JP6015367B2 - レーダ装置 - Google Patents

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至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、光源から照射された光が第１機能部材に至るまでに通過する経路上に配置され、光源から照射された光のうちの一部を通過させるとともに、一部以外の光の通過を阻止することにより、光源から照射された光の径を絞る絞部材とを備え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一部が絞部材を通過するとともに、この一部以外の光の通過が絞部材により阻止されることにより、光源から照射された光の径が絞られて、絞部材から光が照射される。

さらに、絞部材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。

そして絞部材により、光源から照射された光の口径が、光を反射する反射部材の径内におさまるように、光を絞ることで、反射部材の径外で反射する不要反射光に起因したノイズを低減することができる。

さらに絞部材は、光源から照射された光が第１機能部材に至るまでに通過する経路上に配置されている。このため、光源から絞部材に入射して通過を阻止された光が絞部材で反射した場合に、その反射した光は、絞部材を挟んで、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る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絞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２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３実施形態の偏光ビームスプリッタ１００およびアパーチャ２００の構成を示す側面図である。 第４実施形態の偏光ビームスプリッタ３００およびアパーチャ２００の構成を示す側面図である。

（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、アパーチャ４、偏光ビームスプリッタ５、１／４波長板６、光走査部７、受光レンズ８および光検出器９と、これらの構成要素を収納する筐体１０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、アパーチャ４に向けて照射する。

アパーチャ４は、一部に開口部４２が形成された板形状部材４１であり、コリメートレンズ３と偏光ビームスプリッタ５との間に配置される。これによりアパーチャ４は、レーザ光が入射する入射面４３のうち、開口部４２以外の領域に入射したレーザ光を反射し、開口部４２内の領域に入射したレーザ光を通過させる。つまり、コリメートレンズ３からアパーチャ４に入射したレーザ光は、開口部４２の形状に整形されて、偏光ビームスプリッタ５に向けて照射される。

偏光ビームスプリッタ５は、アパーチャ４から偏光ビームスプリッタ５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５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５は、直角プリズムを貼り合わせてキューブ状に形成されるキューブ型であり、貼り合わせ面５１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６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５と光走査部７との間に配置される。
光走査部７は、レーザ光を反射するミラー７１を、ミラー７１に設けられた回転軸７２を中心にして振動させることにより、１／４波長板６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８は、光走査部７側から入射して偏光ビームスプリッタ５で反射したレーザ光を光検出器９へ導く。
光検出器９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８から入射したレーザ光を検出する。

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、さらにアパーチャ４により光径が絞られて、偏光ビームスプリッタ５に到達する（光Ｌ１を参照）。

そして、偏光ビームスプリッタ５に到達したレーザ光は、偏光ビームスプリッタ５を透過し、さらに１／４波長板６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７に到達する（光Ｌ２を参照）。

そして、光走査部７に到達したレーザ光は、ミラー７１で反射することにより、ミラー７１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Ｌ３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７に到達すると（光Ｌ４を参照）、ミラー７１で反射し、１／４波長板６を再度通過する（光Ｌ５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５に到達する（光Ｌ５を参照）。

なお、１／４波長板６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５に到達した反射レーザ光は、偏光ビームスプリッタ５で反射し、受光レンズ８に向けて照射される（光Ｌ６を参照）。これにより、反射レーザ光が光検出器９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９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、アパーチャ４により、光源２から照射されたレーザ光の口径が、レーザ光を反射するミラー７１のミラー径内におさまるように、レーザ光を絞ることで、ミラー径外で反射する不要反射光に起因したノイズを低減することができる。

さらにアパーチャ４は、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５に至るまでに通過する経路上に配置されている。このため、光源２からアパーチャ４に入射して通過を阻止されたレーザ光がアパーチャ４で反射した場合に、その反射したレーザ光は、アパーチャ４を挟んで、偏光ビームスプリッタ５で反射したレーザ光が通過する経路上に配置される光検出器９と反対側の方向に向かう（光Ｌ７，Ｌ８を参照）。これにより、光源２から照射されたレーザ光がアパーチャ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９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、偏光ビームスプリッタ５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７１は本発明における反射部材、回転軸７２は本発明における所定回転軸、光走査部７は本発明における走査部、偏光ビームスプリッタ５は本発明における第１機能部材、１／４波長板６は本発明における第２機能部材、光検出器９は本発明における光検出部、アパーチャ４は本発明における絞部材である。

（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２に示すように、偏光ビームスプリッタ５の代わりに偏光ビームスプリッタ１００を備える点以外は第１実施形態と同じである。
偏光ビームスプリッタ１００は、偏光ビームスプリッタ１００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１００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１００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１０１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４５°である。

このように構成されたレーダ装置１では、偏光ビームスプリッタ１００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１０１が光検出器９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１０１とが非垂直となるように構成されている。このため、偏光ビームスプリッタ１００の入射面１０１で反射したレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１００を挟んで光検出器９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１００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９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。

以上説明した実施形態において、偏光ビームスプリッタ１００は本発明における第１機能部材である。
（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２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、アパーチャ４の代わりにアパーチャ２００を備える点以外は第２実施形態と同じである。
アパーチャ２００は、図３に示すように、一部に開口部２０２が形成された薄膜状部材２０１であり、偏光ビームスプリッタ１００の入射面１０１上に、印刷によって形成されている。

このように構成されたレーダ装置１では、アパーチャ２００は、偏光ビームスプリッタ１００の入射面１０１上に配置されることにより、偏光ビームスプリッタ１００とアパーチャ２００とが一体化される。これにより、偏光ビームスプリッタ１００とアパーチャ２００との間の光軸調整を不要とすることができ、レーダ装置１における光軸調整を簡略化することができる。

以上説明した実施形態において、入射面１０１は本発明における第１入射面、アパーチャ２００は本発明における絞部材である。
（第４実施形態）
以下に本発明の第４実施形態を図面とともに説明する。なお第４実施形態では、第３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、偏光ビームスプリッタ１００の代わりに偏光ビームスプリッタ３００を備える点以外は第３実施形態と同じである。
偏光ビームスプリッタ３００は、図４に示すように、レーザ光を透過可能な材料で形成された板形状の基板３０１と、偏光分離機能を有する構造となるように基板３０１の入射面３０２上に形成された偏光分離構造体３０３とから構成される。

偏光分離構造体３０３は、導電性材料（例えば、Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ等）で形成された複数の細線を、光源２から照射されるレーザ光の波長よりも短い間隔で、このレーザ光の偏光方向と一致する方向に沿って平行に配置することにより格子状に構成される。

なおアパーチャ２００は、偏光ビームスプリッタ３００の入射面３０２上に、印刷によって形成されている。そして偏光分離構造体３０３は、入射面３０２上における開口部２０２内に形成されている。

このように構成されたレーダ装置１によれば、微細加工技術を用いて偏光分離構造体３０３を形成することができるため、直角プリズムを貼り合わせてキューブ状に形成されるキューブ型偏光ビームスプリッタなどの従来の偏光ビームスプリッタと比較して、偏光ビームスプリッタを小型化することができる。

以上説明した実施形態において、偏光ビームスプリッタ３００は本発明における第１機能部材、偏光分離構造体３０３は本発明における微細周期構造体である。
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５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。

１…レーダ装置、２…光源、４,２００…アパーチャ、５,１００,３００…偏光ビームスプリッタ、６…１／４波長板、７…光走査部、９…光検出器、７１…ミラー、７２…回転軸

Claims (1)

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（７１）を予め設定された所定回転軸（７２）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（７）と、
   前記光源から照射された光が前記走査部に至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（５，１００，３００）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（６）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（９）と、
   前記光源から照射された光が前記第１機能部材に至るまでに通過する経路上に配置され、前記光源から照射された光のうちの一部を通過させるとともに、前記一部以外の光の通過を阻止することにより、前記光源から照射された光の径を絞る絞部材（４，２００）とを備え、
   前記第１機能部材（１００）において、前記光源から照射された光が入射する面を第１入射面（１０１）として、
   前記絞部材（２００）は、前記第１入射面上に配置され、
   前記第１機能部材（３００）は、
   前記光源から照射された光を透過可能に形成された板形状の基板（３０１）と、
   導電性材料で形成された複数の細線を、前記光源から照射された光の波長よりも短い間隔で且つ前記所定偏光方向に沿って平行に前記基板上に配置することにより格子状に形成された微細周期構造体（３０３）とから構成される
   ことを特徴とするレーダ装置。

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