JPH0385478A - 光学式レーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、光波長域特に赤外域で作動するレーダ装置に
関するものである。特に、視野を２方向に光学的に走査
する装置の一部並びに伝播するエネルギーの送光及び受
光に関するものである。

（従来の技術） 光学的に走査すると共に、例えば赤外線放射によって検
出された視野や物体を表示する装置は、本願人により出
願番号８５９９９７号として１９７７年１２月に出願さ
れ１９７９年３月３０日に審査官により受は入れられた
米国の一部継続出願及び１９７９年１０月５日に出願番
号８１１６１号として本願人により出願された米国特許
出願にすでに開示されている。

上述の装置において、走査された視野は光学的な対物レ
ンズを経て検出され、走査は互いに直交する２方向に行
われる。１方向（ｙ方向すなわちラスク方向）は対物レ
ンズの光軸を含む面Ｐを形成する。他の方向（Ｘ方向す
なわちライン走査方向）は面Ｐと直交する。ライン走査
手段は平面ミラーを有し、この平面ミラーはＸ方向に平
行な軸を中心にして回動すると共に対物レンズの背後の
対物レンズの視野像付近の集束ビーム中に配置されてい
る。ライン走査手段は、面Ｐ内の軸ｙｙ′を中心にして
均一に回転すると共に周囲に沿って規則的に分布してい
る多数の反射性平面を有するドラムと、面Ｐに対して対
称であって放射ピックアップの像を面Ｐ上のＡ′点に形
成する画像伝達光学系とを具えている。上記ドラムは放
射感知素子の入射側にある画像伝達光学系の光路中の集
束ビーム中に配置され、ドラム面が面Ｐと直交する場合
各ドラム面に対しＡ′点と対称な点はＹＹ’に平行な位
置にあるラスタミラーに対し対物レンズの焦点に対称な
点の隣接領域中のＤ点となり、この装置はライン走査系
からのビームをライン走査系に反射する光学系を具え、
この光学系は対称面として面Ｐと有すると共にほぼＤ点
に頂部を有する凹面視野ミラーを有している。このミラ
ーは、ラスタミラーと協働し、対物レンズの出射瞳の中
心○を面Ｐ上の固定点Ｃ１すなわちライン走査手段の出
射瞳の中心と結合するように設計されているので、対物
レンズの出射瞳に入射するいかなるビームもピックアッ
プ上に集束する。ライン走査中上述した結合関係を維持
するため、必要な場合視野ミラーはライン走査手段の移
動と同期して微少量往復移動する。２本の順次ライン間
の無駄な走査時間を零まで減少させるため、視野ミラー
のＸ方向の幅は解析されるラインの長さより僅かに小さ
くされ、この解析されるラインの長さは回転ドラムの２
個の順次面内の検出器の像間の距離に順次等しくされる
。

視野は、ピックアップからの信号によって作動する発光
ダイオードを用いて直接表示される。この装置の変形例
として、発光ダイオードが第１のグイクロイックミラー
に関してピックアップと対称な位置に配置されている。

このグイクロイックミラーは解析に用いられる光に対し
ては透明であり発光ダイオードからの光を反射し、反射
された光は同一の光路を反射方向に順次進行する。一方
、第１のグイクロイックミラーと同一であり対物レンズ
の後方の集束ビーム中に配置されている第２のグイクロ
イックミラーが存在するため、解析される光はライン走
査系及びライン走査系を経てその光による像が対物レン
ズの光軸と異なる方向に形成される。

若干変更を加えれば、上記装置はレーザレーダ装置とし
て動作することができる。この目的を達成するため、検
出器によって作動する発光ダイオードを、ピックアップ
とは無関係に例えば赤外線放射パルスを放出するレーザ
ダイオードで置き換え、第１のグイクロイックミラーを
ハーフミラ−で置換し、第２のグイクロイックミラーを
削除することができる。ピックアップはパルス源から放
出された放射光の行路中にある障害物からのエコーを受
光し、その出力及びリターントラック（ｒｅｔ−ｕｒｎ
　ｔｒａｃｋ）は同一波長で作動する。

上述した変更が加えられた装置には種々の欠点があり、
すなわち走査が困難であり、しかも反射面の小さい電カ
ケープルのような障害物を検出する場合効率が不十分に
なる欠点がある。

これら欠点の第１の原因は、ハーフミラ−が、放出され
た放射エネルギーの半分をロスし、障害物からの半分の
エネルギーだけしか受光されないことにある。第２の原
因は、レーザダイオードのバルクに限界があるためレー
ザダイオードのエネルギー（単位立体角当りの出力）に
制限があることである。すなわち、この装置の焦点距離
をＦ１瞳の径をＤル−ザダイオードの長さをε、及びレ
ーザダイオードの発光断面の口径をδとすると、レーザ
ダイオードから放出されるビーム長はβ＝　　　となる
。従って、焦点距離Ｆを増大させてエネルギーを増大さ
せる必要がある。一方、口径の大きさはδ＝　　　とな
るから、瞳の径Ｄも同様に大きくする必要がある。放射
源の発光断面δを小さくしεを大きくする方法は、エネ
ルギー的に限界がある。さらに、第３の理由として、ラ
イン走査中に退出ビーム及び反射ビームの幅が変化する
ことである。すなわち、上記装置の視野ミラーの幅は解
析されるべきラインの長さにほぼ等しくされビームが各
瞬時に各ドラム面によって変化範囲に亘って絞られるた
めである。この結果、検出される障害物から種々のエネ
ルギーのエコーが発生し、検出誤差が生じてしまう。

従って、本発明は、上述した従来の装置又はその装置か
ら構成される装置にさらに改良を加えて上述した欠点を
解消するものである。

第１の変更は、他の構成要素を等しく維持しながら、回
転ドラムの反射面の数を例えば１／２に減少させること
である。このように構成すると、回転ドラムの面で反射
された解析されるラインの各点からの光ビームの幅は２
倍になる。また、１本のラインと次のラインの走査量に
むだ時間もあり、またライン走査中ビームは共通の部分
を有する。

ビームがピックアップ上に集光した後、伝播エネルギー
は反射方向に共通の部分に入射する。

このため、第２の変更として、ハーフミラ−を、共通の
部分の形状に適合する開口部が形成されているミラーで
置換する。この結果、放射エネルギーを放出する際のエ
ネルギー損失がなくなり、ミラーの開口部を経て受光す
る間にわずかな量（約２５％）が喪失されるだけである
。

第３の変更及び改良はエネルギー源について行い、高エ
ネルギーを放出できるように放出源を設計する。この目
的を達成するため、開口部が形成されているミラーに対
して受光器と対称に配置されているレーザダイオードを
Ｎ個の画像伝達系によって重畳されるＮ個のレーザダイ
オードのＮ個の像で置き換える。これら画像伝達系は適
切に整列され、形成される光源は、各レーザダイオード
の口径と同一の口径δを有する発光断面を有し、この光
源からの放射はミラーの開口部に入射する。

（実施例） 以下図面に基づき本発明の詳細な説明する。

第１図は走査方向と平行な紙面と直交する方向に投影し
た本発明による光学式レーダ装置を示す線図である。第
１図は上述した先行技術に用いられている構成部材を示
しており、すなわち光軸１２を有する対物レンズ１１、
“ラスタ”ミラー１３、ライン走査用の反射面を有する
回転ドラム１４、及び視野ミラー１５を示す。ラスタミ
ラー１３は視野を紙面と平行なｙ方向に走査する。この
ラスタミラーは、Ｘ方向すなわち紙面と直交するライン
走査方向に平行に延在する軸１６を中心にして回転する
ことができる。ドラム１４は、紙面に平行に延在する軸
１７を中心にして回転することがでる。解析される視野
からのビーム、例えば光軸１２を有する中心ビーム１８
は視野ミラー１５上に集束し、この視野ミラーにより、
ビームはドラム１４を有するライン走査手段に向けて偏
向される。このビームは最終的にピックアップ上に集束
し、このピックアップの像はＡ′点に伝達される。画像
伝達手段は第２図に基づいて後述する。

第２図において、光学式レーダ装置を光軸１２と平行な
紙面上に直交投影して示す。第２図において第１図の部
材と同一部材には同一符号を付す。

すなわち、対物レンズ１１を円形で示し、ラスタミラー
１３を軸１６を有する矩形で示し、回転ドラム１４を多
面鏡として線図的に示し、視野ミラー１５を円弧で示し
、ビーム１８をラスタミラー１３を通る断面により示す
。ドラム面３４を第１図の面と直交する面を以て示すと
、ビームは円弧で示す視野ミラー１５の中心の位置Ｆ０
に集束し、円弧１５はドラムの回転中に走査されるライ
ンを表わすことになる。

ピックアップをＡに配置する。平面ミラー２０及び集束
素子１９を有する組立体によりピックアップの像をＡ′
に伝達する。

ミラー２０は開口２１を有し、この開口を経てビームと
反対方向に進行するパルス状の放射光を本装置に供給し
てパルス状放射光のエコーを解析する。

第１図において、ミラー２０は矩形のものとして示され
、開口２１はその外径がミラー２０の面を通るビーム１
８の断面の内側に示される。パルス状の放射光は微小放
射角を有するダイオード、例えば後述するレーザダイオ
ードから成る光源Ｅから放出される。光源Ｅはビーム２
２を放出し、このビームは開口２１により規制される。

第２図において、ビームはミラー１３の面を通る断面と
して示されこのビーム２２はミラー１３を通る解析ビー
ム１８の断面の内側に位置する。光源Ｅの詳細な構成を
第１図及び第２図の左側に示す。Ｎ個の同一のダイオー
ドのＮ個の像をＮ個の画像伝達系によりＥに重畳する。

ただし、ダイオードの単体としての発光断面の幅δは点
Ｅにおいて維持される。各ダイオードの放射面は、例え
ば１００μｍの長さε及び２μｍの幅ε′を有する矩形
とし、放射幅δは矩形の両方向において１５°程度とす
る。第１図及び第２図においては４個のダイオード２３
．２４．２５．２６を配置する。これらダイオードは、
それらダイオードの出射スリットの大きい寸法がライン
方向と平行になるように配置する。各画像伝達系は各ダ
イオードとそれぞれ関連する円柱状集束レンズとＮ個の
画像伝達素子に対して共用される第２の円柱レンズとで
構成する。第１図と及び第２図において、各ダイオード
とそれぞれ関連するレンズは円柱レンズ２７．２８．２
９及び３０とし、これら円柱レンズは第１図の面及び第
２の面に平行な円柱形状を有しＥ点においては各ダイオ
ードからの放射光を結合する軸を有している。第２図に
おいて、４個の円柱レンズは一緒になって平行な面を有
するプレートの形態として示す。共通のレンズはレンズ
３１であり、このレンズ３１は第２図の面に平行で第１
図の面にも平行な円柱形状を有し、その先軸は光学系全
体の光軸と同一である。第２図において、レンズ３１を
平行な面を有するプレート形態で表示する。

上述した円柱レンズを用いているので、光源Ｅは矩形に
なる。レンズ３１０倍率は例えば１倍となるので、光源
の長さはεとなり上記光源の長さと直交する面において
は放射開口はδとなる。他方において、Ｎ個のレンズの
倍率を各光源素子毎にＥ点においてＮに等しく設定すれ
ば、放射面の幅εはＮε′　となり、ビーム径はδ／Ｎ
となる。この結果、光源Ｅは放射面幅Ｎε′を有すると
共に、単体としての口径を加えることにより上記幅と直
交する方向にδのピームロ径を有することになる。

実際には、Ｎの値に応じて数十倍に匹敵するε及びＮε
′の値が得られ、この結果光源は発光断面において高エ
ネルギーで実質的に等方性のエネルギーを有することに
なる。

第３図及び第４図は、ライン走査系をドラム軸１７と直
交する面から見た線図である。Ａ′は前述した画像伝達
系によって与えられるピックアップの像である。回転ド
ラムをプリボン１４の形態として示す。対物レンズの焦
点像によって視野ミラー上に掩写されるラインは円弧３
２に沿っている。３３及び３４はドラムの２個の反射面
であり、ドラムは矢印３５の方向に回転する。Ｆｏは、
面３４がＦ。Ａ′と直交するときの解析されるラインの
中心点となる。ピックアップ上に集束したビームは、投
影すると角度ψ。を有するビームとなる。ドラムが矢印
３５の方向に回転すると、面３４は３４の位置から３４
′　の位置まで移動し、解析中のラインの点はこのライ
ンのＦ。から端点Ｆ２まで移動し、この端点は視野ミラ
ーの幅によって固定される。よって、ピックアップ上に
集束したビームはψ。に等しい角度ψ２を有する。回転
ドラムの面の数（すなわち、各面の１１りは、位置３４
′　における面３４によるピックアップの像がラインＦ
２を走査し終わったとき、位置３３′　において次の面
３３によるピックアップの像が点Ｆ１　においてライン
走査を開始しないように設定する。ピックアップ上に集
束したビームが角度ψ。及びψ２に等しい角度ψ１を有
する場合、面３３がＦ、Ａに直交する位置３３″に到達
するまで走査は開始しない。走査中、集束したビームは
第１図及び第２図のビーム２２（こ対応する共通部分を
有し、この共通の光路に沿って光源Ｅからのエネルギー
が反射方向に放出される。

本発明によればレーダ装置の変形例として、点Ａの検出
器の位置及び点Ｅの放出源の位置を反転させ、ミラー２
０を開口２に同−寸法及び同一位置の小型ミラーで置換
できる。この場合ビーム１８（ビーム２２を含まない）
は上記小型ミラーで反射されない。レーザダイオード及
び画像伝達用光学素子は、ミラー２０に対して第２図に
示す素子と対称の位置を占める。

上述の説明において、ピックアップ像はレンズだけによ
り伝達された。勿論、本発明による装置は、従来技術の
説明で述べたようにピックアップの像を伝達するためミ
ラーを用いることも可能である。

勿論、本発明によるレーダ装置は、本明細書冒頭部で列
挙した本願人によって出願された米国特許及び追加の特
許証に開示されている全ての改良を含むものであり、特
にラスタミラーと同期する視野ミラーの動作に関する改
良或いはライン走査に関する改良は含まれるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図はライン走査方向に投影した本発明のレーダ装置
の構成を示す線図、 第２図は光軸に平行に投影した本発明のレーダ装置の構
成を示す線図、 第３図は第１の位置における回転ドラムの軸に平行に投
影したライン走査系の構成を示す線図、第４図は第２及
び第３の位置における回転ドラムの軸に平行に投影した
ライン走査系の構成を示す線図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、送光及び受光することにより視野を互いに直交する
   ２方向に、すなわちｘ方向にライン走査しｙ方向にラス
   タ走査する光学式レーダ装置であって、上述の方法によ
   り視野の種々の区域からのビームによって走査すると共
   に、視野区域からのビームによって送られてくる放射光
   を感知素子で受光し局部放射源から放射した放射ビーム
   によって上記視野区域に送光し、受光方向に沿う順序で
   、 ａ）ｙ方向を含みｘ方向と直交する面Ｐ内に光軸を有し
   、集束面が球面であり、その曲率中心が対物レンズの出
   射瞳の中心に位置する対物レンズと、 ｂ）ｘ方向に平行な軸を中心にして回動し、対物レンズ
   による視野像に近接する対物レンズの後側の集束ビーム
   中に配置されている平面すなわちラスタミラーを有する
   ラスタ走査手段と、 ｃ）面Ｐ内の固定軸ＹＹ′を中心にして均一に回転する
   と共にドラム周囲に沿って規則的に形成されている多数
   の反射面を有するドラム、及び感知素子及び放射源の像
   を面Ｐ上のＡ′点に形成する画像伝達系を具えるライン
   走査手段であって、前記ドラムが、感知素子及び放射源
   の結像側の前記画像伝達系の光路の集束ビーム中に配置
   され、ドラム面が面Ｐと直交するとき各ドラム面に関し
   てＡ′点と対称な点が、ＹＹ′に平行な位置にあるラス
   タミラーに対して対物レンズの焦点と対称な点の隣接区
   域にあるＤ点となるライン走査手段と、 ｄ）面Ｐを対称面としほぼＤ点に頂点を有する凹面ミラ
   ーすなわち“視野”ミラーを具え、前記ミラーが、ラス
   タミラーと協働し、対物レンズの出射瞳の中心Ｏを、面
   Ｐ上の固定点Ｃすなわちライン走査手段の出射瞳の中心
   と結合するように構成されている光学式ビーム偏向装置
   とを具える光学式レーダ装置において、 ｅ）前記視野ミラーがｘ方向に幅を有し、この幅は、回
   転ドラムの２個の順次面において感知素子の像と放射源
   の像との間の距離以下となるように回転ミラー上の面の
   数を許容するように構成され、 ｆ）前記面像伝達系が、受光方向のビーム光路の下流端
   において、開口が形成されている平坦ミラーを有し、こ
   のミラーが、感知素子上に放射光を集光させ、前記放射
   源は前記ミラーに関して感知素子と対称な位置に配置さ
   れると共に放射エネルギーを全てのライン走査ビームに
   共通するビーム部分としてミラー開口部に放出するよう
   に構成したことを特徴とする光学式レーダ装置。 ２、前記画像伝達系がミラーだけで構成されていること
   を特徴とする請求項１に記載の光学式レーダ装置。 ３、前記画像伝達系がレンズを具えることを特徴とする
   請求項１に記載の光学式レーダ装置。 ４、前記放射源がＮ個のレーザダイオード組の像とされ
   、その像の矩形放射面が長さε及び幅ε′を有し、前記
   レーザダイオードの発光断面が上記２個の寸法と直交す
   る口径δを有し、レーザダイオードはその長さ方向に沿
   って互いに平行に配置され、前記像は、ダイオードの長
   手寸法に平行な母線を有しダイオード毎に１個づつ配置
   されているＮ個の円柱レンズを用いるＮ個のダイオード
   像伝達系と、前記Ｎ個の画像伝達系と共通するダイオー
   ドの長手寸法に平行な母線を有する別の円柱レンズとで
   形成され、はじめのＮ個の円柱レンズは１倍で作用し別
   の円柱レンズがＮ倍で作用することを特徴とする請求項
   １に記載の光学式レーダ装置。 ５、送光及び受光することにより視野を互いに直交する
   ２方向に、すなわちｘ方向にライン走査しｙ方向にラス
   タ走査する光学式レーダ装置であって、上述の方法によ
   り視野の種々の区域からのビームによって走査すると共
   に、視野区域からのビームによって送られてくる放射光
   を感知素子で受光し局部放射源から放射した放射ビーム
   によって上記視野区域に送光し、受光方向に沿う順序で
   、 ａ）ｙ方向を含みｘ方向と直交する面Ｐ内に光軸を有し
   、集束面が球面であり、その曲率中心が対物レンズの出
   射瞳の中心に位置する対物レンズと、 ｂ）ｘ方向に平行な軸を中心にして回動し、対物レンズ
   による視野像に近接する対物レンズの後側の集束ビーム
   中に配置されている平面すなわちラスタミラーを有する
   ラスタ走査手段と、 ｃ）面Ｐ内の固定軸ＹＹ′を中心にして均一に回転する
   と共にドラム周囲に沿って規則的に形成されている多数
   の反射面を有するドラム、及び感知素子及び放射源の像
   を面Ｐ上のＡ′点に形成する画像伝達系を具えるライン
   走査手段であって、前記ドラムが、感知素子及び放射源
   の結像側の前記画像伝達系の光路の集束ビーム中に配置
   され、ドラム面が面Ｐと直交するとき各ドラム面に関し
   てＡ′点と対称な点が、ＹＹ′に平行な位置にあるラス
   タミラーに対して対物レンズの焦点と対称な点の隣接区
   域にあるＤ点となるライン走査手段と、 ｄ）面Ｐを対称面としほぼＤ点に頂点を有する凹面ミラ
   ーすなわち“視野”ミラーを具え、前記ミラーが、ラス
   タミラーと協働し、対物レンズの出射瞳の中心Ｏを、面
   Ｐ上の固定点Ｃすなわちライン走査手段の出射瞳の中心
   と結合するように構成されている光学式ビーム偏向装置
   とを具える光学式レーダ装置において、 ｅ）前記視野ミラーがｘ方向に幅を有し、この幅は、回
   転ドラムの２個の順次面において感知素子の像と放射源
   の像との間の距離以下となるように回転ミラー上の面の
   数を許容するように構成され、 ｆ）前記画像伝達系が、受光方向のビーム光路の下流端
   において、伝播エネルギーを全てのライン走査ビームに
   共通の部分の放射源に戻す小型ミラーを有し、前記感知
   素子が小型ミラーに対して放射源と対称な位置に配置さ
   れていることを特徴とする光学式レーダ装置。 ６、前記画像伝達系がミラーだけで構成されていること
   を特徴とする請求項５に記載の光学式レーダ装置。 ７、前記画像伝達系がレンズを具えることを特徴とする
   請求項５に記載の光学式レーダ装置。 ８、前記放射源がＮ個のレーザダイオード組の像とされ
   、その像の矩形放射面が長さε及び幅ε′を有し、前記
   レーザダイオードの発光断面が上記２個の寸法と直交す
   る口径δを有し、レーザダイオードはその長さ方向に沿
   って互いに平行に配置され、前記像は、ダイオードの長
   手寸法に平行な母線を有しダイオード毎に１個づつ配置
   されているＮ個の円柱レンズを用いるＮ個のダイオード
   像伝達系と、前記Ｎ個の画像伝達系と共通するダイオー
   ドの長手寸法に平行な母線を有する別の円柱レンズとで
   形成され、はじめのＮ個の円柱レンズは１倍で作用し別
   の円柱レンズがＮ倍で作用することを特徴とする請求項
   ５に記載の光学式レーダ装置。