JP2018004464A - 車両用光学式レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子の消費電力を抑制しつつ、遠距離検出領域と近距離検出領域を形成することが可能な車両用光学式レーダ装置を提供する。
【解決手段】車両用光学式レーダ装置１００は、車両２００の前方へ光を投光する投光部と、車両２００の前方にある物体で反射した光を受光する受光部とを備えている。投光部は、光を出射する発光素子と、発光素子から出射した光を、車両２００の車幅方向Ｘおよび上下方向Ｙに拡散させて、車両２００の前方へ投光する投光レンズとを含む。投光レンズは、投光する光の下側領域における車幅方向Ｘの広がり角βが、上側領域における車幅方向Ｘの広がり角αよりも大きな角度となるように、光を拡散させる。
【選択図】図９

Description

本発明は、車両の前方へ投光された光の反射光に基づいて物体を検出する、光学式レーダ装置に関する。

車両の前方に存在する先行車両、歩行者、障害物などの物体を検出するとともに、当該物体までの距離を計測して、衝突を未然に防止するようにした車両用のレーダ装置が知られている。このようなレーダ装置には、電波式のものと光学式のものとがある。特許文献１に開示されているのは電波式の車両用レーダ装置であり、特許文献２、３に開示されているのは光学式の車両用レーダ装置である。

特許文献１の電波式レーダ装置は、ビーム幅の狭いレーダアンテナと、ビーム幅の広いアンテナとを備えている。ビーム幅の狭いアンテナだけでは、近距離領域における検出範囲が狭くなり、カーブ等により先行車両を見失うおそれがあるが、ビーム幅の広いアンテナを併設することで、近距離領域における検出範囲が広がり、先行車両を検出しやすくなる。

特許文献２の光学式レーダ装置は、車両のバンパの上方に取り付けられた発光装置を備えている。発光装置は、スキャン式レーザから構成されており、車幅方向に所定の幅を有し鉛直方向に所定の広がり角を有する、扇形のビーム光を車両の前方へ投光する。このビーム光は２段に分けて投光され、近距離検出領域と遠距離検出領域とを形成する。近距離検出領域では、ビーム光の投光距離が短く、ビーム光の広がり角が大きい。一方、遠距離検出領域では、ビーム光の投光距離が長く、ビーム光の広がり角が小さい。これにより、１つの発光源で近距離と遠距離の双方の領域における物体を検出することができる。

特許文献３の光学式レーダ装置は、レーザダイオードから出射したレーザ光を平行光に変換する光学系と、平行光を水平に複数方向へ拡散させるレンズアレイとを備えている。レンズアレイは、水平方向に配置された複数のシリンドリカルレンズで構成されている。レンズアレイの中央付近では、レンズの曲率が小さいため、レーザ光の広がり角は小さく、光の投光距離が長くなる。一方、レンズアレイの端部付近では、レンズの曲率が大きいため、レーザ光の広がり角は大きく、光の投光距離が短くなる。したがって、レンズアレイによって光学的に遠距離検出領域と近距離検出領域とを形成することができる。

特公平３−１５７１３号公報 特許第３３３０６２４号公報 特開２０１４−２０９０７８号公報

車両の衝突防止のためのレーダ装置においては、高速道路などでの高速走行時には、走行方向に長い検出距離が必要とされる一方で、蛇行した道路やカーブなどでの低速走行時には、走行方向の検出距離は短くてもよいが、車幅方向に広い検出領域が必要とされる。上述した特許文献１〜３は、このような事情を考慮して、近距離検出領域と遠距離検出領域とを形成するものであるが、特許文献１では２つの投射源（アンテナ）が必要なため構成が複雑となる。特許文献２では、投射源（レーザ）は１つで済むが、ビームをスキャンして各検出領域を形成するので、そのための制御回路が必要となり、やはり構成が複雑となる。

一方、特許文献３によれば、曲率の異なるレンズによって光学的に遠距離検出領域と近距離検出領域が形成されるので、特許文献１、２のような不具合は解消される。しかしながら、特許文献３では、遠距離検出領域におけるレーザ光の上下方向の光強度分布は、レーザ光の上側部分と下側部分とで同じである。遠距離検出領域では、レーザ光の上側部分は、遠方まで投光されて遠くの物体を検出するのに寄与するが、レーザ光の下側部分は、地面に向かうため遠方まで投光されず、遠くの物体を検出するのに寄与しない。したがって、レーザダイオードにおいては、遠距離検出領域のレーザ光の下側部分の光強度に相当する電気エネルギーが無駄に消費されることになる。

本発明の課題は、発光素子の消費電力を抑制しつつ、遠距離検出領域と近距離検出領域を形成することが可能な車両用光学式レーダ装置を提供することにある。

本発明に係る車両用光学式レーダ装置は、車両の前方へ光を投光する投光部と、車両の前方にある物体で反射した前記光を受光する受光部とを備えている。投光部は、光を出射する発光素子と、発光素子から出射した光を、車両の車幅方向および上下方向に拡散させて、車両の前方へ投光する投光レンズとを含む。投光レンズは、投光する光の下側領域における車幅方向の広がり角が、上側領域における車幅方向の広がり角よりも大きな角度となるように、当該光を拡散させる。

このような構成によると、投光レンズから投光される光によって、広がり角が小さく光強度が大きい上側検出領域と、広がり角が大きく光強度が小さい下側検出領域とが形成される。このため、上側検出領域によって、遠くにある物体を検出することができるとともに、下側検出領域によって、近くにある物体を検出することができる。また、遠方の物体の検出に必要な上側検出領域に光を集中させることで、光全体のエネルギーを低減して、発光素子の消費電力を少なくすることができる。

本発明では、投光レンズは、車幅方向に配列された複数のシリンドリカルレンズを備えていてもよい。この場合、シリンドリカルレンズのそれぞれは、下側の曲率が上側の曲率よりも大きくなるように形成される。

本発明では、シリンドリカルレンズのそれぞれは、第１曲率を有する上側シリンドリカルレンズと、第１曲率より大きい第２曲率を有する下側シリンドリカルレンズとから構成されていてもよい。

本発明では、シリンドリカルレンズのそれぞれは、上側から下側に向かうにつれて曲率が漸増する形状に形成されていてもよい。

本発明では、投光レンズは、単一のシリンドリカルレンズを備えていてもよい。この場合、シリンドリカルレンズは、下側の曲率が上側の曲率よりも大きくなるように形成される。

本発明では、単一のシリンドリカルレンズは、第１曲率を有する上側シリンドリカルレンズと、第１曲率より大きい第２曲率を有する下側シリンドリカルレンズとから構成されていてもよい。

本発明では、単一のシリンドリカルレンズは、上側から下側に向かうにつれて曲率が漸増する形状に形成されていてもよい。

本発明では、発光素子から出射した光を平行光に変換するコリメートレンズが、投光レンズと一体に形成されていてもよい。

本発明によれば、発光素子の消費電力を抑制しつつ、遠距離検出領域と近距離検出領域を形成することが可能な車両用光学式レーダ装置を提供することができる。

本発明に係る光学式レーダ装置のブロック図である。 光学式レーダ装置を搭載した車両の正面図である。 光学式レーダ装置の外観を示す斜視図である。 第１実施形態の投光レンズの外観を示す斜視図である。 同投光レンズの平面図、正面図、底面図および左側面図である。 同投光レンズのレンズ単体が形成する検出領域を示す図である。 同投光レンズのレンズアレイが形成する検出領域を示す図である。 投光部の光学系を示す図である。 車両の前方に形成される検出領域を示す図である。 各検出領域における光の強度分布を示す図である。 遠距離検出領域と近距離検出領域を説明する図である。 第２実施形態の投光レンズの外観を示す斜視図である。 同投光レンズの平面図、正面図、底面図および左側面図である。 同投光レンズのレンズ単体が形成する検出領域を示す図である。 同投光レンズのレンズアレイが形成する検出領域を示す図である。 第３実施形態の投光レンズの外観を示す斜視図である。 第４実施形態の投光レンズの外観を示す斜視図である。 第５実施形態の投光レンズの外観を示す斜視図である。 第６実施形態の投光レンズの外観を示す斜視図である。 第７実施形態の投光レンズの外観を示す斜視図である。 第８実施形態の投光レンズの外観を示す斜視図である。

以下、本発明に係る車両用光学式レーダ装置（以下、単に「光学式レーダ装置」という。）の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。

まず、光学式レーダ装置の全体構成を、図１を参照しながら説明する。なお、図１〜図３は、後述する各実施形態に共通のものである。

図１に示した光学式レーダ装置１００は、車両に搭載される装置であって、たとえば図２に示すように、車両２００のフロントガラス２０１の内側上部に設けられている。なお、図２において、Ｘは車幅方向を表しており、Ｙは上下方向を表している（図３以下も同様）。光学式レーダ装置１００は、車両２００の前方に存在する先行車両、歩行者、障害物などの物体を検出するとともに、車両２００から当該物体までの距離を計測する。光学式レーダ装置１００には、投光部１、受光部２、信号処理部３、物体検出部４、制御部５、および出力部６が備わっている。

投光部１は、投光レンズ１２と、発光素子１３と、駆動回路１４とを有している。投光レンズ１２は、発光素子１３から出射した光を車両２００の前方へ投光する。本実施形態では、発光素子１３はレーザダイオードから構成されている。駆動回路１４は、発光素子１３に駆動電流を供給して当該素子を発光させる。なお、図１では図示を省略しているが、投光レンズ１２と発光素子１３との間には、図８に示すように、コリメートレンズ１１が配置されている。

受光部２は、受光レンズ２１と、受光素子２２とを有している。受光レンズ２１は、投光レンズ１２から投光されたレーザ光が物体で反射した反射光を集光する。受光素子２２は、本実施形態ではフォトダイオードから構成されており、受光レンズ２１で集光された光を受光して電気信号に変換する。

信号処理部３は、受光素子２２から出力される電気信号を増幅する増幅回路や、増幅回路の出力信号をサンプリングして、デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路などから構成されている。信号処理部３の出力は、物体検出部４に与えられる。

物体検出部４は、信号処理部３の出力信号に基づいて、車両２００の前方に存在する先行車両、歩行者、障害物などの物体を検出するとともに、車両２００から当該物体までの距離を算出する。これらの具体的な方法についてはよく知られており、また本発明の特徴とするところでもないので、詳細な説明を省略する。物体検出部４の出力は、制御部５に与えられる。

制御部５は、マイクロコンピュータなどから構成されており、投光部１、受光部２、および信号処理部３に対して、所定の制御を行う。また、制御部５は、物体検出部４の出力信号に基づいて、先行車両や歩行者あるいは障害物との異常接近の有無を判定し、その判定結果を出力部６へ送る。

出力部６は、制御部５から受け取った判定結果を、車両に搭載されている電子制御装置（図示省略）へ出力する。電子制御装置は、当該判定結果に基づいて、運転者に異常を報知する必要がある場合は、車内のディスプレイに警報を表示したり、スピーカから音声による警報を出力したりする。また、電子制御装置は、衝突を防止するために、自動的にブレーキを作動させるなどの制御も行う。

図３は、光学式レーダ装置１００の外観の一例を示している。光学式レーダ装置１００は、合成樹脂からなるハウジング４０を備えており、このハウジング４０内に投光レンズ１２、受光レンズ２１、および雨滴センサ１５が収納されている。ハウジング４０は、カバー４０ａと、このカバー４０ａが嵌合するケース４０ｂとから構成される。カバー４０ａには、３つの開口部４１〜４３が形成されている。開口部４１には投光レンズ１２が臨んでおり、開口部４２には受光レンズ２１が臨んでおり、開口部４３には雨滴センサ１５が臨んでいる。雨滴センサ１５は、たとえば赤外光を投光し、フロントガラスで反射した赤外光の光量に基づいて雨滴の量を検出するものである。本発明では、雨滴センサ１５は必須のものではないので、図１では図示を省略してある。図１における信号処理部３、物体検出部４、制御部５、および出力部６の各ブロックは、ケース４０ｂの内部に配置された回路基板（図示省略）に設けられている。

次に、本発明の特徴である投光レンズ１２について詳述する。まず、第１実施形態による投光レンズ１２の構造に関して、図４および図５を参照しながら説明する。図４は、第１実施形態の投光レンズ１２の外観を示している。図５において、（ａ）は投光レンズ１２の平面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は同底面図、（ｄ）は同左側面図をそれぞれ示している。

図４に示すように、投光レンズ１２は、基部１２０と、レンズ部１２３とから構成される。基部１２０は、光の屈折が生じない直方体の形状に形成されている。レンズ部１２３は、上側レンズ部１２１と、下側レンズ部１２２とから構成される。上側レンズ部１２１は、基部１２０の上側に基部１２０と一体に形成されており、複数の上側シリンドリカルレンズ１２ａが車幅方向Ｘに配列されたレンズアレイからなる。上側シリンドリカルレンズ１２ａのそれぞれは、凸レンズで構成されている。下側レンズ部１２２は、基部１２０の下側に基部１２０と一体に形成されており、複数の下側シリンドリカルレンズ１２ｂが車幅方向Ｘに配列されたレンズアレイからなる。上側シリンドリカルレンズ１２ａのそれぞれと、下側シリンドリカルレンズ１２ｂのそれぞれとは対をなしており、上下方向Ｙに連続している（図５（ｂ）、（ｄ）参照）。また、上側シリンドリカルレンズ１２ａの曲率（第１曲率）に比べて、下側シリンドリカルレンズ１２ｂの曲率（第２曲率）が大きくなっている（図４、図５（ｃ）参照）。

図６は、図４の投光レンズ１２から１個のシリンドリカルレンズ１２ａ、１２ｂを切り出した単体レンズ１２Ｐと、この単体レンズ１２Ｐによるレーザ光の拡散状態を模式的に示した図である。単体レンズ１２Ｐの上側シリンドリカルレンズ１２ａの曲率は小さいため、当該レンズから投光されるレーザ光の広がりの程度は小さい。一方、単体レンズ１２Ｐの下側シリンドリカルレンズ１２ｂの曲率は大きいため、当該レンズから投光されるレーザ光の広がりの程度は大きい。その結果、図６（ａ）に示すように、単体レンズ１２Ｐの上半分から投光されるレーザ光によって、車幅方向Ｘに幅が狭い上側投光領域Ｒａが形成され、単体レンズ１２Ｐの下半分から投光されるレーザ光によって、車幅方向Ｘに幅が広い下側投光領域Ｒｂが形成される。なお、単体レンズ１２Ｐから投光されるレーザ光は、図６（ｂ）に示すように、上下方向Ｙにも拡散する。

図７は、投光レンズ１２のレンズアレイ全体から投光されるレーザ光の拡散状態を模式的に示した図である。上述したように、図６の単体レンズ１２Ｐにより、幅狭の上側投光領域Ｒａと幅広の下側投光領域Ｒｂとが形成される結果、図７に示すように、投光レンズ１２から投光されるレーザ光によって、車幅方向Ｘに幅が狭い上側投光領域Ｒ１、および車幅方向Ｘに幅が広い下側投光領域Ｒ２が形成される。

図７において、投光レンズ１２の後方には、コリメートレンズ１１が配置されている。このコリメートレンズ１１は、図８に示すように、発光素子１３（レーザダイオード）と投光レンズ１２との間に介在しており、発光素子１３から出射したレーザ光を平行光に変換して、投光レンズ１２へ入射させる。投光レンズ１２に入射した平行光は、上側シリンドリカルレンズ１２ａおよび下側シリンドリカルレンズ１２ｂにおいて、車幅方向Ｘと上下方向Ｙに拡散され、図７に示したような上側投光領域Ｒ１および下側投光領域Ｒ２を形成する。

図９は、車両２００に搭載された光学式レーダ装置１００から投光されるレーザ光によって、車両前方に形成される検出領域を示す模式図である。αは、投光されたレーザ光の上側領域における車幅方向Ｘの広がり角を表しており、βは、投光されたレーザ光の下側領域における車幅方向Ｘの広がり角を表している。図９からわかるように、下側領域の広がり角βは、上側領域の広がり角αよりも大きい（β＞α）。広がり角αの上側投光領域Ｒ１は、上下方向Ｙにおけるａ位置とｂ位置との間に形成される検出領域であり、広がり角βの下側投光領域Ｒ２は、上下方向Ｙにおけるｂ位置とｃ位置との間に形成される検出領域である。以下では、Ｒ１を上側検出領域、Ｒ２を下側検出領域と呼ぶ。なお、図９においてハッチングで示した部分は、後述の図１１における破線Ｗの位置での各検出領域Ｒ１、Ｒ２の断面を表している。

発光素子１３から出射するレーザ光は、上側と下側で光強度が一様であるが、投光レンズ１０を通過したレーザ光は、上側と下側で光強度が一様でなくなる。図１０は、図９のハッチング部分におけるレーザ光の強度分布を正規化して示したものである。横軸は、図９の上下方向Ｙのａ、ｂ、ｃの各位置を表しており、縦軸は、レーザ光の光強度を表している。上側検出領域Ｒ１では、広がり角αが小さくレーザ光の拡散が少ないことから、単位面積あたりの光エネルギーが大きくなって、光強度は大きくなる。一方、下側検出領域Ｒ２では、広がり角βが大きくレーザ光の拡散が多いことから、単位面積あたりの光エネルギーが小さくなって、光強度は小さくなる。

このように、本実施形態では、レーザ光の上下方向Ｙの光強度分布は、上側検出領域Ｒ１と下側検出領域Ｒ２とで異なっている。そして、レーザ光は、光強度が大きいほど遠方まで到達する。したがって、図１１に示すように、上側検出領域Ｒ１は、広がり角αが小さく光強度の大きいレーザ光が、遠方まで達する遠距離検出領域となり、下側検出領域Ｒ２は、広がり角βが大きく光強度の小さいレーザ光が、遠方まで達しない近距離検出領域となる。

図１１において、車両２００の前方を先行車両３００が走行している場合、車両２００に搭載されている光学式レーダ装置１００は、上側検出領域Ｒ１（遠距離検出領域）において先行車両３００を検出することができる。その一方、車両２００に近い斜め前方位置にある物体Ｍ（歩行者や障害物）は、広がり角αの小さい上側検出領域Ｒ１では検出することができない。しかるに、この物体Ｍは、広がり角βの大きい下側検出領域Ｒ２（近距離検出領域）において検出することができる。

以上のように、本実施形態によれば、シリンドリカルレンズ１２ａ、１２ｂがそれぞれ車幅方向Ｘに複数配列された投光レンズ１２を用い、下側シリンドリカルレンズ１２ｂの曲率を、上側シリンドリカルレンズ１２ａの曲率よりも大きくしている。このため、投光レンズ１２から投光されるレーザ光によって、広がり角αが小さい上側検出領域Ｒ１（遠距離検出領域）と、広がり角βが大きい下側検出領域Ｒ２（近距離検出領域）とが形成されるので、遠くにある物体と、近くにある物体のいずれをも検出することができる。また、これらの検出領域Ｒ１、Ｒ２は、投光レンズ１２によって光学的に形成されるため、特許文献２のようにレーザ光をスキャンする必要がない。

しかも、本実施形態によれば、前述のように、レーザ光の上下方向Ｙの光強度分布が、上側検出領域Ｒ１と下側検出領域Ｒ２とで異なっており、下側検出領域Ｒ２の光強度が、上側検出領域Ｒ１の光強度よりも小さくなっている。特許文献２や特許文献３では、上下方向に一様な光強度分布を持ったレーザ光が投光されて遠距離検出領域が形成されるため、遠方の物体の検出に寄与しない下側領域の光エネルギーが無駄となる。しかるに、本実施形態では、上側検出領域Ｒ１においてのみレーザ光の強度が大きくなるので、下側検出領域Ｒ２における光エネルギーの無駄を解消できる。つまり、遠方の物体の検出に必要な上側検出領域Ｒ１に光を集中させることで、レーザ光全体の光エネルギーを低減し、レーザダイオード（発光素子１３）の消費電力を少なくすることができる。

次に、投光レンズ１２の第２実施形態について、図１２〜図１５を参照しながら説明する。まず、本実施形態による投光レンズ１２の構造を、図１２および図１３を参照しながら説明する。図１２は、第２実施形態の投光レンズ１２の外観を示している。図１３において、（ａ）は投光レンズ１２の平面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は同底面図、（ｄ）は同左側面図をそれぞれ示している。

図１２に示すように、投光レンズ１２は、基部１２０と、レンズ部１２３とから構成される。基部１２０は、光の屈折が生じない直方体の形状に形成されている。レンズ部１２３は、基部１２０と一体に形成されており、複数のシリンドリカルレンズ１２ｃが車幅方向Ｘに配列されたレンズアレイからなる。各シリンドリカルレンズ１２ｃは、凸レンズで構成されている。各シリンドリカルレンズ１２ｃは、上側から下側に向かうにつれて曲率が漸増する形状に形成されており、レンズ上端において曲率が最も小さく、レンズ下端において曲率が最も大きくなっている（図１２、図１３（ａ）（ｃ）参照）。

図１４は、図１２の投光レンズ１２から１個のシリンドリカルレンズ１２ｃを切り出した単体レンズ１２Ｑと、この単体レンズ１２Ｑによるレーザ光の拡散状態を模式的に示した図である。シリンドリカルレンズ１２ｃの上端における曲率は小さいため、当該レンズから投光されるレーザ光の広がりの程度は小さい。一方、シリンドリカルレンズ１２ｃの下端における曲率は大きいため、当該レンズから投光されるレーザ光の広がりの程度は大きい。そして、シリンドリカルレンズ１２ｃの上端から下端までの間は、曲率が漸増するので、レーザ光の広がりの程度も漸増する。その結果、図１４（ａ）に示すように、単体レンズ１２Ｑの上半分から投光されるレーザ光によって、車幅方向Ｘに幅が狭い上側投光領域Ｒｃが形成され、単体レンズ１２Ｑの下半分から投光されるレーザ光によって、車幅方向Ｘに幅が広い下側投光領域Ｒｄが形成される。なお、単体レンズ１２Ｑから投光されるレーザ光は、図１４（ｂ）に示すように、上下方向Ｙにも拡散する。

図１５は、投光レンズ１２のレンズアレイ全体から投光されるレーザ光の拡散状態を模式的に示した図である。上述したように、図１４の単体レンズ１２Ｑにより幅狭の上側投光領域Ｒｃと幅広の下側投光領域Ｒｄとが形成される結果、図１５に示すように、投光レンズ１２から投光されるレーザ光によって、車幅方向Ｘに幅が狭い上側検出領域Ｒ３、および車幅方向Ｘに幅が広い下側検出領域Ｒ４が形成される。図１５に示されているコリメートレンズ１１は、図７のコリメートレンズ１１と同じもので、発光素子１３（レーザダイオード）と投光レンズ１２との間に介在している。

以上のような第２実施形態の投光レンズ１２を用いた場合も、車両の前方に、広がり角が小さく光強度が大きい上側検出領域Ｒ３（遠距離検出領域）と、広がり角が大きく光強度が小さい下側検出領域Ｒ４（近距離検出領域）とを形成することができる。このため、第１実施形態と同様に、遠距離にある物体と近距離にある物体のいずれをも検出することができる。

また、第２実施形態においても、レーザ光の上下方向Ｙの光強度分布が、上側検出領域Ｒ３と下側検出領域Ｒ４とで異なり、下側検出領域Ｒ４の光強度は、上側検出領域Ｒ３の光強度よりも小さくなる。このため、第１実施形態と同様に、遠方の物体の検出に寄与しない下側検出領域Ｒ４における光エネルギーの無駄を解消し、レーザ光全体の光エネルギーを低減して発光素子１３の消費電力を少なくすることができる。

次に、投光レンズのさらに他の実施形態につき、図１６〜図２１を参照しながら説明する。

図１６は、第３実施形態による投光レンズ１２の外観図である。この投光レンズ１２は、図４に示した投光レンズ１２の変形例であって、コリメートレンズ１２ｆを一体に形成したものである。コリメートレンズ１２ｆは、レンズ部１２３と反対側で基部１２０と一体に形成されており、レーザ光を平行光にしてレンズ部１２３へ入射させる。その他の部分については、図４の投光レンズ１２と同じであるので、重複説明は省略する。本実施形態によると、図７のようにコリメートレンズ１１を投光レンズ１２と別に設ける場合に比べて、レンズ部１２３に対するコリメートレンズ１２ｆの位置精度が向上するとともに、部品点数が少なくなって組立工数を削減することができる。

図１７は、第４実施形態による投光レンズ１２の外観図である。この投光レンズ１２は、図１２に示した投光レンズ１２の変形例であって、図１６と同様のコリメートレンズ１２ｆを一体に形成したものである。その他の部分については、図１２の投光レンズ１２と同じであるので、重複説明は省略する。本実施形態においても、図１５のようにコリメートレンズ１１を投光レンズ１２と別に設ける場合に比べて、レンズ部１２３に対するコリメートレンズ１２ｆの位置精度が向上するとともに、部品点数が少なくなって組立工数を削減することができる。

図１８は、第５実施形態による投光レンズ１２の外観図である。この投光レンズ１２は、図４に示した投光レンズ１２の変形例であって、レンズ部１２３を２個の単一のシリンドリカルレンズ１２Ａ、１２Ｂで構成したものである。１２Ａは、上側レンズ部を構成する上側シリンドリカルレンズであり、１２Ｂは、下側レンズ部を構成する下側シリンドリカルレンズである。上側シリンドリカルレンズ１２Ａの曲率（第１曲率）に比べて、下側シリンドリカルレンズ１２Ｂの曲率（第２曲率）は大きくなっている。本実施形態によると、図４のようなレンズアレイを有する投光レンズ１２に比べて、レンズの加工が容易となる。

図１９は、第６実施形態による投光レンズ１２の外観図である。この投光レンズ１２は、図１２に示した投光レンズ１２の変形例であって、レンズ部１２３を１個の単一のシリンドリカルレンズ１２Ｃで構成したものである。シリンドリカルレンズ１２Ｃは、上側から下側に向かうにつれて曲率が漸増する形状に形成されている。本実施形態の場合も、図１２のようなレンズアレイを有する投光レンズ１２に比べて、レンズの加工が容易となる。

図２０は、第７実施形態による投光レンズ３２の外観図である。この投光レンズ３２は、図４の投光レンズ１２のシリンドリカルレンズを凹レンズとしたものである。詳しくは、投光レンズ３２は、基部３２０と、レンズ部３２３とから構成される。基部３２０は、光の屈折が生じない直方体の形状に形成されている。レンズ部３２３は、上側レンズ部３２１と、下側レンズ部３２２とから構成される。上側レンズ部３２１は、基部３２０の上側に基部３２０と一体に形成されており、複数の上側シリンドリカルレンズ３２ａが車幅方向Ｘに配列されたレンズアレイからなる。上側シリンドリカルレンズ３２ａのそれぞれは、凹レンズで構成されている。下側レンズ部３２２は、基部３２０の下側に基部３２０と一体に形成されており、複数の下側シリンドリカルレンズ３２ｂが車幅方向Ｘに配列されたレンズアレイからなる。上側シリンドリカルレンズ３２ａのそれぞれと、下側シリンドリカルレンズ３２ｂのそれぞれとは対をなしており、上下方向Ｙに連続している。また、上側シリンドリカルレンズ３２ａの曲率（第１曲率）に比べて、下側シリンドリカルレンズ３２ｂの曲率（第２曲率）が大きくなっている。

このように、シリンドリカルレンズ３２ａ、３２ｂを凹レンズで構成した場合も、曲率の小さい上側シリンドリカルレンズ３２ａではレーザ光の広がり角が小さく、曲率の大きい下側シリンドリカルレンズ３２ｂではレーザ光の広がり角が大きくなる。したがって、投光レンズ３２は、図４の投光レンズ１２と同様の機能を有している。

図２１は、第８実施形態による投光レンズ３２の外観図である。この投光レンズ３２は、図１２の投光レンズ１２のシリンドリカルレンズを凹レンズとしたものである。詳しくは、投光レンズ３２は、基部３２０と、レンズ部３２３とから構成される。基部３２０は、光の屈折が生じない直方体の形状に形成されている。レンズ部３２３は、複数のシリンドリカルレンズ３２ｃが車幅方向Ｘに配列されたレンズアレイからなる。シリンドリカルレンズ３２ｃのそれぞれは、凹レンズで構成されており、上側から下側に向かうにつれて曲率が漸増する形状に形成されている。

このように、シリンドリカルレンズ３２ｃを凹レンズで構成した場合も、曲率の小さい上側ではレーザ光の広がり角が小さく、曲率の大きい下側ではレーザ光の広がり角が大きくなる。したがって、投光レンズ３２は、図１２の投光レンズ１２と同様の機能を有している。

本発明では、以上述べた実施形態以外にも、種々の実施形態を採用することができる。たとえば、図１８〜図２１の投光レンズ１２、３２に、図１６や図１７に示されているコリメートレンズ１２ｆを一体に形成してもよい。また、図１８のシリンドリカルレンズ１２Ａ、１２Ｂや、図１９のシリンドリカルレンズ１２Ｃを、凹レンズとしてもよい。

図４や図１６においては、上側シリンドリカルレンズ１２ａと、下側シリンドリカルレンズ１２ｂを共に凸レンズとしたが、上側シリンドリカルレンズ１２ａを凸レンズとし、下側シリンドリカルレンズ１２ｂを凹レンズとしてもよい。逆に、上側シリンドリカルレンズ１２ａを凹レンズとし、下側シリンドリカルレンズ１２ｂを凸レンズとしてもよい。同様に、図１８において、上側シリンドリカルレンズ１２Ａを凸レンズとし、下側シリンドリカルレンズ１２Ｂを凹レンズとしてもよい。逆に、上側シリンドリカルレンズ１２Ａを凹レンズとし、下側シリンドリカルレンズ１２Ｂを凸レンズとしてもよい。

図１２や図１７において、シリンドリカルレンズ１２ｃを、上半分が凸レンズで下半分が凹レンズとなるような形状、あるいは、上半分が凹レンズで下半分が凸レンズとなるような形状にしてもよい。同様に、図１９において、シリンドリカルレンズ１２Ｃを、上半分が凸レンズで下半分が凹レンズとなるような形状、あるいは、上半分が凹レンズで下半分が凸レンズとなるような形状にしてもよい。

１ 投光部
２ 受光部
１１、１１ｆ コリメートレンズ
１２、３２ 投光レンズ
１２ａ、１２Ａ、３２ａ 上側シリンドリカルレンズ
１２ｂ、１２Ｂ、３２ｂ 下側シリンドリカルレンズ
１２ｃ、１２Ｃ，３２ｃ シリンドリカルレンズ
１３ 発光素子
２１ 受光レンズ
２２ 受光素子
１２０、３２０ 基部
１２１、３２１ 上側レンズ部
１２２、３２２ 下側レンズ部
１２３、３２３ レンズ部
１００ 車両用光学式レーダ装置
２００ 車両
Ｒ１、Ｒ３ 上側検出領域（遠距離検出領域）
Ｒ２、Ｒ４ 下側検出領域（近距離検出領域）
Ｘ 車幅方向
Ｙ 上下方向
α 車幅方向の光の広がり角（上側領域）
β 車幅方向の光の広がり角（下側領域）

Claims (8)

1. 車両の前方へ光を投光する投光部と、
   前記車両の前方にある物体で反射した前記光を受光する受光部と、を備え、
   前記投光部は、
   前記光を出射する発光素子と、
   前記発光素子から出射した光を、前記車両の車幅方向および上下方向に拡散させて、前記車両の前方へ投光する投光レンズと、を含む車両用光学式レーダ装置において、
   前記投光レンズは、投光する光の下側領域における車幅方向の広がり角が、上側領域における車幅方向の広がり角よりも大きな角度となるように、当該光を拡散させる、ことを特徴とする車両用光学式レーダ装置。
2. 請求項１に記載の車両用光学式レーダ装置において、
   前記投光レンズは、
   車幅方向に配列された複数のシリンドリカルレンズを備え、
   前記シリンドリカルレンズのそれぞれは、下側の曲率が上側の曲率よりも大きくなるように形成されている、ことを特徴とする車両用光学式レーダ装置。
3. 請求項２に記載の車両用光学式レーダ装置において、
   前記シリンドリカルレンズのそれぞれは、
   第１曲率を有する上側シリンドリカルレンズと、
   前記第１曲率より大きい第２曲率を有する下側シリンドリカルレンズとから構成される、ことを特徴とする車両用光学式レーダ装置。
4. 請求項２に記載の車両用光学式レーダ装置において、
   前記シリンドリカルレンズのそれぞれは、上側から下側に向かうにつれて曲率が漸増する形状に形成されている、ことを特徴とする車両用光学式レーダ装置。
5. 請求項１に記載の車両用光学式レーダ装置において、
   前記投光レンズは、
   単一のシリンドリカルレンズを備え、
   前記シリンドリカルレンズは、下側の曲率が上側の曲率よりも大きくなるように形成されている、ことを特徴とする車両用光学式レーダ装置。
6. 請求項５に記載の車両用光学式レーダ装置において、
   前記単一のシリンドリカルレンズは、
   第１曲率を有する上側シリンドリカルレンズと、
   前記第１曲率より大きい第２曲率を有する下側シリンドリカルレンズとから構成される、ことを特徴とする車両用光学式レーダ装置。
7. 請求項５に記載の車両用光学式レーダ装置において、
   前記単一のシリンドリカルレンズは、上側から下側に向かうにつれて曲率が漸増する形状に形成されている、ことを特徴とする車両用光学式レーダ装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の車両用光学式レーダ装置において、
   前記発光素子から出射した光を平行光に変換するコリメートレンズをさらに備え、
   前記コリメートレンズは、前記投光レンズと一体に形成されている、ことを特徴とする車両用光学式レーダ装置。

Images