(57)【要約】【課題】光量の損失を抑制可能な物体検出装置を提供すること。【解決手段】本物体検出装置は、光源と、前記光源から出射された光ビームを所定の状態にする光学系と、前記光学系を介した光ビームを偏向走査して物体に照射する偏向手段と、前記物体に照射された前記光ビームの前記物体からの反射光又は散乱光を検出する光検出器と、を有し、前記光源の発光領域における第一の方向の幅である発光領域径と、前記第一の方向に直交する第二の方向の幅である発光領域径とが異なり、前記第一の方向と前記第二の方向のうち前記発光領域径が小さい方向と、識別可能な最小の角度範囲である角度分解能が高い方向とが一致している。【選択図】図１
2014145744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射された光ビームを所定の状態にする光学系と、
前記光学系を介した光ビームを偏向走査して物体に照射する偏向手段と、
前記物体に照射された前記光ビームの前記物体からの反射光又は散乱光を検出する光検出器と、を有し、
前記光源の発光領域における第一の方向の幅である発光領域径と、前記第一の方向に直交する第二の方向の幅である発光領域径とが異なり、
前記第一の方向と前記第二の方向のうち前記発光領域径が小さい方向と、識別可能な最小の角度範囲である角度分解能が高い方向とが一致している物体検出装置。
【請求項２】
前記発光領域径が小さい方向において、前記光学系は、前記光源から出射された光ビームを発散状態にする請求項１記載の物体検出装置。
【請求項３】
前記光源の発光領域は、前記発光領域径が小さい方向において、複数層積層されている請求項１又は２記載の物体検出装置。
【請求項４】
前記光学系は、複数のレンズを有している請求項１乃至３の何れか一項記載の物体検出装置。
【請求項５】
前記光学系は、前記第一の方向と前記第二の方向で異なる光学的パワーを有する１枚のレンズで構成されている請求項１乃至３の何れか一項記載の物体検出装置。
【請求項６】
前記光源の発光点から前記光学系の前記発光領域径が大きい方向の主点までの距離が、前記光学系の焦点距離に等しい請求項１乃至５の何れか一項記載の物体検出装置。
【請求項７】
前記第一の方向及び前記第二の方向は、前記偏向手段が偏向走査する方向及び前記偏向手段が偏向走査する方向に直交する方向である請求項１乃至６の何れか一項記載の物体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走行中の車両前方における物体の有無や、その物体までの距離を検出する車載装置として、レーザーレーダが知られている。
【０００３】
レーザーレーダは、光源（レーザダイオード）から射出されたレーザ光を回転ミラーで走査等して物体に照射し、物体から反射又は散乱された光を光検出器で検出することで、所望の範囲における物体の有無やその物体までの距離を検出する装置である。光検出器としては、アバランシェフォトダイオード等が用いられている。
【０００４】
検出できる範囲においては、識別可能な最小の角度範囲（以降、角度分解能）が存在する。検出範囲にて、レーザ光が走査される方向を主走査方向、レーザ光が走査されて形成される面に垂直な方向を副走査方向とすると、角度分解能は主走査方向と副走査方向とで異ならせる場合が多い。
【０００５】
ここで、光検出器の性能や物体の反射率等、種々の条件に依存するが、角度分解能は一度に物体を検出できる領域とすることが一般的である。一度に物体を検出できる領域とは、検出範囲における、光源の像と光検出器の像の重なり合う領域である。
【０００６】
例えば、光源の像の領域内、つまり、光源で照射されている領域内であっても、光検出器の像の領域外であれば、その領域からの反射光は光検出器に導光されないため検出されない。又、光検出器の像の領域内であっても、光源の像の領域外であれば、光源にて照射されていないため、そもそも反射光や散乱光が発生しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１には、物体検出装置の一例が示されている。特許文献１では、光源としての半導体レーザからの光ビームを、光学系としての投光レンズにて平行光とている。つまり、半導体レーザから投光レンズの主点までの距離をそのレンズの焦点距離に等しくしており、その物点の共役像は無限遠にできるよう設定している。
【０００８】
投光レンズにて平行光とされた光ビームは、その後回転ミラーで走査される。このような平行光を用いた検出装置では、回転ミラーから一定の距離の領域では過不足のない検出が可能であるが、回転ミラーから一定の距離を超えた領域では検出領域が抜けたり、検出領域が重複したりする。
【０００９】
又、特許文献１の例では、半導体レーザの発光領域の大きさも考慮されていない。発光領域における所定の方向の幅を発光領域径と称すると、発光領域径がある程度大きくなると、上記のような配置にしたとしても、投光レンズ後の光ビームは平行光にはならない。光源の発光領域の大きさが考慮されていないと、光量の損失が大きくなるという問題が生じる。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、光量の損失を抑制可能な物体検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本物体検出装置は、光源と、前記光源から出射された光ビームを所定の状態にする光学系と、前記光学系を介した光ビームを偏向走査して物体に照射する偏向手段と、前記物体に照射された前記光ビームの前記物体からの反射光又は散乱光を検出する光検出器と、を有し、前記光源の発光領域における第一の方向の幅である発光領域径と、前記第一の方向に直交する第二の方向の幅である発光領域径とが異なり、前記第一の方向と前記第二の方向のうち前記発光領域径が小さい方向と、識別可能な最小の角度範囲である角度分解能が高い方向とが一致していることを要件とする。
【発明の効果】
【００１２】
開示の技術によれば、光量の損失を抑制可能な物体検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施の形態に係る物体検出装置の投射側の光学系を例示する模式図である。
【図２】第１の実施の形態に係る物体検出装置の受光側の光学系を例示する模式図である。
【図３】主走査方向の角度分解能について説明する図である。
【図４】副走査方向の角度分解能について説明する図である。
【図５】発光領域径について説明する図である。
【図６】光源の発光領域を考慮した場合の光源の照射領域について説明する図である。
【図７】角度分解能と発光領域による照射範囲について説明する図である。
【図８】光源の発光点からカップリングレンズまでの間隔変動量に対する照射範囲の変動を例示する図（その１）である。
【図９】カップリングレンズの位置による光源像の変化を例示する図である。
【図１０】第１の実施の形態の変形例１に係る物体検出装置の投射側の光学系を部分的に例示する模式図である。
【図１１】第１の実施の形態の変形例２に係る物体検出装置の投射側の光学系を部分的に例示する模式図である。
【図１２】光源の発光点からカップリングレンズまでの間隔変動量に対する照射範囲の変動を例示する図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１５】
〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係る物体検出装置の投射側の光学系を例示する模式図であり、（ａ）はＸＹ平面に平行な方向の断面を示し、（ｂ）はＸＺ平面に平行な方向の断面を示している。又、図２は、第１の実施の形態に係る物体検出装置の受光側の光学系を例示する模式図であり、（ａ）はＸＹ平面に平行な方向の断面を示し、（ｂ）はＸＺ平面に平行な方向の断面を示している。
【００１６】
図１及び図２を参照するに、物体検出装置１０は、大略すると、光源１１と、カップリングレンズ１２と、反射ミラー１３と、回転ミラー１４と、反射ミラー１５と、結像レンズ１６と、光検出器１７とを有する。物体検出装置１０は、物体の有無や物体までの距離等を測定するための装置であり、例えば、車載用途のレーザーレーダ等に用いることができる。なお、図１及び図２において、１００は検出対象である物体の像面を、１１０は検出範囲を示している。
【００１７】
図１及び図２における座標軸は、回転ミラー１４から検出範囲１１０の中心に向かう軸をＸ軸、回転ミラー１４で走査される方向をＹ軸、回転ミラー１４の回転軸方向をＺ軸とする３次元直交座標系である（以降の図についても同様）。なお、偏向手段である回転ミラー１４が偏向走査するＹ軸方向を主走査方向、主走査方向と垂直なＺ軸方向を副走査方向と称する場合がある。又、主走査方向及び副走査方向の何れか一方を第一の方向、他方を第二の方向と称する場合がある。
【００１８】
光源１１としては、例えば、半導体レーザや発光ダイオード等の固体光源を用いることができる。本実施の形態では、光源１１として半導体レーザを用い、半導体レーザをパルス発光させる場合を例にして以下の説明をする。
【００１９】
カップリングレンズ１２は、光源１１の後段に配置されている。なお、カップリングレンズを複数の光学素子を組み合わせて構成してもよい。カップリングレンズ１２は、光源１１から出射された光ビーム（発散光）を所定の状態にする光学系である。所定の状態とは、集光したり、平行にしたりすることを意味する。なお、本実施の形態において、カップリングレンズ１２の主走査方向の焦点距離と副走査方向の焦点距離は等しい。
【００２０】
本実施の形態では、主走査方向において、光源１１の発光点からカップリングレンズ１２の第１の主点までの距離Ｌ１が、カップリングレンズ１２の焦点距離よりも短くなるように、光源１１及びカップリングレンズ１２が配置されている。つまり、主走査方向において、カップリングレンズ１２は、第１の主点が光源１１の発光点からカップリングレンズ１２の焦点距離よりも短い距離だけ離れた位置にくるように配置されている。なお、カップリングレンズ１２の主平面と光軸とが直交する点を第１の主点とする。
【００２１】
又、副走査方向において、光源１１の発光点からカップリングレンズ１２の第１の主点までの距離Ｌ１が、カップリングレンズ１２の焦点距離よりも短くなるように、光源１１及びカップリングレンズ１２が配置されている。つまり、副走査方向において、カップリングレンズ１２は、第１の主点が光源１１の発光点からカップリングレンズ１２の焦点距離よりも短い距離だけ離れた位置にくるように配置されている。
【００２２】
カップリングレンズ１２を透過した光は、反射ミラー１３に入射して光路を変換され、回転ミラー１４に入射する。回転ミラー１４は、少なくとも２つの反射部（反射面）を備え、各反射部は回転ミラー１４の回転軸１４ｏに対して異なる角度で傾いて配置されている。
【００２３】
本実施の形態では、回転ミラー１４は、４つの反射部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、及び１４ｄを備えており、回転軸１４ｏに対する反射部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、及び１４ｄの各々の倒れ角が異なる角度に設定されている。これにより、回転ミラー１４で反射した光の進行方向のＸＹ平面に対する角度を切り替えることが可能となり、反射部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、及び１４ｄ毎に、検出するレイヤをＺ方向にずらすことができる。つまり、反射部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、及び１４ｄ毎に、Ｚ方向の異なる領域を走査できる。なお、本実施の形態の場合には、４つのレイヤの検出が可能である。
【００２４】
回転ミラー１４に入射した光は、回転する反射部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、及び１４ｄで偏向及び走査され、像面１００の検出範囲１１０を照射する。像面１００の検出範囲１１０からの反射光又は散乱光は、再び回転ミラー１４に入射し、反射部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、及び１４ｄで順次反射され、反射ミラー１５で更に反射されて結像レンズ１６に入射する。
【００２５】
このように、回転ミラー１４は、カップリングレンズ１２を介した光ビームを偏向走査して物体に照射する機能を有する。回転ミラー１４は、本発明に係る偏向手段の代用的な一例である。
【００２６】
結像レンズ１６は、像面１００の検出範囲１１０からの反射光又は散乱光を結像する機能を有する。本実施の形態において、結像レンズ１６の主走査方向の焦点距離と副走査方向の焦点距離は等しい。
【００２７】
結像レンズ１６を透過した像面１００の検出範囲１１０からの反射光又は散乱光は光検出器１７に入射する。光検出器１７は、像面１００の検出範囲１１０に照射された光ビームの反射光又は散乱光を結像レンズ１６を介して検出する機能（物体を検出する機能）を有する。光検出器１７としては、例えば、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）やＰＤ（ピンフォトダイオード）等を用いることができる。なお、受光側の光学系を、回転ミラーを介さずに、レンズと光検出器のみで構成してもよい。
【００２８】
本実施の形態では、結像レンズ１６の主平面と光軸とが直交する点を第２の主点とすると、光検出器１７及び結像レンズ１６は以下のよう配置されている。すなわち、主走査方向において、光検出器１７の受光部から結像レンズ１６の第２の主点までの距離Ｌ２が、結像レンズ１６の焦点距離と等しくなるように、光検出器１７及び結像レンズ１６が配置されている。つまり、主走査方向において、結像レンズ１６は、第２の主点が光検出器１７の受光部から結像レンズ１６の焦点距離と等しい距離だけ離れた位置にくるように配置されている。
【００２９】
又、副走査方向において、光検出器１７の受光部から結像レンズ１６の第２の主点までの距離Ｌ２が、結像レンズ１６の焦点距離と等しくなるように、光検出器１７及び結像レンズ１６が配置されている。つまり、副走査方向において、結像レンズ１６は、第２の主点が光検出器１７の受光部から結像レンズ１６の焦点距離と等しい距離だけ離れた位置にくるように配置されている。
【００３０】
なお、図２において、Ｌ３は、物体検出装置１０で検出可能な最も近い検出距離である最小検出距離を示している。
【００３１】
ここで、角度分解能について説明する。物体検出装置１０では、主走査方向と副走査方向の各々において識別可能な最小の角度範囲である角度分解能を持たせている。これは、検出領域において、物体がどのような距離離れていても抜けや重複なく検出するためには、図３に示すように、分解能を角度で考えた方が好都合なためである。
【００３２】
図３では、主走査方向の角度分解能θｍを考慮したときの模式図を示している。図３（ａ）に示すように、ある瞬間にθｍの領域を検出する。その後、図３（ｂ）に示すように、回転ミラー１４がθｍ／２だけ回転し、これにより走査ビームがθｍだけ回転した時間の後、次のθｍの領域を検出する。これにより、θｍ毎に物体の有無を検知でき、又、物体がある場合はその物体までの距離を検知できる。
【００３３】
図４では、副走査方向の角度分解能θｓを考慮したときの模式図を示している。副走査方向では、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、例えば回転ミラー１４の反射部１４ａと反射部１４ｂの回転軸１４ｏからの角度に差を設けることで、異なる領域を走査することができる。角度分解能は、光源１１の像と光検出器１７の像の重なる領域で設定されるが、光源１１の像のみで角度分解能を設定する方が、受光光学系の設計自由度が向上することや、光量が確保しやすいこと、検出領域の抜けが生じないことなどの点で望ましい。
【００３４】
次に、発光領域径について説明する。光源１１（半導体レーザ）には発光する領域（以降、発光領域とする）がある。なお、前述の発光点は、発光領域中の任意の一点であり、例えば、発光領域の中心点である。
【００３５】
発光領域は、活性層に垂直な方向と平行な方向で異なることが一般的である。本実施の形態では、θｍ＜θｓ、つまり、主走査方向の角度分解能θｍを副走査方向の角度分解能θｓよりも高く（角度が小さく）設定し、発光領域を、例えば図５のように配置する。図５において、主走査方向に対応する方向における発光領域の幅を主走査方向の発光領域径ａｍ、副走査方向に対応する方向における発光領域の幅を副走査方向の発光領域径ａｓとしている。なお、各方向における発光領域の幅にばらつきがある場合には、各方向における発光領域の最大幅や平均幅を、その方向の発光領域径と定義することができる。
【００３６】
図５の例では、光源１１の発光領域における主走査方向の幅である発光領域径ａｍと、副走査方向の幅である発光領域径ａｓとは異なり、発光領域径ａｍは発光領域径ａｓよりも小さい。そして、発光領域径が小さい方向と、識別可能な最小の角度範囲である角度分解能が高い方向とが一致している（何れも主走査方向である）。
【００３７】
このように、本実施の形態では、角度分解能が高い主走査方向の発光領域径が小さくなるように光源１１を配置している。このように配置すると、光量の損失を大きくすることなく、カップリングレンズ１２をシンプルな構成（例えば、共軸の単玉レンズ構成）にすることができる。これについて、以下に詳説する。
【００３８】
例えば、本実施の形態とは異なる例であるが、光源１１上の１点から放射された光ビームが平行光になるように（光源１１の共役像が無限遠となるように）カップリングレンズ１２を設置する場合について考える。この場合、発光領域径を考慮すると、光源１１上の１点から放射された光ビームが平行光になるようにカップリングレンズ１２を設置しても、カップリングレンズ１２を透過後の光は発散光となる。これに関して、図６を参照しながら説明する。
【００３９】
図６は、光源の発光領域を考慮した場合の光源の照射領域を例示する図である。図６に示すように、光源１１上の１点から放射された光ビームを平行光にするために、カップリングレンズ１２の主平面１２ａは、光源１１の発光点からカップリングレンズ１２の焦点距離ｆだけ離れた位置に配置されている。
【００４０】
図６において、光源１１の発光領域１１ａの径をａとすると、近軸領域のみを考慮するとき、光源１１の像ができる領域は、θ１＝２×ｔａｎ−１（ａ／２ｆ）で表すことができる。つまり、θ１の角度範囲が、光源１１の発光領域１１ａによる照射領域となる。このように、光源１１の発光領域１１ａを考慮すると、カップリングレンズ１２を透過した光ビームが広がる。
【００４１】
発光領域１１ａの径ａが小さいと、照射領域の角度範囲が小さくなるため、発光領域１１ａの径ａが小さい方向を角度分解能が高い方向に対応させると、光量のロスが少なくなり好ましい。
【００４２】
図７は、角度分解能と発光領域による照射範囲を例示する図であり、（ａ）は本実施の形態を、（ｂ）は比較例を示している。図７において、Ａは角度分解能、Ｂは発光領域による照射範囲を示している（Ｂは、白抜き部と梨地模様部を合わせた範囲を示している）。又、主走査方向の発光領域径ａｍ及び副走査方向の発光領域径ａｓについては図５に示した通りである。
【００４３】
図７（ａ）に例示するように、本実施の形態では、主走査方向の角度分解能が高く、主走査方向の発光領域径が小さくなるように、光源１１を配置し、更に、カップリングレンズ１２の焦点距離を設定している。カップリングレンズ１２を１枚のレンズで構成する場合、主走査方向及び副走査方向の発光領域径の割合が、そのまま照射範囲に現れることとなる。ここで照射範囲の単位は前述の式からも明らかなように角度である。
【００４４】
角度分解能の領域は光源１１の像で全て照射している必要があるため、主走査方向では、角度分解能Ａと照射範囲Ｂが一致している図７（ａ）の状態が最も効率が良い。なお、図７（ａ）では、副走査方向の角度分解能は実現できていない（副走査方向では照射範囲Ｂが角度分解能Ａよりも大きい）。しかし、例えば、光検出器１７の像で規定することで、光源１１の像と光検出器１７の像を重ね合わせて副走査方向の角度分解能も実現できる。
【００４５】
これに対して、図７（ｂ）に例示する比較例のように、角度分解能Ａが高い主走査方向において、発光領域径が大きくなるように光源１１を配置する場合を考える。図７（ｂ）に例示する比較例では、カップリングレンズ１２の焦点距離を図7（ａ）のｆに比べて３倍の３ｆとしなければ、副走査方向の角度分解能の分の角度範囲全てを照射することができない（比較例では主走査方向の角度分解能は光検出器１７の像で実現する）。このようにすると、照射範囲における角度分解能の範囲が占める割合が少なくなり、光量のロスが大きくなる。
【００４６】
次に、一例として、発光領域が、長手方向で２００μｍ、短手方向で１０μｍの場合を考える。主走査方向の角度分解能を０．１ｄｅｇ、副走査方向の角度分解能を１ｄｅｇとし、短手方向の発光領域を主走査方向に対応させる。主走査方向の角度分解能と短手方向の発光領域による照射範囲を一致させる場合、カップリングレンズ１２の焦点距離は５．７ｍｍとなるが、この焦点距離は比較的短く、光源１１とのメカ的な干渉の懸念があり構成しにくい。又、配置位置ばらつきに対する照射位置ずれの感度が高く、調整が難しかったり、経時変化での照射位置ずれが大きくなったりする場合がある。
【００４７】
そこで、本実施の形態では、例えば、これよりも長い焦点距離１３ｍｍのカップリングレンズ１２を用いる。カップリングレンズ１２を、その主点から発光点までの距離が焦点距離の位置になるように配置すると、理論的には先述の式に当てはめて、主走査方向の照射範囲が０．０４ｄｅｇとなる。これが実際には、収差などの影響で、主走査方向の照射範囲は０．０８ｄｅｇとなる。しかし、これでは主走査方向の角度分解能である０．１ｄｅｇに満たず、照射範囲の抜けが生じてしまう。
【００４８】
この対策としては、例えば、光源１１の発光点からカップリングレンズ１２までの距離を１３ｍｍよりも２０μｍ短くして、発光領域径が小さい主走査方向において、カップリングレンズ１２後の光ビームを発散状態にすればよい。これにより、主走査方向の照射範囲が１．０ｄｅｇとなるように構成することができる。
【００４９】
このとき、副走査方向の照射範囲は、発光領域径が大きいため、カップリングレンズ１２後のビームの発散度合いは発光領域径の影響が支配的である。そのため、光源１１の発光点からカップリングレンズ１２までの距離を２０μｍ変えても１．０ｄｅｇの照射範囲を保持することができる。副走査方向の照射範囲においても、前述の通り、理論的には０．９ｄｅｇとなるはずだが、収差などの影響で１．０ｄｅｇの照射範囲を実現することができる。
【００５０】
図８は、光源の発光点からカップリングレンズまでの間隔変動量に対する照射範囲の変動を例示する図であり、図８（ａ）は主走査方向の照射範囲の変動を、図８（ｂ）は副走査方向の照射範囲の変動を示している。
【００５１】
図８において、発光点からカップリングレンズ１２までの間隔変動量が０の場合は、発光点からカップリングレンズ１２の主点までの距離がカップリングレンズ１２の焦点距離のときを表している。このときに、平行に近い（照射範囲が小さい、つまり発散度合いが小さい）状態となっていることがわかる。
【００５２】
図８（ａ）と図８（ｂ）は縦軸及び横軸のレンジを合わせて示しており、発光領域径が大きい副走査方向の方が、発光点からカップリングレンズ１２までの距離が変動したときの発散度合いの変動が少ないことがわかる。つまり、発光領域径が大きいと、発光点からカップリングレンズ１２までの距離に対して、カップリングレンズ１２後のビームの発散度合いが鈍感である。
【００５３】
なお、発光領域は複数層積層してもよい。発光領域を複数層積層することにより、光源の発光光量を大きくできるため、より遠方の物体の検出や、天候状況に影響されにくい検出が可能となる。
【００５４】
図９は、カップリングレンズの位置による光源像の変化を例示する図である。図９（ａ）は、発光領域を複数層積層した光源を用いて、その光源からカップリングレンズの主点までの距離を、カップリングレンズの焦点距離と等しくしたときの遠方での光源像を示している。図９（ａ）において、白くみえる部分は光量が強いところで、黒くなるにつれて光量が弱くなることを示している。
【００５５】
このとき、遠方では発光領域の共役像が現れるため、発光領域の様子が略そのまま現れることとなる。図９（ａ）の場合には３層の発光する層を積層しており、その様子がみてとれる。発光する層の間は発光していないため、ターゲット上でその領域は光量が不足してしまい、検出領域に抜けが出ることが懸念される。
【００５６】
多くの場合、活性層が延伸する方向（図９（ａ）中、紙面上下方向）とは垂直な方向（図９（ａ）中、紙面左右方向）に発光領域を積層する。つまり、光源の発光領域を発光領域径が小さい方向において複数層積層する。
【００５７】
前述のように、角度分解能を実現するために、発光領域径が小さい方向において光ビームの発散度合いを大きくすると、層間の発光していない部分も検出領域が抜けることなく光ビームを照射できる点で好ましい。つまり、光源の発光点からカップリングレンズまでの距離を、カップリングレンズの焦点距離より短くすると、層間の発光していない部分も検出領域が抜けることなく光ビームを照射できる点で好ましい。
【００５８】
図９（ｂ）は、発光領域を複数層積層した光源を用いて、その光源からカップリングレンズの主点までの距離を、カップリングレンズの焦点距離より短くしたときの遠方での光源像を示している。図９（ｂ）では、図９（ａ）に比べて光ビームの発散度合いが大きくなり、照射範囲内で、光量が弱くなる領域がなくなっていることがわかる。図９（ｂ）の場合にも、光源の発光領域を発光領域径が小さい方向において３層積層しているが、図９（ａ）のように光量が不足する領域は現れない。
【００５９】
このように、光源（例えば、半導体レーザ）からの光ビームをカップリングレンズにて所定の状態にし、物体に照射するビームを作り出す。このとき、光源の発光領域径とカップリングレンズの焦点距離によって、照射する角度範囲が決定され、発光領域径が小さいほど照射される角度範囲が小さくなる。
【００６０】
本実施の形態では、発光領域径の小さい方向と角度分解能が高い（識別可能な最小の角度範囲がより小さい）方向を一致させることにより、光量損失を大きくすることなく、カップリングレンズをシンプルな構成（例えば共軸の単玉レンズ構成）とすることができる。
【００６１】
又、発光領域径が小さい方向では、略点光源とみなせるため、発光点からカップリングレンズの主点までの距離が、カップリングレンズの焦点距離の位置となるように配置したとき、発光点からの光ビーム（発散光）を略平行光に変換できる。しかし、検出領域を抜けなく検出するためには、カップリングレンズを透過した光ビームが平行ではなく角度を持っている必要がある。そこで、本実施の形態では、カップリングレンズでの収束状態を平行から異ならせることにより（やや発散光とすることにより）、検出領域を抜けなく検出することを可能としている。
【００６２】
なお、発光領域径が大きい方向では、点光源とはみなすことができないため、発光点からカップリングレンズの主点までの距離がカップリングレンズの焦点距離と等しくなるように配置しても、発光点からの光ビームは平行にできない。このため、この方向の角度分解能を実現するために、カップリングレンズの焦点距離を選定する必要がある。しかし、発光領域径が大きい方向では、発光点からカップリングレンズの主点までの距離がカップリングレンズの焦点距離から少しずれていても、発光領域径の影響で光ビームの発散度が大きくは変わらない。
【００６３】
このため、上記のようにカップリングレンズでの収束状態を平行から異ならせでも、発光領域径が大きい方向の発散度を保つことができる。つまり、本実施の形態では、カップリングレンズでの収束状態を平行から異ならせることにより（やや発散光とすることにより）、発光領域径が大きい方向の発散度を保ちつつ、発光領域径が小さい方向の角度分解能を同時に実現している。
【００６４】
又、発光領域を複数層積層することにより、光源の発光光量を大きくすることができ、より遠方の物体や、天候状況に影響されにくい検出が可能となる。又、発光領域径が小さい方向において光ビームを発散光にすることにより、層間の発光していない部分の抜けなく光ビームを投光できる。
【００６５】
〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、光源から出射された光ビームを所定の状態にする光学系の構成を変形する例（複数のレンズを有する例）を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する。
【００６６】
図１０は、第１の実施の形態の変形例１に係る物体検出装置の投射側の光学系を部分的に例示する模式図であり、（ａ）はＸＹ平面に平行な方向の断面を示し、（ｂ）はＸＺ平面に平行な方向の断面を示している。
【００６７】
図１０に示すように、第１の実施の形態の変形例１に係る物体検出装置２０では、カップリングレンズ１２を、カップリングレンズ２２及び２３に置換した点が第１の実施の形態に係る物体検出装置１０（図１及び図２参照）と相違する。カップリングレンズ２２及び２３は、何れもシリンドリカルレンズである。
【００６８】
ＸＹ平面のみで光学的パワーを持つカップリングレンズ２２は、光源１１に近い位置（光源１１の後段）に配置されている。又、ＺＸ平面のみでパワーを持つカップリングレンズ２３は、光源１１から遠い位置（カップリングレンズ２２の後段）に配置されている。
【００６９】
図１０のように構成すると、光源１１から出射されカップリングレンズ２２を透過した光ビームは、各方向によって発散する角度が異なる。そのため、カップリングレンズ２３の形状を各々の方向で異ならせている。又、光ビームの進行方向を軸として回転すると、カップリングレンズ２２及び２３が所望しない方向にも光学的パワーを有することになるため、回転を抑制できるように、カップリングレンズ２２及び２３の外形形状は矩形とすることが好ましい。
【００７０】
後で詳述するが、発光点からカップリングレンズ２２の主点までの距離Ｌ４はカップリングレンズ２２の焦点距離と等しくすることが好ましい。又、発光点からカップリングレンズ２３の主点までの距離Ｌ５はカップリングレンズ２３の焦点距離と等しくすることが好ましい。
【００７１】
本実施の形態のように、主走査方向のみに光学的パワーを持つカップリングレンズと、副走査方向のみに光学的パワーを持つカップリングレンズを用いることにより、主走査方向と副走査方向の角度分解能を独立に設定できるため、設計自由度を向上できる。
【００７２】
又、主走査方向及び副走査方向で独立に、発光点からカップリングレンズの主点までの距離をカップリングレンズの焦点距離とすることができるため、主走査方向及び副走査方向の光ビームの整形自由度が高まり、より高精度に各方向の角度分解能を実現できる。
【００７３】
〈第１の実施の形態の変形例２〉
第１の実施の形態の変形例２では、光源から出射された光ビームを所定の状態にする光学系の構成を変形する他の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例２において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する。
【００７４】
図１１は、第１の実施の形態の変形例２に係る物体検出装置の投射側の光学系を部分的に例示する模式図であり、（ａ）はＸＹ平面に平行な方向の断面を示し、（ｂ）はＸＺ平面に平行な方向の断面を示している。
【００７５】
図１１に示すように、第１の実施の形態の変形例２に係る物体検出装置３０では、光源１１から出射された光ビームを所定の状態にする光学系を、主走査方向と副走査方向で異なる光学的パワーを有する１枚のカップリングレンズ３２で構成している。カップリングレンズ３２は、入射面及び射出面の一方が主走査方向の光学的パワーを有し、入射面及び射出面の他方が副走査方向の光学的パワーを有する１枚のカップリングレンズである。
【００７６】
光源１１から出射された光ビームを所定の状態にする光学系を、１枚のカップリングレンズ３２で構成することにより、部品点数削減と低コスト化を実現できる。又、光源１１から出射された光ビームを所定の状態にする光学系を、回転対称形状のカップリングレンズで構成した場合よりも、主走査方向及び副走査方向の角度分解能を精度よく実現できる。
【００７７】
なお、本実施の形態では、入射面及び射出面で異なる光学的パワーを有するカップリングレンズ３２について例示したが、カップリングレンズは一つの面のみで各方向の光学的パワーを変えることも可能である。例えば、射出面のみに主走査方向と副走査方向で異なる光学的パワーを持つカップリングレンズを用いることも可能である。
【００７８】
この場合には、主走査方向と副走査方向の両方について、発光点からカップリングレンズの主点までの距離をカップリングレンズの焦点距離と等しくすることは困難である。しかし、何れの方向についても収差の補正が容易であることや、面精度ばらつき等の光学特性への影響が少ないという利点がある。
【００７９】
カップリングレンズの他の例としては、主走査方向と副走査方向の一方の方向は入射面で凹の光学的パワーを付与し、射出面にカップリングレンズ後で所望の発散状態となるような光学的パワーを与える構成とすることもできる。この場合は、焦点距離をカップリングレンズの外部に設定することができ、よりダイナミックな焦点距離の設定が行えることが利点となる。
【００８０】
このように、カップリングレンズの面形状については、その求める光学特性によって種々の変形が可能である。又、第１の実施の形態の変形例１のように２枚のカップリングレンズを用いる場合も同様に、カップリングレンズの面形状には種々の変形が可能であり、種々の変形で求める光学特性に、より応えられる構成とすることができる。
【００８１】
このとき、光源の発光点から、光源から出射された光ビームを所定の状態にする光学系の発光領域径が大きい方向の主点までの距離は、前記光学系のその方向の焦点距離と等しい配置とすることが、より好ましい。
【００８２】
図１２は、光源の発光点からカップリングレンズまでの間隔変動量に対する照射範囲の変動を例示する図（その２）である。図１２において、発光点からカップリングレンズまでの間隔変動量が０の近辺において、発光点からカップリングレンズの主点までの距離が変動した場合の照射範囲の変動が小さくなっていることがわかる。
【００８３】
つまり、上記のような構成にすることにより、カップリングレンズ等の配置位置ばらつき（特に光軸方向）等があった際にも、照射される光ビームの角度範囲ばらつきを低く抑えられ、角度分解能を安定的に保つことができる。
【００８４】
以上、好ましい実施の形態及びその変形例について詳説したが、上述した実施の形態及びその変形例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及びその変形例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００８５】
例えば、主走査方向よりも副走査方向の角度分解能が高い例や、発光領域が矩形でないもの、積層する方向が異なるもの等、種々の変形も本発明の範囲に内包される。
【符号の説明】
【００８６】
１０、２０、３０  物体検出装置
１１  光源
１１ａ  光源の発光領域
１２、２２、２３、３２  カップリングレンズ
１２ａ  カップリングレンズの主平面
１３  反射ミラー
１４  回転ミラー
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ  反射部
１５  反射ミラー
１６  結像レンズ
１７  光検出器
１００  物体の像面
１１０  検出範囲
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８７】
【特許文献１】特開平１１−３０４４６９号公報
【図１】
2014145744.tif 000003
【図２】
2014145744.tif 000004
【図３】
2014145744.tif 000005
【図４】
2014145744.tif 000006
【図５】
2014145744.tif 000007
【図６】
2014145744.tif 000008
【図７】
2014145744.tif 000009
【図８】
2014145744.tif 000010
【図１０】
2014145744.tif 000011
【図１１】
2014145744.tif 000012
【図１２】
2014145744.tif 000013
【図９】
2014145744.tif 000014