JP2007064803A - レーザーレーダー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザー光を対象物に照射することにより対象物との間の距離等を検出することが出来るレーダーレーザー装置を提供する。
【解決手段】 レーザーダイオード１から放射されるレーザー光が入射されるフォーカスレンズ３にて結像されたレーザー光が入射されるとともに該レーザー光を対象物に照射する略平行光である走査用レーザー光に変換し、且つ対象物から反射された反射レーザー光が入射される照射レンズ４と、前記レーザーダイオード１から放射されたレーザー光を透過させるとともに前記対象物から反射され、照射レンズ４を通して入射される反射レーザー光を光検出器８の方向へ反射させる偏光ビームスプリッタ２と、該偏光ビームスプリッタ２と対象物との間の光路内に配置された４分の１波長板とより構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザー光を対象物に照射し、該対象物から反射されて戻って来るレーザー光を利用して対象物との間の距離や対象物の位置等を認識するレーザーレーダー装置に関する。

最近、前方を走行する車にレーザー光を照射させて、その車と自分の車との間の距離、相対速度及び位置等を検出する装置が搭載された車が商品化されており、斯かる装置はレーザーレーダー装置と呼ばれている。

斯かるレーザーレーダー装置は、レーザーダイオードから放射されるレーザー光を対象物方向へ照射させるとともに該レーザー光の照射方向を上下左右方向へ移動させる動作、所謂スキャニングと呼ばれる動作を所定範囲内にて行うことによって対象物に関する情報を得るように構成されている(例えば、特許文献１参照。)。
特開平１１−９４９４５号公報

特許文献１に記載されている技術は、レーザー光を対象物に対して照射する光学系と対象物から反射されてくるレーザー光を受光する光学系とが別々に設けられているため、装置の小型化に対して不利である。また、レーザー光の照射位置と反射光の受光位置が異なるため、反射光の受光量が少なくなり、感度が低下するという問題がある。

本発明は、斯かる問題を解決することが出来るレーザーレーダー装置を提供しようとするものである。

本発明は、レーザーダイオードから放射されるレーザー光が入射されるとともに該レーザー光を合焦点に結像させるフォーカスレンズと、前記フォーカスレンズにて結像されたレーザー光が入射されるとともに該レーザー光を対象物に照射する略平行光である走査用レーザー光に変換し、且つ対象物から反射された反射レーザー光が入射される照射レンズと、前記レーザーダイオードから放射されたレーザー光を透過させるとともに前記対象物から反射される反射レーザー光を光検出器方向へ反射させる偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタと対象物との間の光路内に配置された４分の１波長板とより成り、前記フォーカスレンズを光軸に対して直角方向に変位させることによって走査用レーザー光の照射方向を変更するように構成されている。

また、本発明は、レーザーダイオードと偏光ビームスプリッタとの間の光路内にレーザー光を略平行光に変換するコリメートレンズを設けることによってフォーカスレンズの変位動作による走査用レーザー光の変位制御動作を正確に行うことが出来るように構成されている。

そして、本発明は、フォーカスレンズを互いに直角関係にあるＸ方向及びＹ方向へ変位させることによって走査用レーザー光の放射方向を変更するように構成されている。

また、本発明は、偏光ビームスプリッタと光検出器との間の光路内に集光レンズを設け
、該集光レンズにて該光検出器上に反射レーザー光を照射させるように構成されている。

本発明は、レーザーダイオードから放射されるレーザー光が入射されるとともに該レーザー光を合焦点に結像させるフォーカスレンズと、前記フォーカスレンズにて結像されたレーザー光が入射されるとともに該レーザー光を対象物に照射する略平行光である走査用レーザー光に変換し、且つ対象物から反射された反射レーザー光が入射される照射レンズと、前記レーザーダイオードから放射されたレーザー光を透過させるとともに前記対象物から反射される反射レーザー光を光検出器方向へ反射させる偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタと対象物との間の光路内に４分の１波長板を設け、前記フォーカスレンズを光軸に対して直角方向に変位させることによって走査用レーザー光の照射方向を変更するようにしたので、即ち走査レーザー光を放射する照射レンズによって対象物から反射された反射レーザー光を受光するようにしたので、レーザーレーダー装置を小型化することが出来るだけでなく反射光の受光量が少なくならないので、感度を高くすることが出来る。

また、本発明は、レーザーダイオードと偏光ビームスプリッタとの間の光路内にレーザー光を略平行光に変換するコリメートレンズを設けたので、フォーカスレンズの光軸方向への位置が変化しても走査用レーザー光の照射方向の変更動作に与える影響は少ない。従って、車のように振動を受ける機器に搭載しても正確なレーザー光の照射動作を行うことが出来るという利点を本発明は有している。

そして、本発明は、偏光ビームスプリッタと光検出器との間の光路内に集光レンズを設け、該集光レンズにて該光検出器上に反射レーザー光を照射させるようにしたので、光検出器に照射されるレーザー光の光量を大きくすることが出来、その結果対象物から反射してくる反射レーザー光から多くの情報を得ることが出来るとともに正確な情報を得ることが出来る。

本発明は、レーザーダイオードから放射されるレーザー光の照射方向の変位動作をレンズの変位動作を利用して行うように構成されている。

図１及び図２は本発明のレーザーレーダー装置を示す概略図、図３は本発明の動作を説明するための図である。

図１において、１はレーザー光Ｌを放射するレーザーダイオード、２は前記レーザーダイオード１から放射されるレーザー光Ｌが入射されるとともに該レーザー光Ｌをレーザー光Ｌ１として透過させ、且つ後述する反射レーザー光Ｌ２を検出レーザー光Ｌ３として反射する偏光ビームスプリッタ、３は前記偏光ビームスプリッタ２を透過したレーザー光Ｌ１が入射されるとともに合焦点Ｐ上に結像させるフォーカスレンズであり、図示しないレンズ保持機構によって光軸に対して直角方向の平面内を変位可能に設けられている。

４は第１レンズ５及び第２レンズ６より構成された照射レンズであり、前記フォーカスレンズ３によって結像されたレーザー光が入射される位置に配置されているとともに略平行光に変換し、走査用レーザー光Ｌ４として出射するように構成されている。

７は前記照射レンズ４から対象物に対して照射される走査レーザー光Ｌ４の光路内に配置されている４分の１波長板であり、走査用レーザー光Ｌ４を直線偏光から円偏光させる作用を成すとともに対象物から反射された反射レーザー光Ｌ２を円偏光から直線偏光させ
る作用を成すものである。

８は前記偏光ビームスプリッタ２によって反射された検出レーザー光Ｌ３が照射される光検出器であり、その検出出力に基いて対象物までの距離や対象物の移動速度等の検出動作を行うことが出来るように構成されている。斯かる光検出器８より得られる検出信号から対照物までの距離や対象物の移動速度等の検出動作は、特許文献１に記載されている技術等を使用することによって行うことが出来るので、その構成及び説明は省略する。

斯かる構成において、レーザーダイオード１から放射されたレーザー光Ｌは、偏光ビームスプリッタ２及びフォーカスレンズ３を透過した後に照射レンズ４によって平行光である走査用レーザー光Ｌ４として照射されるが、フォーカスレンズ３が実線で示す位置から破線で示す位置に変位すると、走査用レーザー光Ｌ４の照射方向が実線で示す光路から破線で示す光路のように変更される。

斯かる動作から明らかなようにフォーカスレンズ３を光軸に対して直角方向に変位させることによって走査用レーザー光Ｌ４の照射方向を変更させることが出来る。図１に示した照射方向の変更動作は、Ｘ方向である上下方向への変更動作を説明するものであるが、紙面に対して直角方向へフォーカスレンズ３を変位させると照射レンズ４から照射される走査用レーザー光Ｌ４の照射方向をＹ方向である左右方向に変更させることが出来る。

前記照射レンズ４を通して照射された走査用レーザー光Ｌ４は、４分の１波長板７を透過して対象物に対して照射されることになる。前記対象物に対して照射される走査用レーザー光Ｌ４が光軸に対して直角方向の面に照射されると該走査用レーザー光Ｌ４が対象物から反射され、走査用レーザー光Ｌ４の照射方向の反対方向に反射レーザー光Ｌ２として反射されることになる。

対象物から反射された反射レーザー光Ｌ２は、４分の１波長板７を通して照射レンズ４に入力されるが、該反射レーザー光Ｌ２は前記４分の１波長板７の偏光作用によって円偏光から直線偏光されたレーザー光となる。

前記４分の１波長板７によって直線偏光された反射レーザー光Ｌ２は、前記照射レンズ４によって合焦点Ｐ上に結像された後フォーカスレンズ３に入射されることになる。前記フォーカスレンズ３に入射された反射レーザー光Ｌ２は、該フォーカスレンズ３を透過した後前記偏光ビームスプリッタ２に照射されることになる。

前記偏光ビームスプリッタ２に照射される反射レーザー光Ｌ２は、前記４分の１波長板７を往復透過することによって９０度偏光されたレーザー光に変換されているため、該偏光ビームスプリッタ２を透過することはなく、図示したように検出レーザー光Ｌ３として反射される。

前記偏光ビームスプリッタ２によって反射された検出レーザー光Ｌ３は光検出器８に照射されるので、該光検出器８から得られる信号によって対象物の情報、例えば対象物との間の距離、対象物の移動速度及び対象物の形状等の情報を得ることが出来る。斯かる情報を得ることによってレーザーレーダー装置としての動作を行うことが出来る。

前述したようにレーザーダイオード１から放射されたレーザー光Ｌは、偏光ビームスプリッタ２をレーザー光Ｌ１として透過した後フォーカスレンズ３に入射される。前記フォーカスレンズ３に入力されたレーザー光Ｌ１は、該フォーカスレンズ３によって合焦点Ｐに結像された後照射レンズ４に入射される。前記照射レンズ４に入射されたレーザー光Ｌ１は、該照射レンズ４によって略平行光である走査用レーザー光Ｌ４に変換された後４分
の１波長板７を通して対象物に対して照射される。

このようにしてレーザーダイオード１から放射されるレーザー光Ｌは、走査用レーザー光Ｌ４として対象物の方向へ照射されるが、フォーカスレンズ３を光軸に対して直角方向であるＸ方向、即ち上下方向及びＹ方向、即ち左右方向へ変位させることによって走査用レーザー光Ｌ４を上下方向及び左右方向へ変位させることが出来る。

従って、例えば図３に示すように走査用レーザー光Ｌ４の照射位置をａ→ｂ→ｃ→ｄ→ｅ→ｆ→ｇ→ｈ→ｉ→ｊのように変位させる動作、所謂スキャニング動作を前記フォーカスレンズ３の位置を変位制御することによって行うことが出来る。

前述した動作によって走査用レーザー光Ｌ４の対象物方向への照射動作及びそのスキャニング動作は行われるが、このようにして照射された走査用レーザー光Ｌ４は対象物から反射され、反射レーザー光Ｌ２として４分の１波長板７を介して照射レンズ４に入力される。前記照射レンズ４に入射された反射レーザー光Ｌ２は、前述したようにフォーカスレンズ３を透過した後偏光ビームスプリッタ２にて反射され、検出レーザー光Ｌ３として光検出器８に照射される。

走査用レーザー光Ｌ２の照射位置を前述したように変更させることによってその変位範囲内にある対象物に対してレーザー光を照射させることが出来るので、対象物から反射されるレーザー光Ｌ２を検出レーザー光Ｌ３として光検出器８に照射させ、該光検出器８から得られる信号によって対象物の位置、大きさ及びその移動速度等の情報を得ることが出来る。

図１に示した実施例におけるレーザーレーダー装置としての動作は、前述したように行われるが、次に図２に示した実施例について説明する。同図において、図１に示した部材と同一の部材には、同一の符号を付している。

図２において、９はレーザーダイオード１から放射されるレーザー光Ｌがフォーカスレンズ３に入射される光路内に設けられているコリメートレンズであり、レーザー光Ｌを略平行光であるレーザー光Ｌ５に変換するべく設けられている。

１０は前記コリメートレンズ９とフォーカスレンズ３との間の光路内に設けられているプリズム型ビームスプリッタであり、レーザー光Ｌ５を透過させて前記フォーカスレンズ３に入射させるように構成されている。前記プリズム型ビームスプリッタ１０を透過したレーザー光Ｌ１は、フォーカスレンズ３に入射された後照射レンズ４にて略平行光である走査用レーザー光Ｌ４に変換され、４分の１波長板７を介して対象物方向へ照射される。

対象物に照射された走査用レーザー光Ｌ４は、図１に示した実施例と同様に対象物から反射され、反射レーザー光Ｌ２として４分の１波長板７、照射レンズ４及びフォーカスレンズ３を介してプリズム型ビームスプリッタ１０に対して入射される。

前記反射レーザー光Ｌ２は、前述したように４分の１波長板７によって９０度偏光されたレーザー光として戻ってきているため、前記プリズム型ビームスプリッタ１０の偏光動作によって検出レーザー光Ｌ３として反射される。１１は前記プリズム型ビームスプリッタ１０と光検出器８との間の光路内に設けられている集光レンズであり、光検出器８上に検出レーザー光Ｌ３を集光させる作用を成すものである。

斯かる構成によれば、レーザーダイオード１から放射されたレーザー光Ｌは、コリメートレンズ９によって平行光Ｌ５に変更された後プリズム型ビームスプリッタ１０を介して
てフォーカスレンズ３に入射される。該フォーカスレンズ３に入射されたレーザー光Ｌ５は、該フォーカスレンズ３によって合焦点Ｐ上に結像されるとともに照射レンズ４に入射される。該照射レンズ４に入射されたレーザー光Ｌ１は該照射レンズ４によって平行光に変換されて走査用レーザー光Ｌ４として４分の１波長板７を通して対象物に対して照射される。

そして、斯かる構成においてもフォーカスレンズ３を光軸に対して直角方向であるＸ方向及びＹ方向に変位させることによって走査用レーザー光Ｌ４の照射方向を上下方向及び左右方向へ変更することが出来る。

また、対象物に対して照射された走査用レーザー光Ｌ４は、対象物から反射され、その反射光である反射レーザー光Ｌ２は、前述したように４分の１波長板７、照射レンズ４、フォーカスレンズ３、プリズム型ビームスプリッタ１０及び集光レンズ１１を介して光検出器８に照射されることになる。

レーザーダイオード１から放射されたレーザー光Ｌは、走査用レーザー光Ｌ４として対象物に照射された後、反射光Ｌ２として戻り、プリズム型ビームスプリッタ１０及び集光レンズ１１を介して検出レーザー光Ｌ３として光検出器８に照射されるので、フォーカスレンズ３をＸ方向及びＹ方向に変位させることによってスキャニング動作を行うことが出来る。

尚、本実施例において、照射レンズ４を第１レンズ５及び第２レンズ６の２つのレンズにて構成したが、レンズの数は限定されるものではなく、光学設計に基づいて種々変更されることになる。また、本実施例では、４分の１波長板７を照射レンズ４から照射される走査用レーザー光の光路内に設けたが、偏光ビームスプリッタ２とフォーカスレンズ３との間の光路内やフォーカスレンズ３と照射レンズ４との間の光路内に配置することも出来る。

本発明のレーザーレーダー装置の一実施例を示す概略図である。 本発明のレーザーレーダー装置の一実施例を示す概略図である。 本発明の動作を説明するための説明図である。

符号の説明

１ レーザーダイオード
２ 偏光ビームスプリッタ
３ フォーカスレンズ
４ 照射レンズ
７ ４分の１波長板
８ 光検出器
９ コリメートレンズ
１０ プリズム型ビームスプリッタ
１１ 集光レンズ

Claims (4)

1. レーザー光を放射するレーザーダイオードと、該レーザーダイオードから放射されるレーザー光が入射されるとともに該レーザー光を合焦点に結像させるフォーカスレンズと、前記フォーカスレンズにて結像されたレーザー光が入射されるとともに該レーザー光を対象物に照射する略平行光である走査用レーザー光に変換し、且つ対象物から反射された反射レーザー光が入射される照射レンズと、前記レーザーダイオードから放射されたレーザー光を透過させるとともに前記対象物から反射され、前記照射レンズを通して入射される反射レーザー光を光検出器方向へ反射させる偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタと対象物との間の光路内に配置された４分の１波長板とより成り、前記フォーカスレンズを光軸に対して直角方向に変位させることによって走査用レーザー光の照射方向を変更するようにしたことを特徴とするレーザーレーダー装置。
2. レーザーダイオードと偏光ビームスプリッタとの間の光路内にレーザー光を略平行光に変換するコリメートレンズを設けたことを特徴とする請求項１に記載のレーザーレーダー装置。
3. フォーカスレンズを互いに直角関係にあるＸ方向及びＹ方向へ変位させることによって走査用レーザー光の放射方向を変更するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のレーザーレーダー装置。
4. 偏光ビームスプリッタと光検出器との間の光路内に集光レンズを設け、該集光レンズにて該光検出器上に反射レーザー光を照射させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のレーザーレーダー装置。