專利名稱：激光雷達(dá)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光雷達(dá)裝置，尤其涉及一種使用激光對該裝置的周圍進(jìn)行三維掃描的激光雷達(dá)裝置。
背景技術(shù)：
以往，作為使用激光檢測到檢測物體的距離和方位的技術(shù)，提供一種例如專利文獻(xiàn)I所述的裝置。該專利文獻(xiàn)I的裝置中，在來自激光產(chǎn)生單元的激光的光軸上設(shè)有光隔離器，該光隔離器使激光透過，并且將來自檢測物體的反射光向檢測單元反射。并且，在透過光隔離器的激光的光軸上設(shè)置以該光軸方向的中心軸為中心轉(zhuǎn)動的凹面鏡，通過該凹面鏡向空間反射激光，并將來自檢測物體的反射光向光隔離器反射，從而能進(jìn)行360°的水平掃描。根據(jù)專利文獻(xiàn)I的技術(shù)，通過凹面鏡的轉(zhuǎn)動能進(jìn)行360°的水平掃描，將檢測區(qū)域(由激光進(jìn)行掃描的區(qū)域)擴(kuò)大到裝置的整個(gè)周圍，但是，具有檢測區(qū)域被限定在平面的問題。即，從凹面鏡向空間反射的激光在規(guī)定平面(掃描平面)內(nèi)進(jìn)行掃描，因此，不能檢測脫離該掃描平面的區(qū)域。因而，無法檢測脫離掃描平面的檢測物體，另外，即使掃描平面內(nèi)存在檢測物體的情況下,也無法立體地掌握該檢測物體。專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I JP特許2789741號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 JP特開2008-134163號公報(bào)專利文獻(xiàn)3 JP特開2009-98111號公報(bào)作為解決上述問題并能夠在三維空間內(nèi)檢測物體的技術(shù)，提供了如專利文獻(xiàn)2、3的技術(shù)。例如，專利文獻(xiàn)2的三維測距裝置中設(shè)有具備以規(guī)定的旋轉(zhuǎn)軸線Pl為中心旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體8的二維測距裝置100 ;以及圍繞與第一軸心Pl斜交的第二軸心P2旋轉(zhuǎn)驅(qū)動該二維測距裝置100的第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)20。該第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)20上設(shè)有圍繞與第二軸心P2正交的第三軸心P3擺動支撐的第一托架22 ;以及通過自由關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)24連結(jié)到第一軸心Pl上的規(guī)定位置上的旋轉(zhuǎn)臂24，并且，通過由驅(qū)動機(jī)構(gòu)28旋轉(zhuǎn)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)臂24，改變第一軸心Pl的滾轉(zhuǎn)角度a和俯仰角度3，由此，使整個(gè)二維測距裝置100擺動而進(jìn)行三維掃描。但是，根據(jù)如專利文獻(xiàn)2所述使二維測距裝置100連同外殼整體擺動的方法，不可避免地導(dǎo)致三維掃描所需要的動作機(jī)構(gòu)(第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)20)和驅(qū)動源(第二電機(jī)28)的大型化，因此，在輕量化和小型化方面極為不利。另外，由于采用了驅(qū)動整個(gè)二維測距裝置100的結(jié)構(gòu)，不得不增加動作機(jī)構(gòu)和驅(qū)動源上產(chǎn)生的機(jī)械或電氣的負(fù)擔(dān)，驅(qū)動時(shí)需要很大的轉(zhuǎn)矩和電力等，因此，存在很難高速進(jìn)行掃描的問題。尤其，專利文獻(xiàn)2的結(jié)構(gòu)是相對于由水平掃描用的電機(jī)(第一電機(jī)11)驅(qū)動的部分(旋轉(zhuǎn)體8)，由三維動作用的電機(jī)(第二電機(jī)28)驅(qū)動的部分(二維測距裝置100)格外大且重的結(jié)構(gòu)，并且，第二電機(jī)28的動作伴隨著第一托架22和自由關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)24上的擺動。通過這種結(jié)構(gòu)，與使輕量的旋轉(zhuǎn)體8單純旋轉(zhuǎn)的第一電機(jī)11側(cè)相比，第二電機(jī)28側(cè)動作不可避免地變得相當(dāng)慢。因此，即便使第一電機(jī)11側(cè)高速旋轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)掃描的高速化，第二電機(jī)28側(cè)也無法對應(yīng)該速度，其結(jié)果，會阻礙掃描的高速化。另一方面，專利文獻(xiàn)3公開了一種通過擺動反光鏡31將來自激光二極管10的激光向偏轉(zhuǎn)部41側(cè)反射的結(jié)構(gòu)的激光雷達(dá)裝置I (圖I等)。根據(jù)該激光雷達(dá)裝置1，通過控制擺動反光鏡31的擺動使入射到偏轉(zhuǎn)部41的激光的方向發(fā)生變化，由此，使來自偏轉(zhuǎn)部41的激光的照射方向上下變化。如果如專利文獻(xiàn)3的圖I等所示采用使擺動反光鏡31位移的結(jié)構(gòu)，則與專利文獻(xiàn)2相比，可以使貢獻(xiàn)于三維識別的 部分(擺動反光鏡31)小型化、輕量化，并且可以降低機(jī)械、電氣的負(fù)荷。但是，根據(jù)該專利文獻(xiàn)3的圖I等的結(jié)構(gòu)，為了在大的旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)良好地進(jìn)行三維識別，必須使擺動反光鏡31進(jìn)行復(fù)雜動作。例如，如專利文獻(xiàn)3的圖I等所示，使擺動反光鏡31擺動來進(jìn)行激光掃描的情況下，為了實(shí)現(xiàn)驅(qū)動的高速化，考慮使擺動反光鏡31的驅(qū)動單純化，將由擺動反光鏡31進(jìn)行的激光掃描成為單純的線掃描(一維掃描)。但是，如果這樣使驅(qū)動單純化，在偏轉(zhuǎn)部位于朝向與線掃描的激光的移動方向(入射到偏轉(zhuǎn)部的掃描平面)正交的方向的旋轉(zhuǎn)位置時(shí)，出現(xiàn)激光的出射角度(從偏轉(zhuǎn)部射出的激光與水平面所成角度)不發(fā)生變化的現(xiàn)象，從而在該旋轉(zhuǎn)位置附近不能進(jìn)行三維識另IJ。為了消除這樣的問題，需要使由擺動反光鏡31進(jìn)行的激光掃描不是單純的線掃描(一維掃描)，而使擺動反光鏡31進(jìn)行復(fù)雜的二維動作以使得激光能向多方向移動，但是，這種復(fù)雜的擺動動作很難高速化，無法避免裝置結(jié)構(gòu)和控制方法的復(fù)雜化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的是提供一種能夠在裝置周圍三維地識別物體的激光雷達(dá)裝置中，在實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化的同時(shí)能更高速地進(jìn)行激光掃描的結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的激光雷達(dá)裝置，作為其一種形態(tài)，具備產(chǎn)生激光的激光產(chǎn)生單元10 ；第一掃描部31，使來自所述激光產(chǎn)生單元的所述激光沿著通過規(guī)定軸42a的虛擬面進(jìn)行掃描；控制單元33、52、70，控制所述第一掃描部的位移量，以使所述掃描光的沿著所述面的角度e改變；第二掃描部41，能夠以所述軸42a為中心旋轉(zhuǎn)，并且，使由所述第一掃描部進(jìn)行掃描的所述激光偏轉(zhuǎn)，并使該激光向外部空間掃描；光檢測單元20，檢測出所述激光在外部空間反射而返回的反射光；聚光單元130a，與所述第二掃描部41 一體形成，并且將所述反射光會聚到所述光檢測單元；以及驅(qū)動單元50，以所述軸42a為中心旋轉(zhuǎn)驅(qū)動所述第二掃描部41和所述聚光單元130a，其中，所述第二掃描部41具有設(shè)置在所述激光入射側(cè)且使該激光偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)面100.200,
所述偏轉(zhuǎn)面是形成在所述軸的圓周方向的至少一部分區(qū)域中并以該軸為中心多重設(shè)置的多個(gè)反射面 101、102a、102b、103a、103b、104a、104b ；201 207，所述多個(gè)反射面形成為，相對于與所述軸正交的水平面的傾斜度各自不同。通過這樣的結(jié)構(gòu)，相對于以軸為中心多重且多級地設(shè)置的偏轉(zhuǎn)面(多個(gè)反射面)的各個(gè)位置，可以通過線掃描照射激光?？梢詮囊圆煌膬A斜狀態(tài)構(gòu)成的各反射面發(fā)生方向不同的反射光(向空間的照射光)。另外，偏轉(zhuǎn)面上的線掃描位置的相對移動的過程中，沿著虛擬面移動的激光分別入射到多個(gè)反射面。因此，即使偏轉(zhuǎn)部旋轉(zhuǎn)而改變偏轉(zhuǎn)面的方向，也可以通過各反射面反射激光。由此，可以向裝置的周圍以改變傾斜角度(相對于水平面的角度)的方式進(jìn)行激光 的三維掃描。尤其，可以通過線掃描(一維掃描)對偏轉(zhuǎn)面照射激光，因此，可以在避免使驅(qū)動機(jī)構(gòu)大型化、復(fù)雜化的情況下實(shí)現(xiàn)對偏轉(zhuǎn)面的激光掃描的高速化，進(jìn)而可以更高速地進(jìn)行裝置周圍存在的物體的三維識別。另外，多個(gè)反射面例如是以所述軸為中心的圓周方向的整個(gè)范圍。通過該結(jié)構(gòu)，無論在偏轉(zhuǎn)部朝向哪個(gè)方向的情況下，都能夠向各反射面照射激光，可以在裝置的周圍更寬范圍地進(jìn)行三維識別。另外，例如通過控制單元，偏轉(zhuǎn)部每旋轉(zhuǎn)N周(其中，N為自然數(shù))就切換第一掃描部的方向，由此，每N周切換多個(gè)反射面中的激光的入射對象面。通過該結(jié)構(gòu)，以N周為單位進(jìn)行第一掃描部的切換即可，因此與偏轉(zhuǎn)部旋轉(zhuǎn)一次期間進(jìn)行多次切換動作的結(jié)構(gòu)相比，可以降低切換動作時(shí)的負(fù)荷。尤其，旋轉(zhuǎn)一次期間進(jìn)行多次切換動作的結(jié)構(gòu)中，必須考慮多次的切換動作時(shí)間，因此難以使偏轉(zhuǎn)部高速旋轉(zhuǎn)，但是，如果如上所述每N周進(jìn)行切換動作，即便使偏轉(zhuǎn)部高速化，也容易以適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)毫無延遲地切換，在高速進(jìn)行三維識別方面更為有利。


圖I是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的激光雷達(dá)裝置的截面示意圖；圖2是用于說明照射到偏轉(zhuǎn)部的激光的角度和發(fā)出自偏轉(zhuǎn)部的照射角度的關(guān)系的說明圖；圖3是示意性地例示圖I的激光雷達(dá)裝置的凹面鏡附近的立體圖；圖4A是表示圖I的激光雷達(dá)裝置的掃描光反射部附近的結(jié)構(gòu)的立體圖，圖4B是從與圖4A不同方向上觀察的立體圖；圖5是表示圖I的激光雷達(dá)裝置的掃描光反射部附近的結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖6A是示意性地表示在圖5的0°方向和180°方向的位置上剖開的截面的截面圖，圖6B是不意性地表不在圖5的45°方向和-135°方向的位置上剖開的截面的截面圖；圖7A是概念性地表示掃描光反射部的方向?yàn)?45°時(shí)的激光的照射情況的立體圖，圖7B是其俯視圖；圖8是表不從與圖7A不同的方向上觀察掃描光反射部的方向?yàn)?45°時(shí)的激光的照射情況的立體圖；圖9A是概念性地表示掃描光反射部的方向?yàn)?30°時(shí)的激光的照射情況的立體圖，圖9B是概念性地表示掃描光反射部的方向?yàn)?15°時(shí)的激光的照射情況的立體圖IOA是概念性地表示掃描光反射部的方向?yàn)?°時(shí)的激光的照射情況的立體圖，圖IOB是其俯視圖；圖11是表示從與圖IOA不同的方向上觀察掃描光反射部的方向?yàn)?°時(shí)的激光的照射情況的立體圖；圖12A是概念性地表示掃描光反射部的方向?yàn)?5°時(shí)的激光的照射情況的立體圖，圖12B是概念性地表示掃描光反射部的方向?yàn)?0°時(shí)的激光的照射情況的立體圖；圖13A是概念性地表示掃描光反射部的方向?yàn)?5°時(shí)的激光的照射情況的立體圖，圖13B是其俯視圖； 圖14是表不從與圖13A不同的方向上觀察掃描光反射部的方向?yàn)?5°時(shí)的激光的照射情況的立體圖；圖15是示意性地例示第二實(shí)施方式的激光雷達(dá)裝置的凹面鏡附近的立體圖；圖16涉及第二實(shí)施方式的激光雷達(dá)裝置，是用于說明照射到偏轉(zhuǎn)部的激光的角度和發(fā)出自偏轉(zhuǎn)部的照射角度的關(guān)系的說明圖；圖17是表示圖15的激光雷達(dá)裝置的掃描光反射部附近的結(jié)構(gòu)的立體圖；圖18是表示圖15的激光雷達(dá)裝置的掃描光反射部附近的結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖19A是示意性地表示在圖18的0°方向和180°方向的位置上剖開的剖開面的截面圖，圖19B是示意性地表示在圖18的45°方向和-135°方向的位置上剖開的剖開面的截面圖；圖20是概念性地表示在圖15的激光雷達(dá)裝置中掃描光反射部的方向?yàn)?°時(shí)的激光掃描位置的俯視圖；圖21是概念性地表示在圖15的激光雷達(dá)裝置中掃描光反射部的方向?yàn)?0°時(shí)的激光掃描位置及激光的照射情況的俯視圖；圖22是概念性地表示在圖15的激光雷達(dá)裝置中掃描光反射部的方向?yàn)?80°時(shí)的激光掃描位置的俯視圖；圖23A是概念性地表不在圖15的激光雷達(dá)裝置中掃描光反射部的方向?yàn)?60°時(shí)的激光的照射情況的立體圖，圖23B是概念性地表示掃描光反射部的方向?yàn)?45°時(shí)的激光的照射情況的立體圖；圖24A是概念性地表示在圖15的激光雷達(dá)裝置中掃描光反射部的方向?yàn)?30°時(shí)的激光的照射情況的立體圖，圖24B是概念性地表示掃描光反射部的方向?yàn)?15°時(shí)的激光的照射情況的立體圖；圖25是概念性地表不在圖15的激光雷達(dá)裝置中掃描光反射部的方向?yàn)?°時(shí)的激光的照射情況的立體圖；圖26A是概念性地表不在圖15的激光雷達(dá)裝置中掃描光反射部的方向?yàn)?5°時(shí)的激光的照射情況的立體圖，圖26B是概念性地表示掃描光反射部的方向?yàn)?0°時(shí)的激光的照射情況的立體圖；圖27A是概念性地表不在圖15的激光雷達(dá)裝置中掃描光反射部的方向?yàn)?5°時(shí)的激光的照射情況的立體圖，圖27B是概念性地表示掃描光反射部的方向?yàn)?0°時(shí)的激光的照射情況的立體圖；圖28涉及以與圖15、圖16不同的掃描范圍進(jìn)行線掃描的例子，是用于說明照射到偏轉(zhuǎn)部的激光的角度和發(fā)出自偏轉(zhuǎn)部的照射角度的關(guān)系的說明圖。圖29表示第一實(shí)施方式中為了進(jìn)行光柵掃描而由控制電路執(zhí)行的控制流程的概要的流程圖。圖30表示第一實(shí)施方式中為了進(jìn)行光柵掃描而由控制電路執(zhí)行的控制流程的概要的流程圖。附圖標(biāo)記的說明I-激光雷達(dá)裝置、10-激光二極管(激光產(chǎn)生單元)、20_光電二極管(光檢測單元)、31_反光鏡(第一掃描部)、33_致動器(控制單元)、40_旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)裝置、41-偏轉(zhuǎn)部 (第二掃描部)、42a-中心軸(規(guī)定軸)、50_電機(jī)(驅(qū)動單元)、52_旋轉(zhuǎn)角度傳感器(控制單兀)、62-聚光透鏡(聚光單兀)、70-控制電路(控制單兀)、100、200-掃描光反射部、101、102a、102b、103a、103b、104a、104b,201 207-反射面(偏轉(zhuǎn)面)、130-凹面鏡(聚光單元)、130a-凹面鏡區(qū)域的反射面(偏轉(zhuǎn)面)
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖，對本發(fā)明的激光雷達(dá)裝置的各種實(shí)施方式進(jìn)行說明。而且，該激光雷達(dá)裝置也被稱為LIDAR(光探測和測距(Light Detection and Ranging),或激光成像探測和測距(Laser Imaging Detection and Ranging))。(第一實(shí)施方式)下面，參照附圖對將本發(fā)明具體化的第一實(shí)施方式進(jìn)行說明。首先，參照圖I等對第一實(shí)施方式的激光雷達(dá)裝置的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行概述。圖I是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的激光雷達(dá)裝置的截面示意圖。圖2是用于說明照射到偏轉(zhuǎn)部的激光的角度和發(fā)出自偏轉(zhuǎn)部的照射角度的關(guān)系的說明圖。如圖I所示，激光雷達(dá)裝置I構(gòu)成為檢測到檢測物體的距離和方位的裝置，其具備激光二極管10和光電二極管20。激光二極管10相當(dāng)于“激光產(chǎn)生單元”的一個(gè)例子，例如由公知的激光二極管構(gòu)成。該激光二極管10從驅(qū)動電路9接受脈沖電流的供應(yīng)，并根據(jù)該脈沖電流，每隔規(guī)定間隔間歇地投射脈沖激光(激光LI)。光電二極管20例如由雪崩光電二極管等公知的光電二極管構(gòu)成，并成為如下結(jié)構(gòu)當(dāng)激光二極管10產(chǎn)生了激光LI時(shí)，通過受光面20A對該激光LI被外部空間中存在的物體反射后的反射光L2進(jìn)行受光,并轉(zhuǎn)換為電信號。而且,對于來自檢測物體的反射光L2,獲取所設(shè)定的視野范圍的光。圖I的例子中，示出了對水平方向上照射的激光LI被外部空間中存在的物體反射后的反射光L2進(jìn)行受光的情況。而且，這里的水平方向是將激光雷達(dá)裝置I如圖I所示放置的狀態(tài)下的橫向，是沿著后述的XZ面(水平面)的方位方向。而且，光電二極管20相當(dāng)于“光檢測單元”的一個(gè)例子，其功能在于當(dāng)由偏轉(zhuǎn)部41向外部空間偏轉(zhuǎn)的激光被外部空間中存在的物體反射時(shí)，檢測來自該物體的反射光。從激光二極管10照射的激光LI的光軸上設(shè)有透鏡60。該透鏡60構(gòu)成為準(zhǔn)直透鏡，具有將來自激光二極管10的激光LI變換為大致平行光的功能。在通過了透鏡60的激光LI的光路上設(shè)置有反光鏡31。該反光鏡31相當(dāng)于“第一掃描部”的一個(gè)例子，具有將來自激光二極管10的激光LI向后述的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)裝置40導(dǎo)光的功能。反光鏡31在后述的XY平面上的角度能夠根據(jù)致動器33的驅(qū)動力而變更(即位移)。因此，其構(gòu)成為將通過了準(zhǔn)直透鏡60的激光LI向?qū)?yīng)于自身姿勢的方向反射。致動器33構(gòu)成為接受來自后述的控制電路70(參照圖2)的指令而進(jìn)行驅(qū)動，通過變更反光鏡31的角度而使反光鏡31反射的激光LI的方向沿著虛擬平面(后述的XY平面)變化。該致動器33例如由使反光鏡31以規(guī)定的轉(zhuǎn)動軸為中心轉(zhuǎn)動的步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成，圖I、圖2的例子中，以反光鏡31的反射面31a上所設(shè)定的轉(zhuǎn)動軸G為中心使反光鏡31轉(zhuǎn)動。圖I的例子中，轉(zhuǎn)動軸(擺動軸)G的方向是，與來自準(zhǔn)直透鏡60的激光的方向正交的方向，并且是與后述的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)裝置40的旋轉(zhuǎn)中心的方向(中心軸42a的方向)正交的方向。中心軸42a起到“規(guī)定軸”的功能。本說明書中，以從準(zhǔn)直透鏡60朝向反光鏡31的激光的方向表示為X軸方向，以中心軸42a的方向表示為Y軸方向，旋轉(zhuǎn)軸G的方向表示為與這些X軸方向及Y軸方向正交 的Z軸方向。致動器33使反光鏡31擺動以使得來自反光鏡31的激光在包含這些方向(朝向反光鏡31的激光的方向、及中心軸42a的方向)的虛擬平面上(XY平面上)移動，從而對于后述的偏轉(zhuǎn)部41進(jìn)行線掃描。在該結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動軸G位于中心軸42a的軸線上并交叉，該交叉位置成為激光LI的反射位置P1。因此，反射位置Pl為位置不變的固定位置。在由反光鏡31反射的激光LI的光軸上設(shè)有旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)裝置40。該旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)裝置40具備構(gòu)成為能以中心軸42a為中心旋轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)部41，以及用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動偏轉(zhuǎn)部41的電機(jī)50。偏轉(zhuǎn)部41相當(dāng)于“第二掃描部”。該旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)裝置40的功能在于，使偏轉(zhuǎn)部41旋轉(zhuǎn)并通過偏轉(zhuǎn)部41使激光二極管10產(chǎn)生的激光LI向外部空間(外殼3的外部的空間)偏轉(zhuǎn)(反射)。旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)裝置40主要由偏轉(zhuǎn)部41、軸部42、電機(jī)50、旋轉(zhuǎn)角度傳感器52構(gòu)成。偏轉(zhuǎn)部41具備掃描光反射部100和凹面鏡130，并且被保持為能以中心軸42a為中心旋轉(zhuǎn)，并且無論處于哪個(gè)旋轉(zhuǎn)位置，接受激光LI和反射光L2的偏轉(zhuǎn)面都朝向斜上方側(cè)。掃描光反射部100構(gòu)成為將來自激光二極管10的激光LI (具體為由上述反光鏡31進(jìn)行線掃描的激光LI)向外部空間反射。該掃描光反射部100是本實(shí)施方式的特征之一，具體結(jié)構(gòu)如后詳述。如圖I、圖3所示，凹面鏡130被配置為，在偏轉(zhuǎn)部41的偏轉(zhuǎn)面?zhèn)葒@入射對象區(qū)域(掃描光反射部100的區(qū)域)的周圍。該凹面鏡130具有如下功能在從掃描光反射部100向外部空間照射的激光被外部空間中存在的物體反射時(shí)，將來自該物體的反射光聚光的同時(shí)向光電二極管20反射。而且，對于引入裝置內(nèi)的反射光被凹面鏡130反射并到達(dá)光電二極管20為止的路徑(反射光引導(dǎo)路徑)，用點(diǎn)劃線(參照標(biāo)記L2)概念性地示出。軸部42與偏轉(zhuǎn)部41 一體構(gòu)成，并構(gòu)成為由未圖示的軸承可旋轉(zhuǎn)地支撐且通過電機(jī)50的驅(qū)動力而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。電機(jī)50例如由公知的直流電機(jī)或公知的交流電機(jī)構(gòu)成。此外，當(dāng)有來自控制電路70的驅(qū)動指示時(shí)，通過未圖示的電機(jī)驅(qū)動器控制驅(qū)動狀態(tài)(例如，旋轉(zhuǎn)定時(shí)和旋轉(zhuǎn)速度)，此時(shí)以預(yù)先設(shè)定的一定的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。該電機(jī)50中，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸與軸部42 —體構(gòu)成，并構(gòu)成為使軸部42及偏轉(zhuǎn)部41以中心軸42a為旋轉(zhuǎn)中心穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。
另外，圖I所示的激光雷達(dá)裝置I中，設(shè)有旋轉(zhuǎn)角度傳感器52用于檢測電機(jī)50的軸部42的旋轉(zhuǎn)角度位置(即偏轉(zhuǎn)部41的旋轉(zhuǎn)角度位置)。只要是回轉(zhuǎn)式編碼器等能檢測出軸部42的旋轉(zhuǎn)角度位置的裝置，旋轉(zhuǎn)角度傳感器52可以使用各種類型的裝置。而且，旋轉(zhuǎn)角度傳感器52構(gòu)成控制單元的一部分，電機(jī)50構(gòu)成驅(qū)動單元。另外，在從旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)裝置40到光電二極管20的反射光光路上,設(shè)有將反射光向光電二極管20聚光的聚光透鏡62,并在該聚光透鏡62和光電二極管20之間設(shè)有濾光器64。聚光透鏡62具有如下功能會聚來自凹面鏡130的反射光并導(dǎo)向光電二極管20。另外，濾光器64具有如下功能在從旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)裝置40到光 電二極管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，可以由僅透射對應(yīng)于反射光L2的特定波長的光(例如一定區(qū)域的波長的光)并遮蔽其以外的光的波長選擇濾光器構(gòu)成。而且，本實(shí)施方式中，凹面鏡130和聚光透鏡62相當(dāng)于“聚光單元”的一個(gè)例子。圖2所示的控制電路70由具備CPU的微型計(jì)算機(jī)等的一個(gè)或多個(gè)控制電路構(gòu)成，并構(gòu)成為控制上述的激光二極管10的投射動作、電機(jī)50的旋轉(zhuǎn)動作、致動器33的驅(qū)動動作等。另外，該控制電路70連接到光電二極管20和旋轉(zhuǎn)角度傳感器52，并構(gòu)成為能夠取得來自這些部件的信號。另外，控制電路70上連接著ROM、RAM、非易失性存儲器等未圖示的存儲器，控制電路70能進(jìn)行該存儲器內(nèi)的信息的讀出和對存儲器的寫入。并且，上述各部件(激光二極管10、光電二極管20、反光鏡31、致動器33、透鏡60、聚光透鏡62、濾光器64、旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)裝置40、電機(jī)50、旋轉(zhuǎn)角度傳感器52、控制電路70等)被收容在外殼3的內(nèi)部，以進(jìn)行防塵和沖擊保護(hù)。在外殼3中的偏轉(zhuǎn)部41的周圍，以包圍該偏轉(zhuǎn)部41的方式形成能使激光LI及反射光L2通過的窗狀的導(dǎo)光部4。導(dǎo)光部4構(gòu)成為以中心軸42a為中心的環(huán)狀，跨越大致360°區(qū)域，并以閉塞該導(dǎo)光部4的形式設(shè)置由玻璃板等構(gòu)成的激光透射板5，以實(shí)現(xiàn)防塵。接著，對本實(shí)施方式的特征結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳述。圖3是示意性地例示圖I的激光雷達(dá)裝置的凹面鏡附近的立體圖。圖4A是表示圖I的激光雷達(dá)裝置的掃描光反射部附近的結(jié)構(gòu)的立體圖，圖4B是從與圖4A不同方向上觀察的立體圖。圖5是表示圖I的激光雷達(dá)裝置的掃描光反射部附近的結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖6A是示意性地表示在圖5的0°的方位方向和180°的方位方向的位置上剖開的截面的截面圖，圖6B是不意性地表不在圖5的45°的方位方向和-135°的方位方向的位置上剖開的截面的截面圖。而且，圖6均為從-90°的方位方向觀察掃描光反射部的截面的圖。而且，圖3之后的圖中，示出了在掃描光反射部的下方設(shè)有埋入偏轉(zhuǎn)部內(nèi)的基座B的例子，圖4之后的圖中，省略了凹面鏡等而僅示出了掃描光反射部和基座。但是，該基座B僅僅是為了說明而示出的，如果掃描光反射部的各反射面以能夠露出的結(jié)構(gòu)配置，則也可以不設(shè)置基座B。如圖3、圖4、圖6所示，偏轉(zhuǎn)部41的偏轉(zhuǎn)區(qū)域(偏轉(zhuǎn)面)被分為掃描光反射部100的反射區(qū)域和凹面鏡130的反射區(qū)域(反射面130a)。其中，掃描光反射部100的反射區(qū)域中，以中心軸42a為中心多重且多級地設(shè)置圍繞中心軸42a構(gòu)成環(huán)狀或圓弧狀的多個(gè)反射面101、102a、102b、103a、103b、104a、104b。本實(shí)施方式中，激光LI入射到位置P2(中心軸42a和反射面101相交的位置)時(shí)，反射的激光LI的水平分量的方向(參照圖5的箭頭F)成為偏轉(zhuǎn)部41的方向。該方向、即方位方向上的基準(zhǔn)方向F，在激光雷達(dá)裝置I中是固定的。在通過位置P2并與偏轉(zhuǎn)部41的方向正交的方向上，形成有成為下側(cè)的反射面102a、103a、104a和上側(cè)的反射面102b、103b、104b的邊界的臺階110。具體來說，包含中心軸42a的平面、且與上述箭頭F的方向正交的平面的位置成為邊界(臺階110)的位置。因此，激光LI在縱向(沿著XY面的方向)上的偏轉(zhuǎn)范圍，以該邊界位置為基準(zhǔn)，被劃分成上側(cè)及下側(cè)的反射面。反射面101相當(dāng)于多重構(gòu)成的掃描光反射部100的中心區(qū)域，并在中心軸42a上相對于該中心軸42a傾斜設(shè)直。而且，該反射面101形成在以中心軸42a為中心的圓周方向整個(gè)區(qū)域上。因而，對于反射面101，圓周方向整個(gè)區(qū)域相當(dāng)于“形成區(qū)域”。反射面102a、102b構(gòu)成上述中心區(qū)域的緊外側(cè)配置的第二環(huán)狀區(qū)域102，并且都設(shè)置為與反射面101鄰接并圍繞該反射面101。各反射面102a、102b以圓弧狀形成在圓周方向的半圓周左右，具體來說，成為兩端部設(shè)置在臺階110的位置上的大致半圓狀。因此，這些各反射面102a、102b中，以中心軸42a為中心的圓周方向的半圓周程度的區(qū)域相當(dāng)于“形成區(qū)域”。如圖3所示，掃描光反射部100整體上以一側(cè)(偏轉(zhuǎn)部41的方向F側(cè))成為 下方位置、另一側(cè)(偏轉(zhuǎn)部41的方向F的相反側(cè))成為上方位置的方式構(gòu)成為傾斜狀，第二環(huán)狀區(qū)域102中，反射面102a配置在比邊界(臺階110)靠下方的位置，而反射面102b配置在比邊界(臺階110)靠上方的位置。另外，反射面103a、103b構(gòu)成在中心區(qū)域的第二外側(cè)(第二環(huán)狀區(qū)域102的緊外偵D配置的第三環(huán)狀區(qū)域103，反射面103a與反射面102a鄰接，并在邊界(臺階110)的下方側(cè)以圍繞該反射面102a的方式設(shè)置為圓弧狀(半圓狀)。反射面103b與反射面102b鄰接，并在邊界(臺階110)的上方側(cè)以圍繞該反射面102b的方式設(shè)置為圓弧狀(半圓狀)。這樣，各反射面103a、103b均以圓弧狀形成為以中心軸42a為中心的圓周方向的半圓程度，因此，這些各反射面103a、103b中，圓周方向的半圓周程度的區(qū)域相當(dāng)于“形成區(qū)域”。另外，反射面104a、104b構(gòu)成在中心區(qū)域的第三外側(cè)(第三環(huán)狀區(qū)域103的緊外側(cè)，即掃描光反射部100的最外周)上配置的第四環(huán)狀區(qū)域104，反射面104a與反射面103a鄰接，并在邊界(臺階110)的下方側(cè)以圍繞該反射面103a的方式設(shè)置為圓弧狀(半圓狀)。另外，反射面104b與反射面103b鄰接，并在邊界(臺階110)的上方側(cè)以圍繞該反射面103b的方式設(shè)置為圓弧狀(半圓狀)。這樣，各反射面104a、104b均以圓弧狀形成為圓周方向的半圓程度，因此，這些各反射面104a、104b中，圓周方向的半圓周程度的區(qū)域相當(dāng)于“形成區(qū)域”。如上所述構(gòu)成的多個(gè)反射面101 104構(gòu)成為，相對于與中心軸42a正交的平面(水平面)的傾斜狀態(tài)分別不同?？紤]到各反射面上的任一點(diǎn)處的切線與水平面之間的角度，該傾斜狀態(tài)也可以認(rèn)為是該切線的傾斜度。具體來說，各反射面102a、102b、103a、103b、104a、104b分別構(gòu)成為曲率(即曲率半徑)不同的拋物面(旋轉(zhuǎn)拋物曲面)。因此，在本實(shí)施方式中，傾斜度(或傾斜狀態(tài))是由曲率(或曲率半徑)決定的。作為一例，各反射面102a、102b、103a、103b、104a、104b的曲率半徑構(gòu)成為越靠近中心的區(qū)域曲率半徑越小，越是外周部曲率半徑越大。即，構(gòu)成為與第二環(huán)狀區(qū)域102的曲率半徑相比，第三環(huán)狀區(qū)域103的曲率半徑更大，與第三環(huán)狀區(qū)域103的曲率半徑相t匕，第四環(huán)狀區(qū)域104的曲率半徑更大。需要說明的是，該環(huán)狀區(qū)域的位置和曲率(曲率半徑)大小之間的關(guān)系，根據(jù)具體設(shè)計(jì)而不同。各反射面只需考慮激光的入射及反射的方向而構(gòu)成為光的拋物曲線的旋轉(zhuǎn)體即可。上述例子僅僅是一例。決定各反射面的曲率(曲率半徑)的因素有兩個(gè)，即，形成各環(huán)狀區(qū)域的拋物面的焦點(diǎn)距離以及反射面和焦點(diǎn)之間的距離。因此，設(shè)計(jì)時(shí)只需考慮這些因素，也可以做成，越靠向外周部，曲率半徑越小。具體來說，假定通過中心軸42a且在方向F的方向上剖開掃描光反射部100的剖開面時(shí)，各反射面的外形的曲線構(gòu)成拋物線。圖2的例子中示意性地示出了 當(dāng)如圖I所示偏轉(zhuǎn)部41的方向(圖5的方向F)成為X軸的正方向時(shí)，關(guān)于用XY平面剖開掃描光反射部100時(shí)的剖開面(參照圖6A)的幾何關(guān)系。圖2的例子中，掃描光反射部100的偏轉(zhuǎn)面(反射面)IOOa中，用XY平面剖開時(shí)的剖開面的外形的傾斜角度a (相對于水平面的傾斜角度)為45°。圖2的例子中，位置Pm、位置Pn上的反射面的各曲線可以為用下述式(數(shù)學(xué)式I)表示的拋物線。而且，數(shù)學(xué)式I中，t為參數(shù)。另外，L為從位置Pl到位置P2的距離。
權(quán)利要求
1.ー種激光雷達(dá)裝置，其具備 激光產(chǎn)生単元(10)，用于產(chǎn)生激光； 第一掃描部(31)，使來自所述激光產(chǎn)生單元的所述激光沿著經(jīng)過規(guī)定軸(42a)的虛擬面進(jìn)行掃描； 控制單元(33、52、70)，控制所述第一掃描部的位移量，以使所述掃描光的沿著所述面的角度(9 )改變； 第二掃描部(41)，能夠以所述軸(42a)為中心旋轉(zhuǎn)，并且，使由所述第一掃描部進(jìn)行掃描的所述激光偏轉(zhuǎn)，使該激光向外部空間進(jìn)行掃描； 光檢測單元(20)，檢測出所述激光在外部空間反射而返回的反射光； 聚光單元(130a)，與所述第二掃描部(41) 一體形成，并將所述反射光會聚到所述光檢測單元；以及 驅(qū)動單元(50)，以所述軸(42a)為中心旋轉(zhuǎn)驅(qū)動所述第二掃描部(41)和所述聚光単元(130a)， 其中，所述第二掃描部(41)具有設(shè)置在所述激光入射的ー側(cè)且使該激光偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)面(100,200)， 所述偏轉(zhuǎn)面是形成在所述軸的圓周方向的至少一部分區(qū)域中并以該軸為中心多重設(shè)置的多個(gè)反射面(101、102a、102b、103a、103b、104a、104b ；201 207)， 所述多個(gè)反射面形成為，相對于與所述軸正交的水平面的傾斜度各自不同。
2.如權(quán)利要求I所述的激光雷達(dá)裝置，其中， 所述偏轉(zhuǎn)面形成圍繞所述軸的圓弧狀或環(huán)狀。
3.如權(quán)利要求I所述的激光雷達(dá)裝置，其中， 所述偏轉(zhuǎn)面形成在以所述軸為中心的圓周方向的整個(gè)范圍。
4.如權(quán)利要求3所述的激光雷達(dá)裝置，其中， 所述第一掃描部構(gòu)成為，使所述掃描光沿著所述虛擬面并在以所述軸為中心的正側(cè)及負(fù)側(cè)兩側(cè)的規(guī)定范圍內(nèi)進(jìn)行掃描， 所述多個(gè)反射面由所述軸通過的中心部的圓形反射面和形成在其周圍的ー個(gè)以上環(huán)狀反射面構(gòu)成， 所述ー個(gè)以上環(huán)狀反射面在與所述軸正交且沿著所述圓形反射面的位置上具有臺階，通過該臺階，所述激光在縱向上的偏轉(zhuǎn)范圍被劃分。
5.如權(quán)利要求3所述的激光雷達(dá)裝置，其中， 所述第一掃描部構(gòu)成為，使所述掃描光沿著所述虛擬面并在以所述軸為中心的正側(cè)及負(fù)側(cè)中的ー側(cè)的規(guī)定范圍內(nèi)掃描， 所述多個(gè)反射面由所述軸通過的中心部的圓形反射面和形成在其周圍的ー個(gè)以上的環(huán)狀連續(xù)的反射面構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求I 5中任意ー項(xiàng)所述的激光雷達(dá)裝置，其中， 所述聚光單元具有反射反射光的凹狀反射面， 所述第二掃描部設(shè)置為露出所述凹狀反射面， 所述多個(gè)反射面的相互不同的傾斜度由相互不同的曲率半徑?jīng)Q定，以便將從所述第一掃描部入射的入射角不同的多個(gè)所述激光分別以所期望的角度進(jìn)行反射。
7.如權(quán)利要求6所述的激光雷達(dá)裝置，其中， 所述第二掃描部與所述聚光単元一體形成。
8.如權(quán)利要求I 7中任意ー項(xiàng)所述的激光雷達(dá)裝置，其中， 所述第一掃描部是反射來自所述激光產(chǎn)生単元的所述激光的反光鏡， 所述控制單元是以所述反光鏡的角度作為所述位移量進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的單元， 所述聚光単元包括凹面鏡，并使通過該凹面鏡匯聚的所述反射光入射至所述光檢測單元的受光面上。
9.如權(quán)利要求I 8中任意ー項(xiàng)所述的激光雷達(dá)裝置，其中，所述控制単元具備 旋轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)測單元，計(jì)測所述驅(qū)動單元的旋轉(zhuǎn)數(shù)； 判斷単元，判斷由所述旋轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)測單元計(jì)測的所述旋轉(zhuǎn)數(shù)是否已達(dá)到N，其中N為自然數(shù)；以及 位移量控制單元，在所述判斷単元判斷所述旋轉(zhuǎn)數(shù)已達(dá)到N時(shí)，控制所述第一掃描部的所述位移量，使得來自所述第一掃描部的所述激光照射到不同于當(dāng)前反射面的另一反射面上。
10.如權(quán)利要求I 8中任意ー項(xiàng)所述的激光雷達(dá)裝置，其中，所述控制単元具備 旋轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)測單元，計(jì)測所述驅(qū)動單元的旋轉(zhuǎn)數(shù)；以及 位移量控制單元，控制該第一掃描部的所述位移量，使得由所述旋轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)測單元計(jì)測的所述旋轉(zhuǎn)數(shù)每增加I時(shí)，來自所述第一掃描部的所述激光在沿著所述虛擬面的預(yù)先規(guī)定的掃描范圍內(nèi)往返多次。
11.如權(quán)利要求4所述的激光雷達(dá)裝置，其中，所述控制単元具備 旋轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)測單元，計(jì)測所述驅(qū)動單元的旋轉(zhuǎn)數(shù)； 判斷単元，判斷由所述旋轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)測單元計(jì)測的所述旋轉(zhuǎn)數(shù)是否已達(dá)到N，其中N為自然數(shù)； 位移量控制單元，在所述判斷単元判斷所述旋轉(zhuǎn)數(shù)已達(dá)到N時(shí)，控制所述第一掃描部的所述位移量，使得來自所述第一掃描部的所述激光照射到不同于當(dāng)前反射面的另一反射面上；以及 掃描控制単元，僅在根據(jù)所述軸的圓周方向上的所述臺階的角度位置決定的、沿著與該軸的方向正交的面的掃描范圍內(nèi)，執(zhí)行所述第一掃描部的掃描。
12.如權(quán)利要求4所述的激光雷達(dá)裝置，其中，所述控制単元具備 旋轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)測單元，計(jì)測所述驅(qū)動單元的旋轉(zhuǎn)數(shù)； 位移量控制單元，控制該第一掃描部的所述位移量，使得由所述旋轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)測單元計(jì)測的所述旋轉(zhuǎn)數(shù)每增加I時(shí)，來自所述第一掃描部的所述激光在沿著所述虛擬面的預(yù)先規(guī)定的掃描范圍內(nèi)往返多次；以及 掃描控制単元，僅在根據(jù)所述軸的圓周方向上的所述臺階的角度位置決定的、沿著與該軸的方向正交的面的掃描范圍內(nèi)，執(zhí)行所述第一掃描部的掃描。
13.如權(quán)利要求11或12所述的激光雷達(dá)裝置，其中， 沿著與所述軸正交的所述面的掃描范圍為180°以下。
14.如權(quán)利要求1、3、5中任意ー項(xiàng)所述的激光雷達(dá)裝置，其中，所述控制単元具備 旋轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)測單元，計(jì)測所述驅(qū)動單元的旋轉(zhuǎn)數(shù)；判斷単元，判斷由所述旋轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)測單元計(jì)測的所述旋轉(zhuǎn)數(shù)是否已達(dá)到N，其中N為自然數(shù)； 位移量控制單元，在所述判斷単元判斷所述旋轉(zhuǎn)數(shù)已達(dá)到N時(shí)，控制所述第一掃描部的所述位移量，使得來自所述第一掃描部的所述激光照射到不同于當(dāng)前反射面的另一反射面上；以及 掃描控制単元，在所述軸的圓周方向上的整個(gè)360°掃描范圍內(nèi)，執(zhí)行所述第一掃描部的掃描。
15.如權(quán)利要求1、3、5中任意ー項(xiàng)所述的激光雷達(dá)裝置，其中，所述控制単元具備 旋轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)測單元，計(jì)測所述驅(qū)動單元的旋轉(zhuǎn)數(shù)； 位移量控制單元，控制該第一掃描部的所述位移量，使得由所述旋轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)測單元計(jì)測的所述旋轉(zhuǎn)數(shù)每增加I時(shí)，來自所述第一掃描部的所述激光在沿著所述虛擬面的預(yù)先規(guī)定的掃描范圍內(nèi)往返多次；以及 掃描控制単元，在所述軸的圓周方向上的整個(gè)360°掃描范圍內(nèi)，執(zhí)行所述第一掃描部的掃描。
全文摘要
激光雷達(dá)裝置中，通過第一掃描部使來自激光產(chǎn)生單元的激光沿著經(jīng)過規(guī)定軸的虛擬面進(jìn)行掃描?？刂茊卧刂频谝粧呙璨康奈灰屏?，改變掃描光的沿著所述面的角度。第二掃描部使由第一掃描部進(jìn)行掃描的激光偏轉(zhuǎn)，使該激光向外部空間掃描。第二掃描部能夠以所述軸為中心旋轉(zhuǎn)。聚光單元將在外部空間中反射而返回的激光反射光聚光，并由光檢測單元進(jìn)行檢測。聚光單元與第二掃描部一體形成。驅(qū)動單元以所述軸為中心旋轉(zhuǎn)驅(qū)動第二掃描部和聚光單元。第二掃描部具有設(shè)在激光入射側(cè)且使激光偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)面。偏轉(zhuǎn)面是形成在所述軸的圓周方向的至少一部分區(qū)域并以該軸為中心多重設(shè)置的多個(gè)反射面。多個(gè)反射面相對于與所述軸正交的水平面的傾斜度各自不同。
文檔編號G01S17/06GK102736075SQ201210073199
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者光野克紀(jì), 田中秀幸 申請人:電裝波動株式會社