特許 7413390 投射光学系およびレーダ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-04

(45)【発行日】2024-01-15

(54)【発明の名称】投射光学系およびレーダ装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20240105BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20240105BHJP

   G02B 5/04 20060101ALI20240105BHJP

【ＦＩ】

G01S7/481 A

G01C3/06 140

G02B5/04 C

G02B5/04 F

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021546510

(86)(22)【出願日】2020-06-19

(86)【国際出願番号】 JP2020024120

(87)【国際公開番号】W WO2021053909

(87)【国際公開日】2021-03-25

【審査請求日】2022-11-02

(31)【優先権主張番号】P 2019170835

(32)【優先日】2019-09-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100111383

【弁理士】

【氏名又は名称】芝野 正雅

(74)【代理人】

【識別番号】100170922

【弁理士】

【氏名又は名称】大橋 誠

(72)【発明者】

【氏名】村上 公博

【審査官】梶田 真也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０７５５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－００６３２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０９６３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０８５７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－００９１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１６４９６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０９９２０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０１６３６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／４８ － ７／５１

Ｇ０１Ｓ １７／００ － １７／９５

Ｇ０１Ｃ ３／０６

Ｇ０２Ｂ ５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガウシアン分布に近似の強度で光を発光する面発光光源と、
前記面発光光源から出射された前記光の強度を投射角度の範囲において少なくとも一方向に均一化する光学素子と、を備え、
前記光学素子は、
前記光が入射する入射面が、前記均一化の方向において、互いに異なる屈折作用を持つ複数の領域に区分され、
前記均一化方向における投射光の外縁付近の強度分布に前記ガウシアン分布に近似の強度分布が反映されるよう、前記複数の領域のうち、少なくとも、前記均一化の方向の外縁部分の前記光が入射する最外領域が、前記面発光光源の発光面に対して平行な状態から前記均一化の方向に傾いた平面となっている、
ことを特徴とする投射光学系。

【請求項2】

請求項１に記載の投射光学系において、
前記最外領域に入射する前記光の半値全幅をθ１とし、前記複数の領域のうち前記最外領域に対して内側に隣り合う隣接領域に入射する前記光の半値全幅をθ２とする場合、前記最外領域に入射する前記光のピーク位置Ｐ１と前記隣接領域に入射する前記光のピーク位置Ｐ２との間の角度ピッチΔＰが、（θ１＋θ２）／４以上に設定されている、
ことを特徴とする投射光学系。

【請求項3】

請求項２に記載の投射光学系において、
前記角度ピッチΔＰが、（θ１＋θ２）／２以下に設定されている、
ことを特徴とする投射光学系。

【請求項4】

請求項１ないし３の何れか一項に記載の投射光学系において、
前記光学素子の前記入射面は、前記面発光光源に近づく方向に突出した凸型の形状である、
ことを特徴とする投射光学系。

【請求項5】

請求項１ないし３の何れか一項に記載の投射光学系において、
前記光学素子の前記入射面は、前記面発光光源から離れる方向に凹んだ凹型の形状である、
ことを特徴とする投射光学系。

【請求項6】

請求項１ないし５の何れか一項に記載の投射光学系において、
前記複数の領域の全てが、前記面発光光源の発光面に対して平行な状態から前記均一化の方向に傾いた平面である、
ことを特徴とする投射光学系。

【請求項7】

請求項１ないし５の何れか一項に記載の投射光学系において、
前記複数の領域のうち中央の領域は、前記均一化の方向に湾曲した曲面である、
ことを特徴とする投射光学系。

【請求項8】

請求項１ないし７の何れか一項に記載の投射光学系において、
前記面発光光源は、複数のＶＣＳＥＬが発光領域に均等に配置されたＶＣＳＥＬアレイである、
ことを特徴とする投射光学系。

【請求項9】

請求項１ないし７の何れか一項に記載の投射光学系において、
前記面発光光源は、少なくとも１つのＬＥＤが発光領域に配置されて構成されている、
ことを特徴とする投射光学系。

【請求項10】

請求項９に記載の投射光学系において、
前記面発光光源は、複数のＬＥＤが発光領域に均等に配置されて構成されている、
ことを特徴とする投射光学系。

【請求項11】

請求項１ないし１０の何れか一項に記載の投射光学系と、
前記投射光学系から投射された投射光が物体によって反射された反射光を受光する受光光学系と、を備える、
ことを特徴とするレーダ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光を投射する投射光学系および当該投射光学系を用いたレーダ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

前方領域に光を投射し、その反射光に基づいて、前方領域に存在する物体を検出するレーダ装置が知られている。この種のレーダ装置では、たとえば、水平方向に所定の広がり角で光が投射される。この場合、当該広がり角の全範囲において一様に物体検出が可能であることが好ましい。このため、この種のレーダ装置では、広がり角の略全範囲において、光の強度分布を均一化するための投射光学系が用いられる。

【0003】

以下の特許文献１には、レーザダイオードの前方に、プリズム形状の光学素子を配置することにより、レーザダイオードから出射されたレーザ光の広がり角を広げつつ、強度分布を均一化する投射光学系が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－７５５６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述のレーダ装置では、投射光の光量を高めることにより、物体検出が可能な距離を広げることができる。この場合、面発光光源を用いることにより、投射光の光量を高めることができる。

【0006】

しかしながら、上記特許文献１の構成において面発光光源を用いた場合、光源の発光領域が点光源から広がるため、光学素子の光軸の外側の広い範囲から光が入射する。このため、光学素子に対する軸外成分の影響により、広がり角の境界付近を急峻に均一強度に立ち上げることができなくなる。

【0007】

この問題を解消する方法として、面発光光源を点光源と見なし得る程度まで、面発光光源と光学素子との距離を広げる方法を用い得る。しかし、この方法では、大きく広がった光が光学素子に入射するため、光学素子が大型化し、結果、レーダ装置の大型化を招く。

【0008】

かかる課題に鑑み、本発明は、面発光光源を用いて投射光の光量を高めつつ、投射光の広がり角の境界付近において、投射光の強度を急峻に均一強度に高めることが可能な投射光学系およびレーダ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】

【0009】

本発明の第１の態様は、投射光学系に関する。本態様に係る投射光学系は、ガウシアン分布に近似の強度で光を発光する面発光光源と、前記面発光光源から出射された前記光の強度を投射角度の範囲において少なくとも一方向に均一化する光学素子と、を備える。ここで、前記光学素子は、前記光が入射する入射面が、前記均一化の方向において、互いに異なる屈折作用を持つ複数の領域に区分され、前記均一化方向における投射光の外縁付近の強度分布に前記ガウシアン分布に近似の強度分布が反映されるよう、前記複数の領域のうち、少なくとも、前記均一化の方向の外縁部分の前記光が入射する最外領域が、前記面発光光源の発光面に対して平行な状態から前記均一化の方向に傾いた平面となっている。

【0010】

光学素子の入射面に設定された複数の領域のうち、最も外側の最外領域に入射した光が、光学素子を透過した後の投射光の外縁を形成する。この最外領域を平面にすることにより、最外領域に入射した光の強度分布（ガウシアン分布に近似の強度分布）のうち側方の強度分布を、投射光の外縁の強度分布に反映させることができる。これにより、投射光の外縁の強度分布が、緩やかになることを抑制できる。よって、投射光の広がり角の境界付近において、投射光の強度を急峻に均一強度に高めることができ、結果、均一強度の範囲を広げることができる。

【0011】

本発明の第２の態様は、レーダ装置に関する。本態様に係るレーダ装置は、第１の態様に係る投射光学系と、前記投射光学系から投射された投射光が物体によって反射された反射光を受光する受光光学系と、を備える。

【0012】

第２の態様に係るレーダ装置によれば、第１の態様に係る投射光学系を備えるため、均一な強度分布で投射光が投射される角度範囲を広げることができる。よって、物体検出の精度を高めることができる。

【発明の効果】

【0013】

以上のとおり、本発明によれば、面発光光源を用いて投射光の光量を高めつつ、投射光の広がり角の境界付近において、投射光の強度を急峻に均一強度に高めることが可能な投射光学系およびレーダ装置を提供できる。

【0014】

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、実施形態に係る、レーダ装置の構成を示す斜視図である。

【図2】図２（ａ）は、実施形態に係る、面発光光源の構成を模式的に示す斜視図である。図２（ｂ）は、実施形態に係る、発光ユニットの構成を模式的に示す斜視図である。図２（ｃ）は、実施形態に係る、ファーフィールドにおける投射光の強度分布を示す図である。図２（ｄ）は、実施形態に係る、複数の発光ユニットからの光により投射光が構成されることを模式的に示す図である。

【図3】図３（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、実施形態に係る、光学素子の構成を示す斜視図、上面図および背面図である。

【図4】図４（ａ）は、実施形態に係る、面発光光源から出射された投射光が光学素子によって屈折される様子を模式的に示す図である。図４（ｂ）は、実施形態に係る、検証１における投射光の強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。

【図5】図５（ａ）は、実施形態に係る、検証２において変数となるパラメータを説明する図である。図５（ｂ）は、実施形態に係る、検証２における投射光の強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。

【図6】図６（ａ）～（ｄ）は、それぞれ、実施形態に係る、検証２における投射光の強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。

【図7】図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、変更例１に係る、光学素子の構成を示す斜視図および上面図である。図７（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、変更例２に係る、光学素子の構成を示す斜視図および上面図である。

【図8】図８（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、変更例１および変更例２に係る、面発光光源から出射された投射光が光学素子によって屈折される様子を模式的に示す図である。

【図9】図９（ａ）は、変更例１に係る、検証３において変数となるパラメータを説明する図である。図９（ｂ）は、変更例１に係る、検証３における投射光の強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。

【図10】図１０（ａ）～（ｄ）は、それぞれ、変更例１に係る、検証３における投射光の強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。

【図11】図１１（ａ）は、実施形態に係る、面発光光源と光学素子との距離が所定の距離に設定された場合に、投射光が光学素子によって屈折される様子を模式的に示す図である。図１１（ｂ）は、実施形態に係る、面発光光源と光学素子との距離が所定の距離から広げられた場合に、投射光が光学素子によって屈折される様子を模式的に示す図である。

【図12】図１２（ａ）は、変更例２に係る、面発光光源と光学素子との距離が所定の距離に設定された場合に、投射光が光学素子によって屈折される様子を模式的に示す図である。図１２（ｂ）は、変更例２に係る、面発光光源と光学素子との距離が所定の距離から広げられた場合に、投射光が光学素子によって屈折される様子を模式的に示す図である。

【図13】図１３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態および変更例２の構成において、面発光光源と光学素子との距離が大きくなった場合の最外領域を透過する光束の強度分布の変化を説明する図である。

【0016】

ただし、図面はもっぱら説明のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。便宜上、各図には互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向は、それぞれ、レーダ装置１の幅方向、高さ方向および前後方向である。レーダ装置１は、Ｚ軸正方向に投射光を出射する。

【0018】

図１は、レーダ装置１の構成を示す斜視図である。図１には、上面カバーが外された状態のレーダ装置１が示されている。

【0019】

レーダ装置１は、２つの投射光学系１０と、受光光学系２０と、２つのヒートシンク３０と、２つの冷却ファン４０と、２つの回路基板５０と、筐体６０と、を備える。筐体６０は、直方体形状からなっており、内部に、レーダ装置１の各構成部品を収容する空間を有する。

【0020】

投射光学系１０は、面発光光源１１と、光学素子１２と、窓部材１３とを備える。面発光光源１１は、矩形の発光領域からＺ軸方向に、ガウシアン分布（ファーフィールドの強度分布）の強度分布で、所定波長の投射光Ｌ１を出射する。面発光光源１１は、たとえば、赤外の波長帯の投射光Ｌ１を出射する。光学素子１２は、面発光光源１１から出射された投射光Ｌ１の投射角をＸ軸方向に広げるとともに、Ｘ軸方向における投射光Ｌ１の強度分布を均一化する。窓部材１３は、透光性の部材であって、筐体６０に形成された投射光Ｌ１の通過口６１を閉塞するように、筐体６０前面の枠部６２に装着される。窓部材１３は、投射光Ｌ１の波長帯を選択的に透過させるフィルタであってもよい。

【0021】

図１の構成では、受光光学系２０をＸ軸方向に挟むように、２つの投射光学系１０が配置されている。２つの投射光学系１０の構成は、同じである。２つの投射光学系１０からそれぞれ投射された投射光Ｌ１は、受光光学系２０の前方において重なる。これら投射光Ｌ１が重なった投射領域は、Ｘ軸方向に長い略長方形の形状である。

【0022】

受光光学系２０は、集光レンズ２１と、光検出器２２とを備える。集光レンズ２１は、レーダ装置１の前方に存在する物体によって反射された投射光Ｌ１の反射光Ｒ１を、光検出器２２の受光面に集光させる。集光レンズ２１は、必ずしも１つのレンズでなくてもよく、複数のレンズが組み合わされた構成であってもよい。受光光学系２０は、投射光Ｌ１の波長帯のみを透過させるフィルタを含んでいてもよい。あるいは、投射光Ｌ１の波長帯が赤外の波長帯に含まれる場合、光検出器２２は、赤外の波長帯のみに検出感度を有する構成であってもよい。

【0023】

光検出器２２は、縦横に複数の画素（光センサ）が並んだ構成である。たとえば、各画素にＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）が配置された２次元ＡＰＤアレイが、光検出器２２として用いられる。あるいは、各画素にＳＰＡＤ（シングルフォトンアバランシェダイオード）が配置された２次元ＳＰＡＤアレイが、光検出器２２として用いられてもよい。

【0024】

ヒートシンク３０は、面発光光源１１で生じた熱を放射する。面発光光源１１は、ヒートシンク３０の前面に設置されている。冷却ファン４０は、筐体６０の背面から空気を取り込む。冷却ファン４０で取り込まれた空気は、筐体６０内を循環して、筐体６０側面の排気口６３から排気される。筐体６０内を空気が循環する際に、ヒートシンク３０の熱が空気に移動する。これにより、面発光光源１１が冷却される。なお、冷却用の空気は、６３を吸気口とし、冷却ファン４０から排出する逆方向の循環にしてもよい。

【0025】

２つの回路基板５０は、それぞれ、左側および右側の面発光光源１１および冷却ファン４０を駆動するための駆動回路が実装されている。２つの回路基板５０の一方に、物体検出のための制御を行う制御回路５１が実装されていてもよい。制御回路５１が他の回路基板に実装されていてもよい。

【0026】

物体検出動作時に、制御回路５１は、２つの面発光光源１１をパルス発光させる。そして、制御回路５１は、光検出器２２の各画素からの検出信号を参照し、各画素において反射光Ｒ１が受光されたか否かを判定する。制御回路５１は、投射光Ｌ１の投射領域のうち、反射光Ｒ１を受光した画素に対応する位置に物体が存在することを判定する。また、制御回路５１は、面発光光源１１の発光タイミングと反射光Ｒ１の受光タイミングとの時間差に基づいて、物体までの距離を算出してもよい。

【0027】

図２（ａ）は、面発光光源１１の構成を模式的に示す斜視図である。図２（ｂ）は、発光ユニット１１１の構成を模式的に示す斜視図である。

【0028】

図２（ａ）に示すように、面発光光源１１は、複数の発光ユニット１１１を備える。ここでは、６つの発光ユニット１１１が、ベース１１３に設置されている。発光ユニット１１１の数は、６つに限るものではない。各発光ユニット１１１は、配線１１２によって接続されて電源が供給される。発光ユニット１１１間の接続は、直列接続であってよく、あるいは並列接続であってもよい。

【0029】

図２（ｂ）に示すように、発光ユニット１１１は、ベース１１１ｂ上面の発光領域ＲＡ２に多数の光源１１１ａが均等に配置され、各々が直列または並列に電気的に配線された状態で構成されている。光源１１１ａは、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）である。光源１１１ａが、ＶＣＳＥＬ以外の光源であってもよい。たとえば、光源１１１ａがＬＥＤ（Light Emitting Diode）であってもよい。各光源１１１ａは、出射光軸に対称なガウシアン分布で光Ｌ０を出射する。光源１１１ａの強度分布は、出射光軸を中心とする何れの径方向においても同じである。

【0030】

また、一般的に、ＬＥＤは、ＶＣＳＥＬに比べて、大きな発光面積を有することから、たとえば、発光ユニット１１１や面発光光源１１が、ＬＥＤのアレイ構成ではなく、単体のＬＥＤで構成されていてもよい。すなわち、光源１１１ａがＬＥＤである場合、面発光光源１１の発光領域と同程度の発光面積を有する１つのＬＥＤが面発光光源１１の発光領域に配置されてもよく、面発光光源１１の発光領域よりも小さい発光面積を有する２つ以上のＬＥＤが面発光光源１１の発光領域に均等に配置されてもよい。

【0031】

図２（ａ）に示すように、６つの発光ユニット１１１が集積されることにより、発光領域ＲＡ１を面発光領域とする面発光光源１１が構成される。発光領域ＲＡ１は、たとえば、縦横の辺が数ｍｍ～数１０ｍｍである。発光領域ＲＡ１には、略均等に光源１１１ａが配置される。発光ユニット１１１がＸ軸方向のみに１次元に並ぶように配置されて面発光光源１１が構成されてもよい。また、光源１１１ａがＸ軸方向のみに１次元に並んだ構成であってもよい。

【0032】

図２（ｄ）に示すように、全ての光源１１１ａから出射される光Ｌ０によって投射光Ｌ１が構成される。多数の光源１１１ａからの光Ｌ０が重なることにより、投射光Ｌ１は、ファーフィールドにおいて均一なガウシアン分布となる。図２（ｃ）は、ファーフィールドにおける投射光Ｌ１の強度分布を示している。ファーフィールドにおける投射光Ｌ１の強度分布は、出射光軸（中心軸）に対称なガウシアン分布となる。投射光Ｌ１の強度分布は、出射光軸を中心とする何れの径方向においても同じである。

【0033】

なお、このように、多数の光源１１１ａからの光Ｌ０を重ねられて投射光Ｌ１が形成されることにより、個々の光源１１１ａのファーフィールドパターンおよび出力のばらつきが均一化されるといった効果もある。

【0034】

図３（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、光学素子１２の構成を示す斜視図、上面図および背面図である。

【0035】

光学素子１２は、プリズム形状の光透過性の部材からなっている。光学素子１２は、入射面１２ａがＺ軸負方向（面発光光源１１に近づく方向）に突出した凸型の形状である。光学素子１２の出射面（Ｚ軸正側の面）はＺ軸に垂直な平面である。光学素子１２は、Ｘ軸方向に対称な形状である。入射面１２ａは、Ｘ軸方向（投射光Ｌ１を均一化する方向）に複数の領域１２１、１２２に区分されている。すなわち、入射面１２ａは、中央の２つの領域１２１と、これら領域１２１の外側に配置された２つの領域１２２を有する。

【0036】

２つの領域１２１のＸ軸方向の幅は、互いに同一かつ一定である。また、２つの領域１２２のＸ軸方向の幅は、互いに同一かつ一定である。領域１２１、１２２は、何れも平面である。２つの領域１２１は、ＸＹ平面に平行な状態（面発光光源１１の発光面に平行な状態）から同じ角度だけＸＺ平面に平行な方向（投射光Ｌ１の均一化の方向）に傾いている。また、２つの領域１２２は、ＸＹ平面に平行な状態（面発光光源１１の発光面に平行な状態）から同じ角度だけＸＺ平面に平行な方向（投射光Ｌ１の均一化の方向）に傾いている。領域１２２の傾き角は、領域１２１の傾き角よりも大きい。したがって、領域１２１と領域１２２は、Ｘ軸方向（投射光Ｌ１の均一化の方向）において、互いに異なる屈折作用を持つ。

【0037】

光学素子１２は、入射面１２ａが面発光光源１１の発光面に正対向するように配置される。すなわち、光学素子１２の中心軸Ａ１が面発光光源１１の発光領域ＲＡ１の中心に一致し、且つ、光学素子１２の出射面（Ｚ軸正側の面）が面発光光源１１の発光面に平行となるように、光学素子１２が配置される。

【0038】

図４（ａ）は、面発光光源１１から出射された投射光Ｌ１が光学素子１２によって屈折される様子を模式的に示す図である。

【0039】

図４（ａ）に示すように、面発光光源１１の発光面１１ａから出射された投射光Ｌ１は、Ｘ軸方向に均等に入射面１２ａに掛かるように、入射面１２ａに入射する。投射光Ｌ１は、中央の２つの領域１２１、１２１に対し、Ｘ軸方向の幅の全ての領域に入射し、側方の２つの領域１２２、１２２には、Ｘ軸方向の幅の一部の領域１２２ａに入射する。領域１２１、１２２ａに入射した投射光Ｌ１は、各領域の傾き角に応じた屈折作用を受ける。

【0040】

ここで、上記のように面発光光源１１は、多数の光源１１１ａが集積された構成であるため、領域１２１、１２２ａに入射する投射光Ｌ１の光線は、各光源１１１ａからの光の広がり角をもって各領域に入射する。このため、領域１２１、１２２ａに入射した光線は、その広がり角と領域１２１、１２２ａの傾き角に応じた屈折作用とにより決定される屈折角で屈折される。これにより、光線の進行方向が決定される。

【0041】

ここで、領域１２２ａの傾き角は、領域１２１よりも大きいため、領域１２２ａに入射した光線群Ｌ１２ａ、Ｌ１２ｂは、領域１２１に入射した光線群Ｌ１１よりも大きく屈折される。このため、中央の２つの領域１２１に入射した各光線は、光学素子１２を透過した後の投射光Ｌ１のうち、Ｘ軸方向中央付近の角度範囲の光束を構成する。また、側方の２つの領域１２２ａに入射した各光線は、光学素子１２を透過した後の投射光Ｌ１のうち、Ｘ軸方向外縁付近の角度範囲の光束を構成する。

【0042】

ここで、側方の２つの領域１２２ａに入射した各光線は、光源１１１ａから出射される際の広がり角に応じて、進行方向が異なる。図４（ａ）の光線群Ｌ１２ａ、Ｌ群１２ｂは、この様子を示している。Ｚ軸方向に対して光学素子１２の中心方向に傾いた方向に領域１２２ａに入射した光線は、領域１２２ａによって、さらに光学素子１２の中心方向に傾く方向に屈折される。

【0043】

したがって、領域１２２ａに入射した投射光Ｌ１は、領域１２２ａに対し、光軸方向（光学素子１２の内側）に傾いて入射した光線群のうち最も大きく屈折された光線群Ｌ１２ａと、領域１２２ａに対し、光軸方向から離れる方向（光学素子１２の外側）に傾いて入射した光線群のうち最も小さく屈折された光線群Ｌ１２ｂとの間の角度範囲を進む。よって、投射光Ｌ１のＸ軸方向の端部付近の光束は、光線群Ｌ１２ａ付近の光束によって形成される。

【0044】

ここで、上記のように、面発光光源１１は、多数の光源１１１ａが略均等に配置された構成であるため、面発光光源１１から領域１２１、１２２ａに入射する光束の強度分布もそれぞれが略ガウシアン分布になる。また光が入射する領域１２１、１２２ａが曲率を持たない平面であることから、投射光Ｌ１のＸ軸方向の外縁付近の強度分布は、領域１２２ａに入射する光束の強度分布（ガウシアン分布）がそのまま反映される。

【0045】

このように、入射面が曲率を持たない平面であることで領域１２２ａに入射する光束の強度分布（ガウシアン分布）が投射光Ｌ１のＸ軸方向の外縁付近の強度分布にそのまま反映されるため、投射光Ｌ１の外縁の強度分布が、緩やかになることを抑制できる。よって、投射光Ｌ１の広がり角の境界付近において、投射光Ｌ１の強度を急峻に均一強度に高めることができ、結果、均一強度の範囲を広げることができる。

【0046】

＜検証１＞
発明者は、上記構成の光学素子１２を用いることにより、投射光Ｌ１の外縁付近の強度分布を急峻に立ち上げることができることをシミュレーションにより検証した。以下、この検証結果について説明する。

【0047】

図４（ｂ）は、投射光Ｌ１の強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。

【0048】

このシミュレーションでは、領域１２１、１２２ａにガウシアン分布で光が入射することを想定した。各領域を透過する光束のガウシアン分布の半値全幅（ＦＷＨＭ）は、１３．５°とした。光学素子１２の入射面１２ａの分割数は、図３（ａ）～（ｃ）と同様、４つとした。分割された４つの領域１２１、１２２は、上記と同様、平面とした。光学素子１２を透過した後の投射光Ｌ１のＸ軸方向の広がり角は３０°とした。また、領域１２２ａと領域１２１との間の角度ピッチ（各領域を透過した光束のピーク強度間の角度差）を１０°とした。

【0049】

図４（ｂ）において、横軸は、投射光Ｌ１のＸ軸方向の放射角度であり、縦軸は、投射光Ｌ１の規格化された強度分布である。領域１２１、１２２ａを透過した光束の強度分布が破線で示されている。中央の２つの破線の強度分布は、２つの領域１２１を透過した光束の強度分布であり、側方の２つの破線の強度分布は、２つの領域１２２ａを透過した光束の強度分布である。４つの破線の強度分布が加算されて、実線で示された投射光Ｌ１全体の強度分布が得られる。

【0050】

図４（ｂ）に示すように、領域１２２ａを透過した光束の強度分布のうち、外側の強度分布（一点鎖線で囲んだ部分）が、投射光Ｌ１の外縁付近の強度分布にそのまま反映された。これにより、投射光Ｌ１の外縁付近の強度分布を、均一な強度分布まで急峻に立ち上げることができ、均一な強度分布の範囲を広く確保できた。すなわち、上記実施形態の構成の光学素子１２を用いることにより、面発光光源１１を用いて光量を確保しながら、投射光Ｌ１の放射角を±３０°に拡張でき、且つ、広い範囲で投射光Ｌ１の強度分布を均一化できることを確認できた。

【0051】

＜検証２＞
次に、発明者は、領域１２１、１２２ａを透過する光束のガウシアン分布の半値全幅と、これら光束の角度ピッチ（ピーク強度間の角度差）との関係を変化させた場合の投射光Ｌ１の強度分布の変化をシミュレーションにより検証した。

【0052】

図５（ａ）は、この検証において変数となるパラメータを説明する図である。図５（ａ）のグラフは、図４（ｂ）のグラフと同じである。

【0053】

図５（ａ）において、θ１は、最も外側の領域（最外領域）を透過した光束の半値全幅であり、θ２は、最外領域に隣り合う内側の領域（隣接領域）を透過した光束の半値全幅である。Ｐ１、Ｐ２は、それぞれ、最外領域および隣接領域を透過した光束のピーク強度の角度位置であり、ΔＰは、これらピーク強度の角度位置間の角度差（角度ピッチ）である。

【0054】

この検証においても、上記検証１と同様、光学素子１２を透過した後の投射光Ｌ１のＸ軸方向の広がり角（放射角）は±３０°とした。また、半値全幅θ１、θ２の変化に応じて、入射面１２ａの分割数を変更した。分割された各領域は、上記実施形態と同様、何れも平面とした。各領域を透過する光束の強度分布はガウシアン分布であると想定した。

【0055】

図６（ａ）～（ｄ）は、シミュレーション結果を示す図である。図６（ａ）～（ｄ）において、縦軸、横軸、実線および破線の内容は、図４（ｂ）と同様である。

【0056】

図６（ａ）では、半値全幅θ１、θ２を１０°とし、角度ピッチΔＰを１０°に設定した。すなわち、角度ピッチΔＰと半値全幅θ１、θ２の関係は、以下の式のように設定した。

【0057】

ΔＰ＝（θ１＋θ２）／２ … （１）

【0058】

また、光学素子１２の入射面１２ａは、上記と同様、４つの領域に区分した。

【0059】

図６（ａ）では、最も外側の光束の強度分布（ガウシアン分布）が投射光Ｌ１の強度分布にそのまま反映された。これにより、投射光Ｌ１の外縁範囲Ｗ２の強度分布を急峻に立ち上げ得ることが確認できた。また、均一範囲Ｗ１において強度分布がやや変動することが確認できた。このことから、角度ピッチΔＰを上記式（１）の値以上の大きくすると均一範囲Ｗ１の均一化に支障が生じることが分かった。

【0060】

図６（ｂ）では、半値全幅θ１、θ２を１０°とし、角度ピッチΔＰを７．５°に設定した。すなわち、角度ピッチΔＰと半値全幅θ１、θ２の関係は、以下の式のように設定した。

【0061】

ΔＰ＝（θ１＋θ２）／２．７ … （２）

【0062】

また、光学素子１２の入射面１２ａは、５つの領域に区分した。このため、中央の領域は、面発光光源１１の発光面１１ａに平行であった。

【0063】

図６（ｂ）においても、最も外側の光束の強度分布（ガウシアン分布）が投射光Ｌ１の強度分布にそのまま反映された。これにより、投射光Ｌ１の外縁範囲Ｗ２の強度分布を急峻に立ち上げ得ることが確認できた。また、図６（ａ）に比べて、均一範囲Ｗ１における強度分布の変動が顕著に抑制された。このことから、角度ピッチΔＰを上記式（２）の値に設定することにより、良好な投射光Ｌ１の強度分布が得られることが確認できた。

【0064】

なお、図６（ｂ）の検証結果では、均一範囲Ｗ１の幅が、図６（ａ）に比べてやや小さくなった。このことから、均一範囲Ｗ１を広げるためには、角度ピッチΔＰを上記式（１）の値に近づけることが好ましいと言える。

【0065】

図６（ｃ）では、半値全幅θ１、θ２を１０°とし、角度ピッチΔＰを５°に設定した。すなわち、角度ピッチΔＰと半値全幅θ１、θ２の関係は、以下の式のように設定した。

【0066】

ΔＰ＝（θ１＋θ２）／４ … （３）

【0067】

また、光学素子１２の入射面１２ａは、７つの領域に区分した。このため、中央の領域は、面発光光源１１の発光面に平行であった。

【0068】

図６（ｃ）では、最も外側の光束の強度分布（ガウシアン分布）の外側の範囲に、その内側の光束の強度分布（ガウシアン分布）の一部が掛かったため、投射光Ｌ１の外縁範囲Ｗ２の強度分布が、図６（ｂ）に比べてやや緩やかになった。このため、外縁範囲Ｗ２がやや広がり、均一範囲Ｗ１がやや小さくなった。

【0069】

図６（ｄ）では、半値全幅θ１、θ２を１０°とし、角度ピッチΔＰを０．５°に設定した。すなわち、角度ピッチΔＰと半値全幅θ１、θ２の関係は、以下の式のように設定した。

【0070】

ΔＰ＝（θ１＋θ２）／２０ … （４）

【0071】

また、光学素子１２の入射面１２ａは、６１の領域に区分した。このため、中央の領域は、面発光光源１１の発光面に平行であった。

【0072】

図６（ｄ）では、分割数が多いため、入射面１２ａは、曲面と略等価である。この条件では、投射光Ｌ１の外縁付近において複数の光束の強度分布が重なり合うため、外縁付近の強度分布がかなり緩やかになった。この結果から、入射面が曲面では急峻な強度分布が得られないことがわかる。

【0073】

図５（ｂ）は、図６（ａ）～（ｄ）の検証結果を統合したグラフである。便宜上、図５（ｂ）には、各グラフの左側の境界付近の強度分布が示されている。

【0074】

この検証結果から、角度ピッチΔＰを（θ１＋θ２）／４以上に設定することにより、投射光Ｌ１の境界付近の強度分布の急峻性を確保できることが分かる。よって、角度ピッチΔＰは、（θ１＋θ２）／４以上に設定することが好ましいと言える。

【0075】

また、この検証結果および図６（ａ）の検証結果から、角度ピッチΔＰが（θ１＋θ２）／２を超えると、均一範囲Ｗ１における強度分布の均一性が劣化することが分かる。よって、角度ピッチΔＰは、（θ１＋θ２）／２以下に設定することが好ましいと言える。

【0076】

なお、図４（ｂ）に示した検証１では、角度ピッチΔＰが（θ１＋θ２）／２．７となる。この場合も、図５（ｂ）の実線のグラフと同様、投射光Ｌ１の境界付近における強度分布の急峻性と、均一範囲Ｗ１における強度分布の均一性を確保できている。

【0077】

＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、以下の効果が奏される。

【0078】

光学素子１２の入射面１２ａに設定された複数の領域１２１、１２２のうち、最も外側の領域１２２（最外領域）に入射した光が、光学素子１２を透過した後の投射光の外縁を形成する。この領域１２２（最外領域）を平面にすることにより、たとえば図４（ａ）に示すように、領域１２２（最外領域）に入射した光の強度分布（ガウシアン分布）のうち側方の強度分布を、投射光Ｌ１の外縁の強度分布に反映させることができる。これにより、投射光Ｌ１の外縁の強度分布が、緩やかになることを抑制できる。よって、投射光Ｌ１の広がり角（放射角度）の境界付近において、投射光Ｌ１の強度を急峻に均一強度に高めることができ、結果、均一強度の範囲（均一範囲Ｗ１）を広げることができる。または、均一強度の範囲を一定として考えた場合、均一強度範囲内の光エネルギーを高めることができ、その結果、光利用効率が上がることになる。

【0079】

上記のように、角度ピッチΔＰは、（θ１＋θ２）／４以上に設定されることが好ましい。これにより、投射光Ｌ１の境界付近における強度分布の急峻性を確保でき、均一範囲Ｗ１を広く設定できる。

【0080】

また、上記のように、角度ピッチΔＰは、（θ１＋θ２）／２以下に設定されることが好ましい。これにより、均一範囲Ｗ１における均一性の劣化を抑制できる。

【0081】

上記実施形態では、面発光光源１１が、複数のＶＣＳＥＬが発光領域ＲＡ１に均等に配置されたＶＣＳＥＬアレイからなっている。これにより、面発光光源１１の総光量（発光パワー）を効果的に高めることができる。

【0082】

なお、このように光源として面発光光源１１を用いると、発光面積が大きくなるため、目の網膜上のエネルギー密度が低下することから、アイセーフを確保しつつ、より高いパワーでの光投射が可能となる。また、図１の構成では、投射光学系１０が離れて２つ配置されているため、それぞれの光源が人の目の網膜上で、離れた位置に結像する。この結像位置の差が一定以上あれば、それぞれの光源に対して独立にアイセーフ条件を満たせばよいことになるため、これによってもアイセーフを確保しつつ、より高いパワーでの光投射が可能となる。また、投射光学系１０が２つ配置されているため、万一、一方の面発光光源１１に不具合が生じても、前方領域に投射光Ｌ１を投射でき、物体検出を継続することができる。

【0083】

図１に示したレーダ装置１によれば、上記構成の投射光学系１０を備えるため、均一な強度分布で投射光Ｌ１が投射される角度範囲（均一範囲Ｗ１）を効率的に広げることができる。よって、物体検出の精度を高め、測距距離を延ばすことができる。

【0084】

＜変更例１、２＞
レーダ装置１の構成は、上記実施形態に示した構成以外に、種々の変更が可能である。

【0085】

たとえば、上記実施形態では、光学素子１２の入射面１２ａ中央付近に、平面からなる２つの領域１２１が設定されたが、光学素子１２の入射面１２ａ中央付近に、投射光Ｌ１の均一化の方向（Ｘ軸方向）に湾曲した曲面が設定されてもよい（以下、「変更例１」として示す）。

【0086】

また、上記実施形態では、光学素子１２の入射面１２ａが、面発光光源１１に近づく方向に突出した凸型の形状であったが、光学素子１２の入射面１２ａが、面発光光源１１から離れる方向に凹んだ凹型の形状であってもよい（以下、「変更例２」として示す）。

【0087】

図７（ａ）、（ｂ）は、変更例１に係る、入射面１２ａ中央付近に、投射光Ｌ１の均一化の方向（Ｘ軸方向）に湾曲した曲面が設定された場合の光学素子１２の構成を示す斜視図および平面図である。また、図７（ｃ）、（ｄ）は、変更例２に係る、入射面１２ａが、面発光光源１１から離れる方向に凹んだ凹型の形状である場合の光学素子１２の構成を示す斜視図および平面図である。

【0088】

図７（ａ）、（ｂ）の構成において、入射面１２ａは、Ｘ軸方向に３つの領域１２２、１２３に区分されている。このうち、中央の領域１２３は、Ｘ軸方向のみに湾曲した曲面である。領域１２３の形状は、球面または非球面のシリンドリカル形状である。領域１２３は、Ｘ軸方向に対称な形状である。領域１２２は、上記実施形態の領域１２２と同様、Ｘ軸方向に傾斜した平面である。光学素子１２は、Ｘ軸方向に対称な形状である。

【0089】

図７（ｃ）、（ｄ）の構成において、入射面１２ａは、Ｘ軸方向に３つの領域１２４、１２５に区分されている。このうち、中央の領域１２４は、Ｘ軸方向のみに湾曲した曲面である。領域１２４の形状は、球面または非球面のシリンドリカル形状である。領域１２４は、Ｘ軸方向に対称な形状である。領域１２５は、Ｘ軸方向に傾斜した平面である。ここでは、入射面１２ａが凹型の形状であるため、２つの領域１２５は、上記実施形態の領域１２２とは反対方向に傾斜している。光学素子１２は、Ｘ軸方向に対称な形状である。

【0090】

図８（ａ）は、面発光光源１１から出射された投射光Ｌ１が、変更例１に係る光学素子１２によって屈折される様子を模式的に示す図である。図８（ｂ）は、面発光光源１１から出射された投射光Ｌ１が、変更例２に係る光学素子１２によって屈折される様子を模式的に示す図である。

【0091】

図８（ａ）を参照して、変更例１の光学素子１２は、図４（ａ）の構成において、２つの領域１２１が、傾き角が徐々に変化する多数の領域に置き換えられた場合と等価な構成である。したがって、この場合も、図４（ａ）の光学素子１２と同様、外側の２つの領域１２２ａに入射した光線群Ｌ１２ａ、Ｌ１２ｂの放射角が中央の領域１２３に入射した光線群Ｌ１３の放射角よりも大きくなる。このため、２つの領域１２２ａに入射した光束が、投射光Ｌ１のＸ軸方向外縁付近の角度範囲の光束を構成する。

【0092】

図８（ｂ）を参照して、変更例２の光学素子１２では、領域１２５の傾き角が領域１２４の傾き角よりも大きい。このため、面発光光源１１から入射面１２ａに入射する投射光Ｌ１のうち、外側の領域１２５ａに入射する光束の光線群Ｌ１５ａ、Ｌ１５ｂは、中央の領域１２４に入射する光束の光線群Ｌ１４よりも、放射角が大きくなる。よって、２つの領域１２５ａに入射した光束が、投射光Ｌ１のＸ軸方向外縁付近の角度範囲の光束を構成する。

【0093】

このように、変更例１、２においても、最も外側の領域（２つの領域１２２ａおよび２つの領域１２５ａ）に入射した光束が投射光Ｌ１の外縁付近の光束を構成するため、これらの領域を透過した光束におけるガウシアン分布の外側の範囲が、投射光Ｌ１の境界付近の強度分布に反映される。よって、変更例１、２においても、上記実施形態と同様、投射光Ｌ１の境界付近の強度分布を均一強度に急峻に立ち上げることができる。

【0094】

図７（ｃ）、（ｄ）に示した変更例２の構成において、領域１２４が、複数の平面に置き換えられてもよい。たとえば、入射面１２ａの形状が、図３（ａ）～（ｃ）に示した入射面１２ａがＺ軸方向に折り返された形状であってもよい。この構成においても、外縁の領域１２５ａに入射した光束が投射光Ｌ１の外縁付近の光束を構成するため、図８（ｂ）の場合と同様、投射光Ｌ１の境界付近の強度分布を均一強度に急峻に立ち上げることができる。

【0095】

＜検証３＞
発明者は、変更例１の構成において、領域１２３、１２２ａを透過する光束のガウシアン分布の半値全幅と、これら光束の角度ピッチ（ピーク強度間の角度差）との関係を変化させた場合の投射光Ｌ１の強度分布の変化をシミュレーションにより検証した。

【0096】

図９（ａ）は、この検証において変数となるパラメータを説明する図である。

【0097】

図９（ａ）において、横軸は、投射光Ｌ１のＸ軸方向の放射角度であり、縦軸は、投射光Ｌ１の規格化された強度分布である。領域１２３、１２２ａを透過した光束の強度分布が破線で示されている。中央の破線の強度分布は、領域１２３を透過した光束の強度分布であり、側方の２つの破線の強度分布は、２つの領域１２２ａを透過した光束の強度分布である。３つの破線の強度分布が加算されて、実線で示された投射光Ｌ１全体の強度分布が得られる。

【0098】

図９（ａ）において、θ１は、最も外側の領域（最外領域）を透過した光束の半値全幅であり、θ２は、最外領域に隣り合う中央の領域（隣接領域）を透過した光束の半値全幅である。Ｐ１、Ｐ２は、それぞれ、最外領域および隣接領域を透過した光束のピーク強度の角度位置であり、ΔＰは、これらピーク強度の角度位置間の角度差（角度ピッチ）である。

【0099】

この検証においても、上記検証１と同様、光学素子１２を透過した後の投射光Ｌ１のＸ軸方向の広がり角（放射角）は±３０°とした。各領域を透過する光束の強度分布はガウシアン分布であると想定した。なお、図９（ａ）に示したグラフでは、半値全幅θ１、θ２がそれぞれ１０°、１７°に設定され、角度ピッチΔＰが１０°に設定されている。すなわち、半値全幅θ１、θ２と角度ピッチΔＰとの間には、上記式（２）の関係がある。

【0100】

図１０（ａ）～（ｄ）は、シミュレーション結果を示す図である。図１０（ａ）～（ｄ）において、縦軸、横軸、実線および破線の内容は、図９（ａ）と同様である。

【0101】

図１０（ａ）では、半値全幅θ１、θ２を１０°とし、角度ピッチΔＰを１０°に設定した。すなわち、角度ピッチΔＰと半値全幅θ１、θ２の関係は、上記式（１）に従って設定した。

【0102】

図１０（ｂ）では、半値全幅θ１、θ２をそれぞれ１０°、１７°とし、角度ピッチΔＰを１０°に設定した。すなわち、角度ピッチΔＰと半値全幅θ１、θ２の関係は、上記式（２）に従って設定した。図１０（ｂ）のグラフは、図９（ａ）のグラフと同じである。

【0103】

図１０（ｃ）では、半値全幅θ１、θ２をそれぞれ１０°、３０°とし、角度ピッチΔＰを１０°に設定した。すなわち、角度ピッチΔＰと半値全幅θ１、θ２の関係は、上記式（３）に従って設定した。

【0104】

図１０（ｄ）では、半値全幅θ１、θ２をそれぞれ１０°、１９０°とし、角度ピッチΔＰを１０°に設定した。すなわち、角度ピッチΔＰと半値全幅θ１、θ２の関係は、上記式（４）に従って設定した。

【0105】

図１０（ａ）～（ｃ）の検証では、上記実施形態の検証２における図６（ａ）～（ｃ）の検証結果と同様の傾向の検証結果が得られた。これに対し、図１０（ｄ）の検証では、上記実施形態の検証２における図６（ｄ）の検証結果よりも、顕著に境界付近の立ち上がりが緩やかな強度分布となった。

【0106】

図９（ｂ）は、図１０（ａ）～（ｄ）の検証結果を統合したグラフである。便宜上、図９（ｂ）には、各グラフの左側の境界付近の強度分布が示されている。

【0107】

これらの検証から、変更例１の構成においても、角度ピッチΔＰを（θ１＋θ２）／４以上に設定することにより投射光Ｌ１の境界付近の強度分布を急峻に立ち上げることができ、また、角度ピッチΔＰを（θ１＋θ２）／２以下に設定することにより投射光Ｌ１の均一範囲Ｗ１における強度分布の変動を抑制できることを確認できた。変更例２の構成においても、同様の検証結果が得られるものと想定され得る。

【0108】

次に、面発光光源１１と光学素子１２との距離が変化した場合に、光学素子１２の入射面１２ａが凸型である場合と凹型である場合とで、投射光Ｌ１の境界付近の強度分布にどのような差異が生じるかについて検討する。

【0109】

図１１（ａ）、（ｂ）は、実施形態の構成（入射面１２ａが凸型）において、面発光光源１１と光学素子１２との距離が変化した場合に、面発光光源１１から出射された投射光Ｌ１が光学素子１２によって屈折される様子を模式的に示す図である。

【0110】

図１１（ｂ）に示すように、面発光光源１１と光学素子１２との距離が大きくなると、領域１２２に入射する光束の範囲（領域１２２ａ）が広がる。このとき、面発光光源１１の各光源１１１ａから出射される光は所定の出射角で広がるため、面発光光源１１と光学素子１２との距離が大きくなるに従って、領域１２２ａに入射する光線群は、光軸方向から離れる方向（光学素子１２の外側）に傾いて入射する光線群の比率が高まる。このため、投射光Ｌ１の境界付近を構成する光線群Ｌ１２ａの光量が、面発光光源１１と光学素子１２との距離が大きくなるに従って減少し、これに伴い、光線群Ｌ１２ｂの光量が増加する。

【0111】

図１２（ａ）、（ｂ）は、変更例２の構成（入射面１２ａが凹型）において、面発光光源１１と光学素子１２との距離が変化した場合に、面発光光源１１から出射された投射光Ｌ１が光学素子１２によって屈折される様子を模式的に示す図である。

【0112】

図１２（ｂ）に示すように、面発光光源１１と光学素子１２との距離が大きくなると、領域１２５に入射する光束の範囲（領域１２５ａ）が広がる。このとき、面発光光源１１の各光源１１１ａから出射される光は所定の出射角で広がるため、面発光光源１１と光学素子１２との距離が大きくなるに従って、領域１２５ａに入射する光線群は、光軸方向から離れる方向（光学素子１２の外側）に傾いて入射する光線群の比率が高まる。変更例２では、入射面１２ａが凹型であるため、実施形態の構成と異なり、領域１２５ａによって外側方向に最も大きく屈折された光線群Ｌ１５ｂが投射光Ｌ１の境界付近を構成する。したがって、変更例２では、投射光Ｌ１の境界付近を構成する光線群Ｌ１５ｂの光量が、面発光光源１１と光学素子１２との距離が大きくなるに従って増加し、これに伴い、光線群Ｌ１５ａの光量が減少する。

【0113】

図１３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態および変更例２の構成において、面発光光源１１と光学素子１２との距離が大きくなった場合の最外領域を透過する光束の強度分布の変化を説明する図である。

【0114】

便宜上、図１３（ａ）には、実施形態の構成において、Ｘ軸負側の領域１２２を透過した光束の強度分布が示され、図１３（ｂ）には、変更例２の構成において、Ｘ軸正側の領域１２５を透過した光束の強度分布が示されている。実線は、面発光光源１１と光学素子１２との距離が広げられる前の強度分布を示し、破線は、面発光光源１１と光学素子１２との距離が広げられた後の強度分布を示している。

【0115】

実施形態の構成では、面発光光源１１と光学素子１２との距離が広がると、上記のように、投射光Ｌ１の境界付近を構成する光線群Ｌ１２ａの光量が減少し、光線群Ｌ１２ｂの光量が増加する。このため、図１３（ａ）に示すように、Ｘ軸負側の領域１２２を透過した光束の強度分布は、面発光光源１１と光学素子１２との距離が広がることにより、外側の範囲（＋３０°側の範囲）がより急峻となり、内側の範囲（０°側の範囲）がより緩やかになる。ここでは、外側の範囲が投射光Ｌ１の外縁付近の強度分布に反映されるため、投射光Ｌ１の外縁付近の強度分布は、面発光光源１１と光学素子１２との距離が広がるに応じて急峻となる。

【0116】

これに対し、変更例２の構成では、面発光光源１１と光学素子１２との距離が広がると、上記のように、投射光Ｌ１の境界付近を構成する光線群Ｌ１５ｂの光量が増加し、光線群Ｌ１５ａの光量が減少する。このため、図１３（ｂ）に示すように、Ｘ軸正側の領域１２５を透過した光束の強度分布は、面発光光源１１と光学素子１２との距離が広がることにより、外側の範囲（－３０°側の範囲）がより緩やかとなり、内側の範囲（０°側の範囲）がより急峻になる。ここでは、外側の範囲が投射光Ｌ１の外縁付近の強度分布に反映されるため、投射光Ｌ１の外縁付近の強度分布は、面発光光源１１と光学素子１２との距離が広がるに応じて緩やかとなる。

【0117】

このように、変更例２の構成（入射面１２ａが凹型）の場合は、光学素子１２を所定の位置からＺ軸正方向に移動させると、投射光Ｌ１の外縁付近における強度分布の急峻性が低下する。これに対し、実施形態の構成（入射面１２ａが凸型）の場合は、光学素子１２を所定の位置からＺ軸正方向に移動させることにより、投射光Ｌ１の外縁付近における強度分布の急峻性を向上させることができる。

【0118】

したがって、実施形態の構成では、光学素子１２の位置をＺ軸方向に調整することにより、投射光Ｌ１の外縁付近の強度分布の急峻性を調整できる。よって、実施形態の構成によれば、均一範囲Ｗ１の平坦度の調整と個々の光源１１１ａのファーフィールドパターンの個体差の補正を行いつつ、投射光Ｌ１の外縁付近の強度分布の急峻性を所望の状態に設定することができる。

【0119】

＜変更例１、２の効果＞
変更例１のように、中央の領域１２３がＸ軸方向（投射光Ｌ１の均一化の方向）に湾曲した曲面であっても、図８（ａ）を参照して説明したように、投射光Ｌ１の外縁付近の強度分布を均一強度に急峻に立ち上げることができ、均一範囲Ｗ１を広く確保できる。

【0120】

なお、図５（ｂ）と図９（ｂ）とを比較すると、実施形態のように全ての領域を平面に設定した方が、変更例２のように中央の領域を曲面に設定した場合に比べて、均一範囲Ｗ１の境界位置をより外側の角度位置に設定でき、均一範囲Ｗ１をより広く確保できることが分かる。よって、均一範囲Ｗ１をより広く確保するためには、入射面１２ａの全ての領域が平面であることが好ましいと言える。

【0121】

また、変更例２のように、入射面１２ａが面発光光源１１から離れる方向に凹んだ凹型の形状であっても、図８（ｂ）を参照して説明したように、投射光Ｌ１の外縁付近の強度分布を均一強度に急峻に立ち上げることができ、均一範囲Ｗ１を広く確保できる。

【0122】

ただし、図１１（ａ）～図１３（ｂ）を参照して説明したとおり、実施形態のように入射面１２ａが凸型の形状であれば、光学素子１２の位置をＺ軸方向に調整することにより、投射光Ｌ１の外縁付近の強度分布の急峻性を向上させることができるため、適宜、均一範囲Ｗ１の平坦度の調整と個々の光源１１１ａのファーフィールドパターンの個体差の補正を行いつつ、投射光Ｌ１の外縁付近の強度分布の急峻性を所望の状態に設定することができる。よって、この点において、光学素子１２の入射面１２ａは、凹型よりも凸型の形状が好ましいと言える。

【0123】

＜その他の変更例＞
上記実施形態および変更例１、２では、Ｘ軸方向においてのみ入射面１２ａを複数の領域に区分し、そのうち少なくとも最外の領域を平面に設定したが、この構成をさらにＹ軸方向にも適用して、入射面１２ａを構成してもよい。これにより、投射光Ｌ１をＸ軸方向とＹ軸方向の両方において均一化でき、両方向の外縁付近における強度分布を均一強度に急峻に立ち上げることができる。

【0124】

また、上記実施形態では、レーダ装置１に２つの投射光学系１０が設置されたが、レーダ装置１に設置される投射光学系１０の数は２つに限られるものではなく、１つまたは３つ以上の投射光学系１０がレーダ装置１に設置されてもよい。

【0125】

また、上記実施形態および変更例１、２の各図において、入射面１２ａに設定された各領域の傾き角および曲率は、説明の便宜上示されたものであって、これら領域の傾き角および曲率は、各図に示されたものに限定されるものではない。各領域の傾き角および曲率は、投射光Ｌ１の強度分布を外縁付近で急峻に立ち上げることができ、均一範囲Ｗ１の平坦度を適正に確保できるように設定されればよい。

【0126】

また、入射面１２ａの区分数は、上記実施形態および変更例１、２に示した区分数に限られるものではなく、両側に最外領域を設定でき且つその内側に隣接領域を設定できる限りにおいて、他の区分数に設定されてもよい。また、曲面の領域と平面の領域の組み合わせ方法は、上記変更例１、２に示した組み合わせ方法に限られるものではなく、両側の最外領域が平面である限りにおいて、他の組み合わせ方法が用いられてもよい。

【0127】

また、入射面１２ａで区分される各面の面積は、各面を通過する光束が形成するガウシアン分布の強度（大きさ）に作用するため、各面を通過して前方に投射されるガウシアン分布を合成した強度分布が平坦になるように最適化し、設定されればよい。

【0128】

また、上記実施形態および変更例１、２に示した光学素子の出射面は光源の発光面に対して平行な平面としたが、凹面または凸面にすることで投射角度範囲に対する拡大縮小作用を持たせてもよい。

【0129】

また、上記では、光学素子に組み合わせる光源１１１ａがガウシアン分布で発光することを前提に説明したが、光学素子１２の各面を通過して前方に投射される光束群を合成して得られる強度分布が、平坦な分布を実現できる範囲であれば、光源１１１ａの強度分布が多少ガウシアン分布から崩れていても許容することができる。

【0130】

また、上記実施形態は、投射光学系１０がレーダ装置１に適用されたが、本発明に係る投射光学系は、レーダ装置１以外の装置にも、均一強度で投射光を投射する他の装置に適宜適用され得る。

【0131】

この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

【符号の説明】

【0132】

１ レーダ装置
１０ 投射光学系
１１ 面発光光源
１１ａ 発光面
１２ 光学素子
１２ａ 入射面
２０ 受光光学系
１２１、１２２、１２３、１２４、１２５ 領域
１１１ａ 光源（ＶＣＳＥＬ）
ＲＡ１ 発光領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】