(57)【要約】【課題】ブラインドスポットの発生を防止し、且つ、少ない光学部品で、対象物までの距離に関わらず、対象物上に照射される光強度を高める。【解決手段】パルス発光素子（７０）は、第１の偏光方向に直線偏光したパルス光を発し、パルス光（１）は、偏光ビームスプリッタ（６０）とレンズ（５０）とを、この順序にて通過して、対象物（３）を照射し、反射光（２）は、レンズ（５０）と偏光ビームスプリッタ（６０）とを、この順序にて通過して、第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向に直線偏光して、受光素子（８０）上に集光され、パルス発光素子（７０）と、受光素子（８０）とは、レンズ（５０）の焦点面に設けられており、パルス光（１）の光軸と、反射光（２）の光軸とは重なっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像光学素子と、偏光ビームスプリッタと、パルス発光素子と、受光素子を備え、パルス光を対象物に向けて照射し、前記対象物からの反射光を受光するパルス光照射受光装置であって、
前記パルス発光素子は、第１の偏光方向に直線偏光したパルス光を発し、
前記パルス光は、前記偏光ビームスプリッタと前記結像光学素子とを、この順序にて通過して、前記対象物を照射し、
前記反射光は、前記結像光学素子と前記偏光ビームスプリッタとを、この順序にて通過して、前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向に直線偏光して、前記受光素子上に集光され、
前記パルス発光素子と、前記受光素子とは、前記結像光学素子の焦点面に設けられており、
前記パルス光の光軸と、前記反射光の光軸とは重なっている
ことを特徴とするパルス光照射受光装置。
【請求項２】
前記受光素子の受光部の大きさと前記パルス発光素子の発光領域の大きさとはほぼ等しい、または、前記受光素子の受光部の大きさは前記パルス発光素子の発光領域の大きさより小さい
ことを特徴とする請求項１に記載のパルス光照射受光装置。
【請求項３】
前記パルス発光素子は複数の発光部を有し、前記受光素子は複数の受光部を有し、前記複数の発光部の各々は、前記複数の受光部の何れかと、一対一に対応している
ことを特徴とする請求項１に記載のパルス光照射受光装置。
【請求項４】
前記複数の受光部の各々は、大きさが、対応する前記発光部の発光領域の大きさとほぼ等しい、または、対応する前記発光部の発光領域の大きさより小さい
ことを特徴とする請求項３に記載のパルス光照射受光装置。
【請求項５】
前記複数の受光部の各々の配置ピッチが一定である
ことを特徴とする請求項３または４に記載のパルス光照射受光装置。
【請求項６】
前記パルス発光素子は、前記複数の発光部をモノリシックに集積している
ことを特徴とする請求項３から５の何れか１項に記載のパルス光照射受光装置。
【請求項７】
前記受光素子は、複数の計測回路を有し、当該複数の計測回路の各々は、前記複数の受光部の何れかと対応する
ことを特徴とする請求項３から６の何れか１項に記載のパルス光照射受光装置。
【請求項８】
前記偏光ビームスプリッタと前記対象物との間に設けられ、前記パルス光を円偏光させる１／４波長板を備え、
前記パルス光は円偏光状態で、前記対象物に向けて照射される
ことを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載のパルス光照射受光装置。
【請求項９】
前記パルス光は直線偏光状態で、前記対象物に向けて照射される
ことを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載のパルス光照射受光装置。
【請求項１０】
前記偏光ビームスプリッタと前記結像光学素子の間に、可動ミラーを含む
ことを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載のパルス光照射受光装置。
【請求項１１】
前記結像光学素子がレンズである
ことを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載のパルス光照射受光装置。
【請求項１２】
前記パルス発光素子は、整形レンズを有している
ことを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載のパルス光照射受光装置。
【請求項１３】
前記偏光ビームスプリッタと前記受光素子の間に、光学バンドパスフィルターを有している
ことを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載のパルス光照射受光装置。
【請求項１４】
前記パルス発光素子は、近赤外線のパルス光を発する
ことを特徴とする請求項１から１３の何れか１項に記載のパルス光照射受光装置。
【請求項１５】
請求項１から１４までの何れか１項に記載のパルス光照射受光装置を備え、
上記パルス光照射受光装置によるパルス光の対象物に向けての照射、および前記対象物からの反射光の受光に応じて、飛行時間を計測する
ことを特徴とする光レーダー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光レーダー装置、および光レーダー装置に搭載されるパルス光照射受光装置に関する。特に、本発明は、主に対象物の２次元画像と対象物までの距離情報とからなる３次元イメージを取得するための光レーダー装置、および光レーダー装置に搭載されるパルス光照射受光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元イメージは、通常の写真の様な２次元イメージに加えて、視野内の対象物までの距離情報も含めた概念であり、近年、自動車やロボット等の周辺認識用として応用が広がっている。高精度の距離情報の計測法としては、レーザ光を照射して、対象物からレーザ光が反射して戻って来るまでの飛行時間（Time-of-flight：ＴｏＦ）を計測する方法が普及しつつある。
【０００３】
視野に向けてレーザ光を照射する方法としては、ほぼ平行にコリメートし狭い範囲に照射するレーザビーム（スポットビーム）と受光装置を一体で回転させる回転式（特許文献１、２参照）や、スポットビームをミラー等によってスキャンするスキャンタイプ（特許文献３、４参照）と、視野全体にほぼ均一にレーザビームを広げて照射する一括照射タイプとが有る。一括照射タイプは、機械的な機構が必要無いため、小型化し易いが、対象物上でのレーザ光強度がスキャンタイプに比べて弱くなるため、対象物までの距離が大きくなると、信号強度が弱くなり、距離測定精度が落ちる。レーザビームを線状に整形して、一方方向のみスキャンする場合（特許文献３、４参照）には、一括照射に比べれば、光照射強度は改善するが、十分では無い。５０ｍ〜２００ｍと言った遠方まで測定することを目的とした装置では、対象物上で強いビーム強度が得易いスポットビームのスキャンタイプが多く開発されている。現在の所、複数のレーザ光源と、一対一に対応する複数の受光素子を用いる回転式（特許文献１、２参照）が最も多く利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００８／００８９７０号（２００８年１月１７日公開）
【特許文献２】国際公開第２０１１／１４６５２３号（２０１１年１１月２４日公開）
【特許文献３】特開２０１１−２１９８０号公報（２０１１年２月３日）
【特許文献４】特開２０１６−１６１４３８号公報（２０１６年９月５日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の技術では、以下の理由によって、光レーダー装置近傍から、遠方までを効率良く測定できないという課題がある。
【０００６】
光レーダー装置は一般にレーザを対象物に照射し、その反射光を用いて飛行時間（ＴｏＦ）を計測し、対象物までの距離を計測する。従って、遠方の対象物に対しては、対象物面上での光照射強度は低下せざるを得ない。特に、自動車用途では、光レーダー装置は赤道直下の真昼の太陽光の下でも動作せねばならず、強烈な背景光の下で最大測定距離を伸ばすことが重要な課題である。この課題に対しては、測定する対象領域にレーザ光を集中し、背景光に対する強度比を少しでも高める必要が有り、スポットビームの発散は極力抑制しなければならない。
【０００７】
特許文献２に於いて示されている様に、レーザ照射系と受光系が個別の光学系を有する場合には、対象物までの距離によっては、受光系の光軸とレーザ照射系の光軸が重ならない箇所、所謂ブラインドスポットが発生する。特許文献２では、受光系のレンズとレーザ照射系のレンズをＤ字型に加工し、両レンズ間の距離を接近させることを提案しているが、十分では無い。一般に、遠方でのブラインドスポットの発生を防止するためには、レーザビームの発散を大きくし、照射領域を拡大しなければならず、遠方でのレーザ照射強度の低下を招き、最大測定距離が短くなる。又、近距離ではレーザ照射される対象領域からの反射光が受光素子上に結像しないので、受光素子の上に当たる様に、特別な光学素子（レンズ、反射鏡等）を準備しなければならなくなり、コストアップ要因となる。
【０００８】
さらに、特許文献２に基づく装置では、垂直方向の解像度を上げるために、レーザ素子を実装した基板（発光基板）を１６枚から６４枚配置し、これと一対一に対応する同数の受光基板を配置している。発光基板の光軸と受光基板の光軸を、個々にアライメントする必要が有り、極めて高精度に基板を製造し、組み立てなければならない。正しく製造したとしても、バラツキが存在するので、レーザビームの発散をある程度大きくして、多少の光軸ずれが有っても、測定できる様にしなければならない。
【０００９】
一方、特許文献３では、発光素子と受光素子が一対の場合について、受光系の光軸とレーザ照射系の光軸を重ねる構成を開示している。しかし、この構成では投光光学系と受光光学系が別に設けられており、それぞれの光路径で投光／受光分離部と接続されるので、投光／受光分離部が大きくなる。特に、測定距離を遠方まで伸ばすためには、受光光学系のレンズ径は大きくする必要が有り、投光／受光分離部は大きな受光光学系の光路径をカバーする大きさでなければならない。さらに、投光光学系と受光光学系を別々に設けるので、光学部品が増え、調整要素が増大し、製造コストが増大すると共に、全体の小型化が難しくなると言う課題がある。
【００１０】
本発明の一態様は、ブラインドスポットの発生を防止し、且つ、少ない光学部品で、対象物までの距離に関わらず、対象物上に照射される光強度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の問題を解決するために、本発明の一態様に係るパルス光照射受光装置は、結像光学素子と、偏光ビームスプリッタと、パルス発光素子と、受光素子を備え、パルス光を対象物に向けて照射し、前記対象物からの反射光を受光するパルス光照射受光装置であって、前記パルス発光素子は、第１の偏光方向に直線偏光したパルス光を発し、前記パルス光は、前記偏光ビームスプリッタと前記結像光学素子とを、この順序にて通過して、前記対象物を照射し、前記反射光は、前記結像光学素子と前記偏光ビームスプリッタとを、この順序にて通過して、前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向に直線偏光して、前記受光素子上に集光され、前記パルス発光素子と、前記受光素子とは、前記結像光学素子の焦点面に設けられており、前記パルス光の光軸と、前記反射光の光軸とは重なっている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様によれば、ブラインドスポットの発生を防止し、且つ、少ない光学部品で、対象物までの距離に関わらず、対象物上に照射される光強度を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態１に係る光レーダー装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る光レーダー装置を構成するパルス光照射・受光部の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る光レーダー装置を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態３に係る光レーダー装置を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態４に係るパルス光照射・受光部を示す模式図である。
【図６】本発明の実施形態５に係るパルス光照射・受光部を示す模式図である。
【図７】本発明の実施形態６に係る光レーダー装置を構成するパルス光照射・受光部の構成を示す模式図である。
【図８】本発明の実施形態６に係るパルス光照射・受光部を構成するパルス発光素子を示す模式図である。
【図９】本発明の実施形態６に係るパルス光照射・受光部を構成する受光素子を示す模式図である。
【図１０】本発明の実施形態６にかかる光レーダー装置における測定結果を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態７に係るパルス光照射・受光部を構成する受光素子を示す模式図である。
【図１２】本発明の実施形態８に係る光レーダー装置のパルス光照射・受光部を示す模式図である。
【図１３】本発明の実施形態９に係る光レーダー装置のパルス光照射・受光部にかかる構成を示す模式図である。
【図１４】本発明の実施形態９に係るパルス発光素子にかかる構成を示す模式図である。
【図１５】本発明の実施形態１０に係る光レーダー装置のパルス光照射・受光部にかかる構成を示す模式図である。
【図１６】本発明の実施形態１１に係る光レーダー装置の構成を示す模式図である。
【図１７】本発明の実施形態１１に係る光レーダー装置のパルス光照射・受光部にかかる構成を示す模式図である。
【図１８】本発明の実施形態１２に係る光レーダー装置のパルス光照射・受光部にかかる構成を示す模式図である。
【図１９】本発明の実施例１に係る光レーダー装置の比較例にかかる構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態について図１〜図１８に基づいて説明する。以下、説明の便宜上、特定の実施形態にて説明した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付記し、その説明を省略する場合がある。
【００１５】
〔実施形態１〕
（光レーダー装置）
図１〜図２に基づき、本発明の実施形態１に係る光レーダー装置１００の構成について説明する。光レーダー装置１００は、パルス光照射・受光部１０と、制御・電源部２０と、筺体３０と、駆動・インターフェイス部４０とを有している。光レーダー装置１００は、パルス光１を対象物３に向けて照射し、対象物３からの反射光を受光して、飛行時間ＴｏＦを計測する。
【００１６】
パルス光照射・受光部１０は、パルス光１を対象物３に照射し、対象物３からの反射光２を受光する。
【００１７】
制御・電源部２０は、パルス光照射・受光部１０へ電源を供給し、パルス光の照射と受光のタイミングを制御する。
【００１８】
筺体３０は、パルス光照射・受光部１０と制御・電源部２０を保持する。
【００１９】
駆動・インターフェイス部４０は、筺体３０を回転させると共に、制御・電源部２０へ電源を供給し、回転に関する同期信号を伝達する。駆動・インターフェイス部４０は、制御・電源部２０からの計測結果を不図示の外部装置へ出力するインターフェイスでもある。
【００２０】
図１に座標軸を示す。一般的な用途では、Ｚ軸が鉛直方向、Ｙ軸がパルス光の照射方向、すなわち測定対象方向、Ｘ−Ｙ平面が水平面を指す。図１に示す光レーダー装置１００は、パルス光照射・受光部１０を回転させることによって、パルス光１を水平方向にスキャンする。パルス光照射・受光部１０の回転は、３６０度であってもよいし、或いは１２０度、２１０度の様に、一定の範囲であってもかまわない。
【００２１】
（パルス光照射・受光部）
図２は、パルス光照射・受光部１０の模式図である。パルス光照射・受光部１０は、図２に示すように、レンズ５０と、１／４波長板５１と、偏光ビームスプリッタ６０と、パルス発光素子７０と、整形レンズ６９と、受光素子８０と、光学バンドパスフィルター６８とを含む。
【００２２】
レンズ５０は結像光学素子として機能する。
【００２３】
パルス発光素子７０の光出射部と受光素子８０の受光部とは、レンズ５０の一方の焦点位置に配置されている。すなわち、パルス発光素子７０の光出射部と受光素子８０の受光部とは、レンズ５０の一方の焦点面に配置されている。レンズ５０は、パルス光１に対して、コリメータレンズとして機能する。また、レンズ５０は、遠方からの反射光２に対しては、受光素子８０へ反射光２を集光する結像レンズとして機能する。
【００２４】
パルス発光素子７０は、第１の偏光方向であるＺ軸方向に直線偏光したパルス光を発する素子である。
【００２５】
偏光ビームスプリッタ６０は、Ｚ軸に対して４５度傾斜し、Ｘ軸と平行な面に境界面を有するキューブ型であり、Ｚ軸方向に直線偏光した、パルス発光素子７０が発した光を透過する。
【００２６】
１／４波長板５１は、Ｚ軸方向に直線偏光しているパルス光１を円偏光にする。したがって、パルス光１は、レンズ５０から、円偏光したほぼ平行光として、対象物３へ照射される。対象物３からの反射光２は、レンズ５０で集光され、偏光ビームスプリッタ６０によって、第２の偏光方向であるＸ軸方向に直線偏光した成分が受光素子８０へ集光される。反射光２が円偏光である場合には、１／４波長板５１によって、Ｘ軸方向の直線偏光に変えられるので、偏光ビームスプリッタ６０における反射ロスは少ない。
【００２７】
パルス光照射・受光部１０は、レンズ５０の外側に、雨滴、泥、ゴミ、等の障害物の付着を防ぐための、例えばフード状の透明なカバー（不図示）を備えていてもよい。カバーは距離測定に寄与しない可視光等の光をカットするフィルター機能を有していてもよい。カバーは、この様な結像光学素子であるレンズ５０を保護する窓となるフード以外には、反射鏡等の他の光学素子を含まないことが好ましい。これにより、反射による光量の低下や、偏光状態の変化を防止することができる。但し、後述の実施形態２および実施形態３では、スキャンニング用のミラーを用いる構成を示すが、これらは回転機構を用いずにスキャンするために必須の部品であり、例外である。また、スキャンニング用のミラーとして、反射率が高い高精度のミラーを用いることで、光量の低下を最小限に抑制できる。
【００２８】
パルス発光素子７０として、端面発光レーザチップを用いる場合には、発光層面をＺ軸と平行にし、発光光軸をＹ軸方向に設定する。端面発光レーザチップは、発光層に平行に直線偏光するので、この様な設定によって、Ｚ軸方向に直線偏光させることができる。端面発光レーザチップから発せられる光は、ニアフィールドでは発光層に垂直な方向（Ｘ軸方向）の発散が平行方向（Ｚ軸方向）の発散よりも大きいので、そのままでは、レンズ５０から出射された段階に於いて、パルス光１のビーム径は、Ｘ軸方向の径がＺ軸方向の径より大きくなる。そこで、パルス発光素子７０は、整形レンズ６９を有していてもよい。整形レンズ６９を設け、出射時のパルス光１のビーム形状を円形に近付ける等の整形を行ってもよい。整形レンズ６９として、例えばロッドレンズ等を用いることができる。整形レンズ６９は、パルス光１の断面形状を円形にするので、整形レンズ６９により、比較的近傍の対象物３上での光照射強度を高めることができる。但し、光照射強度を高めることが重要となる遠方では、この効果は減少するので、整形レンズ６９は必須の構成ではない。
【００２９】
パルス発光素子７０として、面発光レーザチップを用いる場合も、同様に、直線偏光させた面発光レーザチップを、偏光方向がＺ軸と平行になる様に設置すればよい。この場合、発散はどの方向にもほぼ均等であるので、整形レンズ６９は必要無い。
【００３０】
受光素子８０の前面に、光学バンドパスフィルター６８を設けることが好ましい。すなわち、パルス光照射・受光部１０は、偏光ビームスプリッタ６０と受光素子８０の間に、光学バンドパスフィルター６８を有する。光学バンドパスフィルター６８は、パルス光１の波長を透過帯の中心波長として、数ｎｍから数十ｎｍの波長透過帯幅を持つ。光学バンドパスフィルター６８を設けることにより、反射光２の内、パルス光１とは異なる背景光によって発生する成分を削減し、ＳＮ比を向上させることができる。
【００３１】
図２の構成によれば、レンズ５０を光の照射と受光の両方に共用し、偏光ビームスプリッタ６０を用いることで、パルス光１と反射光２が同一光路上を通過する様に構成できる。その結果、ブラインドスポットが発生することがない。したがって、パルス光１の発散を最低限に抑制し、対象物３上でのパルス光強度を高めることができる。また、非常に近い対象物３からの反射光２を受光素子に導くための光学素子も必要ない。しかも、光照射に関しては、パルス発光素子７０が発する直線偏光を、ほぼそのまま照射できるので、光のロスが少ない。反射光についても、対象物３からの反射光２がパルス光１と同じ円偏光している場合には、ロスが少ない。さらに、レンズ５０を共用することにより、大きなレンズを減らし、コストを低減することができる。また、偏光ビームスプリッタ６０は、レンズ５０の後方、すなわち対象物３とは逆方向に設置するので、レンズ５０は、より小さなサイズの径の物を使用することができる。これにより、コストを低減することができる。
【００３２】
（パルス発光素子）
パルス発光素子７０は、近赤外線のパルス光を発する。パルス発光素子７０は、半値幅が１ｎｓｅｃから数百ｎｓｅｃ程度のパルス幅で発光する素子である。パルスのピークパワーは数Ｗから数百Ｗである。発光波長は用途によって決定でき、７００ｎｍから１０００ｎｍ程度の赤外線であることが好ましい。人の目に見えないので、邪魔にならなく、波長が長い程、動物の目に対する安全性が高いという利点がある。さらに、波長が長い程、背景光強度も低下する。特に９４０ｎｍから９５０ｎｍ付近の波長の場合、空気中の水分による太陽光の吸収によって、強度が低下しているので好ましい。一方で、波長が１０００ｎｍ以下の場合、安価なシリコン素子を受光部に使用できるという利点がある。シリコン素子は、波長が短い程、量子効率が向上するので、前記の様な背景を考慮して、９００ｎｍから、９５０ｎｍ付近の波長が最も好ましい。
【００３３】
パルス光１の遠方での断面形状は、実際にレーザ光を発する領域の大きさである発光領域の形状によって決まるので、端面発光レーザチップでは発光層と平行方向に長く、垂直方向に短い、楕円形に近い形となる。面発光レーザチップを用いた場合の断面形状は、複数のレーザ発光ユニットの配置形状によって決まり、円形や正多角形等の場合が多い。
【００３４】
パルス発光素子７０の発する光は、遠方まで強度を落とさずに届く必要があるので、発散は極力低減する。遠方でのパルス光１の発散は、パルス発光素子７０の発光領域の大きさが大きい程大きいので、発光領域は小さい方が好ましい。ここで発光領域の大きさとは、ニアフィールドで見た発光領域の最大径Ｐを意味する。端面発光レーザチップは、発光領域が発光層と平行方向に長く、垂直方向に短く、Ｐは発光層と平行方向の長さである。通常、Ｐは大凡リッジ幅に等しい。発光層と垂直方向の発光領域の大きさをＵとすると、発光領域のアスペクト比Ｐ／Ｕは、Ｐ／Ｕ＞＞１である。面発光レーザチップは、発光領域が複数のレーザ発光ユニットを含む場合が多いので、各レーザ発光ユニットの発光部の大きさを表すアパーチャのサイズではなく、複数のレーザ発光ユニット全体の最大径が、発光領域の大きさＰである。面発光レーザチップは、通常、Ｐ／Ｕ〜１である。
【００３５】
パルス発光素子７０は、発光するレーザチップと共に、それを駆動する駆動回路を含んでいることが好ましい。制御・電源部２０は、パルス発光素子７０が発光するための電源を供給し、発光前の充電動作や発光動作のタイミングを制御する。
【００３６】
（レンズ）
レンズ５０は、遠方まで測定するために、焦点距離ｆが長いことが好ましい。焦点距離ｆが長いと、パルス光１の発散を低減でき、遠方での光照射強度を高めることができる。さらに、パルス光１の口径が大きくなるので、単位面積当たりの光強度が低減され、クラス１の条件を満足し易くなる。結果的に、パルス光のピークパワーを高くすることで、より遠方まで測定が可能となる。また、開口径Ｄが大きいことが好ましい。レンズ５０の集光能力が高く、遠方からの反射光２を有効に集光できる。なお、図２ではレンズ５０と偏光ビームスプリッタ６０の間には、１／４波長板５１しか設けていないので、パルス光照射・受光部１０のＹ軸方向の長さが、焦点距離ｆの長さに対応して長い。レンズ５０と偏光ビームスプリッタ６０との間にミラーを設け、この光路を折り曲げることがで、パルス光照射・受光部１０のＹ軸方向の長さを短縮することができる。
【００３７】
本実施形態では、レンズ５０を照射光のコリメータレンズとして用いる一方、集光レンズとして反射光２を受光素子に集光する。パルス発光素子７０の発光部の大きさＰ、発光部から発する光の角度分布の半値幅をθ、受光素子８０の受光部の大きさＱとすると、大凡以下の関係が成立する。ここで、受光部の大きさＱは、発光領域の大きさＰと同方向の受光部の長さである。
【００３８】
レンズ５０の近傍でのパルス光１の径：
φ０＝２・ｆ・ｓｉｎ（θ／２）（＝１．３ｃｍ）
レンズ５０から遠方の距離Ｌでのパルス光１の径：
φ（Ｌ）＝Ｐ・Ｌ／ｆ＋φ０（＝２８．０ｃｍ）
受光部に投影される、距離Ｌにある対象物３上の領域（受光領域）の径：
Ｓ（Ｌ）＝Ｑ・Ｌ／ｆ（＝２６．７ｃｍ）
括弧内の数値は、θ＝１０度、ｆ＝７５ｍｍ、Ｐ＝０．２ｍｍ、Ｑ＝０．２ｍｍ、Ｌ＝１００ｍの場合の値である。パルス光１の径をφ（Ｌ）以下に絞ることは不可能である。反射光２の信号強度を高めるために、受光領域にできるだけ沢山のパルス光１を照射する必要がある。遠方においては、φ０がほぼ無視できるので、Ｐ≧Ｑであれば、φ（Ｌ）≧Ｓ（Ｌ）である。したがって、受光系と照射系の光軸が合っていれば、受光領域は全体に渡って、光照射を受けており、十分な信号強度が期待できる。また、Ｐ＞Ｑ、即ち、φ（Ｌ）＞Ｓ（Ｌ）であれば、受光系と照射系の光軸の不一致に対するマージンを持つことができる。逆に、Ｓ（Ｌ）＞φ（Ｌ）となる程に、Ｑを大きくすると、パルス光１が照射されない対象物３まで受光領域に含み、不要な背景光を受光し、ＳＮ比が低下する。また、受光素子８０が大きくなり、コストアップの要因となる。
【００３９】
一方、１ｍ程度の近距離では、上記例ではφ（１ｍ）〜φ０＝１３ｍｍ、Ｓ（１ｍ）＝２．７ｍｍであり、φ（Ｌ）＞＞Ｓ（Ｌ）であって、受光領域全体が光照射を受けている。しかし、受光系と照射系が別のレンズを有し、両者の光軸が距離Ｍ（例えば２０ｍｍ）離れて平行な場合、レンズから距離Ｌ（例えば１ｍ）離れた点の対象物３からの反射光２の端部は、受光素子８０の中心から、（Ｍ―φ０／２）／Ｌ・ｆ（＝１．０ｍｍ）の距離の点を中心に到達する。デフォーカスにより、像がぼやけるとしても、これは想定されるＱの大きさより遥かに大きい。この様な反射光を受光するためには、受光素子の近傍に反射ミラー、レンズ等の光学素子を置いて、受光部に導く必要がある。その様な光学素子を使わないとすれば、Ｍ−φ０／２＜＜Ｑ／２・Ｌ／ｆでなければならない。
【００４０】
以上の様に、本構成の様に、受光系と照射系のレンズを共通化すれば、対象物３までの距離に関係なく、受光領域全体を無駄なくパルス光１で照射することができる。特に、受光素子８０の受光部の大きさＱは、パルス発光素子７０の発光部の大きさＰと、ほぼ等しいか、小さい。一般に、受光領域は、アパーチャ等で明確に区切られるので、Ｑを容易に特定できる。一方、発光領域は、急峻な境界を持たない場合があるので、どの程度の発光強度の部分までを発光領域とするかが自明でない。例えば、発光領域の大きさを示すのに使用されることもある発光ピーク強度の半値幅をＰとして用いる場合には、Ｐに含まれない外側の領域においてもパルス光１は存在する。通常、半値幅の２．６倍の領域に発光が存在し、１．７倍程度の領域で、比較的強い。このため、受光部の大きさＱと発光部の大きさＰとをほぼ等しい表現している。したがって、発光領域の大きさとしては、所謂半値幅を用いる場合には、「ほぼ等しい」は少なくとも、１．７倍程度の領域まで含む。
【００４１】
（偏光ビームスプリッタ）
偏光ビームスプリッタ６０は、図２において、２個の直角プリズムを貼り合せ、接合面に多層誘電体膜を形成したキューブ型として記述しているが、キューブ型に限定されず、プレート型であってもよい。接合面に対して、入射光のＰ偏光（図２ではＺ軸方向の偏光）を透過し、Ｓ偏光（図２ではＸ軸方向の偏光）を反射する通常の偏光ビームスプリッタでよい。偏光ビームスプリッタ６０は、できるだけレンズ５０から離して設置することが好ましい。これにより、図２から明らかな様に、レンズ５０から離れる程、偏光ビームスプリッタ６０の大きさを小さくできる。
【００４２】
（受光素子）
受光素子８０は、受光部の形状が、遠方でのパルス光１の断面形状に近いことが好ましい。
【００４３】
例えば、断面形状が楕円形状となる端面発光レーザの場合には、受光領域の形状を、楕円形状か、楕円形状をカバーする長方形状とするのが好ましい。この楕円形状の受光領域の楕円の長軸方向の長さ、或いは長方形の長辺の長さをＱとし、楕円の短軸方向の長さ、或いは長方形の短辺の長さをＶとする場合、アスペクト比Ｑ／Ｖは、発光領域のアスペクト比Ｐ／Ｕと一致することが好ましい。断面形状がほぼ円形となる面発光レーザの場合は、受光領域の形状は、円形状か円形状をカバーする正方形状であることが好ましい。これにより遠方の対象物３上のパルス光照射領域が、受光領域を無駄なくカバーできるので、背景光に対するパルス光１の強度比を高めることができ、より遠方まで距離測定することが可能となる。なお、上記受光領域は、実際に光電変換可能な部分を意味しており、真の受光部の周辺に配置された、ダミーパターン等は含まない。
【００４４】
受光素子８０は、受光部として、例えばアバランシェフォトダイオード等の光電変換素子を含む。受光部は１個の光電変換素子で構成してもよいし、複数を並列配置してもよい。受光部の大きさＱは、上記の様に、パルス発光素子７０の発光部の大きさＰ以下で有ることが好ましい。ＱをＰより大きくしたとしても、パルス光１が照射されない対象物３表面からの光の検出が増え、背景光の信号が増えるだけで、最大測定距離は大きくならない。
【００４５】
受光素子８０の受光部を構成する材料は、シリコン、ゲルマニュウム等のＩＶ属半導体でもよいし、ＧａＡｓ等の化合物半導体でもよい。受光素子８０の出力は、アバランシェフォトダイオードの様に電流その物であってもよいし、ＳＰＡＤの様にフォトンカウンティングしたパルス信号でもよい。上記の様に、Ｑの大きさが、Ｐ程度から、その数分の１程度の大きさで、量子効率ができるだけ高いことが好ましい。
【００４６】
受光素子８０は、所定のタイミングで受光部に電源を供給して受光を開始し、受光部が出力する信号に増幅等の加工を加え、受光量の時間経過を受光信号として出力する。受光信号から飛行時間ＴｏＦを決定する機能を有していてもよい。受光素子８０への電源供給、およびタイミング制御は、制御・電源部２０が行う。パルス発光後の受光開始は、パルス発光素子７０から、直接、タイミング信号を送ってもよい。
【００４７】
（制御・電源部、および駆動・インターフェイス部）
制御・電源部２０、および駆動・インターフェイス部４０に関しては、公知の技術が適用できるので、詳述しない。駆動・インターフェイス部４０が筺体３０を所定の回転角に向け、それと同期して、制御・電源部２０はパルス発光素子７０をパルス発光させ、対象物３へパルス光１を照射する。パルス発光と同時に、受光素子８０が反射光２の計測を始める。反射光２の強度がバックグランドレベルから有意に上昇した時点を検出し、パルス発光から前記時間までの経過時間、即ち飛行時間ＴｏＦを計測する。この時間Ｔより、対象物３までの距離Ｌが、Ｌ＝ｃ・Ｔ／２（ｃ〜３Ｅ８ｍ／ｓｅｃ：光速）より計算される。この結果は制御・電源部２０を経由して、駆動・インターフェイス部４０から、回転角の情報と共に、外部へ送られる。
【００４８】
（効果の説明）
本実施形態によれば、レンズ５０近傍から遥か遠方まで、受光領域をパルス光１の照射領域により完全にカバーすることが容易であること、および、そのために満たすべき条件を説明した。また、照射系と受光系の光軸が重ならない場合には、レンズ５０近傍の対象物３までの距離を測定するために、何らかの光学素子が必要となることを説明した。以下では、遠方での測定限界について説明する。
【００４９】
本実施形態では、照射系と受光系の光軸が重なっているので、パルス光１の発散を最小限に留めることができる。しかし、照射系のコリメータレンズと受光系の集光レンズが距離Ｍ（レンズの中心間距離）離れて並置され、照射系と受光系の光軸が平行な場合、受光領域を完全に照射領域で覆うためには、照射領域の半径は、Ｍ＋Ｓ（Ｌ）／２、従って直径はφｄ（Ｌ）＝２・Ｍ＋Ｓ（Ｌ）でなければならない。レンズ５０に関する説明に用いた例で計算すると、Ｌ＝１００ｍの場合、φｄ（１００ｍ）＝３０．７ｃｍであり、本構成によるφ（１００ｍ）＝２８．０ｃｍより、１０％程度大きく、光照射強度の低下は２０％程度にとどまる。また、最大測定距離は数％から１０％程度低下する。
【００５０】
しかし、問題は、より短距離で起きる。例えばＬ＝３０ｍの場合、φｄ（３０ｍ）＝１２．０ｃｍであり、φ（３０ｍ）＝９．３ｃｍの１．３倍となる。従って、この構成で１０ｍ地点の対象物３の受光領域全面を光照射しようとすれば、パルス光１の発散を大きくしなければならない。この場合のパルス光１の発散は０．２０度程度必要であり、本構成の場合の０．１５度の１．３６倍程度である。これは遠方では、対象物３上での光照射強度が約０．５４倍となることを意味している。したがって、中距離（〜３０ｍ程度）の受光領域に正しく光照射しようとすれば、遠方での光照射強度が大幅に低下し、最大測定距離が３０％から４０％程度短くならざるを得ないことを示している。照射系と受光系の光軸を中距離で交差する様に設定することもできる。しかしながら、その場合は、遠方での受光領域と光照射領域が、上記光軸が平行な場合より離れるので、パルス光１の発散を増やさねばならない。したがって、やはり遠方の対象物３上での光照射強度が低下し、最大測定距離が大幅に低下する。
【００５１】
〔実施形態２〕
図３は、実施形態２に係る光レーダー装置１００ａを示す。光レーダー装置１００ａは、回転機構ではなく、反射ミラーによって測定領域をスキャンする点が光レーダー装置１００と異なる。パルス光照射・受光部１０ａは、パルス光照射・受光部１０と同じ機能を有している。筺体３０ａを回転する必要がないので、小型、軽量化、低消費電力化が容易である。さらに、反射ミラーは２次元スキャンできる点が有利である。
【００５２】
光レーダー装置１００ａは、パルス光照射・受光部１０ａ、制御・電源部２０ａ、ミラー３５、ミラー駆動部３６、及び筺体３０ａを有している。
【００５３】
パルス光照射・受光部１０ａは、パルス光１を対象物３に照射し、対象物３からの反射光２を受光する。
【００５４】
制御・電源部２０ａは、パルス光照射・受光部１０ａへ電源を供給し、パルス光の照射と受光のタイミングを制御する。
【００５５】
ミラー３５は、パルス光１の照射方向へ反射する。
【００５６】
ミラー駆動部３６は、ミラー３５の向く方向を制御する。
【００５７】
制御・電源部２０ａは、ミラー３５の向く方向を決定し、ミラー駆動部３６にミラー３５の制御の指示を出す。
【００５８】
また、制御・電源部２０ａは、計測結果を外部へ出力するインターフェイスとしても機能する。
【００５９】
筺体３０ａは、パルス光照射・受光部１０ａ、制御・電源部２０ａ、ミラー３５、およびミラー駆動部３６を収納する。筺体３０ａは、パルス光１と反射光２を透過する窓を有している。窓は、雨滴、泥、ゴミ、等の障害物の付着を防ぐための、フード状の透明なカバーを有していてもよい。また、カバーは、可視光等の距離測定に寄与しない光をカットするフィルター機能を有していてもよい。
【００６０】
反射光２は、ミラー３５で反射されて、パルス光照射・受光部１０ａへ到達する。
【００６１】
ミラー３５がＺ軸を回転軸に回転する場合は、実施形態１と同様に、Ｘ−Ｙ面内を１次元スキャンする。ミラー３５は、Ｚ軸回りの回転に加えて、Ｚ軸に直交し、Ｘ軸と４５度に交わる軸の回りに回転することで、Ｚ軸方向のスキャンをすることができる。光レーダー装置１００ａにおけるパルス光照射・受光部１０ａとミラー３５との位置関係は、図３に図示される位置関係に限定されず、用途に合わせて決定することができる。例えば、パルス光照射・受光部１０ａをＺ軸方向に合せ、ミラー３５をＺ軸回りの回転とＺ軸に対する傾斜を制御することで、Ｘ―Ｙ面内で３６０度をカバーし、Ｚ軸方向に所定の角度を振ることができ、広範囲の領域の測定をすることができる。ミラー３５は、ガルバノミラーであってもよいし、ＭＥＭＳミラーであってもよい。
【００６２】
本実施形態に係る光レーダー装置１００ａは、偏光ビームスプリッタ６０を備えることで、レンズ５０を照射系と受光系で共有できる。また、光レーダー装置１００ａは、照射系と受光系との光軸を重ねることで、ブラインドスポットの発生を防止すると共に、パルス光１の発散を最低限にとどめ、最大測定距離を伸ばすことができる。また、光レーダー装置１００ａは、２次元スキャンができ、小型化し易い。
【００６３】
〔実施形態３〕
図４は、実施形態３に係る光レーダー装置１００ｂを示す。光レーダー装置１００ｂは、回転機構ではなく、ポリゴンミラーによって測定領域をスキャンする点が光レーダー装置１００と異なる。パルス光照射・受光部１０ｂは、パルス光照射・受光部１０と同じ機能を有している。筺体３０ｂを回転する必要がないので、小型、軽量化、低消費電力化が容易である。ポリゴンミラーは、２次元スキャンできる点で有利である。
【００６４】
光レーダー装置１００ｂは、パルス光照射・受光部１０ｂ、制御・電源部２０ｂ、ポリゴンミラー３５ｂ、ミラー駆動部３６ｂ、及び筺体３０ｂを有している。
【００６５】
パルス光照射・受光部１０ｂは、パルス光１を対象物３に照射し、対象物３からの反射光２を受光する。
【００６６】
制御・電源部２０ｂは、パルス光照射・受光部１０ｂへ電源を供給し、パルス光の照射と受光のタイミングを制御する。
【００６７】
ポリゴンミラー３５ｂは、パルス光１の照射方向へ反射する。
【００６８】
ミラー駆動部３６ｂは、ポリゴンミラー３５ｂの回転を制御する。
【００６９】
制御・電源部２０ｂは、ポリゴンミラー３５ｂの向く方向を決定し、ミラー駆動部３６ｂにポリゴンミラー３５ｂの制御の指示を出す。
【００７０】
また、制御・電源部２０ｂは、計測結果を外部へ出力するインターフェイスとしても機能する。
【００７１】
筺体３０ｂは、パルス光照射・受光部１０ｂ、制御・電源部２０ｂ、ポリゴンミラー３５ｂ、およびミラー駆動部３６ｂを収納する。筺体３０ｂは、パルス光１と反射光２を透過する窓を有している。窓は、雨滴、泥、ゴミ、等の障害物の付着を防ぐための、フード状の透明なカバーを有していてもよい。また、カバーは、距離測定に寄与しない可視光等の光をカットするフィルター機能を有していてもよい。
【００７２】
反射光２は、ポリゴンミラー３５ｂによって反射されて、パルス光照射・受光部１０ｂへ到達する。ポリゴンミラー３５ｂのミラー面の傾斜角が一定であり、Ｚ軸を回転軸に回転する場合は、実施形態１と同様に、Ｘ−Ｙ面内を１次元スキャンする。ポリゴンミラー３５ｂの各ミラー面のＺ軸に対する傾斜角度を異なる角度に設定すると、Ｚ軸方向に異なる複数の角度で、水平スキャンをすることができる。光レーダー装置１００ｂにおけるパルス光照射・受光部１０ｂとポリゴンミラー３５ｂとの位置関係は、図３に示す位置関係に限定されず、用途に合わせて決定することができる。
【００７３】
本実施形態に係る光レーダー装置１００ｂは、偏光ビームスプリッタ６０を備えるので、レンズ５０を照射系と受光系で共有できる。また、光レーダー装置１００ｂは、両者の光軸を重ねるので、ブラインドスポットの発生を防止すると共に、パルス光１の発散を最低限にとどめ、最大測定距離を伸ばすことができる。また、光レーダー装置１００ｂは、２次元スキャンができ、小型化し易い。
【００７４】
〔実施形態４〕
図５は、実施形態４に係る光レーダー装置１００ｊを示す。光レーダー装置１００ｊのパルス光照射・受光部１０ｊは、パルス光照射・受光部１０に対して、パルス発光素子７０ｊと受光素子８０の配置位置が異なる点以外は同じである。パルス発光素子７０ｊは、Ｘ軸方向に直線偏光した光を放出する様に配置される。受光素子８０は、Ｚ軸方向に直線偏光した光を受光する。本実施形態においても、実施形態１と同様の効果を奏する。
【００７５】
〔実施形態５〕
図６は、実施形態５に係る光レーダー装置１００ｋを示す。光レーダー装置１００ｋのパルス光照射・受光部１０ｋは、パルス光照射・受光部１０に対して、偏光ビームスプリッタ６０ｋの特性が異なる。すなわち、Ｘ軸方向に直線偏光した光を透過し、Ｚ軸方向に平行に偏光した光を反射する。したがって、パルス発光素子７０ｋは、Ｘ軸方向に直線偏光した光を放出する様に配置される。受光素子８０は、Ｚ軸方向に直線偏光した光を受光する。本実施形態においても、実施形態１と同様の効果を奏する。
【００７６】
なお、偏光ビームスプリッタ６０ｋに限らず、異なる偏光特性の偏光ビームスプリッタを用いてもよい。また、偏光方向も限定されない。いずれの組合せによっても、照射系と受光系で共有し、両者の光軸を重ねることで、ブラインドスポットの発生を防止すると共に、パルス光１の発散を最低限にとどめ、最大測定距離を伸ばすことができる。光レーダー装置の大きさや形状等の要因に基づいて、最適な構成を選択することができる。
【００７７】
〔実施形態６〕
図７は、実施形態６に係るパルス光照射・受光部１０ｃを示す。本実施形態に係るパルス光照射・受光部１０ｃは、パルス発光素子７０ｃが複数の発光部を含み、受光素子８０ｃが複数の受光部を含む点が上記実施形態と異なる。
【００７８】
実施形態１に係る光レーダー装置１００は、レンズ５０を照射系と受光系で共有し、両者の光軸を重ねることで、ブラインドスポットの発生を防止すると共に、パルス光１の発散を最低限にとどめ、最大測定距離を伸ばすことができる。しかしながら、単チャネル構成であるので、解像度を上げることにおいては不利であった。そこで、本実施形態では、多チャネル化し、測定点を増やして、解像度を上げる。レンズ５０を照射系と受光系で共有し、両者の光軸を重ねる点、そのために偏光ビームスプリッタ６０、１／４波長板５１、光学バンドパスフィルター６８、整形レンズ６９ｃを用いる点は上記実施形態と同様である。
【００７９】
多チャネル化の一例として、パルス発光素子７０ｃの発光部と受光素子８０ｃの受光部とを、一対一で対応させる場合がある。この場合、発光部の各々について、光軸を対応する受光部の光軸を合わせる必要がある。単体の発光部と単体の受光部を対応させるには、ミクロンオーダーの精度での位置合わせが必要であり、光レーダー装置の小型化を進める程、大きな問題である。この点の改善が本実施形態の目的である。
【００８０】
図８は、パルス発光素子７０ｃの模式図である。図８の（ａ）は正面図であり、（ｂ）は上面図である。図８では、８個の発光部７８−１〜８を有する場合を例に説明するが、発光部７８の個数は２個以上であればよい。
【００８１】
パルス発光素子７０ｃは、複数の発光部７８−１〜８をモノリシックに集積している。
【００８２】
図８の（ａ）に示すように、Ｎ層７１は、Ｎ型ＧａＡｓ基板及びその上に成長されたＮ型層を含む。Ｎ層７１の上に発光層７２、Ｐ層７３が順次エピタキシー成長されている。発光層７２は、発光部７８−１〜８を含む。各発光部７８−１〜８に対応して、リッジ７７−１〜８、Ｐ電極７６−１〜８が形成されている。各リッジ７７−１〜８は、間隔Ｒで、等間隔で、互いに平行に配置されている。各リッジ７７−１〜８間は、絶縁膜７４に覆われている。
【００８３】
図８の（ｂ）に示すように、リッジ７７−１〜８の中心線は、端面７９Ｆ、端面７９Ｂと直交する。なお、端面７９Ｆから、光照射方向の矢印の方向に光が射出される。パルス発光素子７０ｃは、照射系の光軸に対して端面７９Ｆが垂直で、リッジ７７−１〜８が平行になる様に設置される。
【００８４】
発光部７８−ｍ（ｍは１から８の何れかの整数）の光軸からの距離をＺｍとする。図８では発光部７８−３が光軸上に有る場合を例示している。すなわち、Ｚｍ＝（ｍ−３）・Ｒになる。発光部７８−ｍから発した光は、整形レンズ６９ｃ、偏光ビームスプリッタ６０、１／４波長板５１、レンズ５０を通して、対象物３に照射されるが、レンズ５０の光軸からＺ軸方向に互いに異なる角度で照射される。発光部７８−ｍから発したパルス光をパルス光１−ｍとし、パルス光１−ｍの進行方向がＹ軸となす角度をＡｍとすると、ｔａｎ（Ａｍ）＝Ｚｍ／ｆの関係にある。Ｎ層７１の発光層７２の形成面の反対面には、Ｎ電極７５が形成されている。各発光部７８−ｍは、対応するＰ電極７６−ｍと、共通のＮ電極７５との間に電流を流すことで発光を生じる。ここでは、順次発光を想定している。
【００８５】
図８では図示を省略するが、パルス発光素子７０ｃは、各発光部７８−ｍの駆動回路を含むことができる。制御・電源部２０ｃは、各発光部７８−ｍが発光するための電源を供給し、発光前の充電動作や発光動作のタイミングも制御する。
【００８６】
図９は、受光素子８０ｃの模式図である。図８に示すパルス発光素子７０ｃと同様に、図９では、８個の受光部８１−１〜８１−８を示す。受光部８１−ｍは、間隔Ｒで、等間隔に配置されている。各受光部８１−ｍは、受光制御部８２−ｍを有する。受光制御部８２−ｍは、受光部８１−ｍに電源を供給し、受光部８１−ｍの出力信号を増幅、加工し、飛行時間を計測する計測回路８３へ伝達する。計測回路８３は、各受光部８１−ｍ毎の飛行時間ＴｏＦｍを求め、制御・ＩＯ・電源部８４へ送る。
【００８７】
制御・電源部２０ｃは、受光素子８０ｃへの電源供給、および受光のタイミング制御を行う。パルス発光素子７０ｃは、パルス発光後の受光開始のタイミング信号を、直接受光素子８０へ送ってもよい。
【００８８】
図９に示すように、受光素子８０ｃは、受光部の中心線８５がレンズ５０の光軸と平行となる様に、Ｚ軸に対して垂直に設置される。図８のパルス発光素子７０ｃと一対一に対応させるために、受光系の光軸の中心が受光部８２−３の中心にくる様に配置される。受光部８２−ｍの受光系の光軸の中心を基準にした座標Ｙｍは、Ｙｍ＝（ｍ−３）・Ｒで表すことができる。
【００８９】
パルス発光素子７０ｃや受光素子８０ｃをモノリシックに形成する場合、発光部７８−ｍや受光部８１−ｍの位置関係はリソグラフィ技術の精度によって決まるので、非常に高精度に製造することができる。本実施形態では、個々の発光部や受光部の様な小さな部品を、個別に高精度に設置する必要がない。個別の発光部や受光部に比べれば遥かに大きいパルス発光素子７０ｃや受光素子８０ｃを高精度に設置すればよいので、パルス光照射・受光部１０ｃの製造は桁違いに容易である。特に、高解像度化するために、発光部や受光部の数を１６個、３２個、６４個と増やす場合には、効果がより顕著になる。したがって、本実施形態に係る構成は、パルス光照射・受光部１０ｃの製造が容易であり、不良の発生が抑制され、低コストで生産することができる。
【００９０】
パルス発光素子７０ｃの個々の発光部７８−ｍの大きさと、受光素子８０ｃの対応する受光部８１−ｍの大きさは、実施形態１で述べた関係が成立することが好ましい。すなわち、発光部７８−ｍの大きさＰｍ、受光部８１−ｍの大きさＱｍに対しては、ＱｍはＰｍとほぼ等しいか、小さいことが好ましい。また、発光部７８−ｍのアスペクト比（Ｐ／Ｕ）ｍ、受光部８１−ｍのアスペクト比（Ｑ／Ｖ）ｍは、ほぼ等しいことが更に好ましい。これにより、遠方の対象物３上のパルス光の照射領域が、受光領域を無駄なくカバーできるので、背景光に対するパルス光１の強度比を高めることができ、より遠方まで距離測定することができる。
【００９１】
なお、パルス発光素子７０ｃや受光素子８０ｃとして、図８及び図９にそれぞれ示す１個のデバイスを複数配置してもよい。例えば、図８に示す８個の発光部を有する発光デバイスを２個、直列に並べると、合計１６個の発光部を有するパルス発光素子として使用することができる。同様に、図９に示す８個の受光部を有する受光デバイスを２個、直列に並べると、合計１６個の受光部を有する受光素子として使用することができる。各デバイスを１個のみ使う場合に比べ、工数は２倍となるが、１６個の発光部、受光部を有するデバイスを開発することなく、容易に２倍の解像度を有するパルス発光素子、受光素子を製造することができる。また、この様な使用方法を可能とするために、端部のリッジ７７−１及び７７−８の中心から、チップの端部までの距離はＲ／２以下であることが好ましく、端部の受光部８１−１及び８１−８の中心から、チップの端部までの距離はＲ／２以下で有ることが好ましい。
【００９２】
本実施形態に係る光レーダー装置１００ｃは、照射系と受光系でレンズ５０を共有し、両者の光軸を重ねることで、ブラインドスポットの発生を防止すると共に、パルス光１の発散を最低限にとどめ、最大測定距離を伸ばすことができる。さらに、本実施形態に係る光レーダー装置１００ｃは、角度分解能を向上するための複数発光部、複数受光部を有しており、特に製造方法が容易であると言う特徴を有している。
【００９３】
本実施形態では、パルス発光素子７０ｃの発光部７８−ｍの配置ピッチは一定とする。したがって、受光素子８０ｃの受光部８１−ｍの配置ピッチも一定である。しかし、配置ピッチは必ずしも一定である必要は無く、様々な変更が可能である。例えば、視野の中心部では、分解能を高くし、周辺部では分解能を低くすると言う目的で、隣接する発光部の距離を、パルス発光素子７０ｃの中央部では周辺部より、短くすることができる。その際に、受光素子８０ｃの受光部８１−ｍの座標Ｙｍは、対応する発光部７８−ｍの座標Ｚｍと、等しくなければならない。
【００９４】
本実施形態では、パルス発光素子７０ｃの発光部７８−ｍと受光素子８０ｃの受光部８１−ｍは、一対一対応している場合を示したが、１対２等の構成も可能である。例えば、角度分解能を非常に高めたい場合、発光部７８−ｍに対して、受光部８１−ｍａ、８１−ｍｂ、８１−ｍｃ、等である。
【００９５】
〔実施形態７〕
実施形態７に係る光レーダー装置１００ｄは、実施形態６に係る光レーダー装置１００ｃと同様の構成であり、相違点は、パルス光照射・受光部１０ｄに備わる受光素子８０ｄにある。
【００９６】
図１１は、本実施形態に係る受光素子８０ｄの構成を示す模式図である。受光部８１ｄ−１〜８及び受光制御部８２ｄ−１〜８が複数個（図１１では８個）有る点は、受光素子８０ｃと同じであり、計測回路８３ｄ−１〜８が受光部８１ｄ−１〜８に対応して複数（図１１では８個）準備されている点が、相違点である。受光素子８０ｄは、複数の計測回路８３ｄ−１〜８を有し、複数の計測回路８３ｄ−１〜８の各々は、複数の受光部８１ｄ１〜８の何れかと対応する。本実施形態に係るパルス発光素子の外観は図８に示すパルス発光素子７０ｃと同様であるが、本実施形態においては、複数個（本実施形態では８個）の発光部が同時発光できる。また、受光部８１ｄ−１〜８も同時受光が可能である。実施形態６においては、発光部と受光部との対は、一対ずつ順番に動作していたが、本実施形態においては、発光部と受光部との対が同時に動作することができる。これにより、測定時間を短縮することができる。また、測定回数を増やした場合、測定結果の加算平均により、測定精度を向上させることができる。
【００９７】
〔実施形態８〕
図１２は、実施形態８に係るパルス光照射・受光部１０ｅを示す。実施形態８に係る光レーダー装置１００ｅは、実施形態６に係る光レーダー装置１００ｃと同様の構成であり、相違点は、パルス光照射・受光部１０ｅが１／４波長板を有していない点である。したがって、パルス光１ｅ−１〜８は図１２に示すＺ軸方向に直線偏光している。受光素子８０ｅが受光する反射光２ｅ−１〜８は図１２に示すＸ軸方向に直線偏光している。すなわち、パルス光の偏光方向と反射光の偏光方向とは直交している。その他の点は、本実施形態に係る光レーダー装置１００ｅは、実施形態６に係る光レーダー装置１００ｃと同様である。
【００９８】
受光素子８０ｅの受光光量は、実施形態６に係る光レーダー装置１００ｃの場合に比べれば、おおよそ半減するが、背景光の受光量も同様に減るので、ＳＮ比自身が大幅に悪化する訳ではない。本実施形態においては、受光素子８０ｅの受光部の面積を増やしたり、量子効率を向上したりする感度向上策を加えて、ＳＮ比を回復するとよい。本実施形態によれば、パルス光１ｅ−１〜８の鏡面反射光をカットできる。これにより、雨滴、霧、雪等の様に、鏡面反射強度が強い降雨の影響を除外できる。
【００９９】
〔実施形態９〕
図１３は、実施形態９に係る光レーダー装置１００ｆを示す。実施形態９に係る光レーダー装置１００ｆは、実施形態８に係る光レーダー装置１００ｅと同様の構成であり、図１３に示すように、相違点は、受光素子８０ｆとパルス発光素子７０ｆの配置が入れ替わった点である。したがって、パルス発光素子７０ｆがＺ軸に直交して配置され、受光素子８０ｆがＹ軸に直交して配置される。パルス発光素子７０ｆは、Ｘ軸方向に直線偏光した光を発し、パルス光ｆ−１〜８はＸ軸と平行方向に直線偏光している。受光素子８０ｆが受光する反射光２ｆ−１〜８は、Ｚ軸方向に直線偏光している。但し、パルス発光素子７０ｆは、図８に示す構成では、Ｙ軸方向に直線偏光してしまうので、図１４に示す構造とした。
【０１００】
本実施形態と実施形態８の相違点は、受光する反射光２ｆ−１〜８の直線偏光の偏光方向が、Ｚ軸方向である点である。強い太陽光下では、対向車等の道路上のさまざまな物体から、非常に強い反射光が向かってくる場合が頻発する。この様な反射光は、太陽光の高度が高い場合には、主に水平方向に直線偏光している。したがって、垂直方向に直線偏光した反射光２ｆ−１〜８を受光することで、この様な太陽光の強い反射を除外し、ＳＮ比を改善できる。
【０１０１】
パルス発光素子７０ｆは、図１４の（ａ）、および（ｂ）に示すように、複数のレーザチップ９５−ｍが、基板９０−ｍの上に搭載され、ピッチＲで枠体９６に固定されている。図１４の（ｃ）は、各発光素子の拡大図を示す。レーザチップ９５−ｍは、端面発光レーザである。基板９０−ｍ上にＮ配線９１−ｍとＰ配線９２−ｍとが基板９０−ｍの長手方向（Ｚ軸方向）に配置され、その上に接続材９３を介して、端面発光レーザチップがフェイスダウンで接続されている。端面発光レーザチップは、図１４（ｃ）に示すように、ＧａＡｓ基板を含むＮ層７１ｆ−ｍ、発光層７２ｆ−ｍ、Ｐ層７３ｆ−ｍが積層されている。Ｎ電極７５ｆ−ｍは、エピ成長面の一部がＮ層７１ｆ−ｍまでエッチングされて露出したＮ層７１ｆ−ｍ上と、その反対側の面の２か所に形成されている。Ｐ電極７６ｆ−ｍは、Ｐ層７３ｆ−ｍの領域に形成されたリッジ７７ｆ−ｍの上に形成されている。Ｎ電極７６ｆ−ｍ及びＰ電極７６ｆ−ｍが半導体層と接続する部分以外の表面は絶縁膜７４ｆ−ｍによって覆われている。発光層７２ｆ−ｍのリッジ７７ｆ−ｍ部分が発光部７８ｆ−ｍである。図１４の（ｂ）に示す後方において、図示を省略するが、Ｎ配線９１−ｍとＰ配線９２−ｍが外部の駆動回路に接続される。なお、基板９０−ｍを大きくした場合、レーザチップ９５−ｍの駆動回路の一部、または全部を配置することができる。
【０１０２】
レーザチップ９５−ｍは、横幅が２５０μｍ、長さが５００μｍ、厚さが１００μｍである。基板９０−ｍは、厚さが１００μｍ、幅が１５００μｍ、長さが２０００μｍである。ピッチＲは３５０μｍである。
【０１０３】
なお、図１４ではパルス発光素子７０ｆとして、端面発光レーザチップをモジュール化する構成を示したが、面発光レーザ８個をピッチＲで直線状（Ｙ軸方向）に並べて配置し、モノリシックに形成しても良い。その際、個々の面発光レーザを構成する複数の発光ユニットはＸ軸方向に直線偏光する様に構成する。
【０１０４】
〔実施形態１０〕
実施形態１０にかかる光レーダー装置は、実施形態６の光レーダー装置１００ｃと同様の構成であるが、パルス光照射・受光部１０ｇが、結像光学素子として、レンズ５０の代わりに、軸外れ反射鏡５５を使用している点が異なる。
【０１０５】
図１５は、実施形態１０に係るパルス光照射・受光部１０ｇの模式図である。１／４波長板５１、偏光ビームスプリッタ６０、整形レンズ６９ｇを介して、軸外れ反射鏡５５の焦点位置に、パルス発光素子７０ｇを設置する。また、１／４波長板５１、偏光ビームスプリッタ６０、光学バンドパスフィルター６８を介して、軸外れ反射鏡５５の焦点位置に、受光素子８０ｇを配置する。
【０１０６】
本実施形態では、照射系と受光系で結像光学素子である軸外れ反射鏡５５を共有し、両者の光軸を重ねたので、ブラインドスポットの発生を防止すると共に、パルス光１ｇ−ｍの発散を最低限にとどめ、最大測定距離を伸ばすことができる。さらに、角度分解能を向上するための複数の発光部、複数の受光部を有しており、特に製造方法が容易である。
【０１０７】
〔実施形態１１〕
図１６は、実施形態１１に係る光レーダー装置１００ｈの模式図である。実施形態１１に係る光レーダー装置１００ｈは、上記実施形態に係る光レーダー装置と異なり、パルス光照射・受光部１０ｈがパルス光の走査機能を含んでいる。
【０１０８】
図１６に示すように、光レーダー装置１００ｈは、パルス光照射・受光部１０ｈと、制御・電源部２０ｈと、筺体３０ｈとを含んでいるが、回転機構、反射ミラー等のパルス光走査機能を含まなくてもよい。
【０１０９】
図１７は、実施形態１１に係るパルス光照射・受光部１０ｈの構成を示す。偏光ビームスプリッタ６０と結像光学素子であるレンズ５０との間に、可動ミラーである反射鏡６５を有し、これによって、パルス光１ｈ−ｍをＸ−Ｙ面内で振ることができる。本実施形態のように走査機能をパルス光照射・受光部１０ｈに取り込んだ場合でも、レンズ５０を照射系と受光系で共有し、両者の光軸を重ねることにより、ブラインドスポットの発生を防止することができる。また、パルス光１の発散を最低限にとどめ、最大測定距離を伸ばすことができる。さらに、複数の発光部と複数の受光部とを有することで、Ｚ軸方向に角度分解能を持たすことができる上に、Ｘ−Ｙ面内を走査することが可能となり、モーターによる回転機構や、大きなミラー等を用いずに、２次元測定ができる。
【０１１０】
パルス光照射・受光部１０ｈは、反射鏡６５と、反射鏡６５の回転角度を制御するミラー駆動部３６ｈを有する点と、反射鏡６５によって光路が９０度変更される点以外は、実施形態６に係るパルス光照射・受光部１０ｃと同様である。反射鏡６５は、例えばＺ−Ｙ面内で、Ｚ軸と４５度で交わる回転軸６６の回りを回転し、パルス光１ｈ−ｍをＸ軸方向にスキャンすることができる。光路の変更によって、偏光ビームスプリッタ６０の配置も９０度変更され、パルス発光素子７０ｈがＺ軸と垂直に配置され、受光素子８０ｈがＹ軸と垂直に配置される。図１７において、１／４波長板５１は、反射鏡６５とレンズ５０の間に配置されているが、反射鏡６５と偏光ビームスプリッタ６０の間に配置されてもよい。
【０１１１】
反射鏡６５の回転範囲が±Ｇ（度）、反射鏡６５の反射面の中心位置がレンズ５０の焦点位置からの光路長ｋの位置にある場合、パルス光１ｈ−ｍのスキャン範囲は、大凡、ｋ／ｆ・Ｇとなる。したがって、反射鏡６５によるスキャン範囲を広く取りたい場合には、レンズ５０の近傍に置くことが好ましい。例えば、実施形態６と同じ焦点距離４０ｍｍ、Ｆ＝１．８（開口径２２．２ｍｍ）のレンズ５０を用い、Ｇ＝２０度、ｋ＝３０ｍｍの場合、スキャン範囲は±１５度となる。この場合、反射鏡６５の反射面は短径１７ｍｍ、長径２４ｍｍ程度の楕円面が必要となる。本構成では、光レーダー装置１００ｃの様に広範囲をスキャンすることは難しいが、比較的狭い範囲ながら、２次元領域を測定できる小型の光レーダー装置を提供することができる。スキャン範囲が更に狭くてもよい場合には、レンズ５０からできるだけ離し、反射鏡６５の面積を小さくして、スキャンスピードを上げ、コストを低減することができる。
【０１１２】
〔実施形態１２〕
図１８は、実施形態１２に係るパルス光照射・受光部１０ｉの構成を示す。実施形態１２に係るパルス光照射・受光部１０ｉは、複数の反射鏡を有する点で、実施形態１１に係るパルス光照射・受光部１０ｈと異なる。この異なる点により、パルス光の走査範囲をより広範囲にすることができる。
【０１１３】
本実施形態では、複数の反射鏡を含み、反射鏡６５に加えて、反射鏡６７を含む。反射鏡６７の回転軸６８は、反射鏡６５の回転軸６６と平行である。反射鏡６７が最大角まで振れた後、反射鏡６５を更に振ることで、スキャン範囲を拡大することができる。
【０１１４】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係るパルス光照射受光装置（パルス光照射・受光部１０）は、結像光学素子（レンズ５０）と、偏光ビームスプリッタ６０と、パルス発光素子７０と、受光素子８０を備え、パルス光１を対象物３に向けて照射し、前記対象物３からの反射光２を受光するパルス光照射受光装置（パルス光照射・受光部１０）であって、前記パルス発光素子７０は、第１の偏光方向に直線偏光したパルス光を発し、前記パルス光１は、前記偏光ビームスプリッタ６０と前記結像光学素子（レンズ５０）とを、この順序にて通過して、前記対象物３を照射し、前記反射光２は、前記結像光学素子（レンズ５０）と前記偏光ビームスプリッタ６０とを、この順序にて通過して、前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向に直線偏光して、前記受光素子８０上に集光され、前記パルス発光素子７０と、前記受光素子８０とは、前記結像光学素子（レンズ５０）の焦点面に設けられており、前記パルス光１の光軸と、前記反射光２の光軸とは重なっている。
【０１１５】
上記の構成によれば、ブラインドスポットの発生を防止し、且つ、少ない光学部品で、対象物までの距離に関わらず、対象物上に照射される光強度を高めることができる。
【０１１６】
本発明の態様２に係るパルス光照射受光装置（パルス光照射・受光部１０）は、上記態様１において、前記受光素子８０の受光部８１の大きさと前記パルス発光素子７０の発光領域の大きさとはほぼ等しい、または、前記受光素子の受光部の大きさは前記パルス発光素子の発光領域の大きさより小さくてよい。
【０１１７】
上記の構成によれば、対象物３が遠方であっても、対象物３上のパルス光の照射領域が、受光領域を無駄なくカバーすることができる。
【０１１８】
本発明の態様３に係るパルス光照射受光装置（パルス光照射・受光部１０ｃ）は、上記態様１において、前記パルス発光素子７０ｃは複数の発光部７８を有し、前記受光素子８０ｃは複数の受光部８１を有し、前記複数の発光部７８の各々は、前記複数の受光部８１の何れかと、一対一に対応している。
【０１１９】
上記の構成によれば、角度分解能が向上する。
【０１２０】
本発明の態様４に係るパルス光照射受光装置（パルス光照射・受光部１０）は、上記態様３において、前記複数の受光部８１の各々は、大きさが、対応する前記発光部７８の発光領域の大きさとほぼ等しい、または、対応する前記発光部の発光領域の大きさより小さくてよい。
【０１２１】
上記の構成によれば、態様２と同様の効果を奏する。
【０１２２】
本発明の態様５に係るパルス光照射受光装置（パルス光照射・受光部１０）は、上記態様３または４において、前記複数の受光部８１の各々の配置ピッチが一定であってもよい。
【０１２３】
上記の構成によれば、分解能が一定になる。
【０１２４】
本発明の態様６に係るパルス光照射受光装置（パルス光照射・受光部１０）は、上記態様３から５において、前記パルス発光素子７０は、前記複数の発光部７８をモノリシックに集積していてもよい。
【０１２５】
上記の構成によれば、高精度に製造することができる。
【０１２６】
本発明の態様７に係るパルス光照射受光装置（パルス光照射・受光部１０）は、上記態様３から６において、前記受光素子８０は、複数の計測回路８３を有し、当該複数の計測回路８３の各々は、前記複数の受光部８１の何れかと対応してもよい。
【０１２７】
上記の構成によれば、測定時間を短縮することができ、また、測定回数を増やした場合、測定精度を向上させることができる。
【０１２８】
本発明の態様８に係るパルス光照射受光装置（パルス光照射・受光部１０）は、上記態様１から７において、前記偏光ビームスプリッタ６０と前記対象物３との間に設けられ、前記パルス光を円偏光させる１／４波長板５１を備え、前記パルス光は円偏光状態で、前記対象物３に向けて照射されてもよい。
【０１２９】
上記の構成によれば、偏光ビームスプリッタ６０における反射ロスが少ない。
【０１３０】
本発明の態様９に係るパルス光照射受光装置（パルス光照射・受光部１０）は、上記態様１から７において、前記パルス光１は直線偏光状態で、前記対象物３に向けて照射されてもよい。
【０１３１】
上記の構成によれば、光のロスが少ない。
【０１３２】
本発明の態様１０に係るパルス光照射受光装置（パルス光照射・受光部１０）は、上記態様１から９において、前記偏光ビームスプリッタ６０と前記結像光学素子（レンズ５０）の間に、可動ミラーを含んでもよい。
【０１３３】
上記の構成によれば、パルス光１を水平面内で振ることができる。
【０１３４】
本発明の態様１１に係るパルス光照射受光装置（パルス光照射・受光部１０）は、上記態様１から１０において、前記結像光学素子がレンズ５０であってもよい。
【０１３５】
上記の構成によれば、平行光にすることができる。
【０１３６】
本発明の態様１２に係るパルス光照射受光装置（パルス光照射・受光部１０）は、上記態様１から１１において、前記パルス発光素子７０は、整形レンズ６９を有していてもよい。
【０１３７】
上記の構成によれば、Ｚ軸方向の発散をＸ軸方向の発散並に抑えることができる。
【０１３８】
本発明の態様１３に係るパルス光照射受光装置（パルス光照射・受光部１０）は、上記態様１から１２において、前記偏光ビームスプリッタ６０と前記受光素子８０の間に、光学バンドパスフィルター６８を有していてもよい。
【０１３９】
上記の構成によれば、反射光２の内、パルス光１とは異なる背景光によって発生する成分を削減し、ＳＮ比を向上させることができる。
【０１４０】
本発明の態様１４に係るパルス光照射受光装置（パルス光照射・受光部１０）は、上記態様１から１３において、前記パルス発光素子７０は、近赤外線のパルス光を発してもよい。
【０１４１】
上記の構成によれば、人の目に見えないので、邪魔にならなく、波長が長い程、動物の目に対する安全性が高い。
【０１４２】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【実施例１】
【０１４３】
本発明の一実施例について以下に説明する。
【０１４４】
以下の構成で、実施形態１に係る光レーダー装置の最大測定距離を求めた。パルス発光素子７０は、発光波長が９０５ｎｍ、ピークパワーが３１Ｗ、パルス幅が６ｎｓｅｃである。端面発光レーザチップの発光領域の大きさは、Ｐ＝２００μｍ、Ｕ＝１０μｍであった。ニアフィールドの光の発散角度をＸ軸方向１０度、Ｚ軸方向に２５度であった。受光素子８０の受光部は、直径２３０μｍφ、感度５５Ａ／Ｗのアバランシェフォトダイオードであった。光学バンドパスフィルター６８として、透過帯中心波長９０５ｎｍ、透過帯幅４５ｎｍの干渉フィルターを用いた。レンズ５０は焦点距離７５ｍｍ、Ｆ２．８（開口径２６．８ｍｍ）であり、レンズ５０通過後のパルス光の発散角は０．１５度程度であった。偏光ビームスプリッタ６０は、一辺の長さが１５ｍｍのキューブ型を用い、その中心がレンズ５０から４０ｍｍの位置に設置した。受光素子８０は、光学バンドパスフィルター６８、１／４波長板５１、及び偏光ビームスプリッタ６０を介して、レンズ５０の焦点位置に設置した。同様に、パルス発光素子７０は、整形レンズ６９、１／４波長板５１、及び偏光ビームスプリッタ６０を介して、レンズ５０の焦点位置に設置した。対象物３として、反射率５０％の板を用いて、晴天下で測定を行った。
【０１４５】
アバランシェフォトダイオードの出力電流は、暗電流０．６ｎＡ、バックグラウンド電流１．３μＡ、１２０ｍ地点での対象物３からの反射光２による電流は１１μＡと、バックグランド電流より十分高く、反射光２を検出できた。求めた飛行時間ＴｏＦは、７９９ｎｓｅｃと、誤差の範囲で正しい距離と一致した。また、受光素子８０の受光部は円形であり、パルス発光素子７０の発光領域の形状と一致していなかったので、受光部中央の前面に３０μｍ幅の帯状開口部を有するメタルマスクを設置してみた。この場合には、反射光２による電流は変わらなかったが、バックグラウンド電流が０．２μＡへ低下し、ＳＮ比は向上した。これにより最大測定距離を１８０ｍへ伸ばすことができた。
【０１４６】
〔比較例〕
実施例１に対して、図１９に示すパルス光照射・受光部１０ｘの様に、光照射系と受光系で結像光学素子を共有しない、構成も可能である。即ち、受光系には受光レンズ５０ｘがあり、照射系にはコリメータレンズ５２があり、その前方に偏光ビームスプリッタ６０ｘと１／４波長板５ｘが配置されている。この構成によっても、パルス光１ｘと受光する反射光２ｘの光軸を一致させ、ブラインドスポットの発生を防止することができる。しかし、遠方の対象物３からの反射光２ｘを捕えるためには、受光レンズ５０ｘの口径が大きくなければならず、偏光ビームスプリッタ６０ｘや１／４波長板５１ｘも、受光レンズ５０ｘの口径に合わせて大きくする必要が有り、これらの光学素子は高価で大きなスペースが必要となる。本構成では偏光ビームスプリッタ６０ｘの後方で、受光レンズ５０ｘやコリメータレンズ５２の焦点距離分のスペースを確保しなければならない。従って、パルス光照射・受光部１０ｘは、大きく、高価な物にならざるを得ない。それに比べ、実施例１の構成では、より少ない部品数、より小さく低コストの部品によって、よりコンパクトにできると言う利点が有る。
【実施例２】
【０１４７】
本発明の他の実施例について以下に説明する。
【０１４８】
次の構成で、実施形態６に係る光レーダー装置１００ｃの最大測定距離を求めた。パルス発光素子７０ｃは各リッジ７７−１〜８の幅は２００μm、リッジの配置ピッチはＲ＝３５０μｍ、各発光部７８−１〜８の発光波長９０５ｎｍ±１ｎｍ、ピークパワー３１Ｗ±１Ｗであった。パルス幅６ｎｓｅｃで駆動する。整形レンズ６９ｃとして、一本のロッドレンズを用い、発光層７２の前面に配置した。レーザチップからの発光の発散角度をＸ方向、Ｚ方向共に１０度とした。受光素子８０ｃはシリコン基板に形成されており、受光部８１−１〜８は、発光部の配置ピッチと同じＲ＝３５０μｍで配置されている。各受光部８１−ｍは、４μｍ径のＳＰＡＤを１２８個配置している。ＳＰＡＤは一辺１４４μｍの四角形の領域に配置した。このＳＰＡＤの量子効率は１５％、Ｄａｅｄｔｉｍｅは２０ｎｓｅｃであった。光学バンドパスフィルター６８として、透過帯中心波長９０５ｎｍ、透過帯幅４５ｎｍの干渉フィルターを用いた。レンズ５０は焦点距離４０ｍｍ、Ｆ１．８（開口径２２．２ｍｍ）である。偏光ビームスプリッタ６０は、一辺の長さが１５ｍｍのキューブ型を用い、その中心がレンズ５０から２０ｍｍの位置に設置した。受光素子８０ｃは光学バンドパスフィルター６８、１／４波長板５１、及び偏光ビームスプリッタ６０を介して、レンズ５０の焦点位置に設置した。同様に、パルス発光素子７０ｃは整形レンズ６９ｃ、１／４波長板５１、及び偏光ビームスプリッタ６０を介して、レンズ５０の焦点位置に設置した。レンズ５０通過後のパルス光の発散角は０．２９度程度であった。各発光部７８−１〜８からのパルス光１−１〜８は、Ｙ軸方向に対して、Ｚ軸側に＋１．０度、＋０．５度、０度、−０．５度、−１．０度、−１．５度、−２．０度、−２．５度の振れ角にて、それぞれ放出される。各受光部８１−１〜８は前記パルス光１−１〜８に対する反射光２−１〜８を受光する。発光部７８−１〜８は順番に発光され、それに対応して、受光部８１−１〜８が順次受光する。従って、一時に活性化される発光部と受光部は一対である。制御・電源部２０ｃからの信号により、制御・ＩＯ・電源部８４が選択した受光部８１−ｍのＳＰＡＤには、受光制御部８２−ｍより各ＳＰＡＤに電源が供給される。受光制御部８２−ｍは各ＳＰＡＤからのパルス出力を３ｎｓｅｃ（パルス光のパルス幅の半分）単位で集計し、結果を計測回路８３へ送る。計測回路８３は３ｎｓｅｃ毎のフォトンカウント数をメモリに記録する一方、背景光による信号とパルス光１−ｍによる信号を識別するためのデータ処理を行い、飛行時間を決定する。
【０１４９】
計測回路８３が記録した１００ｍ地点でのデータの一例を図１０に示す。この例では、パルス光発光後、２２４×３ｎｓｅｃ後に背景光より有意にカウント数が多く、飛行時間ＴｏＦ＝６６９ｎｓｅｃ，距離は１００．３５ｍと計測され、実際の値と良く一致している。背景光の上限レベルは、全体の平均カウント数４．４個より、ポアソン分布に従って、１２個程度と見積もられるので、１２個を超えるカウントを対象物３によるパルス光の反射光と判定している。飛行時間の決定方法は種々の方式を採用することができる。例えば、図１０の測定結果を隣接する区間毎に加算し、６ｎｓｅｃ刻みのデータとして見直すことで、距離分解能は低下する一方で、遠方の物体を検出し易くなる。この様な改善で、本構成においても、最大測定距離を１３０ｍまで伸ばすことができた。
【０１５０】
上記の様な測定を順次繰り返すことで、一度に８点の測定を実施できる。この場合、Ｚ軸方向の角度分解能は０．５度であったが、この分解能はレンズ５０の焦点距離ｆと発光部と受光部のピッチＲによって、角度分解能〜Ｒ／ｆ（ｒａｄ）を制御できる。長い焦点距離のレンズを使うことで、角度分解能を小さくできる。
【符号の説明】
【０１５１】
１、１−１〜１−８、１ｅ−１〜１ｅ−８、１ｆ−１〜１ｆ−８、１ｇ−１〜１ｇ−８、１ｈ−１〜１ｈ−８、１ｉ−１〜１ｉ−８、１ｘ  パルス光
２、２−１〜２−８、２ｅ−１〜２ｅ−８、２ｆ−１〜２ｆ−８、２ｇ−１〜２ｇ−８、２ｈ−１〜２ｈ−８、２ｉ−１〜２ｉ−８、２ｘ  反射光
３  対象物
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ、１０ｊ、１０ｋ  パルス光照射・受光部（パルス光照射受光装置）
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｈ  制御・電源部
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｈ  筺体
３５  ミラー
３５ｂ  ポリゴンミラー
３６、３６ｂ、３６ｈ  ミラー駆動部
４０  駆動・インターフェイス部
５０  レンズ
５０ｘ  受光レンズ
５２  コリメーションレンズ
５５  軸外れ反射鏡
５１、５１ｘ  １／４波長板
６０、６０ｆ、６０ｈ、６０ｋ、６０ｘ  偏光ビームスプリッタ
６５、６７  反射鏡
６６、６８  回転軸
６８  光学バンドパスフィルター
６９、６９ｃ、６９ｅ、６９ｆ、６９ｇ、６９ｈ、６９ｉ  整形レンズ
７０、７０ｃ、７０ｅ、７０ｆ、７０ｇ、７０ｈ、７０ｉ、７０ｊ、７０ｋ  パルス発光素子
７１、７１ｆ−１〜７１ｆ−８  Ｎ層
７２、７２ｆ−１〜７２ｆ−８  発光層
７３、７３ｆ−１〜７３ｆ−８  Ｐ層
７４、７４ｆ−１〜７４ｆ−８  絶縁層
７５、７５ｆ−１〜７５ｆ−８  Ｎ電極
７６−１〜７６−８、７６ｆ−１〜７６ｆ−８  Ｐ電極
７７−１〜７７−８、７７ｆ−１〜７７ｆ−８  リッジ
７８−１〜７８−８、７８ｆ−１〜７８ｆ−８  発光部
７９Ｆ、７９Ｂ、７９Ｆ−１〜７９Ｆ−８、７９Ｂ−１〜７９Ｂ−８  端面
８０、８０ｃ、８０ｄ、８０ｅ、８０ｆ    、８０ｇ、８０ｈ、８０ｉ  受光素子
８１−１〜８１−８、８１ｄ−１〜８１ｄ−８  受光部
８２−１〜８２−８、８２ｄ−１〜８２ｄ−８  受光制御部
８３、８３ｄ−１〜８３ｄ−８  計測回路
８４、８４ｄ  制御・ＩＯ・電源部
８５  受光部中心線
９０−１〜９０−８  基板
９１−１〜９１−８  Ｎ配線
９２−１〜９２−８  Ｐ配線
９４−１〜９４−８  接続材
９６  枠体
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆ、１００ｇ、１００ｈ、１００ｉ、１００ｊ、１００ｋ  光レーダー装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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