(57)【要約】レーザレーダ（１０）は、一方向に並べて配置された複数のレーザ光源（１１ａ）と、各レーザ光源（１１ａ）に対応して配置され、各レーザ光源（１１ａ）から出射されたレーザ光を前記一方向に対応する方向に平行光化する複数のコリメータレンズ（１３ａ）と、少なくとも前記一方向に対応する方向に集光作用を有する集光レンズ（１４）と、集光レンズ（１４）で集光された各レーザ光が入射するミラー（１５ａ）を有する光偏向器（１５）と、を備える。レーザ光源（１１ａ）の配置間隔をＰ１、レーザ光源（１１ａ）の発光領域の幅をＳ１、レーザ光の発散全角をθ１、コリメータレンズ（１３ａ）の焦点距離をｆ１としたとき、Ｐ１≧Ｓ１＋２ｆ１×ｔａｎ（θ１／２）の条件を満たすように、複数のレーザ光源（１１ａ）が配置されている。
2020116078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に並べて配置された複数のレーザ光源と、
前記各レーザ光源に対応して配置され、前記各レーザ光源から出射されたレーザ光を前記一方向に対応する方向に平行光化する複数のコリメータレンズと、
前記各コリメータレンズを経由した各レーザ光が前記一方向に対応する方向に並んで入射し、少なくとも前記一方向に対応する方向に集光作用を有する集光レンズと、
前記集光レンズにより集光された前記各レーザ光が入射するミラーを有し、前記ミラーの向きを変化させることにより前記レーザ光を偏向させる光偏向器と、を備え、
前記レーザ光源の配置間隔をＰ１、前記一方向に平行な方向における前記レーザ光源の発光領域の幅をＳ１、前記一方向に平行な方向における前記レーザ光の発散全角をθ１、前記コリメータレンズの焦点距離をｆ１としたとき、
Ｐ１≧Ｓ１＋２ｆ１×ｔａｎ（θ１／２）
の条件を満たすように、前記複数のレーザ光源が配置されている、
ことを特徴とするレーザレーダ。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザレーダにおいて、
前記各レーザ光源のスロー軸が前記一方向に対して平行となるように、前記複数のレーザ光源が配置され、
前記各コリメータレンズは、前記各レーザ光源からのレーザ光を前記スロー軸方向において平行光化する、
ことを特徴とするレーザレーダ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレーザレーダにおいて、
前記集光レンズの有効径をＤ２、前記集光レンズの焦点距離をｆ２、前記ミラーに対する集光全角をθ２としたとき、
θ２＝２ｔａｎ−１（Ｄ２／２ｆ２）
の条件を満たすように、前記集光レンズと前記ミラーが配置されている、
ことを特徴とするレーザレーダ。
【請求項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、
前記一方向に垂直な方向において前記各光源からのレーザ光を平行光化する他のコリメータレンズを備え、
前記コリメータレンズおよび前記他のコリメータレンズを経由した各レーザ光が前記集光レンズに入射する、
ことを特徴とするレーザレーダ。
【請求項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、
前記レーザ光源は、ファスト軸およびスロー軸の両方において、出射強度の分布がシングルモードとなっている、
ことを特徴とするレーザレーダ。
【請求項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、
前記光偏向器は、ＭＥＭＳミラーである、
ことを特徴とするレーザレーダ。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか一項に記載のレーザレーダにおいて、
前記複数のレーザ光源から出射された前記レーザ光がそれぞれ入射する拡散板を備える、
ことを特徴とするレーザレーダ。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか一項に記載のレーザレーダにおいて、
前記ミラーで反射された前記レーザ光は、前記一方向に対応する方向に広がるラインビームを形成し、
前記ラインビームの目標領域からの反射光を受光する受光素子と、
前記反射光を前記受光素子に集光させる受光レンズと、を備える、
ことを特徴とするレーザレーダ。
【請求項９】
請求項８に記載のレーザレーダにおいて、
前記受光素子は、イメージセンサである、
ことを特徴とするレーザレーダ。
【請求項１０】
請求項９に記載のレーザレーダにおいて、
前記イメージセンサは、各画素にアバランシェフォトダイオードが配置されたＡＰＤアレイである、
ことを特徴とするレーザレーダ。
【請求項１１】
請求項８に記載のレーザレーダにおいて、
前記受光素子は、ラインセンサである、
ことを特徴とするレーザレーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
以下の特許文献１、２には、ライン状のビームをスキャンさせて車両前方の障害物を検出する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２０５１９９号公報
【特許文献１】特開２０１７−１５０９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記構成のレーザレーダにおいて、より長距離および広角で物体を検出する場合、光源の発光パワーを高める必要がある。このための方法として、複数のレーザ光源を並べて配置する方法が用いられ得る。しかしながら、この方法では、ビームをスキャンさせるためのミラーに入射するレーザ光全体のビームサイズが大きくなり、これに伴い、ミラーが大型化するとの問題が生じる。ミラーが大型化すると、ミラーの応答性が低下し、スキャン性能の低下を招く。また、ミラーの大型化に伴い、装置が大型化するとの問題もある。【０００６】
かかる課題に鑑み、本発明は、レーザ光を走査させるためのミラーの大型化を抑制しつつ、レーザ光の照射光量を高め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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の主たる態様に係るレーザレーダは、一方向に並べて配置された複数のレーザ光源と、前記各レーザ光源に対応して配置され、前記各レーザ光源から出射されたレーザ光を前記一方向に対応する方向に平行光化する複数のコリメータレンズと、前記各コリメータレンズを経由した各レーザ光が前記一方向に対応する方向に並んで入射し、少なくとも前記一方向に対応する方向に集光作用を有する集光レンズと、前記集光レンズにより集光された前記各レーザ光が入射するミラーを有し、前記ミラーの向きを変化させることにより前記レーザ光を偏向させる光偏向器と、を備える。前記レーザ光源の配置間隔をＰ１、前記一方向に平行な方向における前記レーザ光源の発光領域の幅をＳ１、前記一方向に平行な方向における前記レーザ光の発散全角をθ１、前記コリメータレンズの焦点距離をｆ１としたとき、Ｐ１≧Ｓ１＋２ｆ×ｔａｎ（θ１／２）の条件を満たすように、前記複数のレーザ光源が配置されている。【０００８】
本態様に係るレーザレーダによれば、複数のレーザ光源が用いられるため、目標領域に対するレーザ光の照射光量を高めることができる。また、各レーザ光源から出射されたレーザ光が集光レンズによって光偏向器のミラーに集光されるため、光偏向器のミラーを小さくすることができる。さらに、上記条件を満たすようにレーザ光源が配置されるため、レーザ光源から出射されたレーザ光を、対応するコリメータレンズに対して、はみ出すことなく適正に入射させることができる。これにより、コリメータレンズによって各レーザ光を精度良く平行光化でき、結果、ミラーにおけるビームの集光サイズを極めて小さく絞ることができる。よって、光偏向器のミラーを顕著に小さくすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上のとおり、本発明によれば、レーザ光を走査させるためのミラーの大型化を抑制しつつ、レーザ光の照射光量を高めることが可能なレーザレーダを提供することができる。【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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】図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態に係るレーザ光源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ユニットの構成を示す斜視図である。
【図３】図３（ａ）は、実施形態に係る、ファスト軸方向にレーザ光を平行光化するコリメータレンズの構成を模式的に示す斜視図である。図３（ｂ）は、実施形態に係る、スロー軸方向にレーザ光を平行光化するコリメータレンズアレイの構成を模式的に示す斜視図である。
【図４】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状態とを模式的に示す図である。
【図５】図５（ａ）は、実施形態１に係る、受光素子としてイメージセンサが用いられる場合の、受光面上における反射光の集光状態を模式的に示す図である。図５（ｂ）は、実施形態１に係る、受光素子としてラインセンサが用いられる場合の、受光面上における反射光の集光状態を模式的に示す図である。
【図６】図６（ａ）は、実施形態に係る、レーザ光源とスロー軸方向にレーザ光を平行光化するコリメータレンズとの関係を説明する図である。図６（ｂ）は、実施形態に係る、集光レンズと光偏向器のミラーとの関係を説明する図である。
【図７】図７（ａ）は、変更例１に係る、レーザレーダの光学系の構成を示す図である。図７（ｂ）は、変更例２に係る、レーザレーダの光学系の構成を示す図である。
【図８】図８（ａ）は、変更例３に係る、レーザレーダの光学系の構成を示す図である。図８（ｂ）は、変更例４に係る、レーザレーダの光学系の構成を示す図である。
【００１２】
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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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、ラインビームの長辺方向および短辺方向であり、Ｚ軸正方向は、ラインビームの投射方向である。
【００１４】
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。
【００１５】
レーザレーダ１０は、光学系の構成として、光源ユニット１１と、コリメータレンズ１２と、コリメータレンズアレイ１３と、集光レンズ１４と、光偏向器１５と、受光レンズ１６と、受光素子１７と、を備える。光源ユニット１１から光偏向器１５までの往路の光学系により、光源ユニット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。
【００１６】
光源ユニット１１は、複数のレーザ光源１１ａが集積されて構成される。レーザ光１１ａは、所定波長のレーザ光を出射する。レーザ光源１１ａは、レーザダイオードである。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、各レーザ光源１１ａ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、レーザ光源１１ａの出射波長は、適宜変更され得る。
【００１７】
図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、レーザ光源１１ａの構成を示す斜視図、図２（ｃ）は、光源ユニット１１の構成を示す斜視図である。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、レーザ光源１１ａ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、発光領域１１７からレーザ光がＺ軸正方向に出射される。一般に、発光領域１１７は、活性層１１１に並行な方向の幅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。
【００１９】
発光領域１１７の短辺方向の軸、すなわち、活性層１１１に垂直な方向（Ｙ軸方向）の軸は、ファスト軸と称され、発光領域１１７の長辺方向の軸、すなわち、活性層１１１に平行な方向（Ｚ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。発光領域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。
【００２０】
本実施形態では、ファスト軸およびスロー軸の両方において、出射強度の分布がシングルモードとなるレーザダイオードがレーザ光源１１ａとして用いられる。
【００２１】
図２（ｃ）に示すように、複数のレーザ光源１１ａがスロー軸に沿って並ぶようにベース１１９に設置されて、光源ユニット１１が構成されている。したがって、各レーザ光源１１ａの発光領域１１７は、スロー軸方向に１列に並んでいる。ここで、各レーザ光源１１ａは、発光領域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（Ｙ軸方向）に平行となるように配置されている。光源ユニット１１を構成する複数のレーザ光源１１ａは、全て同じ出射特性を有する。
【００２２】
なお、図２（ｃ）では、複数のレーザ光源１１ａが互いに隣接してベース１１９に設置されることにより光源ユニット１１が構成されているが、複数の発光領域１１７がスロー軸方向に並ぶように形成された１つの半導体発光素子がベース１１９に設置されてもよい。この場合、当該半導体発光素子のうち、各発光領域１１７からレーザ光を出射させる構造部分が、それぞれ、レーザ光源１１ａに対応する。
【００２３】
図１に戻って、コリメータレンズ１２は、光源ユニット１１の各レーザ光源１１ａ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、光源ユニット１１の各レーザ光源１１ａ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。
【００２４】
コリメータレンズアレイ１３は、光源ユニット１１の各レーザ光源１１ａ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、コリメータレンズアレイ１３は、光源ユニット１１の各レーザ光源１１ａから出射されたレーザ光を、それぞれ、スロー軸方向のみに平行光化する作用を有する。
【００２５】
図３（ａ）は、コリメータレンズ１２の構成を模式的に示す斜視図、図３（ｂ）は、コリメータレンズアレイ１３の構成を模式的に示す斜視図である。
【００２６】
図３（ａ）に示すように、コリメータレンズ１２は、Ｘ−Ｙ平面に平行な方向のみに湾曲するレンズ面１２ａを有する。コリメータレンズ１２は、たとえば、シリンドリカルレンズである。レンズ面１２ａの母線は、Ｚ軸に平行である。コリメータレンズ１２に入射する各レーザ光のファスト軸は、レンズ面１２ａの母線に垂直である。各レーザ光は、Ｚ軸方向に並んでコリメータレンズ１２に入射する。各レーザ光は、レンズ面１２ａでファスト軸方向（Ｙ軸方向）に収束作用を受けて、ファスト軸方向に平行光化される。
【００２７】
図３（ｂ）に示すように、コリメータレンズアレイ１３は、Ｘ−Ｚ平面に平行な方向のみに湾曲する複数のコリメータレンズ１３ａを有する。すなわち、コリメータレンズアレイ１３の出射面に、複数のコリメータレンズ１３ａがＺ軸方向に並んで一体形成されている。各コリメータレンズ１３ａの母線はＹ軸に平行である。コリメータレンズアレイ１３に入射する各レーザ光のスロー軸は、コリメータレンズ１３ａの母線に垂直である。
【００２８】
各レーザ光は、それぞれ、１つのコリメータレンズ１３ａに入射する。各レーザ光源１１ａの出射光軸が、各レーザ光源１１ａの正面のコリメータレンズ１３ａの中心を貫くように、各レーザ光源１１ａが配置されている。各レーザ光は、コリメータレンズ１３ａでスロー軸方向（Ｚ軸方向）に収束作用を受けて、スロー軸方向に平行光化される。
【００２９】
こうして、光源ユニット１１の各レーザ光源１１ａから出射されたレーザ光は、コリメータレンズ１２およびコリメータレンズアレイ１３によって、全周において略平行な広がりに調整される。
【００３０】
図１に戻り、集光レンズ１４は、レーザ光源１１ａの並び方向、すなわち、スロー軸方向のみに収束させる光学作用を有する。集光レンズ１４は、たとえばシリンドリカルレンズである。集光レンズ１４のレンズ面の母線は、Ｙ軸方向に平行である。したがって、集光レンズ１４を透過した後の各レーザ光で形成されるビームは、スロー軸方向（Ｚ軸方向）のみに収束される。したがって、集光レンズ１４の焦点位置におけるビームの形状は、ファスト軸方向に長い線状の形状となる。この線状形状の長さは、コリメータレンズ１２により平行光化された各レーザ光のファスト軸方向の幅と略同じである。
【００３１】
集光レンズ１４で集光されたビームは、光偏向器１５のミラー１５ａに入射する。光偏向器１５は、たとえば、圧電アクチュエータや静電アクチュエータ等を用いたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーである。ミラー１５ａは、集光レンズ１４の焦点距離の位置に配置されている。
【００３２】
ビームは、集光レンズ１４によってＺ軸方向のみに集光されるため、ミラー１５ａで反射された後のビームは、Ｘ軸方向のみに広がる。こうして、Ｘ軸方向に広がるラインビームＢ１０が生成される。
【００３３】
光偏向器１５は、ミラー駆動回路３３からの駆動信号によりミラー１５ａを駆動して、ミラー１５ａから反射したビームをＹ軸方向に走査させる。これにより、ラインビームＢ１０が短手方向（Ｙ軸方向）に走査される。
【００３４】
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の状態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の断面形状が模式的に示されている。
【００３５】
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２００の前側に搭載され、車両２００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。
【００３６】
図１に示したように、複数のレーザ光源１１ａが一方向に並んで配置されているため、各レーザ光源１１ａから出射されたレーザ光は、図４のラインＬ１に沿って並ぶように投射される。このように、各レーザ光源１１ａから出射されたレーザ光が合成されることにより、ラインビームＢ１０が構成される。
【００３７】
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、受光レンズ１６によって、受光素子１７の受光面に集光される。受光素子１７は、たとえば、イメージセンサである。受光素子１７は、たとえば、長方形の受光面を有し、受光面の長辺がＸ軸に平行となるように配置される。受光素子１７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、受光レンズ１６によって、受光素子１７の受光面に結像される。
【００３８】
ここで、受光面のＸ軸方向の画素位置は、目標領域におけるＸ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Ｘ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１７としてＸ軸方向に画素が並ぶラインセンサが用いられてもよい。
【００３９】
図５（ａ）は、受光素子１７としてイメージセンサ１７１が用いられる場合の、受光面１７１ａ上における反射光Ｒ１０の集光状態を模式的に示す図である。なお、図５（ａ）には、目標領域においてラインビームＢ１０の全てが反射された場合の反射光Ｒ１０の受光状態が示されている。また、図５（ａ）は、画素１７１ｂの配列を模式的に示すものであり、実際には、図５（ａ）よりも顕著に多い画素１７１ｂが高精細に配置されている。
【００４０】
イメージセンサ１７１の受光面１７１ａには、縦横に並ぶ多数の画素１７１ｂが配置されている。各画素１７１ｂは、露光期間において光が入射することにより検出信号を出力する。図４においてラインビームＢ１０がＹ軸方向（ラインビームＢ１０の短辺方向）に走査されると、反射光Ｒ１０は、受光面１７１ａ上をＹ軸方向に走査する。ラインビームＢ１０のＹ軸方向の走査範囲は、受光面１７１ａにおける反射光Ｒ１０の走査範囲に対応する。反射光Ｒ１０の走査範囲は、受光面１７１ａのＹ軸方向の幅に略等しく設定される。これにより、画素１７１ｂのＹ軸方向の位置は、ラインビームＢ１０のＹ軸方向の走査位置に対応し、画素１７１ｂのＸ軸方向の位置は、ラインビームＢ１０のＸ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Ｘ軸方向のどの位置に物体が存在するかを検出できる。
【００４１】
なお、イメージセンサ１７１は、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサの他、各画素１７１ｂにアバランシェフォトダイオードが配置されたＡＰＤアレイであってもよい。アバランシェフォトダイオードは、光電変換により発生した電子を増倍させる機能を有する。このため、各画素１７１ｂの検出感度を高めることができ、遠距離からの微弱な反射光Ｒ１０をより精度良く検出できる。この場合、アバランシェフォトダイオードは、ガイガーモードで用いられてもよい。これにより、各画素１７１ｂのアバランシェフォトダイオードにフォトンが入射した場合に、アバランシェフォトダイオードで発生する電荷量を飽和電荷量まで高めて出力させることができる。よって、微弱な反射光Ｒ１０をさらに精度良く検出できる。
【００４２】
図５（ｂ）は、受光素子１７としてラインセンサ１７２が用いられる場合の、受光面１７２ａ上における反射光Ｒ１０の集光状態を模式的に示す図である。なお、図５（ｂ）においても、目標領域においてラインビームＢ１０の全てが反射された場合の反射光Ｒ１０の受光状態が示されている。
【００４３】
ラインセンサ１７２の受光面１７２ａには、Ｙ軸方向に延びる長方形の光センサ１７２ｂが、Ｘ軸方向に並んで複数配置されている。各光センサ１７２ｂは、受光光量に応じた大きさの信号を出力する。図４においてラインビームＢ１０がＹ軸方向（ラインビームＢ１０の短辺方向）に走査されると、反射光Ｒ１０は、受光面１７２ａ上をＹ軸方向に走査する。ラインビームＢ１０のＹ軸方向の走査範囲は、受光面１７２ａにおける反射光Ｒ１０の走査範囲に対応する。反射光Ｒ１０の走査範囲は、受光面１７２ａのＹ軸方向の幅に略等しく設定される。
【００４４】
各光センサ１７２ｂのＸ軸方向の位置は、ラインビームＢ１０のＸ軸方向の位置に対応する。したがって、受光信号が生じた光センサ１７２ｂの位置により、目標領域のＸ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、Ｙ軸方向におけるラインビームＢ１０の走査位置は、たとえば、光偏向器１５におけるミラー１５ａの振り位置から把握できる。すなわち、ミラー１５ａが各振り位置にあるタイミングにおいて各光センサ１７２ｂから受光信号が出力された場合、その受光信号を、当該振り角に対応するラインビームＢ１０の走査位置に対応付けることができる。したがって、回路部側でこの対応付けを行うことにより、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。
【００４５】
なお、光センサ１７２ｂの数および長さ、幅は、図５（ｂ）に示したものに限られるものではない。Ｘ軸方向における分解能を高めるためには、光センサ１７２ｂの幅はなるべく狭い方がよく、光センサ１７２ｂの数はなるべく多い方が好ましい。
【００４６】
図１に戻り、レーザレーダ１０は、回路部の構成として、コントローラ３１と、レーザ駆動回路３２と、ミラー駆動回路３３と、信号処理回路３４と、を備える。
【００４７】
コントローラ３１は、ＣＰＵ（CentralProcessing 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３２は、コントローラ３１からの制御に応じて光源ユニット１１の各レーザ光源１１ａをパルス発光させる。
【００４８】
ミラー駆動回路３３は、コントローラ３１からの制御に応じて光偏向器１５を駆動する。コントローラ３１は、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が走査されるように、光偏向器１５を制御する。
【００４９】
信号処理回路３４は、受光素子１７の各画素の受光信号をコントローラ３１に出力する。上記のように、コントローラ３１は、受光信号が生じた画素の位置により、目標領域のＸ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３１は、光源ユニット１１をパルス発光させたタイミングと、受光素子１７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１７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。
【００５０】
こうして、コントローラ３１は、光源ユニット１１をパルス発光させつつ、光偏向器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。
【００５１】
次に、レーザレーダ１０の光学系の設定方法を説明する。
【００５２】
図６（ａ）は、レーザ光源１１ａとスロー軸方向にレーザ光を平行光化するコリメータレンズ１３ａとの関係を説明する図である。便宜上、図６（ａ）では、コリメータレンズ１２が省略されている。
【００５３】
図６（ａ）において、Ｐ１はレーザ光源１１ａの配置間隔、Ｓ１はレーザ光源１１ａの並び方向（ここでは、スロー軸方向）におけるレーザ光源１１ａの発光領域１１７の幅、θ１はレーザ光源１１ａの並び方向（ここでは、スロー軸方向）におけるレーザ光の発散全角、ｆ１はコリメータレンズ１３ａの焦点距離である。この場合、レーザ光源１１ａは、次式を満たすように配置される。
【００５４】
Ｐ１≧Ｓ１＋２ｆ１×ｔａｎ（θ１／２）  …（１）
【００５５】
ここで、レーザ光の発散全角θ１は、ピーク強度の１／ｅ２以上の領域に含まれるレーザ光の発散全角である。レーザ光の発散全角θ１は、ピーク強度の半値幅に含まれるレーザ光の発散全角であってもよい。
【００５６】
このように、レーザ光源１１ａが配置されると、各レーザ光源１１ａから出射されたレーザ光が、隣のコリメータレンズ１３ａに掛かることなく正面のコリメータレンズ１３ａに適正に入射する。これにより、各レーザ光が、それぞれ、対応するコリメータレンズ１３ａによって精度良く平行光化される。その結果、各レーザ光を統合して形成されるビームを、集光レンズ１４によって、略焦線の状態に収束させることができる。よって、集光レンズ１４によって集光されるビームのサイズを、極めて小さくすることができる。
【００５７】
図６（ｂ）は、集光レンズ１４と光偏向器１５のミラー１５ａとの関係を説明する図である。
【００５８】
図６（ｂ）において、Ｄ２は集光レンズ１４の有効径、ｆ２は集光レンズ１４の焦点距離、θ２はミラー１５ａに対するビームの集光全角である。この場合、集光レンズ１４とミラー１５ａは、次式を満たすように配置されている。
【００５９】
θ２＝２ｔａｎ−１（Ｄ２／２ｆ２）  …（２）
【００６０】
このように集光レンズ１４とミラー１５ａが配置されることにより、各レーザ光を統合して形成されるビームが、集光レンズ１４によって、略焦線の状態でミラー１５ａに収束される。よって、ミラー１５ａのサイズを極めて小さくすることができる。
【００６１】
＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
【００６２】
複数のレーザ光源１１ａが用いられるため、目標領域に対するレーザ光の照射光量を高めることができる。また、各レーザ光源１１ａから出射されたレーザ光が集光レンズ１４によって光偏向器１５のミラー１５ａに集光されるため、光偏向器１５のミラー１５ａを小さくできる。さらに、上記式（１）の条件を満たすようにレーザ光源１１ａが配置されるため、レーザ光源１１ａから出射されたレーザ光を、対応するコリメータレンズ１３ａに対して、はみ出すことなく適正に入射させることができる。これにより、コリメータレンズ１３ａによって各レーザ光を精度良く平行光化でき、結果、ミラー１５ａにおけるビームの集光サイズを極めて小さく絞ることができる。よって、光偏向器１５のミラー１５ａを顕著に小さくすることができる。
【００６３】
また、各レーザ光源１１ａのスロー軸がレーザ光源１１ａの並び方向に平行となるように、複数のレーザ光源１１ａが配置され、コリメータレンズアレイ１３に形成された各コリメータレンズ１３ａは、各レーザ光源１１ａからのレーザ光をスロー軸方向において平行光化する。これにより、小さな広がり角で各コリメータレンズ１３ａにレーザ光が入射するため、コリメータレンズ１３ａがレーザ光の進行方向に僅かに位置ずれしたとしても、レーザ光が隣のコリメータレンズ１３ａに掛かりにくくなる。よって、各レーザ光をより精度良く平行光化できる。
【００６４】
また、集光レンズ１４とミラー１５ａが上記式（２）の条件を満たすように配置されているため、各レーザ光源１１ａから出射されるレーザ光を統合して形成されるビームが、集光レンズ１４によって、略焦線の状態でミラー１５ａに収束される。よって、光偏向器１５のミラー１５ａのサイズを極めて小さくすることができる。
【００６５】
なお、上記のように、光偏向器１５のミラー１５ａを極めて小さくできることにより、光学系およびレーザレーダ１０の小型化が図られるとともに、ミラー１５ａのレスポンス性能を高めることができる。よって、目標領域においてラインビームＢ１０を円滑かつ精度良く走査させることができる。
【００６６】
また、レーザ光源１１ａは、ファスト軸１１８ａおよびスロー軸１１８ｂの両方において、出射強度の分布がシングルモードとなっている。これにより、各レーザ光源１１ａから出射されたレーザ光を、ファスト軸用のコリメータレンズ１２およびスロー軸用のコリメータレンズ１３ａによって、ファスト軸方向およびスロー軸方向に、精度良く平行光化できる。レーザ光をファスト軸方向に精度良く平行光化できることにより、ラインビームＢ１０の短辺方向におけるビームの広がりを抑制でき、ラインビームＢ１０をより遠くまで照射できる。よって、レーザレーダ１０の検出可能距離を広げることができる。また、レーザ光をスロー軸方向に精度良く平行光化できることにより、ミラー１５ａに収束されるビームの形状をより線状に近づけることができる。よって、ミラー１５ａをより小さくすることができる。
【００６７】
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。
【００６８】
＜変更例１＞
たとえば、図７（ａ）に示すように、複数のレーザ光源１１ａから出射されたレーザ光がそれぞれ入射する拡散板１８がさらに配置されてもよい。図７（ａ）には、レーザレーダ１０の光学系のみが示されている。
【００６９】
上記実施形態では、レーザ光源１１ａが直線状に並べて配置されているため、ラインビームＢ１０は、各レーザ光源１１ａからのレーザ光が長辺方向に並ぶことにより構成される。このため、ラインビームＢ１０の強度分布は、長辺方向に、高低を繰り返すようになる。
【００７０】
これに対し、変更例１では、拡散板１８によって、長辺方向におけるラインビームＢ１０の強度分布が均一化される。これにより、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。よって、ラインビームＢ１０の長辺方向の各位置において、物体までの距離を一律に精度良く計測することができる。なお、拡散板１８は、たとえば、レーザレーダ１０の出射窓に配置されてもよく、出射窓自体が拡散板１８であってもよい。
【００７１】
＜変更例２＞
また、図７（ｂ）に示すように、ラインビームＢ１０の長辺方向の広がり角をさらに広げるための拡大レンズ１９が設けられてもよい。図７（ｂ）には、レーザレーダ１０の光学系のみが示されている。
【００７２】
拡大レンズ１９は、Ｘ−Ｚ平面に平行な方向のみに湾曲した凹状のレンズ面１９ａを有する。レンズ面１９ａの母線は、Ｙ軸に平行である。凹状のレンズ面１９ａが、拡大レンズ１９の入射面に設けられてもよく、入射面と出射面の両方に設けられてもよい。
【００７３】
このように拡大レンズ１９が設けられることにより、レーザレーダ１０によって距離測定が可能な範囲をＸ軸方向に広げることができる。よって、より広い範囲に存在する物体について、距離を計測することができる。
【００７４】
＜変更例３＞
上記実施形態において、集光レンズ１４は、レーザ光源１１ａの並び方向のみに収束作用を有していたが、集光レンズ１４が全周に亘って一様に光を収束させる収束作用を有していてもよい。
【００７５】
図８（ａ）は、この場合の光学系の構成を示す図である。
【００７６】
集光レンズ１４は、光軸方向に入射した平行光を一点に収束させる光学作用を有している。この場合、各レーザ光源１１ａから出射されたレーザ光により構成されるビームは、集光レンズ１４によって、光偏向器１５のミラー１５ａに略円形のビームスポットとして集光される。その後、ビームは、Ｘ軸方向のみならず、Ｙ軸方向にも広がる。
【００７７】
このため、この変更例では、光偏向器１５の後段側に、ビームをＹ軸方向に平行光化するためのコリメータレンズ２０が設けられる。コリメータレンズ２０は、たとえば、シリンドリカルレンズである。コリメータレンズ２０の出射面は、Ｙ−Ｚ平面に平行な方向のみに凸状に湾曲したレンズ面２０ａとなっている。レンズ面２０ａの母線はＸ軸に平行である。コリメータレンズ２０によってビームがＹ軸方向に平行光化されることにより、Ｘ軸方向に広がるラインビームＢ１０が生成される。
【００７８】
変更例３の構成によれば、上記実施形態に比べ、コリメータレンズ１３ａがさらに必要となる。しかし、変更例３の構成によれば、光偏向器１５のミラー１５ａ上において、ビームを略円形のビームスポットに集光できる。このため、上記実施形態に比べて、さらに、ミラー１５ａ上におけるビームのサイズを小さくできる。よって、ミラー１５ａのサイズをさらに小さくできる。
【００７９】
＜変更例４＞
上記実施形態では、レーザ光源１１ａがスロー軸方向に並べられたが、レーザ光源１１ａがファスト軸方向に並べられてもよい。
【００８０】
図８（ｂ）は、この場合の光学系の構成を示す図である。
【００８１】
ここでは、各レーザ光源１１ａから出射されたレーザ光をファスト軸方向に平行光化するコリメータレンズアレイ２１と、各レーザ光源１１ａから出射されたレーザ光をスロー軸方向に平行光化するコリメータレンズ２２とが設けられている。
【００８２】
コリメータレンズアレイ２１の出射面には、図３（ｂ）と同様、各レーザ光源１１ａからのレーザ光がそれぞれ入射する複数のコリメータレンズ２１ａが形成されている。コリメータレンズ２１ａは、Ｘ−Ｚ平面に平行な方向のみに湾曲した凸状のレンズ面を有する。コリメータレンズ２１ａの母線は、Ｙ軸方向に平行である。
【００８３】
また、コリメータレンズ２２の出射面には、図３（ａ）と同様、各レーザ光源１１ａからのレーザ光がそれぞれ入射するレンズ面２２ａが形成されている。レンズ面２２ａは、Ｘ−Ｚ平面に平行な方向のみに湾曲した凸状の形状である。レンズ面２２ａの母線は、Ｚ軸方向に平行である。コリメータレンズ２２は、たとえば、シリンドリカルレンズである。
【００８４】
変更例４においても、上記式（１）の条件を満たすように、コリメータレンズ２１ａとレーザ光源１１ａとが配置される。変更例４の構成において、上記式（１）のＰ１はレーザ光源１１ａの配置間隔、Ｓ１はレーザ光源１１ａの並び方向（ファスト軸方向）におけるレーザ光源１１ａの発光領域１１７の幅、θ１はレーザ光源１１ａの並び方向（ファスト軸方向）におけるレーザ光の発散全角、ｆ１はコリメータレンズ２１ａの焦点距離である。
【００８５】
変更例４において、上記式（１）の条件を満たすように、コリメータレンズ２１ａとレーザ光源１１ａとが配置されることにより、ファスト軸方向において各レーザ光を精度良く平行光化でき、結果、ミラー１５ａ上において、ビームを線状に収束させることができる。よって、ミラー１５ａを小型化でき、ミラー１５ａのレスポンス性能を高めることができる。
【００８６】
＜他の変更例＞
上記実施形態では、ファスト軸用のコリメータレンズ１２とスロー軸用のコリメータレンズアレイ１３が互いに別体であったが、これらが一体化されてもよい。たとえば、入射面にファスト軸用の１つのコリメータレンズ（レンズ面）が形成され、出射面にスロー軸用の複数のコリメータレンズが形成された光学素子が、光源ユニット１１と集光レンズ１４との間に配置されてもよい。
【００８７】
また、上記実施形態では、スロー軸用のコリメータレンズ１３ａがアレイ化されていたが、各レーザ光源１１ａに対応する複数のコリメータレンズを並べて配置する構成であってもよい。変更例４に示したコリメータレンズ２１ａについても同様である。
【００８８】
また、上記実施形態では、光源ユニット１１、コリメータレンズ１２、コリメータレンズアレイ１３、集光レンズ１４および光偏向器１５が一方向に並ぶように光学系が構成されたが、光学系のレイアウトはこれに限られるものではない。たとえば、光路の途中にミラーを配置して光路を折り曲げるように光学系が構成されてもよい。
【００８９】
また、上記実施形態では、６つのレーザ光源１１ａが配置されたが、レーザ光源１１ａの数は、複数である限りにおいて、他の数であってもよい。また、必ずしも複数のレーザ光源１１ａがユニット化されなくてもよく、複数のレーザ光源が個別に配置されてもよい。レーザ光源１１ａは、必ずしも、ファスト軸およびスロー軸の両方においてシングルモードでなくてもよい。
【００９０】
また、上記実施形態では、レーザレーダ１０が車両２００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。また、レーザレーダ１０が物体検出の機能のみを備えていてもよい。
【００９１】
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。
【符号の説明】
【００９２】
１０  …  レーザレーダ
１１ａ  …  レーザ光源
１２、１３ａ、２１ａ、２２  …  コリメータレンズ
１４  …  集光レンズ
１５  …  光偏向器
１５ａ  …  ミラー
１６  …  受光レンズ
１７  …  受光素子
１８  …  拡散板
１１７  …  発光領域
１１８ａ  …  ファスト軸
１１８ｂ  …  スロー軸
１７１  …  イメージセンサ
１７２  …  ラインセンサ
【図１】
2020116078.tif 000003
【図２】
2020116078.tif 000004
【図３】
2020116078.tif 000005
【図４】
2020116078.tif 000006
【図５】
2020116078.tif 000007
【図６】
2020116078.tif 000008
【図７】
2020116078.tif 000009
【図８】
2020116078.tif 000010
【国際調査報告】
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2020116078.tif 000012
2020116078.tif 000013
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