JP3183089B2 - 光レーダ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は光源から出される光を
対象物の方向に向けて送光し、対象物による反射光を受
光して対象物に関する情報をうる光レーダ装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の光レーダ装置は、送光部の光源が
レンズの焦点に位置するように調整（以下フォーカスの
調整という）を行うことは可能な構造であったが、調整
後温度変化があると光源の位置の焦点からのずれ（以下
フォーカスの誤差という）が発生していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、フォーカ
スに誤差が生じると、例えば所定の広がり角の光線束に
整形して送出するはずの送出光が、それより広い広がり
角を持った送出光として放射される。従って、送出光の
断面の光パワー密度が低下し最大検出距離が減少する。
さらに、走査による方位をも検出する場合は、方位角分
解能も低下することから、レーダ装置の本質である距離
と方位の検出性能上問題があった。

【０００４】この問題について、さらに詳述する。光レ
ーダ装置は、光を所定の広がり角を有する平行に近い送
出光として送出するために光源をレンズのほぼ焦点の位
置になるよう調整を要する。この状態をベストフォーカ
スと呼ぶ。このベストフォーカスの誤差は、例えば６
［ｍｍ］のフォーカスのレンズを用いた場合ベストフォ
ーカスに調整すれば送出光の広がり角は０．０６度であ
る。この状態から５０［℃］の温度差によりベストフォ
ーカスに０．０２７２［ｍｍ］（２７．２［μｍ］）程
度の微小ではあるが誤差が生じた場合、送出光の光線束
の広がり角は０．１度以上と２倍以上に広がってしまう
ことが実験により確認されている。

【０００５】光線束の広がり角が水平方向にのみ２倍に
広がったと仮定すると、光線束の断面の光パワー密度は
１／２になり、実質的には発光パワー出力が１／２にな
ったのと同じことになる。光レーダ装置の代表的な２つ
の性能のうちの１つである最大検出距離は、発光パワー
出力の１／４乗に比例することから、この場合（１／
２）1^/4 ＝０．８４となり、同じ対象物を検出できる最
大検出距離が８４［％］に短縮されてしまうことにな
る。このことは、例えば対象物の動きに対応しながらあ
る車両の移動方向を制御しようとする場合の最も重要な
動作である衝突回避を行う場合や、双方の車両が互いを
探索する場合などにおいては、決定的な優劣が生じるこ
とになる。

【０００６】また、広がり角が２倍に広がると光レーダ
装置の性能のもう１つの代表的性能である方位角分解能
も１／２に低下し、対象物の方向の角度精度が粗くな
る。以上のように、フォーカスに誤差が生じると光レー
ダ装置の本質的な機能に大きく影響する問題があった。

【０００７】この発明は上記のような問題を解消するた
めになされたもので、温度変化による最大検出距離や方
位角分解能などのレーダ性能の低下を抑制できる光レー
ダ装置を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１にか
かる光レーダ装置は、送光手段に第１の支持部材及びこ
の第１の支持部材と異なる熱膨張係数を有し第１の支持
部材の所定の固定位置に固定された第２の支持部材を設
け、第１の支持部材上にあって上記固定位置から所定の
離隔方向に第１の距離だけ離隔された第１の支持位置及
び第２の支持部材上にあって温度が変化したとき上記固
定位置を基準として第１の支持位置の変位と同じ方向に
変位して第１の支持位置との距離の変化を緩和するよう
に上記固定位置から離隔方向または離隔方向と逆の方向
に第２の距離だけ離隔された第２の支持位置のうちの一
方の支持位置に光源を、他方の支持位置に光学要素を、
光学要素の光軸に光源を合わせて固定支持したものであ
る。

【０００９】この発明の請求項２にかかる光レーダ装置
は、第１及び第２の支持部材を、熱膨張係数がともに正
の値であって第２の支持部材の熱膨張係数が第１の支持
部材のそれよりも大きいものとし、第１及び第２の支持
位置を固定位置から同じ離隔方向に離隔させるとともに
第２の距離を第１の距離よりも小さくしたものである。

【００１０】この発明の請求項３にかかる光レーダ装置
は、第１及び第２の支持部材を、熱膨張係数がともに負
の値であって第２の支持部材の熱膨張係数が第１の支持
部材のそれよりも小さいものとし、第１及び第２の支持
位置を固定位置から同じ離隔方向に離隔させるとともに
第２の距離を第１の距離より小さくしたものである。

【００１１】この発明の請求項４にかかる光レーダ装置
は、第１及び第２の支持部材の一方を熱膨張係数が正の
値のものとし他方を負の値のものとし、第２の支持位置
を固定位置から離隔方向と逆の方向に離隔させたもので
ある。

【００１２】この発明の請求項５にかかる光レーダ装置
は、光学要素がレンズであるものである。

【００１３】この発明の請求項６にかかる光レーダ装置
は、光学要素がレンズであり、第１の支持部材を筒状の
第１の鏡筒とするとともに第２の支持部材を第１の鏡筒
内に挿入しうる筒状の第２の鏡筒とし、第２の鏡筒を第
１の鏡筒の内側の所定の固定位置に固定したものであ
る。

【００１４】この発明の請求項７にかかる光レーダ装置
は、第１の鏡筒に第１の円筒とこの第１の円筒と螺合さ
れた第２の円筒とを設け、第２の円筒の所定の固定位置
に第２の鏡筒を固定し、第１の円筒及び第２の鏡筒の一
方に光源を、他方に光学要素を固定支持したものであ
る、

【００１５】この発明の請求項８にかかる光レーダ装置
は、光学要素が凹面鏡であるものである。

【００１６】この発明の請求項９にかかる光レーダ装置
は、送光手段に走査手段を設けて上記送出光を対象物の
方向に１次元あるいは２次元に走査しながら送光するよ
うにしたものである。

【００１７】この発明の請求項１０にかかる光レーダ装
置は、所定温度に上昇したときの熱膨張による第１の支
持位置の変位と第２の支持位置の変位とがほぼ同じにな
るように第１及び第２の支持部材の熱膨張係数ならびに
第１及び第２の距離をそれぞれ所定の値にしたものであ
る。

【００１８】

【作用】請求項１にかかる光レーダ装置においては、第
１及び第２の支持部材は温度変化により膨張収縮するの
で、第１及び第２の支持位置がその熱膨張係数の正負と
温度の上昇下降とに応じて所定の固定位置を基準にして
離隔方向あるいはこれと逆の方向に変位する。第１及び
第２の支持部材の熱膨張係数がともに正の値であるとき
は、温度上昇により第１の距離及び第２の距離はともに
長くなるので、第１の支持位置と第２の支持位置を固定
位置から同じ離隔方向にとれば固定位置を基準として第
１及び第２の支持位置の変位が同じ方向になり差引かれ
るので、温度上昇にともなう第１及び第２の支持位置の
距離の変化が小さくなる。温度降下のときは、第１及び
第２の距離はともに短くなるが、同様に距離の変化が小
さくなる。従って、第１及び第２の支持位置において、
光源及び光学要素を固定支持すれば、温度変化による両
者の距離の変化が小さくなり、光源と光学要素との幾何
光学的な関係の変化が抑制される。

【００１９】第１及び第２の支持部材の熱膨張係数がと
もに負の値であるときは、温度上昇により第１の距離及
び第２の距離はともに短くなるので、第１の支持位置と
第２の支持位置を固定位置から同じ離隔方向にとれば固
定位置を基準として第１及び第２の支持位置の変位が同
じ方向になり差引かれるので、温度上昇にともなう第１
及び第２の支持位置の距離の変化が小さくなる。温度降
下のときは、第１及び第２の距離はともに長くなるが、
同様に距離の変化が小さくなる。従って、第１及び第２
の支持位置において、光源及び光学要素を固定支持すれ
ば、温度変化による両者の距離の変化が小さくなる。

【００２０】第１及び第２の支持部材の熱膨張係数が一
方が正の値、他方が負の値であるときは、温度上昇によ
り第１の距離は長く第２の距離は短くなるので、第１の
支持位置を固定位置から所定の離隔方向にとり、第２の
支持位置を固定位置から所定の離隔方向と逆の方向にと
ることにより、固定位置を基準として第１及び第２の支
持位置の変位が同じ方向になり差引かれるので、温度上
昇にともなう第１及び第２の支持位置の距離の変化が小
さくなる。温度が下降したときも同様である。従って、
第１及び第２の支持位置において、光源及び光学要素を
固定支持すれば、温度変化による両者の距離の変化が小
さくなる。

【００２１】請求項２にかかる光レーダ装置において
は、第１及び第２の支持位置を固定位置から同じ離隔方
向にとり、第２の距離を第１の距離よりも小さくして第
１と第２の支持位置が離隔方向と直角の方向に重ならな
いようにして光学要素の光軸に光源を合わせて固定支持
できるようにしている。第１及び第２の支持部材の熱膨
張係数がともに正の値であるので、温度上昇により第１
及び第２の支持部材はともに膨張し、第１及び第２の距
離は長くなり、第１の支持位置と第２の支持位置は固定
位置から同じ離隔方向に変位する。

【００２２】第２の支持部材の熱膨張係数が第１の支持
部材のそれよりも大きいので、第２の距離を第１の距離
よりも小さくしても第２の支持位置の変位が小さくなら
ないように補われ、温度上昇にともなう第１及び第２の
支持位置の距離の変化が小さくなる。温度降下のとき
は、第１及び第２の距離はともに小さくなるが、同様に
距離の変化が小さくなる。従って、第１及び第２の支持
位置において、光源及び光学要素を固定支持すれば、温
度変化による両者の距離の変化が小さくなり、光源と光
学要素との幾何光学的な関係の変化が抑制される。

【００２３】請求項３にかかる光レーダ装置において
は、第１及び第２の支持位置を固定位置から同じ離隔方
向にとり、第２の距離を第１の距離よりも小さくして第
１と第２の支持位置が離隔方向と直角の方向に重ならな
いようにして光学要素の光軸に光源を合わせて固定支持
できるようにしている。第１及び第２の支持部材の熱膨
張係数がともに負の値であるので、温度上昇により第１
の距離及び第２の距離はともに短くなり、第１の支持位
置と第２の支持位置は固定位置から同じ離隔方向にとら
れているので、第１及び第２の支持位置はともに離隔方
向と逆方向に変位する。

【００２４】第２の支持部材の熱膨張係数が第１の支持
部材のそれよりも小さい（絶対値は大きい）ので、第２
の距離を第１の距離よりも小さくしても第２の支持位置
の変位が小さくならないように補われ、温度上昇にとも
なう第１及び第２の支持位置の距離の変化が小さくな
る。温度降下のときは、第１及び第２の距離はともに小
さくなるが、同様に距離の変化が小さくなる。従って、
第１及び第２の支持位置において、光源及び光学要素を
固定支持すれば、温度変化による両者間の距離の変化が
小さくなり、光源と光学要素との幾何光学的な関係の変
化が抑制される。

【００２５】請求項４にかかる光レーダ装置において
は、第１及び第２の支持位置を固定位置から一方は離隔
方向に他方は離隔方向と逆にとっているので、第１と第
２の支持位置と離隔方向と直角の方向に重ならならず、
第１と第２の距離についての関係は制限を受けない。第
１及び第２の支持部材の熱膨張係数が一方が正の値、他
方が負の値であるので、温度上昇により第１の距離は大
きく第２の距離は小さくなる。

【００２６】第１の支持位置を固定位置から所定の離隔
方向にとり、第２の支持位置を固定位置から所定の離隔
方向と逆の方向にとることにより第１及び第２の支持位
置の変位が差引かれ、温度上昇にともなう第１及び第２
の支持位置の距離の変化が小さくなる。温度が下降した
ときも同様である。従って、第１及び第２の支持位置に
おいて、光源及び光学要素を固定支持すれば、温度変化
による両者間の距離の変化が小さくなり、光源と光学要
素との幾何光学的な関係の変化が抑制される。

【００２７】請求項５にかかる光レーダ装置において
は、光学要素としてレンズを用いて、光源とレンズを第
１及び第２の支持部材に固定支持し、光源から出される
光をレンズにより所定の広がり角を有する送出光にす
る。

【００２８】請求項６にかかる光レーダ装置において
は、第１及び第２の鏡筒が二重の筒を形成しているので
容積が小さくなる。また、第１の距離と第２の距離とを
異ならせているので、一方の鏡筒に光源を、他方の鏡筒
に光学要素を光学要素の光軸に光源を合わせて固定支持
できる。

【００２９】請求項７にかかる光レーダ装置において
は、第１の円筒と第２の円筒は螺合されているので、螺
合状態を変えることにより第１と第２の支持位置の距
離、すなわち光源と光学要素間の距離を変えることがで
き、光学系の調整が容易となる。

【００３０】請求項８にかかる光レーダ装置において
は、光学要素として凹面鏡を用いて、光源と凹面鏡を第
１及び第２の支持部材に固定支持し、光源から出される
光を凹面鏡により所定の広がり角を有する送出光にす
る。

【００３１】請求項９にかかる光レーダ装置において
は、走査手段により送出光を対象物の方向に向けて１次
元あるいは２次元に走査しながら送光する。送出光を走
査することにより、反射光から得られる情報量が増加す
る。

【００３２】請求項１０にかかる光レーダ装置において
は、第１の距離と第２の距離の温度変化値がほぼ同じで
変位の方向が逆になり相殺するので、所定温度に上昇し
たときの熱膨張による光源と光学要素との距離の変化値
をほぼ零にできる。従って、光源と光学要素との幾何光
学的な関係が温度上昇によってほとんど変化しない。

【００３３】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。この種の光レーダ装置は、例えば車両前方に搭載
され自車両の前方の対象物を検出する。図１は光レーダ
装置の構成を示す断面図、図２はその送光部の詳細を示
す詳細図である。まず、図１によって全体構成を説明す
る。図１において、１はケース、２は主基板、３は送光
部であり、主基板２に送光部３が固定され、アルミニウ
ム製のケース１に収容されている。送光部３の詳細構成
は後述するが、レーザダイオード４、ガラス製の凸レン
ズ５を有し、凸レンズ５はレーザダイオード４から出力
されたレーザ光の広がり角を所定値に絞る。なお、４ａ
はレーザダイオード４の発光部であり、凸レンズ５の焦
点に発光部４ａの位置Ｐが合致するように配設されてい
る（詳細後述）。

【００３４】なお、図示しないが主基板２にレーザダイ
オード４を駆動する発光回路及びその他の電子回路、例
えば距離演算手段、方向検出手段、ステップモータ駆動
手段等が搭載されている。６は反射鏡、７は支持体、８
はねじであり、反射鏡６は平面鏡で凸レンズ５からの送
出光を所定の方向へ反射する。この反射鏡６は支持体７
に接着材で固着され、支持体７はねじ８によりケース１
に固定されている。

【００３５】９は走査手段であり、次のように構成され
ている。１０は支持金具、１１は舌状の支持板部、１２
は従動子である。支持金具１０は板材を直角に折曲げ
て、図の紙面に直角方向からみてＬ字形に形成されてお
り、支持金具１１の長い方に設けられた支持板部１１に
ローラ状の従動子１２が回転自在に支持されている。１
３は送光反射鏡、１４は受光反射鏡であり、支持金具１
０のＬ字形の面のうち図の右方の短い方の面に送光反射
鏡１３が固定され、該Ｌ字形の面の内の長い方の面（図
の左方の面）に受光反射鏡１４が固定され、この三者が
一体化されている。また、送光反射鏡１３と受光反射鏡
１４とは所定の相対位置、すなわち両者が水平方向にほ
ぼ９０度の角度をなしている。１５は支持軸であり、ケ
ース１に固定され支持金具１０を回動自在に支持してい
る。

【００３６】１５はカム、１６はカム溝、１７はステッ
プモータ、１８はステップモータ１７の駆動軸であり、
従動子１４が図示しないスプリングによりカム１５に凹
設されたカム溝１６の縁面に押されている。また、駆動
軸１８にカム１５が固着され回転駆動される。１９は送
光側ガラス、２０は受光側ガラスであり、ケース１の開
口部に装着され、ケース１の内部を防塵状態に保ってい
る。送光部３から送出された所定の広がり角を有する送
出光は、反射鏡６により反射され、さらに送光反射鏡１
３により図の下方へ反射され、送光側ガラス１９を透過
して光レーダ装置外部に送光され、前方車両４０へ至
る。この送光経路の光軸が図の符号Ａである。

【００３７】２１はフレネルレンズ、２２は副基板、２
３は受光素子であり、受光素子２３はフレネルレンズ２
１の焦点近傍に位置するようにして副基板２２に固定さ
れ、ケース１内に収容されている。対象物である前方車
両４０により反射された反射光は、光レーダ装置の真正
面、図における下方から戻ってきて、受光側ガラス２０
を透過して受光反射鏡１４に入射する。受光反射鏡１４
に入射した反射光は図の左方向９０度に反射されフレネ
ルレンズ２１に入射し、受光素子２３へ集束される。こ
の受光経路の光軸が図の符号Ｂである。受光素子２３は
フレネルレンズ２１により集束された反射光を受光し
て、その光の強度に応じた電気信号を出力する。この光
電変換された電気信号を副基板２２に搭載された受信信
号増幅回路（図示せず）により増幅する。

【００３８】２４は遮蔽板であり、送光される送出光と
対象物からの反射光とが干渉しないよう送光反射鏡１３
と受光反射鏡１４とを仕切るように配設され、ケース１
の内面反射により送出光が受光素子２３側に漏れないよ
うにして、受光素子２３が誤検出するのを防止してい
る。なお、図１において、光レーダ装置と前方車両４０
との間に記された波線は、図１が実際には大きく離れて
いる光レーダ装置と前方車両４０との距離を省略して示
したものである。

【００３９】ここで、送光部３の詳細構成を説明する前
に、装置の全体動作について説明する。レーザダイオー
ド４は主基板２に搭載された発光回路により駆動されレ
ーザ光を発生する。発生したレーザ光は凸レンズ５によ
り所定の広がり角の光線束になるように整形され、送出
光として送出される。この凸レンズ５は、送出光が水平
方向に約０．１度、垂直方向に約４度の広がり角を持つ
ように整形する。整形された送出光は、反射鏡６により
図示左方向にほぼ９０度に反射され、送光反射鏡１３に
入射して図の下方に反射される。送光反射鏡１３にて反
射された送出光は、送光側ガラス１９を透過して光レー
ダ装置の前方（図の下方）に送光される。

【００４０】以上のようにして送光された送出光は、光
レーダ装置前方の目標物である前方車両４０に照射され
た送出光は、様々な方向に反射されると共に、その一部
が光レーダ装置に反射光として戻ってくる。光レーダ装
置に戻ってきた反射光は、受光側ガラス２０を透過して
受光反射鏡１４に入射して反射される。この反射光は、
フレネルレンズ２１に入射して、その焦点近傍に配設さ
れた受光素子２３の受光面で結像される。受光素子２３
は、その光の強度に応じた電気信号を出力する光電変換
を行う。副基板２２に搭載された受信信号増幅回路は、
光電変換された電気信号を増幅しこの受光信号を主基板
２に搭載された図示しない距離演算手段等に伝達する。

【００４１】主基板２に搭載された距離演算手段は、図
示しない発光回路がレーザダイオード４を駆動してから
受光素子２３からの受光信号を受信するまでの時間を計
測し、その時間を送出光が前方車両４０を往復するのに
要した時間、すなわち伝播遅延時間であるとみなしてこ
の伝播遅延時間に基づいて前方車両４０までの距離を演
算する。また、主基板２に搭載された図示しない方向検
出手段は、ステップモータ１７の回転角度位置と、カム
溝１６のプロフィール（形状）とに基づき送出光の送光
方向を検出する。

【００４２】次に、送出光の水平方向への走査について
説明する。主基板２に搭載された図示しないステップモ
ータ駆動回路は、上述の目標物検出処理の終了毎、ある
いは予め定められた所定時間毎に駆動信号をステップモ
ータ１７に供給する。この駆動信号を与えた回数の累計
値は、図示しないカウンタにより計数される。この計数
値は方向検出手段に与えられ、方向検出手段はこの計数
値に基づきステップモータ１７の回転角度位置を演算す
る。ステップモータ１７は駆動信号が与えられる毎に駆
動軸１８を所定角度だけ回転し、この駆動軸１８に固設
されたカム１５も所定角度だけ回転する。

【００４３】従動子１２は回転するカム１５のカム溝１
６に当接しており、カム１５が回転することにより、従
動子１２と駆動軸１８との距離が変化し、従動子１２は
支持軸１５を中心にして変位する。この変位は支持板部
１１を介して送光反射鏡１３、受光反射鏡１４及び支持
金具１０から成る剛体に伝えられ、この三者から成る剛
体は支持軸１５を中心として矢印Ｃで示す如く一体的に
揺動する。

【００４４】このように構成された光レーダ装置におい
ては、光レーダ装置から送光される送出光と前方車両４
０からの反射光とがほぼ平行になるように反射鏡６で調
整されるとともに、走査手段９の送光反射鏡１３と受光
反射鏡１４とが水平方向にほぼ９０度をなすように配置
された状態で一体的に回動されるので、支持金具１０を
回動していずれの方向に送出光を送光したとしても対象
物からの反射光は確実に受光素子２３に入射される。

【００４５】次に、送光部３の詳細構成を説明する。図
２において、３１は同軸リングであり、その貫通孔に図
示のようにレーザダイオード４を保持している。同軸リ
ング３６を回動させてレーザダイオード４の光軸Ａと直
角な方向の位置を調整し、レーザダイオード４の発光部
４ａを凸レンズ５の光軸Ａと合致させている。３２は外
側円筒であり、ともに円筒状の第１の外側円筒３３と第
２の外側円筒３４と有する。第１の外側円筒３３は図に
おける右端部にフランジ部が、左側の外周部に雄ねじ３
３ａが設けられており、フランジ部が主基板２に固定ね
じ３５により固着されている。第２の外側円筒３４は、
底部中央部に透孔３４ａが、筒部内周部に雌ねじ３４ｂ
が設けられ、底部内面３４ｃを有し、雌ねじ３４ｂが第
１の外側円筒３３の雄ねじ３３ａと螺合している。第２
の外部筒３４を回すことにより光軸Ａの方向に移動す
る。

【００４６】３６は内側円筒であり、第２の外側円筒３
４と同軸の二重円筒を形成するように第２の外側円筒３
４の底部内面３４ｃに固定され、右端部に凸レンズ５が
その主点Ｑが支持位置になるようにして固定保持されて
いる。３７はコイルばねであり、第１と第２の外側円筒
に設けられた各ねじ３３ａ、３４ｂの螺合のバックラッ
シを無くすために、内側円筒３６を介して第２の外側円
筒３４を第１の外側円筒３３を基準にして図の左方へ押
す力を作用させている。

【００４７】なお、レーザダイオード４は、その発光部
４ａの位置Ｐが凸レンズ５の焦点に位置するように、第
１の外側円筒に螺合された第２の外側円筒を回転させて
光軸Ａ方向に移動させることにより、凸レンズ５の主点
Ｑとの距離Ｆが調整されている。このとき、第２の外側
円筒はコイルばね３７により図の左方へ押されているの
で、第１と第２の外側円筒のねじ３３ａ、３４ｂの螺合
のバックラッシが発生しない。

【００４８】次に、装置の温度が変化したときのレーザ
ダイオード４と凸レンズ５との動きについて説明する。
主基板２の図２における左方の面に同軸リング３１によ
りレーザダイオード４が固定され、主基板２とレーザダ
イオードの発光部４ａまでの距離は微小であるため温度
変化による膨張収縮による変位は無視できる。第１の外
側円筒３３に第２の外側円筒３４が螺合されているが、
双方の材料は同一として熱膨張係数をα１、発光部４ａ
の位置Ｐから内側円筒３６が固定保持された第２の外側
円筒３４の底部内面３４ｃまでの距離をＬ１とする。さ
らに、内側円筒３６の熱膨張係数をα２、この内側円筒
３６が固定された第２の外側円筒の底部内面３４ｃから
凸レンズ５の主点Ｑ（凸レンズ５の支持位置）までの距
離をＬ２、この主点Ｑから発光部４ａの位置Ｐまでの距
離をＦとする。

【００４９】この状態で第２の外側円筒３４を回転させ
上述のようにしてベストフォーカスに調整する。そし
て、これらの部材の温度変化をΔＴとして第１の外側円
筒３３、第２の外側円筒３４、内側円筒３６の膨張収縮
により上記距離Ｆが変化しないための位置Ｐ及び主点Ｑ
の底部内面３４ｃからの距離Ｌ１、Ｌ２を次式により求
める。 Ｌ１＝Ｆ×α２／（α２−α１） （１） Ｌ２＝Ｆ×α１／（α２−α１） （２）

【００５０】上式（１）、（２）は次のようにして求め
られたものである。外側円筒３３と支内側円筒３６の温
度変化ΔＴによるそれぞれの長さＬ１、Ｌ２に対応する
膨張収縮量ΔＬ１とΔＬ２は、 ΔＬ１＝Ｌ１×α１×ΔＴ （３） ΔＬ２＝Ｌ２×α２×ΔＴ （４） であり、両者が等しければ上記距離Ｆは不変であること
から、ΔＬ１＝ΔＬ２とおいて、 Ｌ１×α１×ΔＴ−Ｌ２×α２×ΔＴ＝０ （５） この式を変形すると、 Ｌ１×α１＝Ｌ２×α２ （６） さらに、 Ｌ１−Ｌ２＝Ｆ （７） であるから、式（６）と式（７）を連立させ各々Ｌ１と
Ｌ２について式を変形すれば上式（１）、（２）を得
る。

【００５１】この実施例においては、次のように材料、
及び距離を決定して、膨張収縮によりレーザダイオード
４の発光部４ａの位置Ｐが凸レンズ５の焦点からずれな
いようにしている。第１及び第２の外側円筒３３、３４
並びに内側円筒３６は、構造、摺動性、価格、重量等の
点からポリアセタールを使用している。 第１及び第２の外側円筒３３、３４ 材 料：ポリアセタール（２５［％］ガラス繊維強
化） 熱膨張係数：α１＝ ５．５×１０^-5［ｃｍ／ｃｍ／
℃］ 内側円筒３６ 材 料：ポリアセタール（１００［％］） 熱膨張係数：α２＝１０．０×１０^-5［ｃｍ／ｃｍ／
℃］ 距離関係 Ｆ ＝ ９．９［ｍｍ］ Ｌ１＝２２．０［ｍｍ］ Ｌ２＝１２．１［ｍｍ］ 以上のように構成されている。

【００５２】上記のような温度変化による膨張収縮の補
償を行わない場合、次のような問題が発生する。最初に
所定温度、例えば２０［℃］において、凸レンズ５を第
１の外側円筒３３に直接支持させ、主点Ｑと発光部４ａ
の位置Ｐとの距離を焦点距離Ｆに調整、すなわちベスト
フォーカスに調整してあるものとする。ここで、ΔＴが
５０［℃］の温度変化があれば距離Ｆは９．９×５．５
×１０^-5×５０＝２７．２×１０^-3［ｍｍ］、すなわち
２７．２［μｍ］変化する。上記ベストフォーカスを調
整後にこれだけの誤差が生じれば放射される送出光の広
がり角は数倍に拡大しレーダ性能は大幅に低下すること
は先の「発明が解決しようとする課題」の項において述
べた通りである。

【００５３】ところが、本実施例１においては、Ｌ１と
Ｌ２ともに同じ変化値で、第２の外側円筒の底部内面３
４ｃを基準にして同じ方向に変位するために、両者が相
殺することになり距離Ｆは変化しない。従って、最大検
出距離や方位角分解能などレーダ性能の温度変化に対す
る安定性を確保することができる。

【００５４】なお、この実施例における構成要素とこの
発明における構成要素との対応関係は次の通りである。 送光部３：送光手段 レーザダイオード４：光源 凸レンズ５：光学要素 外側円筒３２：第１の支持部材、第１の鏡筒 第１の外側円筒３３：第１の円筒 第２の外側円筒３４：第２の円筒 内側円筒３６：第２の支持部材、第２の鏡筒 第２の外側円筒の底部内面３４ｃ：第１の支持部材の所
定の固定位置 位置Ｐ：第１の支持位置 主点Ｑ：第２の支持位置 距離Ｌ１：第１の距離 距離Ｌ２：第２の距離

【００５５】実施例２．図３は、この発明の他の実施例
の構成を示す断面図である。この実施例においては、光
学要素として凹面鏡を用いている。以下、図について説
明する。５１はケースであり、送受光部収容筒５２、円
筒ガラス５３、凹面鏡支持筒５４を有し、これらで防塵
容器を形成している。送受光部収容筒５２は底部５２ａ
を有する円筒状で、アルミニウムによりダイカストにて
製作されている。凹面鏡支持筒５４も底部５４ａを有す
る円筒状で、送受光部収容筒５２と同様にアルミニウム
にて製作されている。送受光部収容筒５２内には、図示
のように基板２、副基板２２が収容されている。

【００５６】レーザダイオード４はポリアセタール（１
００［％］）にて製作された円筒形のダイオード支持筒
５５を介して基板２に固着されている。受光素子２３
は、同様にポリアセタール（１００［％］）製の受光素
子支持筒５６を介して副基板２２に固着されている。

【００５７】５７、５８および５９はスリットであり、
余分な光を遮蔽するためのものである。６０は光アイソ
レータ、６１はステップモータ、６１ａは同モータの回
転軸であり、炭素鋼で製作されている。ステップモータ
６１は固定ねじ６２により凹面鏡支持筒の底面５４ａに
固定されている。６３は凹面鏡であり、凹面加工された
アルミニウム基材の表面に金属膜が蒸着されており、ス
テップモータの回転軸６１ａに固着されて回転駆動され
る。レーザダイオードの発光部４ａの位置Ｐが凹面鏡６
３の焦点に位置するように凹面鏡６３の頂点Ｑの位置が
決められている。

【００５８】なお、この実施例ではケース５１（送受後
部収容筒５２、円筒ガラス５３、凹面鏡支持筒５４）、
基板２、レーザダイオード４、ステップモータ６１、凹
面鏡６３にてこの発明における送光部を構成し、ステッ
プモータ６１と凹面鏡６３によりこの発明における走査
手段を構成している。ところで、この送光部の各部位置
関係は、次のようにして、温度変化によりレーザダイオ
ードの発光部４ａの位置Ｐが凹面鏡６３の焦点からずれ
ないようにされている（図３参照）。

【００５９】Ｆ ：レーザダイオードの発光部４ａと凹
面鏡６３の頂点Ｑとの距離。 Ｌ１：レーザダイオードの発光部４ａと送受光部収容筒
の底面５２ａとの距離。 Ｌ２：凹面鏡６３の頂点Ｑと送受光部収容筒の底面５２
ａとの距離。 Ｌ３：凹面鏡６３の頂点Ｑと凹面鏡支持筒の底面５４ａ
との距離。 Ｌ４：送受光部収容筒の底面５２ａと凹面鏡支持筒の底
面５４ａとの距離。

【００６０】ここで、 Ｆ ＝Ｌ２−Ｌ１ （２１） Ｌ２＝Ｌ４−Ｌ３ （２２） よって、 Ｆ ＝Ｌ４−（Ｌ１＋Ｌ３） （２３） であり、温度変化によりＦが変化しないためには、温度
変化によるＬ１、Ｌ３、Ｌ４の変位をそれぞれΔＬ１、
ΔＬ３、ΔＬ４として、 ΔＬ４−（ΔＬ１＋ΔＬ３）＝０ （２４） となるように、定めればよい。なお、ΔＫ１、ΔＬ３、
ΔＬ４は各部の距離とその材料の熱膨張係数とから求め
ることができる。

【００６１】なお、受光素子２３の凹面鏡の焦点からの
ずれは、レーザダイオードの発光部４ａのずれ程問題に
ならないがポリアセタール（１００［％］）製の受光素
子支持筒５６の長さを適切に選ぶことにより、膨張収縮
によるずれを同様に補償できる。

【００６２】以上のように構成された走査形の光レーダ
装置は、次のように動作する。レーザダイオード４から
放射されたレーザ光は凹面鏡６３に反射され所定の広が
り断面積を有する所定の広がり角の送出光となって円筒
窓ガラス５３を通過して対象物の方向へ送光される。対
象物から反射された反射光は円筒窓ガラス５３から凹面
鏡６３に入射して集束されながら、光アイソレータ６０
へ向けて反射される。光アイソレータ６０は入射した反
射光を図の右方へ反射し、受光素子２３へ集束される。
また、送出光は凹面鏡６３の回転駆動にともない送出方
向が変化して、水平方向に走査される。

【００６３】なお、この実施例２における構成要素とこ
の発明における構成要素との対応関係は次の通りであ
る。 凹面鏡６３：光学要素 （基板２＋ダイオード支持筒５５）：第１の支持部材 （送受光部収容筒５２＋円筒ガラス５３＋凹面鏡支持筒
５４＋ステップモータの回転軸６１ａ）：第２の支持部
材 送受光部収容筒の底部５２ａ：第１の支持部材の所定の
固定位置

【００６４】実施例３．図４はさらにこの発明の他の実
施例を示す断面図である。図において、７１は送光部で
あり、次のように構成されている。７２はレンズ支持筒
であり、円筒形の第１のレンズ支持筒７３と同じく円筒
形の第２のレンズ支持筒７４を有する。第１のレンズ支
持筒７３は、正の熱膨張係数を有するマシナブルセラミ
ックス（Ｍ）（商品名）で製作されている。第２のレン
ズ支持筒７４は、負の熱膨張係数を有するマシナブルセ
ラミックス（Ｔ）（商品名）にて第１のレンズ支持筒７
２と同じ外径と肉圧に製作され、第１のレンズ支持筒に
図の接合部Ｓにて接着材にて接着・一体化されている。
レーザダイオード４は基板２に固着され、基板２に固着
されたレンズ支持筒７２が固定支持されている。凸レン
ズ５はレンズ支持筒７２を構成する第２のレンズ支持筒
７４の底面７４ａに固定され、所定の温度においてレー
ザダイオードの発光部４ａの位置Ｐが凸レンズ５の焦点
に位置するように調整されている。

【００６５】この実施例では基板２、レーザダイオード
４、凸レンズ５、第１のレンズ支持筒７３、第２のレン
ズ支持筒７４にてこの発明における送光部を構成してい
る。この実施例においては、送光方向は固定されてお
り、対象物に向けて送光部７１から送出された送出光は
送光側ガラス１９を透過して対象物に当って反射され、
反射光は受光側ガラス２０から入射してフレネルレンズ
２１にて集束されて受光素子２３に入る。その他の構成
及び動作については図１の実施例と同様である。

【００６６】この実施例においても、レーザダイオード
４の発光部４ａの位置Ｐが凸レンズ５の焦点に位置する
ように凸レンズ５の主点Ｑとの距離Ｆが調整されてい
る。そして、次のような数値の材料と形状で光学系を構
成し、膨張収縮によりレーザダイオード４の発光部４ａ
の位置Ｐが凸レンズ５の焦点からずれないようにしてい
る。

【００６７】第１のレンズ支持筒７３ 材 料：マシナブルセラミックス（Ｐ） 熱膨張係数：α１＝ ０．６×１０^-5［ｃｍ／ｃｍ／
℃］ 第２のレンズ支持筒７４ 材 料：マシナブルセラミックス（Ｔ） 熱膨張係数：α２＝−０．０８６×１０^-5［ｃｍ／ｃｍ
／℃］ 距離関係 Ｌ１＋Ｌ２＝３０．００［ｍｍ］ Ｌ１＝ ３．７６［ｍｍ］ Ｌ２＝２６．２４［ｍｍ］ すなわち、温度変化による接合部Ｓを基準とする第１の
レンズ支持筒７３の変位ΔＬ１と第２のレンズ支持筒７
４の凸レンズ５の支持部である第２のレンズ支持筒の底
面７４ａまでの変位ΔＬ２（これに要すれば凸レンズ５
自体の膨張収縮も加減する）とを方向が逆でほぼ同じ値
になるようにしている。

【００６８】なお、この実施例３における構成要素とこ
の発明における構成要素との対応関係は次の通りであ
る。 第１のレンズ支持筒：第１の支持部材 第２のレンズ支持筒：第２の支持部材 接合部Ｓ：第１の支持部材の所定の固定位置

【００６９】なお、第１及び第２の支持部材がともに負
の熱膨張係数を有するものであっても、同様の考え方で
焦点からのずれの発生を防止あるいは抑制できる。ま
た、光学要素は凸レンズや凹面鏡に限られるものではな
く、平面反射鏡やその他のものであっても、同様の効果
を奏することはいうまでもない。さらに、図１の実施例
においてフレネルレンズ２１と受光素子２３とを図２に
示された外側円筒３２、内側円筒３６と同様の構成のも
のに支持させて、温度変化によるフレネルレンズ２１と
受光素子２３との距離の変化を同様に抑制することがで
きる。図４に示された実施例におけるフレネルレンズ２
１と受光素子２３についても同様である。

【００７０】

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１にか
かる光レーダ装置によれば、送光手段に第１の支持部材
及びこの第１の支持部材と異なる熱膨張係数を有し第１
の支持部材の所定の固定位置に固定された第２の支持部
材を設け、第１の支持部材上にあって上記固定位置から
所定の離隔方向に第１の距離だけ離隔された第１の支持
位置及び第２の支持部材上にあって温度が変化したとき
上記固定位置を基準として第１の支持位置の変位と同じ
方向に変位して第１の支持位置との距離の変化を緩和す
るように上記固定位置から離隔方向または離隔方向と逆
の方向に第２の距離だけ離隔された第２の支持位置のう
ちの一方の支持位置に光源を、他方の支持位置に光学要
素を、光学要素の光軸に光源を合わせて固定支持したの
で、固定位置を基準として温度変化による第１と第２の
支持位置の変位の方向が同じになり、第１と第２の支持
位置の距離の温度変化が小さくなり、光源と光学要素と
の幾何光学的な関係の変化を抑制できる。

【００７１】この発明の請求項２にかかる光レーダ装置
によれば、第１及び第２の支持部材を、熱膨張係数がと
もに正の値であって第２の支持部材の熱膨張係数が第１
の支持部材のそれよりも大きいものとし、第１及び第２
の支持位置を固定位置から同じ離隔方向に離隔させると
ともに第２の距離を第１の距離よりも小さくしたので、
固定位置を基準として温度変化による第１と第２の支持
位置の変位の方向が同じになり、第１と第２の支持位置
の距離の温度変化が小さくなり、光源と光学要素との幾
何光学的な関係の変化を抑制できる。

【００７２】この発明の請求項３にかかる光レーダ装置
によれば、第１及び第２の支持部材を、熱膨張係数がと
もに負の値であって第２の支持部材の熱膨張係数が第１
の支持部材のそれよりも小さいものとし、第１及び第２
の支持位置を固定位置から同じ離隔方向に離隔させると
ともに第２の距離を第１の距離より小さくしたので、固
定位置を基準として温度変化による第１と第２の支持位
置の変位の方向が同じになり、第１と第２の支持位置の
距離の温度変化が小さくなり、光源と光学要素との幾何
光学的な関係の変化を抑制できる。

【００７３】この発明の請求項４にかかる光レーダ装置
によれば、第１及び第２の支持部材の一方を熱膨張係数
が正の値のものとし他方を負の値のものとし、第２の支
持位置を固定位置から離隔方向と逆の方向に離隔させた
ので、固定位置を基準として温度変化による第１と第２
の支持位置の変位の方向が同じになり、第１と第２の支
持位置の距離の温度変化が小さくなり、光源と光学要素
との幾何光学的な関係の変化を抑制できる。

【００７４】この発明の請求項５にかかる光レーダ装置
によれば、光学要素がレンズであるので、光学要素とし
てレンズを用いて同様の効果を奏することができる。

【００７５】この発明の請求項６にかかる光レーダ装置
によれば、光学要素がレンズであり、第１の支持部材を
筒状の第１の鏡筒とするとともに第２の支持部材を第１
の鏡筒内に挿入しうる筒状の第２の鏡筒とし、第２の鏡
筒を第１の鏡筒の内側の所定の固定位置に固定したの
で、第１の鏡筒と第２の鏡筒が２重の筒を形成するため
容積を小さくでき、装置を小型化できる。

【００７６】この発明の請求項７にかかる光レーダ装置
によれば、第１の鏡筒に第１の円筒とこの第１の円筒と
螺合された第２の円筒とを設け、第２の円筒の所定の固
定位置に第２の鏡筒を固定し、第１の円筒及び第２の鏡
筒の一方に光源を、他方に光学要素を固定支持したの
で、螺合状態を変えることにより光源と光学要素との距
離を変えることができ、光学系の調整が容易である。

【００７７】この発明の請求項８にかかる光レーダ装置
によれば、光学要素が凹面鏡であるので、光学要素とし
て凹面鏡を用いて同様の効果を奏することができる。

【００７８】この発明の請求項９にかかる光レーダ装置
によれば、送光手段に走査手段を設けて上記送出光を対
象物の方向に１次元あるいは２次元に走査しながら送光
するようにしたので、走査形のものにおいても同様の効
果を奏する。

【００７９】この発明の請求項１０にかかる光レーダ装
置によれば、所定温度に上昇したときの熱膨張による第
１の支持位置の変位と第２の支持位置の変位とがほぼ同
じになるように第１及び第２の支持部材の熱膨張係数な
らびに第１及び第２の距離をそれぞれ所定の値にしたの
で、温度変化にともなう第１の支持位置と第２の支持位
置の変位が互いに逆方向でほぼ同じ値になり相殺され、
光源と光学要素との幾何光学的な関係が温度変化により
殆ど変化しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例を示す断面図である。

【図２】 図１の実施例の送光部の詳細を示す詳細図で
ある。

【図３】 この発明の他の実施例を示す断面図である。

【図４】 さらに、この発明の他の実施例を示す断面図
である。

【符号の説明】

４ レーザダイオード ４ａ レーザダイオードの発光部 ５ 凸レンズ ９ 走査手段 ３３ 第１の外側円筒 ３４ 第２の外側円筒 ３４ｃ 第２の外側円筒の底部内面 ３６ 内側円筒 ５１ ケース ５５ ダイオード支持筒 ６１ ステップモータ ６３ 凹面鏡 ７１ 送光部 ７２ レンズ支持筒 ７３ 第１のレンズ支持筒 ７４ 第２のレンズ支持筒 Ｐ レーザダイオードの発光部４ａの位置 Ｑ 凸レンズ５の主点 Ｆ 点Ｐ、Ｑ間の距離 Ｌ１ 第１の支持部材の所定の固定位置から点Ｐ迄の
距離（第１の距離） Ｌ２ 第１の支持部材の所定の固定位置から点Ｑ迄の
距離（第２の距離）

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から出される光を光学要素により所
   定の広がり角を有する送出光にして対象物に向けて送光
   する送光手段を有し上記対象物から反射される反射光を
   受光して上記対象物に関する情報をうる光レーダ装置に
   おいて、 上記送光手段に第１の支持部材及びこの第１の支持部材
   と異なる熱膨張係数を有し上記第１の支持部材の所定の
   固定位置に固定された第２の支持部材を設け、上記第１
   の支持部材上にあって上記固定位置から所定の離隔方向
   に第１の距離だけ離隔された第１の支持位置及び上記第
   ２の支持部材上にあって温度が変化したとき上記固定位
   置を基準として上記第１の支持位置の変位と同じ方向に
   変位して上記第１の支持位置との距離の変化を緩和する
   ように上記固定位置から上記離隔方向または上記離隔方
   向と逆の方向に第２の距離だけ離隔された第２の支持位
   置のうちの一方の支持位置に上記光源を、他方の支持位
   置に上記光学要素を、上記光学要素の光軸に上記光源を
   合わせて固定支持した、 ことを特徴とする光レーダ装置。
2. 【請求項２】 第１及び第２の支持部材を、熱膨張係数
   がともに正の値であって第２の支持部材の熱膨張係数が
   第１の支持部材のそれよりも大きいものとし、第１及び
   第２の支持位置を固定位置から同じ離隔方向に離隔させ
   るとともに第２の距離を第１の距離よりも小さくした、 ことを特徴とする請求項１記載の光レーダ装置。
3. 【請求項３】 第１及び第２の支持部材を、熱膨張係数
   がともに負の値であって第２の支持部材の熱膨張係数が
   第１の支持部材のそれよりも小さいものとし、第１及び
   第２の支持位置を固定位置から同じ離隔方向に離隔させ
   るとともに第２の距離を第１の距離より小さくした、 ことを特徴とする請求項１記載の光レーダ装置。
4. 【請求項４】 第１及び第２の支持部材の一方を熱膨張
   係数が正の値のものとし他方を負の値のものとし、第２
   の支持位置を固定位置から離隔方向と逆の方向に離隔さ
   せた、 ことを特徴とする請求項１記載の光レーダ装置。
5. 【請求項５】 光学要素がレンズである、 ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１
   項に記載の光レーダ装置。
6. 【請求項６】 光学要素がレンズであり、第１の支持部
   材を筒状の第１の鏡筒とするとともに第２の支持部材を
   上記第１の鏡筒内に挿入しうる筒状の第２の鏡筒とし、
   上記第２の鏡筒を上記第１の鏡筒の内側の所定の固定位
   置に固定した、 ことを特徴とする請求項２または請求項３記載の光レー
   ダ装置。
7. 【請求項７】 第１の鏡筒に第１の円筒とこの第１の円
   筒と螺合された第２の円筒とを設け、上記第２の円筒の
   所定の固定位置に第２の鏡筒を固定し、上記第１の円筒
   及び第２の鏡筒の一方に光源を、他方に光学要素を固定
   支持した、 ことを特徴とする請求項６記載の光レーダ装置。
8. 【請求項８】 光学要素が凹面鏡である、 ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１
   項に記載の光レーダ装置。
9. 【請求項９】 送光手段に走査手段を設けて上記送出光
   を対象物の方向に１次元あるいは２次元に走査しながら
   送光するようにした、 ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１
   項に記載の光レーダ装置。
10. 【請求項１０】 所定温度に上昇したときの熱膨張によ
    る第１の支持位置の変位と第２の支持位置の変位とがほ
    ぼ同じになるように第１及び第２の支持部材の熱膨張係
    数ならびに第１及び第２の距離をそれぞれ所定の値にし
    た、 ことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１
    項に記載の光レーダ装置。