JP2018040729A

JP2018040729A - Laser radar device

Info

Publication number: JP2018040729A
Application number: JP2016175702A
Authority: JP
Inventors: 将磨松川; Shoma Matsukawa
Original assignee: Denso Wave Inc
Current assignee: Denso Wave Inc
Priority date: 2016-09-08
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2018-03-15

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser radar device capable of suppressing reduction in the intensity of reflection light from a far object.SOLUTION: A laser radar device, which emits laser light to outside and receives reflection light generated by the laser light reflected by an outside object, comprises a light source for generating laser light, a projection lens to which the laser light generated by the light source is made incident, an irradiation mirror 21 which deflects the laser light having passed through the projection lens, and a window 3 through which the laser light passes and which has a curved shape projecting to the opposite side of the irradiation mirror 21, at least in a horizontal section at a portion where the laser light passes through. The projection lens makes the laser light be light at least converging in a direction orthogonal to the center of a travel direction in a horizontal direction of the laser light within the horizontal surface when the laser light travels from the irradiation mirror 21 toward the window 3.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、レーザレーダ装置に関し、特に、反射光の強度の減衰を抑制する技術に関する。 The present invention relates to a laser radar device, and more particularly to a technique for suppressing attenuation of the intensity of reflected light.

レーザレーダ装置は、レーザ光を外部に出力し、そのレーザ光が外部の物体で反射して生じた反射光を受光する。そして、受光した反射光の強度に基づいて物体を検出する。したがって、レーザレーダ装置は、外部に出力するレーザ光および反射光が通過できるように窓を備える。 The laser radar device outputs laser light to the outside, and receives reflected light generated by the laser light being reflected by an external object. Then, the object is detected based on the intensity of the received reflected light. Therefore, the laser radar apparatus includes a window so that laser light and reflected light output to the outside can pass therethrough.

レーザレーダ装置は、単一の光源が発生したレーザ光の進行方向を回転ミラーなどを備える偏向部で偏向してレーザ光の走査を行うことが一般的である。つまり、レーザレーダ装置は、偏向部を中心として種々の方向に向けてレーザ光を照射するので、レーザ光が通過する窓は曲面形状になることが多い。また、装置を大型化することは好ましくないので、窓の曲面は大きい曲率になることが一般的である。特許文献１には、種々の曲面形状の窓が開示されている。 In general, a laser radar apparatus scans a laser beam by deflecting a traveling direction of the laser beam generated by a single light source with a deflection unit including a rotating mirror. That is, since the laser radar device irradiates laser light in various directions around the deflection unit, the window through which the laser light passes often has a curved surface shape. Further, since it is not preferable to increase the size of the apparatus, the curved surface of the window generally has a large curvature. Patent Document 1 discloses windows having various curved shapes.

また、従来、特許文献１に開示されているように、レーザダイオードなどの光源が発生したレーザ光は、レンズにより平行光とされる。これにより、レーザ光が拡散して遠方からの反射光の強度が低下してしまうことが抑制される。 Conventionally, as disclosed in Patent Document 1, laser light generated by a light source such as a laser diode is converted into parallel light by a lens. Thereby, it is suppressed that the intensity | strength of the reflected light from distant falls by a laser beam diffusing.

特開２０１１−１４１２６１号公報JP 2011-141261 A

窓が曲面形状になっていると、窓はレンズとして作用する。そのため、窓に入射するレーザ光が平行光であったとしても、窓を通過する際に、レーザ光は拡散光になってしまう。拡散光である場合、物体までの距離に比例して、その物体からの反射光の強度は低下する。よって、遠くの物体を検出することが困難になってしまう。 When the window is curved, the window acts as a lens. Therefore, even if the laser light incident on the window is parallel light, the laser light becomes diffused light when passing through the window. In the case of diffused light, the intensity of reflected light from the object decreases in proportion to the distance to the object. Therefore, it becomes difficult to detect a distant object.

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、遠くの物体からの反射光の強度が低下することを抑制できるレーザレーダ装置を提供することにある。 The present invention has been made based on this situation, and an object of the present invention is to provide a laser radar device capable of suppressing a decrease in intensity of reflected light from a distant object.

上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は、発明の更なる有利な具体例を規定する。特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。 The above object is achieved by a combination of the features described in the independent claims, and the subclaims define further advantageous embodiments of the invention. Reference numerals in parentheses described in the claims indicate a correspondence relationship with specific means described in the embodiments described later as one aspect, and do not limit the technical scope of the present invention. .

上記目的を達成するための本発明は、レーザ光を外部に照射してレーザ光が外部の物体で反射して生じた反射光を受光するレーザレーダ装置（１、１００）であって、
レーザ光を発生する光源（１１）と、
光源が発生したレーザ光が入射する投光レンズ（１３）と、
投光レンズを通過したレーザ光を偏向する偏向部（２０）と、
偏向部が偏向したレーザ光が通過し、レーザ光が通過する部分は、少なくとも水平断面の形状が、偏向部とは反対側に突き出した湾曲形状である窓（３、１０３）とを備え、
投光レンズは、レーザ光を、レーザ光が偏向部から窓に向かう際に、少なくとも、水平面内においてレーザ光の水平方向の進行方向中心に直交する方向に収束する光とすることを特徴とする。 The present invention for achieving the above object is a laser radar apparatus (1, 100) for receiving reflected light generated by irradiating a laser beam to the outside and reflecting the laser beam by an external object,
A light source (11) for generating laser light;
A light projecting lens (13) on which the laser beam generated by the light source is incident;
A deflecting unit (20) for deflecting the laser light that has passed through the light projecting lens;
The part where the laser beam deflected by the deflecting unit passes and the laser beam passes is provided with a window (3, 103) having a curved shape protruding at least on the side opposite to the deflecting unit in the shape of the horizontal section,
The light projecting lens is characterized in that when the laser light is directed from the deflecting unit to the window, the light is converged at least in a direction perpendicular to the center of the horizontal direction of the laser light in the horizontal plane. .

本発明のレーザレーダ装置では、窓は水平断面の形状が偏向部とは反対側に突き出した湾曲形状であることから、窓がレンズとして作用する。そのため、レーザ光は、窓を通過することで、窓に入射する前よりも、水平方向であってレーザ光の進行方向中心に直交する方向に広がる光となる。 In the laser radar apparatus of the present invention, the window has a curved shape with a horizontal cross section protruding to the side opposite to the deflecting unit, and thus the window acts as a lens. Therefore, when the laser beam passes through the window, the laser beam spreads in a direction that is in the horizontal direction and orthogonal to the center of the traveling direction of the laser beam than before entering the window.

ただし、本発明では、投光レンズが、レーザ光を、レーザ光が偏向部から窓に向かう際に、少なくとも水平面内においてレーザ光の水平方向の進行方向中心に直交する方向に収束する光としている。 However, in the present invention, the light projecting lens uses laser light that converges in a direction orthogonal to the horizontal traveling direction center of the laser light at least in the horizontal plane when the laser light travels from the deflecting unit to the window. .

したがって、レーザ光は、窓を通過する際に水平方向に拡散する分と、投光レンズにより水平方向に収束する分との少なくとも一部が相殺されることになる。これにより、投光レンズがレーザ光を平行光にする場合に比較して、装置外部に照射されるレーザ光の拡散を抑えることができる。その結果、装置外部に照射されたレーザ光が、装置から遠ざかるにつれて低下する光の密度の低下を抑制できることから、遠くの物体からの反射光の強度が低下することを抑制できる。 Therefore, at least a part of the amount of the laser beam that diffuses in the horizontal direction when passing through the window and the amount that the laser beam converges in the horizontal direction is offset. Thereby, compared with the case where a light projection lens makes a laser beam parallel light, the spreading | diffusion of the laser beam irradiated to the apparatus exterior can be suppressed. As a result, it is possible to suppress a decrease in the density of light that decreases as the laser light emitted to the outside of the apparatus moves away from the apparatus, and thus it is possible to suppress a decrease in the intensity of reflected light from a distant object.

請求項２に係る発明では、偏向部は、レーザ光を少なくとも水平方向に走査する偏向ミラー（２１）を備え、
投光レンズは、レーザ光を、レーザ光の光軸に垂直な断面形状を円形とし、且つ、レーザ光を、レーザ光が偏向部から窓に向かう際に、水平面内においてレーザ光の水平方向の進行方向中心に直交する方向に収束するとともに、鉛直方向にも収束する光とする。 In the invention which concerns on Claim 2, a deflection | deviation part is provided with the deflection | deviation mirror (21) which scans a laser beam at least to a horizontal direction,
The light projecting lens has a circular cross-sectional shape perpendicular to the optical axis of the laser light, and the laser light in the horizontal plane of the laser light in the horizontal plane when the laser light travels from the deflecting unit to the window. The light converges in a direction perpendicular to the center of the traveling direction and also converges in the vertical direction.

本発明のようにすれば、詳しくは図を用いて後述するが、偏向ミラーによる水平方向の走査角度によってレーザレーダ装置から照射されるレーザ光のスポット形状がばらついてしまうことを抑制できる。 According to the present invention, as will be described in detail later with reference to the drawings, it is possible to prevent the spot shape of the laser light emitted from the laser radar device from varying depending on the horizontal scanning angle by the deflection mirror.

請求項３に係る発明では、窓（３）のレーザ光が通過する部分は、水平断面の形状が偏向部とは反対側に突き出した湾曲形状であるとともに、レーザ光の光軸を含む垂直断面の形状も偏向ミラーとは反対側に突き出した湾曲形状である。 In the invention according to claim 3, the portion of the window (3) through which the laser beam passes is a curved shape in which the shape of the horizontal section protrudes on the side opposite to the deflecting portion, and includes a vertical section including the optical axis of the laser beam. Is also a curved shape protruding to the opposite side of the deflection mirror.

本発明は、請求項２記載の発明特定事項を備えるので、投光レンズにより、レーザ光は、偏向部から窓に向かう際に、鉛直方向および水平方向に収束する光となっている。これに対して、窓の形状が本発明の形状となっていると、レーザ光は、窓を通過する際に、水平方向だけでなく鉛直方向にも拡散する。 Since the present invention includes the invention specific matter of the second aspect, the laser light becomes light that converges in the vertical direction and the horizontal direction when traveling from the deflecting unit to the window. On the other hand, when the shape of the window is the shape of the present invention, the laser light diffuses not only in the horizontal direction but also in the vertical direction when passing through the window.

よって、レーザ光は、窓を通過する際に水平方向に拡散する分と、投光レンズにより水平方向に収束する分との少なくとも一部が相殺されることに加えて、窓を通過する際に鉛直方向に拡散する分と、投光レンズにより鉛直方向に収束する分との少なくとも一部も相殺される。 Therefore, when the laser beam passes through the window, in addition to at least a part of the amount that is diffused in the horizontal direction when passing through the window and the amount that is converged in the horizontal direction by the light projecting lens cancel each other. At least a part of the amount diffused in the vertical direction and the amount converged in the vertical direction by the light projecting lens are offset.

ここで、この発明とは異なり、窓においてレーザ光が通過する部分の、レーザ光の光軸を含む垂直断面の形状が、レーザ光の光軸に対して垂直な直線形状であるとする。この場合、レーザ光は窓を通過する際に鉛直方向には拡散されないので、レーザ光はレーザレーダ装置から射出された後も鉛直方向に収束する。 Here, unlike the present invention, it is assumed that the shape of the vertical cross section including the optical axis of the laser beam at the portion where the laser beam passes in the window is a linear shape perpendicular to the optical axis of the laser beam. In this case, since the laser beam is not diffused in the vertical direction when passing through the window, the laser beam converges in the vertical direction even after being emitted from the laser radar device.

レーザレーダ装置から射出された後も鉛直方向に収束すると、レーザレーダ装置からある距離においてレーザ光は鉛直方向には１点に集まり、その点よりもレーザレーダ装置から遠方では、レーザ光は鉛直方向には拡散することになる。しかも、レーザレーダ装置の装置サイズは実用的な大きさにする必要があるので、レーザレーダ装置内でのレーザ光の鉛直方向の長さは、それほど大きくすることはできない。よって、レーザレーダ装置から射出された後も鉛直方向に収束すると、レーザ光は、レーザレーダ装置から比較的近い距離において鉛直方向には拡散する光となってしまう恐れがある。そして、レーザレーダ装置から比較的近い距離において鉛直方向に拡散する光となってしまうと、遠方では、光の密度が低下してしまう。 When the laser beam converges in the vertical direction even after being emitted from the laser radar device, the laser beam gathers at a single point in the vertical direction at a certain distance from the laser radar device, and the laser beam moves in the vertical direction farther from the laser radar device than that point. Will spread. Moreover, since the apparatus size of the laser radar apparatus needs to be practical, the length of the laser beam in the laser radar apparatus in the vertical direction cannot be increased so much. Therefore, if the laser beam converges in the vertical direction even after being emitted from the laser radar device, the laser beam may become light that diffuses in the vertical direction at a relatively close distance from the laser radar device. If the light diffuses in the vertical direction at a relatively close distance from the laser radar device, the light density decreases at a distance.

これに対して、窓形状を本発明の窓形状とすると、レーザ光は、窓を通過する際に鉛直方向に拡散する分と、投光レンズにより鉛直方向に収束する分との少なくとも一部が相殺する。よって、窓から射出されるレーザ光を、鉛直方向に僅かに拡散する光にしたり、あるいは、レーザ光を、鉛直方向に収束する光のままとしつつも、鉛直方向において１点に集まる距離を、レーザレーダ装置から遠方になるように設計したりすることが容易になる。 On the other hand, when the window shape is the window shape of the present invention, the laser light has at least a part of the amount diffused in the vertical direction when passing through the window and the amount converged in the vertical direction by the light projecting lens. cancel. Therefore, the laser beam emitted from the window is changed to light that slightly diffuses in the vertical direction, or the distance at which the laser beam converges at one point in the vertical direction while keeping the laser light converged in the vertical direction is It becomes easy to design to be far from the laser radar device.

その結果、レーザレーダ装置の物体検出範囲内において、レーザ光が鉛直方向に拡散することを抑制することが容易になる。これによって、遠くの物体からの反射光の強度が低下することを、より抑制できる。 As a result, it is easy to suppress the laser light from diffusing in the vertical direction within the object detection range of the laser radar device. As a result, it is possible to further suppress a reduction in the intensity of reflected light from a distant object.

請求項４に係る発明では、窓のレーザ光が通過する部分は、水平断面の曲率と垂直断面の曲率とが同じであり、
投光レンズは、レーザ光が偏向部から窓に向かう際に、水平面内においてレーザ光の水平方向の進行方向中心に直交する方向にレーザ光を収束させる収束率と、鉛直方向にレーザ光を収束させる収束率とが同じであり、かつ、それらの収束率は、窓を通過した後のレーザ光が拡散光となる収束率となっている。 In the invention according to claim 4, the portion of the window through which the laser light passes has the same curvature in the horizontal section and the curvature in the vertical section,
The projection lens converges the laser beam in the direction perpendicular to the center of the horizontal direction of the laser beam in the horizontal plane and converges the laser beam in the vertical direction when the laser beam travels from the deflection unit to the window. The convergence rates to be used are the same, and the convergence rates are such that the laser light after passing through the window becomes diffused light.

窓の形状が本発明の形状となっていると、レーザ光は、窓を通過する際に、水平方向に拡散させられる程度と鉛直方向に拡散させられる程度とが同じになる。加えて、本発明では、投光レンズがレーザ光を収束させる収束率も、水平方向と鉛直方向とで同じである。また、投光レンズがレーザ光を収束させる収束率は、窓を通過した後のレーザ光が拡散光となる収束率となっている。これらのことから、窓を通過した後のレーザ光は、レーザレーダ装置からの距離の増加に伴い、水平方向および鉛直方向に同じ比率で拡散する。 When the shape of the window is the shape of the present invention, when the laser beam passes through the window, the extent to which the laser beam is diffused in the horizontal direction is the same as the extent to which the laser beam is diffused in the vertical direction. In addition, in the present invention, the convergence rate at which the light projection lens converges the laser light is the same in the horizontal direction and the vertical direction. Further, the convergence rate at which the light projection lens converges the laser light is a convergence rate at which the laser light after passing through the window becomes diffused light. For these reasons, the laser light after passing through the window diffuses at the same ratio in the horizontal direction and the vertical direction as the distance from the laser radar device increases.

ここで、レーザレーダ装置が反射光を受光する受光視野は、レーザレーダ装置からの距離の増加に伴い、水平方向および鉛直方向に同じ比率で大きくなる。受光視野は、受光素子が発光したと仮定したときに、受光素子からの光の拡散する範囲と考えることができるからである。 Here, the light receiving field in which the laser radar device receives the reflected light increases at the same ratio in the horizontal direction and the vertical direction as the distance from the laser radar device increases. This is because the light receiving field can be considered as a range in which light from the light receiving element diffuses when it is assumed that the light receiving element emits light.

したがって、本発明によれば、窓を通過した後のレーザ光は、レーザレーダ装置からの距離の増加に伴い水平方向および鉛直方向に同じ比率で拡散し、受光視野も、レーザレーダ装置からの距離の増加に伴い、水平方向および鉛直方向に同じ比率で大きくなる。 Therefore, according to the present invention, the laser light after passing through the window is diffused at the same ratio in the horizontal direction and the vertical direction as the distance from the laser radar apparatus increases, and the light receiving field is also the distance from the laser radar apparatus. As the value increases, it increases at the same ratio in the horizontal and vertical directions.

これにより、レーザレーダ装置からの距離によらず、受光視野と投光スポットサイズとの比を同じにすることができるので、距離によらず良好な物体検出感度が得やすくなる。 As a result, the ratio between the light receiving field of view and the projection spot size can be made the same regardless of the distance from the laser radar apparatus, and it becomes easy to obtain good object detection sensitivity regardless of the distance.

請求項５に係る発明では、偏向部は、レーザ光を水平方向に所定の角度ピッチで走査し、
投光レンズは、水平方向の走査角度が互いに隣接する２つのレーザ光のスポットが、予め設定された最長検出距離において、互いに重ならず、かつ、スポット間の間隔が予め設定された検出対象物体のサイズ以下となるように、レーザ光を集光する。 In the invention which concerns on Claim 5, a deflection | deviation part scans a laser beam with a predetermined angular pitch to a horizontal direction,
The light projection lens is a detection target object in which two laser light spots whose horizontal scanning angles are adjacent to each other do not overlap each other at a preset longest detection distance, and the interval between the spots is preset. The laser beam is condensed so as to be equal to or smaller than the size.

この発明を、偏向部が走査する角度ピッチは変更せず、水平方向における走査角度が互いに隣接する２つのレーザ光のスポットが最長検出距離において重なる場合と比較すると、レーザ光のスポットサイズが小さいことになる。よって、遠くの物体からの反射光の強度が低下することを抑制できる。 Compared with the case where the angle pitch at which the deflection unit scans is not changed and the spot of two laser beams adjacent to each other in the horizontal direction overlaps at the longest detection distance, the spot size of the laser beam is small. become. Therefore, it can suppress that the intensity | strength of the reflected light from a distant object falls.

実施形態となるレーザレーダ装置１の外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the laser radar apparatus 1 used as embodiment. 図１の筐体２の内部に収容されている要素を示す図である。It is a figure which shows the element accommodated in the inside of the housing | casing 2 of FIG. 図１のIII−III断面の概略図である。It is the schematic of the III-III cross section of FIG. 図３のIV−IV断面の概略図である。It is the schematic of the IV-IV cross section of FIG. 受光視野３３と照射光Ｌのスポット２３の関係を例示する図である。It is a figure which illustrates the relationship between the light reception visual field 33 and the spot 23 of the irradiation light L. FIG. 変形例１における照射光Ｌのスポット形状を説明する図である。It is a figure explaining the spot shape of the irradiation light L in the modification 1. FIG. 図６のVII−VII断面における照射光Ｌのスポット形状を示す図である。It is a figure which shows the spot shape of the irradiation light L in the VII-VII cross section of FIG. 図６の状態から照射ミラー２１が回転した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which the irradiation mirror 21 rotated from the state of FIG. 図８のIX−IX断面における照射光Ｌのスポット形状を示す図である。It is a figure which shows the spot shape of the irradiation light L in the IX-IX cross section of FIG. 第２実施形態のレーザレーダ装置１００の外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the laser radar apparatus 100 of 2nd Embodiment. 図１０のXI−XI断面の概略図である。It is the schematic of the XI-XI cross section of FIG.

＜第１実施形態＞
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、第１実施形態のレーザレーダ装置１は、縦長の筐体２を備えており、この筐体２の上下方向の中央やや下寄りに窓３が取り付けられている。筐体２において窓３と対向する面が背面２ａであり、レーザレーダ装置１は、背面２ａが壁などに接する、あるいは、壁などに僅かな隙間を隔てて対向し、底面２ｂが下側、上面２ｃが上側になるように設置される。また、設置状態では、底面２ｂの鉛直方向上側に上面２ｃが位置するように、レーザレーダ装置１は設置される。 <First Embodiment>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the laser radar device 1 according to the first embodiment includes a vertically long casing 2, and a window 3 is attached to the center 2 of the casing 2 slightly below in the vertical direction. The surface of the housing 2 that faces the window 3 is the back surface 2a. In the laser radar device 1, the back surface 2a is in contact with the wall or the like, or is opposed to the wall with a slight gap, and the bottom surface 2b is on the lower side. It is installed so that the upper surface 2c is on the upper side. Further, in the installed state, the laser radar device 1 is installed so that the upper surface 2c is positioned above the bottom surface 2b in the vertical direction.

背面２ａから、窓３において背面２ａから最も突き出す位置に向かう方向が、レーザレーダ装置１の正面方向である。なお、本実施形態の説明でも、光学分野における一般的な表現に従い、正面方向はＺ軸方向とし、鉛直方向をＹ軸方向とし、Ｚ軸およびＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とする。 The direction from the back surface 2 a to the position where the window 3 protrudes most from the back surface 2 a is the front direction of the laser radar device 1. In the description of the present embodiment, the front direction is the Z-axis direction, the vertical direction is the Y-axis direction, and the direction perpendicular to the Z-axis and the Y-axis is the X-axis direction in accordance with general expressions in the optical field.

レーザレーダ装置１は、正面方向を走査中心として照射光Ｌ（図３、図４参照）を装置外部に照射し、その照射光Ｌを走査する。そして、その照射光Ｌが物体で反射して生じた反射光Ｒ（図２参照）を受光することで、レーザレーダ装置１の周囲に設定された物体検出範囲に存在する物体を検出する。 The laser radar apparatus 1 irradiates the apparatus with irradiation light L (see FIGS. 3 and 4) with the front direction as the scanning center, and scans the irradiation light L. Then, by receiving the reflected light R (see FIG. 2) generated when the irradiation light L is reflected by the object, an object existing in the object detection range set around the laser radar device 1 is detected.

窓３は、有色透明または無色透明であり、筐体２と組み合わせられることにより、内部に閉じた空間を形成する。窓３は、球体を切断した形状である。よって、図３の概略図にも示すように、垂直断面形状は、上下方向の中心が筐体２に対して最もＺ軸方向に突き出している。なお、図３は、底面２ｂおよび上面２ｃに垂直であり、正面方向を含む断面、すなわち、底面２ｂおよび上面２ｃの幅方向中心を通る断面の概略図である。ただし、底面２ｂおよび上面２ｃに垂直な断面であれば、正面方向とは異なる方向の断面であっても、窓３の形状は、上下方向の中心が筐体２に対して最もＺ軸方向に突き出す形状である。また、窓３は、図４の概略図にも示すように、水平断面形状は、正面方向を対称の軸とする線対称の円弧形状である。 The window 3 is colored or colorless and transparent and is combined with the housing 2 to form a closed space inside. The window 3 has a shape obtained by cutting a sphere. Therefore, as shown in the schematic diagram of FIG. 3, the vertical cross-sectional shape has the center in the vertical direction protruding most in the Z-axis direction with respect to the housing 2. 3 is a schematic view of a cross section that is perpendicular to the bottom surface 2b and the top surface 2c and includes the front direction, that is, a cross section that passes through the center in the width direction of the bottom surface 2b and the top surface 2c. However, as long as the cross section is perpendicular to the bottom surface 2b and the top surface 2c, the shape of the window 3 is such that the center in the vertical direction is the most in the Z-axis direction with respect to the housing 2 even if the cross section is in a direction different from the front direction. It is a protruding shape. Further, as shown in the schematic diagram of FIG. 4, the horizontal cross-sectional shape of the window 3 is a line-symmetrical arc shape with the front direction as the axis of symmetry.

筐体２の内部には、図２に示す要素が収容されている。なお、図２では、筐体２および窓３は省略している。図２に示すように、レーザレーダ装置１は、照射部１０、偏向部２０、受光部３０、コンパレータ４０、制御部５０を備える。 The element shown in FIG. 2 is accommodated in the housing 2. In FIG. 2, the casing 2 and the window 3 are omitted. As shown in FIG. 2, the laser radar device 1 includes an irradiation unit 10, a deflection unit 20, a light receiving unit 30, a comparator 40, and a control unit 50.

照射部１０は、光源１１、駆動部１２、投光レンズ１３を備える。光源１１は、レーザダイオードなどであり、パルス電流が供給されることによりパルス状のレーザ光を出力する。光源１１が出力したレーザ光が照射光Ｌである。駆動部１２は、制御部５０からレーザ光を発生させることを指令する指令信号が入力されると、パルス電流を生成して光源１１に入力する。 The irradiation unit 10 includes a light source 11, a driving unit 12, and a light projecting lens 13. The light source 11 is a laser diode or the like, and outputs a pulsed laser beam when supplied with a pulse current. The laser light output from the light source 11 is the irradiation light L. The drive unit 12 generates a pulse current and inputs it to the light source 11 when a command signal instructing generation of laser light is input from the control unit 50.

光源１１が出力する照射光Ｌは光源１１から離れるにつれて拡散する光である。なお、図２では、照射光Ｌの進行方向の中心、すなわち照射光Ｌの光軸Ｌ０を図示している。投光レンズ１３は、照射光Ｌのスポット形状を円形にする。スポット形状とは、照射光Ｌの光軸Ｌ０に垂直な断面形状である。また、円形は、真円のみを指すのではなく、略円形であるものも含む。スポット形状を円形にするために、投光レンズ１３は、複数枚のレンズを組み合わせたものでもよい。 The irradiation light L output from the light source 11 is light that diffuses away from the light source 11. In FIG. 2, the center of the traveling direction of the irradiation light L, that is, the optical axis L0 of the irradiation light L is illustrated. The light projection lens 13 makes the spot shape of the irradiation light L circular. The spot shape is a cross-sectional shape perpendicular to the optical axis L0 of the irradiation light L. Further, the circular shape includes not only a perfect circle but also a substantially circular shape. In order to make the spot shape circular, the projection lens 13 may be a combination of a plurality of lenses.

また、投光レンズ１３は、本実施形態では集光レンズを用い、照射光Ｌを収束光とし、スポット形状は円形であることから、投光レンズ１３は、照射光Ｌの光軸Ｌ０の周り３６０度を均等に収束させる。収束の程度は、偏向部２０で偏向された照射光Ｌが窓３を通過する際に、窓３のレンズ作用により拡散光に変化する程度である。 In addition, the projection lens 13 uses a condensing lens in the present embodiment, and the irradiation light L is converged light, and the spot shape is circular. Therefore, the projection lens 13 is around the optical axis L0 of the irradiation light L. 360 degrees converge evenly. The degree of convergence is such that when the irradiation light L deflected by the deflecting unit 20 passes through the window 3, it changes into diffused light due to the lens action of the window 3.

偏向部２０は、照射ミラー２１とモータ２２とを備えている。照射ミラー２１は、平面ミラーであり、モータ２２と連結されており、筐体２の底面２ｂおよび上面２ｃに対して略垂直になっている回転軸周りに回転する。投光レンズ１３を通過した照射光Ｌは、照射ミラー２１で反射されて、図２には示していない窓３の方向に照射される。レーザレーダ装置１は上下方向が略鉛直方向になるように設置されるので、照射ミラー２１から窓３に向かう方向は水平方向である。照射ミラー２１は請求項の偏向ミラーに相当している。 The deflecting unit 20 includes an irradiation mirror 21 and a motor 22. The irradiation mirror 21 is a plane mirror, is connected to the motor 22, and rotates around a rotation axis that is substantially perpendicular to the bottom surface 2 b and the top surface 2 c of the housing 2. The irradiation light L that has passed through the light projecting lens 13 is reflected by the irradiation mirror 21 and irradiated in the direction of the window 3 not shown in FIG. Since the laser radar device 1 is installed so that the vertical direction is substantially vertical, the direction from the irradiation mirror 21 toward the window 3 is the horizontal direction. The irradiation mirror 21 corresponds to a deflection mirror in claims.

照射ミラー２１は略鉛直になる回転軸周りに回転しているので、照射光Ｌは、水平面内において、所定の角度範囲に渡り走査される。所定の角度範囲はたとえば１８０〜１９０度である。照射ミラー２１により偏向された照射光Ｌは窓３を通過してレーザレーダ装置１の外部に照射される。 Since the irradiation mirror 21 rotates around a rotation axis that is substantially vertical, the irradiation light L is scanned over a predetermined angular range in the horizontal plane. The predetermined angle range is, for example, 180 to 190 degrees. The irradiation light L deflected by the irradiation mirror 21 passes through the window 3 and is irradiated to the outside of the laser radar device 1.

受光部３０は、受光ミラー３１、受光素子３２を備える。図２には図示していない窓３は、照射光Ｌが通過し、また、外部から受光ミラー３１に入射する反射光Ｒが通過する位置に配置されている。 The light receiving unit 30 includes a light receiving mirror 31 and a light receiving element 32. The window 3 (not shown in FIG. 2) is disposed at a position where the irradiation light L passes and the reflected light R incident on the light receiving mirror 31 from the outside passes.

受光ミラー３１は、平面ミラーであり、反射光Ｒを反射して受光素子３２に導く。受光ミラー３１は、回転軸が照射ミラー２１の回転軸と結合している。そのため、受光ミラー３１は照射ミラー２１と一体回転する。受光素子３２は、たとえば、フォトダイオードであり、受光素子３２に入射した光の強度を表す信号、すなわち、反射光Ｒの受光強度を表す信号（以下、受光強度信号）をコンパレータ４０に出力する。 The light receiving mirror 31 is a flat mirror and reflects the reflected light R to guide it to the light receiving element 32. The light receiving mirror 31 has a rotation axis coupled to the rotation axis of the irradiation mirror 21. Therefore, the light receiving mirror 31 rotates integrally with the irradiation mirror 21. The light receiving element 32 is, for example, a photodiode, and outputs a signal indicating the intensity of light incident on the light receiving element 32, that is, a signal indicating the light receiving intensity of the reflected light R (hereinafter, a light receiving intensity signal) to the comparator 40.

なお、このように、レーザレーダ装置１から照射される照射光Ｌの光軸Ｌ０と、レーザレーダ装置１に入射する反射光Ｒの光軸とが異なる装置は、非同軸系レーザレーダ装置と呼ばれる。 A device in which the optical axis L0 of the irradiation light L emitted from the laser radar device 1 and the optical axis of the reflected light R incident on the laser radar device 1 are different from each other is called a non-coaxial laser radar device. .

コンパレータ４０は、受光強度信号を、予め設定されている検出閾値と比較し、比較結果を示す信号（以下、比較結果信号）を連続的に制御部５０に出力する。比較結果信号は、受光強度信号が検出閾値を超えたことを示す信号と、受光強度信号が検出閾値を超えていないことを示す信号の２種類である。 The comparator 40 compares the received light intensity signal with a preset detection threshold value, and continuously outputs a signal indicating the comparison result (hereinafter referred to as a comparison result signal) to the control unit 50. There are two types of comparison result signals: a signal indicating that the received light intensity signal has exceeded the detection threshold and a signal indicating that the received light intensity signal has not exceeded the detection threshold.

制御部５０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータである。この制御部５０は、照射部１０の駆動部１２に指令信号を出力し、また、コンパレータ４０から比較結果信号を受信して、その比較結果信号に基づいて物体の検知を行う。 The control unit 50 is a computer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The control unit 50 outputs a command signal to the drive unit 12 of the irradiating unit 10, receives a comparison result signal from the comparator 40, and detects an object based on the comparison result signal.

図３、図４は、照射光Ｌの拡散の程度を説明するための図であり、その説明のために必要な部材を概略形状で示している。また、図３は図１のIII−III線で切断した断面図、すなわち、レーザレーダ装置１の正面方向を含む鉛直平面でレーザレーダ装置１を切断した断面図である。一方、図４は、図３のIV−IV線断面図、すなわち水平断面図である。 3 and 4 are diagrams for explaining the degree of diffusion of the irradiation light L, and members necessary for the explanation are shown in schematic shapes. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 1, that is, a cross-sectional view of the laser radar device 1 cut along a vertical plane including the front direction of the laser radar device 1. On the other hand, FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3, that is, a horizontal sectional view.

すでに説明したように、光源１１が出力した照射光Ｌは、投光レンズ１３により光軸Ｌ０の周り３６０度均等に収束する収束光とされる。平面ミラーである照射ミラー２１で反射されても収束率は変化しないので、照射光Ｌは窓３を通過するまで、鉛直方向および水平方向の収束率が同じまま、スポットサイズが漸減する。 As described above, the irradiation light L output from the light source 11 is converged light that converges uniformly 360 degrees around the optical axis L0 by the light projecting lens 13. Since the convergence rate does not change even if it is reflected by the irradiation mirror 21 which is a flat mirror, the spot size gradually decreases until the irradiation light L passes through the window 3 while the convergence rate in the vertical and horizontal directions remains the same.

図３に示すように、窓３は、正面方向を含む垂直断面形状が、照射ミラー２１とは反対側に突き出した円弧形状、すなわち湾曲形状である。また、窓３は、正面方向以外の照射光Ｌの照射方向、すなわち、正面方向以外の照射光Ｌの進行方向における垂直断面形状も、照射ミラー２１とは反対側に突き出した円弧形状である。 As shown in FIG. 3, the window 3 has an arc shape protruding from the opposite side of the irradiation mirror 21, that is, a curved shape. The window 3 also has a vertical cross-sectional shape in the irradiation direction of the irradiation light L other than the front direction, that is, the vertical cross-sectional shape in the traveling direction of the irradiation light L other than the front direction.

よって、窓３は、照射光Ｌを、その照射方向によらず、上下方向に拡散させるレンズとして作用する。その結果、投光レンズ１３における集光作用により、照射ミラー２１から窓３に向かう際には鉛直方向に収束する光であった照射光Ｌは、窓３を通過することにより、わずかに鉛直方向に拡散する拡散光となる。 Therefore, the window 3 acts as a lens that diffuses the irradiation light L in the vertical direction regardless of the irradiation direction. As a result, the irradiation light L, which has converged in the vertical direction when traveling from the irradiation mirror 21 to the window 3 due to the light condensing action of the light projecting lens 13, passes through the window 3 and slightly passes in the vertical direction. Diffused light diffuses into

鉛直方向への拡散の程度は、窓３の湾曲形状、厚さなどを変化させることにより定まる窓３による拡散能力と、投光レンズ１３による集光能力とによって調整が可能である。本実施形態では、前述したように、窓３を通過した照射光Ｌがわずかに拡散する拡散光となるように調整されている。 The degree of diffusion in the vertical direction can be adjusted by the diffusion capability of the window 3 determined by changing the curved shape and thickness of the window 3 and the light condensing capability of the projection lens 13. In the present embodiment, as described above, the irradiation light L that has passed through the window 3 is adjusted to be diffused light that slightly diffuses.

この拡散の程度は、より具体的には、照射光Ｌのスポットサイズが、予め設定された最長検出距離において所定の大きさになるように設定される。最長検出距離は、たとえば、３０〜６０ｍである。また、所定の大きさは、水平方向の走査角度が互いに隣接する２つの照射光Ｌのスポット、すなわち照射光Ｌの照射範囲が、最長検出距離において互いに重ならず、かつ、スポット間の間隔が予め設定された検出対象物体のサイズ以下となる大きさである。検出対象物体が人であれば、検出対象物体のサイズは、胸から背中方向における人体の長さを考慮して、たとえば２０ｃｍとされる。 More specifically, the degree of diffusion is set such that the spot size of the irradiation light L becomes a predetermined size at a preset longest detection distance. The longest detection distance is, for example, 30 to 60 m. Further, the predetermined size is such that two irradiation light L spots whose horizontal scanning angles are adjacent to each other, that is, the irradiation range of the irradiation light L, do not overlap each other at the longest detection distance, and the interval between the spots is The size is equal to or smaller than a preset size of the detection target object. If the detection target object is a person, the size of the detection target object is set to, for example, 20 cm in consideration of the length of the human body in the direction from the chest to the back.

検出対象物体のサイズが２０ｃｍとされている場合、最長検出距離において、水平方向の走査角度が互いに隣接する２つの照射光Ｌのスポット間の間隔が２０ｃｍ以下となるように、拡散の程度が調整されることになる。 When the size of the detection target object is 20 cm, the degree of diffusion is adjusted so that the distance between the two spots of the irradiation light L adjacent to each other in the horizontal scanning angle is 20 cm or less at the longest detection distance. Will be.

また、図４に示すように、窓３の照射光Ｌが通過する部分は、水平断面形状も、照射ミラー２１とは反対側に突き出した円弧形状、すなわち湾曲形状である。そのため、窓３は、照射光Ｌを、照射方向によらず、水平方向にも拡散させるレンズとして作用する。その結果、投光レンズ１３における集光作用により、照射ミラー２１から窓３に向かう際には水平方向にも収束する光であった照射光Ｌは、窓３を通過することにより、わずかに水平方向にも拡散する拡散光となる。 Further, as shown in FIG. 4, the portion of the window 3 through which the irradiation light L passes has a horizontal cross-sectional shape that is an arc shape protruding to the opposite side of the irradiation mirror 21, that is, a curved shape. Therefore, the window 3 acts as a lens that diffuses the irradiation light L in the horizontal direction regardless of the irradiation direction. As a result, the irradiation light L, which has converged in the horizontal direction when traveling from the irradiation mirror 21 to the window 3 due to the light condensing action of the light projecting lens 13, passes through the window 3 and is slightly horizontal. It becomes diffused light that also diffuses in the direction.

水平方向への拡散の程度も、窓３による拡散能力と、投光レンズ１３による集光能力とによって調整が可能である。本実施形態では、窓３を通過した照射光Ｌがわずかに拡散し、最長検出距離においてもスポット形状が円形となるように調整されている。 The degree of diffusion in the horizontal direction can also be adjusted by the diffusion ability by the window 3 and the light collection ability by the light projection lens 13. In the present embodiment, the irradiation light L that has passed through the window 3 is slightly diffused, and the spot shape is adjusted to be circular even at the longest detection distance.

なお、図４では、照射ミラー２１に照射されたときのスポット形状はＺ軸方向に長い楕円形状となっているが、これは、照射ミラー２１のミラー面が照射光Ｌの進行方向に対して傾斜しているからである。前述したように、本実施形態では、投光レンズ１３により照射光Ｌのスポット形状は円形になっている。 In FIG. 4, the spot shape when the irradiation mirror 21 is irradiated has an elliptical shape that is long in the Z-axis direction. This is because the mirror surface of the irradiation mirror 21 is in the traveling direction of the irradiation light L. It is because it is inclined. As described above, in the present embodiment, the spot shape of the irradiation light L is circular by the light projecting lens 13.

［第１実施形態のまとめ］
以上、説明した本実施形態のレーザレーダ装置１は、図４に示したように、窓３において照射光Ｌが通過する部分の水平断面の形状が照射ミラー２１とは反対側に突き出した湾曲形状である。よって、窓３がレンズとして作用し、照射光Ｌは、窓３を通過することで、窓３に入射する前よりも、水平方向であって照射光Ｌの進行方向中心に直交する方向に広がる光となる。 [Summary of First Embodiment]
As described above, the laser radar device 1 of the present embodiment described above has a curved shape in which the shape of the horizontal cross section of the portion through which the irradiation light L passes in the window 3 protrudes on the opposite side of the irradiation mirror 21 as shown in FIG. It is. Therefore, the window 3 acts as a lens, and the irradiation light L passes through the window 3 and spreads in the horizontal direction and in a direction perpendicular to the traveling direction center of the irradiation light L than before entering the window 3. It becomes light.

ただし、本実施形態では、投光レンズ１３が、照射光Ｌを、照射光Ｌが照射ミラー２１から窓３に向かう際に、水平面内において照射光Ｌの水平方向の進行方向中心に直交する方向に収束する光としている。 However, in the present embodiment, the light projecting lens 13 causes the irradiation light L to be orthogonal to the horizontal traveling direction center of the irradiation light L in the horizontal plane when the irradiation light L travels from the irradiation mirror 21 to the window 3. Light that converges to.

したがって、照射光Ｌは、窓３を通過する際に水平方向に拡散する分と、投光レンズ１３により水平方向に収束する分との少なくとも一部が相殺されることになる。これにより、投光レンズ１３が照射光Ｌを平行光にする場合に比較して、装置外部に照射される照射光Ｌの拡散を抑えることができる。その結果、装置外部に照射された照射光Ｌが、レーザレーダ装置１から遠ざかるにつれて低下する光の密度の低下を抑制できることから、遠くの物体からの反射光Ｒの強度が低下することを抑制できる。 Accordingly, at least a part of the amount of the irradiation light L that diffuses in the horizontal direction when passing through the window 3 and the amount that the projection light 13 converges in the horizontal direction is canceled out. Thereby, compared with the case where the light projection lens 13 makes the irradiation light L parallel light, diffusion of the irradiation light L irradiated to the outside of the apparatus can be suppressed. As a result, it is possible to suppress a decrease in the density of light that decreases as the irradiation light L irradiated to the outside of the apparatus moves away from the laser radar apparatus 1, and thus it is possible to suppress a decrease in the intensity of the reflected light R from a distant object. .

また、本実施形態では、窓３の形状を、球体を切断した形状としていることから、窓３において照射光Ｌが通過する部分は水平断面の曲率と垂直断面の曲率とが同じになっている。したがって、照射光Ｌは、窓３を通過する際に、水平方向に拡散させられる程度と鉛直方向に拡散させられる程度とが同じになる。加えて、本実施形態では、投光レンズ１３が照射光Ｌを収束させる収束率も、水平方向と鉛直方向とで同じである。また、投光レンズ１３が照射光Ｌを収束させる収束率は、窓３を通過した後の照射光Ｌが拡散光となる収束率となっている。これらのことから、窓３を通過した後の照射光Ｌは、レーザレーダ装置１からの距離の増加に伴い、水平方向および鉛直方向に同じ比率で拡散する。 Moreover, in this embodiment, since the shape of the window 3 is made into the shape which cut | disconnected the spherical body, the curvature of the horizontal cross section and the curvature of a vertical cross section are the same in the part through which the irradiation light L passes in the window 3. . Therefore, when the irradiation light L passes through the window 3, the extent to which it is diffused in the horizontal direction and the extent to which it is diffused in the vertical direction are the same. In addition, in the present embodiment, the convergence rate at which the light projection lens 13 converges the irradiation light L is also the same in the horizontal direction and the vertical direction. Further, the convergence rate at which the projection lens 13 converges the irradiation light L is a convergence rate at which the irradiation light L after passing through the window 3 becomes diffused light. For these reasons, the irradiation light L after passing through the window 3 diffuses at the same ratio in the horizontal direction and the vertical direction as the distance from the laser radar apparatus 1 increases.

一方、レーザレーダ装置１が反射光Ｒを受光する受光視野も、レーザレーダ装置１からの距離の増加に伴い、水平方向および鉛直方向に同じ比率で大きくなる。なお、受光視野は、照射光Ｌの光軸Ｌ０に対して垂直な面において受光素子３２が光を受光できる範囲を意味する。 On the other hand, the light receiving field in which the laser radar device 1 receives the reflected light R also increases at the same ratio in the horizontal direction and the vertical direction as the distance from the laser radar device 1 increases. The light receiving field means a range in which the light receiving element 32 can receive light on a plane perpendicular to the optical axis L0 of the irradiation light L.

本実施形態では、窓３を通過した後の照射光Ｌが、レーザレーダ装置１からの距離の増加に伴い水平方向と鉛直方向に同じ比率で拡散し、受光視野も、レーザレーダ装置１からの距離の増加に伴い、水平方向と鉛直方向に同じ比率で大きくなることになる。 In the present embodiment, the irradiation light L after passing through the window 3 diffuses at the same ratio in the horizontal direction and the vertical direction as the distance from the laser radar apparatus 1 increases, and the light receiving field is also from the laser radar apparatus 1. As the distance increases, the horizontal and vertical directions increase at the same ratio.

これにより、レーザレーダ装置１からの距離によらず、受光視野と照射光Ｌのスポットのサイズとの比が同じになる。図５には、受光視野３３と照射光Ｌのスポット２３を示している。受光視野３３のうち、照射光Ｌのスポット２３の外側からの光はノイズとなる。したがって、照射光Ｌのスポット２３のサイズが受光視野３３のサイズに近いほど、物体検出感度を良好にできる。 Thereby, the ratio between the light receiving field and the spot size of the irradiation light L becomes the same regardless of the distance from the laser radar device 1. FIG. 5 shows the light receiving field 33 and the spot 23 of the irradiation light L. In the light receiving field 33, light from the outside of the spot 23 of the irradiation light L becomes noise. Therefore, the closer the size of the spot 23 of the irradiation light L is to the size of the light receiving field 33, the better the object detection sensitivity.

本実施形態のレーザレーダ装置１と異なり、レーザレーダ装置からの距離の増加に伴う照射光Ｌの拡散の程度が、水平方向と鉛直方向で異なる場合、照射光Ｌのスポット２３の形状がレーザレーダ装置１からの距離の増加に伴い変化することになる。これに対し、受光視野３３の形状は、レーザレーダ装置１からの距離によらず変化しない。よって、レーザレーダ装置１からの距離の増加に伴う照射光Ｌの拡散の程度が、水平方向と鉛直方向で異なる場合には、ある距離においては、図５に示すように、受光視野３３のうち、照射光Ｌのスポット２３の外側の範囲が少ないとしても、次のようになる。すなわち、レーザレーダ装置１からの距離が変化すると、受光視野３３のうち、照射光Ｌのスポット２３の外側の範囲が大きくなったり、あるいは、照射光Ｌのスポット２３の一部が受光視野３３からはみ出したりする恐れがある。したがって、レーザレーダ装置からの距離によらず、良好な物体検出感度とするためには、複雑な感度調整や制御が必要になる。 Unlike the laser radar device 1 of the present embodiment, when the degree of diffusion of the irradiation light L accompanying the increase in the distance from the laser radar device differs in the horizontal direction and the vertical direction, the shape of the spot 23 of the irradiation light L is the laser radar. It will change as the distance from the device 1 increases. On the other hand, the shape of the light receiving field 33 does not change regardless of the distance from the laser radar device 1. Therefore, when the degree of diffusion of the irradiation light L accompanying the increase in the distance from the laser radar apparatus 1 differs between the horizontal direction and the vertical direction, as shown in FIG. Even if the range outside the spot 23 of the irradiation light L is small, the following occurs. That is, when the distance from the laser radar device 1 is changed, a range outside the spot 23 of the irradiation light L in the light reception field 33 becomes larger, or a part of the spot 23 of the irradiation light L is part of the light reception field 33. There is a risk of protruding. Therefore, complicated sensitivity adjustment and control are required to achieve good object detection sensitivity regardless of the distance from the laser radar device.

これに対して、本実施形態では、レーザレーダ装置１からの距離によらず、受光視野３３と照射光Ｌのスポット２３のサイズとの比が同じになるので、レーザレーダ装置１からの距離によらず良好な物体検出感度を容易に得ることができる。 On the other hand, in the present embodiment, the ratio between the light receiving field 33 and the size of the spot 23 of the irradiation light L is the same regardless of the distance from the laser radar apparatus 1. Regardless, good object detection sensitivity can be easily obtained.

また、本実施形態では、投光レンズ１３は、照射光Ｌを、照射光Ｌが照射ミラー２１から窓３に向かう際に、水平面内において照射光Ｌの水平方向の進行方向中心に直交する方向に収束する光とすることに加え、照射光Ｌを次の特徴を持つ光とする。すなわち、投光レンズ１３は、照射光Ｌのスポット形状を円形とする。また、投光レンズ１３は、照射光Ｌを、照射光Ｌが照射ミラー２１から窓３に向かう際に、鉛直方向にも収束する光とする。 Further, in the present embodiment, the light projecting lens 13 causes the irradiation light L to be orthogonal to the horizontal traveling direction center of the irradiation light L in the horizontal plane when the irradiation light L travels from the irradiation mirror 21 toward the window 3. In addition to the light that converges to, the irradiation light L is light having the following characteristics. That is, the light projection lens 13 makes the spot shape of the irradiation light L circular. Further, the light projecting lens 13 uses the irradiation light L as light that converges in the vertical direction when the irradiation light L travels from the irradiation mirror 21 toward the window 3.

これにより、照射ミラー２１の向きによってレーザレーダ装置１から照射される照射光Ｌのスポット形状がばらついてしまうことを抑制できる。この点については、変形例１の説明において、さらに詳しく説明する。 Thereby, it can suppress that the spot shape of the irradiation light L irradiated from the laser radar apparatus 1 by the direction of the irradiation mirror 21 varies. This point will be described in more detail in the description of the first modification.

＜変形例１＞
次に、変形例１を説明する。なお、これ以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。 <Modification 1>
Next, Modification 1 will be described. In the following description, elements having the same reference numerals as those used so far are the same as the elements having the same reference numerals in the previous embodiments unless otherwise specified. Further, when only a part of the configuration is described, the above-described embodiment can be applied to the other parts of the configuration.

図６から図９は、投光レンズ１３が、照射光Ｌのスポット形状を、照射光Ｌが投光レンズ１３から照射ミラー２１に向かう際にＺ軸方向が短軸となる楕円形状にした例である。図６と図８の違いは、照射ミラー２１の回転角度である。 6 to 9 show an example in which the light projecting lens 13 has a spot shape of the irradiation light L and an elliptical shape in which the Z-axis direction is a short axis when the irradiation light L is directed from the light projection lens 13 toward the irradiation mirror 21. It is. The difference between FIG. 6 and FIG. 8 is the rotation angle of the irradiation mirror 21.

図７、図９は、それぞれ、照射ミラー２１の回転角度が図６、図８の回転角度になっている場合に窓３を通過した後の照射光Ｌのスポット形状を示す図である。照射ミラー２１の回転角度が図６の角度である場合、窓３を通過した後の照射光Ｌのスポット形状は横長の楕円である。これに対して、照射ミラー２１の回転角度が図８の角度である場合、窓３を通過した後の照射光Ｌのスポット形状は縦長の楕円になっている。 FIGS. 7 and 9 are diagrams showing the spot shape of the irradiation light L after passing through the window 3 when the rotation angle of the irradiation mirror 21 is the rotation angle of FIGS. 6 and 8, respectively. When the rotation angle of the irradiation mirror 21 is the angle shown in FIG. 6, the spot shape of the irradiation light L after passing through the window 3 is a horizontally long ellipse. On the other hand, when the rotation angle of the irradiation mirror 21 is the angle shown in FIG. 8, the spot shape of the irradiation light L after passing through the window 3 is a vertically long ellipse.

図６、図７と、図８、図９の比較から分かるように、投光レンズ１３が、照射光Ｌのスポット形状を楕円形状にする場合、照射ミラー２１の回転角度により、窓３を通過した後の照射光Ｌのスポット形状が変化することになる。 As can be seen from a comparison between FIGS. 6, 7, 8, and 9, when the projection lens 13 has an elliptical spot shape of the irradiation light L, it passes through the window 3 depending on the rotation angle of the irradiation mirror 21. After that, the spot shape of the irradiation light L changes.

この変形例１においても、照射光Ｌは、窓３を通過する際に水平方向に拡散する分と、投光レンズ１３により水平方向に収束する分との少なくとも一部が相殺される。よって、変形例１も、本発明の一態様ではある。 Also in the first modification, at least a part of the amount of the irradiation light L that diffuses in the horizontal direction when passing through the window 3 and the amount that the projection light 13 converges in the horizontal direction is offset. Therefore, Modification 1 is also an embodiment of the present invention.

しかし、前述の実施形態のように、投光レンズ１３が照射光Ｌのスポット形状を円形にする方が好ましい。投光レンズ１３が照射光Ｌのスポット形状を円形にすれば、照射ミラー２１の向きによってレーザレーダ装置１から照射される照射光Ｌのスポット形状がばらついてしまうことを抑制できるからである。 However, it is preferable that the projection lens 13 has a circular spot shape of the irradiation light L as in the above-described embodiment. This is because if the spot shape of the irradiation light L is made circular by the light projecting lens 13, it is possible to prevent the spot shape of the irradiation light L irradiated from the laser radar apparatus 1 from varying depending on the direction of the irradiation mirror 21.

＜第２実施形態＞
図１０に、第２実施形態のレーザレーダ装置１００の外観を示す。レーザレーダ装置１００は、第１実施形態のレーザレーダ装置１が備える筐体２と略同じ形状の筐体１０２を備える。この筐体１０２に窓１０３が取り付けられている。 Second Embodiment
FIG. 10 shows an appearance of the laser radar device 100 according to the second embodiment. The laser radar device 100 includes a housing 102 having substantially the same shape as the housing 2 included in the laser radar device 1 of the first embodiment. A window 103 is attached to the housing 102.

窓１０３の形状が第１実施形態の窓３と異なるので、筐体１０２は、第１実施形態の筐体２と、窓１０３の取り付け部分についての形状が相違する。これ以外は、筐体１０２は、第１実施形態の筐体２と同じ構造である。また、レーザレーダ装置１００の内部構造は第１実施形態のレーザレーダ装置１の内部構造と同じである。 Since the shape of the window 103 is different from that of the window 3 of the first embodiment, the casing 102 is different from the casing 2 of the first embodiment in the shape of the attachment portion of the window 103. Other than this, the housing 102 has the same structure as the housing 2 of the first embodiment. The internal structure of the laser radar device 100 is the same as the internal structure of the laser radar device 1 of the first embodiment.

窓１０３は、円筒を、その円筒の軸に平行な平面で切断した形状である。以下、窓１０３の形状を詳しく説明する。窓１０３は、水平断面が円弧状である点は第１実施形態の窓３と同じである。よって、窓１０３は、第１実施形態の窓３と同様、照射光Ｌを、水平面内において照射光Ｌの進行方向中心に対して直交する方向に拡散させる作用を有する。 The window 103 has a shape obtained by cutting a cylinder along a plane parallel to the axis of the cylinder. Hereinafter, the shape of the window 103 will be described in detail. The window 103 is the same as the window 3 of the first embodiment in that the horizontal cross section has an arc shape. Therefore, the window 103 has the effect | action which diffuses the irradiation light L in the direction orthogonal to the advancing direction center of the irradiation light L in a horizontal surface similarly to the window 3 of 1st Embodiment.

ただし、窓１０３の水平断面の円弧の半径は、窓１０３の上下方向において同一である。したがって、図１１に示すように、窓１０３の鉛直断面形状は、図３とは異なり、照射光Ｌの光軸Ｌ０に対して垂直な直線形状である。そのため、この窓１０３は、照射光Ｌを鉛直方向に拡散させる作用はない。 However, the radius of the circular arc of the horizontal cross section of the window 103 is the same in the vertical direction of the window 103. Therefore, as shown in FIG. 11, the vertical cross-sectional shape of the window 103 is a linear shape perpendicular to the optical axis L0 of the irradiation light L, unlike FIG. For this reason, the window 103 has no effect of diffusing the irradiation light L in the vertical direction.

この第２実施形態でも、窓１０３は、第１実施形態の窓３と同様、照射光Ｌを、水平面内において照射光Ｌの進行方向中心に対して直交する方向に拡散させる作用を有する。また、投光レンズ１３は、第１実施形態と同じであるから、照射ミラー２１から窓３に向かう方向の照射光Ｌを、水平面内において照射光Ｌの水平方向の進行方向中心に直交する方向に収束する光としている。 Also in the second embodiment, the window 103 has an action of diffusing the irradiation light L in a direction orthogonal to the traveling direction center of the irradiation light L in the horizontal plane, like the window 3 of the first embodiment. Moreover, since the light projection lens 13 is the same as that of the first embodiment, the irradiation light L in the direction from the irradiation mirror 21 toward the window 3 is perpendicular to the horizontal traveling direction center of the irradiation light L in the horizontal plane. Light that converges to.

よって、第１実施形態と同様、照射光Ｌは、窓３を通過する際に水平方向に拡散する分と、投光レンズ１３により水平方向に収束する分との少なくとも一部が相殺されることになる。したがって、遠くの物体からの反射光Ｒの強度が低下することを抑制できる。 Therefore, as in the first embodiment, at least a part of the amount of the irradiation light L that diffuses in the horizontal direction when passing through the window 3 and the amount that the projection light 13 converges in the horizontal direction is offset. become. Therefore, it can suppress that the intensity | strength of the reflected light R from a distant object falls.

一方、第２実施形態では、窓１０３の照射光Ｌが通過する部分の、照射光Ｌの光軸Ｌ０を含む垂直断面の形状は、図１１に示すように、照射光Ｌの光軸Ｌ０に対して垂直な直線形状である。 On the other hand, in the second embodiment, the shape of the vertical cross section including the optical axis L0 of the irradiation light L at the portion through which the irradiation light L of the window 103 passes is the optical axis L0 of the irradiation light L as shown in FIG. It is a straight line shape perpendicular to it.

したがって、図１１にも示すように、照射光Ｌは窓１０３を通過する際に鉛直方向には拡散されず、照射光Ｌはレーザレーダ装置１００から射出された後も鉛直方向に収束する。 Therefore, as shown in FIG. 11, the irradiation light L is not diffused in the vertical direction when passing through the window 103, and the irradiation light L converges in the vertical direction even after being emitted from the laser radar device 100.

レーザレーダ装置１００から射出された後も鉛直方向に収束すると、レーザレーダ装置１００からある距離において照射光Ｌは鉛直方向には１点に集まり、その点よりもレーザレーダ装置１００から遠方では、照射光Ｌは鉛直方向には拡散する。しかも、レーザレーダ装置１００の装置サイズは実用的な大きさにする必要があるので、レーザレーダ装置内での照射光Ｌの鉛直方向の長さは、それほど大きくすることはできない。よって、レーザレーダ装置１００から射出された照射光Ｌが、レーザレーダ装置１００から比較的近い距離において鉛直方向には拡散する光とならないようにするためには、高い精度で、投光レンズ１３の収束の程度を調整する必要が生じる。 When the laser beam converges in the vertical direction even after being emitted from the laser radar device 100, the irradiation light L gathers at one point in the vertical direction at a certain distance from the laser radar device 100, and the irradiation light farther from the laser radar device 100 than that point. The light L diffuses in the vertical direction. Moreover, since the apparatus size of the laser radar apparatus 100 needs to be a practical size, the length of the irradiation light L in the laser radar apparatus in the vertical direction cannot be increased so much. Therefore, in order to prevent the irradiation light L emitted from the laser radar device 100 from diffusing in the vertical direction at a relatively close distance from the laser radar device 100, the projection lens 13 is highly accurate. It is necessary to adjust the degree of convergence.

これに対して、前述した第１実施形態では、窓３を通過する際に鉛直方向に拡散する分と、投光レンズ１３により鉛直方向に収束する分との少なくとも一部が相殺する。このことを利用して、第１実施形態では、レーザレーダ装置１から出る照射光Ｌを、鉛直方向にも僅かに拡散する光としている。その結果、レーザレーダ装置１の物体検出範囲内において、照射光Ｌが鉛直方向に大きく拡散してしまうことを容易に抑制できる。これによって、第１実施形態のレーザレーダ装置１は、遠くの物体からの反射光Ｒの強度が低下することを、より抑制できる。 On the other hand, in the first embodiment described above, at least a part of the amount diffused in the vertical direction when passing through the window 3 and the amount converged in the vertical direction by the light projecting lens 13 cancel each other. By utilizing this fact, in the first embodiment, the irradiation light L emitted from the laser radar device 1 is light that slightly diffuses in the vertical direction. As a result, it is possible to easily suppress the irradiation light L from being greatly diffused in the vertical direction within the object detection range of the laser radar device 1. Thereby, the laser radar device 1 according to the first embodiment can further suppress the decrease in the intensity of the reflected light R from a distant object.

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, The following modification is also contained in the technical scope of this invention, Furthermore, the summary other than the following is also included. Various modifications can be made without departing from the scope.

＜変形例２＞
前述の実施形態では、偏向ミラーである照射ミラー２１は、１軸周りに回転するミラーであった。しかし、偏向ミラーとして互いに直交する２軸周りに揺動可能なＭＥＭＳミラーを用いることもできる。つまり、偏向ミラーは二次元走査をするものでもよい。また、１軸周りに揺動可能なＭＥＭＳミラーを用いることもできる。 <Modification 2>
In the above-described embodiment, the irradiation mirror 21 that is a deflection mirror is a mirror that rotates about one axis. However, a MEMS mirror that can swing around two axes orthogonal to each other can also be used as the deflection mirror. That is, the deflecting mirror may perform two-dimensional scanning. A MEMS mirror that can swing around one axis can also be used.

＜変形例３＞
前述の実施形態のレーザレーダ装置１、１００は、非同軸系レーザレーダ装置であったが、本発明は、同軸系レーザレーダ装置にも適用できる。同軸系レーザレーダ装置は、レーザレーダ装置から照射される照射光Ｌの光軸と、レーザレーダ装置に入射する時点における反射光Ｒの光軸とが略一致するレーザレーダ装置であり、特許文献１に示されているレーザレーダ装置は同軸系レーザレーダ装置である。 <Modification 3>
The laser radar devices 1 and 100 of the above-described embodiment are non-coaxial laser radar devices, but the present invention can also be applied to coaxial laser radar devices. The coaxial laser radar device is a laser radar device in which the optical axis of the irradiation light L emitted from the laser radar device substantially coincides with the optical axis of the reflected light R when incident on the laser radar device. The laser radar device shown in FIG. 1 is a coaxial laser radar device.

＜変形例４＞
前述の実施形態では、湾曲形状として円弧状を採用していたが、円弧状以外の湾曲形状であってもよい。 <Modification 4>
In the above-described embodiment, the arc shape is adopted as the curved shape, but a curved shape other than the arc shape may be used.

１：レーザレーダ装置２：筐体２ａ：背面２ｂ：底面２ｃ：上面３：窓１０：照射部１１：光源１２：駆動部１３：投光レンズ２０：偏向部２１：照射ミラー２２：モータ３０：受光部３１：受光ミラー３２：受光素子４０：コンパレータ５０：制御部１００：レーザレーダ装置１０２：筐体１０３：窓 1: Laser radar device 2: Housing 2a: Back surface 2b: Bottom surface 2c: Upper surface 3: Window 10: Irradiation unit 11: Light source 12: Drive unit 13: Projection lens 20: Deflection unit 21: Irradiation mirror 22: Motor 30: Light receiving unit 31: Light receiving mirror 32: Light receiving element 40: Comparator 50: Control unit 100: Laser radar device 102: Housing 103: Window

Claims

A laser radar device (1, 100) for receiving reflected light generated by irradiating laser light to the outside and reflecting the laser light by an external object,
A light source (11) for generating the laser light;
A light projecting lens (13) on which the laser beam generated by the light source is incident;
A deflecting section (20) for deflecting the laser light that has passed through the light projecting lens;
The laser beam deflected by the deflecting unit passes, and a portion through which the laser beam passes has at least a window (3, 103) having a horizontal cross-sectional shape protruding to the opposite side of the deflecting unit; With
The light projecting lens converges the laser light in a direction orthogonal to the horizontal traveling direction center of the laser light at least in a horizontal plane when the laser light travels from the deflecting unit to the window. And a laser radar device.

In claim 1,
The deflection unit includes a deflection mirror (21) that scans the laser beam at least in a horizontal direction,
The light projecting lens has a circular cross section perpendicular to the optical axis of the laser light, and the laser light is placed in a horizontal plane when the laser light travels from the deflecting unit to the window. The laser radar apparatus in which the laser beam converges in a direction perpendicular to the horizontal traveling center of the laser beam and converges in the vertical direction.

In claim 2,
The portion of the window (3) through which the laser beam passes is a curved shape in which the shape of the horizontal section protrudes on the opposite side of the deflecting portion, and the shape of the vertical section including the optical axis of the laser beam is also A laser radar device having a curved shape protruding to the opposite side of the deflection mirror.

In claim 3,
The portion of the window through which the laser beam passes has the same curvature of the horizontal section and the curvature of the vertical section,
The projection lens has a convergence rate for converging the laser light in a direction perpendicular to the center of the horizontal traveling direction of the laser light in a horizontal plane when the laser light travels from the deflecting unit to the window, and a vertical direction. A laser radar device in which the convergence rate for converging the laser beam in the direction is the same, and the convergence rate is a convergence rate at which the laser beam after passing through the window becomes diffused light.

In any one of Claims 2-4,
The deflection unit scans the laser beam in a horizontal direction at a predetermined angular pitch,
The light projecting lens detects two laser light spots whose horizontal scanning angles are adjacent to each other at a preset longest detection distance, and the interval between the spots is preset. A laser radar device that condenses the laser light so as to be smaller than the size of the target object.