JP2007078515A - 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】 レーザー光が反射され、且つレーザー光を回折する偏光回折ビームスプリッタ２と、フォーカスレンズ３の合焦点に設けられている低反射ミラー５と、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する照射レンズ６と、低反射ミラー５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、前記低反射ミラーにて反射されたサーボ用反射レーザー光が前記フォーカスレンズ及び偏光回折ビームスプリッタ２を介して照射される位置に設けられているサーボ用光検出器１０と、対象物から反射された走査用反射レーザー光が偏光回折ビームスプリッタ２にて回折されて照射される位置に設けられた信号検出用光検出器１１とよりなる。
【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入射されたレーザー光が透過及び反射され、且つ前記レーザー光に対して９０度偏光されたレーザー光を回折する偏光回折ビームスプリッタと、前記偏光回折ビームスプリッタにて反射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る合焦点に設けられているとともに一部のレーザー光を反射させ、且つ大部分のレーザー光を透過させる低反射ミラーと、該低反射ミラーを透過し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走査用反射レーザー光が入射される照射レンズと、前記低反射ミラー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、前記低反射ミラーにて反射されたサーボ用反射レーザー光が前記フォーカスレンズ及び偏光回折ビームスプリッタを介して照射される位置に設けられているサーボ用光検出器と、前記照射レンズに入射されるとともに前記低反射ミラー及びフォーカスレンズを透過した走査用反射レーザー光が前記偏光回折ビームスプリッタにて回折された信号レーザー光が照射される位置に設けられた信号検出用光検出器を設け、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構成されている。

また、本発明は、サーボ用光検出器に照射されるサーボ用反射レーザー光の照射位置によって走査用レーザー光の照射方向を制御す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とともにサーボ用光検出器にて得られる信号によってＸ方向及びＹ方向の位置を制御するように構成されている。

また、本発明は、サーボ用光検出器としてＡＢＣＤの４つのセンサー部より構成された４分割センサーを使用し、Ｘ方向及びＹ方向に対応して配置されている２組のセンサーより得られる信号の差である差信号に基づいてＸ方向及びＹ方向の位置を認識するように構成されている。

そして、本発明は、４分の１波長板を照射レンズと対象物との間の光路内に配置するように構成されている。

更に、本発明は、４分の１波長板を低反射ミラーと照射レンズとの間の光路内に配置するように構成されている。

また、本発明は、低反射ミラーの照射レンズ側の面に反射防止膜を形成するように構成されている。

そして、本発明の低反射ミラーは、ガラス板または樹脂板にて構成されている。

また、本発明は、４分の１波長板と低反射ミラーとを一体的に光路内に配置するように構成されている。

更に、本発明は、４分の１波長板の照射レンズ側の面に反射防止膜を形成す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入射されたレーザー光が透過及び反射され、且つ前記レーザー光に対して９０度偏光されたレーザー光を回折する偏光回折ビームスプリッタと、前記偏光回折ビームスプリッタにて反射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る合焦点に設けられているとともに一部のレーザー光を反射させ、且つ大部分のレーザー光を透過させる低反射ミラーと、該低反射ミラーを透過し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走査用反射レーザー光が入射される照射レンズと、前記低反射ミラー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、前記低反射ミラーにて反射されたサーボ用反射レーザー光が前記フォーカスレンズ及び偏光回折ビームスプリッタを介して照射される位置に設けられているサーボ用光検出器と、前記照射レンズに入射されるとともに前記低反射ミラー及びフォーカスレンズを透過した走査用反射レーザー光が前記偏光回折ビームスプリッタにて回折された信号レーザー光が照射される位置に設けられた信号検出用光検出器を設け、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、即ち走査用レーザー光を照射する照射レンズによって対象物から反射された走査用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、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照射レンズを設け、該照射レンズにて走査用レーザー光を生成するようにしたので、該照射レンズの
口径や屈折率を選択することによって走査用レーザー光の照射角を大きくすることが出来る。従って、本発明によれば、走査用レーザー光の照射範囲を広げることが出来る。

そして、本発明は、フォーカスレンズにて結像される合焦点に一部のレーザー光を反射させ、且つ一部のレーザー光を透過させる低反射ミラーを設けるとともに該低反射ミラーにて反射されたサーボ用反射レーザー光が照射される位置にサーボ用光検出器を設け、該サーボ用光検出器に照射されるレーザー光の位置によって走査用レーザー光の照射方向を制御するようにしたので、フォーカスレンズの位置制御動作を正確に行うことが出来る。

また、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とともにサーボ用光検出器にて得られる信号によってＸ方向及びＹ方向の位置を制御するようにしたので、フォーカスレンズの位置制御動作を容易に行うことが出来る。

そして、本発明は、サーボ用光検出器としてＡＢＣＤの４つのセンサー部より構成された４分割センサーを使用し、Ｘ方向及びＹ方向に対応して配置されている２組のセンサーより得られる信号の差である差信号に基づいてＸ方向及びＹ方向の位置を認識するようにしたので、検出機構が簡単になるという特徴を有している。

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は本発明のレーザーレーダー装置を示すブロック回路図、図４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の中の一部を透過させるとともに大部分をレーザー光Ｌ１として反射させ、且つ前記レーザー光Ｌ及びＬ１に対して９０度偏光されたレーザー光を回折する作用を有する偏光回折ビームスプリッタである。

３は前記偏光回折ビームスプリッタ２にて反射されたレーザー光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３に示すレンズホルダー４に固定されている。前記レンズホルダー４は図示しないレンズホルダ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。

５は前記フォーカスレンズ３の中心軸に対して直角方向になるように配置されているとともに該フォーカスレンズ３の合焦点Ｐ上に設けられている低反射ミラーであり、入射されるレーザー光Ｌ１の大部分をレーザー光Ｌ２として透過させるとともに一部をサーボ用反射レーザー光Ｌ３として反射させる特性を有している。

６は第１レンズ７及び第２レンズ８より構成された照射レンズであり、前記低反射ミラー５を透過したレーザー光Ｌ２が入射されるとともに該レーザー光Ｌ２を略平行光である走査用レーザー光Ｌ４に変換するように構成されている。

９は前記照射レンズ６から対象物に対して照射される走査用レーザー光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走査用反射レーザー光Ｌ５を円偏光から直線
偏光させる作用を成すものである。

１０は前記低反射ミラー５から反射されたサーボ用反射レーザー光Ｌ３がフォーカスレンズ３及び偏光回折ビームスプリッタ２を透過して照射される位置に設けられているサーボ用光検出器であり、図３に示すようにＡ、Ｂ、Ｃ及びＤの４つのセンサー部より構成されている。

１１及び１２は対象物から反射された走査用反射レーザー光Ｌ５が４分の１波長板９、照射レンズ６、低反射ミラー５及びフォーカスレンズ３を介して偏光回折ビームスプリッタ２に入射され、該偏光回折ビームスプリッタ２の回折動作により回折された信号レーザー光Ｌ５ａ及びＬ５ｂが照射される位置に設けられている信号検出用光検出器であり、各々Ｅ及びＦのセンサー部が設けられているとともに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。

斯かる構成において、前記偏光回折ビームスプリッタ２の裏側２Ａに偏光回折格子が設けられており、斯かる偏光回折格子の働きによって走査用反射レーザー光Ｌ５の±１次回折光である信号レーザー光Ｌ５ａ及びＬ５ｂが生成される。一方、サーボ用反射レーザー光Ｌ３は、０次光として前記偏光回折格子による影響を受けることなく透過されるように構成されている。

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、偏光回折ビームスプリッタ２にて反射されてレーザー光Ｌ１となり、前記フォーカスレンズ３に入射される。前記フォーカスレンズ３に入射されたレーザー光Ｌ１は、該フォーカスレンズ３を透過した後に低反射ミラー５に入射される。前記低反射ミラー５に入射されたレーザー光Ｌ１の中の大部分はレーザー光Ｌ２として透過するとともに一部はサーボ用反射レーザー光Ｌ３として反射される。

前記低反射ミラー５を透過したレーザー光Ｌ２は、照射レンズ６に入射されるとともに該照射レンズ６によって略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６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６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９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である直角反射面に照射されると該走査用レーザー光Ｌ４が対象物の直角反射面から反射され、走査用レーザー光Ｌ４の照射方向の反対方向に走査用反射レーザー光Ｌ５として反射されることになる。

前記対象物から反射された走査用反射レーザー光Ｌ５は、４分の１波長板９を通して照射レンズ６に入射されるが、該走査用反射レーザー光Ｌ５は前記４分の１波長板９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９によって直線偏光された走査用反射レーザー光Ｌ５は、前記照射レンズ６によって合焦点Ｐ上に設けられている低反射ミラー５を介してフォーカスレンズ
３に入射されることになる。前記フォーカスレンズ３に入射された走査用反射レーザー光Ｌ５は、該フォーカスレンズ３を透過した後前記偏光回折ビームスプリッタ２に照射されることになる。

前記偏光回折ビームスプリッタ２に照射される走査用反射レーザー光Ｌ５は、前記４分の１波長板９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、該偏光回折ビームスプリッタ２の回折作用によって±１次回折光である信号レーザー光Ｌ５ａ及びＬ５ｂに変換される。

このようにして走査用反射レーザー光Ｌ５は、信号レーザー光Ｌ５ａ及びＬ５ｂに変換されて信号検出用光検出器１１及び１２に照射されるので、該信号検出用光検出器１１及び１２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、偏光回折ビームスプリッタ２にて反射された後フォーカスレンズ３及び低反射ミラー５を通して照射レンズ６に入射される。前記照射レンズ６に入射されたレーザー光Ｌ２は、該照射レンズ６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９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４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Ｘ方向及びＹ方向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、走査用反射レーザー光Ｌ５として４分の１波長板９を介して照射レンズ６に入射される。前記照射レンズ６に入射された走査用反射レーザー光Ｌ５は、前述したように低反射ミラー５及びフォーカスレンズ３を透過した後偏光回折ビームスプリッタ２に照射される。前記偏光回折ビームスプリッタ２に照射された走査用反射レーザー光Ｌ５は、該偏光回折ビームスプリッタ２の回折作用によって信号レーザー光Ｌ５ａ及びＬ５ｂに変換されて信号検出用光検出器１１及び１２に照射される。

走査用レーザー光Ｌ４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走査用反射レーザー光Ｌ５を信号レーザー光Ｌ５ａ及びＬ５ｂとして信号検出用光検出器１１及び１２に照射させ、該信号検出用光検出器１１及び１２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。

一方、前記低反射ミラー５から反射されたサーボ用反射レーザー光Ｌ３は、フォーカスレンズ３を介して偏光回折ビームスプリッタ２に照射されるが、斯かるサーボ用反射レーザー光Ｌ３は４分の１波長板９を透過していないので、回折方向は偏光されていない。従って、サーボ用反射レーザー光Ｌ３は、０次光として前記偏光回折ビームスプリッタ２を透過してサーボ用光検出器１０に照射されるので、該サーボ用光検出器１０から得られる
信号に基いてフォーカスレンズ３の位置制御動作を行うことが出来る。斯かるフォーカスレンズ３の位置制御動作については、図３に示したブロック回路図を参照して後述する。

図１に示した一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に示した他の実施例について説明する。尚、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に示した実施例は、４分の１波長板９を低反射ミラー５と照射レンズ６との間の光路上に配置したものであり、図示した実施例では、４分の１波長板９と低反射ミラー５とが一体的に配置されている。

レーザーダイオード１から放射されたレーザー光Ｌは、偏光回折ビームスプリッタ２にて反射された後フォーカスレンズ３に入射されるとともに該フォーカスレンズ３によってレーザー光Ｌ１として合焦点Ｐ上に配置されている低反射ミラー５上に結像される。前記低反射ミラー５上に結像されたレーザー光Ｌ１は、該低反射ミラー５をレーザー光Ｌ２として透過するとともにサーボ用反射レーザー光Ｌ３として反射される。

前記低反射ミラー５を透過したレーザー光Ｌ２は、４分の１波長板９を通して照射レンズ６に入射される。前記照射レンズ６に入射されたレーザー光Ｌ２は、該照射レンズ６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４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、走査用反射レーザー光Ｌ５として照射レンズ６に入射される。前記照射レンズ６に入射された走査用反射レーザー光Ｌ５は、４分の１波長板９、低反射ミラー５及びフォーカスレンズ３を透過した後偏光回折ビームスプリッタ２に照射される。前記偏光回折ビームスプリッタ２に照射された走査用反射レーザー光Ｌ５は、該偏光回折ビームスプリッタ２の回折作用によって信号レーザー光Ｌ５ａ及びＬ５ｂに変換されて信号検出用光検出器１１及び１２に照射される。

走査用レーザー光Ｌ４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走査用反射レーザー光Ｌ５を信号レーザー光Ｌ５ａ及びＬ５ｂとして信号検出用光検出器１１及び１２に照射させ、該信号検出用光検出器１１及び１２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。

一方、前記低反射ミラー５から反射されたサーボ用反射レーザー光Ｌ３は、フォーカスレンズ３を介して偏光回折ビームスプリッタ２に照射されるが、斯かるサーボ用反射レーザー光Ｌ３は４分の１波長板９を透過していないので、回折方向は偏光されていない。従って、サーボ用反射レーザー光Ｌ３は、０次光として前記偏光回折ビームスプリッタ２を透過してサーボ用光検出器１０に照射されるので、該サーボ用光検出器１０から得られる
信号に基いてフォーカスレンズ３の位置制御動作を行うことが出来る。

以上に説明したように本発明のレーザーレーダー装置の光学系は構成されているが、次に図３に示すブロック回路図を参照して本発明に係る制御動作について説明する。

図３において、１３は前記サーボ用光検出器１０を構成するセンサー部Ａから得られる信号である電流を電圧に変換する第１Ｉ／Ｖ変換器、１４はセンサー部Ｂから得られる信号である電流を電圧に変換する第２Ｉ／Ｖ変換器、１５はセンサー部Ｃから得られる信号である電流を電圧に変換する第３Ｉ／Ｖ変換器、１６はセンサー部Ｄから得られる信号である電流を電圧に変換する第４Ｉ／Ｖ変換器である。

１７は前記第１Ｉ／Ｖ変換器１３にて電圧に変換された信号に含まれるパルス成分を遮断する第１ローパスフィルタ、１８は前記第２Ｉ／Ｖ変換器１４にて電圧に変換された信号に含まれるパルス成分を遮断する第２ローパスフィルタ、１９は前記第３Ｉ／Ｖ変換器１５にて電圧に変換された信号に含まれるパルス成分を遮断する第３ローパスフィルタ、２０は前記第４Ｉ／Ｖ変換器１６にて電圧に変換された信号に含まれるパルス成分を遮断する第４ローパスフィルタである。

２１は前記第１ローパスフィルタ１７を通過した信号、即ちセンサー部Ａから得られる信号と前記第４ローパスフィルタ２０を通過した信号、即ちセンサー部Ｄから得られる信号とを加算する第１加算回路、２２は前記第２ローパスフィルタ１８を通過した信号、即ちセンサー部Ｂから得られる信号と前記第３ローパスフィルタ１９を通過した信号、即ちセンサー部Ｃから得られる信号とを加算する第２加算回路、２３は前記第１ローパスフィルタ１７を通過した信号、即ちセンサー部Ａから得られる信号と前記第２ローパスフィルタ１８を通過した信号、即ちセンサー部Ｂから得られる信号とを加算する第３加算回路、２４は前記第３ローパスフィルタ１９を通過した信号、即ちセンサー部Ｃから得られる信号と前記第４ローパスフィルタ２０を通過した信号、即ちセンサー部Ｄから得られる信号とを加算する第４加算回路である。

２５は前記第１加算回路２１の出力信号及び第２加算回路２２の出力信号が入力される第１比較回路であり、入力される信号のレベル差に基づいた信号を出力するように構成されている。即ち、斯かる第１比較回路２５から出力される信号は、サーボ用光検出器１０を構成するセンサー部Ａとセンサー部Ｄより得られる信号を加算した信号とセンサー部Ｂとセンサー部Ｃより得られる信号を加算した信号とを比較した信号であり、その出力信号のレベルは、サーボ用光検出器１０上に照射されるサーボ用反射レーザー光Ｌ３のスポットＳの照射位置に応じて変化する。

即ち、サーボ用光検出器１０において、センサー部Ａ及びＤとセンサー部Ｂ及びＣとを分割する分割線Ｖの左側(図３において)にスポットＳがズレている場合には、第１加算回路２１の出力信号のレベルが第２加算回路２２の出力信号のレベルより大きくなるため、第１比較回路２５の出力信号のレベルは＋側に大きくなる。反対に、センサー部Ａ及びＤとセンサー部Ｂ及びＣとを分割する分割線Ｖの右側(図３において)にスポットＳがズレている場合には、第２加算回路２２の出力信号のレベルが第１加算回路２１の出力信号のレベルより大きくなるため、第１比較回路２５の出力信号のレベルは−側に大きくなる。

斯かるスポットＳの位置に対応して第１比較回路２５の出力信号のレベルが変化することになるが、斯かるレベルの変化は、フォーカスレンズ３のＸ方向への変位に伴う走査用レーザー光Ｌ４のＸ方向、即ち上下方向の変位量に対応するように構成されている。

２６は前記第３加算回路２３の出力信号及び第４加算回路２４の出力信号が入力される
第２比較回路であり、入力される信号のレベル差に基づいた信号を出力するように構成されている。即ち、斯かる第２比較回路２６から出力される信号は、サーボ用光検出器１０を構成するセンサー部Ａとセンサー部Ｂより得られる信号を加算した信号とセンサー部Ｃとセンサー部Ｄより得られる信号を加算した信号とを比較した信号であり、その出力信号のレベルは、サーボ用光検出器１０上に照射されるサーボ用反射レーザー光Ｌ３のスポットＳの照射位置に応じて変化する。

即ち、サーボ用光検出器１０において、センサー部Ａ及びＢとセンサー部Ｃ及びＤとを分割する分割線Ｈの上側(図３において)にスポットＳがズレている場合には、第３加算回路２３の出力信号のレベルが第４加算回路２４の出力信号のレベルより大きくなるため、第２比較回路２６の出力信号のレベルは＋側に大きくなる。反対に、センサー部Ａ及びＢとセンサー部Ｃ及びＤとを分割する分割線Ｈの下側(図３において)にスポットＳがズレている場合には、第４加算回路２４の出力信号のレベルが第３加算回路２３の出力信号のレベルより大きくなるため、第２比較回路２６の出力信号のレベルは−側に大きくなる。

斯かるスポットＳの位置に対応して第２比較回路２６の出力信号のレベルが変化することになるが、斯かるレベルの変化は、フォーカスレンズ３のＹ方向への変位に伴う走査用レーザー光Ｌ４のＹ方向、即ち左右方向の変位量に対応するように構成されている。

２７は走査用レーザー光Ｌ４の照射方向に対する制御動作及びレーザーダイオード１の照射動作等を制御する制御回路、２８は前記制御回路２７によって動作が制御されるレーザー駆動回路であり、前記レーザーダイオード１に駆動信号を供給する作用を成すものである。

２９は前記制御回路２７によって動作が制御されるＸ位置指示信号生成回路であり、該制御回路２７から出力される制御信号に基づいて走査用レーザー光Ｌ４のＸ位置、即ち上下方向の位置を指示する信号を出力するように構成されている。３０は前記制御回路２７によって動作が制御されるＹ位置指示信号生成回路であり、該制御回路２７から出力される制御信号に基づいて走査用レーザー光Ｌ４のＹ位置、即ち左右方向の位置を指示する信号を出力するように構成されている。

３１は前記第１比較回路２５の出力信号及びＸ位置指示信号生成回路２９から出力される信号が入力されるＸ方向サーボ回路であり、入力される信号のレベル差を無くする方向のサーボ信号を生成出力するように構成されている。３２は前記第２比較回路２６の出力信号及びＹ位置指示信号生成回路３０から出力される信号が入力されるＹ方向サーボ回路であり、入力される信号のレベル差を無くする方向のサーボ信号を生成出力するように構成されている。

３３は前記レンズホルダー４に取り付けられているＸ方向駆動用コイル３４に駆動信号を供給するＸ方向駆動コイル駆動回路であり、前記Ｘ方向サーボ回路３１から出力されるサーボ信号に基づいて駆動信号を供給するように構成されている。３５は前記レンズホルダー４に取り付けられているＹ方向駆動用コイル３６に駆動信号を供給するＹ方向駆動コイル駆動回路であり、前記Ｙ方向サーボ回路３２から出力されるサーボ信号に基づいて駆動信号を供給するように構成されている。

３７は前記信号検出用光検出器１１を構成するセンサー部Ｅから得られる信号である電流を電圧に変換する第５Ｉ／Ｖ変換器、３８は前記信号検出用光検出器１２を構成するセンサー部Ｆから得られる信号である電流を電圧に変換する第６Ｉ／Ｖ変換器、３９は前記第５Ｉ／Ｖ変換器３７及び第６Ｉ／Ｖ変換器３８によって電圧に変換された信号が入力される第５加算回路であり、前記信号検出用光検出器１１及び信号検出用光検出器１２から
得られる信号を加算する作用を成すものである。従って、前記第５加算回路３９から得られる信号は、対象物から反射されて入射される走査用反射レーザー光Ｌ５から得られる信号となる。

４０は前記第５加算回路３９によって加算された出力信号が入力される受信信号処理回路であり、入力される信号の復調動作等を行うように構成されている。４１は前記受信信号処理回路４０によって復調された信号が入力される情報信号処理回路であり、対象物との間の距離、相対速度及び形状等の情報を抽出処理することによって、各種データを表示器４２に表示させるように構成されている。

以上に説明したように本発明のレーザーレーダー装置は構成されているが、次に動作について説明する。制御回路２７から走査用レーザー光Ｌ４のＸ方向の位置をＸ１にするための制御信号がＸ位置指示信号生成回路２９に対して出力されると、該Ｘ位置指示信号生成回路２９から不揮発性メモリー(図示せず)に記憶されているデータに基いて走査用レーザー光Ｌ４をＸ１位置にするための指示信号がＸ方向サーボ回路３１に対して出力される動作が行われる。

また、制御回路２７からレーザー駆動回路２８に対する制御信号が出力され、該レーザー駆動回路２８からレーザーダイオード１に対してパルス状の駆動信号が供給される。斯かる駆動信号がレーザーダイオード１に供給されると、該レーザーダイオード１からレーザー光Ｌが放射される。

図１に示した実施例において、前記レーザーダイオード１から放射されたレーザー光Ｌは、偏光回折ビームスプリッタ２にて反射され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に入射されたレーザー光Ｌ１は、該フォーカスレンズ３による合焦動作によって低反射ミラー５上に照射されるが、その大部分はレーザー光Ｌ２として透過し、一部はサーボ用反射レーザー光Ｌ３として反射される。

前記低反射ミラー５を透過したレーザー光Ｌ２は、照射レンズ６に入射され、該照射レンズ６によって平行光である走査用レーザー光Ｌ４に変換されるとともに４分の１波長板９を通して対象物に対して照射されることになる。

一方、前記低反射ミラー５にて反射されたサーボ用反射レーザー光Ｌ３は、フォーカスレンズ３及び前記偏光回折ビームスプリッタ２を透過した後サーボ用光検出器１０に照射される。前記サーボ用光検出器１０上には、サーボ用反射レーザー光Ｌ３の照射位置が図３に示すようなスポットＳとして表される。

前記サーボ用光検出器１０は、前述したように４分割センサー部Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤにて構成されているため、スポットＳの照射位置に応じた検出信号が、ローパスフィルタ１７、１８、１９及び２０から出力される。斯かる検出信号が前記ローパスフィルタ１７、１８、１９及び２０から出力されると、各々の信号が第１加算回路２１、第２加算回路２２、第３加算回路２３及び第４加算回路２４にて加算された後、第１比較回路２５及び第２比較回路２６に入力される。

前記第１比較回路２５からは、前述したように走査用レーザー光Ｌ４のＸ方向の変位位置に応じた信号、即ち(Ａ＋Ｄ)−(Ｂ＋Ｃ)なる信号が出力されてＸ方向サーボ回路３１に入力される。ここで、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは、各センサー部Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤで得られる信号のレベルを表すものである。

一方、前記Ｘ方向サーボ回路３１には、前述したようにＸ位置指示信号生成回路２９か
らＸ１位置を指示する信号が出力されているため、Ｘ方向サーボ回路３１からスポットＳをＸ１の位置に対応した位置に変位させるためのサーボ信号がＸ方向駆動コイル駆動回路３３に対して出力される。

斯かるサーボ信号がＸ方向駆動コイル駆動回路３３に入力されると、該Ｘ方向駆動コイル駆動回路３３からＸ方向駆動用コイル３４に対して駆動信号が供給される。斯かる信号がＸ方向駆動用コイル３４に供給されると、該Ｘ方向駆動用コイル３４に誘起される磁力と磁石(図示せず)から生成される磁気力との協働によりフォーカスレンズ３がＸ方向へ変位せしめられる。そして、斯かるＸ方向への変位動作は、スポットＳをＸ１の位置に対応した位置に変位させるように行われる。斯かるサーボ動作が行われる結果、スポットＳの位置をＸ１の位置にするための制御動作、即ち走査用レーザー光Ｌ４をＸ１位置に照射させるための制御動作が行われる。従って、走査用レーザー光Ｌ４を位置Ｘ１に変位保持するための動作を制御回路２７から出力されるＸ方向の位置決定信号に基づいて行うことが出来ることになる。

以上に説明したようにＸ方向、即ち上下方向の所望位置に走査用レーザー光Ｌ４を変位させる動作は行われるが、次にＹ方向、即ち左右方向の所望位置に走査用レーザー光Ｌ４を変位させる動作について説明する。

前記制御回路２７から走査用レーザー光Ｌ４のＹ方向の位置をＹ１にするための制御信号がＹ位置指示信号生成回路３０に対して出力されると、該Ｙ位置指示信号生成回路３０から不揮発性メモリー(図示せず)に記憶されているデータに基いて走査用レーザー光Ｌ４をＹ１位置にするための指示信号がＹ方向サーボ回路３２に対して出力される。

また、制御回路２７によるレーザー駆動回路２８に対する制御信号が出力され、該レーザー駆動回路２８からレーザーダイオード１に対して駆動信号が供給される。斯かる駆動信号がレーザーダイオード１に供給されると、該レーザーダイオード１からレーザー光Ｌが放射される。前記レーザーダイオード１から放射されたレーザー光Ｌは、偏光回折ビームスプリッタ２にて反射され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に入射されたレーザー光Ｌ１は、該フォーカスレンズ３による合焦動作によって低反射ミラー５上に照射されるが、その大部分はレーザー光Ｌ２として透過し、一部はサーボ用反射レーザー光Ｌ３として反射される。

前記低反射ミラー５を透過したレーザー光Ｌ２は、照射レンズ６に入射され、該照射レンズ６によって平行光である走査用レーザー光Ｌ４に変換されるとともに４分の１波長板９を通して対象物に対して照射されることになる。

一方、前記低反射ミラー５にて反射されたサーボ用反射レーザー光Ｌ３は、フォーカスレンズ３及び前記偏光回折ビームスプリッタ２を透過した後サーボ用光検出器１０に照射される。前記サーボ用光検出器１０上には、サーボ用反射レーザー光Ｌ３の照射位置が図３に示すようなスポットＳとして表される。

前記サーボ用光検出器１０は、前述したように４分割センサー部Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤにて構成されているため、スポットＳの照射位置に応じた検出信号が、ローパスフィルタ１７、１８、１９及び２０から出力される。斯かる検出信号が前記ローパスフィルタ１７、１８、１９及び２０から出力されると、各々の信号が第１加算回路２１、第２加算回路２２、第３加算回路２３及び第４加算回路２４にて加算された後、第１比較回路２５及び第２比較回路２６に入力される。

前記第２比較回路２６からは、前述したように走査用レーザー光Ｌ４のＹ方向の変位位
置に応じた信号、即ち(Ａ＋Ｂ)−(Ｃ＋Ｄ)なる信号が出力されてＹ方向サーボ回路３２に入力される。

一方、前記Ｙ方向サーボ回路３２には、前述したようにＹ位置指示信号生成回路３０からＹ１位置を指示する信号が出力されているため、Ｙ方向サーボ回路３２からスポットＳをＹ１の位置に対応した位置に変位させるためのサーボ信号がＹ方向駆動コイル駆動回路３５に対して出力される。

斯かるサーボ信号がＹ方向駆動コイル駆動回路３５に入力されると、該Ｙ方向駆動コイル駆動回路３５からＹ方向駆動用コイル３６に対して駆動信号が供給される。斯かる信号がＹ方向駆動用コイル３６に供給されると、該Ｙ方向駆動用コイル３６に誘起される磁力と磁石から生成される磁気力との協働によりフォーカスレンズ３がＹ方向へ変位せしめられる。そして、斯かるＹ方向への変位動作は、スポットＳをＹ１の位置に対応した位置に変位させるように行われる。斯かるサーボ動作が行われる結果、スポットＳの位置をＹ１の位置にするための制御動作、即ち走査用レーザー光Ｌ４をＹ１位置に照射させるための制御動作が行われる。従って、走査用レーザー光Ｌ４を位置Ｙ１に変位保持するための動作を制御回路２７から出力されるＹ方向の位置決定信号に基づいて行うことが出来る。

前述したように制御回路２７から出力されるＸ方向及びＹ方向の位置を決定指示する信号が出力されると、指示された位置に走査用レーザー光Ｌ４を移動させる制御動作をフォーカスレンズ３を変位させる動作によって行うことが出来る。従って、例えば図４に示すように走査用レーザー光Ｌ１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制御動作をフォーカスレンズ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。

以上に説明したように走査用レーザー光Ｌ４を所定の範囲であるＸ方向及びＹ方向へ変位させる動作、即ちスキャニング動作は行われるが、斯かる動作が行われているとき、所定の範囲内にある対象物から反射されるレーザー光が走査用反射レーザー光Ｌ５として４分の１波長板９を通して照射レンズ６に入射される。

前記照射レンズ６に入射された走査用反射レーザー光Ｌ５は、低反射ミラー５及びフォーカスレンズ３を介して偏光回折ビームスプリッタ２に照射されることになる。その結果、前記偏光回折ビームスプリッタ２に照射された走査用反射レーザー光Ｌ５は、該偏光回折ビームスプリッタ２の回折偏光動作によって±１次光である信号レーザー光Ｌ５ａ及びＬ５ｂに変換される。

このようにして変換された信号レーザー光Ｌ５ａ及びＬ５ｂは、各々信号検出用光検出器１１及び１２に照射される。斯かる信号レーザー光Ｌ５ａ及びＬ５ｂが信号検出用光検出器１１及び１２に照射されると、センサー部Ｅ及びＦから得られる信号が第５加算回路３９によって加算される。

前記第５加算回路３９によって加算された信号は、受信信号処理回路４０に入力されて復調処理動作が行われる。前記受信信号処理回路４０に入力されて復調処理動作が行われる信号は、対象物から反射された走査用反射レーザー光Ｌ５から得られる信号であり、対象物との間の距離、相対速度及び形状等の情報データが復調されることになる。

前記受信信号処理回路４０によって復調された各種の信号が情報信号処理回路４１に入力されると、該情報信号処理回路４１による信号処理動作が行われ、各種データが表示器４２に表示される。斯かる動作が行われる結果、対象物から得られる情報を得るという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。

前述したように図３に示したブロック回路図に基く、図１に示した実施例の動作は行われるが、図２に示した実施例における制御動作は同様に行われるので、その説明は省略する。

尚、レーザー光の照射位置を変更させる動作を行う場合にレーザー駆動回路２８からレーザーダイオード１に供給される駆動信号は、必要な情報を得るために照射タイミングを選択しながら行われるパルス信号が一般的である。パルス信号に基づいてレーザーダイオード１の発光駆動動作が行われると、サーボ用光検出器１０から得られる信号にパルス成分が含まれるので、本実施例では、斯かるパルス信号を削除するためにローパスフィルタ１７、１８、１９及び２０が設けられている。

また、本実施例に使用される低反射ミラー５としては、ガラス板や樹脂板を使用することが出来るが、該低反射ミラー５の反射面、即ちフォーカスレンズ３に対向する面から反射されるレーザー光を利用するため、反対側の面、即ち照射レンズ６側の面には、反射防止膜が形成されている。斯かる反射防止膜を低反射ミラー５の照射レンズ６側の面に設けることによってフォーカスレンズ３の位置を検出するために使用するサーボ用反射光Ｌ３として正しい反射光を得ることが出来るので、位置検出動作を正確に行うことが出来る。

更に、図２に示した実施例において、低反射ミラー５と４分の１波長板９とを一体的に構成することによって構成を簡単にすることが出来るが、この場合には、４分の１波長板９の照射レンズ６側の面に反射防止膜を設けることによって反射特性を改善することが出来る。

また、本実施例において、照射レンズ６を第１レンズ７及び第２レンズ８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。そして、偏光回折ビームスプリッタ２及び低反射ミラー５の透過率や反射率は、レーザーダイオード１から照射されるレーザー出力やレーダー装置として動作させる対象物までの距離等に基いて種々設定することは出来る。

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。 本発明のレーザーレーダー装置の一実施例を示すブロック回路図である。 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 偏光回折ビームスプリッタ
３ フォーカスレンズ
５ 低反射ミラー
６ 照射レンズ
９ ４分の１波長板
１０ サーボ用光検出器
１１ 信号検出用光検出器
１２ 信号検出用光検出器

Claims (10)

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入射されたレーザー光が透過及び反射され、且つ前記レーザー光に対して９０度偏光されたレーザー光を回折する偏光回折ビームスプリッタと、前記偏光回折ビームスプリッタにて反射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る合焦点に設けられているとともに一部のレーザー光を反射させ、且つ大部分のレーザー光を透過させる低反射ミラーと、該低反射ミラーを透過し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走査用反射レーザー光が入射される照射レンズと、前記低反射ミラー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、前記低反射ミラーにて反射されたサーボ用反射レーザー光が前記フォーカスレンズ及び偏光回折ビームスプリッタを介して照射される位置に設けられているサーボ用光検出器と、前記照射レンズに入射されるとともに前記低反射ミラー及びフォーカスレンズを透過した走査用反射レーザー光が前記偏光回折ビームスプリッタにて回折された信号レーザー光が照射される位置に設けられた信号検出用光検出器とより成り、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. サーボ用光検出器に照射されるサーボ用反射レーザー光の照射位置によって走査用レーザー光の照射方向を制御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。
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とともにサーボ用光検出器にて得られる信号によってＸ方向及びＹ方向の位置を制御するようにしたことを特徴とする請求項２に記載のレーザーレーダー装置。
4. サーボ用光検出器としてＡＢＣＤの４つのセンサー部より構成された４分割センサーを使用し、Ｘ方向及びＹ方向に対応して配置されている２組のセンサーより得られる信号の差である差信号に基づいてＸ方向及びＹ方向の位置を認識するようにしたことを特徴とする請求項３に記載のレーザーレーダー装置。
5. ４分の１波長板を照射レンズと対象物との間の光路内に配置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。
6. ４分の１波長板を低反射ミラーと照射レンズとの間の光路内に配置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。
7. 低反射ミラーの照射レンズ側の面に反射防止膜を形成したことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のレーザーレーダー装置。
8. 低反射ミラーをガラス板または樹脂板にて構成したことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のレーザーレーダー装置。
9. ４分の１波長板と低反射ミラーとを一体的に光路内に配置したことを特徴とする請求項６に記載のレーザーレーダー装置。
10. ４分の１波長板の照射レンズ側の面に反射防止膜を形成したことを特徴とする請求項９に記載のレーザーレーダー装置。

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