(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
レーザビーム走査部により、レーザ光源からのレーザ光束を、偏向レーザビームとして2次元的に走査し、検出対象物による反射レーザビームを戻りレーザ光として検出するレーザレーダ装置において、前記検出対象物による前記戻りレーザ光を受光する受光装置であって、
1以上の受光素子と、
広い範囲の戻りレーザ光を入射され、前記1以上の受光素子の側へ射出させる集光レンズ系と、
該集光レンズ系から射出するレーザ光を全て、前記1以上の受光素子の受光面に結像させることなく導光する1以上の導光部材と、を有し、
前記集光レンズ系は、最も入射側のレンズ面が連続した単一の負のパワーを有する凸レンズ面であり、
前記1以上の受光素子は前記1以上の導光部材により前記受光面に導光された前記レーザ光を受光信号化するものであり、
前記1以上の受光素子により、前記集光レンズ系から射出するレーザ光を全て受光するレーザレーダ装置の受光装置。
レーザビーム走査部により、レーザ光源からのレーザ光束を、偏向レーザビームとして2次元的に走査し、検出対象物による反射レーザビームを戻りレーザ光として検出するレーザレーダ装置であって、
レーザビーム走査部と、
検出対象物による前記戻りレーザ光を受光する受光装置と、
前記レーザビーム走査部と受光装置とを制御し、前記受光装置の受光情報に基づき、前記検出対象物までの距離を演算し、前記検出対象物の方位と距離を特定する制御演算手段と、
該制御演算手段により特定された前記検出対象物の方位と距離を表示する表示手段と、
を有し、
前記受光装置として、請求項1ないし8の何れか1項に記載のものを用いるレーザレーダ装置。
【発明を実施するための形態】
【0010】
図5を参照して「異軸系のレーザレーダ装置」を簡単に説明する。
【0011】
図5の(a)は「レーザビーム走査部」を説明する図で、(b)は「受光装置」を説明する図である。
【0012】
図5(a)において、符号10は「レーザビーム走査部」を簡略化して示している。
【0013】
レーザビーム走査部10は、レーザ光源11とコリメートレンズ13と偏向手段15とを有している。
【0014】
レーザ光源11としては、例えば、半導体レーザを用いることができる。
レーザ光源11から放射されたレーザ光束は、コリメートレンズ13により平行光束化され、偏向手段15に入射する。
【0015】
偏向手段15は、入射してくる「平行光束化されたレーザ光束」を反射し、偏向レーザビームSLBとして2次元的に走査する。
【0016】
偏向手段15としては、種々のものが考えられる。
【0017】
例えば、回転軸を直交させた2個の回転多面鏡により、レーザ光束を順次に反射させて2次元的に走査するものや、搖動軸を直交させた2個の搖動反射鏡により、レーザ光束を順次に反射させて2次元的に走査するものが考えられる。
【0018】
さらには、反射面を2次元的に搖動させて、レーザ光束を2次元的に偏向させて2次元的な走査を行うものを所謂「MEMS」として構成したものが知られている。
【0019】
図5(a)の偏向手段15は、2次元的に搖動する反射面部分のみを簡略化して描いたものである。偏向レーザビームSLBは、図面に平行な方向と、図面に直交する方向に偏向する。
【0020】
2次元的に走査される偏向レーザビームSLBの走査領域内に「検出対象物」があると、検出対象物は、偏向レーザビームSLBにより走査される。
【0021】
この走査の際に、偏向レーザビームSLBは検出対象物により反射されて戻りレーザ光束となる。
【0022】
戻りレーザ光束は「受光装置」により受光される。
図5(b)において、符号20は受光装置を簡略化して示している。
【0023】
受光装置20は、集光レンズ系21と受光素子20とを有している。
【0024】
符号BKLで示す「戻りレーザ光束」は、集光レンズ系21に入射し、受光素子23の受光面に向けて集光される。
【0025】
受光素子23は、戻りレーザ光束BKLを受光すると、受光信号化する。
レーザレーダ装置は、レーザビーム走査部10と受光装置20を制御する「制御演算手段」を有する。
【0026】
制御演算手段は、レーザビーム走査部10を制御し、レーザ光源11を、例えば「所定の周期でパルス発光」させる。
【0027】
制御演算手段は、受光素子23の受光信号に基づき、任意の偏向レーザビームがパルス発光された瞬間から、検出対象物で反射され、戻りレーザ光束BKLとなって受光素子23により受光されるまでの時間:2Tを特定する。
【0028】
そして、光速:Cと時間:2Tとから、距離:CTを算出する。
【0029】
偏向レーザビームSLBはパルス発光されるから、各瞬間に「どの方向(方位)」に向かっているかは「各瞬間」に分かっている。
【0030】
従って、各瞬間の偏向レーザビームSLBの向かう方向と上記距離:CTとから、検出対象物までの距離が、偏向レーザビームSLBの方向とともに「各瞬間」に知られることになり、検出対象物の表面形状と距離が知られることになる。
【0031】
レーザレーダ装置は「広い検出範囲(偏向レーザビームSLBが走査する領域)」を持つことが望まれる。
【0032】
偏向レーザビームSLBの偏向角を大きくすることにより「検出領域」を広くすることが可能である。
【0033】
検出領域を広くするために、偏向レーザビームSLBの偏向角を大きくする場合、それに応じて、集光レンズ系21を広角化して「全画角を広く」する必要がある。
【0034】
レーザビーム走査部10から放射される偏向レーザビームSLBと、戻りレーザ光束BKLとが、各瞬間において「同方向」であるからである。
【0035】
受光装置20における「集光レンズ系21と受光素子23との位置関係」は、例えば、受光素子23の受光面と集光レンズ系21の焦点面を合致させることが考えられる。
【0036】
このようにすれば、検出対象物による戻りレーザ光束BKLは、集光レンズ系21へ入射する段階では実質的に平行光束状態となっているので、受光面に集光する。
【0037】
この場合、偏向レーザビームSLBの偏向角の増大に応じて集光レンズ系21を広角化すると、「画角の大きい戻りレーザ光束BKL」の受光面への入射角が増大する。
【0038】
その結果「画角の大きい戻りレーザ光束」に対して、受光素子23の検出出力が低下して検出精度が低下したり、受光素子23の受光面が大きくなったりする。
【0039】
この傾向は、集光レンズ系21の画角が大きくなるに連れて増大し、特に全画角が90度以上にもなると顕著になる。
【0040】
ここで、広画角の集光レンズ系21の具体的な2例を挙げる。
【0041】
「具体例1」
図1は、具体例1の集光レンズ系のレンズ構成を示している。
【0042】
この集光レンズ系は、入射側(図の左方)から順に、負の第1レンズ群G1、正の第2レンズ群G2、開口絞りS、正の第3レンズ群G3を有する。
【0043】
集光レンズ系は、半画角:85度(全画角170度)の広角レンズである。
【0044】
負の第1レンズ群G1は、図の如く入射側から順に、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3を配置してなる。
【0045】
第1レンズL1、第2レンズL2は共に、曲率の大きい凹面を射出側(図の右方)に向けた「負メニスカスレンズ」であり、第3レンズL3は射出側の凹面の曲率が大きい「両凹レンズ」である。
【0046】
正の第2レンズ群G2は、第4レンズL4で構成され、凸面を入射側に向けた「凸平レンズ」である。
【0047】
第3レンズ群G3は、正の屈折力を有し、入射側から順に、第5レンズL5、第6レンズL6、第7レンズL7を配して構成されている。
【0048】
第5レンズL5、第6レンズL6は共に、曲率の大きい凸面を入射側へ向けた「正メニスカスレンズ」である。
【0049】
第7レンズL7は、凸面を入射側に向けた「凸平レンズ」である。
【0050】
開口絞りSは、第4レンズL4と第5レンズL5の間に配置されている。
【0051】
具体例1の集光レンズ系の具体的なデータを表1に示す。
【0053】
表1の左欄の「No.」は、入射側から数えた面番号で、開口絞りの面を含む。
【0054】
「R」は曲率半径、「D」は面間隔、「N」は材料の屈折率、「硝種」とあるのは「硝材の名称」である。
【0055】
表1において「開口絞り:11.081」とあるのは、「開口半径(mm)」であり、従って開口直径は22.162mmである。
【0056】
集光レンズ系の具体例1は、全画角:170度を持つ「広角レンズ」であるが、入射面に入射する「戻りレーザ光束BKL」のビーム径φ:6mm、受光素子23の受光面の直径φ:6mmを想定している。
【0057】
「受光面の径:6mm」は、受光面に集光する像の集合である「円形領域の直径」であり、受光素子23の受光面は、この円形領域を受光できるサイズの大きさを有する。
【0058】
図1において、「H5」は、集光レンズ系の射出面(第7レンズの射出側面)から射出する光束の光束径が最小となるときの光束半径(光軸からの距離)を表している。
【0059】
具体例1における「H5」は「5.686mm」であり、従って、第7レンズの射出側面から射出する光束が最小径となるときの光束径φ:11.372mmである。
【0060】
具体例1の集光レンズ径の結像位置(幾何光学的なバックフォーカス)は、第7レンズL7の射出側面から、9.528mmの位置である。
【0061】
図1における「SF」は、光線バラつきをチャックするため、第7レンズL7の射出面から5mm離れた位置を表示している。
【0062】
「具体例2」
図2は、具体例2の集光レンズ系のレンズ構成を示している。
【0063】
繁雑を避けるため、混同の虞が無いと思われるものについては、
図1におけると同一の符号を付した。
【0064】
この集光レンズ系は、入射側(図の左方)から順に、負の第1レンズ群G1、正の第2レンズ群G2、開口絞りS、正の第3レンズ群G3を有する。
【0065】
集光レンズ系は、半画角:85度(全画角170度)の広角レンズである。
【0066】
負の第1レンズ群G1は、図の如く入射側から順に、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3を配置してなる。
【0067】
第1レンズL1、第2レンズL2は共に、曲率の大きい凹面を射出側(図の右方)に向けた「負メニスカスレンズ」であり、第3レンズL3は射出側の凹面の曲率が大きい「両凹レンズ」である。
【0068】
正の第2レンズ群G2は、第4レンズL4で構成され、凸面を入射側に向けた「凸平レンズ」である。
【0069】
第3レンズ群G3は、正の屈折力を有し、入射側から順に、第5レンズL5、第6レンズL6、第7レンズL7を配して構成されている。
【0070】
第5レンズL5、第6レンズL6は共に、曲率の大きい凸面を入射側へ向けた「正メニスカスレンズ」である。
【0071】
第7レンズL7は、凸面を入射側に向けた「凸平レンズ」である。
【0072】
開口絞りSは、第4レンズL4と第5レンズL5の間に配置されている。
【0073】
具体例2の集光レンズ系の具体的なデータを表1に倣って表2に示す。
【0075】
表2の左欄の「No.」は、入射側から数えた面番号で、開口絞りの面を含む。
【0076】
「R」は曲率半径、「D」は面間隔、「N」は材料の屈折率、「硝種」とあるのは「硝材」の名称である。
【0077】
表2において「開口絞り:11.081」とあるのは、「開口半径(mm)」であり、従って開口直径は22.162mmである。
【0078】
集光レンズ系の具体例2も、全画角:170度を持つ「広角レンズ」であるが、具体例1におけると同様、入射面に入射する「戻りレーザ光束BKL」のビーム径φ:6mm、受光素子23の受光面の直径φ:6mmを想定している。
【0079】
図2において、「H5」は、集光レンズ系の射出面(第7レンズの射出側面)から射出する光束の光束径が最小となるときの光束半径(光軸からの距離)を表している。
【0080】
具体例2における「H5」は「4.989mm」であり、従って、第7レンズの射出側面から射出する光束が最小径となるときの光束径φ:9.978mmである。
【0081】
具体例2の集光レンズ径の結像位置(幾何光学的なバックフォーカス)は、第7レンズL7の射出側面から、3.265mmの位置である。
【0082】
図2における「SF」も、光線バラつきをチャックするため、第7レンズL7の射出面から5mm離れた位置を表示している。
【0083】
具体例1と2のデータを比較すれば分かるように、両者は、第5レンズL5の入射側レンズ面の曲率半径のみが異なり、あとは同一である。
【0084】
第5レンズL5の入射側面の曲率半径は、具体例1において17mm、具体例2において16mmであり、具体例2の方が若干小さい。
【0085】
即ち、第5レンズL5の入射側面(面番号:10)の屈折力は、具体例2の方が若干大きい。
このように、第5レンズL5の入射側面の屈折力を、具体例1よりも若干大きくすることにより、集光レンズ系の射出面から射出する光束の光束径が最小となるときの光束半径:H5は、具体例2の方が具体例1よりも若干(≒0.7mm、直径で≒1.4mm)小さくなっている。
【0086】
しかしその反面、第7レンズL7の射出側面から5mm離れた面SF上において「戻り光束が広がる範囲」は、具体例2では具体例1の1.5倍ほど大きくなっている。
【0087】
いずれにせよ、具体例1、2とも、面SFの大きさが大きく、また、この面SFの周辺部に入射する結像光束の入射角も大きい。
【0088】
これは、受光素子の大型化や、検出精度の劣化につながり易い。
【0089】
この発明では、1以上の導光部材と、1以上の受光素子を用い、受光素子の大型化や、検出精度の劣化に対処する。
【0090】
以下、実施の形態を説明する。集光レンズ系としては、上に挙げた具体例1、具体例2のものを適宜用いるものとする。
【0091】
図3に、上に説明した集光レンズ系を用いる実施の形態を6例示す。
【0092】
図3(a)に示す実施の形態では、上に説明した「3レンズ群7枚レンズ構成の集光レンズ系」の、最も像側の第7レンズL7の射出側レンズ面の側に導光部材LG1を配置した例である。
【0093】
導光部材LG1は「截頭円錐状のライトガイド(「テーパロッド」とも呼ばれる)」である。
【0094】
導光部材LG1は周面が反射面で、大面積の底面部が第7レンズL7の射出側レンズ面に近接若しくは密接して配置され、小面積の截頭面が受光素子PDの受光面に近接若しくは密接している。
【0095】
第7レンズL7の射出側レンズ面に近接若しくは密接した大面積の底面部は、第7レンズL7から射出する光束の「実質的に全て」を入射できる大きさを有する。
【0096】
従って、集光レンズ系から受光素子PD側へ射出するレーザ光は「実質的に全て」上記底面部から導光部材LG1に入射する。
【0097】
そして、導光部材LG1の「周面をなす反射面」で反射されつつ受光素子PD側へ導光され、受光素子PDに受光される。
【0098】
この発明のレーザレーダ装置は「1以上の受光素子と、戻りレーザ光を入射され、前記1以上の受光素子の側へ射出させる集光レンズ系と、該集光レンズ系から射出するレーザ光を、前記1以上の受光素子へ導光する1以上の導光部材と」を有するものである。
【0099】
そして、検出対象物へ向かう偏向レーザビームSLBが向かう方向と、検出対象物までの距離をレーザ光が往復する時間とにより、検出対象物の表面形状と距離が知られる。
【0100】
このような検出対象物の検出における「受光素子の意義」は、検出対象物までの距離をレーザ光が往復する時間を特定することにある。
【0101】
そして、集光レンズ系の意義は、戻りレーザ光束BKLを取り込み、レーザ光として受光素子に受け渡すことにある。
【0102】
即ち、集光レンズ系は戻りレーザ光束BKLを受光素子へ「受け渡す」ことが出来ればよく、戻りレーザ光束BKLを受光素子の受光面に結像(集光)させる必要はない。
【0103】
前述のように、集光レンズ系の作用により戻り光束を受光素子の受光面に集光させる場合には、受光面の面積の大きい受光素子が必要となる。
【0104】
しかし、
図3(a)に示す如く、集光レンズ系から受光素子PD側へ射出するレーザ光の実質的に全てを、導光部材LG1により受光素子PDの受光面に導光すれば、受光素子PDは大面積の受光面を必要とせず、戻りレーザ光束BKLを精度よく検出できる。
【0105】
図3(b)以下に、
図3(a)に示す実施の形態の変形例を5例挙げる。
繁雑を避けるために、混同の虞が無いと思われるものについては
図3(a)と同一の符号を付した。また、
図3(b)〜(f)においては、集光レンズ系に関しては、最も像側の第3レンズ群G3の第7レンズL7のみを示した。
【0106】
図3(b)に示す例は、導光部材LG2として、第7レンズL7の光軸を回転対称軸とする「非球面形状の反射面」を周面に有するものが用いられている。
【0107】
導光部材LG2の入射側の面は、第7レンズL7から射出する光束の実質的に全てを入射できる大きさを有する。
【0108】
従って、集光レンズ系から受光素子PD側へ射出するレーザ光は「実質的に全て」導光部材LG2に入射する。
【0109】
そして、導光部材LG2の周面をなす非球面形状の反射面で反射されつつ受光素子PD側へ導光され、受光素子PDに受光される。
【0110】
図3(c)に示す例は、導光部材LG3として、第7レンズL7の光軸を回転対称軸とする「球面形状の反射面」を周面に有するものが用いられている。
【0111】
導光部材LG3の入射側の面は、第7レンズL7から射出する光束の実質的に全てを入射できる大きさを有する。
【0112】
従って、集光レンズ系から受光素子PD側へ射出するレーザ光は「実質的に全て」導光部材LG3に入射する。
【0113】
そして、導光部材LG3の周面をなす球面形状の反射面で反射されつつ受光素子PD側へ導光され、受光素子PDに受光される。
【0114】
図3(d)に示す例は、導光部材LG10と、受光素子PDを用いる例である。
【0115】
導光部材LG10は、複数本のライトガイドLG11、LG12、LG13等を束ねてなる。図に示されたライトガイドLG11〜LG13等は、全体を1つに束ねられ、入射側は第7レンズL7の射出側面に近接若しくは密接し、射出側は受光素子PDの受光面に近接若しくは密接している。
【0116】
ライトガイドLG11等は、周面が「テーパの付いた反射面」であるテーパロッドであり、図の如く、受光素子PD側が細くなっている。
【0117】
導光部材LG10の入射側は、複数のライトガイドの入射面の集合面であり、第7レンズL7から射出する光束の実質的に全てを入射できる大きさを有する。
【0118】
第7レンズL7から射出するレーザ光は、ライトガイドLG11等の内部で反射されつつ、実質的にその全てが受光素子PDに導光され、受光素子PDにより受光される。
【0119】
図3(e)に示す例は、導光部材LG20と、複数の受光素子PD1、PD2、PD3等を用いる例である。
【0120】
導光部材LG20は、複数本のライトガイドLG21、LG22、LG23等を束ねてなる。ライトガイドLG21等は「周面がテーパの付いた反射面」であるテーパロッドであり、図の如く、入射側から射出側へ向かって細くなっている。
【0121】
図に示されたライトガイドLG21〜LG23等は、入射側を1つに束ねられ、束ねられた入射側面は、第7レンズL7から射出する光束の実質的に全てを入射できる大きさを有し、第7レンズL7の射出側面に近接若しくは密接している。
【0122】
複数のライトガイドLG21等の射出側は互いに別れ、個々の射出側はライトガイドごとに設けられた複数の受光素子PD1、PD2等の受光面に近接若しくは密接している。
【0123】
集光レンズ系の射出側に射出されるレーザ光の実施的に全ては、ライトガイドLG21等により受光素子PD1等に導光されて、受光素子PD1等に受光される。
【0124】
複数の受光素子PD1等の出力信号を合成すれば、集光レンズ系から射出するレーザ光全体に対する受光情報が得られる。
【0125】
図3(f)に示す例は、導光部材LG30と、複数の受光素子PD1、PD2、PD3等を用いる例である。
【0126】
導光部材LG30は、複数本のライトガイドLG31、LG32、LG33等を束ねてなる。ライトガイドLG31等は「周面がテーパの付いた反射面」であるテーパロッドであり、図の如く、入射側から射出側へ向かって細くなっている。
【0127】
図示されたライトガイドLG31〜LG33等は、入射側を1つに束ねられ、束ねられた入射側面は、第7レンズL7から射出する光束の実質的に全てを入射できる大きさを有し、第7レンズL7の射出側面に近接若しくは密接している。
【0128】
複数のライトガイドLG31等の射出側は互いに別れ、個々の射出側はライトガイドごとに設けられた複数の受光素子PD1、PD2等の受光面に近接若しくは密接している。
【0129】
集光レンズ系の射出側に射出されるレーザ光の実施的に全ては、ライトガイドLG31等により受光素子PD1等に導光されて、受光素子PD1等に受光される。
【0130】
複数の受光素子PD1等の出力信号を合成すれば、集光レンズ系の第7レンズL7から射出するレーザ光全体に対する受光情報が得られる。
【0131】
図3(e)に示す例と、(f)に示す例とを比較すると、
図3(f)の例では、複数のライトガイドLG31等の射出側が大きく離されている。
【0132】
このようにすると、受光素子PD1等の配置位置の自由度が大きくなる。
【0133】
図3に示した実施の各形態では、集光レンズ系は、入射側から順に、負の第1レンズ群G1、正の第2レンズ群G2、開口絞りS、正の第3レンズ群G3を有し、全画角:170度以上の広角レンズであり、1以上の導光部材(LG1等)は、その入射面を、前記第3レンズ群G3の射出レンズ面に近接若しくは密接して配置されている。
【0134】
図3に即して説明した実施の形態では、集光レンズ系として全画角:170度以上の物が用いられているが、一般的に、この全画角以下で同様の効果を得ることは自明である(具体例では、0〜170度までの範囲をすべてカバーしている)。
【0135】
従って、一般的な広角レンズ(90°以上)では、より容易に本発明の効果を達成することが可能である。
【0136】
ここで、この発明の受光装置における「集光レンズ系」の役割について見ると、上述の如く「集光レンズ系」は、戻りレーザ光束BKLをレーザ光として受光素子へ「受け渡す」役割を負っている。
【0137】
即ち、集光レンズ系は、戻りレーザ光束BKLを受光素子の受光面に結像(集光)させる必要はない。
【0138】
このような観点から、上に具体例として挙げた
図1、
図2の集光レンズ系を見ると、これら具体例の集光レンズ系は、入射側から順に、負の第1レンズ群G1、正の第2レンズ群G2、開口絞りS、正の第3レンズ群G3を有し、画角:170度以上の広角レンズである。
【0139】
この3レンズ群構成の集光レンズ系において、第3レンズ群G3を除いた部分、即ち「第1レンズ群G1、第2レンズ群G2、開口絞りSで構成される部分」を考えてみる。
【0140】
「第1レンズ群G1、第2レンズ群G2と開口絞りSにより構成される部分」は、全画角170度をもち、戻りレーザ光束BKLを取り込み、開口絞りSから射出させる。
【0141】
このとき、開口絞りSから射出される光束は、上の具体例の集光レンズ系では「その全てが第7レンズL7から射出」する。
【0142】
即ち、開口絞りSから射出する光束は、戻りレーザ光束BKLの「全レーザ光」を含んでいる。
【0143】
この観点からすると、前記3レンズ群の集光レンズ系から第3レンズ群を除いた「第1レンズ群、第2レンズ群、開口絞り」の部分は、この発明のレーザレーダ装置の受光装置において必要とされる「集光レンズ系」の機能を充足している。
【0144】
従って、3レンズ群の集光レンズ系から第3レンズ群を除いた「第1レンズ群、第2レンズ群、開口絞り」の部分を新たに「集光レンズ系」とし、この「新たな集光レンズ系」から1以上の受光素子の側へ射出するレーザ光を、1以上の導光部材を用いて、1以上の受光素子へ導光することができる。
【0145】
以下、この場合の新たな集光レンズ系を用いる実施の形態例を6例、
図4に示す。
【0146】
図4の各図において、図の左側が入射側、右側が射出側である。
【0147】
図4(a)に示す実施の形態は、前記「第1レンズ群G1、第2レンズ群G2、開口絞りS、第3レンズ群G3による3レンズ群構成の集光レンズ」から、第3レンズ群G3を除いたものを「新たな集光レンズ」として用いる場合の例である。
【0148】
第2レンズ群G2を構成する第4レンズL4の射出側に設けられた開口絞りSの射出側に、導光部材LG10Aを配置した例である。
【0149】
導光部材LG10Aは「截頭円錐状のライトガイド」である。
【0150】
導光部材LG10Aは周面が反射面で、大面積の底面部が開口絞りSの開口に、射出側から近接若しくは密接して配置され、小面積の截頭面が受光素子PDの受光面に近接若しくは密接している。
【0151】
開口絞りSの射出側に近接若しくは密接した大面積の底面部は、開口絞りSの開口から射出するレーザ光の「実質的に全て」を入射できる大きさを有する。
【0152】
従って、集光レンズ系から受光素子PD側へ射出するレーザ光は「実質的に全て」上記底面部から導光部材LG10Aに入射する。
【0153】
そして、導光部材LG10Aの周面をなす反射面で反射されつつ受光素子PD側へ導光され、受光素子PDに受光される。
【0154】
図4(b)以下に、
図4(a)に示す実施の形態の変形例を5例挙げる。
図の繁雑を避けるため、
図4の(b)〜(f)では「新たな集光レンズ系を構成する第1レンズL1〜第4レンズL4と開口絞りS」のうち、第4レンズと開口絞りSのみを図示する。
【0155】
また、繁雑を避けるために、混同の虞が無いと思われるものについては
図4(a)におけると同一の符号を付した。
【0156】
図4(b)に示す例は、導光部材LG20Aとして、第4レンズL4の光軸を回転対称軸とする「非球面形状の反射面」を周面に有するものが用いられている。
【0157】
導光部材LG20Aの入射側の面は、開口絞りSから射出する光束の全てを入射できる大きさを有する。
【0158】
従って、集光レンズ系から受光素子PD側へ射出するレーザ光は「実質的に全て」導光部材LG20Aに入射する。
【0159】
そして、導光部材LG20Aの周面をなす非球面形状の反射面で反射されつつ受光素子PD側へ導光され、受光素子PDに受光される。
【0160】
図4(c)に示す例は、導光部材LG30Aとして、第4レンズL4の光軸を回転対称軸とする「球面形状の反射面」を周面に有するものが用いられている。
【0161】
導光部材LG30Aの入射側の面は、開口絞りSから射出するレーザ光の実質的に全てを入射できる大きさを有する。
【0162】
従って、集光レンズ系から受光素子PD側へ射出するレーザ光は「実質的に全て」導光部材LG30Aに入射する。
【0163】
そして、導光部材LG30Aの周面をなす球面形状の反射面で反射されつつ受光素子PD側へ導光され、受光素子PDに受光される。
【0164】
図4(d)に示す例は、導光部材LG40と、受光素子PDを用いる例である。
【0165】
導光部材LG40は、複数本のライトガイドLG41、LG42、LG43等を束ねてなる。図に示されたライトガイドLG41〜LG43等は、全体を1つに束ねられ、入射側は開口絞りSの射出側面に近接若しくは密接し、射出側は受光素子PDの受光面に近接若しくは密接している。
【0166】
ライトガイドLG11等は、周面が「テーパの付いた反射面」であり、図の如く、受光素子PD側が細くなっている。
【0167】
導光部材LG10の入射側は、複数のライトガイドの入射面の集合面であり、開口絞りSから射出するレーザ光の実質的に全てを入射できる大きさを有する。
【0168】
開口絞りSから射出するレーザ光は、ライトガイドLG41等の内部で反射されつつ、実質的にその全てが受光素子PDに導光され、受光素子PDにより受光される。
【0169】
図4(e)に示す例は、導光部材LG50と、複数の受光素子PD1、PD2、PD3等を用いる例である。
【0170】
導光部材LG50は、複数本のライトガイドLG51、LG52、LG53等を束ねてなる。ライトガイドLG51等は「周面がテーパの付いた反射面」であり、図の如く、入射側から射出側へ向かって細くなっている。
【0171】
図に示されたライトガイドLG51〜LG53等は、入射側を1つに束ねられ、束ねられた入射側面は、第7レンズL7から射出する光束の実質的に全てを入射できる大きさを有し、開口絞りSの射出側面に近接若しくは密接している。
【0172】
複数のライトガイドLG51等の射出側は互いに別れ、個々の射出側はライトガイドごとに設けられた複数の受光素子PD1、PD2等の受光面に近接若しくは密接している。
【0173】
集光レンズ系の射出側に射出されるレーザ光の実施的に全ては、ライトガイドLG51等により受光素子PD1等に導光されて、受光素子PD1等に受光される。
【0174】
複数の受光素子PD1等の出力信号を合成すれば、集光レンズ系から射出するレーザ光全体に対する受光情報が得られる。
【0175】
図4(f)に示す例は、導光部材LG60と、複数の受光素子PD1、PD2、PD3等を用いる例である。
【0176】
導光部材LG60は、複数本のライトガイドLG61、LG62、LG63等を束ねてなる。ライトガイドLG61等は「周面がテーパの付いた反射面」であり、図の如く、入射側から射出側へ向かって細くなっている。
【0177】
図に示されたライトガイドLG61〜LG63等は、入射側を1つに束ねられ、束ねられた入射側面は、開口絞りSから射出するレーザ光の実質的に全てを入射できる大きさを有し、開口絞りSの射出側面に近接若しくは密接している。
【0178】
複数のライトガイドLG61等の射出側は互いに別れ、個々の射出側はライトガイドごとに設けられた複数の受光素子PD1、PD2等の受光面に近接若しくは密接している。
【0179】
集光レンズ系の射出側に射出されるレーザ光の実施的に全ては、ライトガイドLG61等により受光素子PD1等に導光されて、受光素子PD1等に受光される。
【0180】
複数の受光素子PD1等の出力信号を合成すれば、集光レンズ系から射出するレーザ光全体に対する受光情報が得られる。
【0181】
図4(e)に示す例と、(f)に示す例とを比較すると、
図4(f)の例では、複数のライトガイドLG31等の射出側が大きく離されている。
【0182】
このようにすると、受光素子PD1等の配置位置の自由度が大きくなる。
【0183】
図4に示した実施の各形態では、集光レンズ系は、入射側から順に、負の第1レンズ群G1、正の第2レンズ群G2、開口絞りSを有し、全画角:170度以上の広角レンズであり、1以上の導光部材(LG10A等)は、その入射面を開口絞りSの射出面に直接に近接若しくは密接して配置されている。
【0184】
図4に即して説明した実施の各形態でも、集光レンズ系として全画角:170度以上の物が用いられているが、一般的に、この全画角以下で同様の効果を得ることは自明である(具体例では、0〜170度までの範囲をすべてカバーしている)。
【0185】
従って、一般的な広角レンズ(全画角:90°以上)では、より容易にこの発明の効果を達成することが可能である。
【0186】
上に説明した実施の各形態では、導光部材やライトガイドは、周面部が反射面であるものである。
即ち、硝子や透明プラスチックのような透明な材料で、導光部材やライトガイドの形状を形成し、その周面部分に蒸着等の方法で反射面を形成することにより製造できる。
【0187】
導光部材LG2やLG20Aでは、反射面形状が非球面形状であるが、この非球面形状は受光素子側へのレーザ光の導光が効率よく行われるように設計される。
【0188】
また、導光部材LG3やLG30Aは、所謂「積分球」と同様の効果で、レーザ光を効率よく受光素子PDへ導光できる。
【0189】
上には、導光部材の具体例を示したが、これに限らず種々の形態のものが可能である。
【0190】
即ち、上には、硝子や透明プラスチックのような透明な材料で、導光部材やライトガイドの形状を形成し、その周面部分に蒸着等の方法で反射面を形成したものを例示したが、勿論これに限らない。
【0191】
これらの例では、外周面部分を反射面とし、反射面の内部は実態を持った透明体であるが、このようにする代わりに、内部を中空とし、内側面を反射面として導光部材やライトガイドを構成することができる。
【0192】
また、導光部材やライトガイドの形状として、上には軸対称(回転対称)なものを例示したが、導光部材やライトガイドの形状は、上に例示したものに限らない。
【0193】
導光部材の果たすべき機能は上記の如く「集光レンズ系から射出するレーザ光を、1以上の受光素子へ導光するし、1以上の受光素子により、集光レンズ系から射出するレーザ光を全て受光する」ことにある。
【0194】
なお、ここに言う「全て」は、厳密な意味ではなく「実質的に全て」であればよい。
【0195】
従って、導光部材は、このような意味で、集光レンズ系から導光部材へ入射するレーザ光を実施的に全て受光素子側へ受け渡すことができればよく、このような機能が果たされる形状であれば任意に形状を定めることができる。
【0196】
図3や
図4に示す各種の導光部材は、その射出側が受光素子の受光面に近接若しくは密接している。
【0197】
上記のように、導光部材やライトガイドには「形状の自由度」があるので、上に説明した各種の導光部材やライトガイドの射出側の形状は「受光素子の受光面形状」に合わせるのが合理的である。
【0198】
以下に、
図6を参照してレーザレーダ装置のシステム構造の1形態を簡単に説明する。
【0199】
レーザレーダ装置は、レーザビーム走査部により、レーザ光源からのレーザ光束を、偏向レーザビームとして2次元的に走査し、検出対象物による反射レーザビームを戻りレーザ光として検出するレーザレーダ装置である。
【0200】
レーザレーダ装置は、レーザビーム走査部100と、受光装置200と、制御演算部300とディスプレイ400を有する。
【0201】
レーザビーム走査部100は、レーザ光源からのレーザ光束を、偏向レーザビームSLBとして2次元的に走査する機能を持つ部分であり、例えば、
図5(a)に即して先に簡単に説明した如きものである。
【0202】
受光装置200は、検出対象物による反射レーザビームを戻りレーザ光BKLとして検出する機能を持つ部分である。
【0203】
この部分は、例えば、
図3、
図4に即して実施の形態を説明したように、1以上の受光素子と、戻りレーザ光を入射され、1以上の受光素子の側へ射出させる集光レンズ系と、該集光レンズ系から射出するレーザ光を、前記1以上の受光素子へ導光する1以上の導光部材と、を有する。
【0204】
図6に示す制御演算部300は、レーザビーム走査部100と受光装置200とを制御し、受光装置200の受光情報に基づき「検出対象物までの距離」を演算し、検出対象部の「方位と距離」を特定する制御演算手段である。
【0205】
「制御演算手段」としての制御演算部300は、マイクロコンピュータあるいはCPUとして構成される。
【0206】
ディスプレイ400は、制御演算手段300により特定された「検出対象物の方位と距離を表示する表示手段」で、液晶ディスプレイ等の各種のものを用いることができる。
【0207】
以上のように、この発明によれば、以下の如き「レーザレーダ装置及びその受光装置」を実現できる。
【0208】
[1]
レーザビーム走査部により、レーザ光源からのレーザ光束を、偏向レーザビームとして2次元的に走査し、検出対象物による反射レーザビームを戻りレーザ光として検出するレーザレーダ装置において、前記検出対象物による前記戻りレーザ光を受光する受光装置であって、1以上の受光素子(PD等)と、広い範囲の戻りレーザ光BKLを入射され、前記1以上の受光素子の側へ射出させる集光レンズ系と、該集光レンズ系から射出するレーザ光を
全て、前記1以上の受光素子の受光面に結像させることなく、前記1以上の受光素子へ導光する1以上の導光部材(LD1等)と、を有し、前記集光レンズ系は、最も入射側のレンズ面が連続した単一の負のパワーを有する凸レンズ面であり、前記
1以上の受光素子は前記1以上の導光部材により前記受光面に導光された前記レーザ光を受光信号化するものであり、前記1以上の受光素子により、前記集光レンズ系から射出するレーザ光を全て受光するレーザレーダ装置の受光装置。
【0209】
[2]
[1]記載のレーザレーダ装置の受光装置において、集光レンズ系は、全画角:90度以上とする広角レンズであることを特徴とするレーザレーダ装置の受光装置
。
[3]
[1]または[2]記載の
レーザレーダ装置の受光装置において、導光部材LG1、LG10Aは入射面から射出面に向かって断面積が小さくなる単一のテーパロッドであって、前記射出面を単一の受光素子の受光面に近接若しくは密接させているレーザレーダ装置
の受光装置。
【0210】
[4]
[1]または[2]記載のレーザレーダ装置
の受光装置において、導光部材LG2、LG20Aは単一で、反射面が凹の変形非球面を内面として有する、レーザレーダ装置の受光装置。
【0211】
[5]
[1]または[2]記載の
レーザレーダ装置の受光装置において、導光部材LG3、LG30Aは単一で、反射面が凹の球面を内面として有する、レーザレーダ装置の受光装置。
【0212】
[6]
[1]または[2]記載の
レーザレーダ装置の受光装置において、導光部材(LD10、LD40等)が、入射面から射出面に向かって断面積が小さくなるテーパロッドを複数個有する、レーザレーダ装置の受光装置。
【0213】
[7]
[6]記載の
レーザレーダ装置の受光装置において、複数のテーパロッドの射出側が、同一の受光素子PDの受光面に近接若しくは密接している、レーザレーダ装置の受光装置。
【0214】
[8]
[6]記載の
レーザレーダ装置の受光装置において、複数のテーパロッド(LD21等)の射出側が個別に、各テーパロッドに対応する受光素子(PD1等)の受光面に近接若しくは密接している、レーザレーダ装置の受光装置。
【0215】
[9]
レーザビーム走査部により、レーザ光源からのレーザ光束を、偏向レーザビームとして2次元的に走査し、検出対象物による反射レーザビームを戻りレーザ光として検出するレーザレーダ装置であって、レーザビーム走査部100と、検出対象物による前記戻りレーザ光を受光する受光装置200と、前記レーザビーム
走査部と受光装置とを制御し、前記受光装置の受光情報に基づき、前記検出対象物までの距離を演算し、前記検出対象
物の方位と距離を特定する制御演算手段300と、該制御演算手段により特定された前記検出対象物の方位と距離を表示する表示手段400と、を有し、前記受光装置200として[1]ないし[8]の何れか1に記載のものを用いるレーザレーダ装置。
【0216】
以上、発明の好ましい実施の形態について説明したが、この発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【0217】
上の説明から明らかなように、この発明で用いる集光レンズ系は「結像」を問題としていないので、広角レンズであればどのようなものでも使用可能である。
【0218】
また、開口絞りの入射側にレンズ群があるものであれば、開口絞りから射出するレーザ光を導光部材で受光素子に導光するための集光レンズ系として用いることができることは言うまでもない。
【0219】
上記広角レンズとして「画角:90度以上」のものを挙げたが、画角:90度は厳密に90度であることを意味せず、実質的に90度である場合も含まれる。
【0220】
画角が90度より小さく、例えば「85度」でも「画角の大きい戻りレーザ光束BKLの受光面への入射角が増大し、その結果、受光素子23の検出出力が低下して検出精度が低下したり、受光素子23の受光面が大きくなったりする」場合には、この発明を有効に適用できることは言うまでもない。
【0221】
勿論、具体例として挙げた画角170度の集光レンズ系よりも、さらに画角の大きい集光レンズ系の場合にも、この発明を有効に適用できることは言うまでもない。
【0222】
この発明の実施の形態に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。