JP5511333B2 - 光走査装置、レーザレーダ装置、及び光走査方法 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置、レーザレーダ装置、及び光走査方法に関する。

従来、広角度の視野領域を監視する監視装置として、レーザレーダ装置が知られている。レーザレーダ装置は、視野領域内に在る障害物を監視し、レーザ光の直進性を利用して障害物までの距離などを計測する。上記レーザレーダ装置は、移動体である車両に搭載されて、車両前方及び車両側方の障害物との距離を測定する測距装置（車載用レーザレーダ装置）としても使用されている。

レーザレーダ装置は、レーザ光を出力する光出力部と、レーザ光を検出する光検出部とで構成されている。レーザレーダ装置の光出力部には、広角度の視野領域を、死角が生じないように高角度分解能で走査する機能が必要とされる。レーザ光を用いて走査を行う従来の光走査装置では、走査全角内の各方位において均一な走査を行うために、レーザ光の偏光状態を揃えるのが一般的であった（特許文献１、２）。

例えば、特許文献１に記載の走査型距離測定装置では、像回転プリズムを走査ミラーと連動して回転させることで、走査範囲の全周において投影像を回転させないようにして、走査ミラーの回転方向の分解能を低下させずに、検知範囲を拡大させている。また、特許文献２に記載の対象反射物体検出装置では、光沢平面部材等からの強い正反射光を排除するために、偏光方向を規定した偏光を出射光に用いて走査を行っている。

特開平９−２１８７２号公報 特開平７−１２５６９号公報

しかしながら、車載用レーザレーダ装置の走査全角内の各方位においてレーザ光の偏光方向を一定とすると、広角度の視野領域の両端部で検出されるレーザ光の強度（即ち、感度）が低下するという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、広角度の視野領域の全範囲において感度を一定に保持することができる、光走査装置、レーザレーダ装置、及び光走査方法を提供することにある。

上記目的を達成するために各請求項に係る発明は下記構成を備えたことを特徴とする。

請求項１の発明は、水平方向に対して予め定めた傾斜角度で交差するように配置された透明平板と、レーザ光を射出する光源とレーザ光を偏向する光偏向器とを備え、前記光偏向器により前記光源から射出されたレーザ光を水平方向に走査すると共に、前記光偏向器により前記光源から射出されたレーザ光の偏光面を前記傾斜角度及び水平方向の方位角に応じて定まるｐ偏向面の方向に略一致するように回転させて、偏向されたレーザ光を前記透明平板側に出力する光出力部と、を備え、前記透明平板を通して前記光出力部から出力されたレーザ光を走査する光走査装置である。

請求項２の発明は、前記光偏向器は、前記光源から入射する入射光を水平方向に反射するように水平方向と交差する反射面を備えた可動ミラーを含み、該可動ミラーの所定軸周りの回転により前記光源から射出されたレーザ光を偏向する請求項１に記載の光走査装置である。

請求項３の発明は、前記可動ミラーは、前記入射光の前記反射面への入射角に応じて、前記レーザ光の偏光面を回転させる請求項２に記載の光走査装置である。

請求項４の発明は、前記光偏向器は、前記可動ミラーと同軸で回転する１／２波長板を更に含み、前記入射光の前記反射面への入射角と前記１／２波長板の回転角度とに応じて、前記レーザ光の偏光面を回転させる請求項２又は請求項３に記載の光走査装置である。

請求項５の発明は、前記透明平板の前記傾斜角度は、２０°以上で且つ４５°以下の範囲である請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の光走査装置である。

請求項６の発明は、水平方向に対して予め定めた傾斜角度で交差するように配置されたフロントガラスを通してレーザ光を走査するレーザレーダ装置であって、レーザ光を射出する光源とレーザ光を偏向する光偏向器とを備え、前記光偏向器により前記光源から射出されたレーザ光を水平方向に走査すると共に、前記光偏向器により前記光源から射出されたレーザ光の偏光面を前記傾斜角度及び水平方向の方位角に応じて定まるｐ偏向面の方向に略一致するように回転させて、偏向されたレーザ光を前記フロントガラス側に出力する光出力部と、前記フロントガラスを通して前記光出力部から出力され且つ前方又は側方に存在する障害物により反射されたレーザ光を検出する光検出部と、を備えたレーザレーダ装置である。

請求項７の発明は、前記光偏向器は、前記光源から入射する入射光を水平方向に反射するように水平方向と交差する反射面を備えた可動ミラーを含み、該可動ミラーの所定軸周りの回転により前記光源から射出されたレーザ光を偏向する請求項６に記載のレーザレーダ装置である。

請求項８の発明は、前記フロントガラスの前記傾斜角度は、２０°以上で且つ４５°以下の範囲である請求項６又は請求項７に記載のレーザレーダ装置である。

請求項９の発明は、水平方向に対して予め定めた傾斜角度で交差するように配置された透明平板を通してレーザ光を走査する光走査方法であって、光源から射出されたレーザ光を水平方向に走査すると共に、光源から射出されたレーザ光の偏光面を前記傾斜角度及び水平方向の方位角に応じて定まるｐ偏向面の方向に略一致するように回転させて、偏向されたレーザ光を前記透明平板側に出力し、前記透明平板を通して前記出力されたレーザ光を走査する光走査方法である。

請求項１０の発明は、前記光源から入射する入射光を水平方向に反射するように水平方向と交差する反射面を備えた可動ミラーを所定軸周りに回転させて、前記光源から射出されたレーザ光を偏向する請求項９に記載の光走査方法である。

請求項１１の発明は、前記透明平板の前記傾斜角度は、２０°以上で且つ４５°以下の範囲である請求項９又は請求項１０に記載の光走査方法である。

本発明によれば、広角度の視野領域の全範囲において感度を一定に保持することができる、光走査装置、レーザレーダ装置、及び光走査方法が提供される。

本発明の実施の形態に係る車載用レーザレーダ装置の構成を示す概略図である。 透明平板の表面に入射するレーザ光の入射角φ_ｖに対するｐ偏光及びｓ偏光の反射率を表すグラフである。 （Ａ）は車両のフロントガラスの傾斜角度θを示す側面図であり、（Ｂ）は車載用レーザレーダ装置から射出されたレーザ光（入射光）のフロントガラスへの入射角φ_ｖを示す断面図である。 （Ａ）は車載用レーザレーダ装置による水平方向の走査の様子を示す斜視図であり、（Ｂ）は水平方向の所定方位に射出されたレーザ光（走査ビーム）の方位角αを定義するための平面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は走査ビームの方位角α＝０°の場合にｐ偏光面が鉛直方向と平行になる理由を説明する図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は走査ビームの方位角α≠０°の場合にｐ偏光面が鉛直方向とは平行にならない理由を説明する図である。 （Ａ）は傾斜角度θを定義する図であり、（Ｂ）は方位角αに対するｐ偏光面の回転角γを表すグラフである。 （Ａ）〜（Ｃ）は視野領域の両端部での感度低下の理由とその防止策とを説明するための模式図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は入射されたレーザ光を偏向する光偏向器の構成の一例を示す模式図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は図９（Ａ）に示す光偏向器の具体的な構成及び動作を示す斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は走査ビームの偏光面が回転する様子を示す図である。 方位角αに対する走査ビームの偏向面の回転角δを表すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を説明する。なお、以下では、本発明の光走査装置及びレーザレーダ装置を、車載用レーザレーダ装置に適用した実施の形態について説明する。

＜車載用レーザレーダ装置の概略構成＞
図１は本発明の実施の形態に係る車載用レーザレーダ装置の構成を示す概略図である。図１に示すように、レーザレーダ装置１０は、レーザ光を出力する光出力部１２、監視領域内に在る障害物１４により反射されたレーザ光を検出する光検出部１６、及びレーザレーダ装置１０の各部を制御する制御部１８を含んで構成されている。

光出力部１２は、レーザ光を射出するレーザ光源２０、及び入射されたレーザ光を偏向する光偏向器２２を備えている。レーザ光源２０は、レーザダイオード（ＬＤ）等の半導体レーザで構成されている。光偏向器２２は、入射されたレーザ光の光路を、反射により変更する可動ミラー（図示せず）を備えている。なお、光偏向器２２の詳細な構造については後述する。レーザ光源２０は、レーザドライバ２４に接続されている。光偏向器２２は、光偏向器ドライバ２６に接続されている。光検出部１６は、集光レンズ２８及び光検出器３０を含んで構成されている。

制御部１８は、一般のコンピュータと同様に、装置全体の制御及び各種演算を行うＣＰＵ（中央処理装置; Central Processing Unit）３２、ＯＳ（Operating Systems）等の各種プログラムを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）３４、プログラムの実行時にワークエリアとして使用されるＲＡＭ（Random Access Memory）３６、及び入出力部（Ｉ／Ｏポート）３８を備えている。これら各部は、バスにより相互に接続されている。

本実施の形態では、ＲＯＭ３４には、レーザレーダ装置１０により視野領域を監視するための種々の監視用プログラムが記憶されている。これらの監視用プログラムの実行により、制御部１８は、反射パルス光の遅延時間から障害物１４までの距離を算出する測距装置（解析装置）として機能する。

入出力部３８は、レーザドライバ２４、光偏向器ドライバ２６、及び光検出器３０の各々に接続されている。また、入出力部３８は、装置の操作を行うための操作部４０に接続されている。なお、制御部１８は、各種情報を記憶するハードディスク（ＨＤ）や各種情報を入力する各種ドライブを備えていてもよい。また、入出力部３８には、小型ディスプレイ等の表示装置が接続されていてもよい。

次に、上記レーザレーダ装置１０の動作を簡単に説明する。操作部４０からの指示入力、走行開始の検知等により、レーザレーダ装置１０による視野領域の監視が開始される。ＣＰＵ３２は、監視用プログラムをＲＯＭ３４から読み出し、ＲＡＭ３６にロードする。そして、ＲＡＭ３６をワークエリアとして使用し、ロードされたプログラムを実行する。

まず、制御部１８からレーザドライバ２４に、レーザ光源２０を駆動するための制御信号が入力される。レーザドライバ２４は、入力された制御信号に基づいて駆動信号を生成する。レーザ光源２０は、この駆動信号に基づいてパルス変調駆動される。例えば１０ナノ秒（ｎｓ）程度のパルス幅のレーザ光を照射するように駆動される。レーザ光源２０からは、パルス変調された所定発光強度のレーザ光パルス（以下、単に「レーザ光」という。）が出射される。レーザ光は、被走査面までの距離に応じた所定の発光強度に制御されている。ここで被走査面とは、監視領域の最外部に仮想的に設定されるレーザ光の照射面のことである。

また、制御部１８から光偏向器ドライバ２６に、光偏向器２２を駆動するための制御信号が入力される。光偏向器ドライバ２６は、入力された制御信号に基づいて駆動信号を生成する。光偏向器２２は、この駆動信号に基づいて駆動される。即ち、光偏向器２２内の可動ミラー（図示せず）が、所定の軸周りに回転しながら、入射されたレーザ光を反射する。

こうしてレーザ光源２０から出射されたレーザ光は、光偏向器２２で偏向され、被走査面に向けて照射される。被走査面に向けて照射されたレーザ光は、監視領域内に在る障害物１４に照射される。障害物１４で反射されたレーザ光（反射光パルス）は、光検出部１６の集光レンズ２８で集光されて、光検出器３０で検出される。光検出器３０は、検出した光を電気信号に変換して増幅する。増幅された検出信号は、光検出器３０から制御部１８に入力される。

制御部１８では、反射光パルスの遅延時間τ（単位：秒）と光速ｃ（＝３．０×１０^８ｍ／秒）とを用いて、障害物１４までの距離Ｌ（単位：ｍ）が、τ＝２Ｌ／ｃの関係に基づいて算出される。なお、遅延時間τは、レーザ光源２０から出力されたレーザ光パルスが、光検出器３０で反射光パルスとして検出されるまでの時間である。また、算出された障害物１４までの距離Ｌは、必要に応じて表示装置（図示せず）に表示される。

上記の車載用レーザレーダ装置では、傾斜配置されたフロントガラス（図示せず）が「透明平板」に相当する。従って、フロントガラスと上記のレーザ光源２０及び光偏向器２２を備えた光出力部１２とが「光走査装置」に相当する。なお、車載用レーザレーダ装置では、路面と平行な方向が「水平方向」であり、路面と直交する方向が「鉛直方向」である。また、車載用レーザレーダ装置には、８７０ｎｍ以上の発振波長の赤外線レーザ光源が好適に使用される。

＜感度低下の原因＞
次に、車載用レーザレーダ装置の感度が低下する原因の１つについて説明する。図２は入射角に対するｐ偏光及びｓ偏光の反射率を表すグラフである。横軸は表面に対する入射角φ_ｖ（鉛直成分、単位：°）を表し、縦軸は下記式で求められる強度反射率（単位：％）を表す。
強度反射率（％）＝反射光強度/入射光強度×１００

また、ｐ偏光（ｐ波）を実線で図示し、ｓ偏光（ｓ波）を点線で図示する。なお、光の振動方向が入射光と法線方向を含む平面内にある偏光がｐ偏光であり、光の振動方向が前記平面に垂直な平面内にある偏光がｓ偏光である。以下では、入射光と法線方向を含む平面を「入射面」という。

図２に示すように、誘電体からなる透明平板の表面に光を入射させると、表面での反射率は入射角φ_ｖに応じて変化する。また、透明平板の表面での反射率は、フレネルの法則によりｐ偏光とｓ偏光とで異なっている。ここでの「透明平板」は、ガラス板（屈折率ｎ＝１．５２）である。ガラス板に光を入射させた場合には、ｓ偏光は入射角φ_ｖが大きくなると反射率が単調増加する。これに対しｐ偏光では、入射角φ_ｖが大きくなると反射率が減少し、入射角φ_ｖが５７°で反射率が一旦ゼロになり、入射角φ_ｖが５７°を超えると反射率が増加する。

図３（Ａ）に示すように、一般に、車両５０のフロントガラス５２は路面（水平方向）に対して約３０°の傾斜角度θで設置されている。従って、車載用レーザレーダ装置では、路面に水平にレーザ光を走査する場合、図３（Ｂ）に示すように、入射光Ｂ_ｉｎのフロントガラス５２への入射角φ_ｖは６０°前後となる。入射角φ_ｖは、入射光Ｂ_ｉｎとフロントガラス５２の法線Ｌ_ｖ５２とがなす角度である。図２に示す関係から、入射角φ_ｖが６０°前後では、入射光Ｂ_ｉｎの偏光状態に応じて反射率が大幅に異なることが分かる。

即ち、入射光Ｂ_ｉｎのｓ偏光成分が増加すると、フロントガラス５２の内側及び外側表面でｓ偏光成分が反射されて、フロントガラス５２を透過するレーザ光が減少する。同様に、障害物で反射された戻り光についても、フロントガラス５２の外側及び内側表面でｓ偏光成分が反射されて、フロントガラス５２を透過するレーザ光が減少する。このように、入射角φ_ｖが６０°前後では、入射光Ｂ_ｉｎのｓ偏光成分が増加すると反射率が高くなり、光検出部１６（図１参照）で検出されるレーザ光の強度（感度）が低下する。

＜走査方位とｐ偏光面の回転＞
次に、車載用レーザレーダ装置の水平方向の走査方位とｐ偏光面の回転との関係について説明する。図４（Ａ）は車載用レーザレーダ装置による水平方向の走査の様子を示す斜視図である。また、図４（Ｂ）は水平方向の所定方位に射出されたレーザ光（走査ビーム）の方位角αを定義するための平面図である。

図４（Ａ）に示すように、一般に、車両５０のフロントガラス５２は水平方向に対して約３０°の傾斜角度θで設置されている。車両と同様に、飛行機、電車、船舶等の移動体のフロントガラスは、移動時の空気抵抗を低減するため等の理由で傾斜させるのが一般的である。また、車載用レーザレーダ装置１０は、車両５０の幅方向の中央で且つ車室内に設置されるのが一般的である。このように設置されたレーザレーダ装置１０により、フロントガラス５２を通して水平方向にレーザ光を走査する場合について説明する。

レーザレーダ装置１０から車両５０の正面前方にレーザ光を射出する場合には、フロントガラス５２に入射するレーザ光のｐ偏光面は鉛直方向と平行である。一方、レーザレーダ装置１０から車両５０の斜め前方にレーザ光を射出する場合には、フロントガラス５２に対する入射面が回転し、入射するレーザ光のｐ偏光面は鉛直方向と平行にはならない。

図４（Ｂ）に示すように、車両５０の幅方向の中央に設置されたレーザレーダ装置１０は、フロントガラス５２を通して水平方向にレーザ光を走査する。水平方向の全走査角は、例えば約９０°（±４５°）とすることができる。車両５０の正面前方（Ｃ方向）を基準方位として、Ｃ方向に射出されるレーザ光の方位角を０°とする。車両５０の右斜め前方（Ｒ方向）又は車両５０の左斜め前方（Ｌ方向）に射出されるレーザ光の方位角をαとする。

図４（Ｂ）では、走査ビームを太い実線で図示し、Ｃ方向、Ｒ方向端又はＬ方向端を点線で図示する。即ち、走査ビームの水平方向の方位と基準方位とが成す角度が「方位角α」である。ここではＲ方向及びＬ方向の方位角の両方をプラス標記とするが、Ｒ方向及びＬ方向の一方をマイナス標記としてもよい。

ここで、走査ビームの方位角αに応じてｐ偏光面が回転する様子を詳しく説明する。図５（Ａ）〜（Ｃ）は走査ビームの方位角α＝０°の場合にｐ偏光面が鉛直方向と平行になる理由を説明する図である。図５（Ａ）は走査ビームを車室内から見た斜視図であり、図５（Ｂ）は走査ビームを車両の上方から見た平面図であり、図５（Ｃ）は走査ビームを車両の側方から見た側面図である。ここで、ｘ方向は水平方向で且つ車両５０の幅方向であり、ｙ方向は車両５０の進行方向であり、ｚ方向は鉛直方向である。ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向は、互いに直交する直交座標系を構成する。

図４（Ｂ）に示すように、走査ビームの方位角α＝０°の場合には、車両５０の正面前方（Ｃ方向）にレーザ光が射出される。即ち、図５（Ｂ）に示すように、入射光Ｂ_ｉｎ、反射光Ｂ_ｒｅｆ、及びフロントガラス５２の法線Ｌ_ｖ５２は水平方向の同じ直線上にあり、入射角φ_ｈ（水平成分）＝０である。従って、図５（Ａ）に両矢印で図示した通り、ｐ偏光の振動方向は、入射光Ｂ_ｉｎ及び法線Ｌ_ｖ５２を含む入射面５４Ｃ内に存在する。即ち、ｐ偏光面（入射面５４Ｃ）は、鉛直方向と平行になる。

図６（Ａ）〜（Ｃ）は走査ビームの方位角α≠０°の場合にｐ偏光面が鉛直方向とは平行にならない理由を説明する図である。図６（Ａ）は走査ビームを車室内から見た斜視図であり、図６（Ｂ）は走査ビームを車両の上方から見た平面図であり、図６（Ｃ）は走査ビームを車両の側方から見た側面図である。なお、図５と同様に、ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向は、互いに直交する直交座標系を構成する。

図４（Ｂ）に示すように、走査ビームの方位角α≠０°の場合には、車両５０の斜め前方（Ｒ方向又はＬ方向）にレーザ光が射出される。図６（Ａ）〜（Ｃ）では、走査ビームの方位角α＝４５°であり、水平方向の全走査角の右端にある「Ｒ方向端」に、レーザ光が射出される場合について説明する。

この場合、図６（Ｂ）に示すように、入射光Ｂ_ｉｎ及び法線Ｌ_ｖ５２は水平方向において交差し、入射角φ_ｈ（水平成分）≠０°である。また、図６（Ｃ）に示すように、入射光Ｂ_ｉｎ及び法線Ｌ_ｖ５２は鉛直方向において交差し、入射角φ_ｖ（鉛直成分）≠０°である。従って、図６（Ａ）に両矢印で図示した通り、ｐ偏光の振動方向は、入射光Ｂ_ｉｎ及び法線Ｌ_ｖ５２を含む入射面５４Ｒ内に存在する。即ち、ｐ偏光面（入射面５４Ｒ）は、車室内から見て、鉛直方向に対し左周りに回転する（図４（Ａ）参照）。

逆に、水平方向の全走査角の左端にある「Ｌ方向端」にレーザ光が射出される場合も、入射角φ_ｈ（水平成分）≠０°で且つ入射角φ_ｖ（鉛直成分）≠０°であり、ｐ偏光面（入射面５４Ｌ）は、車室内から見て、鉛直方向に対し右周りに回転する（図４（Ａ）参照）。

図７（Ａ）は傾斜角度θを定義する図であり、図７（Ｂ）は方位角αに対するｐ偏光面の回転角γを表すグラフである。図７（Ｂ）において、横軸は方位角α（単位：°）を表し、縦軸はｐ偏光面の回転角γ（単位：°）を表す。フロントガラス５２の傾斜角度θ＝４５°の場合を実線で示し、傾斜角度θ＝３０°の場合を点線で示し、傾斜角度θ＝２０°の場合を一点鎖線で示す。なお、図７（Ａ）に示すように、傾斜角度θは、「透明平板」であるフロントガラス５２が路面（水平方向）に対して成す角度であり、車両では約３０°である。

図７（Ｂ）から分かるように、傾斜角度θが２０°、３０°、４５°では、方位角αが０°〜４５°の範囲で増加するに従い、ｐ偏光面の回転角γは単調増加する。例えば、傾斜角度θ＝３０°の場合では、方位角α＝０°のとき回転角γは０°であるが、方位角α＝４５°のとき回転角γは２２°である。また、傾斜角度θが２０°、３０°、４５°と増加するに従い、ｐ偏光面の回転角γの値は増加する。例えば、方位角α＝４５°の場合では、傾斜角度θ＝２０°のとき回転角γは９°であるが、傾斜角度θ＝４５°のとき回転角γは３５°である。

＜反射による感度低下とその防止策＞
次に、車載用レーザレーダ装置の視野領域の両端部で感度が低下する理由の１つとその防止策について説明する。図８（Ａ）〜（Ｃ）は視野領域の両端部での感度低下の理由とその防止策とを説明するための模式図である。図８（Ａ）は走査方位に応じてｐ偏光面が回転する様子を示す図であり、図８（Ｂ）は走査ビームの偏光方向を一定とした場合にｐ偏光成分とｓ偏光成分との割合を示す図である。実線の両矢印はｐ偏光面を表し、点線の両矢印はｓ偏光面を表す。走査ビームの偏光方向を白抜きの矢印で表す。また、図８（Ｃ）は走査ビームの偏光面をｐ偏光面と略一致するように回転させる様子を示す図である。

図８（Ａ）に示すように、また上述したように、水平方向Ｄ_ｈにおける車両５０の正面前方（Ｃ方向）にレーザ光が射出される場合には、ｐ偏光面は鉛直方向Ｄ_ｖと平行になる。これに対し、水平方向Ｄ_ｈにおける車両５０の斜め前方（Ｒ方向又はＬ方向）にレーザ光が射出される場合には、ｐ偏光面は鉛直方向Ｄ_ｖと平行にはならない。右斜め前方にレーザ光が射出されるときは、ｐ偏光面は鉛直方向Ｄ_ｖに対し左周りに角度γだけ回転する。また、左斜め前方にレーザ光が射出されるときは、ｐ偏光面は鉛直方向Ｄ_ｖに対し右周りに角度γだけ回転する。

図８（Ｂ）に示すように、水平方向Ｄ_ｈの全走査角において走査ビームの偏光方向を一定（鉛直方向Ｄ_ｖと平行）にすると、走査方位に応じてｐ偏光面が回転することに伴い、走査ビームのｐ偏光成分とｓ偏光成分との割合が変化する。Ｃ方向に射出される走査ビームはｐ偏光成分のみ（即ち、ｐ偏光）であり、Ｒ方向又はＬ方向に射出される走査ビームはｐ偏光成分及びｓ偏光成分を含む。

視野領域である全走査角の両端部に向って、走査ビームのｓ偏光成分が増加する。上述した通り、傾斜角度θの下では、入射光のｓ偏光成分が増加すると反射率が高くなり、検出感度が低下する。特に、入射角φ_ｖが６０°前後では、ｐ偏光成分の反射率は略ゼロであるため、ｓ偏光成分の増加による検出感度の低下が顕著となる。

そこで、図８（Ｃ）に示すように、水平方向Ｄ_ｈの全走査角において走査ビームの偏光面を、ｐ偏光面と略一致するように角度δだけ回転させる。即ち、走査方位での偏光面の回転角δを、ｐ偏光面の回転角γと略同じ角度とする。このように、走査方位でのｐ偏光面の回転角γに応じて偏光面を角度δだけ回転させることで、その走査方位でのフロントガラス５２の表面での反射率が低下し、フロントガラス５２に対する走査ビームの透過率が向上する。

図７（Ｂ）に示すように、ｐ偏光面の回転角γは傾斜角度θに応じて変化する。従って、より具体的には、傾斜角度θ及び方位角αに応じて定まるｐ偏光面の回転角γに合わせて、偏光面を角度δだけ回転させる。これにより、その傾斜角度θ及び方位角αにおいて、フロントガラス５２に対する走査ビームの透過率が向上する。

＜光偏向器の具体例＞
次に、走査ビームの偏光面を回転させながら水平方向に走査する光偏向器（図１の光偏向器２２）の構成について説明する。図９（Ａ）及び（Ｂ）は、入射されたレーザ光を偏向する光偏向器の構成の一例を示す模式図である。何れの光偏向器も、所定軸周りに回転する可動ミラーを備えている。

図９（Ａ）に示す例では、光偏向器２２は、回転軸Ｌ_ｌの周りに回転する回転ミラー５６を備えている。ここでは、回転ミラー５６の反射面５６Ａを、模式的に回転ミラーとして図示している。光偏向器２２の回転ミラー５６は、反射面５６Ａが水平方向と交差するように配置されている。反射面５６Ａの法線が法線Ｌ_ｖ５６である。

図１及び図４も参照して動作を説明すると、レーザ光源２０から入射したレーザ光（入射光ＯＢ_ｉｎ）は、反射面５６Ａで反射される。回転ミラー５６の回転に伴う反射面５６Ａの面方位の変化により、レーザ光は水平方向に偏向される。反射されたレーザ光（反射光ＯＢ_ｒｅｆ）は、フロントガラス５２に投光される。反射光ＯＢ_ｒｅｆと法線Ｌ_ｖ５６とが成す角度が、光偏向器２２での入射角βである。なお、図９（Ａ）では、反射光ＯＢ_ｒｅｆと回転軸Ｌ_ｌとが直交する構成例を図示したが、反射光ＯＢ_ｒｅｆと回転軸Ｌ_ｌとが所定角度で交差していてもよい。

例えば、図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、回転ミラー５６を円筒状にすることで、図９（Ａ）に示す光偏向器２２を構成することができる。この円筒を斜めに切断した断面に、斜線を付したように反射面５６Ａが設けられている。ここで、回転ミラー５６の回転角度だけ、走査ビームの方位角αが変化すると仮定する。

図１０（Ａ）に示すように、回転ミラー５６の回転角度＝０°（方位角α＝０°）では、反射光ＯＢ_ｒｅｆが走査ビームとしてフロントガラス５２の中央に投光される。図１０（Ｂ）に示すように、回転ミラー５６の左周りの回転角度＝４５°（方位角α＝４５°）では、反射光ＯＢ_ｒｅｆが走査ビームとしてフロントガラス５２の左側に投光される。

図１１（Ａ）及び（Ｂ）は走査ビームの偏光面が回転する様子を示す図である。反射光ＯＢ_ｒｅｆは反射面５６Ａで反射されて、フロントガラス５２に投光される。図１１（Ａ）及び（Ｂ）では、反射光ＯＢ_ｒｅｆの偏向面６０、反射面５６Ａ上での写像６２、及び投光される走査ビームの偏向面６４の各々の関係を模式的に図示する。

図１１（Ａ）に示すように、方位角α＝０°では、反射面５６Ａ上での写像６２が正面前方（Ｃ方向）に投影され、走査ビームの偏向面６４は鉛直方向と平行になる。また、図１１（Ｂ）に示すように、方位角α＝４５°では、反射面５６Ａ上での写像６２が左斜め前方（Ｌ方向）に投影され、走査ビームの偏向面６４は鉛直方向から右周りに回転する。

図１２は方位角αに対する走査ビームの偏向面の回転角δを表すグラフである。図１２において、横軸は方位角α（単位：°）を表し、縦軸は走査ビームの偏光面の回転角δ（単位：°）を表す。回転ミラー５６の反射面５６Ａへの入射角β＝３５°の場合を実線で示し、入射角β＝２５°の場合を点線で示し、入射角β＝１５°の場合を一点鎖線で示す。回転ミラー５６の反射面５６Ａへの入射角βの角度を変化させることで、走査ビームの偏向面の回転角δが変化する。

即ち、方位角α及び入射角βを変化させることで、走査ビームの偏向面６４の回転角δを所定角度にすることができる。例えば、方位角α＝４５°の場合には、入射角β＝１５°のとき回転角δは１２°であるが、入射角β＝２５°では回転角δは２１°に増加し、入射角β＝３５°では回転角δは３２°まで増加する。

図７（Ｂ）によれば、フロントガラス５２の傾斜角度θ＝３０°では、方位角α＝４５°でｐ偏向面の回転角γは２２°である。従って、光偏向器での入射角β＝２５°では、方位角α＝４５°において、走査ビームの偏向面の回転角δ＝２１°となり、走査ビームの偏向面とｐ偏向面とは略一致することになる。なお、ここで「略一致」とは、１０°以下の誤差しか生じないことを意味する。

なお、上記では、図９（Ａ）に示す構成の光偏向器について説明したが、この構成は走査ビームの偏光面を回転させながら水平方向に走査する光偏向器の一例に過ぎない。例えば、図１の光偏向器２２を、図９（Ｂ）に示す構成とすることができる。

図９（Ｂ）に示す光偏向器２２は、図９（Ａ）に示す例と同様に、回転軸Ｌ_ｌの周りに回転する回転ミラー５６を備えている。また、図９（Ｂ）に示す光偏向器２２は、回転ミラー５６に加えて、回転ミラー５６と同軸で回転する回転型の１／２波長板５８を備えている。図９（Ａ）と同様に、反射面５６Ａだけを、模式的に回転ミラーとして図示している。光偏向器２２の回転ミラー５６は、反射面５６Ａが水平方向と交差するように配置されている。反射面５６Ａの法線が法線Ｌ_ｖ５６である。

図１及び図４も参照して動作を説明すると、レーザ光源２０から入射したレーザ光（入射光ＯＢ_ｉｎ）は、１／２波長板５８を通過することにより偏向面が角度χだけ回転されて、反射面５６Ａで反射される。偏向面が角度χだけ変化するのに必要な１／２波長板５８の回転角度を角度σとする。回転ミラー５６の回転に伴う反射面５６Ａの面方位の変化により、レーザ光は水平方向に偏向されると共にその偏向面が更に回転される。反射されたレーザ光（反射光ＯＢ_ｒｅｆ）は、フロントガラス５２に投光される。

上記の動作からも分かるように、この光偏向器２２では、回転ミラー５６と１／２波長板５８とを連動させて、走査ビームの偏向面６４を回転させている。即ち、１／２波長板５８の回転角度σ、方位角α及び入射角βを変化させることで、走査ビームの偏向面６４の回転角δを所定角度にすることができる。なお、１／２波長板５８を回転ミラー５６の上流側に配置する例について説明したが、１／２波長板５８は回転ミラー５６の下流側に配置してもよい。なお、１枚の１／２波長板５８は、２枚の１／４波長板で代替することができる。

＜他の適用用途＞
なお、上記の実施の形態では、本発明を車載用レーザレーダ装置に適用した実施の形態について説明したが、本発明の適用範囲は車載用レーザレーダ装置には限定されない。傾斜配置された透明平板を通してレーザ光を走査する光走査装置では、広角度の視野領域の両端部で感度が低下するという同様の問題が発生する。従って、傾斜配置された透明平板を通してレーザ光を走査する光走査装置やレーザレーダ装置であれば、本発明を適用して同様の効果を得ることができる。

例えば、移動体は車両に限定されず、飛行機、電車、船舶等でもよい。また、移動体に配置された場合に限らず、固定配置された（静止した）光走査装置やレーザレーダ装置であってもよい。特に、透明平板の水平方向に対する傾斜角度が２０°以上で且つ４５°以下の場合に、感度低下を防止する効果が高く、本発明が好適に適用される。

１０ レーザレーダ装置
１２ 光出力部
１４ 障害物
１６ 光検出部
１８ 制御部
２０ レーザ光源
２２ 光偏向器
２４ レーザドライバ
２６ 光偏向器ドライバ
２８ 集光レンズ
３０ 光検出器
３８ 入出力部
４０ 操作部
５０ 車両
５２ フロントガラス
５４Ｃ 入射面
５４Ｒ 入射面
５４Ｌ 入射面
５６ 回転ミラー
５６Ａ 反射面
５８ １／２波長板
６０ 偏向面
６２ 写像
６４ 偏向面

Claims (11)

1. 水平方向に対して予め定めた傾斜角度で交差するように配置された透明平板と、
   レーザ光を射出する光源とレーザ光を偏向する光偏向器とを備え、前記光偏向器により前記光源から射出されたレーザ光を水平方向に走査すると共に、前記光偏向器により前記光源から射出されたレーザ光の偏光面を前記傾斜角度及び水平方向の方位角に応じて定まるｐ偏向面の方向に略一致するように回転させて、偏向されたレーザ光を前記透明平板側に出力する光出力部と、
   を備え、
   前記透明平板を通して前記光出力部から出力されたレーザ光を走査する光走査装置。
2. 前記光偏向器は、前記光源から入射する入射光を水平方向に反射するように水平方向と交差する反射面を備えた可動ミラーを含み、該可動ミラーの所定軸周りの回転により前記光源から射出されたレーザ光を偏向する請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記可動ミラーは、前記入射光の前記反射面への入射角に応じて、前記レーザ光の偏光面を回転させる請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記光偏向器は、前記可動ミラーと同軸で回転する１／２波長板を更に含み、前記入射光の前記反射面への入射角と前記１／２波長板の回転角度とに応じて、前記レーザ光の偏光面を回転させる請求項２又は請求項３に記載の光走査装置。
5. 前記透明平板の前記傾斜角度は、２０°以上で且つ４５°以下の範囲である請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の光走査装置。
6. 水平方向に対して予め定めた傾斜角度で交差するように配置されたフロントガラスを通してレーザ光を走査するレーザレーダ装置であって、
   レーザ光を射出する光源とレーザ光を偏向する光偏向器とを備え、前記光偏向器により前記光源から射出されたレーザ光を水平方向に走査すると共に、前記光偏向器により前記光源から射出されたレーザ光の偏光面を前記傾斜角度及び水平方向の方位角に応じて定まるｐ偏向面の方向に略一致するように回転させて、偏向されたレーザ光を前記フロントガラス側に出力する光出力部と、
   前記フロントガラスを通して前記光出力部から出力され且つ前方又は側方に存在する障害物により反射されたレーザ光を検出する光検出部と、
   を備えたレーザレーダ装置。
7. 前記光偏向器は、前記光源から入射する入射光を水平方向に反射するように水平方向と交差する反射面を備えた可動ミラーを含み、該可動ミラーの所定軸周りの回転により前記光源から射出されたレーザ光を偏向する請求項６に記載のレーザレーダ装置。
8. 前記フロントガラスの前記傾斜角度は、２０°以上で且つ４５°以下の範囲である請求項６又は請求項７に記載のレーザレーダ装置。
9. 水平方向に対して予め定めた傾斜角度で交差するように配置された透明平板を通してレーザ光を走査する光走査方法であって、
   光源から射出されたレーザ光を水平方向に走査すると共に、光源から射出されたレーザ光の偏光面を前記傾斜角度及び水平方向の方位角に応じて定まるｐ偏向面の方向に略一致するように回転させて、偏向されたレーザ光を前記透明平板側に出力し、
   前記透明平板を通して前記出力されたレーザ光を走査する光走査方法。
10. 前記光源から入射する入射光を水平方向に反射するように水平方向と交差する反射面を備えた可動ミラーを所定軸周りに回転させて、前記光源から射出されたレーザ光を偏向する請求項９に記載の光走査方法。
11. 前記透明平板の前記傾斜角度は、２０°以上で且つ４５°以下の範囲である請求項９又は請求項１０に記載の光走査方法。

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