(57)【要約】  レーザ光源は、パルスレーザ光（ＰＬ）の進行方向から見て細長形状を有するパルスレーザ光（ＰＬ）を発光する発光部（２１）を含み、一方向に並ぶ複数のパルスレーザ光（ＰＬ）により構成されるレーザ光（Ｌ）を出射する。走査部は、コリメータ部（４０）でコリメートされたレーザ光（Ｌ）を走査方向に沿って走査する。受光部は、走査部で走査されたレーザ光（Ｌ）が照射された照射領域（Ｒ）で反射された反射光を受光する。光学系は、次の式を成立させる。Ｓ２＞（Ｄ×Ｓ１）÷ｆＣＬ（ここで、Ｄは、コリメータ部（４０）と照射領域（Ｒ）に存在する物体（Ｏ）との距離を示し、ｆＣＬは、走査方向におけるコリメータ部（４０）の焦点距離を示し、Ｓ１は、前記一方向の発光部（２１）のサイズを示し、Ｓ２は、照射領域（Ｒ）でのパルスレーザ光（ＰＬ）の走査方向のサイズを示す。）
2017010176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザ光の進行方向から見て細長形状を有する前記パルスレーザ光を発光する発光部を含み、一方向に並ぶ複数の前記パルスレーザ光により構成されるレーザ光を出射するレーザ光源と、  前記レーザ光源に前記レーザ光を間欠的に出射させるように制御する出射制御部と、  前記レーザ光源から間欠的に出射された前記レーザ光をコリメートするコリメータ部と、  前記コリメータ部でコリメートされた前記レーザ光を走査方向に沿って走査する走査部と、  前記走査部で走査された前記レーザ光が照射された照射領域で反射された反射光を受光する受光部と、  前記コリメータ部を含み、前記レーザ光を構成する複数の前記パルスレーザ光のそれぞれが、前記走査方向及び前記レーザ光の進行方向の両方に直交する方向である直交方向に沿って前記細長形状を有した状態で、前記レーザ光を前記走査部に入射させる光学系と、備え、  前記光学系は、下記式（１）を成立させるレーザレーダ装置。  Ｓ２＞（Ｄ×Ｓ１）÷ｆＣＬ・・・（１）  （ここで、Ｄは、前記コリメータ部と前記照射領域に存在する物体との距離を示し、ｆＣＬは、前記走査方向における前記コリメータ部の焦点距離を示し、Ｓ１は、前記一方向の前記発光部のサイズを示し、Ｓ２は、前記照射領域での前記パルスレーザ光の前記走査方向のサイズを示す。）
【請求項２】
前記発光部は、前記レーザ光の進行方向から見て直交する２つの方向を第１の方向及び第２の方向としたとき、前記第１の方向に第１の広がり角が生じ、前記第２の方向に前記第１の広がり角より大きい第２の広がり角が生じる前記パルスレーザ光を発光し、  前記光学系は、前記レーザ光を構成する複数の前記パルスレーザ光のそれぞれが、前記走査方向に広がる角度が前記第２の広がり角を有した状態で、前記レーザ光を前記走査部に入射させる請求項１に記載のレーザレーダ装置。
【請求項３】
前記光学系は、前記発光部を、前記コリメータ部の位置で決まる近軸焦点位置と異ならせて配置する請求項１又は２に記載のレーザレーダ装置。
【請求項４】
前記光学系は、前記コリメータ部として、５０ｍλ以上、かつ、２００ｍλ以下の球面収差を有するコリメータレンズを備える請求項１又は２に記載のレーザレーダ装置。
【請求項５】
前記光学系は、前記コリメータ部と前記走査部との間に配置され、透過部及びプリズム部を含む光学素子を備え、  前記透過部は、前記レーザ光を構成する複数の前記パルスレーザ光のそれぞれの一部分が入射し、入射方向に沿って前記一部分を透過させ、  前記プリズム部は、前記レーザ光を構成する複数の前記パルスレーザ光のそれぞれの残りの部分が入射し、前記残りの部分を前記走査方向に分光させる請求項１又は２に記載のレーザレーダ装置。
【請求項６】
前記光学系は、前記コリメータ部と前記走査部との間に配置され、透過部及び回折格子部を含む光学素子を備え、  前記透過部は、前記レーザ光を構成する複数の前記パルスレーザ光のそれぞれの一部分が入射し、入射方向に沿って前記一部分を透過させ、  前記回折格子部は、前記レーザ光を構成する複数の前記パルスレーザ光のそれぞれの残りの部分が入射し、前記残りの部分を、前記一部分と離れるように前記走査方向に回折させる請求項１又は２に記載のレーザレーダ装置。
【請求項７】
前記光学系は、前記コリメータ部と前記走査部との間に配置された拡大光学系及びシリンドリカルレンズを備え、  前記拡大光学系は、前記コリメータ部でコリメートされた前記レーザ光を拡大し、  前記シリンドリカルレンズは、前記走査方向にパワーを有しており、前記拡大光学系で拡大された前記レーザ光を構成する複数の前記パルスレーザ光のそれぞれについて、前記走査方向のサイズを大きくする請求項１又は２に記載のレーザレーダ装置。
【請求項８】
前記走査部は、回転軸に対して傾いた第１ミラー面及び第２ミラー面を含み、前記回転軸を中心に回転するミラーユニットを備え、  前記コリメータ部でコリメートされた前記レーザ光は、前記ミラーユニットの前記第１ミラー面で反射された後、前記第２のミラー面へ向かって進行し、さらに前記第２ミラー面で反射され、前記第２ミラー面で反射された前記レーザ光が前記ミラーユニットの回転に応じて前記照射領域に投光されるようにされている請求項１〜７のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、パルスレーザ光を走査し、走査したパルスレーザ光を用いて物体を検知するレーザレーダ装置に関する技術である。
【背景技術】
【０００２】  走査装置を備えるレーザレーダ装置は、走査装置によって走査されたレーザ光を用いて物体を検知するので、測定範囲を広くできる特長を有する。このレーザレーダ装置は、現在、様々な分野で応用されており、例えば、自動車等の移動体が障害物と衝突するのを防止するために、障害物を検知する目的で、移動体に搭載される。【０００３】  上記レーザレーダ装置として、特許文献１は、回転する偏向部によって偏向されたパルスレーザ光を用いて、検知した物体の距離を測定する技術を開示している。【０００４】  レーザレーダ装置は、レーザ光の光量を大きくすれば、測定可能距離が長くなるので、物体の検知能力が向上する。レーザ光の光量を大きくできるレーザ光源として、マルチスタックレーザがある。マルチスタックレーザは、パルスレーザ光をそれぞれ出射する複数のレーザダイオードバーをスタックした構造を有する。マルチスタックレーザから出射されたレーザ光は、複数のレーザダイオードバーのそれぞれから同時に出射されたパルスレーザ光（つまり、同時に出射された複数のパルスレーザ光）により構成されるので、レーザ光の光量を大きくできる。【０００５】  マルチスタックレーザから出射されたレーザ光を構成する複数のパルスレーザのそれぞれは、レーザ光の進行方向から見て、細長形状を有し、かつ、細長形状の方向と直交する方向に狭いピッチで並んでいる。レーザレーダ装置は、この直交する方向を走査方向にして、レーザ光を走査することにより、高分解能を実現している。【０００６】  しかし、マルチスタックレーザによれば、レーザ光は、一方向に並ぶ複数のパルスレーザにより構成されるので、レーザ光の光量分布が一定とならず、ビームモードがマルチモードとなり、隣り合うパルスレーザ光間の光量がパルスレーザ光の光量より小さくなる。【０００７】  このため、走査装置で走査されたレーザ光が照射された物体が小さく、隣り合うパルスレーザ光間に収まるサイズの場合、物体が隣り合うパルスレーザ光間に位置すれば、物体を検知できない可能性がある。特に、検知対象となる物体が遠くにあるとき、隣り合うパルスレーザ光間のサイズが大きくなるので、細長い物体（例えば、電線）を検知できない可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第５１７７００３号明細書（段落００３１、段落００５５〜００５８）
【発明の概要】
【０００９】  本発明は、一方向に並ぶ複数のパルスレーザ光により構成されるレーザ光を用いて物体を検知するときに、小さいサイズの物体を検知する能力を向上させることができるレーザレーダ装置を提供することを目的とする。
【００１０】  上記目的を達成する本発明に係るレーザレーダ装置は、パルスレーザ光の進行方向から見て細長形状を有する前記パルスレーザ光を発光する発光部を含み、一方向に並ぶ複数の前記パルスレーザ光により構成されるレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源に前記レーザ光を間欠的に出射させるように制御する出射制御部と、前記レーザ光源から間欠的に出射された前記レーザ光をコリメートするコリメータ部と、前記コリメータ部でコリメートされた前記レーザ光を走査方向に沿って走査する走査部と、前記走査部で走査された前記レーザ光が照射された照射領域で反射された反射光を受光する受光部と、前記コリメータ部を含み、前記レーザ光を構成する複数の前記パルスレーザ光のそれぞれが、前記走査方向及び前記レーザ光の進行方向の両方に直交する方向である直交方向に沿って前記細長形状を有した状態で、前記レーザ光を前記走査部に入射させる光学系と、備え、前記光学系は、下記式（１）を成立させるレーザレーダ装置である。  Ｓ２＞（Ｄ×Ｓ１）÷ｆＣＬ・・・（１）  （ここで、Ｄは、前記コリメータ部と前記照射領域に存在する物体との距離を示し、ｆＣＬは、前記走査方向における前記コリメータ部の焦点距離を示し、Ｓ１は、前記一方向の前記発光部のサイズを示し、Ｓ２は、前記照射領域での前記パルスレーザ光の前記走査方向のサイズを示す。）
【００１１】  本発明によれば、一方向に並ぶ複数のパルスレーザ光により構成されるレーザ光を用いて物体を検知するときに、小さいサイズの物体を検知する能力を向上させることができる。
【００１２】  上記並びにその他の本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係るレーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】レーザ光源をレーザ光の進行方向の正面から見た模式図である。
【図３】本実施形態に係るレーザレーダ装置の外観を示す斜視図である。
【図４】レーザレーダ装置からのレーザ光が、照射領域（測定領域）を照射している様子を説明する説明図である。
【図５】比較例について、発光部、コリメータ部、及び、照射領域に位置するパルスレーザ光の関係を説明する説明図である。
【図６】本実施形態に係るレーザレーダ装置について、発光部、コリメータ部、及び、照射領域に位置するパルスレーザ光の関係を説明する説明図である。
【図７】レーザ光と照射光量との関係を示すグラフである。
【図８】第１態様に係る光学系をｘ方向（走査方向）から見た平面図である。
【図９】第１態様に係る光学系をｙ方向（直交方向）から見た平面図である。
【図１０】第２態様に係る光学系をｙ方向（直交方向）から見た平面図である。
【図１１】第４態様に係る光学系をｙ方向（直交方向）から見た平面図である。
【図１２】第５態様に係る光学系をｙ方向（直交方向）から見た平面図である。
【図１３】第６態様に係る光学系を説明する説明図である。
【図１４】第７態様に係る光学系を説明する説明図である。
【図１５】走査部のミラーの一例であるミラーユニットを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】  以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。各図において、同一符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その構成について、既に説明している内容については、その説明を省略する。
【００１５】  図１は、本実施形態に係るレーザレーダ装置１の構成を示すブロック図である。レーザレーダ装置１は、レーザ光源２、コントローラ３、光学系４、走査部５、モータコントローラ６、受光レンズ７及び受光部８を備える。
【００１６】  図２は、レーザ光源２をレーザ光Ｌの進行方向の正面から見た模式図である。ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向で規定される３次元空間において、ｚ方向がレーザ光Ｌの進行方向とする。レーザ光源２は、３つのレーザダイオードバー２０ａ，２０ｂ，２０ｃをスタックした構造を有する。レーザダイオードバー２０ａ，２０ｂ，２０ｃを区別しないとき、レーザダイオードバー２０と記載する。レーザダイオードバー２０は、レーザ装置の一例である。レーザダイオードバー２０の数は、複数であればよく、３つに限定されない。
【００１７】  ３つのレーザダイオードバー２０がスタックしている方向は、一方向であるｘ方向である。レーザ光源２は、複数のレーザダイオードバー２０が所定のピッチで一方向に並べられた構造を有する。
【００１８】  レーザダイオードバー２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、それぞれ、半導体レーザであり、パルスレーザ光ＰＬａ，ＰＬｂ，ＰＬｃを発光する発光部２１ａ，２１ｂ，２１ｃを備える。パルスレーザ光ＰＬａ，ＰＬｂ，ＰＬｃを区別しないとき、パルスレーザ光ＰＬと記載する。発光部２１ａ，２１ｂ，２１ｃを区別しないとき、発光部２１と記載する。
【００１９】  レーザ光源２は、発光部２１ａ，２１ｂ，２１ｃが同時に発光したパルスレーザ光ＰＬａ，ＰＬｂ，ＰＬｃにより構成されるレーザ光Ｌを出射する。すなわち、レーザ光源２は、複数のレーザ装置の発光部２１のそれぞれにパルスレーザ光ＰＬを発光させることにより、一方向に並ぶ複数のパルスレーザ光ＰＬにより構成されるレーザ光Ｌを出射する。レーザ光Ｌを複数のパルスレーザ光ＰＬにより構成することにより、レーザ光Ｌの光量を大きくしている。
【００２０】  発光部２１の正面（すなわち、発光面）は、ｘ方向を短辺、ｙ方向を長辺とする細長い矩形形状を有する。
【００２１】  図１を参照して、コントローラ３は、レーザレーダ装置１の動作全体を制御し、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＬＤドライバ等により構成される。ＬＤドライバは、レーザ光源２を駆動させるドライバ回路である。コントローラ３は、機能ブロックとして、出射制御部３０を備える。
【００２２】  出射制御部３０は、３個の発光部２１に同時にパルスレーザ光ＰＬを出射させる制御を周期的（例えば、１６．７μｓ）に繰り返す。これにより、出射制御部３０は、レーザ光源２にレーザ光Ｌを周期的に出射させる制御をする。レーザ光Ｌの出射は、周期的に限定されず、間欠的であればよい。
【００２３】  光学系４は、図２に示すレーザ光Ｌを構成する３つのパルスレーザ光ＰＬのそれぞれが、ｙ方向に沿って細長形状を有した状態で、走査部５に入射させる。コリメータ部４０は、光学系４に含まれ、レーザ光源２から周期的に出射されたレーザ光Ｌをコリメートして平行光にするコリメータレンズである。光学系４については、後で詳しく説明する。
【００２４】  走査部５は、コリメータ部４０でコリメートされたレーザ光Ｌを走査方向に沿って走査する光学装置である。走査方向は、図２に示すｘ方向である。本実施形態では、走査部５として、ポリゴンミラー５０及びポリゴンミラー５０を回転させるモータ５１を例にして説明する。走査部５は、これに限定されず、ガルバノミラーやＭＥＭＳミラー等を用いることもできる。
【００２５】  モータコントローラ６は、コントローラ３の指令により、モータ５１を制御し、ポリゴンミラー５０の回転を制御する。
【００２６】  ポリゴンミラー５０で走査されたレーザ光Ｌが照射された照射領域Ｒで反射された反射光は、ポリゴンミラー５０に入射し、ポリゴンミラー５０で反射されて受光レンズ７で受光される。受光レンズ７で受光された反射光は、受光部８で受光される。受光部８は、フォトダイオードのような光量センサにより構成される。
【００２７】  図３は、本実施形態に係るレーザレーダ装置１の外観を示す斜視図である。レーザレーダ装置１は、図１に示すレーザ光源２、コントローラ３、光学系４、走査部５、モータコントローラ６、受光レンズ７及び受光部８を収容するハウジング９を備える。ハウジング９は、有底半円筒状の下部部材９０と、下部部材９０の上部に連結され有蓋半円錐台状の上部部材９１とを備える。上部部材９１における斜曲面状の側面が開口されており、その開口に窓部９２が設けられている。
【００２８】  ポリゴンミラー５０で走査されたレーザ光Ｌは、窓部９２を透過して、測定領域に向けて出射される。図４は、レーザレーダ装置１からのレーザ光Ｌが、照射領域Ｒ（測定領域）を照射している様子を説明する説明図である。照射領域Ｒで反射された反射光は、窓部９２を透過し、ポリゴンミラー５０及び受光レンズ７を介して、受光部８で受光される。
【００２９】  光学系４について説明する。図１に示す本実施形態に係るレーザレーダ装置１を構成する要素のうち、光学系４を備えていないレーザレーダ装置１を比較例とする。図５は、比較例について、発光部２１、コリメータ部４０、及び、照射領域Ｒに位置するパルスレーザ光ＰＬの関係を説明する説明図である。図６は、本実施形態に係るレーザレーダ装置１について、発光部２１、コリメータ部４０、及び、照射領域Ｒに位置するパルスレーザ光ＰＬの関係を説明する説明図である。
【００３０】  図５及び図６を参照して、ｚ方向は、レーザ光Ｌの進行方向を示す。ｘ方向は、走査方向を示す。ｙ方向は、走査方向及びレーザ光Ｌの進行方向の両方に直交する直交方向を示す。パルスレーザ光ＰＬの細長形状は、ｙ方向に延びている。
【００３１】  Ｄは、コリメータ部４０と照射領域Ｒとの距離を示す。従って、Ｄは、コリメータ部４０と照射領域Ｒに存在する物体Ｏ（例えば、電線）との距離を示す。ｆＣＬは、ｘ方向（すなわち、走査方向）におけるコリメータ部４０の焦点距離を示す。焦点距離ｆＣＬとして、近軸焦点距離がある。近軸焦点とは、近軸光線が結ぶ焦点である。近軸光線とは、光軸ＡＸの近くを通り、かつ、光軸ＡＸに対して小さな傾きを有する光線をいう。
【００３２】  Ｓ１は、３つのレーザダイオードバー２０（図２）が並ぶ方向（ｘ方向、一方向）の発光部２１のサイズを示す。言い換えれば、Ｓ１は、発光部２１の発光面の短辺のサイズを示す。Ｓ２は、照射領域Ｒでのパルスレーザ光ＰＬのｘ方向のサイズを示す。Ｐ１は、３つのレーザダイオードバー２０のそれぞれの発光部２１のピッチを示す。Ｐ２は、照射領域Ｒでの３つのパルスレーザＰＬのｘ方向のピッチを示す。
【００３３】  Ｓ３は、照射領域Ｒに位置する物体Ｏのｘ方向のサイズを示す。Ｂは、照射領域Ｒに位置する３つのパルスレーザ光ＰＬにおいて、隣り合うパルスレーザ光間を示す。
【００３４】  パルスレーザ光ＰＬのピッチＰ２は、下記式（２）で表される。  Ｐ２＝（Ｄ×Ｐ１）÷ｆＣＬ・・・（２）
【００３５】  本実施形態は、物体ＯのサイズＳ３が、下記式（３）を満足する場合、すなわち、物体ＯのサイズＳ３が、パルスレーザ光ＰＬのピッチＰ２より小さい場合を想定している。  Ｓ３＜（Ｄ×Ｐ１）÷ｆＣＬ・・・（３）
【００３６】  図５に示すように、比較例では、物体ＯのサイズＳ３が、パルスレーザ光ＰＬのピッチＰ２より小さい場合、物体Ｏが隣り合うパルスレーザ光間Ｂに位置したとき、物体Ｏを検知できない可能性がある。隣り合うパルスレーザ光間Ｂは、パルスレーザＰＬと比べて、光量が小さいからである。
【００３７】  そこで、本実施形態に係るレーザレーダ装置１は、コリメータ部４０を含み、下記式（１）を成立させる光学系４を備える。  Ｓ２＞（Ｄ×Ｓ１）÷ｆＣＬ・・・（１）
【００３８】  式（１）を成立させる光学系４によれば、パルスレーザ光ＰＬの走査方向（ｘ方向）のサイズＳ２を大きくできるので、隣り合うパルスレーザ光間Ｂを狭く、又は、埋めることができる。従って、物体ＯのサイズＳ３が、パルスレーザ光ＰＬのピッチＰ２より小さくても、物体Ｏを検知することができる。これにより、レーザレーダ装置１は、レーザレーダ装置１のシステムでの処理時間、照射領域Ｒのデータサイズ、照射領域Ｒのデータピッチ、及び、照射領域Ｒの画角を変更することなく、パルスレーザ光ＰＬのピッチＰ２より小さいサイズＳ３の物体Ｏを安定して検知することができる。
【００３９】  図７は、レーザ光Ｌと照射光量との関係を示すグラフである。グラフの縦軸は、照射光量を示す。グラフの横軸は、本実施形態でのパルスレーザ光ＰＬａ，ＰＬｂ，ＰＬｃの位置、及び、比較例でのパルスレーザ光ＰＬａ，ＰＬｂ，ＰＬｃの位置を示している。
【００４０】  本実施形態では、光学系４により、パルスレーザ光ＰＬａ，ＰＬｂ，ＰＬｃのそれぞれのｘ方向（すなわち、走査方向）のサイズＳ２が大きくされている。これにより、本実施形態でのパルスレーザ光ＰＬａ，ＰＬｂ，ＰＬｃのピーク光量Ｖ１は、比較例でのパルスレーザ光ＰＬａ，ＰＬｂ，ＰＬｃのピーク光量Ｖ２より小さくなっている。
【００４１】  以上の通り、本実施形態に係るレーザレーダ装置１によれば、一方向に並ぶ複数のパルスレーザ光ＰＬにより構成されるレーザ光Ｌを用いて物体Ｏを検知するときに、小さいサイズの物体Ｏを検知する能力を向上させることができる。
【００４２】  式（１）を成立させる光学系４として、以下の第１態様から第７態様がある。図８は、第１態様に係る光学系４をｘ方向（走査方向）から見た平面図であり、図９は、第１態様に係る光学系４をｙ方向（直交方向）から見た平面図である。第１態様は、レーザ光源２を構成する３つのレーザダイオードバー２０（図２）が、半導体レーザであり、半導体レーザは、直交する２つの方向の広がり角が異なるパルスレーザ光ＰＬを出射する性質を利用している。第１態様に係る光学系４は、その性質を利用して、隣り合うパルスレーザ光間Ｂ（図６）を狭くしている。
【００４３】  図２、図８及び図９を参照して、レーザ光Ｌの進行方向（ｚ方向）から見て直交する２つの方向が第１の方向及び第２の方向とする。発光部２１は、第１の方向に第１の広がり角θ１が生じ、第２の方向に第１の広がり角θ１より大きい第２の広がり角θ２が生じるパルスレーザ光ＰＬを発光する。
【００４４】  第１態様に係る光学系４は、レーザ光Ｌを構成する３つパルスレーザ光ＰＬのそれぞれが、走査方向（ｘ方向）に広がる角度が第２の広がり角θ２を有し、直交方向（ｙ方向）に広がる角度が第１の広がり角θ１を有した状態で、レーザ光Ｌをポリゴンミラー５０に入射させる。
【００４５】  第１態様に係る光学系４によれば、パルスレーザ光ＰＬの走査方向（ｘ方向）に広がる角度が、第２の広がり角θ２としたので、第１の広がり角θ１にした場合と比較して、パルスレーザ光ＰＬの走査方向のサイズを大きくすることができる。これにより、隣り合うパルスレーザ光間Ｂを狭くしている。
【００４６】  第２態様に係る光学系４を説明する。図１０は、第２態様に係る光学系４をｙ方向（直交方向）から見た平面図である。第２態様に係る光学系４は、レーザ光源２を構成する３つのレーザダイオードバー２１（図２）のそれぞれの発光部２１とコリメータ部４０との距離Ｄ１を、焦点距離ｆＣＬと異ならせることにより、隣り合うパルスレーザ光間Ｂを狭くしている。発光部２１とコリメータ部４０との距離Ｄ１（近軸焦点距離）は、焦点距離ｆＣＬに対して±０．５％以上ずれている。
【００４７】  発光部２１を、コリメータ部４０の位置で決まる近軸焦点位置と異ならせて配置するとき、デフォーカスとなる。これにより、レーザ光Ｌの進行方向（ｚ方向）から見て、パルスレーザ光ＰＬのサイズが大きくなり、この結果、第２態様に係る光学系４によれば、パルスレーザ光ＰＬの走査方向（ｘ方向）のサイズを大きくすることができる。従って、第２態様に係る光学系４によれば、隣り合うパルスレーザ光間Ｂを狭くでき、さらに、デフォーカス量を大きくすれば、隣り合うパルスレーザ光間Ｂをレーザ光Ｌで埋めることができる。
【００４８】  第３態様に係る光学系４を説明する。第３態様に係る光学系４は、コリメータ部４０（図１）として、球面収差が大きいコリメータレンズを用いる。コリメータレンズは、コリメータレンズが有する球面収差によりデフォーカスが生じる。第３態様に係る光学系４は、球面収差を利用して、レーザ光Ｌの進行方向から見て、パルスレーザ光ＰＬのサイズが大きくすることにより、パルスレーザ光ＰＬの走査方向のサイズを大きくしている。従って、第３態様に係る光学系４によれば、隣り合うパルスレーザ光間Ｂを狭くでき、デフォーカス量を大きくすれば、隣り合うパルスレーザ光間Ｂをレーザ光Ｌで埋めることができる。
【００４９】  コリメータレンズの球面収差が５０ｍλより小さいとき、球面収差が小さく、パルスレーザ光ＰＬの走査方向のサイズを十分に大きくできない。そこで、球面収差の下限値を５０ｍλとする。コリメータレンズの球面収差が２００ｍλより大きいとき、パルスレーザ光ＰＬは、ピーク強度を失い、測定距離が短くなる。そこで、球面収差の上限値を２００ｍλとする。
【００５０】  第４態様に係る光学系４を説明する。図１１は、第４態様に係る光学系４をｙ方向（直交方向）から見た平面図である。第４態様に係る光学系４は、プリズム部１２を利用して、隣り合うパルスレーザ光間Ｂを狭く、又は、埋めている。第４態様に係る光学系４は、コリメータ部４０とポリゴンミラー５０との間の光軸ＡＸ上に配置された光学素子１０を備える。光学素子１０は、透過部１１及びプリズム部１２を含む。
【００５１】  透過部１１とプリズム部１２とは、ｘ方向（走査方向）に連続している。透過部１１のレーザ光Ｌの入射面１１ａ、及び、プリズム部１２のレーザ光Ｌの入射面１２ａは、ｘ方向及びｙ方向に平行である。
【００５２】  透過部１１のレーザ光Ｌの出射面１１ｂは、ｘ方向及びｙ方向に平行である。プリズム部１２のレーザ光Ｌの出射面１２ｂは、ｙ方向に平行であるが、ｘ方向では、光軸ＡＸから離れるに従って、入射面１２ａに近づくように傾いている。
【００５３】  透過部１１は、レーザ光Ｌを構成する３つパルスレーザ光ＰＬのそれぞれの一部分が入射し、入射方向に沿って一部分を透過させる。
【００５４】  プリズム１２は、レーザ光Ｌを構成する３つのパルスレーザ光ＰＬのそれぞれの残りの部分が入射し、残りの部分を走査方向（ｘ方向）に分光させる。
【００５５】  第４態様に係る光学系４によれば、透過部１１が、パルスレーザ光ＰＬの一部分を、一部分の入射方向に沿って透過させ、かつ、プリズム部１２が、パルスレーザ光ＰＬの残りの部分を、走査方向に分光させることにより、パルスレーザ光ＰＬの走査方向のサイズを大きくしている。これにより、隣り合うパルスレーザ光間Ｂを狭く、又は、埋めることができる。
【００５６】  第５態様に係る光学系４を説明する。図１２は、第５態様に係る光学系４をｙ方向（直交方向）から見た平面図である。第５態様に係る光学系４は、回折格子部１５を利用して、隣り合うパルスレーザ光間Ｂを狭く、又は、埋めている。第５態様に係る光学系４は、コリメータ部４０とポリゴンミラー５０との間の光軸ＡＸ上に配置された光学素子１３を備える。光学素子１３は、透過部１４及び回折格子部１５を含む。
【００５７】  透過部１４と回折格子部１５とは、ｘ方向（走査方向）に連続している。透過部１４のレーザ光Ｌの入射面１４ａ、及び、回折格子部１５のレーザ光Ｌの入射面１５ａは、ｘ方向及びｙ方向に平行である。
【００５８】  透過部１４のレーザ光Ｌの出射面１４ｂは、ｘ方向及びｙ方向に平行である。回折格子部１５のレーザ光Ｌの出射面１５ｂには、回折格子が形成されている。回折格子部１５は、ｘ方向（走査方向）に広がる一次光を発生させる。
【００５９】  透過部１４は、レーザ光Ｌを構成する３つパルスレーザ光ＰＬのそれぞれの一部分が入射し、入射方向に沿って一部分を透過させる。
【００６０】  回折格子部１５は、レーザ光Ｌを構成する３つのパルスレーザ光ＰＬのそれぞれの残りの部分が入射し、残りの部分を、上記一部分と離れるようにｘ方向（走査方向）に回折させる。
【００６１】  第５態様に係る光学系４によれば、透過部１４が、パルスレーザ光ＰＬの一部分を、一部分の入射方向に沿って透過させ、かつ、回折格子部１５が、パルスレーザ光ＰＬの残りの部分を、一部分と離れるように走査方向に回折させることにより、パルスレーザ光ＰＬの走査方向のサイズを大きくしている。これにより、隣り合うパルスレーザ光間Ｂを狭く、又は、埋めることできる。
【００６２】  第６態様に係る光学系４を説明する。図１３は、第６態様に係る光学系４を説明する説明図である。第６態様に係る光学系４は、拡大光学系１６及びシリンドリカルレンズ１７の組み合わせを利用して、隣り合うパルスレーザ光間Ｂを狭く、又は、埋めている。
【００６３】  第６態様に係る光学系４は、コリメータ部４０とポリゴンミラー５０との間に配置された拡大光学系１６及びシリンドリカルレンズ１７を備える。
【００６４】  拡大光学系１６は、コリメータ部４０でコリメートされたレーザ光Ｌを、レーザ光Ｌの進行方向（ｚ方向）から見て、走査方向（ｘ方向）及び直交方向（ｙ方向）に等倍に拡大する。拡大光学系は、拡大レンズ等により構成される。
【００６５】  シリンドリカルレンズ１７は、走査方向（ｘ方向）にパワーを有しており、拡大光学系１６で拡大されたレーザ光Ｌを構成する３つパルスレーザ光ＰＬのそれぞれについて、走査方向（ｘ方向）及び直交方向（ｙ方向）のうち、走査方向のサイズを大きくする。
【００６６】  拡大光学系１６が、レーザ光Ｌを拡大しているので、照射領域Ｒ（図１）を広げることができる。この拡大により、隣り合うパルスレーザ光間Ｂが大きくなるので、シリンドリカルレンズ１７が、パルスレーザ光ＰＬの走査方向（ｘ方向）のサイズを大きくする。これにより、隣り合うパルスレーザ光間Ｂを狭く、又は、埋めることができる。
【００６７】  第７態様に係る光学系４を説明する。図１４は、第７態様に係る光学系４を説明する説明図である。第７態様に係る光学系４は、縮小光学系１８及びシリンドリカルレンズ１９の組み合わせを利用して、隣り合うパルスレーザ光間Ｂを狭くしている。
【００６８】  第７態様に係る光学系４は、コリメータ部４０とポリゴンミラー５０との間に配置された縮小光学系１８及びシリンドリカルレンズ１９を備る。
【００６９】  縮小光学系１８は、コリメータ部４０でコリメートされたレーザ光Ｌを、レーザ光Ｌの進行方向（ｚ方向）から見て、走査方向（ｘ方向）及び直交方向（ｙ方向）に等倍に縮小する。縮小光学系１８は、縮小レンズ等により構成される。
【００７０】  シリンドリカルレンズ１９は、直交方向（ｙ方向）にパワーを有しており、縮小光学系１８で縮小されたレーザ光Ｌを構成する３つパルスレーザ光ＰＬのそれぞれについて、走査方向（ｘ方向）及び直交方向（ｙ方向）のうち、直交方向のサイズを大きくする。
【００７１】  縮小光学系１８が、レーザ光Ｌを縮小しているので、隣り合うパルスレーザ光間Ｂを狭くできる。この縮小により、照射領域Ｒ（図１）が狭くなるので、シリンドリカルレンズ１９が、パルスレーザ光ＰＬの直交方向（ｙ方向）のサイズを大きくする。これにより、隣り合うパルスレーザ光間Ｂを狭く、かつ、照射領域Ｒは、直交方向のサイズを大きくできる。
【００７２】  本実施形態は、走査部５のミラーとして、ポリゴンミラー５０を例にして説明したが、図１５に示すミラーユニットＭＵを走査部５のミラーにしてもよい。ミラーユニットＭＵは、回転軸ＲＯに対して傾いた第１ミラー面Ｍ１及び第２ミラー面Ｍ２を含み、回転軸ＲＯを中心に回転する。詳しく説明すると、ミラーユニットＭＵは、略四角筒状を有しており、回転軸ＲＯを中心に回転可能に保持されている。ミラーユニットＭＵは、その下部外周に配置された４枚の第１ミラー面Ｍ１を備える。ミラーユニットＭＵは、その上部外周に配置された４枚の第２ミラー面Ｍ２を備える。下部外周と上部外周とは対向している。それぞれ上下に対になった第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面Ｍ２との交差角は、異なっている。
【００７３】  コリメータ部４０（図１）でコリメートされたレーザ光Ｌは、ミラーユニットＭＵの第１ミラー面Ｍ１で反射された後、第２ミラー面Ｍ２へ向かって進行し、更に第２ミラー面Ｍ２で反射され、第２ミラー面Ｍ２で反射されたレーザ光ＬがミラーユニットＭＵの回転に応じて照射領域Ｒ（図１）に投光される。
【００７４】  レーザ光Ｌが照射領域Ｒに投光され、照射領域Ｒの物体Ｏで反射された反射光ＲＬは、第２ミラー面Ｍ２で反射され、第２ミラー面Ｍ２で反射された反射光ＲＬは、第１ミラー面Ｍ１で反射される。第１ミラー面Ｍ１で反射された反射光ＲＬは、受光レンズ７を介して、受光部８で受光される。
【００７５】  図１５に示すミラーユニットＭＵによれば、画角を広くしてもパルスレーザ光ＰＬの進行方向から見てパルスレーザ光ＰＬが倒れないようにでき、かつ、パルスレーザ光ＰＬ間に隙間が生じないようにできる。従って、広い範囲において、小さいサイズの物体を検知することができる。詳しくは、国際公開第２０１４／１６８１３７号パンフレットに記載されている。
【００７６】（実施形態の纏め）  一局面に係るレーザレーダ装置は、パルスレーザ光の進行方向から見て細長形状を有する前記パルスレーザ光を発光する発光部を含み、一方向に並ぶ複数の前記パルスレーザ光により構成されるレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源に前記レーザ光を間欠的に出射させるように制御する出射制御部と、前記レーザ光源から間欠的に出射された前記レーザ光をコリメートするコリメータ部と、前記コリメータ部でコリメートされた前記レーザ光を走査方向に沿って走査する走査部と、前記走査部で走査された前記レーザ光が照射された照射領域で反射された反射光を受光する受光部と、前記コリメータ部を含み、前記レーザ光を構成する複数の前記パルスレーザ光のそれぞれが、前記走査方向及び前記レーザ光の進行方向の両方に直交する方向である直交方向に沿って前記細長形状を有した状態で、前記レーザ光を前記走査部に入射させる光学系と、備え、前記光学系は、下記式（１）を成立させるレーザレーダ装置である。  Ｓ２＞（Ｄ×Ｓ１）÷ｆＣＬ・・・（１）  （ここで、Ｄは、前記コリメータ部と前記照射領域に存在する物体との距離を示し、ｆＣＬは、前記走査方向における前記コリメータ部の焦点距離を示し、Ｓ１は、前記一方向の前記発光部のサイズを示し、Ｓ２は、前記照射領域での前記パルスレーザ光の前記走査方向のサイズを示す。）
【００７７】  発光部のピッチをＰ１、照射領域での複数のパルスレーザの走査方向のピッチをＰ２とする。Ｐ２は、下記式（２）で表される。  Ｐ２＝（Ｄ×Ｐ１）÷ｆＣＬ・・・（２）
【００７８】  一局面に係るレーザレーダ装置は、照射領域に位置する物体の走査方向のサイズＳ３が、下記式（３）を満足する場合、すなわち、サイズＳ３がピッチＰ２より小さい場合を想定している。  Ｓ３＜（Ｄ×Ｐ１）÷ｆＣＬ・・・（３）
【００７９】  式（１）を成立させる光学系によれば、パルスレーザ光の走査方向のサイズを大きくできるので、隣り合うパルスレーザ光間を狭く、又は、埋めることができる。これにより、照射領域に位置する物体の走査方向のサイズＳ３が、照射領域での複数のパルスレーザの走査方向のピッチＰ２より小さくても、物体を検知することができる。
【００８０】  以上の通り、一局面に係るレーザレーダ装置によれば、一方向に並ぶ複数のパルスレーザ光により構成されるレーザ光を用いて物体を検知するときに、小さいサイズの物体を検知する能力を向上させることができる。
【００８１】  前記一方向は、好ましくは、パルスレーザ光の細長形状の長手方向と直交する方向（すなわち、短手方向）である。
【００８２】  レーザ光源は、複数のレーザ装置により構成される態様と、一つのレーザ装置により構成される態様とがある。前者のレーザ光源は、パルスレーザ光を発光する発光部を有するレーザ装置を複数含み、複数のレーザ装置が所定のピッチで一方向に並べられた構造を有しており、複数のレーザ装置の発光部のそれぞれに、パルスレーザ光の進行方向から見て細長形状を有するパルスレーザ光を発光させることにより、前記一方向に並ぶ複数のパルスレーザ光により構成されるレーザ光を出射する。
【００８３】  後者のレーザ光源は、パルスレーザ光をそれぞれ発光する複数の発光部が所定のピッチで一方向に並べられた構造を有するレーザ装置を備え、複数の発光部のそれぞれに、パルスレーザ光の進行方向から見て細長形状を有するパルスレーザ光を発光させることにより、前記一方向に並ぶ複数のパルスレーザ光により構成されるレーザ光を出射する。
【００８４】  前者のレーザ光源の場合、Ｓ１は、複数のレーザ装置が並ぶ方向の発光部のサイズを示す。後者のレーザ光源の場合、Ｓ１は、複数の発光部が並ぶ方向の発光部のサイズを示す。
【００８５】  上記構成において、前記発光部は、前記レーザ光の進行方向から見て直交する２つの方向を第１の方向及び第２の方向としたとき、前記第１の方向に第１の広がり角が生じ、前記第２の方向に前記第１の広がり角より大きい第２の広がり角が生じる前記パルスレーザ光を発光し、前記光学系は、前記レーザ光を構成する複数の前記パルスレーザ光のそれぞれが、前記走査方向に広がる角度が前記第２の広がり角を有した状態で、前記レーザ光を前記走査部に入射させる。
【００８６】  発光部は、第１の方向に第１の広がり角が生じ、第２の方向に第１の広がり角より大きい第２の広がり角が生じるパルスレーザ光を発光する。この構成によれば、パルスレーザ光の走査方向に広がる角度を、第２の広がり角としたので、第１の広がり角にした場合と比較して、パルスレーザ光の走査方向のサイズを大きくすることができる。これにより、隣り合うパルスレーザ光間を狭くできる。
【００８７】  上記構成において、前記光学系は、前記発光部を、前記コリメータ部の位置で決まる近軸焦点位置と異ならせて配置する。
【００８８】  発光部を、コリメータ部の位置で決まる近軸焦点位置と異ならせて配置するとき、デフォーカスとなる。これにより、レーザ光の進行方向から見て、パルスレーザ光のサイズが大きくなり、この結果、パルスレーザ光の走査方向のサイズを大きくすることができる。従って、隣り合うパルスレーザ光間を狭くできる。さらに、デフォーカス量を大きくすれば、隣り合うパルスレーザ光間を埋めることができる。
【００８９】  上記構成において、前記光学系は、前記コリメータ部として、５０ｍλ以上、かつ、２００ｍλ以下の球面収差を有するコリメータレンズを備える。
【００９０】  コリメータレンズは、コリメータレンズが有する球面収差によりデフォーカスが生じる。この構成は、球面収差を利用して、レーザ光の進行方向から見て、パルスレーザ光のサイズを大きくすることにより、パルスレーザ光の走査方向のサイズを大きくしている。従って、隣り合うパルスレーザ光間を狭くできる。さらに、デフォーカス量を大きくすれば、隣り合うパルスレーザ光間を埋めることができる。
【００９１】  コリメータレンズの球面収差が５０ｍλより小さいとき、球面収差が小さく、パルスレーザ光の走査方向のサイズを十分に大きくできない。そこで、球面収差の下限値を５０ｍλとする。コリメータレンズの球面収差が２００ｍλより大きいとき、パルスレーザ光は、ピーク強度を失い、測定距離が短くなる。そこで、球面収差の上限値を２００ｍλとする。
【００９２】  上記構成において、前記光学系は、前記コリメータ部と前記走査部との間に配置され、透過部及びプリズム部を含む光学素子を備え、前記透過部は、前記レーザ光を構成する複数の前記パルスレーザ光のそれぞれの一部分が入射し、入射方向に沿って前記一部分を透過させ、前記プリズム部は、前記レーザ光を構成する複数の前記パルスレーザ光のそれぞれの残りの部分が入射し、前記残りの部分を前記走査方向に分光させる。
【００９３】  この構成によれば、透過部が、パルスレーザ光の一部分を、一部分の入射方向に沿って透過させ、かつ、プリズム部が、パルスレーザ光の残りの部分を、走査方向に分光させることにより、パルスレーザ光の走査方向のサイズを大きくしている。従って、隣り合うパルスレーザ光間を狭く、又は、埋めることができる。
【００９４】  上記構成において、前記光学系は、前記コリメータ部と前記走査部との間に配置され、透過部及び回折格子部を含む光学素子を備え、前記透過部は、前記レーザ光を構成する複数の前記パルスレーザ光のそれぞれの一部分が入射し、入射方向に沿って前記一部分を透過させ、前記回折格子部は、前記レーザ光を構成する複数の前記パルスレーザ光のそれぞれの残りの部分が入射し、前記残りの部分を、前記一部分と離れるように前記走査方向に回折させる。
【００９５】  この構成によれば、透過部が、パルスレーザ光の一部分を、一部分の入射方向に沿って透過させ、かつ、回折格子部が、パルスレーザ光の残りの部分を、一部分と離れるように走査方向に回折させることにより、パルスレーザ光の走査方向のサイズを大きくしている。従って、隣り合うパルスレーザ光間を狭く、又は、埋めることができる。
【００９６】  上記構成において、前記光学系は、前記コリメータ部と前記走査部との間に配置された拡大光学系及びシリンドリカルレンズを備え、前記拡大光学系は、前記コリメータ部でコリメートされた前記レーザ光を拡大し、前記シリンドリカルレンズは、前記走査方向にパワーを有しており、前記拡大光学系で拡大された前記レーザ光を構成する複数の前記パルスレーザ光のそれぞれについて、前記走査方向のサイズを大きくする。
【００９７】  拡大光学系が、レーザ光を拡大しているので、照射領域を広げることができる。この拡大により、隣り合うパルスレーザ光間が大きくなるので、シリンドリカルレンズが、パルスレーザ光の走査方向のサイズを大きくする。これにより、隣り合うパルスレーザ光間を狭く、又は、埋めることができる。
【００９８】  上記構成において、前記走査部は、回転軸に対して傾いた第１ミラー面及び第２ミラー面を含み、前記回転軸を中心に回転するミラーユニットを備え、前記コリメータ部でコリメートされた前記レーザ光は、前記ミラーユニットの前記第１ミラー面で反射された後、前記第２のミラー面へ向かって進行し、さらに前記第２ミラー面で反射され、前記第２ミラー面で反射された前記レーザ光が前記ミラーユニットの回転に応じて前記照射領域に投光されるようにされている。
【００９９】  この構成によれば、画角を広くしてもパルスレーザ光の進行方向から見てパルスレーザ光が倒れないようにでき、かつ、パルスレーザ光間に隙間が生じないようにできる。従って、広い範囲において、小さいサイズの物体を検知することができる。
【０１００】  この出願は、２０１５年７月１４日に出願された日本国特許出願特願２０１５−１４０８３７を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
【０１０１】  本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】  本発明によれば、レーザレーダ装置を提供することができる。
【図１】
2017010176.tif 000003
【図２】
2017010176.tif 000004
【図３】
2017010176.tif 000005
【図４】
2017010176.tif 000006
【図５】
2017010176.tif 000007
【図６】
2017010176.tif 000008
【図７】
2017010176.tif 000009
【図８】
2017010176.tif 000010
【図９】
2017010176.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2017010176.tif 000014
【図１３】
2017010176.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2017010176.tif 000017
【国際調査報告】
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