全方位を走査することができる。また、複数の方位角の各々において、垂直方向に走査することができる。よって、レーザ光を用いて、水平方向及び垂直方向を走査することが可能なレーザ装置を実現できる。

【0067】

また、レーザ走査装置１０の周囲について、３次元情報を取得することができる。すなわち、より広い領域を走査することが可能なレーザ走査装置１０を実現できる。

【0068】

また、１つの凹面鏡１２Ｂに連続して複数のレーザ光を入射させることで、水平方向のライン走査を行うことができる。よって、全方位を高密度の走査点で走査することができる。

【0069】

また、比較的簡単な要素でレーザ走査装置１０を構成することができる。これにより、レーザ走査装置１０の小型化が可能である。また、レーザ走査装置１０のコストを低減できる。

【0070】

上記実施形態では、ミラーアレイが複数の凹面鏡を備える構成を示しているが、ミラー（反射部材）は、凹面鏡以外の光学素子で構成してもよい。例えば、凹面鏡に代えて、曲率半径が異なる複数の凸面鏡で反射部材を構成してもよい。

【0071】

上記実施形態では、レーザ走査装置が扱うレーザ光として赤外線レーザ光を用いている。しかし、これに限定されず、本実施形態に係るレーザ走査装置は、赤外線レーザ光以外の光にも適用可能である。

【0072】

上記実施形態では、車両に搭載されるレーザ走査装置について説明している。しかし、これに限定されず、レーザ光を走査する機能を有する様々な電子機器に適用できる。

【0073】

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、１つの実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合わせ、若しくは異なる実施形態に開示される構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果が得られる場合には、これらの構成要素が削除された実施形態が発明として抽出されうる。

【符号の説明】

【0074】

１０…レーザ走査装置、１１…光源部、１１Ａ…光源、１１Ｂ…光導波路、１１Ｃ…集光レンズ、１２…ミラーアレイ、１２Ｂ…凹面鏡、１３…受光部、１３Ａ…受光素子、１４…ミラー駆動部、１５…パルスタイミング制御部、１６…距離演算部、１７…主制御部、２０…底板、２１…モータ、２２…回転軸、２３…ステージ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】