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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024155722
(43)【公開日】2024-10-31
(54)【発明の名称】測定装置、および、投光器
(51)【国際特許分類】
G01S 7/481 20060101AFI20241024BHJP
【ＦＩ】
G01S7/481 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024011476
(22)【出願日】2024-01-30
(31)【優先権主張番号】P 2023068251
(32)【優先日】2023-04-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000001133
【氏名又は名称】株式会社小糸製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110001911
【氏名又は名称】弁理士法人アルファ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】本橋 和也
(72)【発明者】
【氏名】吉村 喜
【テーマコード（参考）】
5J084
【Ｆターム（参考）】
5J084AA05
5J084AD01
5J084BA04
5J084BA06
5J084BA07
5J084BA36
5J084BA39
5J084BA40
5J084BB04
5J084BB20
5J084BB21
5J084BB23
5J084CA31
5J084DA01
5J084EA40
(57)【要約】
【課題】出射光の照射範囲を変位させることができる。
【解決手段】測定装置は、発光部と、発光部が発した光が透過する投光光学系と、投光光学系を透過し、測定対象にて反射した光を受光する受光部と、を備える。投光光学系は、方向変更レンズを含んでいる。方向変更レンズの出射面は、方向変更レンズに入射する光の光軸に垂直な仮想平面に対して第１の角度θだけ傾斜している。方向変更レンズの入射面は、仮想平面に対して第２の角度α（＞第１の角度θ）だけ傾斜していてもよいし、仮想平面に対して平行であってもよい。
【選択図】図４
【解決手段】測定装置は、発光部と、発光部が発した光が透過する投光光学系と、投光光学系を透過し、測定対象にて反射した光を受光する受光部と、を備える。投光光学系は、方向変更レンズを含んでいる。方向変更レンズの出射面は、方向変更レンズに入射する光の光軸に垂直な仮想平面に対して第１の角度θだけ傾斜している。方向変更レンズの入射面は、仮想平面に対して第２の角度α（＞第１の角度θ）だけ傾斜していてもよいし、仮想平面に対して平行であってもよい。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
発光部と、
前記発光部が発した光が透過する投光光学系と、
前記投光光学系を透過し、測定対象にて反射した光を受光する受光部と、を備える測定装置であって、
前記投光光学系は、方向変更レンズを含んでおり、
前記方向変更レンズの出射面は、前記方向変更レンズに入射する光の光軸に垂直な仮想平面に対して第１の角度θだけ傾斜している、測定装置。
前記発光部が発した光が透過する投光光学系と、
前記投光光学系を透過し、測定対象にて反射した光を受光する受光部と、を備える測定装置であって、
前記投光光学系は、方向変更レンズを含んでおり、
前記方向変更レンズの出射面は、前記方向変更レンズに入射する光の光軸に垂直な仮想平面に対して第１の角度θだけ傾斜している、測定装置。
【請求項2】
請求項１に記載の測定装置であって、
前記方向変更レンズの入射面は、前記仮想平面に対して第２の角度α（＞第１の角度θ）だけ傾斜している、測定装置。
前記方向変更レンズの入射面は、前記仮想平面に対して第２の角度α（＞第１の角度θ）だけ傾斜している、測定装置。
【請求項3】
請求項２に記載の測定装置であって、
前記第１の角度θと前記第２の角度αと前記方向変更レンズの屈折率ｎとは、次の関係式が成り立つ、測定装置。
ｓｉｎα＝ｎ×ｓｉｎ（α－θ）
前記第１の角度θと前記第２の角度αと前記方向変更レンズの屈折率ｎとは、次の関係式が成り立つ、測定装置。
ｓｉｎα＝ｎ×ｓｉｎ（α－θ）
【請求項4】
請求項１に記載の測定装置であって、
前記方向変更レンズの入射面は、前記仮想平面に対して平行である、測定装置。
前記方向変更レンズの入射面は、前記仮想平面に対して平行である、測定装置。
【請求項5】
請求項４に記載の測定装置であって、
前記第１の角度θと偏向角Φと前記方向変更レンズの屈折率ｎとは、次の関係式が成り立つ、測定装置。
ｎ×ｓｉｎθ＝ｓｉｎ（θ＋Φ）
前記第１の角度θと偏向角Φと前記方向変更レンズの屈折率ｎとは、次の関係式が成り立つ、測定装置。
ｎ×ｓｉｎθ＝ｓｉｎ（θ＋Φ）
【請求項6】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の測定装置であって、
前記発光部は、第１の発光部と第２の発光部とを含み、
前記投光光学系は、前記第１の発光部が発した光が透過する第１の投光光学系と、前記第２の発光部が発した光が透過する第２の投光光学系とを含み、
前記第１の投光光学系と前記第２の投光光学系との少なくとも一方が前記方向変更レンズを含むことにより、前記第１の投光光学系からの出射光の第１の照射範囲と前記第２の投光光学系からの出射光の第２の照射範囲とが互いに重なっている、測定装置。
前記発光部は、第１の発光部と第２の発光部とを含み、
前記投光光学系は、前記第１の発光部が発した光が透過する第１の投光光学系と、前記第２の発光部が発した光が透過する第２の投光光学系とを含み、
前記第１の投光光学系と前記第２の投光光学系との少なくとも一方が前記方向変更レンズを含むことにより、前記第１の投光光学系からの出射光の第１の照射範囲と前記第２の投光光学系からの出射光の第２の照射範囲とが互いに重なっている、測定装置。
【請求項7】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の測定装置であって、
前記発光部は、第１の発光部と第２の発光部とを含み、
前記投光光学系は、前記第１の発光部が発した光が透過する第１の投光光学系と、前記第２の発光部が発した光が透過する第２の投光光学系とを含み、
前記第１の投光光学系と前記第２の投光光学系との少なくとも一方が前記方向変更レンズを含むことにより、前記第１の投光光学系からの出射光の第１の照射範囲と前記第２の投光光学系からの出射光の第２の照射範囲とが互いに異なっている、測定装置。
前記発光部は、第１の発光部と第２の発光部とを含み、
前記投光光学系は、前記第１の発光部が発した光が透過する第１の投光光学系と、前記第２の発光部が発した光が透過する第２の投光光学系とを含み、
前記第１の投光光学系と前記第２の投光光学系との少なくとも一方が前記方向変更レンズを含むことにより、前記第１の投光光学系からの出射光の第１の照射範囲と前記第２の投光光学系からの出射光の第２の照射範囲とが互いに異なっている、測定装置。
【請求項8】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の測定装置であって、
前記方向変更レンズの入射面と前記出射面との一方が凸状曲面であり、他方が凹状曲面である、測定装置。
前記方向変更レンズの入射面と前記出射面との一方が凸状曲面であり、他方が凹状曲面である、測定装置。
【請求項9】
発光部と、
前記発光部が発した光が透過する投光光学系と、を備える投光器であって、
前記投光光学系は、方向変更レンズを含んでおり、
前記方向変更レンズの出射面は、前記方向変更レンズに入射する光の光軸に垂直な仮想平面に対して第１の角度θだけ傾斜している、投光器。
前記発光部が発した光が透過する投光光学系と、を備える投光器であって、
前記投光光学系は、方向変更レンズを含んでおり、
前記方向変更レンズの出射面は、前記方向変更レンズに入射する光の光軸に垂直な仮想平面に対して第１の角度θだけ傾斜している、投光器。
【請求項10】
請求項９に記載の投光器であって、
前記方向変更レンズの入射面は、前記仮想平面に対して第２の角度α（＞第１の角度θ）だけ傾斜している、投光器。
前記方向変更レンズの入射面は、前記仮想平面に対して第２の角度α（＞第１の角度θ）だけ傾斜している、投光器。
【請求項11】
請求項９に記載の投光器であって、
前記方向変更レンズの入射面は、前記仮想平面に対して平行である、投光器。
前記方向変更レンズの入射面は、前記仮想平面に対して平行である、投光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書に開示される技術は、測定装置、および、投光器に関する。
【背景技術】
【0002】
ＡＤ（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｄｒｉｖｉｎｇ：自動運転）やＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｅｒ－Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ：先進運転支援システム）の進展に伴い、車両の走行時における周囲環境の把握や自己位置推定に用いる測定装置の一つとして、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）の開発研究が進められている。ＬｉＤＡＲは、測定対象にレーザ光を投光（照射）する投光器と、レーザ光が測定対象に反射して戻ってくる反射光を受光する受光器とを備える。ＬｉＤＡＲは、投光器がレーザ光を出射したタイミングと受光器が反射光を受光したタイミングとの差に基づき測定対象までの距離を測定することにより測定対象に関する情報を出力する。投光器は、発光部と、発光部が発した光が透過する投光レンズとを備える（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－１０５６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、例えば投光器からの照射範囲と受光器の受光範囲とのずれにより、測定装置の測定範囲内における出射光の光度分布が偏り、その結果、測定装置の測定精度が低下するおそれがある。この対応策として、例えば、照射範囲と受光範囲とのずれを是正するように投光器自体の向きを変えることが考えられる。しかし、投光器の向きを変えると測定装置全体が大型化するという問題が生じる。また、そもそも、スペースの関係上、投光器の向きを変えることができない場合がある。
【0005】
本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。
【0007】
（１）本明細書に開示される測定装置は、発光部と、前記発光部が発した光が透過する投光光学系と、前記投光光学系を透過し、測定対象にて反射した光を受光する受光部と、を備える測定装置であって、前記投光光学系は、方向変更レンズを含んでおり、前記方向変更レンズの出射面は、前記方向変更レンズに入射する光の光軸に垂直な仮想平面に対して第１の角度θだけ傾斜している。
【0008】
本測定装置によれば、発光部の出射光の照射範囲を変位させることができる。すなわち、本測定装置では、方向変更レンズの出射面が仮想平面に対して第１の角度θだけ傾斜している。このため、方向変更レンズの出射面が仮想平面に平行な構成に対して、発光部から投光光学系を介して出射される出射光の照射範囲を変位させることができる。
【0009】
（２）上記測定装置において、前記方向変更レンズの入射面は、前記仮想平面に対して第２の角度α（＞第１の角度θ）だけ傾斜していてもよい。
【0010】
本測定装置によれば、方向変更レンズの入射面は、仮想平面に対して第２の角度α（＞第１の角度θ）だけ傾斜している。このため、方向変更レンズの入射面が仮想平面に平行な構成に対して、出射面の傾斜に起因して投光光学系（発光部）からの出射光の光度分布が変動することを抑制することができる。
【0011】
（３）上記測定装置において、前記第１の角度θと前記第２の角度αと前記方向変更レンズの屈折率ｎとは、次の関係式が成り立つ構成としてもよい。
ｓｉｎα＝ｎ×ｓｉｎ（α－θ）
本測定装置によれば、発光部からの出射光の光度分布の変動を、より効果的に抑制しつつ、その出射光の照射範囲を変位させることができる。
ｓｉｎα＝ｎ×ｓｉｎ（α－θ）
本測定装置によれば、発光部からの出射光の光度分布の変動を、より効果的に抑制しつつ、その出射光の照射範囲を変位させることができる。
【0012】
（４）上記測定装置において、前記方向変更レンズの入射面は、前記仮想平面に対して平行であってもよい。本測定装置によれば、方向変更レンズの入射面と仮想平面との平行を維持しつつ、発光部の出射光の照射範囲を変位させることができる。
【0013】
（５）上記測定装置において、
前記第１の角度θと偏向角Φと前記方向変更レンズの屈折率ｎとは、次の関係式が成り立つ構成としてもよい。
ｎ×ｓｉｎθ＝ｓｉｎ（θ＋Φ）
本測定装置によれば、発光部からの出射光の光度分布の変動を、より効果的に抑制しつつ、その出射光の照射範囲を変位させることができる。
前記第１の角度θと偏向角Φと前記方向変更レンズの屈折率ｎとは、次の関係式が成り立つ構成としてもよい。
ｎ×ｓｉｎθ＝ｓｉｎ（θ＋Φ）
本測定装置によれば、発光部からの出射光の光度分布の変動を、より効果的に抑制しつつ、その出射光の照射範囲を変位させることができる。
【0014】
（６）上記測定装置において、前記発光部は、第１の発光部と第２の発光部とを含み、前記投光光学系は、前記第１の発光部が発した光が透過する第１の投光光学系と、前記第２の発光部が発した光が透過する第２の投光光学系とを含み、前記第１の投光光学系と前記第２の投光光学系との少なくとも一方が前記方向変更レンズを含むことにより、前記第１の投光光学系からの出射光の第１の照射範囲と前記第２の投光光学系からの出射光の第２の照射範囲とが互いに重なっている構成としてもよい。本測定装置によれば、２つの発光部の配置関係に制約されることなく、第１の投光光学系からの出射光の第１の照射範囲と第２の投光光学系からの出射光の第２の照射範囲とを互いに重ねることができる。
【0015】
（７）上記測定装置において、前記発光部は、第１の発光部と第２の発光部とを含み、前記投光光学系は、前記第１の発光部が発した光が透過する第１の投光光学系と、前記第２の発光部が発した光が透過する第２の投光光学系とを含み、前記第１の投光光学系と前記第２の投光光学系との少なくとも一方が前記方向変更レンズを含むことにより、前記第１の投光光学系からの出射光の第１の照射範囲と前記第２の投光光学系からの出射光の第２の照射範囲とが互いに異なっている構成としてもよい。本測定装置によれば、２つの発光部の配置関係に制約されることなく、第１の投光光学系からの出射光の第１の照射範囲と第２の投光光学系からの出射光の第２の照射範囲とを互いに異ならせることができる。
【0016】
（８）上記測定装置において、前記方向変更レンズの前記入射面と前記出射面との一方が凸状曲面であり、他方が凹状曲面である構成としてもよい。本測定装置によれば、発光部からの出射光の光度分布の変動を抑制しつつ、その出射光の照射範囲を変位させ、かつ、方向変更レンズの凸状曲面と凹状曲面とのそれぞれによる機能を発揮させることができる。
【0017】
（９）本明細書に開示される投光器は、発光部と、前記発光部が発した光が透過する投光光学系と、を備える投光器であって、前記投光光学系は、方向変更レンズを含んでおり、前記方向変更レンズの出射面は、前記方向変更レンズに入射する光の光軸に垂直な仮想平面に対して第１の角度θだけ傾斜している。本投光器によれば、発光部の出射光の照射範囲を変位させることができる。
【0018】
（１０）上記投光器によれば、前記方向変更レンズの入射面は、前記仮想平面に対して第２の角度α（＞第１の角度θ）だけ傾斜していてもよい。本投光器によれば、出射面の傾斜に起因して投光光学系（発光部）からの出射光の光度分布が変動することを抑制することができる。
【0019】
（１１）上記投光器によれば、前記方向変更レンズの入射面は、前記仮想平面に対して平行であってもよい。本投光器によれば、発光部の出射光の照射範囲を変位させることができる。
【0020】
なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、投光器、方向変更レンズ、その方向変更レンズを備える測定装置等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】第１実施形態における測定装置１０の構成を概略的に示すブロック図
【図2】測定装置１０における構成部品の配置関係を示す斜視図
【図3】投光器２０の照射範囲ＥＬ，ＥＲと受光器３０の受光範囲Ｖとの配置関係を概略的に示す説明図
【図4】拡散レンズ８０Ｌの出射面８２と入射面８４との傾斜度合いを示す説明図
【図5】本実施形態の拡散レンズ８０Ｒと比較例の拡散レンズ９０との作用の違いを示す説明図
【図6】第２実施形態における測定装置１０ａの投光器の一部の構成を概略的に示す説明図
【図7】変形例における投光光学系２４ｂの構成を概略的に示す説明図
【図8】変形例における投光光学系２４ｃの構成を概略的に示す説明図
【発明を実施するための形態】
【0022】
Ａ．第１実施形態：
Ａ－１．測定装置１０の構成：
図１は、本第１実施形態における測定装置１０の構成を概略的に示すブロック図である。なお、以下の説明において、同種の構成を区別する必要がある場合、構成を総称する符号の後に識別子（アルファベット等）を付すことがある。
Ａ－１．測定装置１０の構成：
図１は、本第１実施形態における測定装置１０の構成を概略的に示すブロック図である。なお、以下の説明において、同種の構成を区別する必要がある場合、構成を総称する符号の後に識別子（アルファベット等）を付すことがある。
【0023】
図１に示すように、測定装置１０は、出射光Ｌ１（例えば光ビーム（レーザ光））を測定対象Ｗに照射する投光器２０と、出射光Ｌ１が測定対象Ｗに反射して戻ってくる反射光Ｌ２（戻り光）を受光する受光器３０とを備え、フラッシュＬｉＤＡＲとして機能する。測定装置１０は、投光器２０が出射光Ｌ１を発したタイミングと受光器３０が反射光Ｌ２を受光したタイミングとの差（レーザ光の飛行時間 以下、「ＴＯＦ」（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）という）を測定して測定対象Ｗに関する情報を取得する。
【0024】
測定装置１０は、例えば、ＡＤやＡＤＡＳが実装される車両（図示しない）に搭載される。測定装置１０は、例えば、車両の走行中において、人や他の車両等の物体の検出を補助するとともに、車両の運転者や車両の周囲に存在する者の安全確保、車両の運転中に周囲に存在する物体に与える損傷を低減するために有用な各種の情報を他の装置やユーザに提供する。
【0025】
投光器２０は、発光部２２と投光光学系２４と投光制御装置２６と電流源２８とを有している。
【0026】
発光部２２は、一つまたは複数の発光素子（図示しない）、もしくは一つまたは複数の発光素子アレイ（例えば、発光素子が線状（一次元的）や面状（二次元的）に配置されたもの）を有する発光源を含む。発光素子は、例えば、レーザダイオード、面発光タイプのレーザ発光素子（例えば、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ 以下、「面発光素子」という）、複数の面発光素子が一次元的又は二次元的に基板（半導体基板、セラミック基板等）に配置された面発光素子アレイ（例えば、ＶＣＳＥＬアレイ）等である。
【0027】
電流源２８は、投光制御装置２６から入力される制御信号に応じた電流を、発光部２２を構成する発光素子に供給する。電流源２８は、例えば、発光素子に流す電流をオンオフするための周期的な方形波の電流を発光素子に供給する。
【0028】
投光制御装置２６は、電流源２８の制御信号を生成して電流源２８に入力することにより、電流源２８から発光素子に供給される電流（駆動電流）を制御する。投光制御装置２６は、発光素子が発光したタイミング（発光素子が光を発したタイミング。以下、「投光タイミング」という）を示す信号をＴＯＦ測定装置４０に入力する。投光制御装置２６は、例えば、発光素子に流す電流のオンオフを周期的に繰り返す制御を行うことにより、発光素子を周期的に繰り返し発光させる。
【0029】
投光光学系２４は、例えば、発光部２２が発した光に光学的な作用（屈折、散乱、回折等）を与えることにより出射光Ｌ１の配光を調節する。投光光学系２４は、例えば、コリメートレンズ等の各種レンズ、反射鏡（ミラー）等の光学部品を用いて構成される。投光光学系２４の詳細構成について後述する。
【0030】
受光器３０は、受光部３２と受光光学系３４とを有している。
【0031】
受光光学系３４は、投光器２０からの出射光Ｌ１が測定対象Ｗ等で反射して戻ってくる反射光Ｌ２を受光部３２に集光する。受光光学系３４は、例えば、集光レンズ等の各種レンズ、波長フィルタ等の各種フィルタ、反射鏡（ミラー）等の光学部品を用いて構成される。
【0032】
受光部３２は、一つまたは複数の受光素子（図示しない）、もしくは一つまたは複数の受光素子アレイ（例えば、受光素子が線状（一次元的）や面状（二次元的）に配置されたもの）を有する受光源である。受光素子は、例えば、フォトダイオード、ＳＰＡＤ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ）、バランス型光検出器等である。受光部３２は、受光光学系３４から入射する反射光Ｌ２を光電変換することにより、反射光Ｌ２の強度に応じた電流（以下、「受光電流」という）を生成する。受光部３２は、受光部３２を構成する受光素子が反射光Ｌ２を受光したタイミング（以下、「受光タイミング」という）を示す信号や、受光素子が生成した受光電流をＴＯＦ測定装置４０に入力する。
【0033】
測定装置１０は、さらに、ＴＯＦ測定装置４０とコントローラ４２と通信Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒ ｆａｃｅ）５０とを備えている。
【0034】
ＴＯＦ測定装置４０は、投光制御装置２６から入力される投光タイミングを示す信号と受光部３２から入力される受光タイミングを示す信号とに基づきＴＯＦを求める。ＴＯＦ測定装置４０は、例えば、ＴＤＣ（Ｔｉｍｅ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）回路を搭載した時間測定ＩＣ（集積回路：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を有している。ＴＯＦ測定装置４０は、求めたＴＯＦと受光部３２から入力された受光電流とをコントローラ４２に入力する。
【0035】
コントローラ４２は、プロセッサ（ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等）を有している。コントローラ４２は、ＴＯＦ測定装置４０から入力される受光電流やＴＯＦに基づき、測定対象Ｗの検出や測距等の各種測定に用いる情報を生成する。当該情報は、例えば、時間相関単一光子計数法（Ｔｉｍｅ Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｈｏｔｏｎ Ｃｏｕｎｔｉｎｇ）で用いるヒストグラム（ｈｉｓｔｏｇｒａｍ）、測定対象Ｗの各点（ポイント）までの距離、ポイントクラウド（点群情報：ｐｏｉｎｔ ｃｌｏｕｄ）等である。また、コントローラ４２は、投光制御装置２６や受光部３２を制御する。コントローラ４２は、例えば、投光制御装置２６や受光部３２を制御することにより、ヒストグラムの生成にかかる処理が高速化もしくは最適化されるように、前述した投光タイミングや受光タイミングを制御する。コントローラ４２によって生成された情報は、通信Ｉ／Ｆ５０を介して当該情報を利用する装置（以下、「各種利用装置６０」という）に提供（送信）される。
【0036】
各種利用装置６０は、例えば、ポイントクラウドによる環境地図の作成、スキャンマッチングアルゴリズム（ＮＤＴ（Ｎｏｒｍａｌ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、ＩＣＰ(Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ)等）を用いた自己位置推定（ＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ））等を行う。
【0037】
Ａ－２．測定装置１０における構成部品の配置関係：
図２は、測定装置１０における構成部品の配置関係を示す斜視図である。図２には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向といい、Ｚ軸負方向を下方向といい、Ｘ軸正方向を右方向といい、Ｘ軸負方向を左方向といい、Ｙ軸正方向を前方向といい、Ｙ軸負方向を後方向というものとする。なお、後述の図３以降についても同様である。
図２は、測定装置１０における構成部品の配置関係を示す斜視図である。図２には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向といい、Ｚ軸負方向を下方向といい、Ｘ軸正方向を右方向といい、Ｘ軸負方向を左方向といい、Ｙ軸正方向を前方向といい、Ｙ軸負方向を後方向というものとする。なお、後述の図３以降についても同様である。
【0038】
図２に示すように、発光部２２は、左側発光部２２Ｌと右側発光部２２Ｒとを含んでいる。左側発光部２２Ｌと右側発光部２２Ｒとは、共通の回路基板４４上において左右方向（Ｘ軸方向）に並べて配置されている。受光部３２は、回路基板４４上において、左側発光部２２Ｌと右側発光部２２Ｒとの間に配置されている。左側発光部２２Ｌおよび右側発光部２２Ｒは、特許請求の範囲における第１の発光部および第２の発光部の一例である。
【0039】
投光光学系２４は、左側投光光学系２４Ｌと右側投光光学系２４Ｒとを含んでいる。左側投光光学系２４Ｌは、左側発光部２２Ｌの前方に配置されており、左側発光部２２Ｌが発した光を透過させる。右側投光光学系２４Ｒは、右側発光部２２Ｒの前方に配置されており、右側発光部２２Ｒが発した光を透過させる。なお、各投光光学系２４Ｌ，２４Ｒは、筒状のケース２５に収容されている。左側投光光学系２４Ｌおよび右側投光光学系２４Ｒは、特許請求の範囲における第１の投光光学系および第２の投光光学系の一例である。
【0040】
受光光学系３４は、受光部３２の前方であり、かつ、左右方向において左側投光光学系２４Ｌと右側投光光学系２４Ｒとの間に配置されている。受光光学系３４は、集光した光が受光部３２に入射するように構成されている。なお、受光光学系３４は、筒状のケース３５に収容されている。測定装置１０では、左側発光部２２Ｌから左側投光光学系２４Ｌを介して出射され、測定対象Ｗで反射した反射光Ｌ２と、右側発光部２２Ｒから右側投光光学系２４Ｒを介して出射され、測定対象Ｗで反射した反射光Ｌ２との両方が、受光光学系３４を介して共通の受光部３２に入光する。
【0041】
Ａ－３．投光器２０の照射範囲ＥＬ，ＥＲと受光器３０の受光範囲Ｖとの配置関係：
図３は、投光器２０の照射範囲ＥＬ，ＥＲと受光器３０の受光範囲Ｖとの配置関係を概略的に示す説明図である。図３には、投光器２０（発光部２２）の照射範囲ＥＬ，ＥＲが示されている。照射範囲ＥＬ，ＥＲは、投光器２０からの出射光Ｌ１が照射される測定対象Ｗ側の領域の範囲である。具体的には、左側照射範囲ＥＬは、左側発光部２２Ｌから左側投光光学系２４Ｌを介して出射される出射光Ｌ１Ｌが照射される測定対象Ｗ側の領域の範囲であり、右側照射範囲ＥＲは、右側発光部２２Ｒから右側投光光学系２４Ｒを介して出射される出射光Ｌ１Ｒが照射される測定対象Ｗ側の領域の範囲である。なお、照射範囲ＥＬ，ＥＲは、例えば発光部２２のサイズ（形状、大きさ、拡散度合い）や投光光学系２４の焦点距離によって決まる。
図３は、投光器２０の照射範囲ＥＬ，ＥＲと受光器３０の受光範囲Ｖとの配置関係を概略的に示す説明図である。図３には、投光器２０（発光部２２）の照射範囲ＥＬ，ＥＲが示されている。照射範囲ＥＬ，ＥＲは、投光器２０からの出射光Ｌ１が照射される測定対象Ｗ側の領域の範囲である。具体的には、左側照射範囲ＥＬは、左側発光部２２Ｌから左側投光光学系２４Ｌを介して出射される出射光Ｌ１Ｌが照射される測定対象Ｗ側の領域の範囲であり、右側照射範囲ＥＲは、右側発光部２２Ｒから右側投光光学系２４Ｒを介して出射される出射光Ｌ１Ｒが照射される測定対象Ｗ側の領域の範囲である。なお、照射範囲ＥＬ，ＥＲは、例えば発光部２２のサイズ（形状、大きさ、拡散度合い）や投光光学系２４の焦点距離によって決まる。
【0042】
図３には、受光器３０（受光部３２）の受光範囲Ｖが示されている。受光範囲Ｖは、受光部３２が、反射光Ｌ２を、受光光学系３４を介して受光できる測定対象Ｗ側の領域の範囲である。なお、受光範囲Ｖは、例えば受光部３２のサイズ（形状、大きさ、受光面積）や受光光学系３４の焦点距離によって決まる。
【0043】
受光範囲Ｖのうち、照射範囲ＥＬおよび右側照射範囲ＥＲの少なくとも一方と重なる範囲が、測定装置１０の測定範囲（視野範囲）である。すなわち、測定装置１０の測定範囲は、投光器２０からの出射光Ｌ１が照射され、測定対象Ｗ側で反射して戻ってくる反射光Ｌ２を受光部３２が受光する測定対象Ｗ側の領域の範囲である。図３の例では、照射範囲ＥＬと右側照射範囲ＥＲとは、互いに重ならないように隣接しつつ受光範囲Ｖにそれぞれ重なるように設定されている。
【0044】
Ａ－４．投光光学系２４の詳細構成：
次に、投光光学系２４の詳細構成について説明する。投光光学系２４は、偏向光学系であり、コリメーションレンズ７０と拡散レンズ８０とを含んでいる。コリメーションレンズ７０は、発光部２２の前方に配置され、発光部２２が発した光を平行光に変換して出力する。拡散レンズ８０は、コリメーションレンズ７０の前方に配置され、コリメーションレンズ７０からの平行光を拡散光に変換して出力する。
次に、投光光学系２４の詳細構成について説明する。投光光学系２４は、偏向光学系であり、コリメーションレンズ７０と拡散レンズ８０とを含んでいる。コリメーションレンズ７０は、発光部２２の前方に配置され、発光部２２が発した光を平行光に変換して出力する。拡散レンズ８０は、コリメーションレンズ７０の前方に配置され、コリメーションレンズ７０からの平行光を拡散光に変換して出力する。
【0045】
具体的には、図３に示すように、左側投光光学系２４Ｌは、コリメーションレンズ７０Ｌと拡散レンズ８０Ｌとを含んでいる。コリメーションレンズ７０Ｌは、左側発光部２２Ｌの前方に配置され、拡散レンズ８０Ｌは、コリメーションレンズ７０Ｌの前方に配置されている。また、右側投光光学系２４Ｒは、コリメーションレンズ７０Ｒと拡散レンズ８０Ｒとを含んでいる。コリメーションレンズ７０Ｒは、右側発光部２２Ｒの前方に配置され、拡散レンズ８０Ｒは、コリメーションレンズ７０Ｒの前方に配置されている。なお、コリメーションレンズ７０と拡散レンズ８０とは、例えば石英ガラスにより形成されている。
【0046】
拡散レンズ８０は、拡散機能に加えて、コリメーションレンズ７０からの平行光の入射方向（光軸Ｃ１に沿った方向）とは異なる方向（出射面８２の中心軸Ｃ２に沿った方向）に向かう光であって、光度分布の変動が抑制された光を出力する機能を有する。拡散レンズ８０は、特許請求の範囲における方向変更レンズの一例である。
【0047】
図４は、拡散レンズ８０Ｌの出射面８２と入射面８４との傾斜度合いを示す説明図である。図３および図４に示すように、拡散レンズ８０Ｌは、一般的な凹レンズ（後述の拡散レンズ９０参照）とは異なり、入射面８４が出射面８２に対して傾斜している形状を有する。
【0048】
具体的には、拡散レンズ８０Ｌの出射面８２は、凹状曲面であり、測定対象Ｗ側に向けられる。図４に示すように、出射面８２は、拡散レンズ８０Ｌに入射する光の光軸Ｃ１Ｌに垂直な仮想平面Ｍに対して第１の角度θだけ傾斜している。なお、凹状曲面である出射面８２の面方向は、凹状曲面の中心軸Ｃ２Ｌに垂直な面Ｎ（図４では出射面８２の凹状曲面の中心位置での接線）の方向とする。すなわち、図４の例では、第１の角度θは、凹状曲面の中心軸Ｃ２Ｌに垂直な面Ｎと仮想平面Ｍとのなす角度である。なお、凹状曲面は、半球面状でもよいし、Ｕ字形の溝状でもよい。また、本明細書において、「ＡとＢとが垂直である」ことは、ＡとＢとのなす角度が９０度であることだけでなく、ＡとＢとのなす角度が９０度±２度以内の角度範囲であることを含む。
【0049】
拡散レンズ８０Ｌの入射面８４は、平坦面であり、コリメーションレンズ７０Ｌ（左側発光部２２Ｌ）側に向けられる。入射面８４は、仮想平面Ｍに対して第２の角度α（＞第１の角度θ）だけ傾斜している。そして、第２の角度αは、第１の角度θよりも大きい。要するに、出射面８２と入射面８４とは、いずれも、仮想平面Ｍに対して同じ方向（左側 図３および図４で紙面反時計回り方向）に傾いており、かつ、入射面８４は、出射面８２よりも仮想平面Ｍに対して大きく傾いている。入射面８４は、出射面８２に対して第３の角度（＝α－θ）だけ傾いている。
【0050】
図３に示すように、拡散レンズ８０Ｒも、拡散レンズ８０Ｌと同様に、入射面８４が出射面８２に対して傾斜している形状を有する。拡散レンズ８０Ｒでは、出射面８２と入射面８４とは、いずれも、仮想平面Ｍに対して同じ方向（右側 図３で紙面時計回り方向）に傾いており、かつ、入射面８４は、出射面８２よりも仮想平面Ｍに対して大きく傾いている。
【0051】
さらに、第１の角度θと第２の角度αと拡散レンズ８０の屈折率ｎとは、次の関係式が成り立つ。
ｓｉｎα＝ｎ×ｓｉｎ（α－θ）
ｓｉｎα＝ｎ×ｓｉｎ（α－θ）
【0052】
図５は、本実施形態の拡散レンズ８０Ｌと比較例の拡散レンズ９０，９０Ａとの作用の違いを示す説明図である。図５には、拡散レンズ８０Ｌが実線で示されており、拡散レンズ９０，９０Ａが点線と二点鎖線とで示されている。拡散レンズ９０，９０Ａは、一般的な拡散レンズ（凹レンズ）であり、出射面８２と入射面９４とが互いに平行である。なお、本明細書において、「ＡとＢとが平行である」ことは、ＡとＢとのなす角度が０度であることだけでなく、ＡとＢとのなす角度が０度±２度以内の角度範囲であることを含む。
【0053】
まず、二点鎖線で示された比較例１の拡散レンズ９０は、その出射面８２と入射面９４とがいずれも仮想平面Ｍに平行になるように配置されている。具体的には、比較例１の拡散レンズ９０の中心軸は、該比較例１の拡散レンズ９０に入射する光の光軸Ｃ１Ｌ（コリメーションレンズ７０Ｌの中心軸）上に位置している。この場合、図５の左下に示すように、比較例１の拡散レンズ９０は、コリメーションレンズ７０Ｌからの平行光の入射方向（光軸Ｃ１Ｌに沿った方向）と同じ方向に向けて出射光Ｌ３を出力する。この出射光Ｌ３は、比較例１の拡散レンズ９０の出射面８２の中心軸Ｃ３（拡散レンズ９０の中心軸）に対して左右の光度分布が互いに均等な拡散光である。但し、例えば図３の構成において、比較例１の拡散レンズ９０を、拡散レンズ８０Ｌの代わりに使用すると、左側照射範囲ＥＬが右側に寄るため、左側照射範囲ＥＬと右側照射範囲ＥＲとを図３に示すような所望の位置に配置することができない。すなわち、受光範囲Ｖ内において、左側照射範囲ＥＬの左右方向の中心位置ＯＬが右側に寄る。
【0054】
次に、点線で示された比較例２の拡散レンズ９０Ａは、比較例１の拡散レンズ９０と同一形状であり、比較例１の拡散レンズ９０を、仮想平面Ｍに対して左側に傾斜するように配置したものである。すなわち、比較例２の拡散レンズ９０Ａでは、その出射面８２と入射面９４とがいずれも仮想平面Ｍに対して同じ角度（第１の角度θ）だけ傾斜している。具体的には、比較例２の拡散レンズ９０Ａの中心軸は、該比較例２の拡散レンズ９０Ａに入射する光の光軸Ｃ１Ｌに対して第１の角度θだけ傾斜している。
【0055】
この場合、図５の中央下に示すように、比較例２の拡散レンズ９０Ａは、コリメーションレンズ７０Ｌからの平行光の入射方向（光軸Ｃ１Ｌに沿った方向）に対して第１の角度θだけ左側に傾斜した方向に向けて出射光Ｌ４を出力する。但し、この出射光Ｌ４は、比較例２の拡散レンズ９０Ａの出射面８２の中心軸Ｃ３（比較例２の拡散レンズ９０Ａの中心軸）に対して光度分布が左右方向の一方側に偏った拡散光になる。その要因としては、比較例２の拡散レンズ９０Ａを、仮想平面Ｍに対して傾斜するように配置したことにより、入射面９４に入射した光が出射面８２に入射する角度が、比較例１の拡散レンズ９０の場合に比べて大きく異なることが挙げられる。そのため、左側照射範囲ＥＬと右側照射範囲ＥＲとを図３に示すような所望の位置に配置できたとしても、左側照射範囲ＥＬにおける光度分布が左右方向の一方側に偏るため、測定装置１０の測定精度が低下するおそれがある。
【0056】
これに対して、本実施形態の拡散レンズ８０Ｌは、比較例２の拡散レンズ９０Ａの入射面９４側に加工を施したものである。すなわち、拡散レンズ８０Ｌでは、上述したように、その出射面８２は、仮想平面Ｍに対して第１の角度θだけ傾斜し、入射面８４は、仮想平面Ｍに対して、さらに大きい第２の角度αだけ傾斜している。このため、図５の右下に示すように、拡散レンズ８０Ｌでは、入射面９４に入射した光が出射面８２に入射する角度が、比較例２の拡散レンズ９０Ａの場合に比べて、比較例１の拡散レンズ９０の場合に近い。このため、拡散レンズ８０Ｌからの出射光Ｌ１Ｌは、上記出射光Ｌ４に比べて、拡散レンズ８０Ｌの出射面８２の中心軸Ｃ２に対して光度分布の左右方向の偏りが抑制された拡散光になる。そのため、測定装置１０の測定精度の低下を抑制しつつ、左側照射範囲ＥＬと右側照射範囲ＥＲとを図３に示すような所望の位置に配置することができる。
【0057】
また、本実施形態では、投光器２０全体ではなく、投光光学系２４を構成する拡散レンズ８０だけを傾斜して配置する構成であるため、測定装置１０全体の大型化を抑制することができる。また、図２に示すように、右側発光部２２Ｒと左側発光部２２Ｌとは、共通の回路基板４４に配置されているため、両者の位置関係や両者からの発光方向の変更が不可能である。このような制約下において、拡散レンズ８０を利用することにより、測定装置１０の測定精度の低下を抑制しつつ、投光器２０からの出射光Ｌ１の照射範囲Ｅを変位させることができる。
【0058】
Ａ－５．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の測定装置１０は、発光部２２と、発光部２２が発した光が透過する投光光学系２４と、投光光学系２４を透過し、測定対象Ｗにて反射した光を受光する受光部３２と、を備える（図１および図２参照）。投光光学系２４は、拡散レンズ８０を含んでいる。拡散レンズ８０の出射面８２は、拡散レンズ８０に入射する光の光軸Ｃ１に垂直な仮想平面Ｍに対して第１の角度θだけ傾斜している（図４参照）。拡散レンズ８０の入射面８４は、仮想平面Ｍに対して第２の角度α（＞第１の角度θ）だけ傾斜している。
以上説明したように、本実施形態の測定装置１０は、発光部２２と、発光部２２が発した光が透過する投光光学系２４と、投光光学系２４を透過し、測定対象Ｗにて反射した光を受光する受光部３２と、を備える（図１および図２参照）。投光光学系２４は、拡散レンズ８０を含んでいる。拡散レンズ８０の出射面８２は、拡散レンズ８０に入射する光の光軸Ｃ１に垂直な仮想平面Ｍに対して第１の角度θだけ傾斜している（図４参照）。拡散レンズ８０の入射面８４は、仮想平面Ｍに対して第２の角度α（＞第１の角度θ）だけ傾斜している。
【0059】
本実施形態によれば、発光部２２の出射光Ｌ１の光度分布の変動を抑制しつつ、その出射光Ｌ１の照射範囲Ｅを変位させることができる（図３参照）。すなわち、本実施形態では、拡散レンズ８０の出射面８２が仮想平面Ｍに対して第１の角度θだけ傾斜している。このため、拡散レンズ８０の出射面８２が仮想平面Ｍに平行な構成（図５の左下図参照）に対して、発光部２２から投光光学系２４を介して出射される出射光Ｌ１の照射範囲Ｅを変位させることができる。また、拡散レンズ８０の入射面８４は、仮想平面Ｍに対して第２の角度α（＞第１の角度θ）だけ傾斜している。このため、拡散レンズ８０の入射面８４が仮想平面Ｍに平行な構成（図５の中央下図参照）に対して、出射面８２の傾斜に起因して投光光学系２４（発光部２２）からの出射光Ｌ１の光度分布が変動することを抑制することができる。
【0060】
本実施形態では、第１の角度θと第２の角度αと拡散レンズ８０の屈折率ｎとは、上記関係式（ｓｉｎα＝ｎ×ｓｉｎ（α－θ））が成り立つ。この場合、拡散レンズ８０Ｌでは、入射面９４に入射した光が出射面８２に入射する角度を、比較例１の拡散レンズ９０の場合に一致させることができる（図５参照）。このため、本実施形態によれば、発光部２２からの出射光Ｌ１の光度分布の変動を、より効果的に抑制しつつ、その出射光Ｌ１の照射範囲Ｅを変位させることができる。
【0061】
Ｂ．第２実施形態：
図６は、第２実施形態における測定装置１０ａの投光器の一部の構成を概略的に示す説明図である。図６には、測定装置１０ａの投光器のうち、発光部２２ａと投光光学系２４ａとが示されている。以下では、第２実施形態の測定装置１０ａの構成のうち、上述した第１実施形態の測定装置１０と同一の構成については、その説明を適宜省略する。
図６は、第２実施形態における測定装置１０ａの投光器の一部の構成を概略的に示す説明図である。図６には、測定装置１０ａの投光器のうち、発光部２２ａと投光光学系２４ａとが示されている。以下では、第２実施形態の測定装置１０ａの構成のうち、上述した第１実施形態の測定装置１０と同一の構成については、その説明を適宜省略する。
【0062】
発光部２２ａは、左側発光部２２ａＬと右側発光部２２ａＲとを含んでいる。投光光学系２４ａは、左側投光光学系２４ａＬと右側投光光学系２４ａＲとを含んでいる。右側投光光学系２４ａＲは、右側発光部２２ａＲの前方に配置されている。右側投光光学系２４ａＲは、コリメーションレンズであり、右側発光部２２ａＲが発した光を平行光に変換して出力する。具体的には、右側投光光学系２４ａＲの出射面８２ａＲは、平坦面であり、入射面８４は、凸状曲面である。出射面８２ａＲと入射面８４ａＲとは、いずれも、右側投光光学系２４ａＲに入射する光の光軸Ｃ１ａＲに垂直な仮想平面ＭＲに平行である。なお、凸状曲面である入射面８４ａＲの面方向は、凸状曲面の中心軸に垂直な面ＮＲ（図６では出射面８２ａＬの凸状曲面の中心位置での接線）の方向とする。従って、右側投光光学系２４ａＲは、光軸Ｃ１ａＲと同じ方向に向けて出射光Ｌ１ａＲを出力する。なお、凸状曲面は、半球面状でもよいし、半円筒状でもよい。
【0063】
左側投光光学系２４ａＬは、左側発光部２２ａＬの斜め左側前方に配置されている。左側投光光学系２４ａＬは、コリメーション機能に加えて、左側発光部２２ａＬからの光の入射方向（光軸Ｃ１ａＬに沿った方向）とは異なる方向に向かう光であって、光度分布の変動が抑制された出射光Ｌ１ａＬを出力する機能を有する。左側投光光学系２４ａＬは、特許請求の範囲における方向変更レンズの一例である。
【0064】
具体的には、左側投光光学系２４ａＬの出射面８２ａＬは、平坦面である。出射面８２ａＬは、光軸Ｃ１ａＬに垂直な仮想平面ＭＬに対して第１の角度θだけ傾斜している。入射面８４ａＬは、凸状曲面である。入射面８４ａＬは、仮想平面ＭＬに対して第２の角度αだけ傾斜している。なお、凸状曲面である入射面８４ａＬの面方向は、凸状曲面の中心軸に垂直な面ＮＬ（図６では出射面８２ａＬの凸状曲面の中心位置での接線）の方向とする。そして、第２の角度αは、第１の角度θよりも大きい。要するに、出射面８２ａＬと入射面８４ａＬとは、いずれも、仮想平面ＭＬに対して同じ方向（右側 図６で紙面時計回り方向）に傾いており、かつ、入射面８４ａＬは、出射面８２ａＬよりも仮想平面ＭＬに対して大きく傾いている。
【0065】
このような構成によれば、左側投光光学系２４ａＬを利用することにより、左側発光部２２ａＬと右側発光部２２ａＲとの離間距離を短くしつつ、左側投光光学系２４ａＬからの出射光Ｌ１ａＬの照射範囲と、右側投光光学系２４ａＲからの出射光Ｌ１ａＲの照射範囲とを離間させることができる。しかも、左側投光光学系２４ａＬからの出射光Ｌ１ａＬは、右側投光光学系２４ａＲからの出射光Ｌ１ａＲと同様に、照射範囲における光度分布の左右方向の偏りが抑制された拡散光になる。
【0066】
Ｃ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
【0067】
上記実施形態における測定装置１０，１０ａの構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、投光光学系２４は、コリメーションレンズ７０と拡散レンズ８０とを含んでいるが、コリメーションレンズ７０を含まない構成や、他の種類のレンズ（集光レンズ等）を更に含む構成でもよい。上記実施形態では、方向変更レンズとして、拡散レンズ８０（凹レンズ）や左側投光光学系２４ａＬ（凸レンズ）を例示したが、これらとは異なる種類のレンズ（両側凸レンズ、両側凹レンズなど）に本発明を適用してもよい。
【0068】
図７は、変形例における投光光学系２４ｂの構成を概略的に示す説明図である。図７に示す投光光学系２４ｂは、上記第１実施形態におけるコリメーションレンズ７０Ｌと拡散レンズ８０Ｌとを一体化させた構成である。具体的には、拡散レンズ８０Ｌの入射面８４に、コリメーションレンズ７０Ｌの平坦面を結合させた構成である。このような投光光学系２４によれば、一体のレンズ体により、コリメーション機能と、拡散機能と、左側発光部２２Ｌからの光の入射方向（光軸Ｃ１Ｌに沿った方向）とは異なる方向（出射面８２の中心軸Ｃ２Ｌに沿った方向）に向かう光であって、光度分布の変動が抑制された光を出力する機能とを兼ねることができる。
【0069】
上記実施形態では、第１の角度θと第２の角度αと拡散レンズ８０の屈折率ｎとは、上記関係式（ｓｉｎα＝ｎ×ｓｉｎ（α－θ））が成り立つとしたが、当該関係式が成り立たなくても、出射面と入射面とが、いずれも、仮想平面に対して同じ方向に傾いており、かつ、入射面が、出射面よりも仮想平面に対して大きく傾いている光学系を用いれば、本発明の課題を解決することができる。
【0070】
上記実施形態では、測定装置１０は、拡散レンズ８０を利用して、照射範囲ＥＬと右側照射範囲ＥＲとが互いに重ならないように設定された構成であったが、照射範囲ＥＬと右側照射範囲ＥＲとが、方向変更レンズを利用して、一部または全部重なるように設定された構成でもよい。このように、本発明によれば、２つの発光部の配置関係に制約されることなく、照射範囲ＥＬと右側照射範囲ＥＲとを所望の位置関係に設定することができる。
【0071】
図８は、変形例における投光光学系２４ｃの構成を概略的に示す説明図である。図８に示す投光光学系２４ｃでは、上記第１実施形態の投光光学系２４に対して、拡散レンズ１００の形状が異なる。すなわち、本変形例の拡散レンズ１００の出射面１０２は、拡散レンズ１００に入射する光Ｌ０の光軸Ｃ１に垂直な仮想平面Ｍに対して第１の角度θだけ傾斜している。一方、拡散レンズ１００の入射面１０４は、仮想平面Ｍに平行である。拡散レンズ１００は、特許請求の範囲における方向変更レンズの一例である。投光光学系２４ｃは、例えば、上記実施形態の図３の構成に対して、右側投光光学系２４Ｒの代わりに使用される。また、投光光学系２４ｃを左右方向（図８のＸ軸方向）で反転させて投光光学系が、左側投光光学系２４Ｌの代わりに使用される。
【0072】
具体的には、上述したように、拡散レンズ１００の出射面１０２は、仮想平面Ｍに対して第１の角度θだけ傾斜している。出射面１０２は、凹状曲面であり、より具体的には、次の式１を満たす非球面である。
ρ：曲率 ｒ：曲率半径 ｘ：レンズ座標 ｋ：円錐係数（コーニック係数）
【数1】
【0073】
凹状曲面である出射面１０２の面方向は、凹状曲面の中心軸Ｃ２に垂直な面Ｎ（図８では出射面１０２の凹状曲面の中心位置での接線）に沿った方向とする。すなわち、図８の例では、第１の角度θは、凹状曲面の中心軸Ｃ２に垂直な面Ｎと仮想平面Ｍとのなす角度である。上記式１の第２項中の係数α０の値が、第１の角度θに相関する。具体的には、係数α０の値が大きいほど、第１の角度θが大きくなり、その第１の角度θに応じて、後述の偏向角Φが変位する。このため、拡散レンズ１００の設計段階において、係数α０の値を調整することにより、第１の角度θ、さらには、偏向角Φを決定することができる。
【0074】
拡散レンズ１００の入射面１０４は、平坦面であり、かつ、仮想平面Ｍに対して平行である。
【0075】
さらに、第１の角度θと偏向角Φと拡散レンズ１００の屈折率ｎとは、次の関係式が成り立つ。
ｎ×ｓｉｎθ＝ｓｉｎ（θ＋Φ）
偏向角Φは、コリメーションレンズ７０からの平行光の入射方向（入射する光Ｌ０の光軸Ｃ１）に対する、出射面１０２からの出射光Ｌ１の光軸Ｏ１の相対角度である。この関係式により、偏向角Φとするための第１の角度θは、次の関係式から得ることができる。
ｔａｎθ＝ｓｉｎΦ／（ｎ－ｃｏｓΦ）
ｎ×ｓｉｎθ＝ｓｉｎ（θ＋Φ）
偏向角Φは、コリメーションレンズ７０からの平行光の入射方向（入射する光Ｌ０の光軸Ｃ１）に対する、出射面１０２からの出射光Ｌ１の光軸Ｏ１の相対角度である。この関係式により、偏向角Φとするための第１の角度θは、次の関係式から得ることができる。
ｔａｎθ＝ｓｉｎΦ／（ｎ－ｃｏｓΦ）
【0076】
拡散レンズ１００では、出射面１０２のうち、接線の傾き（第１の角度θ）が最小（θｍｉｎ）となる部位について、第１の角度θとΦと配光の拡散角δとの間に次の関係式が成り立つ。
ｔａｎθｍｉｎ＝ｓｉｎ（Φ－δ）／（ｎ－ｃｏｓ（Φ－δ））
ｔａｎθｍｉｎ＝ｓｉｎ（Φ－δ）／（ｎ－ｃｏｓ（Φ－δ））
【0077】
拡散レンズ１００では、出射面１０２のうち、接線の傾き（第１の角度θ）が最大（θｍａｘ）となる部位について、第１の角度θと偏向角Φと配光の拡散角δとの間に次の関係式が成り立つ。
ｔａｎθｍａｘ＝ｓｉｎ（Φ＋δ）／（ｎ－ｃｏｓ（Φ＋δ））
ｔａｎθｍａｘ＝ｓｉｎ（Φ＋δ）／（ｎ－ｃｏｓ（Φ＋δ））
【0078】
以上のように、本変形例の投光光学系２４ｃは、拡散レンズ１００に入射する光Ｌ０の光軸Ｃ１に対して配光の偏向が可能である偏向光学系である。すなわち、拡散レンズ１００は、入射面１０４が光軸Ｃ１に垂直な仮想平面Ｍに平行であり、かつ、出射面１０２が仮想平面Ｍに対して第１の角度θだけ傾斜するように配置される。出射面１０２からの出射光Ｌ１の光軸Ｏ１は、入射する光Ｌ０の光軸Ｃ１に対して偏向角Φだけ傾斜する。なお、この偏向角の傾斜方向と、入射面１０４に対する出射面１０２の傾斜方向とは互いに逆向きである。拡散レンズ１００は、入射面１０４に垂直に入射する光Ｌ０を、光軸が偏向角Φだけ偏向された出射光Ｌ１に変換する。
【0079】
図８中の符号Ｑａは、例えば拡散レンズ１００の代わりに非偏向の拡散レンズ（図示しない）を配置したときの照射範囲Ｅａの配光中心である。非偏向の拡散レンズは、例えば入射面と出射面との両方が仮想平面Ｍに平行な光学系である。図８中の符号Ｑは、拡散レンズ１００を配置したときの照射範囲Ｅの配光中心である。拡散レンズ１００により、照射範囲（配光）を変位させることができる。出射面１０２は、非球面に限らず、例えば球面でも平坦面でも凸面でもよい。入射面１０４は、凸面でも凹面でもよい。
【0080】
上記実施形態では、発光部および投光光学系は、２組であったが、１組でもよいし、３組以上でもよい。また、上記実施形態では、受光部は、１つであったが、複数でもよい。また、受光器は、受光光学系を有しない構成でもよい。
【0081】
上記実施形態において、各部材の形成材料は、あくまで一例であり、他の材料により形成されてもよい。
【符号の説明】
【0082】
１０，１０ａ：測定装置 ２０：投光器 ２２：発光部 ２２ａ：発光部 ２４，２４ａ，２４ｂ：投光光学系 ２５，３５：ケース ２６：投光制御装置 ２８：電流源 ３０：受光器 ３２：受光部 ３４：受光光学系 ４０：ＴＯＦ測定装置 ４２：コントローラ ４４：回路基板 ５０：通信Ｉ／Ｆ ６０：利用装置 ７０：コリメーションレンズ ８０：拡散レンズ ８２：出射面 ８４，９４：入射面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】