JP2013148446A - レーザレーダの製造方法及びレーザレーダ - Google Patents

Abstract

【課題】比較的安価なレーザ光源を選別の手間なく用いることでコストを抑えながらも、高精度に対象物までの距離を測定できる小型のレーザレーダの製造方法及びそれにより製造されるレーザレーダを提供する。
【解決手段】波長測定工程で測定された波長を基準に決定される所望の透過帯域のバンドパスフィルタ１０４を選択して、測定に供した半導体レーザ１０１とセットで組み込むことができるので、半導体レーザ１０１の発振波長の個体バラツキに合わせてバンドパスフィルタ１０４の透過帯域を決めることができる。それにより、低コストでありながら、良好な不要光排除機能を有し、高精度に対象物までの距離を測定できるレーザレーダ１００を製造することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーザレーダの製造方法及びレーザレーダに関する。

対象物までの距離を測定する装置として、対象物に向かってレーザ光を出射するレーザ光源を含む投光光学系と、対象物に当たって反射したレーザ光の反射光を受光する受光光学系を用いたレーザレーダが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

このようなレーザレーダにおいて、レーザ光源を非常に短い時間、例えば１０ｎｓ程度だけパルス状に発光させ、投光光学系を介して対象物に向けてレーザ光を出射すると、出射されたレーザ光は即座に対象物で反射され、受光光学系を介して受光素子で受光される。ここで、レーザ光の出射と受光の時間差は、レーザ光が対象物までの距離を往復する時間であるから、この時間差に光速を乗じ、２で除すれば対象物までの距離が得られることとなる。

ところで、レーザレーダの場合、対象物から反射したレーザ光以外の外乱光がフォトダイオードなどの受光素子に入射すると、それに起因したノイズが生じるため、対象物までの正確な距離を測れなくなる恐れがある。そこで、受光素子に入射する光の波長帯域を制限し、ノイズの原因になる外乱光の影響を低減させることが行われている。一つの方法としては、受光光学系に、透過光の帯域を制限したバンドパスフィルタを組み込むことが考えられる。かかる方法によれば、バンドパスフィルタの透過帯域とレーザの波長帯域とを略一致させることで、帯域外波長である外乱光の受光素子への侵入を阻止し、これに関わるノイズを低減できるのである。

特開２０１０−１９７３４１号公報 特開２００３−１３０９５４号公報 特開２００８−１３５６８９号公報

しかるに、使用するレーザ光源においては個体バラツキが或る程度存在するので、ばらついた発振波長でも必ず含まれるようにバンドパスフィルタの透過帯域を広く取ると、外乱光の受光素子への侵入が増加し、受光信号のS/N比を悪化させる原因となる。これに対し、外乱光の侵入を抑制すべく、バンドパスフィルタの透過帯域を狭めると、それに合わせてレーザ光源の発振波長を絞り込む必要が生じ、規格外品を排除すべくレーザ光源の選別が必要になるが、それにより歩留まりが低下してコストが上昇するという問題がある。よって、安価なレーザ光源を用いてコストを抑えながらも、高精度に対象物までの距離を測定できるレーザレーダが望まれている。

一方、多層膜で作成されたバンドパスフィルタは、入射光の入射角が変化すると、透過帯域がシフトすることが知られている。これを利用して、入射光に対してバンドパスフィルタを積極的に傾けることにより入射角を変化させ、透過帯域をシフトさせることにより、個々のレーザの波長帯域ズレや温度特性による波長帯域の変化を打ち消す技術が知られている（例えば、特許文献３参照）。

そこで、かかる技術を利用して、レーザ光源の発振波長の個体バラツキに応じて、バンドパスフィルタを傾けてレーザレーダに組み付けることで、発振波長のバラツキに応じた透過帯域を設定するという方策も考えられる。しかしながら、例えばアクティブセーフティを確保すべくレーザレーダを車両に搭載する場合など、このような方策では不十分である。その理由について説明する。

過酷な環境下での使用が前提である車載用レーザレーダは、想定される環境温度範囲が例えば、−３０℃〜＋８０℃と非常に広範囲である。ところが、レーザ光源として用いる一般的な半導体レーザの場合、周辺環境の温度や自身の発熱の影響で発振波長が非常に大きく変動する。従って、半導体レーザの発振波長の個体バラツキに応じて、初期状態でバンドパスフィルタを傾けて組み付けるようにした場合、温度変化による発振波長の変動分に応じた帯域シフト（傾き角）の調整代に余裕がなくなってしまったり、或いはバンドパスフィルタの傾き角が大きくなりすぎ、必要光束をカバーするためにバンドパスフィルタが大型化するという問題がある。さらに、バンドパスフィルタの傾き角が大きくなると、その透過特性の劣化を引き起こし、受光効率を劣化させるという問題もある。尚、このような問題は、バンドパスフィルタを傾けて透過帯域をシフトさせる技術に限らず生じうる。

本発明は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、比較的安価なレーザ光源を選別の手間なく用いることでコストを抑えながらも、高精度に対象物までの距離を測定できる小型のレーザレーダの製造方法及びそれにより製造されるレーザレーダを提供することを目的とする。

請求項１に記載のレーザレーダの製造方法は、レーザ光源と、前記レーザ光源からの発散光を平行光に変換するコリメートレンズと、前記コリメートレンズで平行とされたレーザ光を対象領域に走査投光する第１の反射部材と、を含む投光光学系と、
走査投光された前記対象領域からの反射光を反射させる第２の反射部材と、所定の波長帯域の光を透過させるバンドパスフィルタと、前記第２の反射部材で反射された反射光のうち前記バンドパスフィルタを透過した光を受光する受光部と、を含む受光光学系と、
前記バンドパスフィルタの透過帯域が前記レーザ光源の発振波長を含むように、前記バンドパスフィルタの透過帯域を変化させる特性変更手段と、を有するレーザレーダの製造方法であって、
前記レーザ光源の発振波長を測定する波長測定工程と、
前記波長測定工程で測定された発振波長に基づいて決定される透過帯域を有するバンドパスフィルタを選択して、測定に供した前記レーザ光源とセットで組み込む組立工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、波長測定工程で測定された発振波長に基づいて決定される透過帯域のバンドパスフィルタを選択して、測定に供したレーザ光源とセットで組み込むので、レーザ光源の発振波長の個体バラツキに合わせて、適切な透過帯域のバンドパスフィルタを使用することができる。それにより、レーザ光源を選別の手間なく用いることができるため低コストで、良好な不要光排除機能を有し、高精度に対象物までの距離を測定できるレーザレーダを製造することができる。又、レーザレーダの小型化が可能になる。

請求項２に記載のレーザレーダの製造方法は、請求項１に記載の発明において、前記特性変更手段は、前記第２の反射部材からの反射光に対して、前記バンドパスフィルタの傾き角を変更する回動機構を含み、前記回動機構により前記傾き角を変更することにより、前記バンドパスフィルタの透過帯域を変更するようになっていることを特徴とする。

多層膜で作成されたバンドパスフィルタは、入射光の入射角が変化すると、透過帯域がシフトすることが知られている。本発明により製造されるレーザレーダは、対象領域からの反射光に対して、バンドパスフィルタの傾き角を変更する回動機構を含み、回動機構により傾き角を変更することにより、バンドパスフィルタの透過帯域を変更することができる。かかる場合、レーザ光源の発振波長の個体バラツキに合わせて適切な透過帯域のバンドパスフィルタを使用することと相まって、温度変化によるレーザ光源の発振波長の変動分に応じた透過帯域シフト（傾き角）の調整代を十分なものとでき、これによりバンドパスフィルタの最大傾き角を抑えて、レーザレーダの小型化を図ることができる。更に、バンドパスフィルタへのレーザ光の入射角が不要に大きくならないため、バンドパスフィルタの性能劣化を防ぐこともできる。また、透過帯域のシフト量は傾き角の変化量と対応しているため、傾き角の変更制御の刻み幅を細かくすることで透過帯域のシフト量を細かく制御することができ、透過帯域の極めて狭いバンドパスフィルタも用いることができるようになり、不要光排除をより効率的に行うことが可能となる。

請求項３に記載のレーザレーダの製造方法は、請求項１又は２に記載の発明において、前記波長測定工程に際し、測定に供されるレーザ光源がおかれた環境の温度を使用温度範囲の中間値である基準温度とすることを特徴とする。

バンドパスフィルタの組み付け前に、周辺環境の温度を使用温度範囲の中間値である基準温度に設定して前記レーザ光源の発振波長を測定することで、バンドパスフィルタの選別又は設定を正確に行うことが出来る。

請求項４に記載のレーザレーダは、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザレーダの製造方法により製造され、前記レーザ光源の環境温度と前記レーザ光源の発振波長のうち少なくとも一方を測定する測定部を有し、前記測定部で測定された環境温度と前記レーザ光源の発振波長のうち少なくとも一方に基づいて、前記回動機構により前記第２の反射部材からの反射光に対し前記バンドパスフィルタの透過帯域を変化させることを特徴とする。

なお、本願においては「レーザ光源の環境温度」とは、レーザ光源そのものの温度又はレーザ光源周辺のレーザ光源と略同温の周辺領域の温度をいう。

測定部が、レーザ光源から出射されたレーザ光の波長を測定するものである場合、レーザ光の波長を観測することで、環境温度変化に起因して発振波長がシフトしたときに、バンドパスフィルタを適切な角度に傾けることで、シフトした波長が含まれるように、その透過帯域を調整することができる。また、レーザ光源の経時変化に起因した特性の変化や不具合にも対応することができる。例えば、車載などで使われるレーザレーダでは、視界に影響を与えないように、レーザ光源の発振波長は可視光帯域でなく赤外帯域が使われることが多いため、レーザ光源が実際に発光しているかどうか視認することができない。これに対し本発明によれば、測定部によりレーザ光源の発光を常に監視することができるため、例えばレーザ光源が発光しないことを検知して、利用者（運転手）にレーザレーダが不作動であることを警告することなどが可能になる。

一方、測定部が、レーザ光源の環境温度を測定するものである場合、レーザ光源の環境温度を観測することで、組み立て時に測定した基準温度時の発振波長とレーザ光源の温度特性とから、各温度時における発振波長を推測することができ、これに応じてバンドパスフィルタを適切な角度に傾けることができる。また、レーザ光源の発振波長を直接測定するためには、投光光学系の光路中にレーザ光を分岐するミラーを配置する必要があり、かかるミラーを透過することでレーザ光に少なからず光量損失が起こり、投光効率が低下するのであるが、測定部がレーザ光源の環境温度を測定するものであれば、レーザ光源の環境温度から発振波長を推測することができるから、ミラー等の分岐手段が不要になり投光時の損失を少なくすることが可能になる。

請求項５に記載のレーザレーダは、請求項４に記載の発明において、前記受光光学系は、前記対象領域から、前記第２の反射部材、前記バンドパスフィルタ、前記受光部に前記反射光を集光する受光レンズ、前記受光部の順に配置されていることを特徴とする。

レーザレーダは対象物の一点測距でなく、レーザ光を所定範囲の走査領域内で走査させるものであるため、反射光は走査領域内の対象物の存在する方向から戻ってくる。よって、第２の反射部材、バンドパスフィルタ、受光レンズ、受光部の順に配置し、バンドパスフィルタを受光レンズと第２の反射部材の間に配置することで、走査方向に関わらずバンドパスフィルタを透過する反射光の入射角を一定にでき、レーザ光の波長に対して異なる不要光を適切に分離排除することができ、走査方向に関わらずバンドパスフィルタの透過効率を一定にすることができる。

請求項６に記載のレーザレーダは、請求項４又は５に記載の発明において、以下の条件式を満足することを特徴とする。
０＜（ｈ／２−ｓ・θ） （１）
ｈ：前記バンドパスフィルタの半値全幅（ｎｍ）
ｓ：前記バンドパスフィルタの傾き角に対する透過帯域の中心波長の変動量（ｎｍ／度）
θ：最も測定距離が遠い時の光軸に対する周辺光線角度（度）

対象物の反射条件が同じ場合、対象物からの反射光は、レーザレーダから対象物までの測定距離が長くなるほど少量になる。そのときS/N比を劣化させないためには、受光光学系で損失することなく、受光素子まで効率よく反射光を導くことが求められる。しかし、バンドパスフィルタの透過帯域は入射角により変動するため、この入射角が不適切であると、実際に照射されたレーザ光の波長が透過帯域から外れてしまう恐れがある。そのため、バンドパスフィルタに入射する光束は、レーザレーダからの出射光と略平行であることが求められる。レーザレーダの測距限界において、条件式（１）の下限を上回ることによりレーザ光の波長に対して異なる不要光を適切に分離排除することができる。

尚、「バンドパスフィルタの半値全幅」とは、バンドパスフィルタの透過領域における最大透過率に対して透過率が１／２となる帯域の幅をいい、実際にバンドパスフィルタの透過率を測定したグラフにおいて高周波成分が重畳されるときは、ローパスフィルタをかけるなどして、その前後で平均化した値を用いて、半値全幅を測定することとする。

請求項７に記載のレーザレーダは、請求項４〜６のいずれかに記載の発明において、前記第１の反射部材と前記第２の反射部材は異なる部材であり、前記第１の反射部材と前記第２の反射部材が、同期して回動することを特徴とする。

これにより、投光光学系と受光光学系とを任意の位置に配置でき、レーザレーダのレイアウトの自由度が高まる。又、第１の反射部材と第２の反射部材を同じ部材とすると、レーザ光源の内部反射によるノイズが測距に悪影響を及ぼす恐れがあり、ノイズ対策が必要になる場合があるが、第１の反射部材と第２の反射部材を異なる部材にすることで、ノイズ対策が容易になる。

請求項８に記載のレーザレーダは、請求項４〜６のいずれかに記載の発明において、前記第１の反射部材と前記第２の反射部材が、同一の反射部材であることを特徴とする。

第１の反射部材と第２の反射部材が、同一の反射部材であると、別部材にした際の回転同期をとる必要がなくなり、またレーザレーダの小型化を図れる。

請求項９に記載のレーザレーダは、請求項７又は８に記載の発明において、前記第１の反射部材と前記第２の反射部材がポリゴンミラーであることを特徴とする。これにより高精度な走査が可能になる。

請求項１０に記載のレーザレーダは、請求項４〜９のいずれかに記載の発明において、前記レーザレーダが車載用であることを特徴とする。本発明のレーザレーダは、車載用として好適である。

本発明によれば、比較的安価なレーザ光源を選別の手間なく用いることでコストを抑えながらも、高精度に対象物までの距離を測定できる小型のレーザレーダの製造方法及びそれにより製造されるレーザレーダを提供することができる。

本実施の形態にかかるレーザレーダを車両に搭載した状態を示す概略図である。 第１の実施の形態にかかるレーザレーダ１００の概略構成図である。 レーザレーダ１００の製造方法を説明するためのフローチャートである。 第１の実施の形態にかかるレーザレーダ１００のバンドパスフィルタへの入射角変更制御について説明するフローチャートである。 第２の実施の形態にかかるレーザレーダ１００’の概略構成図である。 第２の実施の形態にかかるレーザレーダ１００’のバンドパスフィルタへの入射角変更制御について説明するフローチャートである。 第３の実施の形態にかかるレーザレーダ１００”の概略構成図である。 本実施の形態に用いられるバンドパスフィルタの帯域特性の一例を示す図である。 特性変更手段の変形例を示す斜視図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施の形態にかかるレーザレーダを車両に搭載した状態を示す概略図である。本実施の形態のレーザレーダ１００は、車両１のフロントウィンドウ１ａの背後、もしくはフロントグリル１ｂの背後に設けられている。

図２は、第１の実施の形態にかかるレーザレーダ１００の概略構成図である。レーザレーダ１００は、例えば、使用温度領域で最長となる波長が９００ｎｍ程度の光束を出射する半導体レーザ１０１と、半導体レーザ１０１からの発散光を平行光に変換するコリメートレンズ１０２と、コリメートレンズ１０２で平行とされたレーザ光を、回転する反射面により対象物２側（図１）に向かって走査投光すると共に、走査投光された対象物２からの反射光を反射させるポリゴンミラー（ここでは第１の反射部材及び第２の反射部材）１０３と、垂直入射又はその近傍の入射角のとき透過帯域の中心波長が９００ｎｍ程度のバンドパスフィルタ１０４と、ポリゴンミラー１０３で反射された対象物２からの反射光を集光する受光レンズ１０５と、受光レンズ１０５で集光された反射光を受光する受光部１０６と、バンドパスフィルタ１０４を回動駆動する駆動部（回動機構）１１１と、駆動部１１１を駆動制御する駆動ドライバ１０７と、バンドパスフィルタ１０４の回動角を検出する角度検知部１０８と、半導体レーザ１０１の環境温度（半導体レーザ１０１の温度又は半導体レーザ１０１周辺の略同温となる周辺領域の温度）を測定する温度検知部１０９と、これらの制御を司ると共に、受光部１０６からの信号に基づいて対象物２までの距離を測定する制御部１１０と、を有する。尚、制御部１１０は、半導体レーザ１０１の温度変化時の発振波長の変化量（温度特性）と、バンドパスフィルタの傾き角と透過帯域特性との関係を記憶しているものとする。ここで、半導体レーザ１０１と、コリメートレンズ１０２と、ポリゴンミラー１０３とで投光光学系を構成し、ポリゴンミラー１０３と、バンドパスフィルタ１０４と、受光レンズ１０５と、受光部１０６とで受光光学系を構成する。又、駆動部１１１と、駆動ドライバ１０７とで特性変更手段を構成する。

なお、走査投光を行うための反射面としてはポリゴンミラーに限るものでなく、往復揺動するガルバノミラー、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラー、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）等を用いてもよい。

また、バンドパスフィルタの半値全幅をｈ（ｎｍ）、バンドパスフィルタの傾き角に対する透過帯域の中心波長の変動量をｓ（ｎｍ／度）、最も測定距離が遠い時の光軸に対する周辺光線角度をθ（度）としたとき、
０＜（ｈ／２−ｓ・θ） （１）
を満たすように設定されていることが望ましい。

以下、レーザレーダ１００の製造方法について説明する。図３は、レーザレーダ１００の製造方法を説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ１０１で、透過波長帯域が異なるバンドパスフィルタ１０４を複数個製作する。より具体的には、垂直入射での透過帯域の中心波長（以下、透過中心波長という場合がある）が、半導体レーザ１０１の使用温度領域で最長となる波長を基準として、その前後に例えば１０ｎｍ毎にシフトするように設定することが望ましい。

次に、ステップＳ１０２において、製作したバンドパスフィルタ１０４の各々について、入射光の入射角を変化させて、各入射角における透過中心波長を測定し記録しておく。

更に、ステップＳ１０３（波長測定工程）で、基準温度（例えば２０℃）で、実際に組み込む半導体レーザ１０１の発振波長を測定すると共に、基準温度での発振波長から、例えば−３０〜８０℃の範囲の環境温度変化に対する半導体レーザ１０１の発振波長の変化量の関係を制御部１１０に記憶させる。また、ステップＳ１０４で、バンドパスフィルタ１０４以外のレーザレーダ各部（測定に供した半導体レーザ１０１を含む）を組み立てる。なお、各温度における半導体レーザ１０１の発振波長の値は、実際に各温度にした状態で直接的に測定して記憶させてもよい。

その後、ステップＳ１０５では、ステップＳ１０３で想定した半導体レーザ１０１の発振波長の最大値が、バンドパスフィルタ１０４が入射光に対して直交もしくはその近傍で透過中心波長となるような透過帯域特性を有するバンドパスフィルタ１０４を選択する。これは、バンドパスフィルタ１０４が、入射光に対して直交する位置から入射角が変化するよう傾けていくと、短波長側にのみ透過帯域がシフトするからである。

ステップＳ１０６（組立工程）において、このようにして選択されたバンドパスフィルタ１０４をレーザレーダ１００内の駆動部１１１に取り付ける。このとき、ステップＳ１０５で選択されたバンドパスフィルタ１０４への入射角を変化させた場合の各入射角における透過中心波長の値を入射角と関連づけて制御部１１０に記憶させる。すなわち、制御部１１０には、バンドパスフィルタ１０４の選択に使用した半導体レーザ１０１の各温度時の発振波長のデータと、選択されたバンドパスフィルタ１０４の各入射角時の透過中心波長のデータとが記憶される。以上で、レーザレーダ１００の製造工程が完了する。

次に、図２に示すレーザレーダ１００の測距動作について説明する。半導体レーザ１０１からパルス状に間欠的に出射された発散光は、コリメートレンズ１０２で平行光束に変換され、回転するポリゴンミラー１０３を介して対象物２側に走査投光される。図示のポリゴンミラー１０３は４つの側面反射面を有している。また、半導体レーザ１０１からの発散光は、ポリゴンミラー１０３の一つの反射面がコリメートされた平行光束に対して所定の角度範囲内のとき同期して出射され、反射面の切り替わり時には出射されない。

走査投光された光束のうち対象物２に当たって反射したレーザ光は、再びポリゴンミラー１０３に入射して反射され、バンドパスフィルタ１０４を通過して、不要光が排除された後、受光レンズ１０５により集光されて、受光部１０６の受光面で検知されることとなる。バンドパスフィルタ１０４は、透過中心波長が温度検知部１０９で検知した温度のときのレーザ光源の発振波長に略一致するような入射角度に傾けて設定されるので、半導体レーザ１０１の固体バラツキがあっても不要光を確実に排除できる。制御部１１０は、レーザ光の出射と受光の時間差を求め、この時間差に光速を乗じ、２で除することで対象物２までの距離を求めることができる。

本実施の形態によれば、レーザレーダは特定の方向にある対象物の距離を測定する一点測距でなく、レーザ光を所定範囲の走査領域内で走査させるものであるため、対象物２からの反射光は走査領域内の対象物２の存在する方向から戻ってくる。しかし、バンドパスフィルタ１０４を受光レンズ１０５とポリゴンミラー１０３の間に配置することで、走査方向内の対象物２の存在する方向に関わらず、バンドパスフィルタ１０４に入射する反射光の入射角は一定となり、レーザ光の波長に対して異なる不要光を適切に分離排除することができ、走査方向に関わらずバンドパスフィルタ１０４の透過効率を一定にすることができる。

次に、光源である半導体レーザの環境温度に変化が生じた場合におけるバンドパスフィルタへの反射光の入射角変更制御動作について説明する、図４は、第１の実施の形態にかかるレーザレーダ１００におけるバンドパスフィルタ１０４への反射光の入射角変更制御についてのフローチャートである。以下、図４のフローに従い説明する。

レーザレーダ１００の動作スイッチがＯＮされると、ステップＳ２０１で温度検知部１０９が半導体レーザ１０１の環境温度（具体的には、半導体レーザ１０１近傍又は半導体レーザ１０１の本体外装の温度）を測定する。この温度検知は半導体レーザ１０１そのものの温度が検知できるため、本体外装の温度を測定することがより好ましい。このとき測定される温度は、半導体レーザ１０１を駆動していないときの温度であるので、レーザレーダ１００の配置されている環境の温度と略一致する。

次いでステップＳ２０２で、制御部１１０は記憶されたデータに基づいて、選択されたバンドパスフィルタ１０４の透過中心波長が、ステップＳ２０１で測定された温度での半導体レーザ１０１の発振波長と略一致する入射角となる傾き角にバンドパスフィルタを回動させ、初期設定をおこなう。

更にステップＳ２０３で、レーザレーダ１００は、上述の走査測距動作を開始し、以降走査測距動作を継続的に行う。次いで、ステップＳ２０４において、制御部１１０は、動作開始より所定時間経過したか否かを判断する。この所定時間とは温度測定のサンプリング間隔であり、予め半導体レーザ１０１の駆動開始及び駆動中の時間と温度上昇の関係についての実験を行い、関連する発振波長の変化とを勘案して適宜決められている。

制御部１１０が、動作開始より所定時間経過したと判断したときは、ステップＳ２０５に進み、温度検知部１０９からの信号を受信して、半導体レーザ１０１の環境温度を測定する。更にステップＳ２０６で、制御部１１０は、記憶している半導体レーザ１０１の温度変化時の発振波長の変化量から、現在の環境温度における半導体レーザ１０１から出射されるレーザ光の波長を推定し、現在のバンドパスフィルタ１０４の傾き角での透過中心波長とのズレ量が、許容範囲内であるか否かを判断する。

かかるズレ量が許容範囲外であると判断した場合（ステップＳ２０６；Ｎｏ）、制御部１１０は、更にステップＳ２０８で、前回測定の温度より今回測定の温度が高くなったか否かを判断する。温度が高くなった場合（ステップＳ２０８；Ｙｅｓ）には、半導体レーザ１０１の発振波長は長波長側にシフトするので、制御部１１０は、ステップＳ２０９で、記憶しているバンドパスフィルタ１０４の傾き角と透過帯域特性との関係に基づいて、推定した発振波長が、バンドパスフィルタ１０４の透過中心波長と略一致するように、入射角が小さくなる方向に駆動部１１１を動作させ、バンドパスフィルタ１０４を傾ける。なお、「入射角」とは、バンドパスフィルタの透過面の垂線とバンドパスフィルタへ入射する入射光とのなす角である。

一方、ステップＳ２０８で、前回測定の温度より今回測定の温度が低くなったと判断した場合（ステップＳ２０８；Ｎｏ）には、半導体レーザ１０１の発振波長は短波長側にシフトするので、制御部１１０は、ステップＳ２１０で、記憶しているバンドパスフィルタ１０４の傾き角と透過帯域特性との関係に基づいて、推定した発振波長が、バンドパスフィルタ１０４の透過帯域の中心と略一致するように、入射角が大きくなる方向に駆動部１１１を動作させ、バンドパスフィルタ１０４を傾ける。

これに対し、ステップＳ２０６で推定したレーザ光の発振波長と、現在のバンドパスフィルタ１０４の傾き角での透過帯域の中心とのズレ量が、許容範囲内であると判断した場合（ステップＳ２０６；Ｙｅｓ）、バンドパスフィルタ１０４の不要光排除機能は十分であるとして、制御部１１０は駆動部１１１を動作させない（ステップＳ２０７）。その後、ステップＳ２１１で、レーザレーダ１００の動作の完了を求められていない場合（ステップＳ２１１；Ｎｏ）には、制御部１１０は、ステップＳ２０３へと戻って繰り返し制御を実行し、レーザレーダ１００の動作の完了を求められた場合（ステップＳ２１１；Ｙｅｓ）には、ステップＳ２１２で動作を停止する。

図５は、第２の実施の形態にかかるレーザレーダ１００’の概略構成図である。図５に示すレーザレーダ１００’は、上述の実施の形態に対して、コリメートレンズ１０２と、ポリゴンミラー１０３との間の光路内に、レーザ光の一部を反射するハーフミラー１１２を挿入すると共に、ハーフミラー１１２で反射したレーザ光の一部を受光して、その波長を検出する波長検知部１１３を、温度検知部の代わりに設けている。それ以外の構成及び測距動作は、上述した実施の形態と同様であるため、符号を共通として説明を省略する。尚、本実施の形態では、制御部１１０は、半導体レーザ１０１の温度変化時の発振波長の変化量を記憶する必要はないが、選択されたバンドパスフィルタ１０４の各入射角時の透過中心波長のデータは記憶している。なお、ハーフミラー１１２を用いずに、レーザ光束の発散光束のうち測距に使用されない光束を用いて波長を検出してもよい。

次に、レーザレーダ１００’における、光源である半導体レーザに温度変化すなわち波長変化が生じた場合におけるバンドパスフィルタへの反射光の入射角制御動作について説明する、図６は、第２の実施の形態にかかるレーザレーダ１００’のバンドパスフィルタへの反射光の入射角変更制御についてのフローチャートである。以下、図６のフローに従い説明する。

レーザレーダ１００’の動作スイッチがＯＮされると、ステップＳ３０１で波長検知部１１３が半導体レーザ１０１から出射されるレーザ光の発振波長を測定する。

次いでステップＳ３０２で、制御部１１０は記憶されたデータに基づいて、選択されたバンドパスフィルタ１０４の透過中心波長が、測定された半導体レーザ１０１の発振波長と略一致する入射角となる傾き角にバンドパスフィルタを回動させ、初期設定をおこなう。更にステップＳ３０３で、レーザレーダ１００’は、上述の走査測距動作を開始し、以降走査測距動作を継続的に行う。次いで、ステップＳ３０４において、制御部１１０は、動作開始より所定時間経過したか否かを判断する。この所定時間とは波長のサンプリング間隔であり、予め半導体レーザ１０１の駆動開始及び駆動中の時間と温度上昇による波長変化の関係についての実験を行い、時間と発振波長の変化量とを勘案して適宜決められている。

制御部１１０が、動作開始より所定時間経過したと判断したときは、ステップＳ３０５に進み、波長検知部１１３が、レーザ光の波長を測定する。更にステップＳ３０６で、制御部１１０は、測定したレーザ光の波長と、現在のバンドパスフィルタ１０４の傾き角での透過帯域の中心とのズレ量が、許容範囲内であるか否かを判断する。

かかるズレ量が許容範囲外であると判断した場合（ステップＳ３０６；Ｎｏ）、制御部１１０は、更にステップＳ３０８で、前回測定の波長より今回測定の波長が長くなったか否かを判断する。波長が長くなった場合（ステップＳ３０８；Ｙｅｓ）には、制御部１１０は、ステップＳ３０９で、記憶しているバンドパスフィルタ１０４の傾き角と透過帯域特性との関係に基づいて、測定した波長が、バンドパスフィルタ１０４の透過中心波長と略一致するように、入射角が小さくなる方向に駆動部１１１を動作させ、バンドパスフィルタ１０４を傾ける。

一方、ステップＳ３０８で、前回測定の波長より今回測定の波長が短くなったと判断した場合（ステップＳ３０８；Ｎｏ）には、制御部１１０は、ステップＳ３１０で、記憶していたバンドパスフィルタ１０４の傾き角と透過帯域特性との関係に基づいて、測定した波長が、バンドパスフィルタ１０４の透過中心波長と略一致するように、入射角が大きくなる方向に駆動部１１１を動作させ、バンドパスフィルタ１０４を傾ける。

これに対し、ステップＳ３０５で測定したレーザ光の波長と、現在のバンドパスフィルタ１０４の傾き角での透過帯域の中心とのズレ量が、許容範囲内であると判断した場合（ステップＳ３０６；Ｙｅｓ）、バンドパスフィルタ１０４の不要光排除機能は十分であるとして、制御部１１０は駆動部１１１を動作させない（ステップＳ３０７）。その後、ステップＳ３１１で、レーザレーダ１００’の動作の完了を求められていない場合（ステップＳ３１１；Ｎｏ）には、制御部１１０は、ステップＳ３０３へと戻って繰り返し制御を実行し、レーザレーダ１００’の動作の完了を求められた場合（ステップＳ３１１；Ｙｅｓ）には、ステップＳ３１２で動作を停止する。

図７は、第３の実施の形態にかかるレーザレーダ１００”の概略構成図である。図７に示すレーザレーダ１００”は、第１の実施の形態に対して、投光光学系用のポリゴンミラー（第１反射部材）１０３Ａと、受光光学系用のポリゴンミラー（第２反射部材）１０３Ｂとを分けた点が異なっている。ポリゴンミラー１０３Ａ、１０３Ｂは、不図示のベルトや歯車によって同期して回転するようになっている。それ以外の構成及び測距動作は、上述した実施の形態と同様であるため、符号を共通として説明を省略する。

本実施の形態によれば、投光光学系用のポリゴンミラー１０３Ａと、受光光学系用のポリゴンミラー１０３Ｂとを分けたので、受光部１０６が半導体レーザ１０１のノイズの影響を受けにくいという利点がある。尚、第２の実施の形態に対しても同様に、ポリゴンミラーを２つに分けるようにしても良い。

図８は、本実施の形態に用いられるバンドパスフィルタの帯域特性の一例を示す図であり、縦軸に透過率をとり、横軸に波長をとっている。更に図８では、入射光の入射角を０゜（光軸に直交）、１０゜、２０゜、３０゜、４０゜と変更したときの、透過帯域のシフト状態をそれぞれ示している。バンドパスフィルタは、入射光に対して直交する位置から、入射角が変化するよう傾けていくと短波長側に透過帯域がシフトすることがわかる。

図８に示す半値全幅ｈ＝５０ｎｍ、傾き角に対する透過帯域の中心波長の変動量ｓ＝２ｎｍ／度のバンドパスフィルタを用いた場合、上記（１）式を満たすように、最も測定距離が遠い時の光軸に対する周辺光線角度がθ＜１２．５度となるように、視野角すなわち受光レンズ１０５の焦点距離と受光部１０６の大きさの関係を設定することが好ましい。（１）式を満足するように上記ｈ、ｓ、θを設定することにより、最遠測定距離にある対象物２からの光量の少ない反射光であっても、バンドパスフィルタによるレーザ光の波長と異なる不要光の分離排除を効果的に行うことができる。

図９は、特性変更手段の変形例を示す斜視図である。図９において、４枚の扇状のバンドパスフィルタ１０４ａ〜１０４ｄを組み合わせて円板１０４ｅとしている。バンドパスフィルタ１０４ａ〜１０４ｄは、例えば図８の入射角１０゜毎のように、互いに透過帯域をシフトさせている。

ここで、透過帯域が異なる扇状のバンドパスフィルタを各種準備しておき、組立時に測定した基準状態でのレーザ光源の発振波長に近い透過帯域中心を有するものをまず選択すると共に、その前後の透過帯域を有するものを組み合わせて、使用するバンドパスフィルタ１０４ａ〜１０４ｄとして選択することができる。円板１０４ｅを構成するバンドパスフィルタの数は任意である。円板１０４ｅは、アクチュエータ１０４ｆにより回転位相を変更可能となっている。アクチュエータ１０４ｆは、その回転位相を検知できるタイプであり、制御部１１０により制御される。

本変形例によれば、制御部１１０が、上述の実施の形態と同様にして推定もしくは測定したレーザ光の波長に対して、アクチュエータ１０４ｆにより円板１０４ｅの回転位相を制御するようになっている。これにより温度に起因してレーザ光の波長が変化した場合でも、ポリゴンミラーからの反射光の波長に透過中心波長が最も近いバンドパスフィルタ１０４ａ〜１０４ｄを透過させて受光レンズ１０４に入射させることができる。

本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。明細書の記載及び実施例は、あくまでも例証を目的としており、本発明の範囲は後述するクレームによって示されている。例えば、ポリゴンミラーは四角柱でなく、六角柱や八角柱であっても良い。又、ポリゴンミラーの反射面は、回転軸線に対して平行のみならず、側面毎に例えば１゜ずつ傾くようにしても良い。これにより２次元方向だけでなく、３次元方向の走査も可能になる。

１ 車両
１ａ フロントウィンドウ
１ｂ フロントグリル
２ 対象物
１００、１００’、１００” レーザレーダ
１０１ 半導体レーザ
１０２ コリメートレンズ
１０３ ポリゴンミラー
１０３Ａ ポリゴンミラー
１０３Ｂ ポリゴンミラー
１０４ バンドパスフィルタ
１０４ａ〜１０４ｄ バンドパスフィルタ
１０４ｅ 円板
１０４ｆ アクチュエータ
１０５ 受光レンズ
１０６ 受光部
１０７ 駆動ドライバ
１０８ 角度検知部
１０９ 温度検知部
１１０ 制御部
１１１ 駆動部
１１２ ハーフミラー
１１３ 波長検知部

Claims (10)

1. レーザ光源と、前記レーザ光源からの発散光を平行光に変換するコリメートレンズと、前記コリメートレンズで平行とされたレーザ光を対象領域に走査投光する第１の反射部材と、を含む投光光学系と、
   走査投光された前記対象領域からの反射光を反射させる第２の反射部材と、所定の波長帯域の光を透過させるバンドパスフィルタと、前記第２の反射部材で反射された反射光のうち前記バンドパスフィルタを透過した光を受光する受光部と、を含む受光光学系と、
   前記バンドパスフィルタの透過帯域が前記レーザ光源の発振波長を含むように、前記バンドパスフィルタの透過帯域を変化させる特性変更手段と、を有するレーザレーダの製造方法であって、
   前記レーザ光源の発振波長を測定する波長測定工程と、
   前記波長測定工程で測定された発振波長に基づいて決定される透過帯域を有するバンドパスフィルタを選択して、測定に供した前記レーザ光源とセットで組み込む組立工程と、を有することを特徴とするレーザレーダの製造方法。
2. 前記特性変更手段は、前記第２の反射部材からの反射光に対して、前記バンドパスフィルタの傾き角を変更する回動機構を含み、前記回動機構により前記傾き角を変更することにより、前記バンドパスフィルタの透過帯域を変更するようになっていることを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダの製造方法。
3. 前記波長測定工程に際し、測定に供されるレーザ光源がおかれた環境の温度を使用温度範囲の中間値である基準温度とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザレーダの製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザレーダの製造方法により製造され、前記レーザ光源の環境温度と前記レーザ光源の発振波長のうち少なくとも一方を測定する測定部を有し、前記測定部で測定された環境温度と前記レーザ光源の発振波長のうち少なくとも一方に基づいて、前記回動機構により前記第２の反射部材からの反射光に対し前記バンドパスフィルタの傾き角を変化させ透過帯域を変更することを特徴とするレーザレーダ。
5. 前記受光光学系は、前記対象領域から、前記第２の反射部材、前記バンドパスフィルタ、前記反射光を集光する受光レンズ、前記受光部の順に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のレーザレーダ。
6. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項４又は５に記載のレーザレーダ。
   ０＜（ｈ／２−ｓ・θ） （１）
   ｈ：前記バンドパスフィルタの半値全幅（ｎｍ）
   ｓ：前記バンドパスフィルタの傾き角に対する透過帯域の中心波長の変動量（ｎｍ／度）
   θ：最も測定距離が遠い時の光軸に対する周辺光線角度（度）
7. 前記第１の反射部材と前記第２の反射部材は異なる部材であり、前記第１の反射部材と前記第２の反射部材が、同期して回動することを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載のレーザレーダ。
8. 前記第１の反射部材と前記第２の反射部材が、同一の反射部材であることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載のレーザレーダ。
9. 前記第１の反射部材と前記第２の反射部材がポリゴンミラーであることを特徴とする請求項７又は８に記載のレーザレーダ。
10. 前記レーザレーダが車載用であることを特徴とする請求項４〜９のいずれか一項に記載のレーザレーダ。