JP3169074B2 - レーザレーダ装置 - Google Patents
レーザレーダ装置Info
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 24
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 5
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
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- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、走査光学系を有す
るレーザレーダ装置に関し、特に、高出力で大型の固体
レーザを利用するようなレーザレーダ装置における走査
光学系の構成に関する。
るレーザレーダ装置に関し、特に、高出力で大型の固体
レーザを利用するようなレーザレーダ装置における走査
光学系の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にレーザレーダは、高い空間分解能
と高い受光レベルを確保するため、送光レーザのビーム
広がり角が１ｍｒａｄ程度に狭く設定される。同時に受
光視野もそれと同程度に設定される。このためレーザレ
ーダとして必要とされる広い領域のターゲットを検知を
するには、瞬時視野の領域を空間的に走査することがで
きる走査光学系が不可欠である。
と高い受光レベルを確保するため、送光レーザのビーム
広がり角が１ｍｒａｄ程度に狭く設定される。同時に受
光視野もそれと同程度に設定される。このためレーザレ
ーダとして必要とされる広い領域のターゲットを検知を
するには、瞬時視野の領域を空間的に走査することがで
きる走査光学系が不可欠である。
【０００３】受光レベルを上げるために受光光学系には
比較的大口径（１００ｍｍ〜数１００ｍｍ）の受光光学
系が用いられるため、走査光学系は一般に大型になり装
置全体の小型化を困難にしている。ただし、送光レーザ
のビーム径は一般に１０ｍｍ以下と小さいため、送光光
学系は比較的小型化することができる。
比較的大口径（１００ｍｍ〜数１００ｍｍ）の受光光学
系が用いられるため、走査光学系は一般に大型になり装
置全体の小型化を困難にしている。ただし、送光レーザ
のビーム径は一般に１０ｍｍ以下と小さいため、送光光
学系は比較的小型化することができる。
【０００４】レーザレーダの走査光学系としては、これ
までさまざまのものが報告されている。代表的な走査光
学系の方式としては、１枚ないし２枚の反射ミラーより
構成されミラーの角度を変化させることにより送光ビー
ムと受光視野を同時に走査する方式や、回転するウエッ
ジエッジプリズムを利用して走査する方式などがある。
しかし、これらの方式では使用している反射ミラーやウ
エッジエッジプリズム自体、さらにそれらの駆動系が大
型化するという欠点がある。
までさまざまのものが報告されている。代表的な走査光
学系の方式としては、１枚ないし２枚の反射ミラーより
構成されミラーの角度を変化させることにより送光ビー
ムと受光視野を同時に走査する方式や、回転するウエッ
ジエッジプリズムを利用して走査する方式などがある。
しかし、これらの方式では使用している反射ミラーやウ
エッジエッジプリズム自体、さらにそれらの駆動系が大
型化するという欠点がある。
【０００５】この欠点を補うための一例として、特願平
５−２８８８５７号に示されているような方式がある。
図５は、この方式によるレーザレーダ装置を示してお
り、レーザ発生部（この場合は半導体レーザ５１）と光
検出器５２は、送光レンズ５４および受光レンズ５５の
焦点位置に配置された同一のステージ５３に固定されて
いる。そして、半導体レーザ５１から出力されたレーザ
光は、送光レンズ５４を介して目標に照射され、目標か
らの反射光は受光レンズ５５を介して光検出器５２に入
力される。
５−２８８８５７号に示されているような方式がある。
図５は、この方式によるレーザレーダ装置を示してお
り、レーザ発生部（この場合は半導体レーザ５１）と光
検出器５２は、送光レンズ５４および受光レンズ５５の
焦点位置に配置された同一のステージ５３に固定されて
いる。そして、半導体レーザ５１から出力されたレーザ
光は、送光レンズ５４を介して目標に照射され、目標か
らの反射光は受光レンズ５５を介して光検出器５２に入
力される。
【０００６】瞬時視野の領域を空間的に走査する場合、
駆動部５７によってステージ５３を矢印方向に移動する
ことにより、半導体レーザ５１と光検出器５２が一体的
に移動する。一方、送光レンズ５４と受光レンズ５５は
固定されているので、瞬時視野が点線のように変化し、
観測方向を走査することができる。これらの動作および
検出信号の処理は、制御部５６によって行われる。
駆動部５７によってステージ５３を矢印方向に移動する
ことにより、半導体レーザ５１と光検出器５２が一体的
に移動する。一方、送光レンズ５４と受光レンズ５５は
固定されているので、瞬時視野が点線のように変化し、
観測方向を走査することができる。これらの動作および
検出信号の処理は、制御部５６によって行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】この方式は、半導体レ
ーザ５１と光検出器５２が固定されているステージ５３
を移動するだけで、送光レンズ５４および受光レンズ５
５を備えた走査光学系は移動させないために装置を小型
化することができるという利点がある一方、以下のよう
な欠点も有している。
ーザ５１と光検出器５２が固定されているステージ５３
を移動するだけで、送光レンズ５４および受光レンズ５
５を備えた走査光学系は移動させないために装置を小型
化することができるという利点がある一方、以下のよう
な欠点も有している。
【０００８】つまり、この従来例は、レーザ発生部とし
て半導体レーザのような小型のレーザを利用する場合に
は有効であるが、高出力で大型の固体レーザを利用する
ような場合は、ステージとその駆動系が大型化してこの
方式の利点が無くなる。また、一般にレーザレーダでは
送光ビームの広がり角をエキスパンダ等で調整するが、
この従来例では送光レンズを必要とするためその調整が
困難である。
て半導体レーザのような小型のレーザを利用する場合に
は有効であるが、高出力で大型の固体レーザを利用する
ような場合は、ステージとその駆動系が大型化してこの
方式の利点が無くなる。また、一般にレーザレーダでは
送光ビームの広がり角をエキスパンダ等で調整するが、
この従来例では送光レンズを必要とするためその調整が
困難である。
【０００９】本発明の目的は、上述のレーザレーダの特
徴、すなわち大きな受光光学系と小さな送光光学系から
構成される点を考慮し、小型で柔軟性のあるレーザレー
ダ装置を提供することにある。
徴、すなわち大きな受光光学系と小さな送光光学系から
構成される点を考慮し、小型で柔軟性のあるレーザレー
ダ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、大きな受光光
学系と小さな送光光学系から構成されるというレーザレ
ーダ装置の一般的な特徴を利用し、送光光学系と受光光
学系とを別々の走査機構で同期をとりながら走査するこ
とにより、小型で柔軟性のあるレーザレーダ装置を実現
することを特徴とするものである。
学系と小さな送光光学系から構成されるというレーザレ
ーダ装置の一般的な特徴を利用し、送光光学系と受光光
学系とを別々の走査機構で同期をとりながら走査するこ
とにより、小型で柔軟性のあるレーザレーダ装置を実現
することを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は、本発明のレーザレーダ装
置の第１の実施の形態を示す概略図である。この実施の
形態の主な構成要素は、レーザ発生部１、レーザ光走査
部５、受光レンズ６、光検出器２、光検出器走査部３お
よび、本レーザレーダ装置を駆動する駆動部である。た
だし、駆動部はレーザレーダ装置が一般的に備えている
周知の要素であるので図では省略している。
置の第１の実施の形態を示す概略図である。この実施の
形態の主な構成要素は、レーザ発生部１、レーザ光走査
部５、受光レンズ６、光検出器２、光検出器走査部３お
よび、本レーザレーダ装置を駆動する駆動部である。た
だし、駆動部はレーザレーダ装置が一般的に備えている
周知の要素であるので図では省略している。
【００１２】レーザ発生部１は、波長１．５μｍ帯の光
パラメトリック発振器を使用している。主な仕様は、レ
ーザピーク出力５ｋＷ、繰り返し周波数４０ｋＨｚ、ビ
ーム広がり角１ｍｒａｄ（ただし、ビームエキスパンダ
を内臓している）である。
パラメトリック発振器を使用している。主な仕様は、レ
ーザピーク出力５ｋＷ、繰り返し周波数４０ｋＨｚ、ビ
ーム広がり角１ｍｒａｄ（ただし、ビームエキスパンダ
を内臓している）である。
【００１３】レーザ光走査部５は、有効径１５ｍｍの反
射ミラーとそれを振動させるための駆動モータ部から構
成される。反射ミラーの重さは数ｇ以下である。
射ミラーとそれを振動させるための駆動モータ部から構
成される。反射ミラーの重さは数ｇ以下である。
【００１４】受光レンズ６は、通常の凸レンズ系であ
る。有効径１００ｍｍ、焦点距離１５０ｍｍである。光
検出器２は、受光有効径３００μｍのＩｎＧａＡｓアバ
ランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）モジュールであ
り、プリアンプを内蔵している。その概略寸法は縦２０
ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ５ｍｍ、重さは１０ｇ以下であ
る。光検出器走査部３は、光検出器２を図の上下方向に
往復運動させるための機構部品である。
る。有効径１００ｍｍ、焦点距離１５０ｍｍである。光
検出器２は、受光有効径３００μｍのＩｎＧａＡｓアバ
ランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）モジュールであ
り、プリアンプを内蔵している。その概略寸法は縦２０
ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ５ｍｍ、重さは１０ｇ以下であ
る。光検出器走査部３は、光検出器２を図の上下方向に
往復運動させるための機構部品である。
【００１５】次に、本発明の第１の実施の形態の動作に
ついて説明する。レーザ発生部１から出射された送光レ
ーザビームは、ミラー４を介してレーザ光走査部５へ導
かれる。レーザ光走査部５では、１０Ｈｚで振動する反
射ミラーによってレーザビームが図の上下方向に１０Ｈ
ｚで走査（往復運動）される。最大偏向角度は±４度、
反射ミラーの回転角度にすると最大±２度である。反射
ミラーの有効径は１５ｍｍと小さいため、モータ駆動に
よりこの程度の回転角度および速度で振動させることは
容易である。
ついて説明する。レーザ発生部１から出射された送光レ
ーザビームは、ミラー４を介してレーザ光走査部５へ導
かれる。レーザ光走査部５では、１０Ｈｚで振動する反
射ミラーによってレーザビームが図の上下方向に１０Ｈ
ｚで走査（往復運動）される。最大偏向角度は±４度、
反射ミラーの回転角度にすると最大±２度である。反射
ミラーの有効径は１５ｍｍと小さいため、モータ駆動に
よりこの程度の回転角度および速度で振動させることは
容易である。
【００１６】ターゲットからの反射光は、受光レンズ６
で集光され光検出器２で受光される。光検出器２の受光
面の位置は、光検出器走査部３によって上下方向に走査
される。走査はレーザ光走査部５と同期して１０Ｈｚ行
われる。例えば、レーザビームが上方向に偏向している
場合は、光検出器２はそれに合わせて下方に移動する。
必要な移動量は受光レンズ６の焦点距離と送光ビームの
最大偏向角度で決まり、この場合最大約±１０ｍｍであ
る。光検出器２は小型軽量であるため、光検出器走査部
５と同様に小型モータにより駆動することができる。
で集光され光検出器２で受光される。光検出器２の受光
面の位置は、光検出器走査部３によって上下方向に走査
される。走査はレーザ光走査部５と同期して１０Ｈｚ行
われる。例えば、レーザビームが上方向に偏向している
場合は、光検出器２はそれに合わせて下方に移動する。
必要な移動量は受光レンズ６の焦点距離と送光ビームの
最大偏向角度で決まり、この場合最大約±１０ｍｍであ
る。光検出器２は小型軽量であるため、光検出器走査部
５と同様に小型モータにより駆動することができる。
【００１７】本発明においては、レーザ光走査部５と光
検出器走査部３の走査機構を同期させる必要があるが、
上記のようにいずれの部品も１０ｇ以下と極めて軽量で
あるため、小型ステップモータとマイコンを組み合わせ
た制御方式を採用することにより、容易に同期させて走
査することができる。
検出器走査部３の走査機構を同期させる必要があるが、
上記のようにいずれの部品も１０ｇ以下と極めて軽量で
あるため、小型ステップモータとマイコンを組み合わせ
た制御方式を採用することにより、容易に同期させて走
査することができる。
【００１８】なお、上記に実施の形態では、レーザ光走
査部５として、反射ミラーを振動させる方式を採用して
いるが、その代わりに、小型（有効径１５ｍｍ程度）の
回転するウエッジプリズムを用いることにより、往復走
査ではなく、回転走査によってレーザ光の走査を行うこ
ともできる。レーザ光はウエッジプリズムを透過するこ
とによって方向が偏向する。偏向角度はプリズムのウエ
ッジ角度で決まるが、数度の偏向角度は容易に実現でき
る。
査部５として、反射ミラーを振動させる方式を採用して
いるが、その代わりに、小型（有効径１５ｍｍ程度）の
回転するウエッジプリズムを用いることにより、往復走
査ではなく、回転走査によってレーザ光の走査を行うこ
ともできる。レーザ光はウエッジプリズムを透過するこ
とによって方向が偏向する。偏向角度はプリズムのウエ
ッジ角度で決まるが、数度の偏向角度は容易に実現でき
る。
【００１９】ウエッジプリズムを高速（例えば２０Ｈ
ｚ）で回転させれば、送光ビームの偏向方向もその速度
で回転する。この場合は同時に、光検出器走査部３もウ
エッジプリズムに同期して回転させる必要がある。ま
た、受光レンズ６としては、通常の凸レンズの他にフレ
ネルレンズを使用することもできる。フレネルレンズは
ガラスレンズと比較して軽量であるという利点がある。
ｚ）で回転させれば、送光ビームの偏向方向もその速度
で回転する。この場合は同時に、光検出器走査部３もウ
エッジプリズムに同期して回転させる必要がある。ま
た、受光レンズ６としては、通常の凸レンズの他にフレ
ネルレンズを使用することもできる。フレネルレンズは
ガラスレンズと比較して軽量であるという利点がある。
【００２０】図２は、本発明のレーザレーダ装置の第２
の実施の形態を示す概略図である。この実施の形態で
は、レーザ光走査部５を受光レンズ６の中央付近に配置
し、照射光と反射光がほぼ同軸となるように構成してい
る。これによって、第１の実施の形態よりもさらに小型
化することができる。
の実施の形態を示す概略図である。この実施の形態で
は、レーザ光走査部５を受光レンズ６の中央付近に配置
し、照射光と反射光がほぼ同軸となるように構成してい
る。これによって、第１の実施の形態よりもさらに小型
化することができる。
【００２１】図３は、本発明のレーザレーダ装置の第３
の実施の形態を示す概略図である。この実施の形態で
は、受光レンズ６の替わりに、カセグレン型の受光ミラ
ー７を採用している。したがって、受光レンズを用いる
場合よりも光軸方向の装置寸法を短くすることができ
る。
の実施の形態を示す概略図である。この実施の形態で
は、受光レンズ６の替わりに、カセグレン型の受光ミラ
ー７を採用している。したがって、受光レンズを用いる
場合よりも光軸方向の装置寸法を短くすることができ
る。
【００２２】図４は、本発明のレーザレーダ装置の第４
の実施の形態を示す概略図である。この実施の形態で
は、第１〜第３の実施の形態からなる装置の前方に回転
ミラーからなる第２走査部８を設置している。この第２
走査部８を第１の走査部であるレーザ光走査部５と組み
合わせることにより、さらに広範囲の走査を実現するこ
とができる。
の実施の形態を示す概略図である。この実施の形態で
は、第１〜第３の実施の形態からなる装置の前方に回転
ミラーからなる第２走査部８を設置している。この第２
走査部８を第１の走査部であるレーザ光走査部５と組み
合わせることにより、さらに広範囲の走査を実現するこ
とができる。
【００２３】例えば、レーザ光走査部５の走査方向を縦
方向に高速（例えば２０Ｈｚで）に振動させ、同時に第
２走査部８を横方向に比較的ゆっくりと（例えば１Ｈ
ｚ）振動させれば、いわゆるラスター走査が可能とな
る。また、レーザ光走査部５の走査方向を高速に（例え
ば２０Ｈｚで）回転させ、同時に第２走査部８を横方向
に比較的ゆっくりと振動させれば、いわゆるパルマー走
査が可能となり、用途に応じた柔軟なレーザレーダ装置
が実現できる。
方向に高速（例えば２０Ｈｚで）に振動させ、同時に第
２走査部８を横方向に比較的ゆっくりと（例えば１Ｈ
ｚ）振動させれば、いわゆるラスター走査が可能とな
る。また、レーザ光走査部５の走査方向を高速に（例え
ば２０Ｈｚで）回転させ、同時に第２走査部８を横方向
に比較的ゆっくりと振動させれば、いわゆるパルマー走
査が可能となり、用途に応じた柔軟なレーザレーダ装置
が実現できる。
【００２４】
【発明の効果】本発明においては、送光光学系の走査機
構として、反射ミラーあるいはウェッジプリズムを用
い、受光光学系の走査機構として、光検出器の光検出位
置を操作する機構を採用しているので、それぞれの走査
部を小型軽量化することができ、小型の駆動機構によっ
て操作を行うことができる。
構として、反射ミラーあるいはウェッジプリズムを用
い、受光光学系の走査機構として、光検出器の光検出位
置を操作する機構を採用しているので、それぞれの走査
部を小型軽量化することができ、小型の駆動機構によっ
て操作を行うことができる。
【００２５】また、レーザ光走査部とレーザ発生部が独
立しているため、大型で高出力のレーザ発生部を組込む
ことが容易となる。さらに、送光レーザビームの広がり
角を自由に設定することができ、柔軟性のあるレーザレ
ーダ装置を構成することができる。
立しているため、大型で高出力のレーザ発生部を組込む
ことが容易となる。さらに、送光レーザビームの広がり
角を自由に設定することができ、柔軟性のあるレーザレ
ーダ装置を構成することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す概略図であ
る。
る。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す概略図であ
る。
る。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す概略図であ
る。
る。
【図４】本発明の第４の実施の形態を示す概略図であ
る。
る。
【図５】従来例を示す図である。
１ レーザ発生部 ２ 光検出器 ３ 光検出器走査部 ４ ミラー ５ レーザ光走査部 ６ 受光レンズ ７ 受光ミラー ８ 第２走査部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01S 7/48 - 7/51 G01S 17/00 - 17/95
Claims (8)
- 【請求項１】 レーザ発生部から出力されるレーザ光を
走査してターゲットに照射するレーザ光走査部と、ター
ゲットからの反射レーザ光を集光する受光手段と、該受
光手段により集光された反射レーザ光を検出する光検出
器の検出位置を前記レーザ光走査部の走査と同期して移
動させる光検出器走査部とを備え、前記レーザ光走査部は、所定角度の範囲で往復振動する
反射ミラーによって構成され、前記光検出器走査部は、
前記受光手段の焦点位置でその光軸に直交する方向に往
復する手段によって構成され、且つ、 前記レーザ光走査
部と前記光検出器走査部は、互いに別の走査機構によっ
て同期をとりながら走査されていることを特徴とするレ
ーザレーダ装置。 - 【請求項２】 レーザ発生部から出力されるレーザ光を
走査してターゲットに照射するレーザ光走査部と、ター
ゲットからの反射レーザ光を集光する受光手段と、該受
光手段により集光された反射レーザ光を検出する光検出
器の検出位置を前記レーザ光走査部の走査と同期して移
動させる光検出器走査部とを備え、 前記レーザ光走査部は、所定速度で回転するウェッジエ
ッジプリズムによって構成され、前記光検出器走査部
は、前記受光手段の焦点位置でその光軸に直交する方向
に往復する手段によって構成され、且つ、前記レーザ光
走査部と前記光検出器走査部は、互いに別の走査機構に
よって同期をとりながら走査されていることを特徴とす
る レーザレーダ装置。 - 【請求項３】 前記レーザ光走査部は、前記受光手段と
同軸上に配置されていることを特徴とする請求項１また
は２記載のレーザレーダ装置。 - 【請求項４】 前記受光手段は、受光レンズによって構
成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
に記載のレーザレーダ装置。 - 【請求項５】 前記受光手段は、カセグレン型の受光ミ
ラーによって構成されていることを特徴とする請求項１
〜３のいずれかに記載のレーザレーダ装置。 - 【請求項６】 レーザ発生部から出力されるレーザ光を
走査してターゲットに照射するレーザ光走査部と、ター
ゲットからの反射レーザ光を集光する受光手段と、該受
光手段により集光された反射レーザ光を検出する光検出
器の検出位置を前記レーザ光走査部の走査と同期して移
動させる光検出器走査部とを備え、 前記レーザ光走査部は、前記レーザ発生部から出力され
るレーザ光を走査する第１のレーザ光走査部と、該第１
のレーザ光走査部および前記受光手段の前方に配置さ
れ、前記ターゲットに照射するレーザ光および前記ター
ゲットからの反射レーザ光を走査する第２のレーザ光走
査部とによって構成され、且つ、前記レーザ光走査部と
前記光検出器走査部は、互いに別の走査機構によって同
期をとりながら走査されていることを特徴とする レーザ
レーダ装置。 - 【請求項７】 前記第１のレーザ光走査部によってレー
ザ光を縦方向に高速に振動させると同時に、前記第２の
走査部によって前記第１のレーザ光走査部と同期して前
記レーザ光を横方向に低速に振動させることによりラス
タ走査させることを特徴とする請求項６記載のレーザレ
ーダ装置。 - 【請求項８】 前記第１のレーザ光走査部によってレー
ザ光を高速に回転させ、同時に前記第２の走査部によっ
て前記レーザ光を横方向に低速に振動させることにより
パルマー走査させることを特徴とする請求項６記載のレ
ーザレーダ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27124198A JP3169074B2 (ja) | 1998-09-25 | 1998-09-25 | レーザレーダ装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000098027A JP2000098027A (ja) | 2000-04-07 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27124198A Expired - Fee Related JP3169074B2 (ja) | 1998-09-25 | 1998-09-25 | レーザレーダ装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104267390A (zh) * | 2014-09-29 | 2015-01-07 | 北京理工大学 | 星载测风激光雷达系统滞后角补偿装置及精度修正方法 |
| WO2017189185A1 (en) | 2016-04-26 | 2017-11-02 | Cepton Technologies, Inc. | Three-dimensional imaging systems |
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