(57)【要約】【課題】  均一な強度分布で投射領域に投射する。【解決手段】  光を発する光源ＬＤと、光が入射する入射面Ｓ１１、および複数の平面により構成され光が出射する出射面Ｓ１２を備える光学素子Ｌ１１と、を有する投射光学系１１であり、光源の発光面に平行な一方向を第１の方向、発光面に平行な方向であり第１の方向に直角な方向を第２の方向、第１の方向と第２の方向の両方に直角な方向を第３の方向とし、所定方向へ所定発光強度以上の光を照射する角度範囲を発散角と定義するとき、光源ＬＤが発する光は、第３の方向を中心とした第１の方向へ第１発散角となり、第３の方向を中心とした第２の方向へ第２発散角となり、複数の平面は、第１の方向において発光面の方向に傾斜している第１傾斜面を含む。【選択図】図１
2016075564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発する光源と、
前記光が入射する入射面、および複数の平面により構成され前記光が出射する出射面を備える光学素子と、を有する投射光学系であり、
前記光源の発光面に平行な一方向を第１の方向、前記発光面に平行な方向であり前記第１の方向に直角な方向を第２の方向、前記第１の方向と前記第２の方向の両方に直角な方向を第３の方向とし、所定方向へ所定発光強度以上の光を照射する角度範囲を発散角と定義するとき、前記光源が発する光は、前記第３の方向を中心とした前記第１の方向へ第１発散角となり、前記第３の方向を中心とした前記第２の方向へ第２発散角となり、
前記複数の平面は、前記第１の方向において前記発光面の方向に傾斜している第１傾斜面を含む、
投射光学系。
【請求項２】
前記光源は、前記第１発散角の方向が前記第１傾斜面の方向と一致するように配置されている、
請求項１記載の投射光学系。
【請求項３】
前記光学素子は、前記第１傾斜面と、前記入射面に入射した入射光の進行方向とがなす角が前記第１発散角と等しい、
請求項１または２に記載の投射光学系。
【請求項４】
前記複数の平面は、前記第２の方向において前記発光面の方向に傾斜している面と前記第２の方向において前記発光面の方向に傾斜している第２傾斜面を含む、
請求項１乃至３のいずれかに記載の投射光学系。
【請求項５】
前記光源は、前記第２発散角の方向が前記第２傾斜面の方向と一致するように配置されている、
請求項４記載の投射光学系。
【請求項６】
前記光学素子は、前記第２傾斜面と前記入射面に入射した入射光の進行方向とがなす角が前記第２発散角と等しい、
請求項４または５記載の投射光学系。
【請求項７】
前記光源は、前記第１発散角が前記第２発散角より大きい角度である、
請求項１乃至６のいずれかに記載の投射光学系。
【請求項８】
前記入射面は、少なくとも前記第１の方向で屈折力を持つ、
請求項１乃至７のいずれかに記載の投射光学系。
【請求項９】
前記入射面は、前記第１の方向と前記第２の方向とで屈折力を持つ、
請求項８記載の投射光学系。
【請求項１０】
光を発する光源と、
前記光が入射する入射面、および複数の平面により構成され前記光が出射する出射面を備え光学素子と、
前記光学素子から出射され物体により反射された前記光を受光する受光光学系と、を備え、
前記光源の発光面に平行な一方向を第１の方向、前記発光面に平行な方向であり前記第１の方向に直角な方向を第２の方向、前記第１の方向と前記第２の方向の両方に直角な方向を第３の方向とし、所定方向へ所定発光強度以上の光を照射する角度範囲を発散角と定義するとき、前記光源が発する光は、前記第３の方向を中心とした前記第１の方向へ第１発散角となり、前記第３の方向を中心とした前記第２の方向へ第２発散角となり、
前記光学素子は、前記複数の平面が、前記第１の方向において前記発光面の方向に傾斜している第１傾斜面を含む、
物体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射光学系と、物体検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光源と、光源からの光ビームの状態を変更して検出対象である物体に照射する入射光学系を有してなる投射光学系と、を備え、物体の有無や物体までの距離等を測定する物体検出装置が知られている。
【０００３】
物体検出装置の一例として、例えば車載用のレーザレーダが知られている。車載用のレーザレーダは、走行中の車両の進行方向前方の物体の有無や、その物体までの距離を検出する。
【０００４】
ここで、レーザレーダは、入射光学系を介して光源から出射されたレーザ光を物体に照射する。そして、レーザレーダは、その物体から反射もしく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。
【０００５】
レーザレーダの例として、回転ミラーのような偏向走査する手段を持たず、走査方向に並べた複数の光源を交互に点灯させることにより、所望の範囲の走査を可能としているものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【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に記載された技術では、光学素子の作用によって、所望の強度分布（均一な強度分布を含む）で投射領域に光ビームを投射することは考慮されていなかった。
【０００７】
本発明は、所望の強度分布で投射領域に投射することができる光学素子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】
本発明は、光を発する光源と、光が入射する入射面、および複数の平面により構成され光が出射する出射面を備える光学素子と、を有する投射光学系であり、光源の発光面に平行な一方向を第１の方向、発光面に平行な方向であり第１の方向に直角な方向を第２の方向、第１の方向と第２の方向の両方に直角な方向を第３の方向とし、所定方向へ所定発光強度以上の光を照射する角度範囲を発散角と定義するとき、光源が発する光は、第３の方向を中心とした第１の方向へ第１発散角となり、第３の方向を中心とした第２の方向へ第２発散角となり、複数の平面は、第１の方向において発光面の方向に傾斜している第１傾斜面を含む、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、所望の強度分布で投射領域に投射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る投射光学系の実施の形態を示す光学配置図である。
【図２】レーザダイオードを示す模式図である。
【図３】光学素子を示すＸＹ平面図である。
【図４】光学素子の出射面の形状を説明する図である。
【図５】図１に示す投射光学系による配光パターンを示す模式図である。
【図６】図５の配光パターンをＹ軸方向における発光強度分布を示す図である。
【図７】図５の配光パターンをＺ軸方向における発光強度分布を示す図である。
【図８】投射光学系の別の実施の形態を示す光学配置図である。
【図９】投射光学系のさらに別の実施の形態を示す光学配置図である。
【図１０】図９に示す投射光学系による配光パターンを示す模式図である。
【図１１】図１０の配光パターンをＹ軸方向における発光強度分布を示す図である。
【図１２】図１０の配光パターンをＺ軸方向における発光強度分布を示す図である。
【図１３】投射光学系のさらに別の実施の形態を示す光学配置図である。
【図１４】投射光学系のさらに別の実施の形態を示す光学配置図である。
【図１５】投射光学系のさらに別の実施の形態を示す光学配置図である。
【図１６】投射光学系のさらに別の実施の形態を示す光学配置図である。
【図１７】図１６に示す投射光学系による配光パターンを示す模式図である。
【図１８】図１７の配光パターンをＹ軸方向における発光強度分布を示す図である。
【図１９】図１７の配光パターンをＺ軸方向における発光強度分布を示す図である。
【図２０】投射光学系のさらに別の実施の形態を示す光学配置図である。
【図２１】図２０に示す投射光学系による配光パターンを示す模式図である。
【図２２】図２１の配光パターンをＹ軸方向における発光強度分布を示す図である。
【図２３】図２１の配光パターンをＺ軸方向における発光強度分布を示す図である。
【図２４】本発明に係る物体検出装置の実施の形態を示すＸＹ平面図である。
【図２５】上記物体検出装置の受光光学系の受光エリアを示すＸＹ平面図である。
【図２６】図９の受光光学系の受光エリアを示すＸＺ平面図である。
【図２７】上記投射光学系が投射する強度分布とフォトダイオードの受光エリアとの関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る投射光学系と本発明に係る物体検出装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
●投射光学系（１）●
本発明に係る投射光学系の実施の形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る投射光学系の実施の形態を示す光学配置図であり、図１（ａ）が斜視図を示し、図１（ｂ）がＸＹ平面図を示し、図１（ｃ）がＸＺ平面図を示す。図１に示すように、投射光学系１１は、発光面を有し光を発するレーザダイオードＬＤと光学素子Ｌ１１とを有する。投射光学系１１は、レーザダイオードＬＤから出射された光ビームの状態を光学素子Ｌ１１により変更して検出対象である物体に照射する。投射光学系１１において、レーザダイオードＬＤの発光点から光学素子Ｌ１１の入射面までの距離は、１０ｍｍとしている。
【００１４】
●光源
レーザダイオードＬＤは、本発明における光源の一例であり、発光ダイオードやエレクトロルミネセンス光源など所定の面積を持つ発光面が光る（面発光する）光源であればよい。レーザダイオードＬＤは、例えば９０５ｎｍの赤外領域など、物体検出に適した発光波長を有する。
【００１５】
以下の説明において、レーザダイオードＬＤから光ビーム（光束）が出射される方向をＸ軸、Ｘ軸と互いに直交する軸をＹ軸とＺ軸とする。また、以下の説明においてＹ軸方向は水平方向、Ｚ軸方向は垂直方向ともいう。Ｘ軸方向は、レーザダイオードＬＤの発光面に直角な方向であり第３の方向に対応する。Ｙ軸方向とＺ軸方向は、それぞれ発光面に平行な一方向であり第１の方向または第２の方向のいずれかに対応するが、以下の説明においてＹ軸方向を第１の方向、Ｚ軸方向を第２の方向とする。
【００１６】
一般に、レーザダイオードＬＤは、発光面から直角な方向（＋Ｘ軸方向）に進む光の強度が最も強くなるのに対し、+Ｘ軸を中心に所定方向（Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）に角度が大きくなるにつれほぼガウシアン分布（ガウス型の分布）の強度で減衰して出射される。本実施の形態において、発散角とは、ガウシアン分布を示す発光強度プロファイルの所定発光強度（例えば、ピーク強度に対して半分の強度）の光を照射する角度範囲、換言すれば角度に対する強度を描いたときの半値全幅である。
【００１７】
図２に示すように、レーザダイオードＬＤは、水平方向（Ｙ軸方向）への発散角θｙと垂直方向（Ｚ軸方向）への発散角θｚとが異なる。レーザダイオードＬＤは、水平方向への発散角θｙが垂直方向の発散角θｚより大きい。発散角の大きさは、発光領域径（発光領域の寸法）の大きさに反比例する。
【００１８】
なお、レーザダイオードＬＤは、水平方向への発散角θｙが垂直方向の発散角θｚより小さいものであってもよい。また、レーザダイオードＬＤは、複数の発光部を有するものであっても、単数の発光部を有するものであってもよい。
【００１９】
●光学素子
次に、光学素子Ｌ１１について説明する。
【００２０】
投射光学系１１は、物体検出を行うにあたり、有効照射範囲において、レーザダイオードＬＤからの光ビームを、より水平方向に広くかつ均一な強度分布に拡散させて照射する必要がある。ここで、有効照射範囲とは、投射光学系１１による光ビームが所定距離の位置で所定の発光強度で照射される範囲（領域）をいう。
【００２１】
また、均一な強度分布で照射するとは、有効照射範囲内で発光強度のピークを有することなく、発光強度のバラツキが所定の範囲内であることをいう。
【００２２】
つまり、均一な発光強度分布で光ビームを有効照射範囲に投射する場合に、光学素子Ｌ１１には、水平方向に光ビームを拡散しつつ、有効照射範囲のうち中心部からの角度を有する領域（有効照射範囲のうち外側の領域）での光量不足を補うことが求められる。
【００２３】
図３に示すように、光学素子Ｌ１１の形状は、レーザダイオードＬＤの照射範囲と、光学素子Ｌ１１に要求される有効物体検出範囲（有効照射範囲）との関係を考慮して定められる。
【００２４】
光学素子Ｌ１１は、入射面Ｓ１１と、出射面Ｓ１２とを備える。ここで、入射面Ｓ１１は、１方向（本実施の形態ではＹ軸方向）にのみ屈折力を有しＺ軸方向には屈折力を有しない。本実施の形態において、屈折力とは、レーザダイオードＬＤからの光の発散度合いを変化させる作用（光学的なパワー）のことをいい、プリズムに代表される光の発散度合いは変えずに光の進行方向のみを変化させる作用は含まれない。入射面Ｓ１１と出射面Ｓ１２とは、１方向（本実施の形態ではＺ軸方向）に同一形状が延伸（スイープ）されている。光学素子Ｌ１１は、光学素子Ｌ１１の出射面Ｓ１２の傾斜方向とレーザダイオードＬＤの第１発散角θｙの方向とが一致するように配置されていてもよい。
【００２５】
●入射面と出射面の形状
入射面Ｓ１１の形状は、入射面Ｓ１１に入射する光ビームの発散角と、出射面Ｓ１２から出射する光ビームの有効照射範囲とに基づいて、基本形状（凹面、凸面、平面）と曲率半径などのプロファイルとが適宜設定される。
【００２６】
図３に示すように、入射面Ｓ１１は、レーザダイオードＬＤから照射される光ビームを発光中心方向に屈折させて有効照射範囲のうち外側の領域の光量不足を補うため、Ｙ軸方向にのみ屈折力を有するようにレーザダイオードＬＤに対して凹面に形成されている。入射面Ｓ１１のＸ方向の曲率半径は、例えば−１８ｍｍである。曲率半径の値の符号は、曲率半径の中心が、光ビームの進む向きであるＸ軸方向に対して、プラス側にあればプラス、マイナス側にあればマイナスとしている。入射面Ｓ１１の形状は、非球面形状に設定してもよい。入射面Ｓ１１の焦点距離は、光学素子Ｌ１１の主点から−３３．８ｍｍであり、上述の発光点から光学素子の主点までの距離と異なっている。
【００２７】
出射面Ｓ１２は、複数の平面（例えば２平面）を接合して形成される形状を有する。図示の例では、出射面Ｓ１２は、複数の平面として２平面を接合した部分を稜線として、いわゆる切妻屋根のような形状を有している。入射面Ｓ１１がレーザダイオードＬＤの発光面に向かい合って配置されているときに、出射面Ｓ１２を構成する複数の平面は、第１の方向において発光面の方向に傾斜している。この複数の平面は、第１傾斜面ともいう。このような形状を有することで、出射面Ｓ１２は、レーザダイオードＬＤの発光中心付近の光を含めてレーザダイオードＬＤからの光を１方向（本実施の形態では水平方向）に発散させるように光の進行方向を変化させることができる。
【００２８】
図４に示すように、出射面Ｓ１２は、出射面Ｓ１２を形成する２平面の接合部に入射するレーザダイオードＬＤからの光ビームが、所定距離離れた位置にある有効照射範囲の端部まで照射されるように接合角が設定される。
【００２９】
出射面Ｓ１２の接合角は、Ｙ軸に対して例えば３３°である。この接合面の角度を単に傾け角ともいう。光学素子Ｌ１１は、レーザダイオードＬＤの発光強度が強い中心部の光の進行方向を所望の投射角度範囲の周辺部に向かわせつつ、発光強度が弱い周辺の光の進行方向を所望の投射角度範囲の中心部に向かわせる。本実施の形態において、レーザダイオードＬＤは、Ｙ軸方向で２５°、Ｚ軸方向で９°の発散角を有している。
【００３０】
図５は、図３に示す投射光学系１１による配光パターンを示す模式図である。図５において、１から８の符号は発光強度分布の等高線を内側から順に示していて、１から８に向かって順に等高線のように発光強度が低下している。また、図６は、図５の配光パターンをＹ軸方向における発光強度分布を示す図であり、図７は、図５の配光パターンをＺ軸方向における発光強度分布を示す図である。図５乃至７に示すように、投射光学系１１は、Ｙ軸方向において±２０°を超える範囲で発光強度がほぼ一定なプロファイルを得ている。
【００３１】
出射面Ｓ１２の形状を式で表す。出射面を構成する各平面と入射面に入射した入射光の進行方向とがなす角をα、発光中心から所定距離離れた位置にある有効照射範囲までの照射角の半角をθ、光学素子の屈折率をｎ、光学素子外の媒質の屈折率をｎ´、としたとき、
ｎ・ｓｉｎα＝ｎ´・ｓｉｎ（α＋θ）
＝ｎ´（ｓｉｎα・ｃｏｓθ＋ｓｉｎθ・ｃｏｓα）    ・・・（１）
である。式（１）を変形すると、
（ｎ−ｎ´・ｃｏｓθ）・ｓｉｎα＝ｎ´（ｓｉｎθ・ｃｏｓα）    ・・・（２）
となり、
ｔａｎα＝ｓｉｎα／ｃｏｓα＝ｎ´・ｓｉｎθ／（ｎ−ｎ´・ｃｏｓθ）・・・（３）
である。
【００３２】
つまり、式（２）と式（３）より、出射面Ｓ１２の形状は、
α＝ｔａｎ−１（ｎ´・ｓｉｎθ／（ｎ−ｎ´・ｃｏｓθ））    ・・・（４）
で表すことができる。
【００３３】
なお、光学素子外の媒質が空気である場合には、屈折率ｎ´＝１であるため、式（４）は、
α＝ｔａｎ−１（ｓｉｎθ／（ｎ−ｃｏｓθ））    ・・・（４−１）
である。
【００３４】
図８は、本発明に係る投射光学系の別の実施の形態を示す光学配置図であり、図８（ａ）が斜視図を示し、図８（ｂ）がＸＹ平面図を示し、図８（ｃ）がＸＺ平面図を示す。上述のように、入射面Ｓ１１の形状は、入射面Ｓ１１に入射する光ビームの発散角と、出射面Ｓ１２から出射する光ビームの有効照射範囲とに基づいて設定される。このため、入射面Ｓ１１の形状は、図８に示すように、Ｙ軸方向とＺ軸方向とのいずれにも屈折力を有しない平面であってもよい。入射面Ｓ１１を平面にすることにより、投射光学系１１では、光学素子Ｌ１１やレーザダイオードＬＤのＹ軸方向やＸ軸回りの位置のばらつきなどによる投射角度範囲や発光強度分布の変化を低減することができる。
【００３５】
図９は、本発明に係る投射光学系のさらに別の実施の形態を示す光学配置図であり、図９（ａ）が斜視図を示し、図９（ｂ）がＸＹ平面図を示し、図９（ｃ）がＸＺ平面図を示す。レーザダイオードＬＤから照射される光を有効照射範囲の内側の領域に集中させるため、図９に示すように、入射面Ｓ１１の形状は、Ｙ軸方向にのみ屈折力を有するようにレーザダイオードＬＤに対して凸面に形成されていてもよい。入射面Ｓ１１の焦点距離は、光学素子Ｌ１１の主点から３７．５ｍｍであり、上述の発光点から光学素子の主点までの距離と異なっている。出射面Ｓ１２の傾斜角は、Ｙ軸に対して１６°である。
【００３６】
図１０は、図９に示す投射光学系１１による配光パターンを示す模式図である。また、図１１は、図１０の配光パターンをＹ軸方向における発光強度分布を示す図であり、図１２は、図１０の配光パターンをＺ軸方向における発光強度分布を示す図である。図１０乃至１２に示すように、図９に示す投射光学系１１は、Ｙ軸方向において図１に示した投射光学系１１より狭い範囲である±８°を超える範囲で発光強度がほぼ一定なプロファイルを得ている。
【００３７】
●実施の形態の効果
以上説明したように、投射光学系１１では、入射面Ｓ１１により所望の投射角度範囲と同程度またはそれに順ずる発散度合いにし、複数の平面を接合した形状を有する出射面Ｓ１２により比較的強度の強い中心部の光を有効照射領域の周辺部に配分する。このようにすることで、投射光学系１１によれば、有効照射領域内において発光強度が均一な配光パターンを形成することができる。
【００３８】
また、投射光学系１１によれば、光源からの光ビームの光量を効率よく取り込み、光学素子Ｌ１１のコバ厚など成型に関わる寸法を確保しつつ、構成の小型化を図ることができる。
【００３９】
●投射光学系（２）●
本発明に係る投射光学系の別の実施の形態について、先に説明した実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００４０】
図１３は、本発明に係る投射光学系のさらに別の実施の形態を示す光学配置図であり、図１３（ａ）が斜視図を示し、図１３（ｂ）がＸＹ平面図を示し、図１３（ｃ）がＸＺ平面図を示す。図１３に示すように、本実施の形態に係る投射光学系２１は、光学素子Ｌ２１の入射面Ｓ２１がＺ軸方向のみに作用する屈折力を有する点が先に説明した投射光学系１１と異なる。入射面Ｓ２１の曲率半径は、−１０ｍｍである。
【００４１】
図１４は、本発明に係る投射光学系のさらに別の実施の形態を示す光学配置図であり、図１４（ａ）が斜視図を示し、図１４（ｂ）がＸＹ平面図を示し、図１４（ｃ）がＸＺ平面図を示す。図１４に示すように、入射面Ｓ２１の形状は、レーザダイオードＬＤに対して凸面に形成されていてもよい。入射面Ｓ２１が凸面の場合、焦点距離は、光学素子Ｌ２１の主点から２０ｍｍである。
【００４２】
●実施形態の効果
以上説明したように、投射光学系２１によれば、出射面Ｓ１２によりＹ軸方向の光量分布を均一にし、Ｚ軸方向の発光強度分布のガウス型のプロファイルを維持しながら光量分布範囲を変化させることができる。
【００４３】
●投射光学系（３）●
本発明に係る投射光学系のさらに別の実施の形態について、先に説明した実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００４４】
図１５は、本発明に係る投射光学系のさらに別の実施の形態を示す光学配置図であり、図１５（ａ）が斜視図を示し、図１５（ｂ）がＸＹ平面図を示し、図１５（ｃ）がＸＺ平面図を示す。図１５に示すように、本実施の形態に係る投射光学系３１は、光学素子Ｌ３１の入射面Ｓ３１がＹ軸方向とＺ軸方向とに作用する屈折力を有する点が先に説明した投射光学系１１や投射光学系２１と異なる。入射面Ｓ２１の曲率半径は、Ｙ軸方向に−２０ｍｍ、Ｚ軸方向に−１８ｍｍである。
【００４５】
先に説明した投射光学系では、入射面の形状をＹ軸方向またはＺ軸方向のいずれか１方向に曲率を持つシリンドリカル面などとしていたが、入射面Ｓ３１の形状は、Ｙ軸方向とＺ軸方向との２方向に曲率を持つトロイダル面である。
【００４６】
入射面Ｓ３１の形状は、トロイダル面の他に、球面、非球面、アナモフィック非球面、自由曲面など、投射光学系３１に要求される投射角度範囲に応じてさまざまな形状を採用することができる。
【００４７】
入射面Ｓ３１の形状を例えば球面にした場合には、光学素子の位置や傾きなどのばらつきなどに対する投射角度範囲やその光量分布の変化を低減することができる。
【００４８】
●実施形態の効果
以上説明したように、投射光学系３１によれば、Ｙ軸方向の投射角度範囲における光量分布を均一にしつつ所望のプロファイルの形状を得ながら、Ｚ軸方向の発光強度分布のガウス型のプロファイルを維持して光量分布範囲を変化させることができる。
【００４９】
●投射光学系（４）●
本発明に係る投射光学系のさらに別の実施の形態について、先に説明した実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００５０】
図１６は、本発明に係る投射光学系のさらに別の実施の形態を示す光学配置図であり、図１６（ａ）が斜視図を示し、図１６（ｂ）がＸＹ平面図を示し、図１６（ｃ）がＸＺ平面図を示す。図１６に示すように、本実施の形態に係る投射光学系４１は、光学素子Ｌ４１の入射面Ｓ４１がトロイダル面である点で先に説明した投射光学系と異なる。光学素子Ｌ４１の入射面Ｓ４１の形状は、Ｙ軸方向の曲率半径が−５ｍｍであり、Ｚ軸方向の曲率半径が２２ｍｍである。
【００５１】
また、投射光学系４１は、出射面Ｓ４２が、４つの平面を接合して形成される形状を有する。出射面Ｓ４２は、複数の平面を接合した部分を稜線として、いわゆる寄棟屋根のような形状を有している点が、先に説明した投射光学系と異なる。出射面Ｓ４２の接合面は、それぞれＹ軸に対して±１５°、Ｚ軸に対して±９°傾いている。出射面Ｓ４２は、Ｙ軸方向において発光面の方向に傾斜している第１傾斜面と、第２の方向であるＺ軸方向において発光面の方向に傾斜している第２傾斜面を有する。
【００５２】
図１７は、図１６に示す投射光学系４１による配光パターンを示す模式図である。本実施の形態において、レーザダイオードＬＤは、Ｙ軸方向で２３°、Ｚ軸方向で９°の発散角を有している。また、図１８は、図１６の配光パターンをＹ軸方向における発光強度分布を示す図であり、図１９は、図１６の配光パターンをＺ軸方向における発光強度分布を示す図である。図１７乃至１９に示すように、投射光学系４１は、Ｚ軸方向において±１０°の範囲、Ｙ軸方向において±８°の範囲で発光強度がほぼ一定な発光強度分布を得ている。
【００５３】
●実施形態の効果
以上説明したように、投射光学系４１によれば、Ｙ軸方向とＺ軸方向の双方について、投射角度範囲における光量分布を均一にしつつ所望のプロファイルの形状を得ることができる。
【００５４】
●投射光学系（５）●
本発明に係る投射光学系のさらに別の実施の形態について、先に説明した実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００５５】
図２０は、本発明に係る投射光学系のさらに別の実施の形態を示す光学配置図であり、図２０（ａ）が斜視図を示し、図２０（ｂ）がＸＹ平面図を示し、図２０（ｃ）がＸＺ平面図を示す。図２０に示すように、本実施の形態に係る投射光学系５１は、光学素子Ｌ５１の入射面Ｓ５１がＹ軸方向Ｚ軸方向ともに屈折力を有しない平面である点が、先に説明した投射光学系４１と異なる。
【００５６】
また、出射面Ｓ４２の４つの接合面は、それぞれＹ軸に対して±１５．５°、Ｚ軸に対して±５．５°傾いている。レーザダイオードＬＤは、Ｙ軸方向で２３°、Ｚ軸方向で９°の発散角を有している。
【００５７】
図２１は、図２０に示す投射光学系５１による配光パターンを示す模式図である。また、図２２は、図２１の配光パターンをＹ軸方向における発光強度分布を示す図であり、図２３は、図２１の配光パターンをＺ軸方向における発光強度分布を示す図である。図２１乃至２３に示すように、投射光学系４１は、Ｙ軸方向において±４°の範囲、Ｚ軸方向において±１０°の範囲で発光強度がほぼ一定な発光強度分布を得ている。
【００５８】
投射光学系５１では、光学素子Ｌ５１の出射面Ｓ４２の傾斜方向と、レーザダイオードＬＤの第１発散角θｙの方向および第２発散角θｚの方向とが一致するように配置されている。第１発散角θｙと第２発散角θｚの関係は、θｙ＞θｚである。また、出射面Ｓ４２のＹ軸方向の投射角は、Ｚ軸方向の投射角より大きい。
【００５９】
以上説明したように、投射光学系５１によれば、レーザダイオードＬＤの発散角から投射角度範囲に変換する際の角度の変換度合いを少なくして光学素子Ｌ５１の屈折力を弱く設定することができる。このため、投射光学系５１によれば、光学素子の位置などばらつきによる投射角度範囲やその光量分布の変化を低減することができる。また、投射光学系５１によれば、光学素子Ｌ５１のコバ厚が確保しやすくなることなどにより、光学素子Ｌ５１の設計自由度を向上することができる。
【００６０】
●入射面と出射面との形状の関係●
以上説明した、入射面と出射面との形状について、表１に示す。表１において、「○」は入射面または出射面に到達した光ビームの進行方向を変化させる形状を有することを示し、「−」は入射面または出射面に到達した光ビームの進行方向を変化させる形状を有しないことを示す。
【００６１】
【表１】
2016075564.tif 000003
【００６２】
表１に示すように、光学素子において、入射面に入射した光ビームの進行方向を変化させる形状の組み合わせをＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、出射面に入射した光ビームの進行方向を変化させる形状の組み合わせをＸ，Ｙ，Ｚとする。
【００６３】
入射面と出射面との屈折力の有無の組み合わせは、Ａ−Ｘ，Ａ−Ｙ，Ａ−Ｚ，Ｂ−Ｘ，Ｂ−Ｙ，Ｂ−Ｚ，Ｃ−Ｘ，Ｃ−Ｙ，Ｃ−Ｚ，Ｄ−Ｘ，Ｄ−Ｙ，Ｄ−Ｚの１２通りから選択することができる。
【００６４】
●物体検出装置（１）●
本発明に係る物体検出装置の実施の形態について説明する。
【００６５】
図２４に示すように、本発明に係る物体検出装置の実施の形態の物体検出装置１０は、先に説明した投射光学系１１に加え、反射光を受光する受光光学系１２を備える。物体検出装置１０には、投射光学系１１に代えて先に説明した投射光学系２１，３１，４１，５１のいずれも用いることができる。
【００６６】
●受光光学系の構成
受光光学系１２は、物体により反射された光を透過させる第３光学素子Ｌ１３と、第３光学素子Ｌ１３を透過した光を受光して物体を検出するフォトダイオードＰＤとを有する。
【００６７】
第３光学素子Ｌ１３は、有効照射範囲内にある物体で反射もしくは散乱された光ビームを受光し、フォトダイオードＰＤの受光面上に結像させる。
【００６８】
フォトダイオードＰＤは、光検出器であり、有効照射範囲内にある物体で反射もしくは散乱されて第３光学素子Ｌ１３により結像された光ビームを受光し、有効照射範囲内の物体を検出する。
【００６９】
なお、フォトダイオードＰＤには、ＡＰＤ（Avalanche Photo Diode）や通常のＰＤ（Pin Photo Diode）を用いることができる。
【００７０】
図２５，２６に示すように、フォトダイオードＰＤは、複数のフォトダイオードがアレイ状に配置されて構成される。フォトダイオードＰＤは、水平方向のセンサ幅が垂直方向のセンサ幅より広いため、水平方向からの受光角（受光エリア）が広い。
【００７１】
図２７に示すように、フォトダイオードＰＤは、アレイごとに受光エリアを区分することで、有効照射範囲からの反射光の反射位置を特定し物体の有無および位置を特定することができる。
【００７２】
●実施の形態の効果
以上説明したように、本実施の形態に係る物体検出装置によれば、投射光学系と受光光学系とを有することにより、所望の有効照射領域において物体の有無および位置を特定することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１０      ：物体検出装置
１１      ：投射光学系
ＬＤ      ：レーザダイオード
Ｌ１１    ：光学素子
Ｓ１１    ：入射面
Ｓ１２    ：出射面
１２      ：受光光学系
ＰＤ      ：フォトダイオード
Ｌ１３    ：第３光学素子
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７４】
【特許文献１】特開２００９−１０３５２９号公報
【図１】
2016075564.tif 000004
【図２】
2016075564.tif 000005
【図３】
2016075564.tif 000006
【図４】
2016075564.tif 000007
【図５】
2016075564.tif 000008
【図６】
2016075564.tif 000009
【図７】
2016075564.tif 000010
【図８】
2016075564.tif 000011
【図９】
2016075564.tif 000012
【図１０】
2016075564.tif 000013
【図１１】
2016075564.tif 000014
【図１２】
2016075564.tif 000015
【図１３】
2016075564.tif 000016
【図１４】
2016075564.tif 000017
【図１５】
2016075564.tif 000018
【図１６】
2016075564.tif 000019
【図１７】
2016075564.tif 000020
【図１８】
2016075564.tif 000021
【図１９】
2016075564.tif 000022
【図２０】
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【図２１】
2016075564.tif 000024
【図２２】
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【図２３】
2016075564.tif 000026
【図２４】
2016075564.tif 000027
【図２５】
2016075564.tif 000028
【図２６】
2016075564.tif 000029
【図２７】
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