JPH05203745A - 光レーダシステムの光学ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 〔目的〕車載用などに利用される光レーダシステムにお
いて小型・簡易・安価な走査機能を備えた光学ヘッドを
提供する。 〔構成〕発光素子（１１）と受光素子（１２）のそれぞ
れの前方に送光用レンズ（２１）と受光用レンズ（２
２）とを配置すると共に、各素子と対応のレンズとの相
対位置を各レンズの光軸にほぼ垂直な面内でほぼ同一方
向にかつほぼ同一振幅で交番して変化させる走査手段
（２０，２３，３５，３７，３８）を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両の衝突警報システ
ムなどに利用される光レーダシステムの光学ヘッドに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】車両などの移動体に搭載される光レーダ
システムの探知範囲としては、２００ｍ程度の最大探知
可能距離と４ｍ程度の最大探知可能幅が望まれるが、発
光素子の最大発光量と受光素子の最大受光感度の限界か
ら、放射方向を固定した１本の光ビームによっては上述
のような探知範囲を実現することは困難な状況にある。

【０００３】このため、方向を僅かにずらした複数本の
光ビームを放射することにより必要な探知範囲を確保す
ることが考えられるが、この方法ではビーム数の増加に
つれて発光素子とその周辺回路の個数が増加し、大型か
つ高価になる。残る方法としては、１本の光ビームを走
査することが考えられる。この光ビームを走査する方法
としては、送受光系を含む光学ヘッドを回転させたり、
固定した送光系内に設置したポリゴンミラーなどの反射
鏡を回転させる方法が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記光学ヘッドを回転
させる光ビームの走査方法は、送受光系を含むヘッドが
大型であることからその回転機構が大型かつ高価にな
り、また、消費電力も増加するという問題がある。ま
た、送光系内に設置した反射鏡を回転させる方法では、
ポリゴンミラーなどの反射鏡が大型になるという点で、
上述した光学ヘッド全体を回転させる方法と同様の欠点
がある。従って、本発明の解決課題は、小型かつ安価で
しかも低消費電力のビーム走査機能を備えた光レーダシ
ステムの光学ヘッドを実現することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる光レーダ
システムの光学ヘッドは、発光、受光素子のそれぞれの
前方に設置された送光用、受光用レンズと、これら発光
素子及び送光用レンズの相対位置並びに受光素子及び受
光用レンズの相対位置を各レンズの光軸にほぼ垂直な面
内でほぼ同一方向にかつほぼ同一振幅で交番して変化さ
せる走査手段とを備えている。

【０００６】

【作用】図４（Ａ）に示すように、発光素子と受光素子
とを説明の便宜上それぞれ点ＰとＱとで代表し、それぞ
れの前方に送光用レンズＬ１と受光用レンズＬ２とを配
置するものとする。発光素子Ｐと受光素子Ｑはそれぞれ
送光用レンズＬ１と受光用レンズＬ２の焦点位置近傍に
あり、レンズＬ１とＬ２の光軸はほぼ平行である。

【０００７】図４（Ｂ）に示すように、発光素子Ｐと受
光素子Ｑとを固定した状態でレンズＬ１とＬ２を図中の
同一方向（この例では真上の方向）同一距離δだけ移動
させると、発光素子ＰとレンズＬ１の中心を連ねる線と
受光素子ＱとレンズＬ２の中心とを連ねる線は、それぞ
れレンズＬ１、Ｌ２の光軸に対して同一角度φだけ傾斜
する。これに伴い、発光素子Ｐから放射される光ビーム
は（Ａ）の場合に比べてφだけ上方に振られると共に、
受光素子の視野が（Ａ）の場合に比べて同一角度φだけ
変化する。

【０００８】このように、発光素子Ｐと受光素子Ｑとを
固定した状態で送光用と受光用のレンズＬ１とＬ２とを
それぞれの光軸に垂直な面内で同一方向に同一距離だけ
移動させることにより、発光／受光素子と送光用／受光
用レンズとを含む光学ヘッド全体を回転させと同様の走
査が行われる。これとは逆に、送光用レンズＬ１と受光
用レンズＬ２とを固定した状態で、発光素子Ｐと受光素
子ＱとをレンズＬ１、Ｌ２の光軸に垂直な面内で同一方
向に同一距離だけ移動させた場合にも、光学ヘッド全体
を回転させたと同様の走査が行われる。

【０００９】このようなレンズや光学素子の光軸に垂直
な方向への並進に伴って、光学素子とレンズの焦点との
位置ずれが生じ、ぼけが問題になる。従って、ヘッド全
体の回転によるビームの走査をレンズや光学素子の並進
で代用するという本発明の原理は、走査角が比較的小さ
な場合にのみ実用的である。ところで、車載用のレーザ
ーレーダなどでは、１０ｍ程度の前方を車線幅の±２ｍ
程度の範囲にわたって走査すればよいことから、ビーム
の走査角は±１２°程度で足りる。このように、本発明
の原理は、ビームの走査角の比較的小さな車載用のレー
ザーレーダなどに特に適している。

【００１０】上述のように、走査角が小さいという条件
のもとで、発光素子及び送光用レンズの相対位置並びに
受光素子及び受光用レンズの相対位置を各レンズの光軸
にほぼ垂直な面内で同一方向にかつ同一振幅で交番して
変化させることにより、ヘッド全体を回転させたと同様
の走査を行うことができる。一般に、レンズ又は素子の
みを移動させる機構は、ヘッド全体を回転させる機構や
反射鏡を回転させる機構に比べてはるかに小型・簡易で
あり、消費電力もはるかに小さい。この点については、
以下の実施例と共に説明する。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明の一実施例に係わる光レーダ
システムの光学ヘッドの主要部分の構成を示す斜視図で
ある。適宜な筐体（図示省略）内にプリント配線板１０
が固定されており、その表面には半導体レーザーなどの
発光素子１１とＡＰＤなどの受光素子１２が所定の間隔
を保ちながら固定されている。このプリント配線板１０
の前方にはこれとほぼ平行にレンズ保持板２０が配置さ
れており、その中央部分には送光用レンズ２１と受光用
レンズ２２とが所定の間隔を保ちながらそれぞれの鏡筒
内に固定されている。プリント配線板１０とレンズ保持
板２０は、発光素子１１が送光用レンズ２１の焦点近傍
に配置されると共に受光素子１２が受光用レンズの焦点
近傍に配置されるように、図示しない筐体内に相互に位
置決めされる。

【００１２】レンズ保持板の２０の右端部分には、縦長
の楕円形状の貫通孔２３が形成されると共に、筐体に固
定されている滑車３４，３５，３６，３７によって左右
に移動自在に保持される。貫通孔２３内には棒状体３５
の先端部分が挿入されており、この棒状体３５の根元部
分は、ステップモータ３８の回転軸に軸着された回転円
板３７の周辺部分に固定されている。この回転円板３７
の外周面の所定箇所には小型の永久磁石が埋め込まれて
おり、この永久磁石の通過をホール素子などを用いて検
出することにより回転円板３７の回転角度を検出する回
転センサ３９が設置されている。

【００１３】パルスモータ３８の回転に伴い、回転円板
３７に偏心して取り付けられた棒状体３５の先端が円を
描いて運動する。これに伴い、レンズ保持板２０が左右
に振動し、送光用レンズ２１と受光用レンズがそれぞれ
の光軸に垂直な面内で同一方向にかつ同一距離だけ移動
し、図４で説明した光ビームと受光視野の走査が行われ
る。レンズ２１、２２の焦点距離を２０ｍｍ程度、走査
角を±１２°程度とすれば、左右への振動の最大振幅は
±４ｍｍ程度となる。

【００１４】図２は、本発明の他の実施例に係わる光レ
ーダシステムの光学ヘッドの主要部分の構成を示す斜視
図である。本図において、図１と同一の参照符号を付し
た構成要素は図１に関して既に説明した構成要素と同一
のものであり、これらについては重複する説明を省略す
る。

【００１５】本実施例によれば、レンズ保持板２０が、
プリント配線板１０を固定する裏面板４３に薄手の側板
４１と４２を介して保持されている。側板４１と４２の
剛性は、その厚みをレンズ保持板２０や裏面板４３のそ
れに比べて小さな値に設定することによりレンズ保持板
２０や裏面板４３の剛性に比べて十分小さくなるような
値に設定されている。

【００１６】図２の側板の機能を図４の概念図によって
説明すれば、レンズ保持板２０の左右への振動に伴って
側板４１、４２が点線で図示するように撓む。この結
果、レンズ保持板２０は左右への振動に伴って前後にも
移動することになる。図示の便宜上、後方への前後の移
動量が左右の移動量に比べて強調されているが、実際に
は各レンズの中心と対応の光学素子との距離がほぼ一定
になるように側板の長さや剛性などが設定される。この
結果、発光素子１１と送光用レンズ２１間の距離と、受
光素子１２と受光用レンズ２２間の距離の変動がレンズ
保持板２０が左右にだけ振動する図１の場合に比べてよ
り小さな値に保たれ、焦点ぼけが軽減される。

【００１７】

【変形実施例】以上、本発明の光学ヘッドを二つの実施
例を挙げて説明したが、本発明の要旨の範囲内で多数の
類似の実施例が考えられる。これらの実施例のうち主要
なもののみを以下に列挙する。

【００１８】レンズ保持板２０を固定した状態で、プリ
ント配線板１０を振動させる構成。

【００１９】レンズ保持板２０やプリント配線板１０
を、圧電素子とカンチレバーとの組合せあるいはリニア
モータを用いて行う振動させる構成。

【００２０】送光系と受光系のそれぞれについて光学素
子とレンズとの相対位置の変化を独立に行う構成。

【００２１】図２の側板の撓みを利用する実施例におい
て、側板４１，４２の剛性やレンズ保持板２０の重量バ
ランスを調整することにより、レンズ２１，２２の動き
に光軸と並進方向の双方に直交する軸のまわりの微小な
回転を生じさせる構成。すなわち、図４に点線で示す状
態において、レンズ２１と２２について紙面と垂直な軸
の周りに反時計周りの微小な回転を生じさせることによ
り、光学素子とレンズの焦点との位置ずれを軽減する構
成。

【００２２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
わる光レーダシステムの光学ヘッドは、発光素子及び送
光用レンズの相対位置並びに受光素子及び受光用レンズ
の相対位置を各レンズの光軸にほぼ垂直な面内でほぼ同
一方向にかつほぼ同一振幅で交番して変化させる走査手
段を備える構成であるから、光学ヘッド全体や反射鏡を
回転させる従来装置に比べて小型かつ安価でしかも低消
費電力のビーム走査を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる光レーダシステムの
光学ヘッドの主要部分の構成を示す斜視図である。

【図２】本発明の他の実施例に係わる光レーダシステム
の光学ヘッドの主要部分の構成を示す斜視図である。

【図３】図２の実施例の側板の機能を説明するための概
念図である。

【図４】本発明の原理を説明するための概念図である。

【符号の説明】

１０ プリント配線板 １１ 発光素子 １２ 受光素子 ２０ レンズ保持板 ２１ 送光用レンズ ２２ 受光用レンズ ２３ 楕円状の溝 ３７ 回転円板 ３８ ステップモータ ３９ 回転角センサ 41,42 側板 ４３ 裏面板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光素子と、 受光素子と、 前記発光素子の前方に設置された送光用レンズと、 前記受光素子の前方に設置された受光用レンズと、 前記発光素子及び送光用レンズの相対位置並びに前記受
   光素子及び受光用レンズの相対位置を前記各レンズの光
   軸にほぼ垂直な面内でほぼ同一方向にかつほぼ同一振幅
   で交番して変化させる走査手段とを備えたことを特徴と
   する光レーダシステムの光学ヘッド。
2. 【請求項２】請求項１記載の光学ヘッドであって、 前記走査手段は、 前記送光用レンズと受光用レンズとをそれぞれの光軸を
   ほぼ平行に保ちながら所定の間隔で保持するレンズ保持
   機構と、 このレンズ保持機構を各レンズの光軸にほぼ垂直な方向
   に振動させる駆動機構とを備えたことを特徴とする光レ
   ーダシステムの光学ヘッド。