JP2014089069A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不要反射光に起因したノイズを低減するとともに、レーダ装置の検出精度の低下を抑制する
【解決手段】光を照射する光源２と、ミラー６１を回転軸６２を中心に回転させることにより光を走査する光走査部６と、所定偏光方向の光を透過させるとともに所定偏光方向以外の光を反射させる機能を有する偏光ビームスプリッタ４と、直線偏光を円偏光に変換するとともに円偏光を直線偏光に変換する機能を有する１／４波長板５と、入射した光を検出する光検出器８とを備え、１／４波長板５は、光源２から照射された光が入射する入射面５１が光検出器８に対して非対向となるように、且つ、光源２から照射された光の入射方向と入射面５１とが非垂直となるように構成されていることを特徴とするレーダ装置１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光を照射し、その反射光に基づいて、光を反射した物体に関する情報を取得するレーダ装置に関する。

従来、光を照射し、物体で反射した光を検出することによって、光を反射した物体に関する情報（例えば、物体までの距離）を取得するレーダ装置において、照射光がレーダ装置内を通過するときの光軸と、反射光がレーダ装置内を通過するときの光軸とが一致している同軸光学系を採用したものが知られている。

しかし、同軸光学系を採用したレーダ装置では、レーダ装置内を通過する照射光がレーダ装置の構成要素で反射することにより発生する不要反射光が、レーダ装置内の光検出器でノイズとして検出され、レーダ装置の検出精度が低下するおそれがある。

このような問題を解決するために、物体で反射した光を光検出器へ向けて更に反射させるミラーに、光源から照射された光を通過させる貫通孔を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００４−２８５９８号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、ミラーに貫通孔が形成されているために、物体で反射した光の一部を光検出器へ向けて反射させることができない。これにより、光検出器により検出される反射光の光量が減少し、レーダ装置の検出精度が低下するという問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、不要反射光に起因したノイズを低減するとともに、レーダ装置の検出精度の低下を抑制する技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明は、光を照射する光源と、光を反射する機能を有する反射部材を予め設定された所定回転軸を中心に回転させることにより、光源から照射された光を走査する走査部と、光源から照射された光が走査部に到るまでに通過する経路上に配置され、予め設定された所定偏光方向の光を透過させるとともに所定偏光方向以外の光を反射させる機能を有する第１機能部材と、第１機能部材を透過した光が走査部に到るまでに通過する経路上に配置され、直線偏光を円偏光に変換するとともに円偏光を直線偏光に変換する機能を有する第２機能部材と、走査部側から第１機能部材に入射して第１機能部材で反射した光が通過する経路上に配置され、入射した光を検出する光検出部とを備え、第２機能部材は、光源から照射された光が入射する第２入射面が光検出部に対して非対向となるように、且つ、光源から照射された光の入射方向と第２入射面とが非垂直となるように構成されていることを特徴とするレーダ装置である。

このように構成されたレーダ装置では、まず、光源から照射された光のうち、所定偏光方向の光が第１機能部材を透過し、第２機能部材を通過する。これにより光は、直線偏光から円偏光に変換され、走査部に到達する。そして、走査部に到達した光は、反射部材の走査角度に応じた方向に向けてレーダ波として照射される。

その後、物体で反射した光（以下、反射光ともいう）が走査部に到達すると、反射部材で反射し、第２機能部材を再度通過する。これにより反射光は、円偏光からに直線偏光に変換され、第１機能部材に到達する。

なお、第２機能部材により直線偏光に変換された反射光の偏光方向は、光源から照射されて円偏光に変換される前の光の偏光方向に対して９０°ずれる。このため、第１機能部材に到達した反射光は、第１機能部材で反射して光検出部に到達し、レーダ波を反射した物体を検知することができる。また、光源が光を照射した時刻と、反射光を光検出部が検出した時刻との差に基づいて、光を反射した物体までの距離を計測することができる。

そして第２機能部材は、光源から照射された光が入射する第２入射面が光検出部に対して非対向となるように、且つ、光源から照射された光の入射方向と第２入射面とが非垂直となるように構成されている。このため、第２機能部材の第２入射面で反射した光は、第２機能部材を挟んで光検出部と反対側の方向に向かう。これにより、光源から照射された光が第２機能部材に入射することにより発生する不要反射光がレーダ装置内の光検出部でノイズとして検出されるのを抑制し、不要反射光に起因したノイズを低減することができる。

さらに、不要反射光に起因したノイズを、第１機能部材に貫通孔を形成することなく低減することが可能となり、レーダ装置の検出精度の低下を抑制することができる。

第１実施形態のレーダ装置１の構成および動作を示す図である。 第１実施形態の偏光ビームスプリッタ４の配置を示す図である。 第２実施形態の偏光ビームスプリッタ４の配置を示す図である。 第３実施形態のレーダ装置１の構成および動作を示す図である。

（第１実施形態）
以下に本発明の第１実施形態を図面とともに説明する。
レーダ装置１は、図１に示すように、光源２、コリメートレンズ３、偏光ビームスプリッタ４、１／４波長板５、光走査部６、受光レンズ７および光検出器８と、これらの構成要素を収納する筐体９とを備える。

光源２は、例えば半導体レーザダイオードで構成されており、直線偏光のパルスレーザ光をレーダ波として照射する。
コリメートレンズ３は、光源２から照射されたレーザ光を平行光に変換して、偏光ビームスプリッタ４に向けて照射する。

偏光ビームスプリッタ４は、偏光ビームスプリッタ４に入射したレーザ光のうち、所定の偏光方向を有する成分を透過させる一方、この所定の偏光方向以外の偏光方向を有する成分を反射させる機能を有する。

そして偏光ビームスプリッタ４は、上記所定の偏光方向が、光源２から照射されるレーザ光の偏光方向と一致するように配置される。さらに偏光ビームスプリッタ４は、板形状のプレート型であり、レーザ光が入射する入射面４１に対して垂直な方向Ｄ１を、レーザ光の入射方向に対して傾けた状態（傾斜角度Ａ１を参照）で配置されている。本実施形態では、傾斜角度Ａ１は４５°である。

１／４波長板５は、直線偏光を円偏光に変換するとともに円偏光を直線偏光に変換する機能を有し、偏光ビームスプリッタ４と光走査部６との間に配置される。また１／４波長板５は、偏光ビームスプリッタ４からのレーザ光が入射する入射面５１に対して垂直な方向Ｄ２を、レーザ光の入射方向に対して傾けた状態（傾斜角度Ａ２を参照）で配置されている。本実施形態では、傾斜角度Ａ２は３°である。

光走査部６は、レーザ光を反射するミラー６１を、ミラー６１に設けられた回転軸６２を中心にして振動させることにより、１／４波長板５から入射したレーザ光の走査を予め設定された走査角度範囲Ｒ１で行う。

受光レンズ７は、光走査部６側から入射して偏光ビームスプリッタ４で反射したレーザ光を光検出器８へ導く。
光検出器８は、例えばフォトダイオードで構成されており、受光レンズ７から入射したレーザ光を検出する。

筐体９は、その内側に、偏光ビームスプリッタ４側から１／４波長板５に入射して入射面５１で反射したレーザ光を更に反射させる反射面９１を備える。この反射面９１は、１／４波長板５の入射面５１で反射したレーザ光が、当該反射面９１で、光検出器８に直接向かわない方向に向けて反射するように傾斜して形成されている。

次に、このように構成されたレーダ装置１において、レーダ波を反射した物体を検知する方法を説明する。
まず、光源２から照射されたレーザ光は、コリメートレンズ３により平行光に変換されて偏光ビームスプリッタ４を透過し、さらに１／４波長板５を通過する。これによりレーザ光は、直線偏光から円偏光に変換され、光走査部６に到達する（光Ｌ１を参照）。

そして、光走査部６に到達したレーザ光は、ミラー６１で反射することにより、ミラー６１の走査角度に応じた方向に向けてレーダ波として照射される（光Ｌ２を参照）。
その後、物体Ｂで反射したレーザ光（以下、反射レーザ光ともいう）が光走査部６に到達すると（光Ｌ３を参照）、ミラー６１で反射し、１／４波長板５を再度通過する（光Ｌ４を参照）。これにより反射レーザ光は、円偏光からに直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ４に到達する（光Ｌ４を参照）。

なお、１／４波長板５により直線偏光に変換された反射レーザ光の偏光方向は、光源２から照射されて円偏光に変換される前のレーザ光の偏光方向に対して９０°ずれる。このため、偏光ビームスプリッタ４に到達した反射レーザ光は、偏光ビームスプリッタ４で反射し、受光レンズ７に向けて照射される（光Ｌ５を参照）。これにより、反射レーザ光が光検出器８に到達し、レーダ波を反射した物体を検知することができる。

また、光源２がパルスレーザ光を照射した時刻と、反射レーザ光を光検出器８が検出した時刻との差に基づいて、レーザ光を反射した物体までの距離を計測することができる。
このように構成されたレーダ装置１では、１／４波長板５は、光源２から照射されたレーザ光が入射する入射面５１が光検出器８に対して非対向となるように、且つ、光源２から照射されたレーザ光の入射方向と入射面５１とが非垂直となるように構成されている。このため、１／４波長板５の入射面５１で反射したレーザ光は、１／４波長板５を挟んで光検出器８と反対側の方向に向かう。これにより、光源２から照射されたレーザ光が１／４波長板５に入射することにより発生する不要反射光がレーダ装置１内の光検出器８でノイズとして検出されるのを抑制し、不要反射光に起因したノイズを低減することができる。

また、１／４波長板５は板形状の部材である。このため、１／４波長板５をレーダ装置１内に配置するときに、入射するレーザ光に対して傾けて１／４波長板５を配置するという簡便な方法で、入射面５１が光検出器８に対して非対向となるように、且つ、光源２から照射されたレーザ光の入射方向と入射面５１とが非垂直となるようにすることを容易に実現することができる。

また偏光ビームスプリッタ４は、プレート型であり、光源２から照射されたレーザ光が入射する入射面４１が光検出器８に対して非対向となるように、且つ、光源２から照射されたレーザ光の入射方向と入射面４１とが非垂直となるように構成されている。このため、図２に示すように、偏光ビームスプリッタ４の入射面４１で反射したレーザ光Ｌ１１は、偏光ビームスプリッタ４を挟んで光検出器８と反対側の方向に向かう。これにより、光源２から照射されたレーザ光が偏光ビームスプリッタ４に入射することにより発生する不要反射光がレーダ装置１内の光検出器８でノイズとして検出されるのを抑制し、不要反射光に起因したノイズを更に低減することができる。

また筐体９の反射面９１は、１／４波長板５の入射面５１で反射して更に反射面９１で反射したレーザ光が通過する経路上に光検出器８が位置しないように形成されている（光Ｌ６，Ｌ７を参照）。これにより、光源２から照射されたレーザ光が１／４波長板５に入射することにより発生する不要反射光がレーダ装置１内の光検出器８でノイズとして検出されるのを更に抑制し、不要反射光に起因したノイズを更に低減することができる。

また光源２は、直線偏光のレーザ光を照射するように構成され、偏光ビームスプリッタ４は、上記所定の偏光方向が、光源２から照射されるレーザ光の偏光方向と一致するように配置される。このため、光源２から照射されるレーザ光のうち、偏光方向が上記所定の偏光方向と一致しないレーザ光が、偏光ビームスプリッタ４の入射面４１で反射するということがなくなる。これにより、光源２から照射されたレーザ光が偏光ビームスプリッタ４に入射することによる不要反射光の発生を抑制し、不要反射光に起因したノイズを更に低減することができる。

さらに、不要反射光に起因したノイズを、偏光ビームスプリッタ４に貫通孔を形成することなく低減することが可能となり、レーダ装置１の検出精度の低下を抑制することができる。
以上説明した実施形態において、ミラー６１は本発明における反射部材、回転軸６２は本発明における所定回転軸、光走査部６は本発明における走査部、偏光ビームスプリッタ４は本発明における第１機能部材、１／４波長板５は本発明における第２機能部材、光検出器８は本発明における光検出部、入射面５１は本発明における第２入射面、入射面４１は本発明における第１入射面である。

（第２実施形態）
以下に本発明の第２実施形態を図面とともに説明する。なお第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分を説明する。

第２実施形態のレーダ装置１は、図３に示すように、偏光ビームスプリッタ４、受光レンズ７および光検出器８の配置が変更された点以外は第１実施形態と同じである。
まず偏光ビームスプリッタ４は、レーザ光が入射する入射面４１に対して垂直な方向Ｄ１と、レーザ光の入射方向とで成す角度が、ブリュースター角度Ａｂとなるように配置されている点以外は、第１実施形態と同じである。

また、受光レンズ７および光検出器８は、偏光ビームスプリッタ４の配置が変更されたことに伴い、偏光ビームスプリッタ４で反射したレーザ光の通過経路上に位置するように配置が変更された点以外は、第１実施形態と同じである。

このように構成されたレーダ装置１では、光源２から照射される直線偏光のレーザ光が、偏光ビームスプリッタ４の入射面４１で反射するのを抑制することができる。これにより、光源２から照射されたレーザ光が偏光ビームスプリッタ４に入射することによる不要反射光の発生を抑制し、不要反射光に起因したノイズを更に低減することができる。

（第３実施形態）
以下に本発明の第３実施形態を図面とともに説明する。なお第３実施形態では、第１実施形態と異なる部分を説明する。

第３実施形態のレーダ装置１は、以下に示す第１の相違点および第２の相違点以外は第１実施形態と同じである。
第１の相違点は、光源２が照射するレーザ光（直線偏光）の偏光方向が偏光ビームスプリッタ４における上記所定の偏光方向と一致していないことである。第２の相違点は、図４に示すように、コリメートレンズ３と偏光ビームスプリッタ４との間に１／２波長板１０が配置されていることである。

この１／２波長板１０は、その基準軸の傾斜角度に応じて直線偏光のレーザ光の偏光方向を変換することができる機能を有する。そして、１／２波長板１０における基準軸の傾斜角度は、光源２から照射されるレーザ光における変換後の偏光方向が、偏光ビームスプリッタ４における上記所定の偏光方向と一致するように設定される。

このように構成されたレーダ装置１では、１／２波長板１０が、光源２から照射される直線偏光のレーザ光の偏光方向を、偏光ビームスプリッタ４の上記所定の偏光方向に変換する。このため、光源２から照射されるレーザ光のうち、偏光方向が上記所定の偏光方向と一致しないレーザ光が、偏光ビームスプリッタ４の入射面４１で反射するということがなくなる。これにより、光源２から照射されたレーザ光が偏光ビームスプリッタ４に入射することによる不要反射光の発生を抑制し、不要反射光に起因したノイズを更に低減することができる。

以上説明した実施形態において、１／２波長板１０は本発明における第３機能部材である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。

例えば上記実施形態では、偏光ビームスプリッタ４の傾斜角度Ａ１が４５°であるものを示したが、４５°以外の角度であってもよい。
また上記実施形態では、１／４波長板５の傾斜角度Ａ２が３°であるものを示したが、直線偏光を円偏光に変換するとともに円偏光を直線偏光に変換する機能を有するのであれば、３°以外の角度であってもよい。

また上記実施形態では、筐体９の反射面９１が、１／４波長板５の入射面５１で反射したレーザ光に対応するものを示したが、偏光ビームスプリッタ４の入射面４１で反射したレーザ光に対応するようにしてもよい。

１…レーダ装置、２…光源、４…偏光ビームスプリッタ、５…１／４波長板、６…光走査部、８…光検出器、５１…入射面、６１…ミラー、６２…回転軸

Claims (7)

1. 光を照射する光源（２）と、
   光を反射する機能を有する反射部材（６１）を予め設定された所定回転軸（６２）を中心に回転させることにより、前記光源から照射された光を走査する走査部（６）と、
   前記光源から照射された光が前記走査部に到るまでに通過する経路上に配置され、予め設定された所定偏光方向の光を透過させるとともに前記所定偏光方向以外の光を反射させる機能を有する第１機能部材（４）と、
   前記第１機能部材を透過した光が前記走査部に到るまでに通過する経路上に配置され、直線偏光を円偏光に変換するとともに円偏光を直線偏光に変換する機能を有する第２機能部材（５）と、
   前記走査部側から前記第１機能部材に入射して前記第１機能部材で反射した光が通過する経路上に配置され、入射した光を検出する光検出部（８）とを備え、
   前記第２機能部材は、前記光源から照射された光が入射する第２入射面（５１）が前記光検出部に対して非対向となるように、且つ、前記光源から照射された光の入射方向と前記第２入射面とが非垂直となるように構成されている
   ことを特徴とするレーダ装置。
2. 前記第２機能部材は、１／４波長板である
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記第１機能部材は、プレート型の偏光ビームスプリッタであり、
   前記第１機能部材は、前記光源から照射された光が入射する第１入射面（４１）が前記光検出部に対して非対向となるように、且つ、前記光源から照射された光の入射方向と前記第１入射面とが非垂直となるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
4. 前記第１機能部材は、
   前記第１入射面に対する垂直方向と前記入射方向とで成す角度が、ブリュースター角度となるように配置される
   ことを特徴とする請求項３に記載のレーダ装置。
5. 前記光源、前記走査部、前記第１機能部材、前記第２機能部材および前記光検出部を収納する筐体（９）を備え、
   前記筐体は、その内側に、前記第２機能部材の前記第２入射面で反射した光を反射する反射面（９１）を備え
   前記反射面は、前記第２入射面で反射して更に前記反射面で反射した光が通過する経路上に前記光検出部が位置しないように形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のレーダ装置。
6. 前記光源は、直線偏光の光を照射するように構成され、
   前記第１機能部材は、前記所定偏光方向が、前記光源から照射される光の偏光方向と一致するように配置される
   ことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のレーダ装置。
7. 前記光源は、直線偏光の光を照射するように構成され、
   前記光源から照射された光が前記第１機能部材に到るまでに通過する経路上に配置され、入射した光の偏光方向を前記所定偏光方向に変換する機能を有する第３機能部材（１０）を備える
   ことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のレーダ装置。

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