(57)【要約】【課題】低コスト化を図ることができる物体検出装置を提供する。【解決手段】  光源から射出された光は、Ｙ軸方向に関する長さよりもＺ軸方向に関する長さのほうが長い形状で物体に照射される。また、結像光学系２８の焦点距離は、Ｙ軸方向とＺ軸方向とで異なっている。さらに、光検出器２９における受光領域は、Ｙ軸方向に関する長さに対するＺ軸方向に関する長さの比Ｒｐｄが、物体に照射される光のＹ軸方向に関する長さに対するＺ軸方向に関する長さの比Ｒｅよりも小さくなるように設定されている。この場合は、Ｙ軸方向における物体検出の解像度を向上させ、Ｚ軸方向における物体検出の検出範囲を広くするとともに、光検出器２９の故障を抑制し、更に光検出器２９の低コスト化を図ることができる。【選択図】図２３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から射出された光を光偏向器によって走査させ、その走査領域内に物体があるときに、該物体で反射された光を結像光学系を介して受光部で受光する物体検出装置において、
前記光源から射出された光は、第１の方向に関する長さよりも前記第１の方向に直交する第２の方向に関する長さが長い形状で前記物体に照射され、
前記結像光学系の焦点距離は、前記第１の方向と前記第２の方向とで異なり、
前記受光部における受光領域は、前記第１の方向に関する長さに対する前記第２の方向に関する長さの比が、前記物体に照射される光の前記第１の方向に関する長さに対する前記第２の方向に関する長さの比よりも小さい物体検出装置。
【請求項２】
前記結像光学系は、平行光の結像位置が、前記第１の方向と前記第２の方向とで等しいことを特徴とする請求項１に記載の物体検出装置。
【請求項３】
前記結像光学系は、同一方向に曲率を有する少なくとも２つのシリンドリカル面と、少なくとも１つの回転対称面を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の物体検出装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの回転対称面は、前記少なくとも２つのシリンドリカル面よりも前記受光部側に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の物体検出装置。
【請求項５】
前記結像光学系の形状は矩形形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の物体検出装置。
【請求項６】
前記光源における発光領域は、前記第１の方向に関する長さに対する前記第２の方向に関する長さの比が、前記物体に照射される光の前記第１の方向に関する長さに対する前記第２の方向に関する長さの比よりも大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の物体検出装置。
【請求項７】
前記光源から射出された光の光路上に配置されたカップリングレンズを有し、
前記光源の１点から射出された光は、前記カップリングレンズで発散光となることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の物体検出装置。
【請求項８】
前記受光部は、複数の受光領域を有し、
前記複数の受光領域を囲む領域は、前記第１の方向に関する長さに対する前記第２の方向に関する長さの比が、前記物体に照射される光の前記第１の方向に関する長さに対する前記第２の方向に関する長さの比よりも小さいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の物体検出装置。
【請求項９】
前記第１の方向は、前記光偏向器による走査方向に平行な方向であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の物体検出装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の物体検出装置と、
前記物体検出装置の出力に基づいて、物体の有無や、物体の移動方向及び移動速度の少なくともいずれかを含む移動情報を求める監視制御装置と、を備えるセンシング装置。
【請求項１１】
車両に搭載され、
前記監視制御装置は、前記物体の位置情報及び移動情報の少なくとも一方に基づいて危険の有無を判断することを特徴とする請求項１０に記載のセンシング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体検出装置及びセンシング装置に係り、更に詳しくは、物体を検出対象とする物体検出装置、及び該物体検出装置を備えるセンシング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、物体の有無や、その物体までの距離を検出するための物体検出装置の開発が盛んに行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、レーザ光を発生するレーザ光発生手段と、レーザ光発生手段からレーザ光が発生されたときに、当該レーザ光が検出物体にて反射した反射光を検出する光検出手段と、所定の中心軸を中心として回動可能に構成された偏向手段を備えるとともに、当該偏向手段によりレーザ光を窓部を介して空間に向けて偏向させ、かつ窓部を透過した反射光を光検出手段に向けて偏向する回動偏向手段と、回動偏向手段を駆動する駆動手段と、レーザ光発生手段でのレーザ光の発生からこのレーザ光が検出物体にて反射された反射光が光検出手段により検出されるまでの検出時間に基づいて検出物体までの距離を測定する距離測定手段と、を備えたレーザレーダ装置が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、投光部から出力された測定光を測定対象空間に向けて偏向する第一偏向部材と、測定対象空間に存在する測定対象物からの反射光を集光する受光レンズと、受光レンズを透過した反射光を投光部と対向配置された受光部に向けて偏向する第二偏向部材とを備えた光学系と、光学系を所定の軸心周りに回転させる走査機構を備え、測定光と受光部で検出された反射光に基づいて測定対象物までの距離を測定する走査式測距装置が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、光波を射出する発光部と、発光部からの光波が物体に反射されることにより得られる反射光を受光し、この光量に応じた出力をする受光部と、受光部による出力に基づいて光波を反射した物体までの距離を演算する距離演算手段と、を備えた距離測定装置が開示されている。
【０００６】
また、特許文献４には、レーザ光を発生するレーザ光発生手段と、レーザ光発生手段からレーザ光が発生したときに、検出物体によって反射されるレーザ光の反射光を検出する光検出手段と、所定の中心軸を中心として回動可能に構成された１つの偏向手段を備えるとともに、当該偏向手段によりレーザ光を空間に向けて偏向させ、且つ反射光を光検出手段に向けて偏向する回動偏向手段と、レーザ光発生手段からのレーザ光を偏向手段に向けて偏向するミラーと、回動偏向手段の偏向手段を回転駆動する駆動手段と、レーザ光発生手段を第１の回転軸を中心として回転させる第１の回転手段と、レーザ光発生手段を第１の回転軸と直交する向きの第２の回転軸を中心として回転させる第２の回転手段と、第１の回転手段及び第２の回転手段を制御する制御手段と、を備えたレーザレーダ装置が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１〜４に開示されている装置では、低コスト化は困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、光源から射出された光を光偏向器によって走査させ、その走査領域内に物体があるときに、該物体で反射された光を結像光学系を介して受光部で受光する物体検出装置において、前記光源から射出された光は、第１の方向に関する長さよりも前記第１の方向に直交する第２の方向に関する長さが長い形状で前記物体に照射され、前記結像光学系の焦点距離は、前記第１の方向と前記第２の方向とで異なり、前記受光部における受光領域は、前記第１の方向に関する長さに対する前記第２の方向に関する長さの比が、前記物体に照射される光の前記第１の方向に関する長さに対する前記第２の方向に関する長さの比よりも小さい物体検出装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の物体検出装置によれば、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザレーダ２０を搭載した車両の外観図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る監視装置１０の構成を説明するためのブロック図である。
【図３】レーザレーダ２０の構成を説明するための図である。
【図４】光偏向器２０４を説明するための図である。
【図５】光射出系２０１を説明するための図である。
【図６】検出光の進行方向を説明するための図（その１）である。
【図７】検出光の進行方向を説明するための図（その２）である。
【図８】検出光の進行方向を説明するための図（その３）である。
【図９】光検出系２０２を説明するための図である。
【図１０】物体からの反射光の入射方向を説明するための図（その１）である。
【図１１】物体からの反射光の入射方向を説明するための図（その２）である。
【図１２】物体からの反射光の入射方向を説明するための図（その３）である。
【図１３】音声・警報発生装置６０の構成を説明するためのブロック図である。
【図１４】光検出器２９における受光可能領域を説明するための図である。
【図１５】光源２１からの光の照射範囲と光検出器２９における受光可能領域との関係を説明するための図である。
【図１６】光源２１の発光領域を説明するための図（その１）である。
【図１７】光源２１の発光領域を説明するための図（その２）である。
【図１８】図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、それぞれ複数の発光領域を説明するための図である。
【図１９】光検出器２９の受光領域を説明するための図（その１）である。
【図２０】光検出器２９の受光領域を説明するための図（その２）である。
【図２１】図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）は、それぞれ結像光学系２８の具体例１を説明するための図である。
【図２２】具体例１の結像光学系２８の数値例を説明するための図である。
【図２３】図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）は、それぞれ結像光学系２８の具体例２を説明するための図である。
【図２４】具体例２の結像光学系２８の数値例を説明するための図である。
【図２５】具体例２の結像光学系２８の波面収差を説明するための図である。
【図２６】具体例１の結像光学系２８の波面収差を説明するための図である。
【図２７】光検出器２９が複数の受光領域を有する場合を説明するための図（その１）である。
【図２８】光検出器２９が複数の受光領域を有する場合を説明するための図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
走行中の車両の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、レーザレーダがある。該レーザレーダとしては様々なものがあるが、特許文献１〜特許文献４には、光源から射出されたレーザ光を回転ミラーで走査し、物体で反射された光を再度回転ミラーを介して光検出器で検出するものが開示されている。
【００１２】
このような走査型レーザレーダは、径が絞られたレーザ光を検出用光として用いることができるので、検出精度や検出可能距離の点で有利である。
【００１３】
走査型レーザレーダにおいて、物体検出の分解能を高めるには、物体に照射される光の走査方向に関する大きさは小さい方が良い。また、車両等が振動しても、確実に安定して物体を検出するためには、物体に照射される光の走査方向に直交する方向（以下では、便宜上、「走査直交方向」ともいう。）に関する大きさは大きい方が良い。つまり、走査型レーザレーダでは、物体に照射される光の形状（断面形状）は、走査直交方向を長手方向とする細長い形状であるのが好ましい。
【００１４】
また、通常は、光検出器の形状は、物体における光の照射領域の形状に相似した形状になる。しかしながら、細長い形状の光検出器は、印加電圧のムラが発生しやすく、そして、電圧が集中した箇所で故障が発生しやすいという不都合があった。
【００１５】
特に、特許文献３に開示されている距離測定装置のように、光検出器としてＡＰＤ（ａｖａｌａｎｃｈｅ  ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）が用いられるときは、上記不都合が顕著となる。さらに、細長い形状の光検出器は、製造歩留まりの低下を招き、その結果コストアップとなるという不都合があった。
【００１６】
また、光検出器における受光領域の大きさはなるべく小さい方がコスト的に有利であるが、細長い形状の受光領域を小さくすると、細い方の辺が小さくなりすぎて製作が容易ではなく、低コスト化が困難であるという不都合があった。
【００１７】
さらに、特許文献３に開示されている距離測定装置のように、走査直交方向に関して、複数レイヤについて検出する場合には、走査直交方向に沿って複数の光検出器を配置する必要があり、上記の不都合の他に、複数の光検出器間での感度のばらつきに起因する誤検出のおそれがあった。
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図２８に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る物体検出装置としてのレーザレーダ２０を搭載した車両１の外観が示されている。
【００１９】
レーザレーダ２０は、一例として、車両１の前方のナンバープレート近傍に取り付けられている。なお、本明細書では、ＸＹＺ３次元直交座標系において、路面に直交する方向をＺ軸方向、車両１の前進方向を＋Ｘ方向として説明する。
【００２０】
車両１の車内には、一例として図２に示されるように、表示装置３０、監視制御装置４０、メモリ５０、及び音声・警報発生装置６０などが備えられている。これらは、データの伝送が可能なバス７０を介して電気的に接続されている。
【００２１】
ここでは、レーザレーダ２０、表示装置３０、監視制御装置４０、メモリ５０、及び音声・警報発生装置６０によって、センシング装置としての監視装置１０が構成されている。すなわち、監視装置１０は、車両１に搭載されている。また、監視装置１０は、車両１のメインコントローラに電気的に接続されている。
【００２２】
レーザレーダ２０は、一例として図３に示されるように、光射出系２０１、光偏向器２０４、光検出系２０２、物体情報取得部２０３、及び反射ミラー２０５（図３では不図示、図６及び図１０参照）などを有している。そして、これらは、不図示の筐体内に収納されている。ここでは、光射出系２０１は、光検出系２０２の＋Ｚ側に配置されている。
【００２３】
光射出系２０１は、＋Ｘ方向に光を射出する。反射ミラー２０５は、光射出系２０１の＋Ｘ側に配置され、光射出系２０１から射出された光を光偏向器２０４に向けて反射する（図６〜図８参照）。光偏向器２０４は、反射ミラー２０５で反射された光射出系２０１からの光を検出領域に向けて偏向する。
【００２４】
さらに、光偏向器２０４は、物体で反射された光を反射ミラー２０５に向かう方向に偏向する（図１０〜図１２参照）。光検出系２０２は、反射ミラー２０５で反射された光を検出する。物体情報取得部２０３は、光射出系２０１及び光偏向器２０４を制御するとともに、光検出系２０２での検出結果に基づいて、物体の有無、物体までの距離、物体の大きさ、物体の形状、物体の位置などの物体情報を取得する。
【００２５】
なお、反射ミラー２０５は、光路を折りたたむことによって、レーザレーダ２０を小型化するために設けられている。
【００２６】
光偏向器２０４は、一例として図４に示されるように、Ｚ軸に平行な回転軸まわりに回転する２つの反射面を有する回転ミラーを備えている。ここでは、各反射面はＺ軸方向に平行である。回転ミラーの回転制御は、物体情報取得部２０３によって行われる。なお、反射面の数は２面に限定するものではなく、１面であっても良いし、３面以上であっても良い。また、少なくとも２つの反射面を、回転軸に対してそれぞれ異なった傾斜角度とし、走査領域をＺ軸方向に関して切り替えることも可能である。
【００２７】
光射出系２０１は、一例として図５に示されるように、光源２１、及びカップリングレンズ２２などを有している。
【００２８】
光源２１は、物体情報取得部２０３によって点灯及び消灯される。物体情報取得部２０３は、物体を検出する際、光源２１からパルス光を射出させる。ここでは、光源２１は、＋Ｘ方向に光を射出するように配置されている。カップリングレンズ２２は、光源２１の＋Ｘ側に配置されている。
【００２９】
光源２１から射出された光は、カップリングレンズ２２でカップリングされ、反射ミラー２０５で反射されて光偏向器２０４の反射面に入射する。光偏向器２０４の反射面で反射された光がレーザレーダ２０から射出される検出光である。
【００３０】
光偏向器２０４の反射ミラーが回転すると、Ｚ軸方向に直交する平面内において、検出光の進行方向が変化する（図６〜図８参照）。すなわち、検出光は、光偏向器２０４の反射ミラーの回転に伴って、Ｙ軸方向に沿って走査される。ここでは、検出光は、−Ｙ方向に走査される。そして、検出光によって走査される領域が検出領域である。
【００３１】
なお、光偏向器２０４には、反射ミラーの回転角を検出するためのセンサ（例えば、ホール素子）が設けられており、該センサの出力信号は、物体情報取得部２０３に送られるようになっている。すなわち、物体情報取得部２０３は、センサの出力信号に基づいて、反射ミラーの回転角を知ることができる。
【００３２】
検出領域内に物体があると、レーザレーダ２０から射出され物体で反射された光の一部は、レーザレーダ２０に戻ってくる。以下では、便宜上、物体で反射されレーザレーダ２０に戻ってくる光を「物体からの反射光」ともいう。
【００３３】
物体からの反射光であって、光偏向器２０４により反射ミラー２０５に向かう方向に偏向された光は、反射ミラー２０５で反射され、光検出系２０２に入射する。
【００３４】
光検出系２０２は、一例として図９に示されるように、結像光学系２８、及び光検出器２９などを有している。
【００３５】
結像光学系２８は、反射ミラー２０５で反射された光の光路上に配置され、該光を集光する。ここでは、結像光学系２８は、第１結像素子２８ａと第２結像素子２８ｂを有している。第１結像素子２８ａは＋Ｘ側の結像素子であり、第２結像素子２８ｂは−Ｘ側の結像素子である。
【００３６】
そして、第１結像素子２８ａの入射側の面である＋Ｘ側の面を「Ｒ１面」ともいい、射出側の面である−Ｘ側の面を「Ｒ２面」ともいう。また、第２結像素子２８ｂの入射側の面である＋Ｘ側の面を「Ｒ３面」ともいい、射出側の面である−Ｘ側の面を「Ｒ４面」ともいう。
【００３７】
光検出器２９は、結像光学系２８を介した光を受光し、受光光量に対応した信号を物体情報取得部２０３に出力する。
【００３８】
光検出器２９の受光素子としては、ＰＤ（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）、ＡＰＤ（ａｖａｌａｎｃｈｅ  ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）、ガイガーモードＡＰＤであるＳＰＡＤ（ｓｉｎｇｌｅ  ｐｈｏｔｏｎ  ａｖａｌａｎｃｈｅ  ｄｉｏｄｅ）等を用いることができる。なお、ＡＰＤやＳＰＡＤはＰＤに対して感度が高いため、検出精度や検出可能距離の点で有利である。
【００３９】
物体情報取得部２０３は、光検出器２９の出力レベルが予め設定されている閾値以上のとき、光検出器２９が物体からの反射光を受光したと判断する。そして、物体情報取得部２０３は、光検出器２９が物体からの反射光を受光すると、光源２１での点灯タイミングと光検出器２９での受光タイミングとから物体までの距離を求める。さらに、物体情報取得部２０３は、物体の位置、物体の大きさ及び物体の形状などの物体情報を求め、メモリ５０に保存する。
【００４０】
なお、物体情報取得部２０３は、一例として図１０〜図１２に示されるように、光偏向器２０４における回転ミラーの回転角によって、物体からの反射光の入射方向を知ることができる。
【００４１】
また、物体情報取得部２０３は、光源２１を点灯させてから所定の時間が経過しても、光検出器２９の出力レベルが予め設定されている閾値未満のままであれば、物体は検出されなかったものと判断し、該判断結果をメモリ５０に保存する。
【００４２】
図２に戻り、監視制御装置４０は、所定のタイミング毎に、メモリ５０に格納されている物体情報などに基づいて、車両１の前方に物体があるときにその物体の移動の有無を求めるとともに、該物体が移動しているときにはその移動方向及び移動速度を含む移動情報を求める。そして、物体情報及び移動情報を表示装置３０に表示する。
【００４３】
また、監視制御装置４０は、物体情報及び移動情報に基づいて、危険の有無を判断し、危険があると判断すると、車両１のメインコントローラ及び音声・警報発生装置６０に通知する。
【００４４】
音声・警報発生装置６０は、一例として図１３に示されるように、音声合成装置６１、警報信号生成装置６２及びスピーカ６３などを有している。
【００４５】
音声合成装置６１は、複数の音声データを有しており、監視制御装置４０から危険有りの情報を受け取ると、対応する音声データを選択し、スピーカ６３に出力する。
【００４６】
警報信号生成装置６２は、監視制御装置４０から危険有りの情報を受け取ると、対応する警報信号を生成し、スピーカ６３に出力する。
【００４７】
本実施形態では、光射出系２０１と光検出系２０２は、Ｚ方向に関して重なって配置されており、光偏向器２０４と反射ミラー２０５は、光射出系２０１と光検出系２０２とで共用されている。この場合は、物体における光源２１からの光の照射範囲と光検出器２９における受光可能範囲の相対的な位置ずれを小さくすることができ、安定した物体検出を実現できる。
【００４８】
ここで、物体における光源２１からの光の照射範囲、光検出器２９における受光可能範囲、光源２１における発光領域、及び光検出器２９の受光領域、について説明する。
【００４９】
なお、以下では、煩雑さを避けるため、物体における光源２１からの光の照射範囲を単に「照射範囲」ともいい、光検出器２９における受光可能範囲を単に「受光可能範囲」ともいう。また、光源２１における発光領域を単に「発光領域」ともいい、光検出器２９の受光領域を単に「受光領域」ともいう。
【００５０】
ここでは、照射範囲は、光量がピーク値の１／２以上となる範囲と定義する。また、受光可能範囲は、検出領域内の任意の位置に点光源を配置し、該点光源をＹ軸方向及びＺ軸方向に移動させながら光検出器２９の光量を求めたとき、一例として図１４に示されるように、光検出器２９での受光光量がピーク値の５０％以上となる範囲と定義する。
【００５１】
図１５には、照射範囲と受光可能範囲との関係が示されている。照射範囲の大きさは受光可能範囲の大きさと同じか、わずかに大きくなるように設定されるのが良い。この場合は、受光可能範囲を効率良く照射することができるため、受光可能範囲における光量を増大でき、検出精度及び検出可能距離の点で好ましい。
【００５２】
また、照射範囲の大きさを受光可能範囲の大きさよりもわずかに大きくすることで、製造誤差に起因して照射範囲と受光可能範囲がずれても、検出精度及び検出可能距離の低下を抑制することができる。また、受光可能範囲をもれなく照射しているため、検出ヌケをなくすことができる。
【００５３】
ここで、照射範囲のＹ軸方向に関する大きさをＷｅｍ、Ｚ軸方向に関する大きさをＷｅｓ、Ｒｅ＝Ｗｅｓ／Ｗｅｍとする。また、受光可能範囲のＹ軸方向に関する大きさをＷｒｍ、Ｚ軸方向に関する大きさをＷｒｓ、Ｒｒ＝Ｗｒｓ／Ｗｒｍとする。
【００５４】
なお、照射範囲及び受光可能範囲の大きさは、Ｘ軸方向に関する位置によって異なるため、便宜上、レーザレーダ２０から射出される光の発散角で、Ｗｅｍ、Ｗｅｓを示し、レーザレーダ２０に入射される光の発散角で、Ｗｒｍ、Ｗｒｓを示すものとする。
【００５５】
例えば、Ｗｅｍ＝０．２ｄｅｇ、Ｗｅｓ＝１．２ｄｅｇ、Ｗｒｍ＝０．１ｄｅｇ、Ｗｒｓ＝１ｄｅｇ、であれば、照射範囲の大きさは受光可能範囲の大きさよりもわずかに大きい。
【００５６】
ところで、受光可能範囲は、走査方向（ここでは、Ｙ軸方向）に関する大きさが小さいほど、物体検出の分解能を高めることができる。また、受光可能範囲は、走査直交方向（ここでは、Ｚ軸方向）に関する大きさが大きいほど、レーザレーダ２０全体が振動しても物体を確実に検出することができる。
【００５７】
すなわち、受光可能範囲は、Ｚ軸方向に細長い形状とするのが良い。そこで、照射範囲も、Ｚ軸方向に細長い形状とするのが良い。
【００５８】
このような照射範囲を実現するため、発光領域をＺ軸方向に長い形状とする（図１６及び図１７参照）。ここで、発光領域のＹ軸方向に関する大きさをＷｌｄｍ、Ｚ軸方向に関する大きさをＷｌｄｓ、Ｒｌｄ＝Ｗｌｄｓ／Ｗｌｄｍとする。なお、Ｒｌｄを上記Ｒｅと同じ値に設定することも可能であるが、光源２１に対する制約が大きくなり、発光光量が小さくなったり、コストアップする可能性がある。
【００５９】
そこで、光源２１の１点から射出された光が、カップリングレンズ２２を通過する際に発散光となるように、光源２１に対するカップリングレンズ２２の位置、及びカップリングレンズ２２の焦点距離を設定し、Ｒｌｄの値をＲｅの値よりも大きくするのが良い。この場合は、光源２１の発光光量が小さくなったりコストアップすることを抑制しつつ、所望の照射範囲を得ることができる。
【００６０】
例えば、Ｗｅｍ＝０．２ｄｅｇ、Ｗｅｓ＝１．２ｄｅｇを実現するときの発光領域の大きさについて考える。
【００６１】
カップリングレンズ２２の焦点距離を６ｍｍとし、仮に、光源２１の１点から射出された光が、カップリングレンズ２２から射出される際に平行光になるように、光源２１に対するカップリングレンズ２２の位置を設定したときは、Ｗｌｄｍ＝０．０２１ｍｍ、Ｗｌｄｓ＝０．１２６ｍｍとなる。このような発光領域は、Ｗｌｄｍの値が大きすぎて、光源２１の製造が困難である。Ｗｌｄｍの値が０．００１ｍｍのときが製造しやすいとすると、カップリングレンズ２２の焦点距離が０．３ｍｍとなり、現実的でない上、Ｗｌｄｓ＝０．００６ｍｍとなり、発光光量が小さくなる。
【００６２】
そこで、例えば、カップリングレンズ２２の焦点距離を６ｍｍとして、Ｗｌｄｍ＝０．００１ｍｍ、Ｗｌｄｓ＝０．１２６ｍｍとし、光源２１の１点から射出された光が、カップリングレンズ２２から射出される際に発散光となるようにすることで、Ｗｅｍ＝０．２ｄｅｇ、Ｗｅｓ＝１．２ｄｅｇを実現することができる。
【００６３】
厳密には、光源２１の１点から射出された光が、カップリングレンズ２２から射出される際に発散光となることの影響で、Ｗｅｓの値も１．２ｄｅｇよりわずかに大きくなるが、カップリングレンズ２２の焦点距離を微調整することで、Ｗｅｓの値を１．２ｄｅｇにすることができる。
【００６４】
このように、光源２１の１点から射出された光がカップリングレンズ２２から射出される際に発散光となるようにすることで、製造しやすく、かつ発光光量の低下が抑制された光源２１を実現することができる。
【００６５】
なお、光源２１は、図１７に示されるように単一の発光領域を有していても良いし、複数の発光領域を有していても良い。図１８（Ａ）には、光源２１が３つの発光領域を有する場合が示されている。なお、この場合は、図１８（Ｂ）に示されるように、３つの発光領域を囲む領域のＺ軸方向に関する大きさをＷｌｄｓとし、３つの発光領域を囲む領域のＹ軸方向に関する大きさをＷｌｄｍとする。
【００６６】
光源２１が複数の発光領域を有する場合、光源２１の１点から射出された光が、カップリングレンズ２２から射出される際に発散光になるように設定されていると、検出領域では、発散の影響で光が拡散し、あたかも発光領域間の隙間にも発光領域が存在するようになり、検出ヌケを抑制することができる。
【００６７】
ところで、前述した受光可能範囲を実現するために、受光領域（図１９参照）の形状を受光可能範囲と相似形状にし、適切な焦点距離を持った回転対称の結像光学系で、物体からの反射光を受光領域に結像させることが考えられる。なお、回転対称の結像光学系の焦点距離をｆｒと表記する。
【００６８】
しかしながら、そのような構成にすると、受光領域が細長い形状となる。細長い形状の受光領域には、前述したように種々の不都合がある。これらの不都合を避けるためには、受光領域の形状を正方形に近づけるのが良い。
【００６９】
そこで、受光領域のＹ軸方向に関する大きさをＷｐｄｍ、Ｚ軸方向に関する大きさをＷｐｄｓ、Ｒｐｄ＝Ｗｐｄｓ／Ｗｐｄｍ（図２０参照）として、Ｒｐｄの値がＲｅの値よりも小さくなるように設定し、かつ結像光学系２８におけるＹ軸方向に関する焦点距離とＺ軸方向に関する焦点距離とを異ならせるように設定する。なお、結像光学系２８におけるＹ軸方向に関する焦点距離をｆｒｍと表記し、Ｚ軸方向に関する焦点距離をｆｒｓと表記する。
【００７０】
Ｗｒｍ＝０．１ｄｅｇ、Ｗｒｓ＝１ｄｅｇとし、仮に、ｆｒ＝５７ｍｍの回転対称の結像光学系を用いると、Ｗｐｄｍ＝０．０９９ｍｍ、Ｗｐｄｓ＝０．９９５ｍｍ、Ｒｐｄ＝１０となる。それに対し、ｆｒｍ＝５７ｍｍ、ｆｒｓ＝３０ｍｍの結像光学系を用いると、Ｗｐｄｍ＝０．０９９ｍｍ、Ｗｐｄｓ＝０．５２４ｍｍ、Ｒｐｄ＝５．３となる。
【００７１】
このように、Ｙ軸方向に関する焦点距離とＺ軸方向に関する焦点距離とが異なる結像光学系を用いると、回転対称の結像光学系を用いるのに比べて、受光領域の形状を、より正方形に近い形状とすることができる。
【００７２】
次に、受光領域を小さくすることを考える。仮にｆｒ＝３０ｍｍの回転対称の結像光学系を用いると、Ｗｐｄｍ＝０．０５２ｍｍ、Ｗｐｄｓ＝０．５２４ｍｍ、Ｒｐｄ＝１０となる。Ｗｐｄｍ＝０．０５２ｍｍの受光領域の光検出器は製造が難しく、実現困難である。
【００７３】
製造上の受光領域の最小幅を０．１ｍｍ程度と考えると、回転対称の結像光学系を用いるときは、ｆｒ＝５７ｍｍ程度が限界で、受光領域は、Ｗｐｄｍ＝０．０９９ｍｍ、Ｗｐｄｓ＝０．９９５ｍｍ程度が限界となる。
【００７４】
それに対し、Ｙ軸方向に関する焦点距離とＺ軸方向に関する焦点距離とが異なる結像光学系を用いると、例えば、ｆｒｍ＝５７ｍｍ、ｆｒｓ＝６ｍｍとすると、Ｗｐｄｍ＝０．０９９ｍｍ、Ｗｐｄｓ＝０．１０４ｍｍとなり、ｆｒ＝５７ｍｍの回転対称の結像光学系を用いるのに比べて、受光領域の面積は約１／１０になっており、コスト的に好ましい。
【００７５】
なお、結像光学系の設計や製造の容易さや、装置の小型化の点から、Ｒｐｄの値は１以上が好ましい。
【００７６】
《結像光学系２８の具体例１》
結像光学系２８の具体例１について説明する。具体例１の結像光学系２８が、図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）に示されている。
【００７７】
この結像光学系２８は、２つのシリンドリカル面を有し、Ｙ軸方向に関する焦点距離とＺ軸方向に関する焦点距離を異ならせている。また、この結像光学系２８は、平行光が入射したとき、Ｙ軸方向及びＺ軸方向ともに光検出器２９上で焦点を結ぶように設定されている。さらに、第１結像素子２８ａ及び第２結像素子２８ｂの形状は、いずれも矩形形状である。
【００７８】
Ｒ１面は、ＸＹ断面が非球面、ＸＺ断面が平面のシリンドリカル面である。Ｒ２面は、ＸＹ断面及びＸＺ断面のいずれも平面である。Ｒ３面は、ＸＹ断面が平面、ＸＺ断面が非球面のシリンドリカル面である。Ｒ４面は、ＸＹ断面及びＸＺ断面のいずれも平面である。
【００７９】
すなわち、Ｒ１面はＹ軸方向にのみ曲率を有し、その非球面形状は、次の（１）式で示される。なお、Ｃは曲率であり、曲率半径をｒとすると１／ｒである。また、ｊは２以上の整数で、Ａｊは非球面係数であり、Ｋはコーニック定数である。そして、Ｒ１面の面形状は、Ｙ軸方向の形状をＺ軸方向にスイープさせた形状である。
【００８０】
【数１】
2015212647.tif 000003
【００８１】
また、Ｒ３面はＺ軸方向にのみ曲率を有し、その非球面形状は、次の（２）式で示される。そして、Ｒ３面の面形状は、Ｚ軸方向の形状をＹ軸方向にスイープさせた形状である。
【００８２】
【数２】
2015212647.tif 000004
【００８３】
具体的な数値例が図２２に示されている。光源２１から射出される光の波長は９０５ｎｍである。また、第１結像素子２８ａ及び第２結像素子２８ｂの材質は、日本ゼオン社製の「Ｅ４８Ｒ」である。
【００８４】
この結像光学系２８では、ｆｒｍが５７．０ｍｍ、ｆｒｓが３０．０ｍｍである。そして、結像光学系２８が取り込むことができる光の大きさは、Ｙ軸方向に関する大きさが１６ｍｍ、Ｚ軸方向に関する大きさが２５ｍｍである。また、結像光学系２８のＦｎｏ（Ｆナンバー）は、Ｙ軸方向が３．６、Ｚ軸方向が１．２である。
【００８５】
この場合は、受光領域の形状を正方形に近づけることができるとともに、受光領域の面積を小さくすることができる。また、光検出器２９での受光光量を大きくすることができる。
【００８６】
《結像光学系２８の具体例２》
結像光学系２８の具体例２について説明する。具体例２の結像光学系２８が、図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）に示されている。
【００８７】
この結像光学系２８は、２つのシリンドリカル面を有し、Ｙ軸方向に関する焦点距離とＺ軸方向に関する焦点距離を異ならせている。また、この結像光学系２８は、平行光が入射したとき、Ｙ軸方向及びＺ軸方向ともに光検出器２９上で焦点を結ぶようにしている。さらに、この結像光学系２８は、回転対称の非球面を有している。そして、第１結像素子２８ａ及び第２結像素子２８ｂの形状は、いずれも矩形形状である。
【００８８】
Ｒ１面は、ＸＹ断面が非球面、ＸＺ断面が平面のシリンドリカル面である。Ｒ２面は、ＸＹ断面及びＸＺ断面のいずれも平面である。Ｒ３面は、ＸＹ断面が球面、ＸＺ断面が平面のシリンドリカル面である。Ｒ４面は、回転対称の非球面である。
【００８９】
すなわち、この結像光学系２８は、Ｙ軸方向のみに曲率を有する２つのシリンドリカル面と１つの回転対称面を有している。この場合、２つのシリンドリカル面でＹ軸方向に関してアフォーカル系を構成し、光をＹ軸方向に関して圧縮し、その後、回転対称面で集光する。
【００９０】
具体的な数値例が図２４に示されている。光源２１から射出される光の波長は９０５ｎｍである。また、第１結像素子２８ａ及び第２結像素子２８ｂの材質は、日本ゼオン社製の「Ｅ４８Ｒ」である。
【００９１】
この結像光学系２８では、ｆｒｍが５７．０ｍｍ、ｆｒｓが３０．０ｍｍである。そして、結像光学系２８が取り込むことができる光の大きさは、Ｙ軸方向に関する大きさが１６ｍｍ、Ｚ軸方向に関する大きさが２５ｍｍである。また、結像光学系２８のＦｎｏ（Ｆナンバー）は、Ｙ軸方向が３．６、Ｚ軸方向が１．２である。
【００９２】
この場合は、受光領域の形状を正方形に近づけることができるとともに、受光領域の面積を小さくすることができる。また、光検出器２９での受光光量を大きくすることができる。
【００９３】
図２５には、具体例２の結像光学系２８の波面収差が示されている。この波面収差のＰＶ値は、光の波長をλとすると０．３λである。また、図２６には、具体例１の結像光学系２８の波面収差が示されている。この波面収差のＰＶ値は、２９λである。具体例２の結像光学系２８では、波面収差が非常に小さくなっている。
【００９４】
ところで、一般的に、光学系を介して光を受光する場合、光学系の形状が円形状であれば、波面収差は小さいが、受光光量は低下する。一方、光学系の形状が矩形形状であれば、受光光量は向上するが、波面収差は大きい。そこで、具体例２の結像光学系２８では、各結像素子の形状を矩形形状にして受光光量を確保し、かつ同一方向に曲率を有する２つのシリンドリカル面と１つの回転対称面とを有することで、波面収差を小さくしている。そこで、光利用効率を向上させることができる。
【００９５】
なお、２つのシリンドリカル面と、１つの回転対称面の位置関係は、任意であるが、回転対称面を２つのシリンドリカル面よりも光検出器２９側に設けることで、波面収差を最も小さくすることができる。
【００９６】
また、具体例２の結像光学系２８では、Ｆｎｏがいくつであっても波面収差を小さくする効果があるが、Ｙ軸方向のＦｎｏ及びＺ軸方向のＦｎｏうち、小さいほうのＦｎｏが２よりも小さいときに、波面収差を小さくする効果が顕著である。
【００９７】
また、上記各具体例のように、２つのシリンドリカル面は、互いに異なる結像素子に設けることが好ましい。この場合は、Ｙ軸方向に関する焦点距離とＺ軸方向に関する焦点距離の差を大きくすることができ、受光領域の形状をより正方形に近づけることができる。
【００９８】
また、光検出器２９は、一例として図２７に示されるように、Ｚ軸方向に沿って配置された複数の受光領域を有していても良い。ここで、複数の受光領域を囲む領域のＺ軸方向に関する大きさをＷｐｄｓ２、Ｙ軸方向に関する大きさをＷｐｄｍ２、Ｒｐｄ２＝Ｗｐｄｓ２／Ｗｐｄｍ２とする。
【００９９】
図２８には、光検出器２９が複数の受光領域を有する場合の、照射範囲と複数の受光可能範囲との関係が示されている。ここで、複数の受光可能範囲を囲む領域のＺ軸方向に関する大きさをＷｒｓ２、Ｙ軸方向に関する大きさをＷｒｍ２、Ｒｒ２＝Ｗｒｓ２／Ｗｒｍ２とする。
【０１００】
この場合、上記説明における、Ｗｐｄｍ、Ｗｐｄｓ、Ｗｒｍ、Ｗｒｓを、Ｗｐｄｍ２、Ｗｐｄｓ２、Ｗｒｍ２、Ｗｒｓ２に置き換えることにより、上記説明をそのまま適用することができる。
【０１０１】
この場合、光検出器２９において、複数の受光領域を囲む領域の形状が、正方形に近くなるようにすると、光検出器２９の故障発生や製造歩留まりの低下を抑制することができる。また、複数の受光領域間の感度のばらつきを低減することができる。
【０１０２】
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る物体情報取得部２０３によって、本発明の物体検出装置における処理部が構成されている。
【０１０３】
以上説明したように、本実施形態に係るレーザレーダ２０は、光射出系２０１、反射ミラー２０５、光偏向器２０４、光検出系２０２、及び物体情報取得部２０３などを有している。
【０１０４】
光射出系２０１は、光源２１、及びカップリングレンズ２２などを有している。光検出系２０２は、結像光学系２８、及び光検出器２９などを有している。
【０１０５】
光源２１から射出された光は、Ｙ軸方向に関する長さよりもＺ軸方向に関する長さのほうが長い形状で物体に照射される。また、結像光学系２８の焦点距離は、Ｙ軸方向とＺ軸方向とで異なっている。さらに、受光領域は、Ｙ軸方向に関する長さに対するＺ軸方向に関する長さの比Ｒｐｄが、物体に照射される光のＹ軸方向に関する長さに対するＺ軸方向に関する長さの比Ｒｅよりも小さくなるように設定されている。
【０１０６】
この場合は、Ｙ軸方向における物体検出の解像度を向上させ、Ｚ軸方向における物体検出の検出範囲を広くするとともに、光検出器２９の故障を抑制し、更に光検出器２９の低コスト化を図ることができる。
【０１０７】
また、結像光学系２８は、平行光の結像位置が、Ｙ軸方向とＺ軸方向とでほぼ等しくなるように設定されている。この場合、光検出器２９での受光光量を大きくすることができ、その結果、物体の検出精度を向上させるとともに、物体の検出可能距離を長くすることができる。
【０１０８】
また、第１結像素子２８ａ及び第２結像素子２８ｂの形状は、矩形形状である。この場合は、光検出器２９での受光光量が低下するのを抑制することができる。
【０１０９】
また、結像光学系２８が２つの結像素子で構成されているため、大型化を抑制しつつ、低コスト化を図ることができる。
【０１１０】
また、上記具体例２の結像光学系２８は、同一方向に曲率を有する２つのシリンドリカル面と、１つの回転対称面を有している。そして、１つの回転対称面は、２つのシリンドリカル面よりも光検出器２９側に設けられている。この場合、更に結像光学系２８の波面収差を小さくすることができる。
【０１１１】
また、発光領域は、Ｙ軸方向に関する長さに対するＺ軸方向に関する長さの比Ｒｌｄが、物体に照射される光のＹ軸方向に関する長さに対するＺ軸方向に関する長さの比Ｒｅよりも大きくなるように設定されている。この場合は、光源２１の製造が容易となる。さらに、光源２１の発光光量が低下するのを抑制することができる。
【０１１２】
また、物体情報取得部２０３は、光源２１での点灯タイミングと光検出器２９での受光タイミングとに基づいて、物体までの距離を含む物体情報を取得する。ここでは、物体情報を精度良く取得することができる。
【０１１３】
そして、本実施形態に係る監視装置１０によると、レーザレーダ２０を備えているため、高コスト化を招くことなく、物体情報及び移動情報を精度良く求めることができる。
【０１１４】
なお、上記実施形態では、結像素子としてレンズを用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、結像素子として反射素子を用いても良い。例えば、第１結像素子２８ａを、Ｙ軸方向のみに曲率を有するシリンダミラーとすることも可能である。
【０１１５】
また、上記実施形態において、光偏向器２０４は、前記回転ミラーに代えて、揺動ミラーを有していても良い。
【０１１６】
また、上記実施形態において、光偏向器２０４は、前記回転ミラーに代えて、回転多面鏡を有していても良い。
【０１１７】
また、上記実施形態では、光射出系２０１が、光検出系２０２の＋Ｚ側に配置されている場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【０１１８】
また、上記実施形態において、光源２１の発光素子として、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が用いられても良いし、端面発光レーザ（ＬＤ）が用いられても良い。
【０１１９】
また、上記実施形態において、物体情報取得部２０３での処理の一部を監視制御装置４０が行っても良いし、監視制御装置４０での処理の一部を物体情報取得部２０３が行っても良い。
【０１２０】
また、上記実施形態では、監視装置１０が１つのレーザレーダ２０を備える場合について説明したが、これに限定されるものではない。車両の大きさ、監視領域などに応じて、複数のレーザレーダ２０を備えても良い。
【０１２１】
また、上記実施形態では、レーザレーダ２０が車両の進行方向を監視する監視装置１０に用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、車両の後方や側面を監視する装置に用いられても良い。
【０１２２】
さらに、レーザレーダ２０は、車載用以外のセンシング装置にも用いることができる。この場合には、監視制御装置４０は、センシングの目的に応じたアラーム情報を出力する。
【０１２３】
また、レーザレーダ２０は、物体の有無のみを検出する用途にも用いることができる。
【０１２４】
また、レーザレーダ２０は、センシング装置以外の用途（例えば、距離計測装置や形状測定装置）にも用いることができる。
【符号の説明】
【０１２５】
１…車両、１０…監視装置（センシング装置）、２０…レーザレーダ（物体検出装置）、２１…光源、２２…カップリングレンズ、２８…結像光学系、２９…光検出器（受光部）、４０…監視制御装置、５０…メモリ、６０…音声・警報発生装置、２０１…光射出系、２０２…光検出系、２０３…物体情報取得部（処理部）、２０４…光偏向器。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１２６】
【特許文献１】特許第５２５１８５８号公報
【特許文献２】特開２００９−０６３３３９号公報
【特許文献３】特開２０１２−１０７９８４号公報
【特許文献４】特許第５０８２７０４号公報
【図２】
2015212647.tif 000005
【図３】
2015212647.tif 000006
【図４】
2015212647.tif 000007
【図５】
2015212647.tif 000008
【図６】
2015212647.tif 000009
【図７】
2015212647.tif 000010
【図８】
2015212647.tif 000011
【図９】
2015212647.tif 000012
【図１０】
2015212647.tif 000013
【図１１】
2015212647.tif 000014
【図１２】
2015212647.tif 000015
【図１３】
2015212647.tif 000016
【図１４】
2015212647.tif 000017
【図１５】
2015212647.tif 000018
【図１６】
2015212647.tif 000019
【図１７】
2015212647.tif 000020
【図１８】
2015212647.tif 000021
【図１９】
2015212647.tif 000022
【図２０】
2015212647.tif 000023
【図２１】
2015212647.tif 000024
【図２２】
2015212647.tif 000025
【図２３】
2015212647.tif 000026
【図２４】
2015212647.tif 000027
【図２５】
2015212647.tif 000028
【図２６】
2015212647.tif 000029
【図２７】
2015212647.tif 000030
【図２８】
2015212647.tif 000031
【図１】
2015212647.tif 000032