特許 7157386 レーザーレーダー用の走査型の光学系及びレーザーレーダー装置

(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】

(24)【登録日】2022-10-12

(45)【発行日】2022-10-20

(54)【発明の名称】レーザーレーダー用の走査型の光学系及びレーザーレーダー装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20221013BHJP

   G02B 26/12 20060101ALI20221013BHJP

【ＦＩ】

G01S7/481 A

G02B26/12

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2018567536

(86)(22)【出願日】2018-02-09

(86)【国際出願番号】 JP2018004755

(87)【国際公開番号】W WO2018147454

(87)【国際公開日】2018-08-16

【審査請求日】2020-09-28

(31)【優先権主張番号】P 2017022647

(32)【優先日】2017-02-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001270

【氏名又は名称】コニカミノルタ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109221

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 充広

(72)【発明者】

【氏名】菖蒲 鷹彦

(72)【発明者】

【氏名】石川 亮太

【審査官】山下 雅人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１７０９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２１４５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０９１７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－００４８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－００６１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５０２８１０３（ＵＳ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０５６５４５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１０－００３０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１６８１３７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－０６８５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０５９８９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／４８－ ７／５１

Ｇ０１Ｓ１７／００－１７／９５

Ｇ０１Ｃ ３／０６－ ３／０８

Ｇ０１Ｂ１１／００－１１／３０

Ｇ０２Ｂ２６／１０－２６／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の光源と、前記複数の光源からの光をそれぞれ入射させる複数のコリメーターレンズとを有する投光系と、
前記投光系からの光を反射することによって投光ビームを走査する走査用ミラーと、
前記走査用ミラーからの戻り光が入射する受光レンズと、
前記受光レンズを経た戻り光が入射する受光素子とを備え、
前記複数の光源は、前記投光系から前記走査用ミラーに向かう射出光軸に対して対称的かつ副走査方向に対応する方向に異なる位置であって前記複数のコリメーターレンズに対して前記副走査方向に対応する方向に関してそれぞれ軸外し状態で配置され、
前記複数の光源の発光面は、前記副走査方向に対応する方向に相対的に長く、
前記投光ビームは、前記各光源から前記副走査方向に隣接するように出射され、
前記複数のコリメーターレンズの光軸は、光学的に互いに平行な状態で隣接し、
前記射出光軸と入射光軸とは、前記副走査方向に対応する方向に異なる位置に配置され、
前記受光素子は、前記複数の光源に対応する戻り光を検出可能に配置される、レーザーレーダー用の走査型の光学系。

【請求項2】

前記複数の光源として、２つの光源を有する、請求項１に記載のレーザーレーダー用の走査型の光学系。

【請求項3】

前記投光系は、前記複数の光源のうち少なくとも２つの光源から出射した光を前記副走査方向に対応する方向に関して交差させることにより反転させる、請求項１～２のいずれか一項に記載のレーザーレーダー用の走査型の光学系。

【請求項4】

前記複数の光源は、異なる角度方向に設定された領域を有する前記複数のコリメーターレンズの光軸に沿った光路上に配置され、
前記複数のコリメーターレンズの光軸は、前記複数の光源の少なくとも１つからの光路の折り曲げによって光学的に互いに平行な状態で隣接して配置される領域を有する、請求項１～３いずれか一項に記載のレーザーレーダー用の走査型の光学系。

【請求項5】

前記投光系から前記走査用ミラーに向かう前記射出光軸と、前記走査用ミラーから前記受光レンズに向かう前記入射光軸とは、前記走査用ミラーに隣接する区間で略一致して配置され、
前記走査用ミラーと前記受光レンズとの間の光路上に配置されて、前記射出光軸が通る開口を有する光路折曲ミラーを備える、請求項１～４のいずれか一項に記載のレーザーレーダー用の走査型の光学系。

【請求項6】

前記投光系から前記走査用ミラーに向かう前記射出光軸と、前記走査用ミラーから前記受光レンズに向かう前記入射光軸とは、所定距離だけ離間して平行に配置される、請求項１～５のいずれか一項に記載のレーザーレーダー用の走査型の光学系。

【請求項7】

前記受光素子は、前記副走査方向に関して２画素以上を有する、請求項１～６のいずれか一項に記載のレーザーレーダー用の走査型の光学系。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか一項に記載のレーザーレーダー用の走査型の光学系を備え、前記戻り光に基づいて対象物を検出する、レーザーレーダー装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、投光ビームを走査しつつ対象物からの戻り光を検出するためのレーザーレーダー用の走査型の光学系及びこれを組み込んだレーザーレーダー装置に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザー光を２次元的に走査しつつ照射し、走査範囲内に存在する物体から戻ってきた反射光を検出することで、物体までの距離を検出する距離測定装置が公知となっている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載の距離測定装置では、複数の光源からのレーザー出力を一点に集めてハイパワ－を得ているが、この結果、一度に照射できる範囲である視野角が狭くなっている。

【0003】

なお、複数のレーザー光源からのレーザー光を効率良く合成するための一般的な手法として、偏光ビームスプリッターを用いるものがあるが、偏光の制限を受けること、部品点数が増えること等によって、部品コストや調整コストが増大するという問題がある。また、レーザー光の透過窓を設けた保護カバーを用いる場合、湾曲したり傾斜したりする透過窓での反射によってＳ成分が高い反射率で反射され比較的強い迷光が発生するため、測定装置の信頼性が低下しかねない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００５－２９２１５６号公報

【発明の概要】

【0005】

本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、視野角を広くして広範囲の迅速な計測を可能にするレーザーレーダー用の走査型の光学系及びレーザーレーダー装置を提供することを目的とする。

【0006】

上記した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映したレーザーレーダー用の走査型の光学系は、複数の光源と、複数の光源からの光をそれぞれ入射させる複数のコリメーターレンズとを有する投光系と、投光系からの光を反射することによって投光ビームを走査する走査用ミラーと、走査用ミラーからの戻り光が入射する受光レンズと、受光レンズを経た戻り光が入射する受光素子とを備え、複数の光源は、投光系から走査用ミラーに向かう射出光軸に対して対称的かつ副走査方向に対応する方向に異なる位置であって複数のコリメーターレンズに対して副走査方向に対応する方向に関してそれぞれ軸外し状態で配置され、複数の光源の発光面は、副走査方向に対応する方向に相対的に長く、投光ビームは、各光源から副走査方向に隣接するように出射され、複数のコリメーターレンズの光軸は、光学的に互いに平行な状態で隣接し、射出光軸と入射光軸とは、副走査方向に対応する方向に異なる位置に配置され、受光素子は、複数の光源に対応する戻り光を検出可能に配置される。

【0007】

上記した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映したレーザーレーダー装置は、上述した走査型の光学系を備え、戻り光に基づいて対象物を検出する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１実施形態に係るレーザーレーダー装置の構造を説明する概略図である。

【図2】図２Ａ及び２Ｂは、走査型の光学系の構造を説明する側面図及び平面図である。

【図3】図３Ａ及び３Ｂは、図２Ａ及び２Ｂに対応し、投光系及び受光系を拡大した側面図及び平面図である。

【図4】図４Ａ～４Ｃは、第１の光源の発光面周辺の正面図、側面図、及び平面図であり、図４Ｄ～４Ｆは、第２の光源の発光面周辺の正面図、側面図、及び平面図である。

【図5】図５Ａは、投光ビームの遠方への投射状態を説明する図であり、図５Ｂは、投光ビームの交差や上下の反転等を説明する概念図である。

【図6】受光素子の状態を説明する図である。

【図7】図７Ａ及び７Ｂは、第２実施形態における走査型の光学系の構造を説明する側面図及び平面図である。

【図8】図８Ａ及び８Ｂは、第３実施形態における走査型の光学系の構造を説明する側面図及び平面図である。

【図9】第４実施形態に係るレーザーレーダー装置を説明する概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

〔第１実施形態〕
以下、図１等を参照しつつ、第１実施形態に係る走査型の光学系及びこれを組み込んだレーザーレーダー装置について説明する。

【0010】

図１に示すレーザーレーダー装置１００は、例えば屋内外監視用途や車載用途の物体検出装置であり、検出対象の存在や当該検出対象までの距離を検出する。レーザーレーダー装置１００は、投光系１０と、受光系２０と、回転反射部３０と、制御部４０と、外装部品５０とを備える。これらのうち、投光系１０と、受光系２０と、回転反射部３０とは、走査型の光学系１０１を構成している。

【0011】

レーザーレーダー装置１００又は走査型の光学系１０１のうち、投光系１０は、後述する回転反射部３０の走査用ミラー３１に対して投光ビームの元になるレーザー光Ｌ１を投射する。投光系１０の詳細な構造については後述する。

【0012】

受光系２０は、外装部品５０の光学窓５３を介して入射する検出対象ＯＢからの反射光すなわち戻り光Ｌ２であって、回転反射部３０の走査用ミラー３１で反射された戻り光Ｌ２を受光する。より詳細には、検出領域内に物体等の検出対象ＯＢがあると、レーザーレーダー装置１００から射出されたレーザー光（投光ビーム）Ｌ１が検出対象ＯＢで反射等され、検出対象ＯＢで反射等された光の一部が戻り光Ｌ２としてレーザーレーダー装置１００における走査用ミラー３１を介して受光系２０に入射する。受光系２０の詳細な構造については後述する。

【0013】

回転反射部３０は、走査用ミラー３１と回転駆動部３２とを有する。走査用ミラー３１は、２回反射型のポリゴンミラーであり、光路折り曲げ用の第１反射部３１ａと第２反射部３１ｂとを有する。第１及び第２反射部３１ａ，３１ｂは、Ｚ方向に平行に延びる回転軸ＲＸに沿って上下にそれぞれ配置されている。第１及び第２反射部３１ａ，３１ｂは角錐状の形状を有しているが、それぞれの反射面の傾斜角は走査用ミラー３１の回転位置（図示の例では９０°単位で４方位を向く位置）に伴って徐々に変化するものになっている（第１及び第２反射部３１ａ，３１ｂの具体的な形状については、国際公開第２０１４／１６８１３７号参照）。走査用ミラー３１において、第１反射部３１ａの鏡面は、Ｚ軸に対して傾斜しており、紙面上で左方向である＋Ｘ方向から入射したレーザー光（投光ビーム）Ｌ１を略直交する方向に反射し、紙面上で上方向の第２反射部３１ｂの鏡面に導く。第２反射部３１ｂの鏡面は、Ｚ軸に対して傾斜しており、紙面上で下方向である－Ｚ方向から入射したレーザー光Ｌ１を略直交する方向に反射し、紙面上で左方向の検出対象ＯＢ側へ導く。検出対象ＯＢで反射された一部の戻り光Ｌ２は、レーザー光Ｌ１の経路と逆の経路をたどり、受光系２０で検出される。つまり、走査用ミラー３１は、検出対象ＯＢで反射された戻り光Ｌ２を、第２反射部３１ｂの鏡面で再度反射させ、第１反射部３１ａの鏡面に導く。続いて、戻り光Ｌ２を第１反射部３１ａの鏡面で再度反射させ、受光系２０側へ導く。走査用ミラー３１が回転すると、Ｚ軸方向に直交する平面（つまり、ＸＹ面）内において、レーザー光Ｌ１の進行方向が変化する。つまり、レーザー光Ｌ１は、走査用ミラー３１を構成する４対の反射面単位での回転に伴って、Ｚ軸のまわりに又はＹ軸方向に沿って走査すなわち主走査される。レーザー光Ｌ１によって走査される角度領域が検出領域となる。投光用のレーザー光Ｌ１の進行方向である＋Ｘ軸方向に対する傾斜角の範囲が投光角度であり、走査開始点でのレーザー光Ｌ１の進行方向と走査終了点でのレーザー光Ｌ１の進行方向とのなす角度が照射角度であるとする。投光角度と照射角度とによって投光視野が形成される。以上において、回転軸ＲＸに平行な±Ｚ方向を副走査方向と呼び、主走査に対応する回転軸ＲＸに垂直な±Ｙ方向を主走査方向と呼ぶ。つまり、副走査方向と主走査方向とは直交する。なお、投光視野の縦方向又はＺ方向に関する投光ビームの中心角度は、上述のように、走査用ミラー３１の回転位置に応じて徐々に変化し、走査用ミラー３１の１回転に伴って例えば４段階移動する副走査が達成される。

【0014】

制御部４０は、投光系１０の光源１１ａ，１１ｂ（図２Ａ等参照）、受光系２０の受光素子２４（図２Ａ等参照）、回転反射部３０の回転駆動部３２等の動作を制御する。また、制御部４０は、受光系２０の受光素子２４に入射した戻り光Ｌ２の変換によって得た電気信号から検出対象ＯＢの物体情報を得る。具体的には、受光素子２４における出力信号が所定の閾値以上である場合、制御部４０において、受光素子２４が検出対象ＯＢからの戻り光Ｌ２を受光したと判断される。この場合、光源１１ａ，１１ｂでの発光タイミングと受光素子２４での受光タイミングとの差から、検出対象ＯＢまでの距離が求められる。また、受光素子２４への戻り光Ｌ２の副走査方向に関する受光位置及び走査用ミラー３１の主走査方向に相当する回転角に基づいて、検出対象ＯＢの位置、大きさ、形状等の物体情報を求めることができる。

【0015】

外装部品５０は、レーザーレーダー装置１００の内蔵部品を覆い、保護するためのものである。外装部品５０は、蓋状の主外装部５１と、円筒容器状の副外装部５２とを有する。主外装部５１と副外装部５２とは、これらの縁部において、外装部品５０の内部の機密性を保った状態でボルト等の留め具で着脱可能に固定されている。

【0016】

図２Ａ及び２Ｂ又は図３Ａ及び３Ｂに示すように、投光系１０は、複数の光源としての２つの光源１１ａ，１１ｂと、２つの光源１１ａ，１１ｂからの光ＳＢ１，ＳＢ２を個別に入射させる複数のコリメーターレンズ１２ａ，１２ｂと、光路合成用のミラー１３とを有する。このように、投光系１０が２つの光源源１１ａ，１１ｂを有することで、投光ビームによる受光視野の分割が簡易になり、投光系１０を構成する部品点数を抑えて低コスト化を図ることができる。一方の光源１１ａと一方のコリメーターレンズ１２ａとによって第１光源要素１４ａが構成され、他方の光源１１ｂと他方のコリメーターレンズ１２ｂとによって第２光源要素１４ｂが構成される。また、コリメーターレンズ１２ａ，１２ｂと光路合成用のミラー１３とを合わせたものがコリメーター部１８となっている。第２光源要素１４ｂ及びミラー１３は、第１光源要素１４ａよりも上側すなわち＋Ｚ方向にシフトした位置に配置されている。

【0017】

図４Ａ～４Ｃに概念的に示すように、第１の光源１１ａの発光面１６ａは、副走査方向に対応するＺ方向において主走査方向に対応するＹ方向よりも相対的に長くなっている。つまり、発光面１６ａの縦寸法であるＺ幅は、発光面１６ａの横寸法であるＹ幅よりも数倍以上大きくなっている。また、図４Ｄ～４Ｆに概念的に示すように、第２の光源１１ｂの発光面１６ｂは、副走査方向に対応するＺ方向に相対的に長い。つまり、発光面１６ｂの縦寸法であるＺ幅は、発光面１６ｂの横寸法であるＸ幅よりも数倍以上大きくなっている。

【0018】

図３Ａ及び３Ｂに戻って、第１の光源１１ａとコリメーターレンズ１２ａとを通る光源光軸ＳＸ１は、Ｘ軸に平行に延びている（図示の例では、光源光軸ＳＸ１は、コリメーターレンズ１２ａの光軸を通っている）。一方、第２の光源１１ｂとコリメーターレンズ１２ｂとを通る光源光軸ＳＸ２は、ミラー１３よりも光路上流の前段領域Ａ１でＹ軸に平行に延び、ミラー１３よりも光路下流の後段領域Ａ２でＸ軸に平行に延びている（図示の例では、光源光軸ＳＸ２は、コリメーターレンズ１２ｂの光軸を通っている）。つまり、第１の光源１１ａ側における光源光軸ＳＸ１は、第２の光源１１ｂ側における光源光軸ＳＸ２の前段領域Ａ１と直交しており、両領域Ａ１，Ａ２は、異なる角度方向に設定されている。さらに、コリメーターレンズ１２ａ側における光源光軸ＳＸ１とコリメーターレンズ１２ｂ側における光源光軸ＳＸ２の後段領域Ａ２とは互いに平行に隣接して配置されており、Ｚ方向又は副走査方向に光源１１ａ，１１ｂの幅程度離間している。つまり、複数の光源１１ａ，１１ｂは、副走査方向に対応するＺ方向に異なる位置に配置されており、主走査方向に対応するＹ方向には後段側で平面視で同じ位置に重なって見えるように配置されている。

【0019】

図４Ａ～４Ｃ等に示すように、第１の光源１１ａの発光面１６ａは、光源光軸ＳＸ１の近傍から副走査方向に対応する－Ｚ方向に偏って配置されている。つまり、発光面１６ａの中心Ｃ１は、－Ｚ方向に偏っており、コリメーター部１８を構成するコリメーターレンズ１２ａに対して副走査方向に対応する－Ｚ方向に関して軸外し状態で配置されている。また、図４Ｄ～４Ｆ等に示すように、第２の光源１１ｂの発光面１６ｂは、光源光軸ＳＸ２の近傍から副走査方向に対応する＋Ｚ方向に偏って配置されている。つまり、発光面１６ｂの中心Ｃ２は、＋Ｚ方向に偏っており、コリメーター部１８を構成するコリメーターレンズ１２ｂに対して副走査方向に対応する＋Ｚ方向に関して軸外し状態で配置されている。

【0020】

図３Ａ及び３Ｂ等に示すように、投光系１０の射出光軸ＡＸ１は、投光系１０から走査用ミラー３１に向かう光路上にあって、第１光源要素１４ａの光源光軸ＳＸ１と第２光源要素１４ｂの光源光軸ＳＸ２の後段領域Ａ２との中間に配置されている。ミラー１３による光路の折り曲げがないとして光路を展開すると、第１の光源１１ａと第２の光源１１ｂとは、射出光軸ＡＸ１の方向に沿って若干のズレはあるが射出光軸ＡＸ１に対して概ね対称的に配置されているということができる。第１光源要素１４ａの光源１１ａの発光面１６ａから射出された光ＳＢ１は、横方向であるＹ方向に比較的広い発散角を示し、縦方向であるＺ方向に比較的狭い発散角を示す（図４Ｂ及び４Ｃ参照）。一方で、光源１１ａの発光面１６ａが縦方向に長いことから、光ＳＢ１の拡がり角は、当初横のＹ方向に広いものの、第１反射部３１ａの光路下流側（具体的には、光源１１ａから数１００ｍｍ後、すなわち光学窓５３の前方５０ｍｍ程度）で縦横のアスペクト比が１：１となり、その後、横のＹ方向よりも副走査方向に対応する縦のＺ方向に広くなる。同様に、第２光源要素１４ｂの光源１１ｂの発光面１６ｂから射出された光ＳＢ２は、横方向であるＸ方向に比較的広い発散角を示し、縦方向であるＺ方向に比較的狭い発散角を示す（図４Ｅ及び４Ｆ参照）。一方で、光源１１ｂの発光面１６ｂが縦方向に長いことから、光ＳＢ２の拡がり角は、当初横のＸ方向に広いものの、第１反射部３１ａの光路下流側で縦横のアスペクト比が１：１となり、その後、横のＹ方向よりも副走査方向に対応する縦のＺ方向に広くなる。

【0021】

図３Ａを参照して、下側に配置された第１光源要素１４ａの光源１１ａから射出された光ＳＢ１は、図５Ａに示すように走査用ミラー３１を経た遠方において相対的に下側に投影されて下側領域を照明し、副走査方向に関して上側に配置された第２光源要素１４ｂの光源１１ｂから射出された光ＳＢ２は、図５Ａに示すように走査用ミラー３１を経た遠方において相対的に上側に投影されて上側領域を照明する。

【0022】

図５Ｂに概念的に示すように、一対の光源１１ａ，１１ｂからの光ＳＢ１，ＳＢ２は、走査用ミラー３１に入射する前後で、副走査方向に関して射出光軸ＡＸ１を挟んで交差するような光路をとる。ただし、走査用ミラー３１での２回の反射によって上下が反転するので、投光される光ＳＢ１，ＳＢ２は、コリメーター部１８による上下反転と、走査用ミラー３１による上下反転とを受けて、図５Ａに示すように結果的に元の上下関係が維持される。両光源１１ａ，１１ｂからの光ＳＢ１，ＳＢ２をコリメーター部１８によって副走査方向に対応する上下方向に関して交差させる構成とすることで、投光系１０を副走査方向に比較的小型化することができる。以上において、交差とは、反射面での反射によって交差するものを含まないものとする。

【0023】

図５Ａに示すように、走査用ミラー３１の回転に伴って一対の光源１１ａ，１１ｂによる走査領域ＡＲ１，ＡＲ２は、光ＳＢ１，ＳＢ２を主走査方向であるＹ方向に移動させた軌跡を形成し、Ｙ方向に細長く投影されている。より詳細には、光ＳＢ１，ＳＢ２からなるレーザー光（投光ビーム）Ｌ１は、物体側においてＺ方向又は副走査方向に細長く延びて投光角度の範囲をカバーしている。また、光ＳＢ１，ＳＢ２からなるレーザー光（投光ビーム）Ｌ１は、走査用ミラー３１の回転に伴って照射角度の範囲でＹ方向又は主走査方向に往復移動する。

【0024】

図３Ａ及び３Ｂ等に戻って、受光系２０は、穴あきミラー２１と、受光レンズ２２と、ミラー２３と、受光素子２４とを備える。

【0025】

穴あきミラー２１は、光路折曲ミラーである。穴あきミラー２１の開口２１ａは、穴あきミラー２１の中央又はその周辺の適所に形成されている。開口２１ａの略中心を投光系１０の射出光軸ＡＸ１及び入射光軸ＡＸ２が通っており、開口２１ａを通る射出光軸ＡＸ１又は入射光軸ＡＸ２の周辺において、光源１１ａ，１１ｂからの光ＳＢ１，ＳＢ２は、副走査方向に対応する上下のＺ方向に関して絞られており、主走査方向に対応する左右のＹ方向に関してコリメーターレンズ１２ａ，１２ｂによって拡がりが抑えられている。結果的に、光ＳＢ１，ＳＢ２は、開口２１ａを無駄なく通過する。

【0026】

走査用ミラー３１の第２反射部３１ｂを経て第１反射部３１ａで反射された戻り光Ｌ２は、穴あきミラー（光路折曲ミラー）２１の反射面２１ｂで反射されて光路を直交方向に折り曲げられる。この際、開口２１ａによって戻り光Ｌ２の一部が光路外に漏れて損失となるが、第１反射部３１ａに対する開口２１ａの面積的な割合が比較的小さければ検出精度の低下には繋がらない。

【0027】

受光レンズ２２は、戻り光Ｌ２のビーム径を絞り込む役割を有し、ミラー２３は、受光レンズ２２を経た戻り光Ｌ２を受光素子２４に導く役割を有する。受光素子２４とミラー２３との間には、戻り光Ｌ２すなわちレーザー光Ｌ１の波長以外の可視光線等を遮断するバンドパスタイプのフィルター２６が配置されている。これらの受光レンズ２２やミラー２３は、入射光軸ＡＸ２に沿って配列されている。

【0028】

受光素子２４は、受光レンズ２２及びミラー２３を経た戻り光Ｌ２を検出する。受光素子２４は、例えばＣＭＯＳ、ＣＣＤその他の半導体デバイスであり、戻り光Ｌ２の強度を検出するとともに、副走査方向に対応する上下のＺ方向に位置分解能を有する。つまり、受光素子２４は、副走査方向に２画素以上を有し、副走査方向を２領域以上に分割して計測することができる。

【0029】

図６は、受光素子２４の光検出面２４ａの具体例を示している。光検出面２４ａは、その長手方向が副走査方向となっている。光検出面２４ａは、６つの画素２４ｐで構成され、６つの画素２４ｐは、副走査方向に対応する上下のＺ方向に配列されている。つまり、光検出面２４ａは、副走査方向に対応するＺ方向に関して６画素の構成であり、主走査方向に対応する左右のＹ方向に関して１画素の構成である。受光素子２４の光検出面２４ａは、上下のＺ方向や左右のＹ方向に関してレーザー光Ｌ１の投光角度の範囲内にある物体ＯＢによって逆行する方向に反射された戻り光Ｌ２を取り込める幅を有する。参考のため、戻り光Ｌ２のうち光源１１ａからの光ＳＢ１に起因する検出光Ｌ２１と、光源１１ｂからの光ＳＢ２に起因する検出光Ｌ２２とを光検出面２４ａ上に概念的に示した。

【0030】

レーザーレーダー装置１００又は走査型の光学系１０１の動作の概要につていて説明すると、制御部４０の制御下で受光系２０の一対の光源１１ａ，１１ｂを周期的に発光させることで、コリメーター部１８で合成されたレーザー光（投光ビーム）Ｌ１が穴あきミラー（光路折曲ミラー）２１の開口２１ａを通過し、走査用ミラー３１を経た上下の副走査方向に長いレーザー光Ｌ１は、横の主走査方向に主走査される。これと同期させて受光系２０の受光素子２４を動作させることで、物体ＯＢからの戻り光Ｌ２を検出して、物体ＯＢまでの距離や配置等を計測することができる。

【0031】

以上の第１実施形態によれば、複数の光源１１ａ，１１ｂが副走査方向に対応するＺ方向に異なる位置であって複数のコリメーターレンズ１２ａ，１２ｂに対して副走査方向に対応する方向に関してそれぞれ軸外し状態で配置され、受光素子２４は、複数の光源１１ａ，１１ｂに対応する戻り光Ｌ２を検出可能に配置され副走査方向に対応するＺ方向に位置分解能を実現する複数画素２４ｐを有するので、簡易に副走査方向に関して比較的広い投光視野を確保することができ、広範囲の迅速な計測が可能になる。この際、複数の光源１１ａ，１１ｂが副走査方向に対応するＺ方向に異なる位置に配置されることで、複数の光源１１ａ，１１ｂによるレーザー光（投射光）Ｌ１が副走査方向に揃うことになり、主走査方向の走査範囲を限界まで広くすることができる。さらに、レーザー光（投光ビーム）Ｌ１は、受光視野を副走査方向に分割するように出射されており（図５Ａ参照）、コリメーター部１８を簡易な構成とでき、レーザー光（投光ビーム）Ｌ１を副走査方向に関して簡易に均一化することができる。上記と異なり受光視野を分割しないで一致させる場合、発光タイミング、パルス幅、及び投光位置を完全に一致させる必要があり、システム的にも光学調整的にもハードルが高くなる。さらに、複数の光源１１ａ，１１ｂの発光面１６ａ，１６ｂは、副走査方向に対応するＺ方向に相対的に長く、少ない光源であっても投光視野を副走査方向に広くすることが容易になる。第１実施形態の場合、第１光源要素１４ａ及び第２光源要素１４ｂのうち一方の光路を折り曲げて、光源光軸ＳＸ１，ＳＸ２が射出側で近接して平行に延びるようにしている。この場合、複数の光源１１ａ，１１ｂに付随する回路基板や支持体を配置する際の干渉の問題を回避しやすくなる。また、複数の光源光軸ＳＸ１，ＳＸ２を射出側で互いに平行な状態で近づけることができるので、投光側のサイズを副走査方向に関して圧縮でき、結果として受光開口を大きくできるので、検知距離を延ばすことができ、或いは走査用ミラー３１を含めた装置サイズを小さくできる。第１実施形態の場合、射出光軸ＡＸ１と入射光軸ＡＸ２とが走査用ミラーに隣接する区間で略一致して配置されるとともに、レーザー光（投光ビーム）Ｌ１を通過させ戻り光Ｌ２を反射する穴あきミラー２１を用いており、投光系１０及び受光系２０のサイズを副走査方向に関して小さく収めることができるとともに、受光光量を大きくすることができる。

【0032】

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る走査型の光学系及びこれを組み込んだレーザーレーダー装置について説明する。なお、第２実施形態に係る走査型の光学系等は、第１実施形態の走査型の光学系等を一部変更したものであり、特に説明しない事項は、第１実施形態と同様である。

【0033】

図７Ａ及び７Ｂに示すように、第２実施形態の場合、投光系１０と受光系２０とが簡易に分離されており、投光系１０と受光系２０とが副走査方向又はＺ方向に関して異なる位置に配置されている。つまり、投光系１０の射出光軸ＡＸ１と入射光軸ＡＸ２とは、ミラー２３と走査用ミラー３１との間の区間において、互いに平行に隣接して配置されており、Ｚ方向又は副走査方向に離間している。つまり、走査用ミラー３１に隣接する位置で、射出光軸ＡＸ１と入射光軸ＡＸ２とは、副走査方向に対応するＺ方向に異なる位置に配置されており、主走査方向に対応するＹ方向に関しては平面視で同じ位置に重なって見えるように配置されている。本実施形態の場合、投光系１０と受光系２０とを簡易に分離した構成となっており、投光ビームを射出させる光学窓５３からの迷光成分が受光系２０に入り難くなっている。

【0034】

受光系２０は、受光レンズ２２と、ミラー２３と、受光素子２４とを備える。この場合、射出光軸ＡＸ１と入射光軸ＡＸ２とを副走査方向に関して位置ずれさせて配置しているので、穴あきミラーは不要である。受光素子２４の光検出面２４ａは、ミラー２３による光路折り曲げにより、第１実施形態の場合と異なり、Ｘ方向に延びているが、Ｘ方向は副走査方向に対応する。

【0035】

〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る走査型の光学系及びこれを組み込んだレーザーレーダー装置について説明する。なお、第３実施形態に係る走査型の光学系等は、第１実施形態の走査型の光学系等を一部変更したものであり、特に説明しない事項は、第１実施形態と同様である。

【0036】

図８Ａ及び８Ｂに示すように、第３実施形態の場合、投光系１０において、第１光源要素１４ａと第２光源要素１４ｂとが射出光軸ＡＸ１を挟んで上下の副走査方向に鏡像配置されている。つまり、第１の光源１１ａと第２の光源１１ｂとは、射出光軸ＡＸ１に対して厳密に対称に配置されている。この場合、一対のコリメーターレンズ１２ａ，１２ｂを合わせたものがコリメーター部１８となっており、光路合成用のミラーが不要となっている。また、第１光源要素１４ａにおいて光源１１ａは、コリメーター部１８を構成するコリメーターレンズ１２ａに対して副走査方向に非対称的となるように軸外し状態で配置されており、第２光源要素１４ｂにおいて光源１１ｂは、コリメーター部１８を構成するコリメーターレンズ１２ｂに対して副走査方向に非対称的となるように軸外し状態で配置されている。

【0037】

図８Ａ等に示す例では、受光系２０が第１実施形態に示すものと同様であったが、受光系２０を第２実施形態に示すものと同様として、投光用の光路と受光用の光路とを完全に分けることもできる。

【0038】

〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態に係る走査型の光学系及びこれを組み込んだレーザーレーダー装置について説明する。なお、第４実施形態に係る走査型の光学系等は、第１実施形態の走査型の光学系等を一部変更したものであり、特に説明しない事項は、第１実施形態と同様である。

【0039】

図９に示すように、レーザーレーダー装置１００は、第１実施形態と同様に、投光系１０と、受光系２０と、回転反射部３０と、制御部４０と、外装部品５０とを備える。本実施形態の回転反射部３０の走査用ミラー３１は、１回反射型のポリゴンミラーであり、光路折り曲げ用の第１反射部３１ａのみを有する。走査用ミラー３１において、第１反射部３１ａの鏡面は、Ｚ軸に対して傾斜しており、紙面上で下方向である－Ｚ方向から入射したレーザー光Ｌ１を略直交する方向に反射し、紙面上で左方向の検出対象ＯＢ側へ導く。検出対象ＯＢで反射された一部の戻り光Ｌ２は、レーザー光Ｌ１の経路と逆の経路をたどり、受光系２０で検出される。この場合、図１の場合と異なり、走査用ミラー３１の回転軸ＲＸに垂直な紙面左右のＸ方向が副走査方向となっており、回転軸ＲＸに垂直な紙面垂直なＹ方向が主走査方向となっている。

【0040】

以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態等に限定されるものではない。例えば、受光素子２４の光検出面２４ａを構成する画素２４ｐは、６つに限らず、検出分解能に応じて適宜の数とできる。

【0041】

投光系１０や受光系２０を構成する光学素子は、図２Ａ等に例示されるものに限らず、用途や仕様に応じて光路折り曲げ用のミラーを増やすこと、レンズを増やすこと等、様々な変更が可能である。

【0042】

上記実施形態では、副走査方向に２つの光源１１ａ，１１ｂを２つのコリメーターレンズ１２ａ，１２ｂに対して軸外し状態で配置する例を説明したが、３つ以上の光源を対応するコリメーターレンズに対して軸外して配置したものを用いることができ、光源要素の一部については軸外し配置としないことも可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】