(57)【要約】  複数の光源を用いながらもコンパクト化を図り、検出範囲を拡大できる対象物検出装置を提供する。対象物検出装置は、第１の光源から出射されミラー面に入射した第１の光束と、第２の光源から出射され前記ミラー面に入射した第２の光束とは、前記ミラー面上で少なくとも一部が重なっており、前記ミラー面で反射した前記第１の光束と前記第２の光束は、前記対象物に向かって走査されつつ投光され、その反射光束が前記ミラー面で反射して、前記受光素子に受光されるようになっており、対象物検出領域内における前記第１の光束と前記第２の光束の光軸直交方向断面において、走査方向に対応する方向のサイズは、走査直交方向に対応する方向のサイズより小さくなっている。
2017183530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に対して異なる角度で傾いた複数のミラー面を備えた回転又は揺動するミラーユニットと、
光束を出射する第１の光源と第２の光源を含む投光系と、
対象物からの反射光束を受光する受光素子を含む受光系と、を有する対象物検出装置であって、
前記第１の光源から出射され前記ミラー面に入射した第１の光束と、前記第２の光源から出射され前記ミラー面に入射した第２の光束とは，前記ミラー面上で少なくとも一部が重なっており、
前記ミラー面で反射した前記第１の光束と前記第２の光束は、前記対象物に向かって走査されつつ投光され、その反射光束が前記ミラー面で反射して、前記受光素子に受光されるようになっており、
対象物検出領域内における前記第１の光束と前記第２の光束の光軸直交方向断面において、走査方向に対応する方向のサイズは、走査直交方向に対応する方向のサイズより小さくなっている対象物検出装置。
【請求項２】
前記ミラーユニットの回転軸方向に見たときに、前記第１の光源から出射した前記第１の光束の光軸と、前記第２の光源から出射した前記第２の光束の光軸とは、前記ミラー面に向かうにつれて近づく請求項１に記載の対象物検出装置。
【請求項３】
前記ミラーユニットの回転軸と走査中心からなる面に対し直交する方向から見たときに、前記第１の光源から出射した前記第１の光束の光軸と、前記第２の光源から出射した前記第２の光束の光軸とは、前記ミラー面に向かうにつれて離れる請求項１に記載の対象物検出装置。
【請求項４】
前記ミラーユニットの回転軸と走査中心からなる面に対し直交する方向から見たときに、前記第１の光源から出射した前記第１の光束の光軸と、前記第２の光源から出射した前記第２の光束の光軸との角度差θ１は、前記第１の光束の広がり角又は前記第２の光束の広がり角θ２と、前記複数のミラー面で反射後に生じる前記第１の光束又は前記第２の光束の最大角度差θ３との和に略等しい請求項３に記載の対象物検出装置。
【請求項５】
前記複数のミラー面は、前記回転軸と交差する方向に傾斜し所定の角度で向き合う複数対の第１ミラー面と第２ミラー面とからなり、前記第１ミラー面と前記第２ミラー面の交差角が対毎に異なっている請求項１〜４のいずれかに記載の対象物検知装置。
【請求項６】
前記投光系は、前記第１の光源から出射された前記第１の光束を透過する第１のコリメートレンズと、前記第２の光源から出射された前記第２の光束を透過する第２のコリメートレンズとを有する請求項５に記載の対象物検知装置。
【請求項７】
前記投光系は、前記第１の光源から出射された前記第１の光束を透過し、また前記第２の光源から出射された前記第２の光束を透過する共通のコリメートレンズを有する請求項１〜４のいずれかに記載の対象物検知装置。
【請求項８】
前記第１の光源と前記第２の光源とは、前記共通のコリメートレンズの光軸に対して対称的に配置される請求項７に記載の対象物検知装置。
【請求項９】
前記第１の光源の発光面と，前記第２の光源の発光面との最小距離をｙとし、前記共通コリメートレンズの焦点距離をｆとしたときに、２・ａｔａｎ（ｙ／２ｆ）が、前記ミラー面で反射後に生じる前記第１の光束又は前記第２の光束の最大角度差θ４に略等しくなる請求項７又は８に記載の対象物検出装置。
【請求項１０】
前記第１の光源と前記第２の光源は、それぞれ異なるタイミングで発光されるパルスレーザーである請求項１〜９のいずれかに記載の対象物検知装置。
【請求項１１】
前記第１の光源から出射された前記第１の光束と，前記第２の光源から出射された前記第２の光束の前記走査直交方向に対応する方向の広がり角は略等しい請求項１〜１０のいずれかに記載の対象物検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠方の物体を検出することができる光走査型の対象物検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば自動車や警備ロボットなどの分野において、移動体における衝突防止の目的で移動体が進む範囲にある障害物を精度よく検知したいという要望がますます強くなっている。このような障害物の検知方法として、電波を発信して反射波を検出する電波式レーダーが提案されているが、解像度の観点から遠方の物体の位置を精度良く把握するのは難しいという課題がある。【０００３】
これに対し、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）方式を採用した対象物検出装置も既に開発されている。ＴＯＦ方式とは、パルス発光させたレーザー光が、物体に当たって戻ってくるまでの時間を測ることにより、当該物体までの距離を測定することができるものである。しかるに、ＴＯＦ方式を採用した対象物検出装置は、遠方の物体にレーザー光を照射した際に発生する微弱な反射光を検知するために、一般的にはＡＰＤ(アバランシェ・フォトダイオード)等の増幅率の高い受光素子を使用している。また、検知すべき対象物の解像度を上げるため、反射光を受光する複数の受光素子を配列して高分解能を確保することも行われている。【０００４】
特許文献１には、回転軸に対して傾いた第１ミラー面と第２ミラー面を備えた回転するミラーユニットと、前記ミラーユニットを介して、対象物に向けて光束を出射する少なくとも１つの光源を含む投光系と、を有し、前記光源から出射された光束が、前記ミラーユニットの前記第１ミラー面で反射した後、前記第２ミラー面へ向かって進行し、更に前記第２ミラー面で反射され、前記ミラーユニットの回転に応じて前記対象物に対して走査されつつ投光されるようになっているレーダーが開示されている。このようなミラーユニットを用いた場合、投光系から出射された光束が回転する第１ミラー面と第２ミラー面で反射された後に対象物に向かって照射され、ここで反射した後、再び第１ミラー面と第２ミラー面で反射された後に受光系に入射するので、原則的に投光された光の反射光のみが受光系に入射することとなり、外乱光に対する耐性を持ち、高い分解能を有し、更に広い視野を持つというメリットを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１８０９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１には、複数の光源を用いることで、縦歪曲を悪化させることなく走査ラインを増やせることについて開示があるものの、装置のコンパクト化を図りつつ検出範囲を拡大させることについては明確な開示がない。【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、複数の光源を用いながらもコンパクト化を図り、検出範囲を拡大できる対象物検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した対象物検出装置は、
回転軸に対して異なる角度で傾いた複数のミラー面を備えた回転又は揺動するミラーユニットと、
光束を出射する第１の光源と第２の光源を含む投光系と、
対象物からの反射光束を受光する受光素子を含む受光系と、を有する対象物検出装置であって、
前記第１の光源から出射され前記ミラー面に入射した第１の光束と、前記第２の光源から出射され前記ミラー面に入射した第２の光束とは，前記ミラー面上で少なくとも一部が重なっており、
前記ミラー面で反射した前記第１の光束と前記第２の光束は、前記対象物に向かって走査されつつ投光され、その反射光束が前記ミラー面で反射して、前記受光素子に受光されるようになっており、
対象物検出領域内における前記第１の光束と前記第２の光束の光軸直交方向断面において、走査方向に対応する方向のサイズは、走査直交方向に対応する方向のサイズより小さくなっているものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数の光源を用いながらもコンパクト化を図り、検出範囲を拡大できる対象物検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態にかかる対象物検出装置としてのレーザーレーダーを車両に搭載した状態を示す概略図である。
【図２】本実施形態にかかるレーザーレーダーＬＲの筐体を除く主要部を示す斜視図である。
【図３】レーザーレーダーＬＲを回転軸ＲＯに直交する方向に切断して示す図である。
【図４】レーザーレーダーＬＲを回転軸ＲＯに沿って切断して示す図である。
【図５】ミラーユニットＭＵの回転に応じて、出射する第１の光束ＳＢ１と第２の光束ＳＢ２（ハッチングで示す）により、対象物検出領域を走査する状態を示す図である。
【図６】第２ミラー面Ｍ２から出射される第１の光束ＳＢ１と第２の光束ＳＢ２を模式的に示す図である。
【図７】別な実施形態にかかるレーザーレーダーＬＲの回転軸ＲＯ方向における断面図である。
【図８】更に別な実施形態にかかる投光系の断面図である。
【図９】レーザー光束の断面の例を示す図である。
【図１０】別な実施形態にかかるレーザーレーダーに用いる投受光系を模式的に示す図である。
【図１１】フォトダイオードＰＤの受光面を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態にかかる対象物検出装置としてのレーザーレーダーを車両に搭載した状態を示す概略図である。本実施形態のレーザーレーダーＬＲは、車両１のフロントウィンドウ１ａの上端内側に設けられているが、それ以外の車外（フロントグリル１ｂの背後など）に配置されていても良い。
【００１２】
図２は、本実施形態にかかるレーザーレーダーＬＲの筐体を除く主要部を模式的に示す斜視図であるが、構成要素の形状や長さ等、実際と異なる場合がある。また特に示さない限り、出射光束と反射光束は光軸（光束中心）のみ示している。
【００１３】
図２に示すように、レーザーレーダーＬＲは、例えばレーザー光束を出射するパルス式の半導体レーザー（第１の光源）ＬＤ１と、半導体レーザーＬＤ１からの発散光の発散角を狭め、弱発散光に変換するコリメートレンズ（第１のコリメートレンズ）ＣＬ１と、レーザー光束を出射するパルス式の半導体レーザー（第２の光源）ＬＤ２と、半導体レーザーＬＤ２からの発散光の発散角を狭め、弱発散光に変換するコリメートレンズ（第２のコリメートレンズ）ＣＬ２と、コリメートレンズＣＬ１及びコリメートレンズＣＬ２で略平行とされたレーザー光束（第１の光束）ＳＢ１及びレーザー光束（第２の光束）ＳＢ２を、回転するミラー面により対象物ＯＢＪ側（図１）に向かって走査投光すると共に、走査投光された対象物ＯＢＪからの散乱光を反射させるミラーユニットＭＵと、第１の光束に対応してミラーユニットＭＵで反射された対象物ＯＢＪからの散乱光（受光光束）を集光するレンズＬＳ１と、レンズＬＳ１により集光された光を受光するフォトダイオード（受光素子）ＰＤ１と、第２の光束に対応してミラーユニットＭＵで反射された対象物ＯＢＪからの散乱光（受光光束）を集光するレンズＬＳ２と、レンズＬＳ２により集光された光を受光するフォトダイオード（受光素子）ＰＤ２とを有する。フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２は、走査方向に直交する方向に複数の画素を有していると好ましい。
【００１４】
ミラーユニットＭＵは、２つの三角錐を逆向きに接合して一体化したごとき形状を有し、すなわち対になって向き合う方向に傾いたミラー面Ｍ１、Ｍ２を３対有している。本実施形態では、回転軸線ＲＯに対する第１ミラー面Ｍ１の傾き角は等しいが、回転軸線ＲＯに対する第２ミラー面Ｍ２の傾き角は、それぞれ異なっている。
【００１５】
ミラー面Ｍ１、Ｍ２は、ミラーユニットの形状に射出成形された樹脂素材（例えばＰＣ）の表面に、反射膜を蒸着することにより形成されていると好ましい。これによりミラー面Ｍ１、Ｍ２の傾き角を精度良く作り込むことができる。ミラーユニットＭＵは、不図示のモータに連結され、回転駆動されるようになっている。
【００１６】
半導体レーザーＬＤ１とコリメートレンズＣＬ１とで投光系ＬＰＳ１を構成し、半導体レーザーＬＤ２とコリメートレンズＣＬ２とで投光系ＬＰＳ２を構成し、レンズＬＳ１とフォトダイオードＰＤ１とで受光系ＲＰＳ１を構成し、レンズＬＳ２とフォトダイオードＰＤ２とで受光系ＲＰＳ２を構成している。投光系ＬＰＳ１と受光系ＲＰＳ１を単一の投受光系ユニットとし、投光系ＬＰＳ２と受光系ＲＰＳ２を単一の投受光系ユニットとしても良い。受光系ＲＰＳ１，ＲＰＳ２の光軸は、ミラーユニットＭＵの回転軸線ＲＯに対して略直交している。投光系ＬＰＳ１から出射した光束と、投光系ＬＰＳ２から出射した光束の、走査直交方向における広がり角は略等しい（例えば両者の角度の差が±１０％以内）と好ましいが、異なっていても良い。
【００１７】
図３は、レーザーレーダーＬＲを回転軸ＲＯに直交する方向に切断して示す図である。図４は、レーザーレーダーＬＲを回転軸ＲＯに沿って切断して示す（回転軸ＲＯと走査中心Ｃからなる面に対し直交する方向から見た）図である。図３において、第１ミラー面Ｍ１の中心線を走査中心Ｃとする。ここで、図３に示すように、投光系ＬＰＳ１から出射した第１の光束ＳＢ１の光軸ＡＸ１と、投光系ＬＰＳ２から出射した第２の光束ＳＢ２の光軸ＡＸ２とは、第１ミラー面Ｍ１に向かうにつれて近づいており、好ましくは光軸ＡＸ１，ＡＸ２は走査中心Ｃを挟んで対称的となっている。これにより装置のコンパクト化を図れると共に、光束のケラレを抑えて光の有効利用を図れる。
【００１８】
一方、図４に示すように、投光系ＬＰＳ１から出射した第１の光束ＳＢ１の光軸ＡＸ１と、投光系ＬＰＳ２から出射した第２の光束ＳＢ２の光軸ＡＸ２とは、第１ミラー面Ｍ１に向かうにつれて離れるようになっている。但し、回転軸ＲＯに直交する面ＰＬに対して、図４の反時計回りを正とし、時計回りを負としたときに、第１の光束ＳＢ１の光軸ＡＸ１と面ＰＬとのなす角αと、第２の光束ＳＢ２の光軸ＡＸ２と面ＰＬとのなす角βを乗じた値（α×β）は、ゼロ以下の値となっている。好ましくはα＋β＝０である。これにより、縦歪曲とビーム回転の影響を抑制しつつ、第１の光束ＳＢ１と第２の光束ＳＢ２との走査範囲を分けて、より広範囲に対象物の検出を行うことができる。
【００１９】
次に、レーザーレーダーＬＲの対象物検出動作について説明する。図２において、半導体レーザーＬＤ１からパルス状に間欠的に出射された発散光は、コリメートレンズＣＬ１で弱発散光に変換されて第１の光束ＳＢ１となり、回転するミラーユニットＭＵの第１ミラー面Ｍ１に入射し、ここで反射され、更に第２ミラー面Ｍ２の図２で示す右半部側（中心Ｃの右側）の点Ｐ２ａで反射した後、外部の対象物ＯＢＪ側に、レーザースポット光として走査投光される。一方、半導体レーザーＬＤ１とは異なるタイミングで、半導体レーザーＬＤ２からパルス状に間欠的に出射された発散光は、コリメートレンズＣＬ２で弱発散光に変換されて第２の光束ＳＢ２となり、回転するミラーユニットＭＵの第１ミラー面Ｍ１に入射し、ここで反射され、更に第２ミラー面Ｍ２の図２で示す左半部側（中心Ｃの左側）の点Ｐ２ｂで反射した後、外部の対象物ＯＢＪ側にレーザースポット光として走査投光される。尚、対象物ＯＢＪに向かって出射されるレーザースポット光束の断面は、例えば縦長の断面（すなわち走査方向に対応する方向のサイズが走査直交方向に対応するサイズより小さい光軸直交方向断面）を持っている。点Ｐ２ａと点Ｐ２ｂとは、回転軸ＲＯ方向に離間していると好ましい。
【００２０】
このとき図２に示すように、第１ミラー面上にて、第１の光束ＳＢ１の縦長断面は、第２の光束ＳＢ２の縦長断面と同じ形状・大きさであって、両者は完全に重なっており、すなわち第１ミラー面Ｍ１の点Ｐ１に共に入射すると好ましい。但し、両者の少なくとも一部が重なっていれば足りる。尚、「少なくとも一部が重なる」とは、第１の光束と第２の光束の発光タイミングが異なるときは、両者を同時に発光したと仮定して少なくとも一部が重なる場合も含むものとする。
【００２１】
図５は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、出射する第１の光束ＳＢ１と第２の光束ＳＢ２（ハッチングで示す）により、対象物検出領域を走査する状態を示す図であり、走査中心をＣとする。図６は、第２ミラー面Ｍ２から出射される第１の光束ＳＢ１と第２の光束ＳＢ２を模式的に示す図である。ここで、ミラーユニットＭＵの第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面Ｍ２の組み合わせにおいて、対毎に交差角が異なっている。第１の光束ＳＢ１と第２の光束ＳＢ２とは、回転する第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面Ｍ２にて、順次反射される。
【００２２】
まず、１番対の第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面Ｍ２にて反射した第２の光束ＳＢ２は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、対象物検出領域の一番上の領域Ｌｎ１を水平方向に左から右へと走査される。次に、２番対の第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面Ｍ２で反射した第２の光束ＳＢ２は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、対象物検出領域の上から二番目の領域Ｌｎ２を水平方向に左から右へと走査される。次に、３番対の第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面Ｍ２で反射した第２の光束ＳＢ２は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、対象物検出領域の上から三番目の領域Ｌｎ３を水平方向に左から右へと走査される。これにより対象物検出領域の上半部（第１光束照射範囲）の１回目の走査が完了する。図６に模式的に示すように、各ミラー対で反射されて対象物検出領域に向かう第２の光束ＳＢ２の走査直交方向における断面Ｓ２は、領域Ｌｎ１〜Ｌｎ３において互いに隙間なく照射されるような走査直交方向のサイズを持つと好ましい。
【００２３】
これと並行して、１番対の第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面Ｍ２にて反射した第１の光束ＳＢ１は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、対象物検出領域の四番目の領域Ｌｎ４を水平方向に左から右へと走査される。次に、２番対の第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面Ｍ２で反射した第１の光束ＳＢ１は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、対象物検出領域の上から五番目の領域Ｌｎ５を水平方向に左から右へと走査される。次に、３番対の第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面Ｍ２で反射した第１の光束ＳＢ１は、ミラーユニットＭＵの回転に応じて、対象物検出領域の上から六番目の領域Ｌｎ６を水平方向に左から右へと走査される。これにより対象物検出領域の下半部（第２光束照射範囲）の１回目の走査が完了する。図６に模式的に示すように、各ミラー対で反射されて対象物検出領域に向かう第１の光束ＳＢ１の走査直交方向における断面Ｓ１は、領域Ｌｎ４〜Ｌｎ６において互いに隙間なく照射されるような走査直交方向のサイズを持つと好ましい。又、領域Ｌｎ３における第２の光束ＳＢ２と、領域Ｌｎ４における第１の光束ＳＢ１とは、互いに隙間なく照射されると好ましい。これらは一部重なっていても良い。
【００２４】
この領域Ｌｎ１〜Ｌｎ６の走査により得られた画像を組み合わせて、１つのフレームＦＬが得られることとなる。そして、ミラーユニットＭＵが１回転した後、１番対の第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面Ｍ２が戻ってくれば、再び監視空間の一番上の領域Ｌｎ１から最も下の領域Ｌｎ６までの走査を繰り返し、次のフレームＦＬが得られる。
【００２５】
図２において、走査投光された第１の光束のうち対象物ＯＢＪに当たって散乱された散乱光の一部が、ミラーユニットＭＵの第２ミラー面Ｍ２の点Ｐ３ａに入射し、ここで反射され、更に第１ミラー面Ｍ１の点Ｐ４ａで反射された後、レンズＬＳ１により集光されて、フォトダイオードＰＤ１の受光面で検知される。又、走査投光された第２の光束のうち対象物ＯＢＪに当たって散乱された散乱光の一部が、ミラーユニットＭＵの第２ミラー面Ｍ２の点Ｐ３ｂに入射し、ここで反射され、更に第１ミラー面Ｍ１の点Ｐ４ｂで反射された後、レンズＬＳ２により集光されて、フォトダイオードＰＤ２の受光面で検知されることとなる。不図示の回路にて、半導体レーザーＬＤ１，ＬＤ２の出射時と、フォトダイオードＰＤの検出時との時間差を求めることで、対象物ＯＢＪまでの距離が分かる。
【００２６】
図７は別な実施形態にかかるレーザーレーダーＬＲの回転軸ＲＯ方向における断面図であるが、回転軸ＲＯと走査中心からなる面に対し直交する方向から見た状態を示し、受光系は省略している。本実施形態では、ミラーユニットＭＵが三角柱状であり、回転軸ＲＯに平行な３つのミラー面Ｍ（１）〜Ｍ（３）を備えている。
【００２７】
投光系ＬＰＳ１から出射した光束は、ミラー面Ｍ（１）、Ｍ（２），Ｍ（３）で反射されて，互いに異なる角度で図面左上の対象物検出領域に向かう第１の光束ＳＢ１ａ、ＳＢ１ｂ、ＳＢ１ｃとなり、また投光系ＬＰＳ２から出射した光束も、ミラー面Ｍ（１）、Ｍ（２），Ｍ（３）で反射されて，互いに異なる角度で対象物検出領域に向かう第２の光束ＳＢ２ａ、ＳＢ２ｂ、ＳＢ２ｃとなる。投光系ＬＰＳ１から出射した光束と、投光系ＬＰＳ２から出射した光束の、走査直交方向における広がり角θ２（不図示）は等しいものとする。それ以外の構成は、上述した実施形態と同様である。
【００２８】
ここで、投光系ＬＰＳ１の光軸ＡＸ１と、投光系ＬＰＳ２の光軸ＡＸ２との角度差をθ１とし、ミラーユニットＭＵから出射される第１の光束ＳＢ１ａ、ＳＢ１ｂ、ＳＢ１ｃの最大角度差θ３ａとし、ミラーユニットＭＵから出射される第２の光束ＳＢ２ａ、ＳＢ２ｂ、ＳＢ２ｃの最大角度差θ３ｂとすると、θ１＝θ２＋θ３ａ、又はθ１＝θ２＋θ３ｂが成立する。これにより、ほぼ隙間なく対象物検出領域をカバーできる。但し、θ１における、θ２＋θ３ａ又はθ２＋θ３ｂに対する差が±１０％以内であれば略等しいといえるので、同様な効果を実現できる。
【００２９】
図８は更に別な実施形態にかかる投光系の断面図であるが、不図示のミラーユニットの回転軸方向の断面であって、上下方向が走査直交方向に相当する。ここでは、共通のコリメートレンズＣＬを設けている。コリメートレンズＣＬの光軸Ｘ１から、半導体レーザーＬＤ１の発光面ＬＤ１ａの発光面中心Ｃ１までの距離と、半導体レーザーＬＤ２の発光面ＬＤ２ａの発光面中心Ｃ２までの距離とは互いに等しくなっている。本実施形態の場合、光源間隔を広く確保する必要があるが、コストを下げるためにレンズ枚数を少なくしようとすると、像面湾曲が大きくなってしまう。例えば片方の半導体レーザーの中心をコリメートレンズＣＬの光軸Ｘ１に置き、残りを周辺に置くと、それぞれの焦点位置がずれるから、調整が困難となる恐れがある。そこで、図８に示すように、コリメートレンズＣＬの光軸Ｘ１に対して発光面ＬＤ１ａの発光面中心Ｃ１と、発光面ＬＤ２ａの発光面中心Ｃ２とを等距離配置することで、2つの光源の焦点位置ずれを小さくでき、分解能を高くすることが可能なる。また単一のレンズで２つの受光素子を設けた受光系の場合は、受光素子面上でのボケを小さくでき光量を確保できる。尚、図８中、ミラー面を４面としたときに、Ｐ１は半導体レーザーＬＤ１から出射され第１ミラー面で反射された第１の光束ＳＢ１で照射されるエリアであり、Ｐ１’は半導体レーザーＬＤ２から出射され第１ミラー面で反射された第２の光束ＳＢ２で照射されるエリアであり、Ｐ２は半導体レーザーＬＤ１から出射され第２ミラー面で反射された第１の光束ＳＢ１で照射されるエリアであり、Ｐ２’は半導体レーザーＬＤ２から出射され第２ミラー面で反射された第２の光束ＳＢ２で照射されるエリアであり、Ｐ３は半導体レーザーＬＤ１から出射され第３ミラー面で反射された第１の光束ＳＢ１で照射されるエリアであり、Ｐ３’は半導体レーザーＬＤ２から出射され第３ミラー面で反射された第２の光束ＳＢ２で照射されるエリアであり、Ｐ４は半導体レーザーＬＤ１から出射され第４ミラー面で反射された第１の光束ＳＢ１で照射されるエリアであり、Ｐ４’は半導体レーザーＬＤ２から出射され第４ミラー面で反射された第２の光束ＳＢ２で照射されるエリアである。
【００３０】
更に、半導体レーザーＬＤ１の発光面ＬＤ１ａと、半導体レーザーＬＤ２の発光面ＬＤ２ａとの最小距離をｙとし、コリメートレンズＣＬの焦点距離をｆとし、半導体レーザーＬＤ１から出射された第１の光束ＳＢ１と、半導体レーザーＬＤ２から出射された第２の光束ＳＢ２との走査直交方向における最小角（線Ｌ１）と最大角（線Ｌ２）との角度差をθ４とすると、２・ａｔａｎ（ｙ／２ｆ）＝θ４を満たす。これにより、ほぼ隙間なく対象物検出領域をカバーできる。但し、ａｔａｎ（ｙ／ｆ）における、θ４に対する差が±１０％以内であれば略等しいといえるので、同様な効果を実現できる。尚、走査直交方向の光束の広がり角に合わせ、ミラー面反射後の光束が略等間隔に隣り合うように、ミラーユニットＭＵを調整すると好ましい。２・ａｔａｎ（ｙ／２ｆ）＝θ３ａ又はθ３ｂとしても良い。
【００３１】
以上、述べた実施形態で、対象物検出領域に照射されるレーザー光束ＳＢの光軸直交方向断面において、走査方向に対応する方向のサイズが、走査直交方向に対応する方向のサイズより小さくなっているとは、例えば図９（ａ）に示すように、単一のレーザー光束ＳＢにおける走査方向に対応する方向の断面サイズＷが、走査直交方向に対応する方向の断面サイズＬに対して、Ｗ＜Ｌであることを言う。このようなレーザー光束ＳＢは、縦長光源を用いることで実現できるが、等方形の光源からの出射光をビームシェイパやシリンドリカルレンズ、あるいはプリズムなどを透過させることで、Ｗ＜Ｌを実現することができる。
【００３２】
又、例えば図９（ｂ）に示すように、同時に複数の光束ＳＢが出射される場合、出射される光束群全体の走査方向に対応する方向の断面サイズＷが、走査直交方向に対応する方向の断面サイズＬに対して、Ｗ＜Ｌである場合も含めるものとする。このとき、第１の光源又は第２の光源を複数設けた上で、個々の傾きを調整して回転軸ＲＯに対して異なる出射角度で出射させたり、或いは光学系を透過させることにより、異なる角度で出射するようにしても良い。
【００３３】
図１０は、別な実施形態にかかるレーザーレーダーに用いる投受光系を模式的に示す図であるが、対象物ＯＢＪが遠方にあるため、光束ＳＢ１と反射光束ＲＢ１，光束ＳＢ２と反射光束ＲＢ２はそれぞれほぼ平行となる投受光同軸構造である。図１１は、フォトダイオードＰＤの受光面を模式的に示す図である。図１１に示すフォトダイオードＰＤは、それぞれ６個の画素が一列に並んだ第１領域ＡＲ１と第２領域ＡＲ２とを有する。図１０（ａ）に示すように、半導体レーザーＬＤ１からパルス状に間欠的に出射された発散光は、コリメートレンズＣＬで弱発散光に変換されて第１の光束ＳＢ１となり，不図示のミラー面で反射されて対象物ＯＢＪに入射し、その反射光ＲＢ１は、不図示のミラー面で反射されてレンズＬＳを通過し、フォトダイオードＰＤの第１領域ＡＲ１にて受光される。一方、半導体レーザーＬＤ２からパルス状に間欠的に出射された発散光は、コリメートレンズＣＬで弱発散光に変換されて第２の光束ＳＢ２となり，不図示のミラー面で反射されて対象物ＯＢＪに入射し、その反射光束ＲＢ２は、不図示のミラー面で反射されてレンズＬＳを通過し、フォトダイオードＰＤの第２領域ＡＲ２にて受光される。このとき、図１０（ｂ）に示すように、光束ＳＢ１の投射領域と反射光束ＲＢ１の受光領域とは同軸であり、光束ＳＢ２の投射領域と反射光束ＲＢ２の受光領域とは同軸である。つまり半導体レーザーＬＤ１と第１領域ＡＲ１、半導体レーザーＬＤ２と第２領域ＡＲ２がそれぞれ投受光同軸配置となっており、その投影像の少なくとも一部が遠方で重なるようになっている。
【００３４】
フォトダイオードＰＤは、独立した２チップ（６画素ずつ）を並べても良いし、図１０（ｂ）に示すように１チップが領域分割されていても良い。フォトダイオードＰＤの各領域はマルチアレイ構造になっていると好ましい。図１０（ｂ）の例は6素子アレイであるがそれに限らない。このように多画素化することにより高分解能化が可能で、少画素でも長距離の測距が可能になる。
【００３５】
又、図示していないが、広がり角の少ない面発光VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）をアレイ状にし，出射光をプリズムで偏角することにより、自由に複数ある光束の角度を変更することが可能になる。また、受光素子のギャップで起こっていた、光量ロス（縦長ビームの場合）に対し、受光感度を持つ画角にのみ光を出すことができるため、出力光量の受光効率の向上が可能になる。高出力の光を出射するレーザーレーダーは、アイセーフティ上の課題が生じる場合があるが、出力光量の効率化に加えて安全性を高めることができる。さらに安全性を高めるには、ビームエキスパンダを光源の出射後またはプリズムで偏角された後に置くことにより、瞳に入る光量を少なくでき、安全性を高めることが可能になる。
【００３６】
本発明は、明細書に記載の実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施形態や技術思想から本分野の当業者にとって明らかである。明細書の記載及び実施形態は、あくまでも例証を目的としており、本発明の範囲は後述するクレームによって示されている。例えば、全ての実施形態において、ミラーユニットの回転軸を通る断面に沿って第１の光束と第２の光束とが延在するように、第１の光源と第２の光源を並べて配置しても良い。又、図面を用いて説明した本発明の内容は、全て実施形態に適用でき、ヘリコプターなどの飛行体への搭載や、建物に設置して不審者を検知する防犯センサなどにも適用できる。また、上述の実施形態では、光源として半導体レーザーを用いたもので説明したが、これに限るものでなく、光源にＬＥＤ等を用いたものであってもよいのは言うまでもない。ミラーユニットは回転する例を示したが、揺動するものでも良い。
【符号の説明】
【００３７】
１                車両
１ａ              フロントウィンドウ
１ｂ              フロントグリル
ＣＬ              共通のコリメートレンズ
ＣＬ１            コリメートレンズ
ＣＬ２            コリメートレンズ
ＦＬ              フレーム
ＬＤ１            半導体レーザー
ＬＤ１ａ          発光面
ＬＤ２            半導体レーザー
ＬＤ２ａ          発光面
Ｌｎ１−Ｌｎ６    領域
ＬＰＳ１          投光系
ＬＰＳ２          投光系
ＬＲ              レーザーレーダー
ＬＳ１、ＬＳ２    レンズ
Ｍ１              ミラー面
Ｍ２              ミラー面
ＭＵ              ミラーユニット
ＰＤ１、ＰＤ２    フォトダイオード
ＲＯ              回転軸
ＲＰＳ１、ＲＰＳ２    受光系
ＳＢ１、ＳＢ２    レーザー光束
Ｗ                断面サイズ
【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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【国際調査報告】
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