专利名称：激光雷达装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光雷达装置，尤其涉及一种使用激光对该装置的周围进行三维扫描的激光雷达装置。
背景技术：
以往，作为使用激光检测到检测物体的距离和方位的技术，提供一种例如专利文献I所述的装置。该专利文献I的装置中，在来自激光产生单元的激光的光轴上设有光隔离器，该光隔离器使激光透过，并且将来自检测物体的反射光向检测单元反射。并且，在透过光隔离器的激光的光轴上设置以该光轴方向的中心轴为中心转动的凹面镜，通过该凹面镜向空间反射激光，并将来自检测物体的反射光向光隔离器反射，从而能进行360°的水平扫描。根据专利文献I的技术，通过凹面镜的转动能进行360°的水平扫描，将检测区域(由激光进行扫描的区域)扩大到装置的整个周围，但是，具有检测区域被限定在平面的问题。即，从凹面镜向空间反射的激光在规定平面(扫描平面)内进行扫描，因此，不能检测脱离该扫描平面的区域。因而，无法检测脱离扫描平面的检测物体，另外，即使扫描平面内存在检测物体的情况下,也无法立体地掌握该检测物体。专利文献专利文献I JP特许2789741号公报专利文献2 JP特开2008-134163号公报专利文献3 JP特开2009-98111号公报作为解决上述问题并能够在三维空间内检测物体的技术，提供了如专利文献2、3的技术。例如，专利文献2的三维测距装置中设有具备以规定的旋转轴线Pl为中心旋转的旋转体8的二维测距装置100 ;以及围绕与第一轴心Pl斜交的第二轴心P2旋转驱动该二维测距装置100的第二旋转机构20。该第二旋转机构20上设有围绕与第二轴心P2正交的第三轴心P3摆动支撑的第一托架22 ;以及通过自由关节机构24连结到第一轴心Pl上的规定位置上的旋转臂24，并且，通过由驱动机构28旋转驱动旋转臂24，改变第一轴心Pl的滚转角度a和俯仰角度3，由此，使整个二维测距装置100摆动而进行三维扫描。但是，根据如专利文献2所述使二维测距装置100连同外壳整体摆动的方法，不可避免地导致三维扫描所需要的动作机构(第二旋转机构20)和驱动源(第二电机28)的大型化，因此，在轻量化和小型化方面极为不利。另外，由于采用了驱动整个二维测距装置100的结构，不得不增加动作机构和驱动源上产生的机械或电气的负担，驱动时需要很大的转矩和电力等，因此，存在很难高速进行扫描的问题。尤其，专利文献2的结构是相对于由水平扫描用的电机(第一电机11)驱动的部分(旋转体8)，由三维动作用的电机(第二电机28)驱动的部分(二维测距装置100)格外大且重的结构，并且，第二电机28的动作伴随着第一托架22和自由关节机构24上的摆动。通过这种结构，与使轻量的旋转体8单纯旋转的第一电机11侧相比，第二电机28侧动作不可避免地变得相当慢。因此，即便使第一电机11侧高速旋转而实现扫描的高速化，第二电机28侧也无法对应该速度，其结果，会阻碍扫描的高速化。另一方面，专利文献3公开了一种通过摆动反光镜31将来自激光二极管10的激光向偏转部41侧反射的结构的激光雷达装置I (图I等)。根据该激光雷达装置1，通过控制摆动反光镜31的摆动使入射到偏转部41的激光的方向发生变化，由此，使来自偏转部41的激光的照射方向上下变化。如果如专利文献3的图I等所示采用使摆动反光镜31位移的结构，则与专利文献2相比，可以使贡献于三维识别的 部分(摆动反光镜31)小型化、轻量化，并且可以降低机械、电气的负荷。但是，根据该专利文献3的图I等的结构，为了在大的旋转范围内良好地进行三维识别，必须使摆动反光镜31进行复杂动作。例如，如专利文献3的图I等所示，使摆动反光镜31摆动来进行激光扫描的情况下，为了实现驱动的高速化，考虑使摆动反光镜31的驱动单纯化，将由摆动反光镜31进行的激光扫描成为单纯的线扫描(一维扫描)。但是，如果这样使驱动单纯化，在偏转部位于朝向与线扫描的激光的移动方向(入射到偏转部的扫描平面)正交的方向的旋转位置时，出现激光的出射角度(从偏转部射出的激光与水平面所成角度)不发生变化的现象，从而在该旋转位置附近不能进行三维识另IJ。为了消除这样的问题，需要使由摆动反光镜31进行的激光扫描不是单纯的线扫描(一维扫描)，而使摆动反光镜31进行复杂的二维动作以使得激光能向多方向移动，但是，这种复杂的摆动动作很难高速化，无法避免装置结构和控制方法的复杂化。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的是提供一种能够在装置周围三维地识别物体的激光雷达装置中，在实现小型化、轻量化的同时能更高速地进行激光扫描的结构。为了实现上述目的，本发明的激光雷达装置，作为其一种形态，具备产生激光的激光产生单元10 ；第一扫描部31，使来自所述激光产生单元的所述激光沿着通过规定轴42a的虚拟面进行扫描；控制单元33、52、70，控制所述第一扫描部的位移量，以使所述扫描光的沿着所述面的角度e改变；第二扫描部41，能够以所述轴42a为中心旋转，并且，使由所述第一扫描部进行扫描的所述激光偏转，并使该激光向外部空间扫描；光检测单元20，检测出所述激光在外部空间反射而返回的反射光；聚光单元130a，与所述第二扫描部41 一体形成，并且将所述反射光会聚到所述光检测单元；以及驱动单元50，以所述轴42a为中心旋转驱动所述第二扫描部41和所述聚光单元130a，其中，所述第二扫描部41具有设置在所述激光入射侧且使该激光偏转的偏转面100.200,
所述偏转面是形成在所述轴的圆周方向的至少一部分区域中并以该轴为中心多重设置的多个反射面 101、102a、102b、103a、103b、104a、104b ；201 207，所述多个反射面形成为，相对于与所述轴正交的水平面的倾斜度各自不同。通过这样的结构，相对于以轴为中心多重且多级地设置的偏转面(多个反射面)的各个位置，可以通过线扫描照射激光。可以从以不同的倾斜状态构成的各反射面发生方向不同的反射光(向空间的照射光)。另外，偏转面上的线扫描位置的相对移动的过程中，沿着虚拟面移动的激光分别入射到多个反射面。因此，即使偏转部旋转而改变偏转面的方向，也可以通过各反射面反射激光。由此，可以向装置的周围以改变倾斜角度(相对于水平面的角度)的方式进行激光 的三维扫描。尤其，可以通过线扫描(一维扫描)对偏转面照射激光，因此，可以在避免使驱动机构大型化、复杂化的情况下实现对偏转面的激光扫描的高速化，进而可以更高速地进行装置周围存在的物体的三维识别。另外，多个反射面例如是以所述轴为中心的圆周方向的整个范围。通过该结构，无论在偏转部朝向哪个方向的情况下，都能够向各反射面照射激光，可以在装置的周围更宽范围地进行三维识别。另外，例如通过控制单元，偏转部每旋转N周(其中，N为自然数)就切换第一扫描部的方向，由此，每N周切换多个反射面中的激光的入射对象面。通过该结构，以N周为单位进行第一扫描部的切换即可，因此与偏转部旋转一次期间进行多次切换动作的结构相比，可以降低切换动作时的负荷。尤其，旋转一次期间进行多次切换动作的结构中，必须考虑多次的切换动作时间，因此难以使偏转部高速旋转，但是，如果如上所述每N周进行切换动作，即便使偏转部高速化，也容易以适当的定时毫无延迟地切换，在高速进行三维识别方面更为有利。
图I是本发明的第一实施方式的激光雷达装置的截面示意图；图2是用于说明照射到偏转部的激光的角度和发出自偏转部的照射角度的关系的说明图；图3是示意性地例示图I的激光雷达装置的凹面镜附近的立体图；图4A是表示图I的激光雷达装置的扫描光反射部附近的结构的立体图，图4B是从与图4A不同方向上观察的立体图；图5是表示图I的激光雷达装置的扫描光反射部附近的结构的俯视图；图6A是示意性地表示在图5的0°方向和180°方向的位置上剖开的截面的截面图，图6B是不意性地表不在图5的45°方向和-135°方向的位置上剖开的截面的截面图；图7A是概念性地表示扫描光反射部的方向为-45°时的激光的照射情况的立体图，图7B是其俯视图；图8是表不从与图7A不同的方向上观察扫描光反射部的方向为-45°时的激光的照射情况的立体图；图9A是概念性地表示扫描光反射部的方向为-30°时的激光的照射情况的立体图，图9B是概念性地表示扫描光反射部的方向为-15°时的激光的照射情况的立体图IOA是概念性地表示扫描光反射部的方向为0°时的激光的照射情况的立体图，图IOB是其俯视图；图11是表示从与图IOA不同的方向上观察扫描光反射部的方向为0°时的激光的照射情况的立体图；图12A是概念性地表示扫描光反射部的方向为15°时的激光的照射情况的立体图，图12B是概念性地表示扫描光反射部的方向为30°时的激光的照射情况的立体图；图13A是概念性地表示扫描光反射部的方向为45°时的激光的照射情况的立体图，图13B是其俯视图； 图14是表不从与图13A不同的方向上观察扫描光反射部的方向为45°时的激光的照射情况的立体图；图15是示意性地例示第二实施方式的激光雷达装置的凹面镜附近的立体图；图16涉及第二实施方式的激光雷达装置，是用于说明照射到偏转部的激光的角度和发出自偏转部的照射角度的关系的说明图；图17是表示图15的激光雷达装置的扫描光反射部附近的结构的立体图；图18是表示图15的激光雷达装置的扫描光反射部附近的结构的俯视图；图19A是示意性地表示在图18的0°方向和180°方向的位置上剖开的剖开面的截面图，图19B是示意性地表示在图18的45°方向和-135°方向的位置上剖开的剖开面的截面图；图20是概念性地表示在图15的激光雷达装置中扫描光反射部的方向为0°时的激光扫描位置的俯视图；图21是概念性地表示在图15的激光雷达装置中扫描光反射部的方向为90°时的激光扫描位置及激光的照射情况的俯视图；图22是概念性地表示在图15的激光雷达装置中扫描光反射部的方向为180°时的激光扫描位置的俯视图；图23A是概念性地表不在图15的激光雷达装置中扫描光反射部的方向为-60°时的激光的照射情况的立体图，图23B是概念性地表示扫描光反射部的方向为-45°时的激光的照射情况的立体图；图24A是概念性地表示在图15的激光雷达装置中扫描光反射部的方向为-30°时的激光的照射情况的立体图，图24B是概念性地表示扫描光反射部的方向为-15°时的激光的照射情况的立体图；图25是概念性地表不在图15的激光雷达装置中扫描光反射部的方向为0°时的激光的照射情况的立体图；图26A是概念性地表不在图15的激光雷达装置中扫描光反射部的方向为15°时的激光的照射情况的立体图，图26B是概念性地表示扫描光反射部的方向为30°时的激光的照射情况的立体图；图27A是概念性地表不在图15的激光雷达装置中扫描光反射部的方向为45°时的激光的照射情况的立体图，图27B是概念性地表示扫描光反射部的方向为60°时的激光的照射情况的立体图；图28涉及以与图15、图16不同的扫描范围进行线扫描的例子，是用于说明照射到偏转部的激光的角度和发出自偏转部的照射角度的关系的说明图。图29表示第一实施方式中为了进行光栅扫描而由控制电路执行的控制流程的概要的流程图。图30表示第一实施方式中为了进行光栅扫描而由控制电路执行的控制流程的概要的流程图。附图标记的说明I-激光雷达装置、10-激光二极管(激光产生单元)、20_光电二极管(光检测单元)、31_反光镜(第一扫描部)、33_致动器(控制单元)、40_旋转偏转装置、41-偏转部 (第二扫描部)、42a-中心轴(规定轴)、50_电机(驱动单元)、52_旋转角度传感器(控制单兀)、62-聚光透镜(聚光单兀)、70-控制电路(控制单兀)、100、200-扫描光反射部、101、102a、102b、103a、103b、104a、104b,201 207-反射面(偏转面)、130-凹面镜(聚光单元)、130a-凹面镜区域的反射面(偏转面)
具体实施例方式下面，参照附图，对本发明的激光雷达装置的各种实施方式进行说明。而且，该激光雷达装置也被称为LIDAR(光探测和测距(Light Detection and Ranging),或激光成像探测和测距(Laser Imaging Detection and Ranging))。(第一实施方式)下面，参照附图对将本发明具体化的第一实施方式进行说明。首先，参照图I等对第一实施方式的激光雷达装置的整体结构进行概述。图I是本发明的第一实施方式的激光雷达装置的截面示意图。图2是用于说明照射到偏转部的激光的角度和发出自偏转部的照射角度的关系的说明图。如图I所示，激光雷达装置I构成为检测到检测物体的距离和方位的装置，其具备激光二极管10和光电二极管20。激光二极管10相当于“激光产生单元”的一个例子，例如由公知的激光二极管构成。该激光二极管10从驱动电路9接受脉冲电流的供应，并根据该脉冲电流，每隔规定间隔间歇地投射脉冲激光(激光LI)。光电二极管20例如由雪崩光电二极管等公知的光电二极管构成，并成为如下结构当激光二极管10产生了激光LI时，通过受光面20A对该激光LI被外部空间中存在的物体反射后的反射光L2进行受光,并转换为电信号。而且,对于来自检测物体的反射光L2,获取所设定的视野范围的光。图I的例子中，示出了对水平方向上照射的激光LI被外部空间中存在的物体反射后的反射光L2进行受光的情况。而且，这里的水平方向是将激光雷达装置I如图I所示放置的状态下的横向，是沿着后述的XZ面(水平面)的方位方向。而且，光电二极管20相当于“光检测单元”的一个例子，其功能在于当由偏转部41向外部空间偏转的激光被外部空间中存在的物体反射时，检测来自该物体的反射光。从激光二极管10照射的激光LI的光轴上设有透镜60。该透镜60构成为准直透镜，具有将来自激光二极管10的激光LI变换为大致平行光的功能。在通过了透镜60的激光LI的光路上设置有反光镜31。该反光镜31相当于“第一扫描部”的一个例子，具有将来自激光二极管10的激光LI向后述的旋转偏转装置40导光的功能。反光镜31在后述的XY平面上的角度能够根据致动器33的驱动力而变更(即位移)。因此，其构成为将通过了准直透镜60的激光LI向对应于自身姿势的方向反射。致动器33构成为接受来自后述的控制电路70(参照图2)的指令而进行驱动，通过变更反光镜31的角度而使反光镜31反射的激光LI的方向沿着虚拟平面(后述的XY平面)变化。该致动器33例如由使反光镜31以规定的转动轴为中心转动的步进电机构成，图I、图2的例子中，以反光镜31的反射面31a上所设定的转动轴G为中心使反光镜31转动。图I的例子中，转动轴(摆动轴)G的方向是，与来自准直透镜60的激光的方向正交的方向，并且是与后述的旋转偏转装置40的旋转中心的方向(中心轴42a的方向)正交的方向。中心轴42a起到“规定轴”的功能。本说明书中，以从准直透镜60朝向反光镜31的激光的方向表示为X轴方向，以中心轴42a的方向表示为Y轴方向，旋转轴G的方向表示为与这些X轴方向及Y轴方向正交 的Z轴方向。致动器33使反光镜31摆动以使得来自反光镜31的激光在包含这些方向(朝向反光镜31的激光的方向、及中心轴42a的方向)的虚拟平面上(XY平面上)移动，从而对于后述的偏转部41进行线扫描。在该结构，转动轴G位于中心轴42a的轴线上并交叉，该交叉位置成为激光LI的反射位置P1。因此，反射位置Pl为位置不变的固定位置。在由反光镜31反射的激光LI的光轴上设有旋转偏转装置40。该旋转偏转装置40具备构成为能以中心轴42a为中心旋转的偏转部41，以及用于旋转驱动偏转部41的电机50。偏转部41相当于“第二扫描部”。该旋转偏转装置40的功能在于，使偏转部41旋转并通过偏转部41使激光二极管10产生的激光LI向外部空间(外壳3的外部的空间)偏转(反射)。旋转偏转装置40主要由偏转部41、轴部42、电机50、旋转角度传感器52构成。偏转部41具备扫描光反射部100和凹面镜130，并且被保持为能以中心轴42a为中心旋转，并且无论处于哪个旋转位置，接受激光LI和反射光L2的偏转面都朝向斜上方侧。扫描光反射部100构成为将来自激光二极管10的激光LI (具体为由上述反光镜31进行线扫描的激光LI)向外部空间反射。该扫描光反射部100是本实施方式的特征之一，具体结构如后详述。如图I、图3所示，凹面镜130被配置为，在偏转部41的偏转面侧围绕入射对象区域(扫描光反射部100的区域)的周围。该凹面镜130具有如下功能在从扫描光反射部100向外部空间照射的激光被外部空间中存在的物体反射时，将来自该物体的反射光聚光的同时向光电二极管20反射。而且，对于引入装置内的反射光被凹面镜130反射并到达光电二极管20为止的路径(反射光引导路径)，用点划线(参照标记L2)概念性地示出。轴部42与偏转部41 一体构成，并构成为由未图示的轴承可旋转地支撑且通过电机50的驱动力而进行旋转。电机50例如由公知的直流电机或公知的交流电机构成。此外，当有来自控制电路70的驱动指示时，通过未图示的电机驱动器控制驱动状态(例如，旋转定时和旋转速度)，此时以预先设定的一定的旋转速度进行稳定旋转。该电机50中，旋转驱动轴与轴部42 —体构成，并构成为使轴部42及偏转部41以中心轴42a为旋转中心稳定旋转。
另外，图I所示的激光雷达装置I中，设有旋转角度传感器52用于检测电机50的轴部42的旋转角度位置(即偏转部41的旋转角度位置)。只要是回转式编码器等能检测出轴部42的旋转角度位置的装置，旋转角度传感器52可以使用各种类型的装置。而且，旋转角度传感器52构成控制单元的一部分，电机50构成驱动单元。另外，在从旋转偏转装置40到光电二极管20的反射光光路上,设有将反射光向光电二极管20聚光的聚光透镜62,并在该聚光透镜62和光电二极管20之间设有滤光器64。聚光透镜62具有如下功能会聚来自凹面镜130的反射光并导向光电二极管20。另外，滤光器64具有如下功能在从旋转偏转装置40到光 电二极管20的反射光光路上透射反射光并且除去反射光以外的光。例如，可以由仅透射对应于反射光L2的特定波长的光(例如一定区域的波长的光)并遮蔽其以外的光的波长选择滤光器构成。而且，本实施方式中，凹面镜130和聚光透镜62相当于“聚光单元”的一个例子。图2所示的控制电路70由具备CPU的微型计算机等的一个或多个控制电路构成，并构成为控制上述的激光二极管10的投射动作、电机50的旋转动作、致动器33的驱动动作等。另外，该控制电路70连接到光电二极管20和旋转角度传感器52，并构成为能够取得来自这些部件的信号。另外，控制电路70上连接着ROM、RAM、非易失性存储器等未图示的存储器，控制电路70能进行该存储器内的信息的读出和对存储器的写入。并且，上述各部件(激光二极管10、光电二极管20、反光镜31、致动器33、透镜60、聚光透镜62、滤光器64、旋转偏转装置40、电机50、旋转角度传感器52、控制电路70等)被收容在外壳3的内部，以进行防尘和冲击保护。在外壳3中的偏转部41的周围，以包围该偏转部41的方式形成能使激光LI及反射光L2通过的窗状的导光部4。导光部4构成为以中心轴42a为中心的环状，跨越大致360°区域，并以闭塞该导光部4的形式设置由玻璃板等构成的激光透射板5，以实现防尘。接着，对本实施方式的特征结构进行详述。图3是示意性地例示图I的激光雷达装置的凹面镜附近的立体图。图4A是表示图I的激光雷达装置的扫描光反射部附近的结构的立体图，图4B是从与图4A不同方向上观察的立体图。图5是表示图I的激光雷达装置的扫描光反射部附近的结构的俯视图。图6A是示意性地表示在图5的0°的方位方向和180°的方位方向的位置上剖开的截面的截面图，图6B是不意性地表不在图5的45°的方位方向和-135°的方位方向的位置上剖开的截面的截面图。而且，图6均为从-90°的方位方向观察扫描光反射部的截面的图。而且，图3之后的图中，示出了在扫描光反射部的下方设有埋入偏转部内的基座B的例子，图4之后的图中，省略了凹面镜等而仅示出了扫描光反射部和基座。但是，该基座B仅仅是为了说明而示出的，如果扫描光反射部的各反射面以能够露出的结构配置，则也可以不设置基座B。如图3、图4、图6所示，偏转部41的偏转区域(偏转面)被分为扫描光反射部100的反射区域和凹面镜130的反射区域(反射面130a)。其中，扫描光反射部100的反射区域中，以中心轴42a为中心多重且多级地设置围绕中心轴42a构成环状或圆弧状的多个反射面101、102a、102b、103a、103b、104a、104b。本实施方式中，激光LI入射到位置P2(中心轴42a和反射面101相交的位置)时，反射的激光LI的水平分量的方向(参照图5的箭头F)成为偏转部41的方向。该方向、即方位方向上的基准方向F，在激光雷达装置I中是固定的。在通过位置P2并与偏转部41的方向正交的方向上，形成有成为下侧的反射面102a、103a、104a和上侧的反射面102b、103b、104b的边界的台阶110。具体来说，包含中心轴42a的平面、且与上述箭头F的方向正交的平面的位置成为边界(台阶110)的位置。因此，激光LI在纵向(沿着XY面的方向)上的偏转范围，以该边界位置为基准，被划分成上侧及下侧的反射面。反射面101相当于多重构成的扫描光反射部100的中心区域，并在中心轴42a上相对于该中心轴42a倾斜设直。而且，该反射面101形成在以中心轴42a为中心的圆周方向整个区域上。因而，对于反射面101，圆周方向整个区域相当于“形成区域”。反射面102a、102b构成上述中心区域的紧外侧配置的第二环状区域102，并且都设置为与反射面101邻接并围绕该反射面101。各反射面102a、102b以圆弧状形成在圆周方向的半圆周左右，具体来说，成为两端部设置在台阶110的位置上的大致半圆状。因此，这些各反射面102a、102b中，以中心轴42a为中心的圆周方向的半圆周程度的区域相当于“形成区域”。如图3所示，扫描光反射部100整体上以一侧(偏转部41的方向F侧)成为 下方位置、另一侧(偏转部41的方向F的相反侧)成为上方位置的方式构成为倾斜状，第二环状区域102中，反射面102a配置在比边界(台阶110)靠下方的位置，而反射面102b配置在比边界(台阶110)靠上方的位置。另外，反射面103a、103b构成在中心区域的第二外侧(第二环状区域102的紧外侦D配置的第三环状区域103，反射面103a与反射面102a邻接，并在边界(台阶110)的下方侧以围绕该反射面102a的方式设置为圆弧状(半圆状)。反射面103b与反射面102b邻接，并在边界(台阶110)的上方侧以围绕该反射面102b的方式设置为圆弧状(半圆状)。这样，各反射面103a、103b均以圆弧状形成为以中心轴42a为中心的圆周方向的半圆程度，因此，这些各反射面103a、103b中，圆周方向的半圆周程度的区域相当于“形成区域”。另外，反射面104a、104b构成在中心区域的第三外侧(第三环状区域103的紧外侧，即扫描光反射部100的最外周)上配置的第四环状区域104，反射面104a与反射面103a邻接，并在边界(台阶110)的下方侧以围绕该反射面103a的方式设置为圆弧状(半圆状)。另外，反射面104b与反射面103b邻接，并在边界(台阶110)的上方侧以围绕该反射面103b的方式设置为圆弧状(半圆状)。这样，各反射面104a、104b均以圆弧状形成为圆周方向的半圆程度，因此，这些各反射面104a、104b中，圆周方向的半圆周程度的区域相当于“形成区域”。如上所述构成的多个反射面101 104构成为，相对于与中心轴42a正交的平面(水平面)的倾斜状态分别不同。考虑到各反射面上的任一点处的切线与水平面之间的角度，该倾斜状态也可以认为是该切线的倾斜度。具体来说，各反射面102a、102b、103a、103b、104a、104b分别构成为曲率(即曲率半径)不同的抛物面(旋转抛物曲面)。因此，在本实施方式中，倾斜度(或倾斜状态)是由曲率(或曲率半径)决定的。作为一例，各反射面102a、102b、103a、103b、104a、104b的曲率半径构成为越靠近中心的区域曲率半径越�。绞峭庵懿壳拾刖对酱�。即，构成为与第二环状区域102的曲率半径相比，第三环状区域103的曲率半径更大，与第三环状区域103的曲率半径相t匕，第四环状区域104的曲率半径更大。需要说明的是，该环状区域的位置和曲率(曲率半径)大小之间的关系，根据具体设计而不同。各反射面只需考虑激光的入射及反射的方向而构成为光的抛物曲线的旋转体即可。上述例子仅仅是一例。决定各反射面的曲率(曲率半径)的因素有两个，即，形成各环状区域的抛物面的焦点距离以及反射面和焦点之间的距离。因此，设计时只需考虑这些因素，也可以做成，越靠向外周部，曲率半径越小。具体来说，假定通过中心轴42a且在方向F的方向上剖开扫描光反射部100的剖开面时，各反射面的外形的曲线构成抛物线。图2的例子中示意性地示出了 当如图I所示偏转部41的方向(图5的方向F)成为X轴的正方向时，关于用XY平面剖开扫描光反射部100时的剖开面(参照图6A)的几何关系。图2的例子中，扫描光反射部100的偏转面(反射面)IOOa中，用XY平面剖开时的剖开面的外形的倾斜角度a (相对于水平面的倾斜角度)为45°。图2的例子中，位置Pm、位置Pn上的反射面的各曲线可以为用下述式(数学式I)表示的抛物线。而且，数学式I中，t为参数。另外，L为从位置Pl到位置P2的距离。
权利要求
1.ー种激光雷达装置，其具备 激光产生単元(10)，用于产生激光； 第一扫描部(31)，使来自所述激光产生单元的所述激光沿着经过规定轴(42a)的虚拟面进行扫描； 控制单元(33、52、70)，控制所述第一扫描部的位移量，以使所述扫描光的沿着所述面的角度(9 )改变； 第二扫描部(41)，能够以所述轴(42a)为中心旋转，并且，使由所述第一扫描部进行扫描的所述激光偏转，使该激光向外部空间进行扫描； 光检测单元(20)，检测出所述激光在外部空间反射而返回的反射光； 聚光单元(130a)，与所述第二扫描部(41) 一体形成，并将所述反射光会聚到所述光检测单元；以及 驱动单元(50)，以所述轴(42a)为中心旋转驱动所述第二扫描部(41)和所述聚光単元(130a)， 其中，所述第二扫描部(41)具有设置在所述激光入射的ー侧且使该激光偏转的偏转面(100,200)， 所述偏转面是形成在所述轴的圆周方向的至少一部分区域中并以该轴为中心多重设置的多个反射面(101、102a、102b、103a、103b、104a、104b ；201 207)， 所述多个反射面形成为，相对于与所述轴正交的水平面的傾斜度各自不同。
2.如权利要求I所述的激光雷达装置，其中， 所述偏转面形成围绕所述轴的圆弧状或环状。
3.如权利要求I所述的激光雷达装置，其中， 所述偏转面形成在以所述轴为中心的圆周方向的整个范围。
4.如权利要求3所述的激光雷达装置，其中， 所述第一扫描部构成为，使所述扫描光沿着所述虚拟面并在以所述轴为中心的正侧及负侧两侧的规定范围内进行扫描， 所述多个反射面由所述轴通过的中心部的圆形反射面和形成在其周围的ー个以上环状反射面构成， 所述ー个以上环状反射面在与所述轴正交且沿着所述圆形反射面的位置上具有台阶，通过该台阶，所述激光在纵向上的偏转范围被划分。
5.如权利要求3所述的激光雷达装置，其中， 所述第一扫描部构成为，使所述扫描光沿着所述虚拟面并在以所述轴为中心的正侧及负侧中的ー侧的规定范围内扫描， 所述多个反射面由所述轴通过的中心部的圆形反射面和形成在其周围的ー个以上的环状连续的反射面构成。
6.如权利要求I 5中任意ー项所述的激光雷达装置，其中， 所述聚光单元具有反射反射光的凹状反射面， 所述第二扫描部设置为露出所述凹状反射面， 所述多个反射面的相互不同的傾斜度由相互不同的曲率半径決定，以便将从所述第一扫描部入射的入射角不同的多个所述激光分别以所期望的角度进行反射。
7.如权利要求6所述的激光雷达装置，其中， 所述第二扫描部与所述聚光単元一体形成。
8.如权利要求I 7中任意ー项所述的激光雷达装置，其中， 所述第一扫描部是反射来自所述激光产生単元的所述激光的反光镜， 所述控制单元是以所述反光镜的角度作为所述位移量进行偏转的单元， 所述聚光単元包括凹面镜，并使通过该凹面镜汇聚的所述反射光入射至所述光检测单元的受光面上。
9.如权利要求I 8中任意ー项所述的激光雷达装置，其中，所述控制単元具备 旋转数计测单元，计测所述驱动单元的旋转数； 判断単元，判断由所述旋转数计测单元计测的所述旋转数是否已达到N，其中N为自然数；以及 位移量控制单元，在所述判断単元判断所述旋转数已达到N时，控制所述第一扫描部的所述位移量，使得来自所述第一扫描部的所述激光照射到不同于当前反射面的另一反射面上。
10.如权利要求I 8中任意ー项所述的激光雷达装置，其中，所述控制単元具备 旋转数计测单元，计测所述驱动单元的旋转数；以及 位移量控制单元，控制该第一扫描部的所述位移量，使得由所述旋转数计测单元计测的所述旋转数每增加I时，来自所述第一扫描部的所述激光在沿着所述虚拟面的预先规定的扫描范围内往返多次。
11.如权利要求4所述的激光雷达装置，其中，所述控制単元具备 旋转数计测单元，计测所述驱动单元的旋转数； 判断単元，判断由所述旋转数计测单元计测的所述旋转数是否已达到N，其中N为自然数； 位移量控制单元，在所述判断単元判断所述旋转数已达到N时，控制所述第一扫描部的所述位移量，使得来自所述第一扫描部的所述激光照射到不同于当前反射面的另一反射面上；以及 扫描控制単元，仅在根据所述轴的圆周方向上的所述台阶的角度位置決定的、沿着与该轴的方向正交的面的扫描范围内，执行所述第一扫描部的扫描。
12.如权利要求4所述的激光雷达装置，其中，所述控制単元具备 旋转数计测单元，计测所述驱动单元的旋转数； 位移量控制单元，控制该第一扫描部的所述位移量，使得由所述旋转数计测单元计测的所述旋转数每增加I时，来自所述第一扫描部的所述激光在沿着所述虚拟面的预先规定的扫描范围内往返多次；以及 扫描控制単元，仅在根据所述轴的圆周方向上的所述台阶的角度位置決定的、沿着与该轴的方向正交的面的扫描范围内，执行所述第一扫描部的扫描。
13.如权利要求11或12所述的激光雷达装置，其中， 沿着与所述轴正交的所述面的扫描范围为180°以下。
14.如权利要求1、3、5中任意ー项所述的激光雷达装置，其中，所述控制単元具备 旋转数计测单元，计测所述驱动单元的旋转数；判断単元，判断由所述旋转数计测单元计测的所述旋转数是否已达到N，其中N为自然数； 位移量控制单元，在所述判断単元判断所述旋转数已达到N时，控制所述第一扫描部的所述位移量，使得来自所述第一扫描部的所述激光照射到不同于当前反射面的另一反射面上；以及 扫描控制単元，在所述轴的圆周方向上的整个360°扫描范围内，执行所述第一扫描部的扫描。
15.如权利要求1、3、5中任意ー项所述的激光雷达装置，其中，所述控制単元具备 旋转数计测单元，计测所述驱动单元的旋转数； 位移量控制单元，控制该第一扫描部的所述位移量，使得由所述旋转数计测单元计测的所述旋转数每增加I时，来自所述第一扫描部的所述激光在沿着所述虚拟面的预先规定的扫描范围内往返多次；以及 扫描控制単元，在所述轴的圆周方向上的整个360°扫描范围内，执行所述第一扫描部的扫描。
全文摘要
激光雷达装置中，通过第一扫描部使来自激光产生单元的激光沿着经过规定轴的虚拟面进行扫描。控制单元控制第一扫描部的位移量，改变扫描光的沿着所述面的角度。第二扫描部使由第一扫描部进行扫描的激光偏转，使该激光向外部空间扫描。第二扫描部能够以所述轴为中心旋转。聚光单元将在外部空间中反射而返回的激光反射光聚光，并由光检测单元进行检测。聚光单元与第二扫描部一体形成。驱动单元以所述轴为中心旋转驱动第二扫描部和聚光单元。第二扫描部具有设在激光入射侧且使激光偏转的偏转面。偏转面是形成在所述轴的圆周方向的至少一部分区域并以该轴为中心多重设置的多个反射面。多个反射面相对于与所述轴正交的水平面的倾斜度各自不同。
文档编号G01S17/06GK102736075SQ201210073199
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月19日 优先权日2011年3月31日
发明者光野克纪, 田中秀幸 申请人:电装波动株式会社
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
