JP2978781B2 - レーザレーダの受信光学装置 - Google Patents
レーザレーダの受信光学装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザレーダの受
信光学装置に係り、とくに自動車等に搭載されて使用さ
れるレーザレーダの受信光学系に好適なレーザレーダの
受信光学装置に関する。
信光学装置に係り、とくに自動車等に搭載されて使用さ
れるレーザレーダの受信光学系に好適なレーザレーダの
受信光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】スキャン型レーザレーダは、レーザ光を
物体に向けて出射し、物体での反射光を受光して、当該
物体の方向及び距離を検出するものであり、例えば自動
車に搭載して、自車両と前方の他車両との位置と距離と
を検出するために用いられている。
物体に向けて出射し、物体での反射光を受光して、当該
物体の方向及び距離を検出するものであり、例えば自動
車に搭載して、自車両と前方の他車両との位置と距離と
を検出するために用いられている。
【０００３】普通の集光レンズの場合、受光角を持った
光が入射すると焦点位置で像高を持ってしまい、これが
ためフォトダイオードに集光できない角度ができる。そ
こで、従来のスキャン型レーザレーダの受信光学系は、
図９のようなモータ５４の往復回転によって、一定範囲
をスキャンさせた平面ミラー５３と集光レンズ５５とフ
ォトダイオード５６で構成されるものと、図１０のよう
なレンズの両面がいずれも他方の面の近軸焦点位置にあ
る凸レンズである多数のエレメントを束ねたフライアイ
レンズ５７を用いた集光レンズ５８とこの集光レンズ５
８の前側焦点位置に配置したフォトダイオード５９で構
成するものとがある。
光が入射すると焦点位置で像高を持ってしまい、これが
ためフォトダイオードに集光できない角度ができる。そ
こで、従来のスキャン型レーザレーダの受信光学系は、
図９のようなモータ５４の往復回転によって、一定範囲
をスキャンさせた平面ミラー５３と集光レンズ５５とフ
ォトダイオード５６で構成されるものと、図１０のよう
なレンズの両面がいずれも他方の面の近軸焦点位置にあ
る凸レンズである多数のエレメントを束ねたフライアイ
レンズ５７を用いた集光レンズ５８とこの集光レンズ５
８の前側焦点位置に配置したフォトダイオード５９で構
成するものとがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする問題】しかしながら、上記従
来例にあっては、例えば前者の場合は、駆動機構部分が
あるため、固定式の物に比較して耐久性が悪く，且つ装
置全体の構成が複雑となり大型化するという不都合が生
じていた。又、後者の場合は、フライアイレンズを使用
しているため、受信光学系のサイズが大きくなり、コス
ト高となり，且つ構造が複雑化するという不都合が生じ
ていた。
来例にあっては、例えば前者の場合は、駆動機構部分が
あるため、固定式の物に比較して耐久性が悪く，且つ装
置全体の構成が複雑となり大型化するという不都合が生
じていた。又、後者の場合は、フライアイレンズを使用
しているため、受信光学系のサイズが大きくなり、コス
ト高となり，且つ構造が複雑化するという不都合が生じ
ていた。
【０００５】
【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、とくに構造の単純化および装置全体の小型
化，更には原価低減を図ったレーザレーダの受信光学装
置を提供することを、その目的とする。
を改善し、とくに構造の単純化および装置全体の小型
化，更には原価低減を図ったレーザレーダの受信光学装
置を提供することを、その目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明では、反射レーザ光を受光する
集光レンズと、この集光レンズによって受光される情報
を受信し電気信号に変換するフォトダイオードとを備え
たレーザレーダの受信光学装置において、フォトダイオ
ードを、複数の素子が面状に配設された四角形状の面状
フォトダイオードとする。また、前述した集光レンズを
単一の非球面レンズで構成すると共に、当該集光レンズ
の焦点距離を、所定の受光角で入射した光によって前述
した面状フォトダイオードの面上に像面が形成されるよ
うに設定されたものとする、という構成を採っている。
め、請求項１記載の発明では、反射レーザ光を受光する
集光レンズと、この集光レンズによって受光される情報
を受信し電気信号に変換するフォトダイオードとを備え
たレーザレーダの受信光学装置において、フォトダイオ
ードを、複数の素子が面状に配設された四角形状の面状
フォトダイオードとする。また、前述した集光レンズを
単一の非球面レンズで構成すると共に、当該集光レンズ
の焦点距離を、所定の受光角で入射した光によって前述
した面状フォトダイオードの面上に像面が形成されるよ
うに設定されたものとする、という構成を採っている。
【０００７】このため、この請求項１記載の発明では、
フォトダイオードの受光面のＸ方向・Ｚ方向サイズと
受信光学系へのＸ方向・Ｚ方向の受光角が対応するよう
に集光レンズの焦点距離を決める。そして、フォトダイ
オードをこの集光レンズの最良像面位置（受光角ごとの
収差のバランスがとれた位置）に配置することで、受信
光学系に受光角を持って入射した光は、効率的にフォト
ダイオードに集光することができ、構成が単純化される
ため装置全体の小型化及び原価低減が可能となる。
フォトダイオードの受光面のＸ方向・Ｚ方向サイズと
受信光学系へのＸ方向・Ｚ方向の受光角が対応するよう
に集光レンズの焦点距離を決める。そして、フォトダイ
オードをこの集光レンズの最良像面位置（受光角ごとの
収差のバランスがとれた位置）に配置することで、受信
光学系に受光角を持って入射した光は、効率的にフォト
ダイオードに集光することができ、構成が単純化される
ため装置全体の小型化及び原価低減が可能となる。
【０００８】請求項２記載の発明では、所定間隔をへだ
てて配置された第一および第二の集光レンズと、これら
の各レンズによって集光される情報を受信し電気信号に
変換するフォトダイオードとを備えたレーザレーダの受
信光学装置において、前述したフォトダイオードを、複
数の素子が面状に配設された四角形状の面状フォトダイ
オードとする。又、第一および第二の集光レンズにより
形成されるレンズ群の焦点距離を、所定の受光角で入射
した光によって前述した面状フォトダイオードの面上に
像面が形成されるように設定する、という構成を採って
いる。
てて配置された第一および第二の集光レンズと、これら
の各レンズによって集光される情報を受信し電気信号に
変換するフォトダイオードとを備えたレーザレーダの受
信光学装置において、前述したフォトダイオードを、複
数の素子が面状に配設された四角形状の面状フォトダイ
オードとする。又、第一および第二の集光レンズにより
形成されるレンズ群の焦点距離を、所定の受光角で入射
した光によって前述した面状フォトダイオードの面上に
像面が形成されるように設定する、という構成を採って
いる。
【０００９】このため、この請求項２記載の発明では、
前述した請求項１記載の発明の場合と同様に、フォトダ
イオードの受光面のＸ方向・Ｚ方向サイズと受信光学系
へのＸ方向・Ｚ方向の受光角が対応するように、集光レ
ンズ群の各レンズの焦点距離を決める。そして、前述し
た請求項１記載の発明の場合と同様に、フォトダイオー
ドをこの集光レンズ群の最良像面位置（受光角ごとの収
差のバランスがとれた位置）に配置することで、受信光
学系に受光角を持って入射した光は、効率的にフォトダ
イオードに集光することができ、構成が単純化されるた
め装置全体の小型化及び原価低減が可能となる。
前述した請求項１記載の発明の場合と同様に、フォトダ
イオードの受光面のＸ方向・Ｚ方向サイズと受信光学系
へのＸ方向・Ｚ方向の受光角が対応するように、集光レ
ンズ群の各レンズの焦点距離を決める。そして、前述し
た請求項１記載の発明の場合と同様に、フォトダイオー
ドをこの集光レンズ群の最良像面位置（受光角ごとの収
差のバランスがとれた位置）に配置することで、受信光
学系に受光角を持って入射した光は、効率的にフォトダ
イオードに集光することができ、構成が単純化されるた
め装置全体の小型化及び原価低減が可能となる。
【００１０】請求項３記載の発明では、前述した請求項
２記載のレーザレーダの受信光学装置において、第一の
集光レンズを非球面フレネルレンズとし，第二の集光レ
ンズを非球面レンズとする、という構成を採っている。
２記載のレーザレーダの受信光学装置において、第一の
集光レンズを非球面フレネルレンズとし，第二の集光レ
ンズを非球面レンズとする、という構成を採っている。
【００１１】このため、この請求項３記載の発明では、
前述した請求項２記載の発明と同等に機能するほか、更
に精度良く且つ効率的にフォトダイオードに集光するこ
とができ、従って信頼性向上を図り得る。
前述した請求項２記載の発明と同等に機能するほか、更
に精度良く且つ効率的にフォトダイオードに集光するこ
とができ、従って信頼性向上を図り得る。
【００１２】請求項４記載の発明では、前述した請求項
２記載のレーザレーダの受信光学装置において、前述し
た面状フォトダイオードを横長の長方形状とする、とい
う構成を採っている。
２記載のレーザレーダの受信光学装置において、前述し
た面状フォトダイオードを横長の長方形状とする、とい
う構成を採っている。
【００１３】このため、この請求項４記載の発明では、
前述した請求項２記載の発明と同等に機能するほか、水
平方向の受光範囲を拡大することができ、このため探索
方向に先方から脇にずれたものに対してもその広角度探
索が可能となる。
前述した請求項２記載の発明と同等に機能するほか、水
平方向の受光範囲を拡大することができ、このため探索
方向に先方から脇にずれたものに対してもその広角度探
索が可能となる。
【００１４】請求項５記載の発明では、請求項２記載の
レーザレーダの受信光学装置において、前述した面状フ
ォトダイオードを方形状とする、という構成を採ってい
る。
レーザレーダの受信光学装置において、前述した面状フ
ォトダイオードを方形状とする、という構成を採ってい
る。
【００１５】このため、この請求項５記載の発明では、
前述した請求項２記載の発明と同等に機能するほか、上
下方向の大きいものに対しても比較的精度良くその全体
像を探知することができる。
前述した請求項２記載の発明と同等に機能するほか、上
下方向の大きいものに対しても比較的精度良くその全体
像を探知することができる。
【００１６】請求項６記載の発明では、前述した請求項
２記載のレーザレーダの受信光学装置において、レンズ
群の焦点距離をｆ，当該レンズ群の入射瞳径をｄ，像側
の光線の傾角をｕ，像空間の屈折率をｎとした場合、こ
れらが次式、 ０＜〔（ｎ×ｆ×ｓｉｎ（ｕ））／ｄ〕＜０．５ ……………… を、満足する関係にあること、という構成を採ってい
る。
２記載のレーザレーダの受信光学装置において、レンズ
群の焦点距離をｆ，当該レンズ群の入射瞳径をｄ，像側
の光線の傾角をｕ，像空間の屈折率をｎとした場合、こ
れらが次式、 ０＜〔（ｎ×ｆ×ｓｉｎ（ｕ））／ｄ〕＜０．５ ……………… を、満足する関係にあること、という構成を採ってい
る。
【００１７】このため、この請求項６記載の発明では、
前述した請求項２記載の発明と同等に機能するほか、入
射瞳径が可能な限り大きく設定し得るので、受信光学系
に入射させる光エネルギーを増やすことができ、かかる
点において受信感度を高めることができる。
前述した請求項２記載の発明と同等に機能するほか、入
射瞳径が可能な限り大きく設定し得るので、受信光学系
に入射させる光エネルギーを増やすことができ、かかる
点において受信感度を高めることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を、
図１乃至図３に基づいて説明する。図１はレーザレーダ
の内部構成を示す概略平面図である。この図１に示すレ
ーザレーダは、例えば車両に搭載して前方の車両の位置
（方向及び距離）を検出するものであり、本体ケース１
の内部には、レーザ光をスキャンしながら出射する送信
光学系２と、物体（車両）で反射したレーザ光を受光す
る受信光学系３とを備えている。
図１乃至図３に基づいて説明する。図１はレーザレーダ
の内部構成を示す概略平面図である。この図１に示すレ
ーザレーダは、例えば車両に搭載して前方の車両の位置
（方向及び距離）を検出するものであり、本体ケース１
の内部には、レーザ光をスキャンしながら出射する送信
光学系２と、物体（車両）で反射したレーザ光を受光す
る受信光学系３とを備えている。
【００１９】この受信光学系３は、所定間隔をへだてて
配置された第一および第二の集光レンズ４，５と、これ
らの各レンズ４，５によって集光される情報を受信し電
気信号に変換するフォトダイオード６とを備えている。
また、このフォトダイオード６は、複数の素子が面状に
配設された四角形状の面状フォトダイオードが使用され
ている。
配置された第一および第二の集光レンズ４，５と、これ
らの各レンズ４，５によって集光される情報を受信し電
気信号に変換するフォトダイオード６とを備えている。
また、このフォトダイオード６は、複数の素子が面状に
配設された四角形状の面状フォトダイオードが使用され
ている。
【００２０】そして、前述した第一および第二の集光レ
ンズ４，５によって形成されるレンズ群の焦点距離は、
上記フォトダイオード６の面上に像面が形成されるよう
に設定されている。即ち、この集光レンズ群の最良像面
位置に、前述したフォトダイオード６が配設されてい
る。
ンズ４，５によって形成されるレンズ群の焦点距離は、
上記フォトダイオード６の面上に像面が形成されるよう
に設定されている。即ち、この集光レンズ群の最良像面
位置に、前述したフォトダイオード６が配設されてい
る。
【００２１】ここで、各図中の三次限の各座標は、送信
光のスキャン方向（水平方向）をＸ、送信光の発射する
方向をＹ、ＸーＹ面に対する垂直方向をＺで示す。
光のスキャン方向（水平方向）をＸ、送信光の発射する
方向をＹ、ＸーＹ面に対する垂直方向をＺで示す。
【００２２】図２（Ａ）に、レーザレーダの前述した受
信光学系３のＸーＹ平面における受光の態様を示し、図
２（Ｂ）にはレーザレーダの受信光学系のＺーＹ平面に
おける受光の態様を示している。図３は、本実施形態に
おけるレーザレーダの受信光学系３の受光範囲を示す説
明図である。ここで、θx はＸーＹ座標における入射光
の広がりを示し、θz はＺーＹ座標における入射光の広
がりを示す。
信光学系３のＸーＹ平面における受光の態様を示し、図
２（Ｂ）にはレーザレーダの受信光学系のＺーＹ平面に
おける受光の態様を示している。図３は、本実施形態に
おけるレーザレーダの受信光学系３の受光範囲を示す説
明図である。ここで、θx はＸーＹ座標における入射光
の広がりを示し、θz はＺーＹ座標における入射光の広
がりを示す。
【００２３】また、図２において、第一の集光レンズ４
としては非球面のフレネルレンズが使用され、また、第
二の集光レンズ５として非球面レンズが使用されてい
る。
としては非球面のフレネルレンズが使用され、また、第
二の集光レンズ５として非球面レンズが使用されてい
る。
【００２４】次に、上記実施形態の機能等について説明
する。まず、送信光学系２によってスキャンを行いなが
ら、細線状の光ビームが自車から前方の物体（車両）に
向けて出射される。そして、この物体表面で反射したレ
ーザ光（反射光）は、受信光学系３にて反射レーザ光と
して受信される。
する。まず、送信光学系２によってスキャンを行いなが
ら、細線状の光ビームが自車から前方の物体（車両）に
向けて出射される。そして、この物体表面で反射したレ
ーザ光（反射光）は、受信光学系３にて反射レーザ光と
して受信される。
【００２５】この場合、受信光学系３への受光角は、図
３のようにＸ方向θx 、Ｚ方向θzであり、Ｘ方向とＺ
方向で同じ（又は異なる）角度を受光する。そして、そ
れぞれの方向に対応するように、次式によって集光レ
ンズのＸ方向とＺ方向の焦点距離を定める。 ｆx ＝Ｄ／ｔａｎθx ｆz ＝Ｄ／ｔａｎθz ……………………… 但し、ｆx ：Ｘ方向の焦点距離 、ｆz ：Ｚ方向の焦
点距離Ｄ ：フォトダイオードの受光面サイズ（正方形
の一辺）θx ：Ｘ方向の受光角 、θz ：Ｚ方向の
受光角とする。
３のようにＸ方向θx 、Ｚ方向θzであり、Ｘ方向とＺ
方向で同じ（又は異なる）角度を受光する。そして、そ
れぞれの方向に対応するように、次式によって集光レ
ンズのＸ方向とＺ方向の焦点距離を定める。 ｆx ＝Ｄ／ｔａｎθx ｆz ＝Ｄ／ｔａｎθz ……………………… 但し、ｆx ：Ｘ方向の焦点距離 、ｆz ：Ｚ方向の焦
点距離Ｄ ：フォトダイオードの受光面サイズ（正方形
の一辺）θx ：Ｘ方向の受光角 、θz ：Ｚ方向の
受光角とする。
【００２６】即ち、このようにすることにより、受光角
範囲内の反射光は、すべてフォトダイオード６の受光面
で受光することができる。
範囲内の反射光は、すべてフォトダイオード６の受光面
で受光することができる。
【００２７】ここで、上記実施形態において、フォトダ
イオード６を正方形とした場合（受光面のＸ方向、Ｚ方
向のサイズが同じもの）について説明したが、フォトダ
イオード６を横長の長方形としてもよい。
イオード６を正方形とした場合（受光面のＸ方向、Ｚ方
向のサイズが同じもの）について説明したが、フォトダ
イオード６を横長の長方形としてもよい。
【００２８】このフォトダイオード６を横長の長方形と
した場合も、次式に従って集光レンズの各方向の焦点
距離を変えることにより、フォトダイオード６にすべて
の反射光を集光することができる。 ｆx ＝Ｄx ／ｔａｎθx ｆz ＝Ｄz ／ｔａｎθz ……………………… 但し、 ｆx ：Ｘ方向の焦点距離、 ｆz ：Ｚ方向の焦点距離 Ｄx ：フォトダイオードのＸ方向の受光面サイズ Ｄz ：フォトダイオードのＺ方向の受光面サイズ θx ：Ｘ方向の受光角、 θz ：Ｚ方向の受光角
した場合も、次式に従って集光レンズの各方向の焦点
距離を変えることにより、フォトダイオード６にすべて
の反射光を集光することができる。 ｆx ＝Ｄx ／ｔａｎθx ｆz ＝Ｄz ／ｔａｎθz ……………………… 但し、 ｆx ：Ｘ方向の焦点距離、 ｆz ：Ｚ方向の焦点距離 Ｄx ：フォトダイオードのＸ方向の受光面サイズ Ｄz ：フォトダイオードのＺ方向の受光面サイズ θx ：Ｘ方向の受光角、 θz ：Ｚ方向の受光角
【００２９】ここで、焦点距離ｆx ，ｆz は、上述した
ように受光角とフォトダイオードの受光面サイズとから
一義に定まる。従って、次式より焦点距離一定で入射
瞳径を大きくすると、Ｆnoが明るくなる。 Ｆno＝ｆ／ｄ …………………………………… 但し、Ｆno：Ｆナンバー 、ｆ：焦点距離 、ｄ：入射
瞳径、とする。
ように受光角とフォトダイオードの受光面サイズとから
一義に定まる。従って、次式より焦点距離一定で入射
瞳径を大きくすると、Ｆnoが明るくなる。 Ｆno＝ｆ／ｄ …………………………………… 但し、Ｆno：Ｆナンバー 、ｆ：焦点距離 、ｄ：入射
瞳径、とする。
【００３０】一方、正弦条件を満たした場合、光学系に
おいては「Ｆno≧０．５」になる。しかしながら、本実
施形態の光学系においては、入射した光束がフォトダイ
オード６の受光面に到達する限り、正弦条件を満たさな
いことによる収差の発生は、問題にならない。
おいては「Ｆno≧０．５」になる。しかしながら、本実
施形態の光学系においては、入射した光束がフォトダイ
オード６の受光面に到達する限り、正弦条件を満たさな
いことによる収差の発生は、問題にならない。
【００３１】そこで、次式 ０＜〔（ｎ×ｆ×ｓｉｎ（ｕ））／ｄ〕＜０．５ ……………… の条件を保つように光学系パラメータを調整すると、入
射瞳径が「ｆ×２」以上に大きくなり、光学系に入射す
る光エネルギーを増やすことができる。ここで、ｆはレ
ンズ群の焦点距離，ｄは当該レンズ群の入射瞳径，ｕは
像側の光線の傾角，ｎは像空間の屈折率を、それぞれ示
す。
射瞳径が「ｆ×２」以上に大きくなり、光学系に入射す
る光エネルギーを増やすことができる。ここで、ｆはレ
ンズ群の焦点距離，ｄは当該レンズ群の入射瞳径，ｕは
像側の光線の傾角，ｎは像空間の屈折率を、それぞれ示
す。
【００３２】また、上述した説明では、第一の集光レン
ズ（フレネルレンズ）４の持つ収差を無視したが、実際
には第一の集光レンズ（フレネルレンズ）４の収差によ
って特に軸外光で第一の集光レンズ（フレネルレンズ）
４の受光面に入りきらなくなる。そこで、受信光学系３
への受光角ごとの収差のバランスがとれた位置（最良像
面位置）にフォトダイオード６を配置することにより、
受光角範囲内の反射光すべてをフォトダイオード６の受
光面で受光することができる。
ズ（フレネルレンズ）４の持つ収差を無視したが、実際
には第一の集光レンズ（フレネルレンズ）４の収差によ
って特に軸外光で第一の集光レンズ（フレネルレンズ）
４の受光面に入りきらなくなる。そこで、受信光学系３
への受光角ごとの収差のバランスがとれた位置（最良像
面位置）にフォトダイオード６を配置することにより、
受光角範囲内の反射光すべてをフォトダイオード６の受
光面で受光することができる。
【００３３】ここで、上記図１乃至図２に開示した実施
形態にあっては、二枚の集光レンズ（第一乃至第二のつ
集光レンズ４，５）を装備した場合を例示したが、上述
した式において「ｆx ＝ｆz ，θx ＝θz 」である場
合には、単一の集光レンズを用いたものであってもよ
い。
形態にあっては、二枚の集光レンズ（第一乃至第二のつ
集光レンズ４，５）を装備した場合を例示したが、上述
した式において「ｆx ＝ｆz ，θx ＝θz 」である場
合には、単一の集光レンズを用いたものであってもよ
い。
【００３４】
〔第１実施例〕Ｘ方向の焦点距離ｆx とＺ方向の焦点距
離ｆz が等しい場合の具体的な例を、図４に示す。この
場合は、図４（Ａ）に示す仕様の単一の集光レンズ１１
によって前述した式を満足する受光系を得ることがで
きる。この場合の各部の寸法例は以下の如くなる。 入射瞳径ｄ： 20.0 〔ｍｍ〕、 焦点距離ｆ ： 28.06〔ｍｍ〕 受光角θ ： 10.0 〔度 〕、 受光面サイズ（一辺）Ｄ：5.0 〔ｍｍ〕
離ｆz が等しい場合の具体的な例を、図４に示す。この
場合は、図４（Ａ）に示す仕様の単一の集光レンズ１１
によって前述した式を満足する受光系を得ることがで
きる。この場合の各部の寸法例は以下の如くなる。 入射瞳径ｄ： 20.0 〔ｍｍ〕、 焦点距離ｆ ： 28.06〔ｍｍ〕 受光角θ ： 10.0 〔度 〕、 受光面サイズ（一辺）Ｄ：5.0 〔ｍｍ〕
【００３５】図４（Ｂ）は、前述した図４（Ａ）に示す
単一の集光レンズによって得られる集光パターンの例を
示す。即ち、方形状のフォトダイオード６に適合した単
一の集光レンズ１１が選定された結果、得られた集光パ
ターンである。
単一の集光レンズによって得られる集光パターンの例を
示す。即ち、方形状のフォトダイオード６に適合した単
一の集光レンズ１１が選定された結果、得られた集光パ
ターンである。
【００３６】〔第２実施例〕図２に開示した場合の受光
系３の具体的な実施例を、図５に示す。この場合は、Ｘ
方向の焦点距離ｆx とＺ方向の焦点距離ｆz が異なる場
合であり、各部の寸法例は以下の如くなる。
系３の具体的な実施例を、図５に示す。この場合は、Ｘ
方向の焦点距離ｆx とＺ方向の焦点距離ｆz が異なる場
合であり、各部の寸法例は以下の如くなる。
【００３７】入射瞳径ｄ：20.0、Ｘ方向焦点距離ｆx ：
27.61 〔ｍｍ〕、Ｚ方向焦点距離ｆz ：24.00 〔ｍｍ〕 Ｘ方向の受項角θx ：10.0 〔度 〕、Ｚ方向の受光角
θz ： 5.0 〔度 〕 Ｘ方向の受光面サイズＤx ： 5.0〔ｍｍ〕、Ｚ方向の受
光面サイズＤz ： 2.0〔ｍｍ〕。そして、これに適合す
る第一及び第二の集光レンズ１２，１３については、図
５（Ａ）の図表に示す仕様のものが最適な集光レンズと
して特定される。
27.61 〔ｍｍ〕、Ｚ方向焦点距離ｆz ：24.00 〔ｍｍ〕 Ｘ方向の受項角θx ：10.0 〔度 〕、Ｚ方向の受光角
θz ： 5.0 〔度 〕 Ｘ方向の受光面サイズＤx ： 5.0〔ｍｍ〕、Ｚ方向の受
光面サイズＤz ： 2.0〔ｍｍ〕。そして、これに適合す
る第一及び第二の集光レンズ１２，１３については、図
５（Ａ）の図表に示す仕様のものが最適な集光レンズと
して特定される。
【００３８】図５（Ｂ）（Ｃ）は、図５（Ａ）に示す集
光レンズ１２，１３の集光の状況を示すもので、図５
（Ｂ）はＸーＹ面における集光パターンを示し、図５
（Ｃ）はＺーＹ面における集光パターンの例を示す。何
れの場合も横長のフォトダイオード６に適合したレンズ
群が選定された結果、得られた集光パターンである。
光レンズ１２，１３の集光の状況を示すもので、図５
（Ｂ）はＸーＹ面における集光パターンを示し、図５
（Ｃ）はＺーＹ面における集光パターンの例を示す。何
れの場合も横長のフォトダイオード６に適合したレンズ
群が選定された結果、得られた集光パターンである。
【００３９】〔第３実施例〕次に、前述した式にかか
る具体例を説明する。ここで、前述した式にかかる関
数部分を次式に置き換える。 ｆ（ｎ，ｆ，ｕ，ｄ）＝（ｎ×ｆ×ｓｉｎ（ｕ））／ｄ……………
る具体例を説明する。ここで、前述した式にかかる関
数部分を次式に置き換える。 ｆ（ｎ，ｆ，ｕ，ｄ）＝（ｎ×ｆ×ｓｉｎ（ｕ））／ｄ……………
【００４０】（１）．式の値が「０．５」に近い場合 この場合の具体例を図７に示す。各部の寸法例は以下の
如くなる。 ｆ（ｎ，ｆ，ｕ，ｄ）：0.447 入射瞳径ｄ ：40.0 、焦点距離ｆ：19.32 ｓｉｎ（ｕ）： 0.9247 そして、これに適合する第一及び第二の集光レンズ１
４，１５については、図６（Ａ）の図表に示す仕様のも
のが、最適な集光レンズ群として特定される。図６
（Ｂ）は、この図６（Ａ）に示すレンズの集光パターン
を示す。
如くなる。 ｆ（ｎ，ｆ，ｕ，ｄ）：0.447 入射瞳径ｄ ：40.0 、焦点距離ｆ：19.32 ｓｉｎ（ｕ）： 0.9247 そして、これに適合する第一及び第二の集光レンズ１
４，１５については、図６（Ａ）の図表に示す仕様のも
のが、最適な集光レンズ群として特定される。図６
（Ｂ）は、この図６（Ａ）に示すレンズの集光パターン
を示す。
【００４１】（２）．式の値が「０」と「０．５」の中
間の場合 この場合の具体例を図７に示す。各部の寸法例は以下の
如くなる。 ｆ（ｎ，ｆ，ｕ，ｄ）： 0.310 入射瞳径ｄ ：40.0 、焦点距離ｆ： 14.73、 ｓｉｎ（ｕ）： 0.8375 そして、これに適合する第一および第二の集光レンズ１
７，１８については、図７（Ａ）の図表に示す仕様のも
のが、最適な集光レンズとして特定される。図７（Ｂ）
は、この図７（Ａ）に示すレンズの集光パターンを示
す。
間の場合 この場合の具体例を図７に示す。各部の寸法例は以下の
如くなる。 ｆ（ｎ，ｆ，ｕ，ｄ）： 0.310 入射瞳径ｄ ：40.0 、焦点距離ｆ： 14.73、 ｓｉｎ（ｕ）： 0.8375 そして、これに適合する第一および第二の集光レンズ１
７，１８については、図７（Ａ）の図表に示す仕様のも
のが、最適な集光レンズとして特定される。図７（Ｂ）
は、この図７（Ａ）に示すレンズの集光パターンを示
す。
【００４２】（３）．式の値が「０」に近い場合 この場合の具体例を図８に示す。各部の寸法例は以下の
如くなる。 ｆ（ｎ，ｆ，ｕ，ｄ）： 0.107 入射瞳径ｄ ：40.0 、焦点距離ｆ： 5.50 、 ｓｉｎ（ｕ）： 0.7743 そして、これに適合する第一および第二の集光レンズ１
９，２０については、図８（Ａ）の図表に示す仕様のも
のが、最適な集光レンズとして特定される。図８（Ｂ）
は、この図８（Ａ）に示すレンズの集光パターンを示
す。
如くなる。 ｆ（ｎ，ｆ，ｕ，ｄ）： 0.107 入射瞳径ｄ ：40.0 、焦点距離ｆ： 5.50 、 ｓｉｎ（ｕ）： 0.7743 そして、これに適合する第一および第二の集光レンズ１
９，２０については、図８（Ａ）の図表に示す仕様のも
のが、最適な集光レンズとして特定される。図８（Ｂ）
は、この図８（Ａ）に示すレンズの集光パターンを示
す。
【００４３】なお、上記各実施例においては、送信光学
系がレーザ光をスキャンしながら送信する場合の装置の
受信光学系であることを前提として説明したが、送信光
学系がレーザ光をスキャンしない固定ビームの送信光学
系であっても、そのまま適用されるものである。また、
上記実施形態および各実施例においては、車載用のレー
ザレーダの受信光学系として用いる場合について説明し
たが、本発明は必ずしも車載用に限定するものではな
い。
系がレーザ光をスキャンしながら送信する場合の装置の
受信光学系であることを前提として説明したが、送信光
学系がレーザ光をスキャンしない固定ビームの送信光学
系であっても、そのまま適用されるものである。また、
上記実施形態および各実施例においては、車載用のレー
ザレーダの受信光学系として用いる場合について説明し
たが、本発明は必ずしも車載用に限定するものではな
い。
【００４４】更に、上記実施形態および各実施例におい
ては、ＸーＺ面は、直交する二軸のＸ方向およびＺ方向
に延設された完全な平面であっても，或いはレンズ群に
対して湾曲した形態の面であってもよい。
ては、ＸーＺ面は、直交する二軸のＸ方向およびＺ方向
に延設された完全な平面であっても，或いはレンズ群に
対して湾曲した形態の面であってもよい。
【００４５】
【発明の効果】本発明は以上のように構成され機能する
ので、これによると、従来例のようにミラーを揺動する
手段やフライアイレンズ等が不要となり、かかる点にお
いて構成がいたって単純化され、このため装置全体の小
型化及び原価低減が可能となり、更に、前述したよう
に、レンズ群の焦点距離ｆ，該レンズ群の入射瞳径ｄ，
像側の光線の傾角ｕ，像空間の屈折率ｎを、「０＜
〔（ｎ×ｆ×ｓｉｎ（ｕ））／ｄ〕＜０．５」の如く設
定すると、例えば発信光学系の入射瞳径を大きくできる
ので、受信光学系に入射する光エネルギーの増加および
受光効率の向上を，更には当該受信光学系のより一層の
小型化を期待することができ、上述した構成の単純化お
よび小型化に伴って耐久性の向上も期待し得るという従
来にない優れたレーザレーダの受信光学装置を提供する
ことができる。
ので、これによると、従来例のようにミラーを揺動する
手段やフライアイレンズ等が不要となり、かかる点にお
いて構成がいたって単純化され、このため装置全体の小
型化及び原価低減が可能となり、更に、前述したよう
に、レンズ群の焦点距離ｆ，該レンズ群の入射瞳径ｄ，
像側の光線の傾角ｕ，像空間の屈折率ｎを、「０＜
〔（ｎ×ｆ×ｓｉｎ（ｕ））／ｄ〕＜０．５」の如く設
定すると、例えば発信光学系の入射瞳径を大きくできる
ので、受信光学系に入射する光エネルギーの増加および
受光効率の向上を，更には当該受信光学系のより一層の
小型化を期待することができ、上述した構成の単純化お
よび小型化に伴って耐久性の向上も期待し得るという従
来にない優れたレーザレーダの受信光学装置を提供する
ことができる。
【図１】本発明の一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】図１内に開示した受信光学系の集光レンズ部に
おける集光パターンを示す図で、図２（Ａ）はＸーＹ面
内における集光パターンを示す説明図、図２（Ｂ）はＹ
ーＺ面内における集光パターンを示す説明図である。
おける集光パターンを示す図で、図２（Ａ）はＸーＹ面
内における集光パターンを示す説明図、図２（Ｂ）はＹ
ーＺ面内における集光パターンを示す説明図である。
【図３】図１内に開示した受信光学系の受光範囲を示す
説明図である。
説明図である。
【図４】本発明の第１実施例における集光レンズの仕様
および集光パターンを示す図で、図４（Ａ）は集光レン
ズの仕様を示す図表、図４（Ｂ）は集光レンズの集光パ
ターンを示す説明図である。
および集光パターンを示す図で、図４（Ａ）は集光レン
ズの仕様を示す図表、図４（Ｂ）は集光レンズの集光パ
ターンを示す説明図である。
【図５】本発明の第２実施例における集光レンズの仕様
および集光パターンを示す図で、図５（Ａ）は集光レン
ズの仕様を示す図表、図５（Ｂ）は集光レンズのＸーＹ
面内における集光パターンを示す説明図、図５（Ｃ）は
集光レンズのＺーＹ面内における集光パターンを示す説
明図である。
および集光パターンを示す図で、図５（Ａ）は集光レン
ズの仕様を示す図表、図５（Ｂ）は集光レンズのＸーＹ
面内における集光パターンを示す説明図、図５（Ｃ）は
集光レンズのＺーＹ面内における集光パターンを示す説
明図である。
【図６】本発明の第３実施例（その１）における集光レ
ンズの仕様および集光パターンを示す図で、図６（Ａ）
は集光レンズの仕様を示す図表、図６（Ｂ）は集光レン
ズの集光パターンを示す説明図である。
ンズの仕様および集光パターンを示す図で、図６（Ａ）
は集光レンズの仕様を示す図表、図６（Ｂ）は集光レン
ズの集光パターンを示す説明図である。
【図７】本発明の第３実施例（その２）における集光レ
ンズの仕様および集光パターンを示す図で、図７（Ａ）
は集光レンズの仕様を示す図表、図７（Ｂ）は集光レン
ズの集光パターンを示す説明図である。
ンズの仕様および集光パターンを示す図で、図７（Ａ）
は集光レンズの仕様を示す図表、図７（Ｂ）は集光レン
ズの集光パターンを示す説明図である。
【図８】本発明の第３実施例（その３）における集光レ
ンズの仕様および集光パターンを示す図で、図８（Ａ）
は集光レンズの仕様を示す図表、図８（Ｂ）は集光レン
ズの集光パターンを示す説明図である。
ンズの仕様および集光パターンを示す図で、図８（Ａ）
は集光レンズの仕様を示す図表、図８（Ｂ）は集光レン
ズの集光パターンを示す説明図である。
【図９】従来例を示す説明図である。
【図１０】他の従来例を示す説明図である。
１ 本体ケース ２ 送信光学系 ３ 受信光学系 ４，１２，１４，１７，１９ 第一の集光レンズ ５，１３，１５，１８，２０ 第二の集光レンズ ６ フォトダイオード １１ 集光レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樋口 敏尚 東京都港区赤坂８丁目６番27号 スカイ プラザ赤坂201号 藤井光学株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−273462（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−1904（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−77726（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01S 7/48 - 7/51 G01S 17/00 - 17/95 G01B 11/00 - 11/30
Claims (6)
- 【請求項１】 反射レーザ光を受光する集光レンズと、
この集光レンズによって受光される情報を受信し電気信
号に変換するフォトダイオードとを備えたレーザレーダ
の受信光学装置において、 前記フォトダイオードを、複数の素子が面状に配設され
た四角形状の面状フォトダイオードとすると共に、 前記集光レンズを単一の非球面レンズで構成すると共
に、当該集光レンズの焦点距離を、所定の受光角で入射
した光によって前記面状フォトダイオードの面上に像面
が形成されるように設定したことを特徴とするレーザレ
ーダの受信光学装置。 - 【請求項２】 所定間隔をへだてて配置された第一およ
び第二の集光レンズと、これらの各レンズによって集光
される情報を受信し電気信号に変換するフォトダイオー
ドとを備えたレーザレーダの受信光学装置において、 前記フォトダイオードを、複数の素子が面状に配設され
た四角形状の面状フォトダイオードとすると共に、 前記第一および第二の集光レンズにより形成されるレン
ズ群の焦点距離を、所定の受光角で入射した光によって
前記面状フォトダイオードの面上に像面が形成されるよ
うに特定したことを特徴とするレーザレーダの受信光学
装置。 - 【請求項３】 前記第一の集光レンズを非球面フレネル
レンズとし，前記第二の集光レンズを非球面レンズとし
たことを特徴とする請求項２記載のレーザレーダの受信
光学装置。 - 【請求項４】 前記面状フォトダイオードを横長の長方
形状としたことを特徴とする請求項２記載のレーザレー
ダの受信光学装置。 - 【請求項５】 前記面状フォトダイオードを方形状とし
たことを特徴とする請求項２記載のレーザレーダの受信
光学装置。 - 【請求項６】 前記請求項２記載のレーザレーダの受信
光学装置において、 前記レンズ群の焦点距離をｆ，当該レンズ群の入射瞳径
をｄ，像側の光線の傾角をｕ，像空間の屈折率をｎとし
た場合、これらが次式、 ０＜〔（ｎ×ｆ×ｓｉｎ（ｕ））／ｄ〕＜０．５ を、満足する関係にあることを特徴とするレーザレーダ
の受信光学装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8240381A JP2978781B2 (ja) | 1996-09-11 | 1996-09-11 | レーザレーダの受信光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8240381A JP2978781B2 (ja) | 1996-09-11 | 1996-09-11 | レーザレーダの受信光学装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1090394A JPH1090394A (ja) | 1998-04-10 |
| JP2978781B2 true JP2978781B2 (ja) | 1999-11-15 |
Family
ID=17058651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8240381A Expired - Fee Related JP2978781B2 (ja) | 1996-09-11 | 1996-09-11 | レーザレーダの受信光学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2978781B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100916319B1 (ko) * | 2006-12-05 | 2009-09-11 | 한국전자통신연구원 | 마이크로 렌즈 어레이를 포함하는 레이저 레이다 |
-
1996
- 1996-09-11 JP JP8240381A patent/JP2978781B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1090394A (ja) | 1998-04-10 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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