WO2019171726A1 - レーザレーダ - Google Patents

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WO2019171726A1
WO2019171726A1 PCT/JP2018/048174 JP2018048174W WO2019171726A1 WO 2019171726 A1 WO2019171726 A1 WO 2019171726A1 JP 2018048174 W JP2018048174 W JP 2018048174W WO 2019171726 A1 WO2019171726 A1 WO 2019171726A1
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laser
light
line beam
axis direction
laser radar
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英治 武田
野口　仁志
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/2202—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure by making a groove in the upper laser structure
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    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures

Definitions

  • the present invention relates to a laser radar that detects an object using laser light, and is suitable for mounting on a moving body such as a passenger car.
  • laser radars that detect objects using laser light have been developed in various fields.
  • laser light is projected from the front of the vehicle, and it is determined whether or not an object such as a vehicle is present in front of the vehicle based on the presence or absence of the reflected light. Further, the distance to the object is measured based on the projection timing of the laser light and the reception timing of the reflected light.
  • Patent Document 1 discloses a laser radar device configured to generate a three-dimensional information of a measurement target area by scanning a laser beam two-dimensionally in a horizontal direction and a vertical direction.
  • a method of scanning a long line beam having a length corresponding to the width of the measurement target area in the short side direction of the line beam can be used.
  • the energy density of the line beam decreases as the distance to the measurement target area increases. For this reason, in order to detect an object at a longer distance, it is necessary to project the line beam onto the detection target area so that the energy density in the short side direction of the line beam does not decrease as much as possible.
  • an object of the present invention is to provide a laser radar capable of detecting an object to a longer distance while suppressing a decrease in energy density in the short side direction of a line beam.
  • a laser radar includes a laser diode, an optical system that projects laser light emitted from the laser diode into a long line beam in one direction, and the short side direction of the line beam.
  • a scanning unit that scans the line beam.
  • the laser diode is arranged so that the fast axis of the laser diode is along a direction corresponding to the short side direction.
  • the laser diode is arranged so that the fast axis that facilitates more optical control is along the direction corresponding to the short side direction of the line beam.
  • the beam divergence angle at can be made closer to parallel light. Therefore, a decrease in energy density in the short side direction of the line beam can be effectively suppressed, and an object can be detected to a longer distance.
  • the present invention it is possible to provide a laser radar capable of detecting an object to a longer distance while suppressing a decrease in energy density in the short side direction of the line beam.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an optical system and a circuit unit of a laser radar according to an embodiment.
  • 2A and 2B are perspective views showing the configuration of the laser diode according to the embodiment, respectively.
  • FIG. 2C is a perspective view showing the configuration of the light source of the laser radar according to the embodiment.
  • FIGS. 3A and 3B are views of the action of the optical system of the laser radar according to the embodiment observed in the long side direction and the short side direction of the line beam, respectively.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating the laser beam emission state of the laser radar and the intensity distribution in the long-side direction of the line beam in the target area according to the embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an optical system and a circuit unit of a laser radar according to an embodiment.
  • 2A and 2B are perspective views showing the configuration of the laser diode according to the embodiment, respectively.
  • FIG. 2C is a perspective view showing the configuration of the light source of the laser
  • FIG. 5A shows a verification result obtained by verifying a preferable range of the divergence angle of the line beam in the short side direction according to the first embodiment by optical simulation.
  • FIG. 5B is a verification result of verifying a preferable range of the width in the fast axis direction of the light emitting portion of the laser diode according to the first embodiment by optical simulation.
  • FIG. 6A is a flowchart showing power control of the light source according to the embodiment.
  • FIG. 6B is a diagram schematically showing the emission state of each laser diode when setting is made to reduce the emission power of the laser diodes on both sides in the control of FIG. 6A.
  • FIG. 7 shows the state of the laser beam emitted from the laser radar when the setting is made to reduce the emission power of the laser diodes on both sides in the control of FIG. 6A, and the long side direction of the line beam in the target area. It is a figure which shows intensity distribution typically.
  • FIG. 8A is a diagram illustrating another configuration example for reducing the emission power of the laser diodes on both sides according to the embodiment.
  • FIG. 8B is a diagram showing still another configuration example for reducing the emission power of the laser diodes on both sides according to the embodiment.
  • FIG. 9A is a flowchart illustrating another power control of the light source according to the embodiment.
  • FIG. 9B is a diagram schematically showing an emission state of a plurality of laser diodes when the control of FIG.
  • FIG. 10 shows the state of the laser beam emitted from the laser radar and the line beam in the target area when the setting of reducing the emission power of the left laser diode is made in the control of FIG. 9A according to the embodiment. It is a figure which shows typically intensity distribution in the long side direction.
  • FIG. 11 is a diagram schematically illustrating a situation where the setting of reducing the emission power of the right laser diode is made in the control of FIG. 9A according to the embodiment.
  • FIGS. 12A and 12B are perspective views showing the configuration of the laser diode according to the modified example
  • FIG. 12C is a perspective view showing the configuration of the light source of the laser radar according to the modified example.
  • X, Y, and Z axes that are orthogonal to each other are appended to each drawing as appropriate.
  • the X-axis direction and the Y-axis direction are the short-side direction and long-side direction of the line beam, respectively, and the Z-axis positive direction is the projection direction of the line beam.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical system and a circuit unit of the laser radar 10.
  • the laser radar 10 has a light source 11, collimator lenses 12 and 13, a mirror 14, a scanning unit 15, an adjustment lens 16, a magnifying lens 17, a condensing lens 18, and a light receiving element 19 as an optical system configuration. And. A laser beam emitted from the light source 11 is generated into a line beam B10 that is long in the Y-axis direction by an outward optical system from the light source 11 to the magnifying lens 17.
  • the light source 11 emits laser light having a predetermined wavelength.
  • the light source 11 is configured by integrating a plurality of laser diodes.
  • the laser radar 10 it is assumed that the laser radar 10 is mounted on a vehicle.
  • the emission wavelength of each laser diode is set in the infrared wavelength band (for example, 905 nm).
  • the emission wavelength of the laser diode can be changed as appropriate.
  • FIG. 2 (a) and 2 (b) are perspective views showing the configuration of the laser diode 110
  • FIG. 2 (c) is a perspective view showing the configuration of the light source 11.
  • the laser diode 110 has a structure in which an active layer 111 is sandwiched between an N-type cladding layer 112 and a P-type cladding layer 113.
  • the N-type cladding layer 112 is stacked on the N-type substrate 114.
  • a contact layer 115 is laminated on the P-type cladding layer 113.
  • the axis in the short side direction of the light emitting unit 117 that is, the axis perpendicular to the active layer 111 (X-axis direction) is called the fast axis
  • the axis in the long side direction of the light emitting unit 117 that is, the active layer 111.
  • An axis in a parallel direction (Y-axis direction) is referred to as a slow axis.
  • 118a indicates a fast axis
  • 118b indicates a slow axis.
  • the laser beam emitted from the light emitting unit 117 has a larger spread angle in the fast axis direction than in the slow axis direction. For this reason, the shape of the beam B20 is an elliptical shape that is long in the fast axis direction, as shown in FIG.
  • the intensity distribution (light emission profile) in the fast axis direction of the beam B20 emitted from the light emitting unit 117 has a distribution shape close to a single Gaussian because the width of the light emitting unit 117 in the fast axis direction is narrow.
  • the intensity distribution (light emission profile) of the beam B20 emitted from the light emitting unit 117 in the slow axis direction has a complicated distribution shape including a plurality of peaks because the width of the light emitting unit 117 in the slow axis direction is wide. . Therefore, optical control such as suppression of the beam divergence angle is easier in the fast axis direction than in the slow axis direction, and desired control can be performed more appropriately.
  • the light source 11 is configured by arranging a plurality of laser diodes 110 along the slow axis. Therefore, the light emitting portions 117 of the laser diodes 110 are arranged in a line in the slow axis direction.
  • each laser diode 110 is arranged such that the fast axis 118a of the light emitting unit 117 is parallel to the direction (X-axis direction) corresponding to the short side direction of the line beam B10 shown in FIG.
  • the plurality of laser diodes 110 constituting the light source 11 all have the same emission characteristics. That is, any laser diode 110 emits laser light with the same power when the same drive current is applied.
  • the collimator lens 12 converges the laser light emitted from each laser diode 110 of the light source 11 in the fast axis direction, and adjusts the spread of the laser light in the fast axis direction to be approximately parallel. That is, the collimator lens 12 has a function of converting the laser light emitted from each laser diode 110 of the light source 11 into parallel light only in the fast axis direction.
  • the collimator lens 13 converges the laser light emitted from each laser diode 110 of the light source 11 in the slow axis direction, and sets the spread of the laser light in the slow axis direction to be approximately parallel. That is, the collimator lens 13 has a function of converting the laser light emitted from each laser diode 110 of the light source 11 into parallel light only in the slow axis direction.
  • These two collimator lenses 12 and 13 convert the laser light emitted from each laser diode 110 of the light source 11 into a substantially parallel spread over the entire circumference. Since the light emitting unit 117 is not a complete point light source, strictly speaking, a slight positional deviation occurs between the optical axis of the collimator lenses 12 and 13 and the light emitting point of the light emitting unit 117 of each laser diode 110. For this reason, the laser light that has passed through the two collimator lenses 12 and 13 does not become completely parallel light, but is slightly spread from the parallel light.
  • the mirror 14 reflects the laser light transmitted through the collimator lenses 12 and 13 toward the scanning unit 15.
  • the scanning unit 15 is configured by, for example, a MEMS (micro-electro-mechanical system) mirror.
  • the laser beam reflected by the mirror 14 is reflected in the direction toward the adjustment lens 16 by the movable mirror 15 a of the scanning unit 15.
  • the scanning unit 15 drives the movable mirror 15a with a drive signal from the mirror drive circuit 23, and causes the laser light reflected from the mirror 14 to be parallel to the generatrix of the lens surface 17a of the magnifying lens 17 (X-axis direction). Let it scan.
  • the adjusting lens 16 adjusts the light intensity in the long side direction (Y-axis direction) of the line beam B10.
  • the adjustment lens 16 is configured to substantially uniform the light intensity in the long side direction (Y-axis direction) of the line beam B10.
  • the light intensity in the long side direction (Y-axis direction) of the line beam B10 is made uniform, for example, so that the fluctuation range of the light intensity distribution falls within about ⁇ 5%.
  • the magnifying lens 17 spreads the laser light incident from the adjustment lens 16 only in the Y-axis direction.
  • the magnifying lens 17 includes a lens surface 17a that is curved only in the Y-axis direction.
  • a concave lens having a lens surface 17a recessed inward is used as the magnifying lens 17.
  • a convex lens (cylindrical lens) whose lens surface protrudes outward may be used as the magnifying lens 17.
  • the laser beam converges in the Y-axis direction to form a focal line, and then spreads in the Y-axis direction.
  • the magnifying lens 17 is disposed so that the generatrix of the lens surface 17a is parallel to the X-axis direction. As a result, the laser light is spread in the Y-axis direction, and an elongated line beam B10 is formed in the Y-axis direction.
  • 3 (a) and 3 (b) are diagrams in which the action of the optical system of the laser radar 10 is observed in the long side direction and the short side direction of the line beam B10, respectively.
  • the mirror 14, the scanning unit 15, and the adjustment lens 16 are omitted, and the optical path from the light source 11 to the magnifying lens 17 is linearly extended.
  • the laser light emitted from the light source 11 is converged in the fast axis direction by the first collimator lens 12 and converted into parallel light in the fast axis direction. At this time, the laser beam does not receive a converging action in the slow axis direction. Therefore, the laser light after passing through the collimator lens 12 spreads in the slow axis direction at the same spread angle as that immediately after being emitted from the light source 11.
  • the collimator lens 12 may further have a converging action in the slow axis direction.
  • the collimator lens 12 does not have a converging action in the slow axis direction, the size of the lens or mirror on the rear stage side of the collimator lens 12 according to the width or spread angle of the light source 11 in the slow axis direction and the distance from the collimator lens 12 May need to be increased. Therefore, when the size of the lens or mirror on the rear stage side of the collimator lens 12 needs to be kept small due to the configuration of the laser radar 10, the collimator lens 12 may be further provided with a converging action in the slow axis direction.
  • the laser beam is converged in the slow axis direction by the second collimator lens 13 and converted into parallel light in the slow axis direction.
  • the laser beam does not receive a converging action in the fast axis direction. Therefore, the laser light after passing through the collimator lens 13 is maintained as substantially parallel light in the fast axis direction. In this way, the laser beam parallelized in the fast axis direction and the slow axis direction enters the magnifying lens 17.
  • the second collimator lens 13 may have an optical function of converting the laser light from parallel light into slightly converged light in the slow axis direction.
  • the laser light incident on the magnifying lens 17 may be collimated in the fast axis direction and may be collimated or converged in the slow axis direction.
  • the collimator lens 13 may be arranged on the front side of the collimator lens 12.
  • the magnifying lens 17 diffuses the incident laser beam only in the slow axis direction to form a line beam B10. Accordingly, the line beam B10 advances to the target area while the fast axis direction is collimated by the collimator lens 12. The width of the line beam B10 in the short side direction is determined by the first collimator lens 12. Thus, the line beam B10 is projected onto the target area.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the laser beam emission state of the laser radar 10 and the intensity distribution in the long side direction of the line beam B10 in the target region.
  • 4 schematically shows the cross-sectional shape of the line beam B10 when viewed in the projection direction (Z-axis positive direction) and the light intensity distribution in the long-side direction (Y-axis direction) of the line beam B10. It is shown.
  • the light intensity distribution is obtained along the intermediate position (line L1 in FIG. 4) in the short side direction of the line beam B10.
  • the laser radar 10 is mounted on the front side of the vehicle 20, and the line beam B ⁇ b> 10 is projected in front of the vehicle 20.
  • the spread angle ⁇ 11 in the long side direction of the line beam B10 is, for example, 120 °.
  • the upper limit of the distance D11 in which object detection is possible is about 200 m, for example.
  • the spread angle ⁇ 11 is expressed smaller than the actual angle. This also applies to FIGS. 7 and 10 to be referred to later.
  • the adjustment lens 16 is arranged so that the intensity distribution of the line beam B10 in the long side direction becomes substantially uniform. It is configured.
  • the intensity distribution of the line beam B10 uniform, the detectable distances of the objects at the respective positions in the long side direction of the line beam B10 can be made equal to each other.
  • the detectable distance of the object becomes longer. Therefore, when the intensity distribution of the line beam B10 is made uniform in the long side direction as described above, the detectable distances of objects at all positions in the long side direction become substantially equal.
  • the reflected light of the line beam B10 reflected from the target area is condensed on the light receiving surface of the light receiving element 19 by the condenser lens 18.
  • the light receiving element 19 is, for example, an image sensor.
  • the light receiving element 19 has, for example, a rectangular light receiving surface, and is arranged so that the long side of the light receiving surface is parallel to the Y axis.
  • the long side direction of the light receiving surface of the light receiving element 19 corresponds to the long side direction of the line beam B10 in the target region.
  • the reflected light of the line beam B10 is imaged on the light receiving surface of the light receiving element 19 by the condenser lens 18 so as to extend along the long side direction of the light receiving surface.
  • the pixel position in the Y-axis direction of the light receiving surface corresponds to the position in the Y-axis direction in the target area. Therefore, it is possible to detect at which position in the Y-axis direction of the target area the object is present based on the position of the pixel where the light reception signal is generated.
  • a line sensor in which pixels are arranged in the Y-axis direction may be used as the light receiving element 19.
  • the laser radar 10 includes a controller 21, a laser drive circuit 22, a mirror drive circuit 23, and a signal processing circuit 24 as a circuit unit configuration.
  • the controller 21 includes an arithmetic processing circuit such as a CPU (Central Processing Unit) and a storage medium such as a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory), and controls each unit according to a preset program.
  • the laser drive circuit 22 drives each laser diode 110 of the light source 11 in accordance with control from the controller 21.
  • the controller 21 and the laser drive circuit 22 constitute a control unit that controls the light source 11.
  • the mirror drive circuit 23 drives the scanning unit 15 in accordance with control from the controller 21.
  • the controller 21 controls the scanning unit 15 so that the laser beam is scanned in a direction parallel to the generatrix of the lens surface 17 a of the magnifying lens 17.
  • the line beam B10 is scanned in the short side direction of the line beam B10 in the target region.
  • the signal processing circuit 24 outputs a light reception signal of each pixel of the light receiving element 19 to the controller 21.
  • the controller 21 can detect at which position in the Y-axis direction of the target area the object exists based on the position of the pixel where the light reception signal is generated. Further, the controller 21 determines the target area by the time difference between the timing at which the light source 11 emits pulses and the timing at which the light receiving element 19 receives the reflected light from the target area, that is, the timing at which the light receiving signal is received from the light receiving element 19. The distance to the object existing in is calculated.
  • the controller 21 detects the presence / absence of an object in the target region by causing the scanning unit 15 to scan the line beam B10 while causing the light source 11 to emit pulses, and further, detects the position of the object in the Y-axis direction and the position of the object. Measure distance. These measurement results are transmitted to the control unit on the vehicle side as needed.
  • the laser light emitted from the laser diode 110 does not become completely parallel light in the fast axis direction even after passing through the collimator lens 12, and is slightly spread in the fast axis direction. Go through the following optical path.
  • the line beam B10 generated through the magnifying lens 17 is also slightly expanded in the short side direction.
  • this phenomenon is caused by the fact that the light emitting portion 117 of the laser diode 110 has a width in the fast axis direction (X-axis direction) and is not a complete point light source.
  • the line beam B10 spreads in the short side direction the light density of the line beam B10 decreases as the detection distance increases, and the accuracy of object detection decreases.
  • the inventors verified a preferable range of the divergence angle of the line beam B10 in the short side direction and a preferable range of the width of the light emitting unit 117 in the fast axis direction.
  • FIG. 5A shows a verification result obtained by verifying a preferable range of the divergence angle of the line beam B10 in the short side direction by optical simulation.
  • the horizontal axis represents the ratio ⁇ 1 / ⁇ 0 of the divergence angle in the fast axis direction before and after passing through the optical system for generating the line beam B10.
  • ⁇ 1 is a divergence angle in the fast axis direction (X-axis direction) of the laser light after passing through the optical system from the collimator lens 12 to the magnifying lens 17 shown in FIG. 1, and ⁇ 0 is transmitted through this optical system.
  • This is the divergence angle in the fast axis direction (X-axis direction) of the previous laser beam (in other words, when this optical system is omitted).
  • the vertical axis represents the ratio D1 between the object detectable distance D1 when the optical system for generating the line beam B10 is arranged and the object detectable distance D0 when this optical system is omitted. / D0.
  • the detectable distance means a distance at which laser light can be irradiated with a predetermined intensity.
  • the change in the value of the ratio D1 / D0 becomes steep as the ratio ⁇ 1 / ⁇ 0 decreases. From this, it can be seen that if the value of the ratio ⁇ 1 / ⁇ 0 is 0.1 or less, the detectable distance can be greatly improved. Therefore, it can be said that the ratio ⁇ 1 / ⁇ 0 is preferably set to 0.1 or less. That is, it can be said that the spread angle in the short side direction of the line beam B10 is preferably adjusted so that the ratio ⁇ 1 / ⁇ 0 is 0.1 or less.
  • FIG. 5B shows a verification result obtained by verifying a preferable range of the width of the light emitting unit 117 in the fast axis direction by optical simulation.
  • the horizontal axis is the width in the fast axis direction of the light emitting portion 117 of the laser diode 110 (corresponding to the width W2 in FIG. 2A), and the vertical axis is the horizontal axis in FIG.
  • the ratio ⁇ 1 / ⁇ 0 is preferably set to 0.1 or less in order to extend the detectable distance in the line beam conversion.
  • the width of the light emitting portion 117 in the fast axis direction where the ratio ⁇ 1 / ⁇ 0 is 0.1 or less is 240 ⁇ m or less. From this, it can be said that the width of the light emitting portion 117 in the fast axis direction is preferably set to 240 ⁇ m or less.
  • the laser diode 110 that can be used in a range where the value of the ratio ⁇ 1 / ⁇ 0 is 0.1 or less has a maximum width of the light emitting portion 117 in the fast axis direction of up to 240 ⁇ m, and the light emitting portion in the fast axis direction.
  • the laser diode 110 having a maximum width of 117 exceeding 240 ⁇ m is used, the light quantity of the laser diode 110 increases because the number of light sources increases with the enlargement of the light emitting unit 117, but the increased light quantity has a value of the ratio ⁇ 1 / ⁇ 0. Is 0.1 or more, it does not contribute much to the improvement of the ratio D1 / D0. Therefore, in this case, the design becomes wasteful.
  • the optical system so that the value of the ratio ⁇ 1 / ⁇ 0 is 0.1 or less. For this reason, it can be seen that the characteristics of the laser diode 110 can be effectively used without waste by setting the width of the light emitting portion 117 of the laser diode 110 in the fast axis direction to 240 ⁇ m.
  • the collimator lens having the functions of both the collimator lenses 12 and 13 in the optical system shown in FIGS. It replaced with the lenses 12 and 13 and performed.
  • the focal length of the collimating lens was selected so that the beam diameter after passing through the collimating lens would be 2 mm.
  • these focal lengths and beam diameters are not physical quantities that affect the verification results of FIGS. 5 (a) and 5 (b).
  • the wavelength of the laser light was set to 905 nm.
  • ⁇ Light intensity control 1> By the way, when the vehicle 20 travels straight ahead, it can be assumed that the distance required to detect an object is different between a central range in front of the vehicle and a lateral range in front of the vehicle. That is, it is preferable that an object can be detected as far as possible in the middle range in front of the vehicle in order to detect a preceding vehicle or an oncoming vehicle.
  • the side range in front of the vehicle only needs to be able to detect that a pedestrian or vehicle suddenly jumps out from a sidewalk, an alley, or the like, and therefore only needs to be able to detect an object in a relatively short range.
  • a configuration for making the light intensity of the line beam B10 different in the long side direction of the line beam B10 is provided. Specifically, the light intensity in the long side direction of the line beam B10 is adjusted by making the emission power of the plurality of laser diodes 110 constituting the light source 11 different by the controller 21.
  • FIG. 6A is a flowchart showing the power control of the light source 11 by the controller 21.
  • the controller 21 sets a mode in which the light intensity of the line beam B10 is set uniformly in the long side direction (uniform mode), and a mode in which the light intensity on both sides in the long side direction of the line beam B10 is reduced compared to the center (both sides decrease mode). And.
  • the mode switching may be set by the user or may be set according to a command from the vehicle-side control unit. For example, when the vehicle 20 is in a straight traveling state, a command for switching the mode to the both-sides reduction mode may be issued from the vehicle-side control unit to the controller 21. Alternatively, when information indicating that the vehicle 20 is traveling straight is received from the control unit on the vehicle side, the controller 21 may switch the mode.
  • the controller 21 determines at a predetermined timing whether the uniform mode or the both-sides decrease mode is set as the light intensity mode of the line beam B10 (S101).
  • the controller 21 drives all the laser diodes 110 constituting the light source 11 with uniform emission power (S102).
  • the line beam B10 is projected onto the target area with the uniform light intensity shown in FIG.
  • the controller 21 determines the output power of a predetermined number of laser diodes 110 arranged on both sides in the slow axis direction among the laser diodes 110 constituting the light source 11. The emission power of the remaining laser diode 110 is lowered (S103).
  • FIG. 6 (b) is a diagram schematically showing the emission state of each laser diode 110 when the double-sided decrease mode is set in the control of FIG. 6 (a).
  • the light source 11 is constituted by seven laser diodes 110.
  • the number of laser diodes 110 constituting the light source 11 is not limited to this.
  • the drive current C2 applied to the two laser diodes 110 on the Y axis positive side end and the two laser diodes 110 on the Y axis negative side end is supplied to the three laser diodes 110 in the center.
  • the driving current C1 is made lower than that applied.
  • the output power of the laser diode 110 at the end to which the drive current C2 is applied becomes lower than the output power of the center laser diode 110 to which the drive current C1 is applied.
  • the decrease in the output power of the end laser diode 110 with respect to the center laser diode 110 is set to about 25%, for example.
  • the number of laser diodes 110 that lower the output power is not limited to four.
  • the number of laser diodes 110 that reduce the output power can be changed as appropriate according to the ratio of the range in which the light intensity is reduced in the line beam B10, the number of laser diodes 110 that constitute the light source 11, and the like.
  • FIG. 7 schematically shows the state of the laser light emitted from the laser radar 10 and the intensity distribution in the long side direction of the line beam B10 in the target area when the both-sides reduction mode is set in the control of FIG. FIG.
  • the light intensity is kept high in the central angle range ⁇ 12, and the light intensity is lower in the angular range ⁇ 13 on both sides than the center.
  • the angle range ⁇ 12 is about 60 °, for example, and the angle range ⁇ 13 is about 30 °, for example.
  • the angle ranges ⁇ 12 and ⁇ 13 are not limited to this.
  • the detectable distance of the object in the central angular range ⁇ 12 is set to about 200 m and the detectable distance of the object in the angular range ⁇ 13 at both ends is set to about 100 m
  • the light in the angular range ⁇ 13 with respect to the light intensity in the angular range ⁇ 12 The decrease in strength is adjusted to about 25%, for example. Note that the decrease in the light intensity in the angle range ⁇ 13 with respect to the light intensity in the angle range ⁇ 12 is not limited to 25%.
  • the detectable distance of the object is maintained as long as about 200 m, and in the angular range ⁇ 13 at both ends, the detectable distance of the object is increased. Shorter than the center.
  • the power consumption of the whole light source 11 can be reduced by reducing the light intensity of both ends in this way. Therefore, an object can be detected more efficiently while reducing power consumption.
  • the light intensity of the line beam B10 is made different by adjusting the drive current for each laser diode 110 constituting the light source 11, but the light intensity of the line beam B10 is changed in the long side direction by other methods. May be different.
  • a plurality of laser diodes 110 having different emission capabilities may be arranged in the light source 11. That is, a plurality of laser diodes 110 that emit laser light with different emission power even when the same drive current C0 is applied may be arranged in the light source 11.
  • two laser diodes 110 on the Y axis positive side and two on the Y axis negative side are compared with the three laser diodes 110 at the center.
  • the emission capability of the laser diode 110 is low.
  • the controller 21 applies the same drive current C0 to all the laser diodes 110.
  • the output power of the laser diodes 110 at two ends is lower than the output power of the three laser diodes 110 at the center.
  • the adjustment lens 16 may be configured such that the light intensity at both ends in the slow axis direction is lower than the light intensity at the center.
  • the collimator lens 12, the mirror 14, and the scanning unit 15 are not shown.
  • all the laser diodes 110 constituting the light source 11 have the same emission ability.
  • the controller 21 applies the same drive current C ⁇ b> 3 to all the laser diodes 110, and causes each laser diode 110 to emit laser light with equal power.
  • the laser light emitted from each laser diode 110 is converted by the adjusting lens 16 into a beam having a high light intensity at the center and a low light intensity at both ends in the slow axis direction. Thereafter, the beam is expanded in the slow axis direction by the magnifying lens 17. Thereby, a line beam B10 is generated.
  • These configurations also provide a line beam B10 having a high light intensity at the center and a low light intensity at both ends in the long side direction, as in FIG. Also in these cases, the decrease in the light intensity in the angle range ⁇ 13 at both ends with respect to the light intensity in the central angle range ⁇ 12 is adjusted to, for example, about 25%.
  • the light intensity of the line beam B10 cannot be switched between the uniform mode and the double-sided reduction mode.
  • the laser light that generates the line beam B10 can be used efficiently. Therefore, the object can be detected more efficiently.
  • the light intensity at both ends of the line beam B10 is adjusted to be lower than that at the center.
  • the mode of making the light intensity of the line beam B10 different is not limited thereto.
  • a roadside belt or a wall may continue to the left side of the vehicle 20.
  • the left side of the vehicle 20 does not need to detect an object up to a long distance. Therefore, when a signal indicating such a state is transmitted from the control unit on the vehicle side to the controller 21, the controller 21 may reduce the light intensity in the range of the line beam B10 corresponding to the left side of the vehicle 20.
  • the left front of the vehicle 20 needs to detect an object up to a long distance in order to grasp the situation of the oncoming vehicle from the front. Since it is only necessary to be able to detect a person who crosses an intersection or a vehicle that is stopped on a right-turn road, it is only necessary that an object can be detected at a relatively short distance. Therefore, when a signal indicating that the vehicle 20 is turning right is transmitted from the control unit on the vehicle side to the controller 21, the controller 21 decreases the light intensity in the range of the line beam B10 corresponding to the right side of the vehicle 20. Just do it.
  • the light intensity of the line beam B10 may be adjusted so that only one of the end portions in the long side direction of the line beam B10 has a light intensity lower than that of the other part.
  • FIG. 9A is a flowchart showing power control of the light source 11 in this case.
  • the controller 21 determines whether one of the preset right side lowering condition (S201) and left side lowering condition (S203) is satisfied.
  • the right side lowering condition is a condition for lowering the light intensity in a predetermined range on the end side (Y axis negative side) of the line beam B10 corresponding to the front right side of the vehicle 20. That the vehicle 20 is turning right is included in the right side lowering condition. Conditions other than that the vehicle 20 is turning right may be included as the right side lowering condition.
  • the left side reduction condition is a condition for reducing the light intensity in a predetermined range on the end side (Y axis positive side) of the line beam B10 corresponding to the front left side of the vehicle 20.
  • the fact that the vehicle 20 is traveling in the leftmost lane of the expressway is included in the left side lowering condition.
  • Conditions other than that the vehicle 20 is traveling on the leftmost lane of the expressway may be included as the left side lowering condition.
  • the controller 21 sets the emission power of the laser diode 110 corresponding to the vehicle right side (Y axis negative side) among the plurality of laser diodes 110 constituting the light source 11 to the other. (S202). That is, in this case, the controller 21 reduces the emission power of a predetermined number of laser diodes 110 from the negative side of the Y axis among the plurality of laser diodes 110 arranged in the Y axis direction as compared with the other laser diodes 110.
  • the controller 21 corresponds to the left side of the vehicle (Y axis positive side) among the plurality of laser diodes 110 constituting the light source 11.
  • the output power of 110 is reduced as compared with other laser diodes 110 (S204).
  • the controller 21 reduces the output power of a predetermined number of laser diodes 110 from the Y axis positive side among the plurality of laser diodes 110 arranged in the Y axis direction as compared with the other laser diodes 110.
  • the controller 21 controls the light source 11 in the normal mode (S205). That is, the controller 21 causes all of the plurality of laser diodes 110 arranged in the Y-axis direction to emit light uniformly with long-distance emission power. In this case, the light intensity of the line beam B10 is the same as that shown in FIG. The controller 21 repeatedly executes the process of FIG.
  • FIG. 9B is a diagram schematically showing the emission state of the plurality of laser diodes 110 when the emission power of the left laser diode 110 is reduced in step S204 of FIG. 9A.
  • the light source 11 includes seven laser diodes 110. As in the case of FIG. 6B, the seven laser diodes 110 have the same emission ability.
  • the controller 21 sets the drive current C2 applied to the two laser diodes 110 at the Y-axis positive end to be lower than the drive current C1 applied to the other laser diodes 110.
  • FIG. 10 shows the state of the laser beam emitted from the laser radar 10 and the line beam B10 in the target area when the setting is made to reduce the emission power of the left laser diode 110 in step S204 of FIG. It is a figure which shows typically distribution of the light intensity in the long side direction.
  • the light intensity is lower in the leftmost angular range ⁇ 14 than in the other angular range ⁇ 15.
  • the light intensity in the angle range ⁇ 15 is kept high as in the case of FIG.
  • the angle range ⁇ 14 is about 30 °, for example, and the angle range ⁇ 15 is about 90 °, for example.
  • the angle ranges ⁇ 14 and ⁇ 15 are not limited to this.
  • the light intensity of the angle range ⁇ 14 with respect to the light intensity of the angle range ⁇ 15 is set.
  • the decrease is adjusted to about 25%, for example. Note that the decrease in the light intensity in the angle range ⁇ 14 with respect to the light intensity in the angle range ⁇ 15 is not limited to 25%.
  • the detectable distance of the object is maintained as long as about 200 m, and in the leftmost angle range ⁇ 14, the detectable distance of the object is from the center. Is also shortened.
  • roadside belts and walls exist on the left side of the vehicle, so even if the detectable distance in the left angle range ⁇ 14 is reduced in this way, There is almost no hindrance to the running of the vehicle. Therefore, by reducing the light intensity at the left end in this way, it is possible to detect an object more efficiently while reducing power consumption.
  • the controller 21 may, for example, out of the seven laser diodes 110 shown in FIG. Control is performed to lower the emission power of the rightmost laser diode 110 and the second laser diode 110 from the right as compared with the other laser diodes 110.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing a situation when setting is made to reduce the output power of the right laser diode 110 in step S202 of FIG. 9A.
  • the vehicle 20 When the vehicle 20 turns right at the intersection J10 from the road R10 and proceeds to the right turn road R20, the vehicle 20 enters the predetermined range at the right end of the line beam B10 between the start of the right turn and the end of the right turn. On the other hand, control for reducing the light intensity is performed. Thereby, the detectable distance of an object falls in the predetermined range of the right end part of line beam B10. In the other range of the line beam B10, since the light intensity is maintained high, a long detectable distance of the object is ensured as in the case of FIG.
  • the left front of the vehicle 20 needs to detect an object up to a long distance in order to grasp the situation of the oncoming vehicle that runs backward on the front road R30.
  • the right front side of the vehicle 20 only needs to be able to detect a person 30 crossing the pedestrian crossing at the intersection J10, a vehicle stopped on the right turn road R20, and the like, so long as it can detect an object at a relatively short distance. . Therefore, when the vehicle 20 is turning right, even if the light intensity is reduced in the range of the line beam B10 corresponding to the right side of the vehicle 20 and the detectable distance of the object is reduced, there is a problem in traveling of the vehicle 20. Absent. Thus, by reducing the light intensity at the right end during a right turn, the object can be detected more efficiently while reducing power consumption.
  • step S202 of FIG. 9A the number of laser diodes 110 for reducing the emission power and the reduction width may be changed for each type of right side reduction condition satisfied in step S201. Further, when the vehicle 20 turns to the right, the number of laser diodes 110 for reducing the output power and the width of reduction may be changed according to the rotation angle from the neutral position of the steering wheel.
  • the number and reduction width of the laser diodes 110 for reducing the emission power may be changed for each type of the left reduction condition satisfied in step S203.
  • the number of laser diodes 110 for reducing the emission power and the reduction width may be changed. That is, in the laser diode 110 group that lowers the emission power, the emission power may be made different for each laser diode 110 according to a predetermined condition such as a running state.
  • the laser is arranged so that the fast axis 118a that is easier to perform optical control is along the direction corresponding to the short side direction (X-axis direction) of the line beam B10.
  • a diode 110 is disposed.
  • the beam divergence angle in the short side direction of the line beam B10 can be adjusted so as to be closer to parallel light. Therefore, a decrease in energy density in the short side direction of the line beam B10 can be effectively suppressed, and an object can be detected to a longer distance.
  • each laser diode 110 is individually controlled so that the light intensity of the line beam B10 is changed in the long side direction. Can be made different smoothly.
  • a plurality of light emitting units 117 are arranged along the slow axis direction by arranging a plurality of laser diodes 110 side by side along the slow axis direction.
  • the laser diode 110 may be configured such that the plurality of light emitting units 117 are provided in the diode 110 along the slow axis direction.
  • the divergence angle in the fast axis direction of the laser light before passing through the optical system for generating the line beam B10 is ⁇ 0, and after passing through this optical system
  • the optical system is preferably configured so that ⁇ 1 / ⁇ 0 is 0.1 or less, where ⁇ 1 is the divergence angle of the laser beam in the fast axis direction.
  • the width of the light emitting portion 117 in the fast axis direction is preferably 240 ⁇ m or less.
  • the scanning unit 15 is arranged on the light source 11 side (laser diode 110 side) with respect to the magnifying lens 17.
  • the laser beam having a small beam diameter before being expanded by the magnifying lens 17 can be guided to the scanning unit 15, and the small and high-response scanning unit 15 can be used. Therefore, the line beam B10 can be scanned smoothly and appropriately while reducing the cost.
  • the magnifying lens 17 includes a lens surface 17a curved in only one direction, and the scanning unit 15 has a direction parallel to the generatrix of the lens surface 17a (X The laser beam is scanned in the axial direction), and the line beam B10 is scanned in the short side direction.
  • X The laser beam is scanned in the axial direction
  • the line beam B10 is scanned in the short side direction.
  • the scanning unit 15 is disposed between the collimator lenses 12 and 13 and the magnifying lens 17. Thereby, the laser beam having a small beam diameter that has been converted into parallel light can be guided to the scanning unit 15, and the small and high-response scanning unit 15 can be used. Therefore, the line beam B10 can be scanned smoothly and appropriately while reducing the cost.
  • the optical system for generating the line beam B10 includes an adjustment lens 16 that adjusts the light intensity in the long side direction of the line beam B10.
  • the light intensity of the line beam B10 can be made substantially uniform in the long side direction of the line beam B10, and the object is detected with high accuracy at all positions in the long side direction. be able to.
  • the light intensity of the line beam B ⁇ b> 10 can be made different in the long side direction of the line beam B ⁇ b> 10 by the adjustment lens 16.
  • the laser light emitted from the light source 11 can be used more efficiently. can do.
  • the light intensity of the line beam B10 is decreased at both end portions in the long side direction compared to the central portion in the long side direction of the line beam B10.
  • the laser beam can be used more efficiently during straight traveling.
  • the normal light intensity can be maintained to ensure a long detectable distance
  • the light intensity is The detectable distance can be shortened by lowering. Thereby, the laser beam emitted from the light source 11 can be used more efficiently.
  • the light intensity of the line beam B10 is reduced at one end side in the long side direction as compared with the central part in the long side direction of the line beam B10.
  • the laser beam can be used more efficiently when traveling on a highway or turning right at an intersection.
  • the vehicle 20 when the vehicle 20 is traveling on the leftmost lane of the highway, the roadside belt and walls continue on the left side of the vehicle 20, so that it is not necessary to detect an object at a long distance. Therefore, in this case, by reducing the intensity of the left end portion of the line beam B10 and shortening the detectable distance, the object detection can be properly performed while using the laser light more efficiently.
  • the right side of the vehicle 20 when the vehicle 20 is turning right at the intersection, the right side of the vehicle 20 only needs to be able to detect the state of a person crossing the pedestrian crossing or a stopped vehicle, so that it is not necessary to detect an object at a long distance. Therefore, in this case, by reducing the intensity of the right end portion of the line beam B10 and shortening the detectable distance, object detection can be properly performed while using laser light more efficiently.
  • the light source 11 when the light source 11 is configured by arranging a plurality of light emitting units 117 in a direction corresponding to the long side direction of the line beam B10, As shown in FIG. 9A, it is preferable that the light intensity of the line beam B10 is made different in the long side direction of the line beam B10 by controlling the output of each light emitting unit 117 by the controller 21. Thereby, the light intensity of the line beam B10 can be dynamically adjusted according to various situations.
  • the light intensity of the line beam B10 when the light intensity of the line beam B10 is fixed to the intensity distribution shown in FIG. 7, as shown in FIG. 8 (a), by making the emission abilities of the plurality of laser diodes 110 different,
  • the light intensity of the line beam B10 may be made different in the long side direction, or as shown in FIG. 8B, the light intensity in the long side direction of the line beam B10 is made different in the long side direction.
  • the adjustment lens 16 may be configured.
  • the light source 11 is configured such that the plurality of light emitting units 117 are arranged in the slow axis direction, but the light emitting unit 117 is further disposed in the fast axis direction.
  • the light sources 11 may be configured so that they are also lined up.
  • FIGS. 12A to 12C are diagrams showing a configuration example in this case.
  • a plurality of light emitting portions 117 are provided in one laser diode 110 so as to be arranged in the fast axis direction (X-axis direction).
  • a set of an active layer 111, an N-type cladding layer 112, and a P-type cladding layer 113 is laminated between the N-type substrate 114 and the contact layer 115 via a tunnel junction layer 119. Thereby, the three light emission parts 117 are formed.
  • the width W1 in the direction parallel to the active layer 111 is wider than the width W2 in the direction perpendicular to the active layer 111.
  • the beam B20 has a larger spread angle in the direction parallel to the fast axis 118a than in the direction parallel to the slow axis 118b. Therefore, the beam B20 has an elliptical shape that is long in the fast axis direction.
  • the light source 11 is configured by arranging a plurality of laser diodes 110 in the slow axis direction.
  • the plurality of light emitting units 117 are arranged not only in the slow axis direction but also in the fast axis direction.
  • the interval between the light emitting units 117 arranged in the fast axis direction is as narrow as possible. According to the verification result of FIG. 5B, it can be said that the interval between the uppermost light emitting portion 117 and the lowermost light emitting portion 117 is preferably 240 ⁇ m or less.
  • the number of light emitting units 117 arranged in the fast axis direction is not limited to three, and may be other numbers such as two.
  • the light intensity of the line beam B10 may be made different in the long side direction by a method similar to the method described with reference to FIGS.
  • the laser light is collimated using the two collimator lenses 12 and 13.
  • the laser beam is guided to the scanning unit 15 by the mirror 14, but the mirror 14 is omitted and the laser beam transmitted through the collimator lens 13 is directly incident on the scanning unit 15. Also good.
  • the configuration of the optical system that generates the line beam B10 can be changed as appropriate.
  • the laser diode 110 is arranged so that the fast axis 118a of the light emitting unit 117 of the laser diode 110 is parallel to the direction corresponding to the short side direction of the line beam B10 (X-axis direction).
  • the fast axis 118a of the light emitting unit 117 may not be strictly parallel to the direction corresponding to the short side direction of the line beam B10, and is parallel to the direction corresponding to the short side direction of the line beam B10. It may be slightly inclined from the state.
  • the laser radar 10 is mounted on the vehicle 20, but the laser radar 10 may be mounted on another moving body. Further, the laser radar 10 may be mounted on equipment or facilities other than the moving body.

Abstract

レーザレーダ（１０）は、レーザダイオードを備える光源（１１）と、レーザダイオードから出射されたレーザ光を一方向に長いラインビーム（Ｂ１０）に整形して目標領域に投射する光学系と、ラインビーム（Ｂ１０）の短辺方向にラインビーム（Ｂ１０）を走査させる走査部（１５）と、を備える。ここで、レーザダイオードは、レーザダイオードのファスト軸がラインビーム（Ｂ１０）の短辺方向に対応する方向に沿うように配置されている。

Description

レーザレーダ
　本発明は、レーザ光を用いて物体を検出するレーザレーダに関し、たとえば、乗用車等の移動体に搭載して好適なものである。
　従来、レーザ光を用いて物体を検出するレーザレーダが種々の分野で開発されている。たとえば、車載用のレーザレーダでは、車両前方からレーザ光が投射され、その反射光の有無に基づいて、車両前方に車両等の物体が存在するか否かが判別される。また、レーザ光の投射タイミングと反射光の受光タイミングとに基づいて、物体までの距離が計測される。
　以下の特許文献１には、レーザビームを水平方向および鉛直方向に２次元状に走査させて計測対象エリアの３次元情報を生成する構成のレーザレーダ装置が開示されている。
特開２０１７－１５０９９０号公報
　上記特許文献１に記載のように、レーザビームを検出対象エリアにおいて２次元状に走査させる構成では、計測位置の高解像度化に伴い、１フレーム分の情報を取得するためのフレームレートが顕著に低下するとの課題があった。
　この課題を解消する方式として、計測対象エリアの幅に応じた長さの細長いラインビームを、ラインビームの短辺方向に走査させる方式が用いられ得る。しかし、この方式では、ラインビームが、長辺方向に広がりながら検出対象エリアに投射されるため、計測対象エリアまでの距離が長くなるに伴い、ラインビームのエネルギー密度が低下する。このため、より遠距離の物体を検出するためには、ラインビームの短辺方向のエネルギー密度が極力低下しないように、ラインビームを検出対象エリアに投射させる必要がある。
　かかる課題に鑑み、本発明は、ラインビームの短辺方向のエネルギー密度の低下を抑制して、より遠距離まで物体を検出することが可能なレーザレーダを提供することを目的とする。
　本発明の主たる態様に係るレーザレーダは、レーザダイオードと、前記レーザダイオードから出射されたレーザ光を一方向に長いラインビームに整形して投射する光学系と、前記ラインビームの短辺方向に前記ラインビームを走査させる走査部と、を備える。ここで、前記レーザダイオードは、前記レーザダイオードのファスト軸が前記短辺方向に対応する方向に沿うように配置されている。
　本態様に係るレーザレーダによれば、より光学的な制御を行い易いファスト軸がラインビームの短辺方向に対応する方向に沿うようにレーザダイオードが配置されているため、ラインビームの短辺方向におけるビームの広がり角を、より平行光に近づけることができる。よって、ラインビームの短辺方向のエネルギー密度の低下を効果的に抑制でき、より遠距離まで物体を検出することができる。
　以上のとおり、本発明によれば、ラインビームの短辺方向のエネルギー密度の低下を抑制して、より遠距離まで物体を検出することが可能なレーザレーダを提供することができる。
　本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
図１は、実施形態に係るレーザレーダの光学系および回路部の構成を示す図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態に係るレーザダイオードの構成を示す斜視図、図２（ｃ）は、実施形態に係るレーザレーダの光源の構成を示す斜視図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態に係るレーザレーダの光学系の作用をラインビームの長辺方向および短辺方向に観察した図である。 図４は、実施形態に係る、レーザレーダのレーザ光の出射状態と、目標領域におけるラインビームの長辺方向における強度分布とを模式的に示す図である。 図５（ａ）は、実施形態１に係る、短辺方向におけるラインビームの発散角の好ましい範囲を光学シミュレーションにより検証した検証結果である。図５（ｂ）は、実施形態１に係る、レーザダイオードの発光部のファスト軸方向の幅の好ましい範囲を光学シミュレーションにより検証した検証結果である。 図６（ａ）は、実施形態に係る、光源のパワー制御を示すフローチャートである。図６（ｂ）は、図６（ａ）の制御において両側のレーザダイオードの出射パワーを低下させる設定がなされた場合の各レーザダイオードの出射状態を模式的に示す図である。 図７は、図６（ａ）の制御において両側のレーザダイオードの出射パワーを低下させる設定がなされた場合にレーザレーダから出射されるレーザ光の状態と、目標領域におけるラインビームの長辺方向における強度分布とを模式的に示す図である。 図８（ａ）は、実施形態に係る、両側のレーザダイオードの出射パワーを低下させるための他の構成例を示す図である。図８（ｂ）は、実施形態に係る、両側のレーザダイオードの出射パワーを低下させるためのさらに他の構成例を示す図である。 図９（ａ）は、実施形態に係る、光源の他のパワー制御を示すフローチャートである。図９（ｂ）は、図９（ａ）の制御がなされた場合の複数のレーザダイオードの出射状態を模式的に示す図である。 図１０は、実施形態に係る、図９（ａ）の制御において左側のレーザダイオードの出射パワーを低下させる設定がなされた場合にレーザレーダから出射されるレーザ光の状態と、目標領域におけるラインビームの長辺方向における強度分布とを模式的に示す図である。 図１１は、実施形態に係る、図９（ａ）の制御において右側のレーザダイオードの出射パワーを低下させる設定がなされる場合の状況を模式的に示す図である。 図１２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、変更例に係るレーザダイオードの構成を示す斜視図、図１２（ｃ）は、変更例に係るレーザレーダの光源の構成を示す斜視図である。
　ただし、図面はもっぱら説明のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。
　以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。便宜上、各図には、適宜、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。Ｘ軸方向およびＹ軸方向は、それぞれ、ラインビームの短辺方向および長辺方向であり、Ｚ軸正方向は、ラインビームの投射方向である。
　図１は、レーザレーダ１０の光学系および回路部の構成を示す図である。
　レーザレーダ１０は、光学系の構成として、光源１１と、コリメータレンズ１２、１３と、ミラー１４と、走査部１５と、調整レンズ１６と、拡大レンズ１７と、集光レンズ１８と、受光素子１９と、を備えている。光源１１から拡大レンズ１７までの往路の光学系により、光源１１から出射されたレーザ光から、Ｙ軸方向に長いラインビームＢ１０に生成される。
　光源１１は、所定波長のレーザ光を出射する。光源１１は、複数のレーザダイオードが集積されて構成される。本実施形態では、レーザレーダ１０が車両に搭載されることが想定されている。このため、各レーザダイオードの出射波長は、赤外の波長帯域（たとえば９０５ｎｍ）に設定される。レーザレーダ１０の使用態様に応じて、レーザダイオードの出射波長は、適宜変更され得る。
　図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、レーザダイオード１１０の構成を示す斜視図、図２（ｃ）は、光源１１の構成を示す斜視図である。
　図２（ａ）に示すように、レーザダイオード１１０は、活性層１１１がＮ型クラッド層１１２とＰ型クラッド層１１３に挟まれた構造となっている。Ｎ型クラッド層１１２は、Ｎ型基板１１４に積層される。また、Ｐ型クラッド層１１３にコンタクト層１１５が積層される。電極１１６に電流が印加されることにより、発光部１１７からレーザ光がＺ軸正方向に出射される。一般に、発光部１１７は、活性層１１１に平行な方向の幅Ｗ１が、活性層１１１に垂直な方向の幅Ｗ２よりも広くなっている。
　発光部１１７の短辺方向の軸、すなわち、活性層１１１に垂直な方向（Ｘ軸方向）の軸は、ファスト軸と称され、発光部１１７の長辺方向の軸、すなわち、活性層１１１に平行な方向（Ｙ軸方向）の軸は、スロー軸と称される。図２（ｂ）において、１１８ａはファスト軸を示し、１１８ｂはスロー軸を示している。発光部１１７から出射されたレーザ光は、スロー軸方向よりもファスト軸方向の広がり角が大きい。このため、ビームＢ２０の形状は、図２（ｂ）に示すように、ファスト軸方向に長い楕円形状となる。
　発光部１１７から出射されたビームＢ２０のファスト軸方向の強度分布（発光プロファイル）は、ファスト軸方向の発光部１１７の幅が狭いため、単一ガウシアンに近い分布形状となる。これに対し、発光部１１７から出射されたビームＢ２０のスロー軸方向の強度分布（発光プロファイル）は、スロー軸方向の発光部１１７の幅が広いため、複数のピークを含む複雑な分布形状となる。このことから、ビームの広がり角の抑制などの光学的な制御は、スロー軸方向よりもファスト軸方向の方が容易であり、より適切に、所望の制御を行うことができる。
　本実施形態では、図２（ｃ）に示すように、複数のレーザダイオード１１０がスロー軸に沿って並ぶように配置されて、光源１１が構成されている。したがって、各レーザダイオード１１０の発光部１１７は、スロー軸方向に１列に並んでいる。ここで、各レーザダイオード１１０は、発光部１１７のファスト軸１１８ａが、図１に示したラインビームＢ１０の短辺方向に対応する方向（Ｘ軸方向）に平行となるように配置されている。
　なお、本実施形態では、光源１１を構成する複数のレーザダイオード１１０が、全て同じ出射特性を有している。すなわち、何れのレーザダイオード１１０も、同じ駆動電流が印加されると同じパワーでレーザ光を出射する。
　図１に戻って、コリメータレンズ１２は、光源１１の各レーザダイオード１１０から出射されたレーザ光をファスト軸方向に収束させて、ファスト軸方向のレーザ光の広がりを略平行な状態に調整する。すなわち、コリメータレンズ１２は、光源１１の各レーザダイオード１１０から出射されたレーザ光を、ファスト軸方向のみに平行光化する作用を有する。
　コリメータレンズ１３は、光源１１の各レーザダイオード１１０から出射されたレーザ光をスロー軸方向に収束させて、スロー軸方向のレーザ光の広がりを略平行な状態に設定する。すなわち、コリメータレンズ１３は、光源１１の各レーザダイオード１１０から出射されたレーザ光を、スロー軸方向のみに平行光化する作用を有する。
　これら２つのコリメータレンズ１２、１３によって、光源１１の各レーザダイオード１１０から出射されたレーザ光は、全周において略平行な広がりに変換される。なお、発光部１１７は完全な点光源ではないため、厳密には、コリメータレンズ１２、１３の光軸と、各レーザダイオード１１０の発光部１１７の発光点との間に僅かな位置ずれが生じる。このため、２つのコリメータレンズ１２、１３を透過したレーザ光は、完全な平行光とはならず、平行光から僅かに広がった状態となる。
　ミラー１４は、コリメータレンズ１２、１３を透過したレーザ光を、走査部１５に向けて反射する。走査部１５は、たとえば、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）ミラーから構成される。ミラー１４で反射されたレーザ光は、走査部１５の可動ミラー１５ａにより調整レンズ１６に向かう方向に反射される。走査部１５は、ミラー駆動回路２３からの駆動信号により可動ミラー１５ａを駆動して、ミラー１４から反射したレーザ光を、拡大レンズ１７のレンズ面１７ａの母線に平行な方向（Ｘ軸方向）に走査させる。
　調整レンズ１６は、ラインビームＢ１０の長辺方向（Ｙ軸方向）における光強度を調整する。具体的には、調整レンズ１６は、ラインビームＢ１０の長辺方向（Ｙ軸方向）における光強度を略均一化するように構成されている。ラインビームＢ１０の長辺方向（Ｙ軸方向）における光強度は、たとえば、光強度分布の変動幅が±５％程度に収まるように均一化される。
　拡大レンズ１７は、調整レンズ１６から入射したレーザ光を、Ｙ軸方向のみに広げる。拡大レンズ１７は、Ｙ軸方向のみに湾曲したレンズ面１７ａを備えている。本実施形態では、拡大レンズ１７として、レンズ面１７ａが内方に凹んだ凹レンズが用いられる。これに代えて、レンズ面が外方に突出した凸レンズ（シリンドリカルレンズ）が拡大レンズ１７として用いられてもよい。この場合、レーザ光は、Ｙ軸方向に収束して焦線を形成した後、Ｙ軸方向に広がる。拡大レンズ１７は、レンズ面１７ａの母線がＸ軸方向に平行となるように配置される。これにより、レーザ光はＹ軸方向に広げられ、Ｙ軸方向に細長いラインビームＢ１０が形成される。
　図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、レーザレーダ１０の光学系の作用をラインビームＢ１０の長辺方向および短辺方向に観察した図である。便宜上、図３（ａ）、（ｂ）では、ミラー１４、走査部１５、調整レンズ１６が省略され、光源１１から拡大レンズ１７までの光路が直線状に引き伸ばされて示されている。
　光源１１から出射されたレーザ光は、１つ目のコリメータレンズ１２によりファスト軸方向に収束され、ファスト軸方向に平行光化される。このとき、レーザ光は、スロー軸方向には収束作用を受けない。したがって、コリメータレンズ１２を透過した後のレーザ光は、光源１１から出射された直後と同様の広がり角でスロー軸方向に広がっている。
　なお、コリメータレンズ１２は、さらに、スロー軸方向に収束作用を持っていてもよい。コリメータレンズ１２がスロー軸方向に収束作用を持たない場合、光源１１のスロー軸方向の幅や広がり角、およびコリメータレンズ１２からの距離に応じて、コリメータレンズ１２より後段側のレンズやミラーのサイズを大きくする必要が生じる場合もある。したがって、レーザレーダ１０の構成上、コリメータレンズ１２より後段側のレンズやミラーのサイズを小さく抑える必要がある場合は、コリメータレンズ１２にスロー軸方向の収束作用をさらに持たせてもよい。
　その後、レーザ光は、２つ目のコリメータレンズ１３によりスロー軸方向に収束され、スロー軸方向に平行光化される。このとき、レーザ光は、ファスト軸方向には収束作用を受けない。したがって、コリメータレンズ１３を透過した後のレーザ光は、ファスト軸方向において略平行光に維持される。こうして、ファスト軸方向およびスロー軸方向に平行光化されたレーザ光が、拡大レンズ１７に入射する。
　なお、２つ目のコリメータレンズ１３は、レーザ光をスロー軸方向において平行光からやや収束された光に変換する光学作用を持っていてもよい。拡大レンズ１７に入射されるレーザ光は、ファスト軸方向において平行光化され、スロー軸方向においては、平行光化または収束光化されていればよい。また、コリメータレンズ１３がコリメータレンズ１２の前段側に配置されてもよい。
　拡大レンズ１７は、入射したレーザ光をスロー軸方向のみに拡散させてラインビームＢ１０を形成する。したがって、ラインビームＢ１０は、ファスト軸方向がコリメータレンズ１２で平行光化された状態のまま、目標領域へと進む。ラインビームＢ１０の短辺方向の幅は、１つ目のコリメータレンズ１２により決定される。こうして、目標領域にラインビームＢ１０が投射される。
　図４は、レーザレーダ１０のレーザ光の出射状態と、目標領域におけるラインビームＢ１０の長辺方向における強度分布とを模式的に示す図である。図４の上段には、投射方向（Ｚ軸正方向）に見たときのラインビームＢ１０の断面形状と、当該ラインビームＢ１０の長辺方向（Ｙ軸方向）の光強度の分布が模式的に示されている。ここで、光強度の分布は、ラインビームＢ１０の短辺方向の中間位置（図４のラインＬ１）に沿って取得されたものである。
　図４に示すように、本実施形態では、レーザレーダ１０が車両２０の前側に搭載され、車両２０の前方にラインビームＢ１０が投射される。ラインビームＢ１０の長辺方向の広がり角θ１１は、たとえば１２０°である。また、物体検出が可能な距離Ｄ１１の上限は、たとえば、２００ｍ程度である。図４では、便宜上、広がり角θ１１が実際よりも小さく表現されている。この点は、追って参照する図７および図１０についても同様である。
　本実施形態では、光源１１に設置されている複数のレーザダイオード１１０が同じ出射パワーで駆動される場合に、長辺方向におけるラインビームＢ１０の強度分布が略均一となるように、調整レンズ１６が構成されている。このようにラインビームＢ１０の強度分布が均一化されることにより、ラインビームＢ１０の長辺方向の各位置における物体の検出可能距離を互いに等しくできる。レーザ光の強度の上昇に伴い、物体の検出可能距離が長くなる。したがって、上記のようにラインビームＢ１０の強度分布が長辺方向に均一化されると、長辺方向における全ての位置における物体の検出可能距離が略等しくなる。
　図１に戻り、目標領域から反射したラインビームＢ１０の反射光は、集光レンズ１８によって、受光素子１９の受光面に集光される。受光素子１９は、たとえば、イメージセンサである。受光素子１９は、たとえば、長方形の受光面を有し、受光面の長辺がＹ軸に平行となるように配置される。受光素子１９の受光面の長辺方向は、目標領域におけるラインビームＢ１０の長辺方向に対応する。ラインビームＢ１０の反射光は、受光面の長辺方向に沿って延びるように、集光レンズ１８によって、受光素子１９の受光面に結像される。
　ここで、受光面のＹ軸方向の画素位置は、目標領域におけるＹ軸方向の位置に対応する。したがって、受光信号が生じた画素の位置により、目標領域のＹ軸方向のどの位置に物体が存在するかを検出できる。受光素子１９としてＹ軸方向に画素が並ぶラインセンサが用いられてもよい。
　レーザレーダ１０は、回路部の構成として、コントローラ２１と、レーザ駆動回路２２と、ミラー駆動回路２３と、信号処理回路２４と、を備える。
　コントローラ２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理回路や、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶媒体を備え、予め設定されたプログラムに従って各部を制御する。レーザ駆動回路２２は、コントローラ２１からの制御に応じて光源１１の各レーザダイオード１１０を駆動する。コントローラ２１とレーザ駆動回路２２とによって、光源１１を制御する制御部が構成される。
　ミラー駆動回路２３は、コントローラ２１からの制御に応じて走査部１５を駆動する。上記のように、コントローラ２１は、拡大レンズ１７のレンズ面１７ａの母線に平行な方向にレーザ光が走査されるように、走査部１５を制御する。これにより、目標領域において、ラインビームＢ１０の短辺方向に、ラインビームＢ１０が走査される。
　信号処理回路２４は、受光素子１９の各画素の受光信号をコントローラ２１に出力する。上記のように、コントローラ２１は、受光信号が生じた画素の位置により、目標領域のＹ軸方向のどの位置に物体が存在するかを検出できる。また、コントローラ２１は、光源１１をパルス発光させたタイミングと、受光素子１９が目標領域からの反射光を受光したタイミング、すなわち、受光素子１９から受光信号を受信したタイミングとの時間差によって、目標領域に存在する物体までの距離を算出する。
　こうして、コントローラ２１は、光源１１をパルス発光させつつ、走査部１５によりラインビームＢ１０を走査させることにより、目標領域における物体の有無を検出し、さらに、物体のＹ軸方向の位置および物体までの距離を計測する。これらの測定結果は、随時、車両側の制御部に送信される。
　＜検証＞
　ところで、上記のように、レーザダイオード１１０から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ１２を透過した後も、ファスト軸方向において完全な平行光とはならず、ファスト軸方向に僅かに広がった状態で、以降の光路を進む。このため、拡大レンズ１７を透過して生成されるラインビームＢ１０も、短辺方向に僅かに広がることになる。上記のように、この現象は、レーザダイオード１１０の発光部１１７がファスト軸方向（Ｘ軸方向）に幅を持っており、完全な点光源でないことに起因するものである。ラインビームＢ１０が短辺方向に広がると、検出距離が長くなるに応じてラインビームＢ１０の光密度が低下し、物体検出の精度が低下する。
　そこで、発明者らは、短辺方向におけるラインビームＢ１０の発散角の好ましい範囲と、ファスト軸方向における発光部１１７の幅の好ましい範囲について検証した。
　図５（ａ）は、短辺方向におけるラインビームＢ１０の発散角の好ましい範囲を光学シミュレーションにより検証した検証結果である。
　図５（ａ）において、横軸は、ラインビームＢ１０を生成するための光学系を透過する前後のファスト軸方向の発散角の比θ１／θ０である。θ１は、図１に示したコリメータレンズ１２から拡大レンズ１７までの光学系を透過した後のレーザ光のファスト軸方向（Ｘ軸方向）における発散角であり、θ０は、この光学系を透過する前（言い換えれば、この光学系を省略した場合）のレーザ光のファスト軸方向（Ｘ軸方向）における発散角である。
　図５（ａ）において、縦軸は、ラインビームＢ１０を生成するための光学系を配置した場合の物体検出可能距離Ｄ１と、この光学系を省略した場合の物体検出可能距離Ｄ０との比Ｄ１／Ｄ０である。この検証において、検出可能距離は、所定の強度でレーザ光を照射できる距離のことを意味する。
　図５（ａ）に示すとおり、比θ１／θ０の値が小さいほど、比Ｄ１／Ｄ０の値が急激に大きくなり、検出可能距離が大幅に向上する。特に、比θ１／θ０の値が０．１以下の範囲では、比θ１／θ０の減少に伴い、比Ｄ１／Ｄ０の値の変化が急峻になっている。このことから、比θ１／θ０の値が０．１以下であれば、検出可能距離を大幅に向上させ得ることが分かる。よって、比θ１／θ０は、０．１以下に設定されることが好ましいと言える。すなわち、ラインビームＢ１０の短辺方向の広がり角は、比θ１／θ０が０．１以下となるように調整するのが好ましいと言える。
　図５（ｂ）は、ファスト軸方向における発光部１１７の幅の好ましい範囲を光学シミュレーションにより検証した検証結果である。
　図５（ｂ）において、横軸は、レーザダイオード１１０の発光部１１７のファスト軸方向における幅（図２（ａ）の幅Ｗ２に相当）であり、縦軸は、図５（ａ）の横軸と同様の比θ１／θ０である。
　図５（ａ）の検証結果より、ラインビーム化において検出可能距離を引き延ばすためには、比θ１／θ０を０．１以下に設定するが好ましいことが分かった。これに対し、図５（ｂ）の検証結果において、比θ１／θ０が０．１以下であるファスト軸方向の発光部１１７の幅は、２４０μｍ以下であることが分かる。このことから、発光部１１７のファスト軸方向における幅は、２４０μｍ以下に設定することが好ましいと言える。
　言い換えると、比θ１／θ０の値が０．１以下となる範囲で使用可能なレーザダイオード１１０は、ファスト軸方向における発光部１１７の最大幅が２４０μｍまでのものであり、ファスト軸方向における発光部１１７の最大幅が２４０μｍを超えるレーザダイオード１１０を用いた場合は、発光部１１７の拡大に伴い光源が増えるためレーザダイオード１１０自体の光量は増加するものの、増加した光量は、比θ１／θ０の値が０．１以上のものであるため、比Ｄ１／Ｄ０の値の向上には、あまり寄与しないことになる。したがって、この場合は、無駄の多い設計となってしまう。
　以上の検証から、比θ１／θ０の値が０．１以下となるように光学系を構成することが好ましいと言える。また、このために、ファスト軸方向におけるレーザダイオード１１０の発光部１１７の幅を２４０μｍに設定することで、レーザダイオード１１０の特性を無駄なく有効に使えることが分かる。
　なお、図５（ａ）、（ｂ）のシミュレーションは、図３（ａ）、（ｂ）に示した光学系において、コリメータレンズ１２、１３の両方の作用を有する１つのコリメータレンズを、これらコリメータレンズ１２、１３に置き換えて行った。ここでは、このコリメートレンズを透過した後のビーム径が２ｍｍになるようにコリメートレンズの焦点距離を選択した。しかし、これらの焦点距離およびビーム径は、図５（ａ）、（ｂ）の検証結果に影響する物理量ではない。上記シミュレーションにおいて、レーザ光の波長は、９０５ｎｍに設定した。
　＜光強度の制御１＞
　ところで、車両２０の直進走行時には、車両前方の中央の範囲と、車両前方の側方の範囲とで、物体の検出が必要な距離が互いに異なるものと想定され得る。すなわち、車両前方の中央の範囲では、前走車や対向車の検出のために、なるべく遠距離まで物体を検出可能であることが好ましい。これに対し、車両前方の側方の範囲は、歩道や路地等から歩行者や車両が急に飛び出すことを検出できればよいため、比較的近距離の範囲で物体を検出可能であればよい。
　そこで、本実施形態では、ラインビームＢ１０の光強度をラインビームＢ１０の長辺方向に相違させるための構成が設けられている。具体的には、光源１１を構成する複数のレーザダイオード１１０の出射パワーをコントローラ２１が相違させることにより、ラインビームＢ１０の長辺方向の光強度が調整される。
　図６（ａ）は、コントローラ２１による光源１１のパワー制御を示すフローチャートである。
　コントローラ２１は、ラインビームＢ１０の光強度を長辺方向において均一に設定するモード（均一モード）と、ラインビームＢ１０の長辺方向両側の光強度を中央に比べて低下させるモード（両側低下モード）とを備えている。モードの切り替えは、ユーザにより設定されてもよく、あるいは、車両側の制御部からの指令に応じて設定されてもよい。たとえば、車両２０が直進走行状態にある場合に、車両側の制御部からコントローラ２１に対して、モードを両側低下モードに切り替える指令がなされてもよい。あるいは、車両２０が直進走行状態であることを示す情報を車両側の制御部から受けた場合に、コントローラ２１がモードの切り替えを行ってもよい。
　レーザレーダ１０か起動されると、コントローラ２１は、所定のタイミングで、ラインビームＢ１０の光強度のモードとして、均一モードと両側低下モードの何れが設定されるかを判定する（Ｓ１０１）。ここで、均一モードと判定すると（Ｓ１０１：ＮＯ）、コントローラ２１は、光源１１を構成する全てのレーザダイオード１１０を、一律等しい出射パワーで駆動させる（Ｓ１０２）。これにより、図４に示した均一な光強度で、ラインビームＢ１０が目標領域に投射される。
　他方、両側低下モードと判定すると（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、コントローラ２１は、光源１１を構成するレーザダイオード１１０のうち、スロー軸方向の両側に配置されている所定数のレーザダイオード１１０の出射パワーを、残りのレーザダイオード１１０の出射パワーよりも低下させる（Ｓ１０３）。
　図６（ｂ）は、図６（ａ）の制御において両側低下モードが設定された場合の各レーザダイオード１１０の出射状態を模式的に示す図である。ここでは、便宜上、７つのレーザダイオード１１０により光源１１が構成されている。但し、光源１１を構成するレーザダイオード１１０の数はこれに限られるものではない。
　両側低下モードが設定された場合、Ｙ軸正側の端の２つのレーザダイオード１１０とＹ軸負側の端の２つのレーザダイオード１１０に印加される駆動電流Ｃ２を、中央３つのレーザダイオード１１０に印加される駆動電流Ｃ１よりも低下させる。これにより、駆動電流Ｃ２が印加される端のレーザダイオード１１０の出射パワーが、駆動電流Ｃ１が印加される中央のレーザダイオード１１０の出射パワーよりも低くなる。ここで、中央のレーザダイオード１１０に対する端のレーザダイオード１１０の出射パワーの低下は、たとえば、２５％程度に設定される。
　なお、出射パワーを低下させるレーザダイオード１１０の数は４つに限られるものではない。出射パワーを低下させるレーザダイオード１１０の数は、ラインビームＢ１０において光強度を低下させる範囲の割合や、光源１１を構成するレーザダイオード１１０の数等に応じて、適宜変更可能である。
　図７は、図６（ａ）の制御において両側低下モードが設定された場合にレーザレーダ１０から出射されるレーザ光の状態と、目標領域におけるラインビームＢ１０の長辺方向における強度分布とを模式的に示す図である。
　ラインビームＢ１０の長辺方向の広がり角θ１１（たとえば１２０°）のうち、中央の角度範囲θ１２においては、光強度が高く維持され、両側の角度範囲θ１３においては、中央に比べて光強度が低下している。ここで、角度範囲θ１２は、たとえば６０°程度であり、角度範囲θ１３は、たとえば３０°程度である。ただし、角度範囲θ１２、θ１３はこれに限られるものではない。
　また、中央の角度範囲θ１２における物体の検出可能距離を２００ｍ程度に設定し、両端の角度範囲θ１３における物体の検出可能距離を１００ｍ程度とした場合、角度範囲θ１２の光強度に対する角度範囲θ１３の光強度の低下は、たとえば、２５％程度に調整される。なお、角度範囲θ１２の光強度に対する角度範囲θ１３の光強度の低下は、２５％に限定されるものではない。
　このようにラインビームＢ１０の光強度を相違させることにより、中央の角度範囲θ１２では、たとえば、物体の検出可能距離が２００ｍ程度に長く維持され、両端の角度範囲θ１３では、物体の検出可能距離が中央よりも短くなる。ただし、車両の直進走行時において、このように両側の角度範囲θ１３における検出可能距離を低下させたとしても、歩道や路地等から歩行者や車両が急に飛び出すことを検出するのには、殆ど支障がない。また、このように両端の光強度を低下させることにより、光源１１全体の消費電力を低減させることができる。よって、消費電力を低減させながら、より効率的に、物体の検出を行うことができる。
　なお、ここでは、光源１１を構成する各レーザダイオード１１０に対する駆動電流を調節することにより、ラインビームＢ１０の光強度を相違させたが、他の方法により、ラインビームＢ１０の光強度を長辺方向において相違させてもよい。
　たとえば、図８（ａ）に示すように、出射能力が異なる複数のレーザダイオード１１０が光源１１に配置されてもよい。すなわち、同じ駆動電流Ｃ０が印加されても異なる出射パワーでレーザ光を出射する複数のレーザダイオード１１０が、光源１１に配置されてもよい。
　図８（ａ）の例では、７つのレーザダイオード１１０のうち、中央の３つのレーザダイオード１１０に比べて、Ｙ軸正側の端の２つのレーザダイオード１１０とＹ軸負側の端の２つのレーザダイオード１１０の出射能力が低くなっている。コントローラ２１は、全てのレーザダイオード１１０に同じ駆動電流Ｃ０を印加する。これにより、両端２つずつのレーザダイオード１１０の出射パワーが、中央の３つのレーザダイオード１１０の出射パワーよりも低くなる。
　あるいは、図８（ｂ）に示すように、スロー軸方向の両端の光強度が中央の光強度よりも低くなるように、調整レンズ１６が構成されてもよい。図８（ｂ）では、便宜上、コリメータレンズ１２と、ミラー１４および走査部１５が図示省略されている。
　この構成では、光源１１を構成する全てのレーザダイオード１１０が互いに同じ出射能力を有している。コントローラ２１は、全てのレーザダイオード１１０に同じ駆動電流Ｃ３を印加して、各レーザダイオード１１０から等しいパワーでレーザ光を出射させる。各レーザダイオード１１０から出射されたレーザ光は、調整レンズ１６により、中央の光強度が高く、スロー軸方向の両端の光強度が低いビームに変換される。その後、このビームは、拡大レンズ１７によりスロー軸方向に広げられる。これにより、ラインビームＢ１０が生成される。
　これらの構成によっても、図７と同様、中央の光強度が高く、長辺方向両端の光強度が低いラインビームＢ１０が得られる。これらの場合も、中央の角度範囲θ１２の光強度に対する両端の角度範囲θ１３の光強度の低下は、たとえば、２５％程度に調整される。
　なお、この構成例では、図６（ａ）、（ｂ）に示した構成例のように、ラインビームＢ１０の光強度を、均一モードと両側低下モードとの間で切り替えることができない。ただし、これらの場合も、中央に比べて両端の光強度が低下するように調整されるため、ラインビームＢ１０を生成するレーザ光を効率的に利用できる。よって、物体の検出をより効率的に行うことができる。
　＜光強度の制御２＞
　上記では、ラインビームＢ１０の両端の光強度が中央に比べて低下するよう調整されたが、ラインビームＢ１０の光強度を相違させる形態はこれに限られるものではない。
　たとえば、車両２０が高速道路の最も左側のレーンを走行している場合等、車両２０の左側に路側帯や壁が続くことが起こり得る。このような場合、車両２０の左側は、遠距離まで物体を検知する必要がない。したがって、このような状態を示す信号が車両側の制御部からコントローラ２１に送信された場合、コントローラ２１は、車両２０の左側に対応するラインビームＢ１０の範囲において光強度を低下させればよい。
　また、車両２０が交差点を右折する場合、車両２０の左前方は、前方からの直進対向車の状況を把握するために遠距離まで物体を検出する必要があるが、車両２０の右前方は、交差点を横断する人や右折道路に停車中の車両を検出できればよいため、比較的近距離において物体検出が可能であればよい。したがって、車両２０が右折中であることを示す信号が車両側の制御部からコントローラ２１に送信された場合、コントローラ２１は、車両２０の右側に対応するラインビームＢ１０の範囲において光強度を低下させればよい。
　このように、ラインビームＢ１０の長辺方向の何れか一方の端部側のみが、その他の部分に比べて光強度が低下するように、ラインビームＢ１０の光強度が調整されてもよい。
　図９（ａ）は、この場合の光源１１のパワー制御を示すフローチャートである。
　コントローラ２１は、予め設定された右側低下条件（Ｓ２０１）および左側低下条件（Ｓ２０３）の何れか一方が充足されたか否かを判定する。
　ここで、右側低下条件とは、車両２０の前方右側に対応するラインビームＢ１０の端部側（Ｙ軸負側）の所定範囲において、光強度を低下させるための条件のことである。上述の車両２０が右折中であることは、右側低下条件に含まれる。右側低下条件として、車両２０が右折中であること以外の条件が含まれてもよい。
　また、左側低下条件とは、車両２０の前方左側に対応するラインビームＢ１０の端部側（Ｙ軸正側）の所定範囲において、光強度を低下させるための条件のことである。上述の車両２０が高速道路の最も左側のレーンを走行中であることは、左側低下条件に含まれる。左側低下条件として、車両２０が高速道路の最も左側のレーンを走行中であること以外の条件が含まれてもよい。
　右側低下条件が充足された場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、コントローラ２１は、光源１１を構成する複数のレーザダイオード１１０のうち、車両右側（Ｙ軸負側）に対応するレーザダイオード１１０の出射パワーをその他のレーザダイオード１１０に比べて低下させる（Ｓ２０２）。すなわち、この場合、コントローラ２１は、Ｙ軸方向に並ぶ複数のレーザダイオード１１０のうち、Ｙ軸負側から所定数のレーザダイオード１１０の出射パワーをその他のレーザダイオード１１０に比べて低下させる。
　また、左側低下条件が充足された場合（Ｓ２０１：ＮＯ、Ｓ２０３：ＹＥＳ）、コントローラ２１は、光源１１を構成する複数のレーザダイオード１１０のうち、車両左側（Ｙ軸正側）に対応するレーザダイオード１１０の出射パワーをその他のレーザダイオード１１０に比べて低下させる（Ｓ２０４）。すなわち、この場合、コントローラ２１は、Ｙ軸方向に並ぶ複数のレーザダイオード１１０のうち、Ｙ軸正側から所定数のレーザダイオード１１０の出射パワーをその他のレーザダイオード１１０に比べて低下させる。
　右側低下条件および左側低下条件の何れも充足されない場合（Ｓ２０１：ＮＯ、Ｓ２０３：ＮＯ）、コントローラ２１は、通常モードで光源１１を制御する（Ｓ２０５）。すなわち、コントローラ２１は、Ｙ軸方向に並ぶ複数のレーザダイオード１１０の全てを、遠距離用の出射パワーで均等に発光させる。この場合、ラインビームＢ１０の光強度は、図４に示した光強度と同様である。コントローラ２１は、図９（ａ）の処理を繰り返し実行する。
　図９（ｂ）は、図９（ａ）のステップＳ２０４によって左側のレーザダイオード１１０の出射パワーが低下された場合の複数のレーザダイオード１１０の出射状態を模式的に示す図である。
　ここでは、便宜上、光源１１が、７つのレーザダイオード１１０から構成されている。図６（ｂ）の場合と同様、７つのレーザダイオード１１０は、互いに同じ出射能力を有している。コントローラ２１は、Ｙ軸正側端部の２つのレーザダイオード１１０に印加する駆動電流Ｃ２を、その他のレーザダイオード１１０に印加する駆動電流Ｃ１よりも低く設定する。
　図１０は、図９（ａ）のステップＳ２０４において、左側のレーザダイオード１１０の出射パワーを低下させる設定がなされた場合にレーザレーダ１０から出射されるレーザ光の状態と、目標領域におけるラインビームＢ１０の長辺方向における光強度の分布とを模式的に示す図である。
　ラインビームＢ１０の長辺方向の広がり角θ１１（たとえば１２０°）のうち、左端の角度範囲θ１４においては、その他の角度範囲θ１５に比べて、光強度が低下している。角度範囲θ１５の光強度は、図４の場合と同様、高く維持される。角度範囲θ１４は、たとえば３０°程度であり、角度範囲θ１５は、たとえば９０°程度である。ただし、角度範囲θ１４、θ１５はこれに限られるものではない。
　また、角度範囲θ１５における物体の検出可能距離を２００ｍ程度に設定し、左端の角度範囲θ１４における物体の検出可能距離を１００ｍ程度とした場合、角度範囲θ１５の光強度に対する角度範囲θ１４の光強度の低下は、たとえば、２５％程度に調整される。なお、角度範囲θ１５の光強度に対する角度範囲θ１４の光強度の低下は、２５％に限定されるものではない。
　このようにラインビームＢ１０の光強度を相違させることにより、角度範囲θ１５では、たとえば、物体の検出可能距離が２００ｍ程度に長く維持され、左端の角度範囲θ１４では、物体の検出可能距離が中央よりも短くなる。ただし、車両が高速道路の最も左のレーンを走行している場合は、車両の左側に路側帯や壁が存在するので、このように左側の角度範囲θ１４における検出可能距離を低下させたとしても、車両の走行には、殆ど支障がない。よって、このように左端の光強度を低下させることにより、消費電力を低減させながら、より効率的に、物体の検出を行うことができる。
　なお、図９（ａ）のステップＳ２０２において右側のレーザダイオード１１０の出射パワーを低下させる設定がなされた場合、コントローラ２１は、たとえば、図９（ｂ）に示した７つのレーザダイオード１１０のうち、最も右側のレーザダイオード１１０と右から２番目のレーザダイオード１１０の出射パワーを、その他のレーザダイオード１１０に比べて低下させる制御を行う。
　図１１は、図９（ａ）のステップＳ２０２において右側のレーザダイオード１１０の出射パワーを低下させる設定がなされた場合の状況を模式的に示す図である。
　ここでは、車両２０が交差点Ｊ１０を右折することを条件として、右側のレーザダイオード１１０の出射パワーを低下させる例が示されている。
　車両２０が、道路Ｒ１０から交差点Ｊ１０を右折して右折道路Ｒ２０へと進む場合、車両２０が右折を開始してから右折を終了するまでの間に、ラインビームＢ１０の右側端部の所定範囲に対して、光強度を低下させる制御が行われる。これにより、ラインビームＢ１０の右側端部の所定範囲において、物体の検出可能距離が低下する。ラインビームＢ１０のその他の範囲では、光強度が高く維持されるため、図４の場合と同様、物体の検出可能距離は長く確保される。
　ここで、車両２０が交差点Ｊ１０を右折中である場合、車両２０の左前方は、前方道路Ｒ３０を逆走する対向車の状況を把握するために、遠距離まで物体検出が必要であると言える。これに対し、車両２０の右前方は、交差点Ｊ１０の横断歩道を横断する人３０や右折道路Ｒ２０に停車中の車両等を検出できればよいため、比較的近距離において物体検出が可能であればよい。したがって、車両２０が右折中である場合は、車両２０の右側に対応するラインビームＢ１０の範囲において光強度を低下させて物体の検出可能距離を低下させても、車両２０の走行には支障がない。よって、このように、右折時に右側端部の光強度を低下させることで、消費電力を低減させながら、より効率的に、物体の検出を行うことができる。
　なお、図９（ａ）のステップＳ２０２においては、ステップＳ２０１で充足される右側低下条件の種類ごとに、出射パワーを低下させるレーザダイオード１１０の数や低下幅を変更するようにしてもよい。また、車両２０の右折時には、ハンドルの中立位置からの回転角に応じて、出射パワーを低下させるレーザダイオード１１０の数や低下幅を変更するようにしてもよい。
　同様に、図９（ａ）のステップＳ２０４においても、ステップＳ２０３で充足される左側低下条件の種類ごとに、出射パワーを低下させるレーザダイオード１１０の数や低下幅を変更するようにしてもよい。この他、車両２０の走行速度に応じて、出射パワーを低下させるレーザダイオード１１０の数や低下幅を変更するようにしてもよい。すなわち、出射パワーを低下させるレーザダイオード１１０群において、走行状態等の所定の条件に応じ、さらに、出射パワーをレーザダイオード１１０ごとに相違させてもよい。
　＜実施形態の効果＞
　以上、本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
　図２（ａ）～（ｃ）を参照して説明したとおり、より光学的な制御を行い易いファスト軸１１８ａがラインビームＢ１０の短辺方向（Ｘ軸方向）に対応する方向に沿うようにレーザダイオード１１０が配置されている。このため、ラインビームＢ１０の短辺方向におけるビームの広がり角を、より平行光に近づくように調整することができる。よって、ラインビームＢ１０の短辺方向のエネルギー密度の低下を効果的に抑制でき、より遠距離まで物体を検出することができる。
　また、図２（ｃ）に示したとおり、レーザダイオード１１０のスロー軸方向に沿ってレーザ光の発光部１１７が複数配置されている。これにより、ラインビームＢ１０の光量を効果的に高めることができる。また、図６（ａ）～図７および図９（ａ）～図１１を参照して説明したとおり、各レーザダイオード１１０を個別に制御することにより、ラインビームＢ１０の光強度を、長辺方向において円滑に相違させることができる。
　なお、図２（ｃ）の構成では、複数のレーザダイオード１１０をスロー軸方向に沿って並べて集積化することにより、複数の発光部１１７がスロー軸方向に沿って配置されたが、１つのレーザダイオード１１０に、複数の発光部１１７がスロー軸方向に沿って設けられるように、レーザダイオード１１０が構成されてもよい。
　また、図５（ａ）の検証結果に示したとおり、ラインビームＢ１０を生成するための光学系を透過する前でのレーザ光のファスト軸方向の発散角をθ０、この光学系を透過した後でのレーザ光のファスト軸方向の発散角をθ１としたとき、θ１／θ０が０．１以下となるように光学系が構成されることが好ましい。これにより、物体の検出可能距離を大幅に向上させることができる。
　また、図５（ｂ）の検証結果に示したとおり、レーザダイオード１１０は、ファスト軸方向の発光部１１７の幅が２４０μｍ以下であることが好ましい。これにより、レーザダイオード１１０の特性を無駄なく有効に使いながら、物体の検出可能距離を効率的に向上させることができる。
　また、本実施形態では、図１に示したとおり、走査部１５は、拡大レンズ１７よりも光源１１側（レーザダイオード１１０側）に配置されている。これにより、拡大レンズ１７により広げられる前の小さなビーム径のレーザ光を走査部１５に導くことができ、小型且つ高レスポンスの走査部１５を用いることができる。よって、コストの低減を図りながら、円滑かつ適正に、ラインビームＢ１０を走査させることができる。
　また、本実施形態では、図１を参照して説明したとおり、拡大レンズ１７は、一方向のみに湾曲したレンズ面１７ａを備え、走査部１５は、レンズ面１７ａの母線に平行な方向（Ｘ軸方向）にレーザ光を走査させて、ラインビームＢ１０を短辺方向に走査させる。このようにレンズ面１７ａの母線に平行な方向にレーザ光を走査させることにより、レーザ光の走査に伴い、拡大レンズ１７からレーザ光に付与される光学作用が大きく変化することを抑制できる。よって、ラインビームＢ１０のビームプロファイルを安定化させることができ、物体の検出精度を高めることができる。
　また、本実施形態では、図１に示したとおり、走査部１５は、コリメータレンズ１２、１３と拡大レンズ１７との間に配置されている。これにより、平行光化された小さなビーム径のレーザ光を走査部１５に導くことができ、小型且つ高レスポンスの走査部１５を用いることができる。よって、コストの低減を図りながら、円滑かつ適正に、ラインビームＢ１０を走査させることができる。
　また、本実施形態では、図１に示したとおり、ラインビームＢ１０を生成するための光学系は、ラインビームＢ１０の長辺方向における光強度を調整する調整レンズ１６を備えている。これにより、たとえば、図４に示したように、ラインビームＢ１０の光強度をラインビームＢ１０の長辺方向において略均一化することができ、長辺方向の全ての位置において精度良く物体を検出することができる。あるいは、図８（ｂ）に示したように、調整レンズ１６によって、ラインビームＢ１０の光強度をラインビームＢ１０の長辺方向において相違させることもできる。
　また、図６（ａ）～図１１に示したように、ラインビームＢ１０の光強度をラインビームＢ１０の長辺方向に相違させることにより、光源１１から出射されたレーザ光をより効率的に利用することができる。
　たとえば、図６（ａ）～図８（ｂ）に示したように、ラインビームＢ１０の光強度を、ラインビームＢ１０の長辺方向の中央部に比べて長辺方向の両方の端部側が減少するように調整することにより、直進走行の際に、レーザ光をより効率的に利用することができる。すなわち、遠距離まで物体検出が必要な車両前方については、通常の光強度を維持して検出可能距離を長く確保でき、比較的近距離での物体検出で足りる車両側方については、光強度を低下させて検出可能距離を縮めることができる。これにより、光源１１から出射されるレーザ光をより効率的に利用することができる。
　また、図９（ａ）～図１１に示したように、ラインビームＢ１０の光強度を、ラインビームＢ１０の長辺方向の中央部に比べて長辺方向の一方の端部側が減少するように調整することにより、高速道路の走行時や交差点の右折等の際に、レーザ光をより効率的に利用することができる。
　たとえば、車両２０が高速道路の最も左側のレーンを走行中である場合、車両２０の左側は、路側帯や壁が続くため、遠距離での物体検出は不要である。よって、この場合に、ラインビームＢ１０の左側端部の強度を低下させて検出可能距離を縮めることにより、レーザ光をより効率的に利用しながら、物体検出を適正に行うことができる。
　あるいは、車両２０が交差点を右折中である場合、車両２０の右側は、横断歩道を横断する人や停止車両の状態を検出できれば足りるため、遠距離での物体検出は不要である。よって、この場合に、ラインビームＢ１０の右側端部の強度を低下させて検出可能距離を縮めることにより、レーザ光をより効率的に利用しながら、物体検出を適正に行うことができる。
　なお、図２（ｃ）に示したように、ラインビームＢ１０の長辺方向に対応する方向に複数の発光部１１７が配置されて光源１１が構成されている場合は、図６（ａ）および図９（ａ）に示したように、各発光部１１７の出力をコントローラ２１により制御することによって、ラインビームＢ１０の光強度をラインビームＢ１０の長辺方向に相違させるようにすることが好ましい。これにより、様々なシチュエーションに応じて動的に、ラインビームＢ１０の光強度を調整することができる。
　但し、たとえば、ラインビームＢ１０の光強度を図７に示す強度分布に固定するような場合は、図８（ａ）に示したように、複数のレーザダイオード１１０の出射能力を相違させることにより、ラインビームＢ１０の光強度を長辺方向に相違させてもよく、あるいは、図８（ｂ）に示したように、ラインビームＢ１０の長辺方向における光強度を長辺方向に相違させるように、調整レンズ１６が構成されてもよい。
　＜変更例＞
　以上、本発明の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、他に種々の変更が可能である。
　たとえば、上記実施形態では、図２（ｃ）に示したように、複数の発光部１１７がスロー軸方向に並ぶように、光源１１が構成されたが、さらに、発光部１１７がファスト軸方向にも並ぶように、光源１１が構成されてもよい。
　図１２（ａ）～（ｃ）は、この場合の構成例を示す図である。
　この構成例では、図１２（ａ）に示すように、１つのレーザダイオード１１０に複数の発光部１１７がファスト軸方向（Ｘ軸方向）に並ぶように設けられている。Ｎ型基板１１４とコンタクト層１１５との間に、活性層１１１、Ｎ型クラッド層１１２およびＰ型クラッド層１１３の組が、トンネル接合層１１９を介して積層されている。これにより、３つの発光部１１７が形成されている。
　図２（ａ）の場合と同様、発光部１１７は、活性層１１１に平行な方向の幅Ｗ１が、活性層１１１に垂直な方向の幅Ｗ２よりも広くなっている。電極１１６に駆動電流を印加することで、図１２（ｂ）に示すように、３つの発光部１１７からそれぞれレーザ光が出射される。ビームＢ２０は、ファスト軸１１８ａに平行な方向の広がり角がスロー軸１１８ｂに平行な方向よりも大きくなる。このため、ビームＢ２０は、ファスト軸方向に長い楕円形状となる。
　この構成例では、図１２（ｃ）に示すように、複数のレーザダイオード１１０がスロー軸方向に並ぶように配置されて光源１１が構成される。これにより、複数の発光部１１７が、スロー軸方向のみならずファスト軸方向にも並ぶように配置される。
　この構成例では、図２（ｃ）の構成に比べて発光部１１７の数が増えるため、ラインビームＢ１０の光量を高めることができる。但し、コリメータレンズ１２の光軸に対して上下の発光部１１７の位置がずれるため、これら発光部１１７から出射されたレーザ光が平行光から広がりやすくなる。したがって、この構成では、ファスト軸方向に並ぶ発光部１１７の間隔をなるべく狭くすることが好ましい。図５（ｂ）の検証結果によれば、最も上の発光部１１７と最も下の発光部１１７との間隔が、２４０μｍ以下であることが好ましいと言える。ファスト軸方向に並ぶ発光部１１７の数は、３つに限らず、２つ等、他の数であってもよい。
　なお、この構成例においても、図６（ａ）～図１１を参照して説明した方法と同様の方法により、ラインビームＢ１０の光強度を長辺方向において相違させるようにしてもよい。
　また、上記実施形態では、２つのコリメータレンズ１２、１３を用いてレーザ光を平行光化したが、コリメータレンズ１２、１３の両方の作用を有する１つのコリメータレンズによりレーザ光を平行光化してもよい。また、図１に示した光学系では、ミラー１４によりレーザ光が走査部１５に導かれたが、ミラー１４を省略して、コリメータレンズ１３を透過したレーザ光を直接走査部１５に入射させてもよい。この他、ラインビームＢ１０を生成する光学系の構成は、適宜変更可能である。
　また、上記実施形態では、レーザダイオード１１０の発光部１１７のファスト軸１１８ａがラインビームＢ１０の短辺方向に対応する方向（Ｘ軸方向）に平行となるように、レーザダイオード１１０が配置されたが、発光部１１７のファスト軸１１８ａは、ラインビームＢ１０の短辺方向に対応する方向に対して厳密に平行となっていなくてもよく、ラインビームＢ１０の短辺方向に対応する方向に対して平行な状態から僅かに傾いていてもよい。
　また、上記実施形態では、レーザレーダ１０が車両２０に搭載されたが、他の移動体にレーザレーダ１０が搭載されてもよい。また、レーザレーダ１０が移動体以外の器機や設備に搭載されてもよい。
　この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
　　１０　…　レーザレーダ
　　１１　…　光源
　　１２、１３　…　コリメータレンズ
　　１５　…　走査部
　　１６　…　調整レンズ
　　１７　…　拡大レンズ
　　１７ａ　…　レンズ面
　　２１　…　コントローラ
　　２２　…　レーザ駆動回路
　　１１０　…　レーザダイオード
　　１１７　…　発光部
　　１１８ａ　…　ファスト軸
　　１１８ｂ　…　スロー軸
　　Ｂ１０　…　ラインビーム

Claims (9)

  1. 　レーザダイオードと、
    　前記レーザダイオードから出射されたレーザ光を一方向に長いラインビームに整形して投射する光学系と、
    　前記ラインビームの短辺方向に前記ラインビームを走査させる走査部と、を備え、
    　前記レーザダイオードは、前記レーザダイオードのファスト軸が前記短辺方向に対応する方向に沿うように配置されている、
    ことを特徴とするレーザレーダ。
     
  2. 　請求項１に記載のレーザレーダにおいて、
    　前記レーザダイオードのスロー軸方向に沿って前記レーザ光の発光部が複数配置されている、
    ことを特徴とするレーザレーダ。
     
  3. 　請求項２に記載のレーザレーダにおいて、
    　前記スロー軸方向に沿って並ぶように複数の前記レーザダイオードが配置されている、
    ことを特徴とするレーザレーダ。
     
  4. 　請求項１ないし３の何れか一項に記載のレーザレーダにおいて、
    　前記光学系を透過する前での前記レーザ光のファスト軸方向の発散角をθ０、前記光学系を透過した後での前記レーザ光のファスト軸方向の発散角をθ１としたとき、θ１／θ０が０．１以下である、
    ことを特徴とするレーザレーダ。
     
  5. 　請求項１ないし４の何れか一項に記載のレーザレーダにおいて、
    　前記レーザダイオードは、ファスト軸方向の発光部の幅が２４０μｍ以下である、
    ことを特徴とするレーザレーダ。
     
  6. 　請求項１ないし５の何れか一項に記載のレーザレーダにおいて、
    　前記光学系は、前記レーザダイオードから出射された前記レーザ光を前記ラインビームの長辺方向に対応する方向に広げる拡大レンズを備え、
    　前記走査部は、前記拡大レンズよりも前記レーザダイオード側に配置されている、
    ことを特徴とするレーザレーダ。
     
  7. 　請求項６に記載のレーザレーダにおいて、
    　前記拡大レンズは、一方向のみに湾曲したレンズ面を備え、
    　前記走査部は、前記レンズ面の母線に平行な方向に前記レーザ光を走査させて、前記ラインビームを前記短辺方向に走査させる、
    ことを特徴とするレーザレーダ。
     
  8. 　請求項６または７に記載のレーザレーダにおいて、
    　前記光学系は、コリメータレンズを備え、
    　前記走査部は、前記コリメータレンズと前記拡大レンズの間に配置されている、
    ことを特徴とするレーザレーダ。
     
  9. 　請求項１ないし８の何れか一項に記載のレーザレーダにおいて、
    　前記光学系は、前記ラインビームの長辺方向における光強度を調整する調整レンズを備える、
    ことを特徴とするレーザレーダ。
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