特許 7432989 投光装置、投受光装置及び測距装置

(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】2024-02-08

(45)【発行日】2024-02-19

(54)【発明の名称】投光装置、投受光装置及び測距装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20240209BHJP

   G01S 7/484 20060101ALI20240209BHJP

   G01S 7/4863 20200101ALI20240209BHJP

【ＦＩ】

G01S7/481 A

G01S7/484

G01S7/4863

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2018175888

(22)【出願日】2018-09-20

(65)【公開番号】P2020046339

(43)【公開日】2020-03-26

【審査請求日】2021-08-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000005016

【氏名又は名称】パイオニア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001025

【氏名又は名称】弁理士法人レクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 充

【審査官】藤田 都志行

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６３－０５４７９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３３５０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１０５８５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０９－２７０３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２０３６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０１０１７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０８－０１５４１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２７２０６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／４８－ ７／５１

Ｇ０１Ｓ １７／００－１７／９５

Ｇ０１Ｃ ３／００－ ３／３２

Ｈ０１Ｌ ２１／００－２１／９８

Ｈ０１Ｓ ３／２３

Ｈ０１Ｓ ５／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

各々が進行方向に垂直な断面において長手方向及び短手方向を有する断面形状を有し且つ前記短手方向に沿って配列された複数の光を出射する光源と、
前記短手方向に延在し前記複数の光を透過する１の透過領域と前記複数の光のうち少なくとも１つの光の前記長手方向における少なくとも一方の端部を遮光する遮光領域とを含む遮光部と、を有し、
前記光源は、各々が前記長手方向に延びる複数のレーザーバーが前記短手方向に沿ってスタックされたレーザ素子を含むことを特徴とする投光装置。

【請求項2】

前記遮光部は、前記複数の光のうち、前記長手方向において他の光よりも突出した少なくとも１つの光の前記長手方向の端部を遮光することを特徴とする請求項１に記載の投光装置。

【請求項3】

前記遮光部は、前記遮光部を経た前記複数の光の各々の前記長手方向に沿った長さを揃えるように、前記少なくとも１つの光の前記長手方向の端部を遮光することを特徴とする請求項１又は２に記載の投光装置。

【請求項4】

前記光源と前記遮光部との間の前記光の光路上に設けられ、前記光源の光出射面の像を結像する結像光学系を有し、
前記遮光部は、前記像が結像される位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の投光装置。

【請求項5】

前記光源は、前記遮光部を経た前記光の光量に基づいた出力で前記光を出射することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の投光装置。

【請求項6】

前記遮光部は、前記光に対して反射性を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の投光装置。

【請求項7】

前記遮光部によって反射された前記光を受光して前記光を監視する監視部を有することを特徴とする請求項６に記載の投光装置。

【請求項8】

請求項１乃至７のいずれか１つに記載の投光装置と、
前記遮光部を経た前記光が対象物に向けて投光されかつ前記対象物によって反射された反射光を受光し、前記長手方向に対応する方向に沿って配列された複数の受光セグメントからなる受光面を有する受光素子と、を有することを特徴とする投受光装置。

【請求項9】

前記反射光を前記受光素子の前記受光面における前記長手方向の全体に入射させるように前記反射光を集光する受光光学系を有することを特徴とする請求項８に記載の投受光装置。

【請求項10】

前記遮光部を経た前記光を方向可変に偏向しつつ前記対象物に向けて投光する偏向素子を有することを特徴とする請求項８又は９に記載の投受光装置。

【請求項11】

請求項８乃至１０のいずれか１つに記載の投受光装置と、
前記受光素子による前記反射光の受光結果に基づいて前記対象物までの距離を測定する測距部と、を有することを特徴とする測距装置。

【請求項12】

各々が進行方向に垂直な断面において長手方向及び短手方向を有する断面形状を有し且つ前記短手方向に沿って配列された複数の光を出射する光源と、
前記短手方向に延在し前記複数の光を透過する１の透過領域と前記複数の光のうち少なくとも１つの光の前記長手方向における少なくとも一方の端部を遮光する遮光領域とを含みかつ光に対して反射性を有する遮光部と、
前記遮光部によって反射された前記複数の光を受光して前記複数の光を監視する監視部と、を有することを特徴とする投光装置。

【請求項13】

各々が進行方向に垂直な断面において長手方向及び短手方向を有する断面形状を有し且つ前記短手方向に沿って配列された複数の光を出射する光源と、
前記短手方向に延在し前記複数の光を透過する１の透過領域と前記複数の光のうち少なくとも１つの光の前記長手方向における少なくとも一方の端部を遮光する遮光領域とを含む遮光部と、
前記遮光部を経た前記複数の光が対象物に向けて投光されかつ前記対象物によって反射された反射光を受光し、前記長手方向に対応する方向に沿って配列された複数の受光セグメントからなる受光面を有する受光素子と、を有することを特徴とする投受光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光を投光する投光装置、光の投光及び受光を行う投受光装置並びに光学的な測距を行う測距装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、光を対象物に照射し、当該対象物によって反射された光を検出することで、当該対象物までの距離を測定する測距装置が知られている。また、光走査を行うことで複数の対象物に対する測距を行う走査型の測距装置が知られている。例えば、特許文献１には、投光部、受光部及び距離計測手段を含む光学式レーダ装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開2007-85832号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、測距装置には、測距用のレーザ光を投光する投光部と、対象物によって反射された光を受光する受光部とが設けられている。また、投光部及び受光部の構成としては、例えば、投光部が所定の細長いビーム形状のレーザ光を投光し、受光部が複数の受光素子によって対象物からの反射光を受光する構成が挙げられる。この場合、複数の対象領域（複数の対象物や当該対象物における複数の表面領域など）に対して一括して投受光を行うことができる。

【0005】

ここで、当該複数の対象領域の各々に対して正確に測距を行うことを考慮すると、例えば、当該複数の対象領域の各々に対して均一な強度の光が投光されることが好ましい。すなわち、投光される光のビーム内に強度ムラが少ないことが好ましい。

【0006】

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、強度ムラが低減された光を投光することが可能な投光装置を提供することを目的の１つとしている。また、本発明は、強度ムラが低減された光を投光することで正確な投受光を行うことが可能な投受光装置及び正確な測距を行うことが可能な測距装置を提供することを目的の１つとしている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

請求項１に記載の発明は、長手方向及び短手方向を有する断面形状の光を出射する光源と、光の長手方向の端部を遮光する遮光部と、を有することを特徴とする。

【0008】

また、請求項１０に記載の発明は、請求項１に記載の投光装置と、遮光部を経た光が対象物に向けて投光されかつ対象物によって反射された反射光を受光し、長手方向に対応する方向に沿って配列された複数の受光セグメントからなる受光面を有する受光素子と、を有することを特徴とする。

【0009】

また、請求項１３に記載の発明は、請求項１０に記載の投受光装置と、受光素子による反射光の受光結果に基づいて対象物までの距離を測定する測距部と、を有することを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例１に係る測距装置の全体構成を示す図である。

【図2】実施例１に係る測距装置における光源の光出射面を示す図である。

【図3】実施例１に係る測距装置における遮光部の構成例を示す図である。

【図4】実施例１に係る測距装置における受光素子の受光面を示す図である。

【図5】実施例１に係る測距装置における受光光学系の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に本発明の実施例について詳細に説明する。

【実施例1】

【0012】

図１は、実施例１に係る測距装置１０の模式的な配置図である。測距装置１０は、所定の領域（以下、走査領域と称する）Ｒ０の光走査を行い、走査領域Ｒ０内に存在する対象物ＯＢまでの距離を測定する走査型の測距装置である。図１を用いて、測距装置１０について説明する。なお、図１には、走査領域Ｒ０及び対象物ＯＢを模式的に示している。

【0013】

まず、測距装置１０は、パルス光（以下、１次光と称する）Ｌ１を生成及び出射する光源１１を有する。本実施例においては、光源１１は、１次光Ｌ１として赤外領域にピーク波長を有するレーザ光を生成し、これを断続的に出射する。また、本実施例においては、ライン状の断面形状を有するレーザ光を１次光Ｌ１として出射する。

【0014】

測距装置１０は、１次光Ｌ１の像（中間像）、すなわち１次光Ｌ１の断面形状（ビーム形状を示す像）を結像する結像光学系１２を有する。結像光学系１２は、例えば、リレーレンズを含む。

【0015】

測距装置１０は、１次光Ｌ１の一部を遮光する遮光部１３を有する。本実施例においては、遮光部１３は、１次光Ｌ１の像が結像される位置（結像点）に配置されている。遮光部１３を経た１次光Ｌ１は、２次光Ｌ２として、遮光部１３から出力される。

【0016】

本実施例においては、遮光部１３は、開口部を有する遮光板である。本実施例においては、１次光Ｌ１の一部は、遮光部１３によって遮光される。また、遮光部１３に遮光されない１次光Ｌ１は、２次光（以下、投光光と称する場合がある）Ｌ２として、遮光部１３の開口部を通過する。また、本実施例においては、遮光部１３は、１次光Ｌ１に対して反射性を有する反射板である。

【0017】

測距装置１０は、遮光部１３によって反射された一部の１次光Ｌ１である反射１次光Ｌ１Ｒを受光する受光素子（第１の受光素子）１４を有する。例えば、受光素子１４は、反射１次光Ｌ１Ｒを検出する少なくとも１つの検出素子を含む。

【0018】

測距装置１０は、２次光Ｌ２、すなわち遮光部１３を経た１次光Ｌ１を投光する投光光学系１５を有する。投光光学系１５は、例えば、少なくとも１つのレンズを含む。

【0019】

測距装置１０は、２次光Ｌ２を方向可変に偏向しつつ３次光（以下、走査光と称する場合がある）Ｌ３として投光する偏向素子（第１の偏向素子）１６を有する。偏向素子１６は、周期的な動作を行って２次光Ｌ２の偏向方向を周期的に変化させる。偏向素子１６は、２次光Ｌ２の進行方向を屈曲させつつ出射し、またその屈曲方向を周期的に変化させる。偏向素子１６によって偏向された２次光Ｌ２は、３次光Ｌ３として、走査領域Ｒ０に向けて投光される。

【0020】

本実施例においては、偏向素子１６は、回動軸ＡＹの周りに回動し、２次光Ｌ２を反射させる少なくとも１つの回動ミラー１６Ａを有する。例えば、偏向素子１６は、ポリゴンミラーを含む。本実施例においては、偏向素子１６は、回動ミラー１６Ａが回動しつつ２次光Ｌ２を反射させることで、２次光Ｌ２の反射方向を周期的に変化させる。すなわち、本実施例においては、３次光Ｌ３は、偏向素子１６の回動ミラー１６Ａによって反射された２次光Ｌ２である。

【0021】

なお、走査領域Ｒ０は、偏向素子１６を経た２次光Ｌ２である３次光Ｌ３が投光される仮想の３次元空間である。図１においては、走査領域Ｒ０の外縁を破線で模式的に示した。

【0022】

本実施例においては、光源１１は、回動ミラー１６Ａの回動軸ＡＹの軸方向に沿って延びるライン状の断面形状を有するレーザ光を１次光Ｌ１として出射する。

【0023】

従って、例えば、走査領域Ｒ０は、２次光Ｌ２の断面における長手方向（以下、第１の方向と称する）Ｄ１に沿った高さ方向の方向範囲と、偏向素子１６による２次光Ｌ２の偏向方向の可変範囲に対応する方向（以下、第２の方向と称する）Ｄ２に沿った幅方向の方向範囲と、３次光Ｌ３が所定の強度を維持できる距離方向の範囲（すなわち奥行範囲）と、を有する錐状の空間として定義されることができる。

【0024】

また、走査領域Ｒ０内における偏向素子１６から所定の距離だけ離れた仮想の平面を走査面Ｒ１としたとき、走査面Ｒ１は、第１及び第２の方向Ｄ１及びＤ２に沿って広がる２次元的な領域として定義されることができる。３次光Ｌ３は、この走査面Ｒ１を走査するように、走査領域Ｒ０に向けて投光される。また、本実施例においては、第１の方向Ｄ１は主走査方向に対応し、第２の方向Ｄ２は副走査方向に対応する。

【0025】

また、図１に示すように、走査領域Ｒ０に対象物ＯＢ（すなわち２次光Ｌ２に対して反射性又は散乱性を有する物体又は物質）が存在する場合、３次光Ｌ３は、対象物ＯＢによって反射又は散乱される。対象物ＯＢによって反射された３次光Ｌ３は、その一部が、４次光（以下、反射光と称する場合がある）Ｌ４として、３次光Ｌ３とほぼ同一の光路を３次光Ｌ３とは反対の方向に向かって進み、偏向素子１６に戻って来る。

【0026】

測距装置１０は、４次光Ｌ４の光路上、本実施例においては偏向素子１６と投光光学系１５（遮光部１３）との間の２次光Ｌ２及び４次光Ｌ４に共通の光路上に設けられ、４次光Ｌ４を偏向する偏向素子（第２の偏向素子）１７を有する。例えば、偏向素子１７は、２次光Ｌ２を透過させかつ４次光Ｌ４を反射させることで２次光Ｌ２及び４次光Ｌ４を分離する光分離素子であり、本実施例においてはビームスプリッタである。

【0027】

換言すれば、本実施例においては、偏向素子１６は、動作することで２次光Ｌ２を方向可変に偏向する走査用の可動偏向素子である。一方、偏向素子１７は、固定式の偏向素子である。

【0028】

測距装置１０は、偏向素子１７によって偏向された４次光Ｌ４を受光する受光光学系１８を有する。受光光学系１８は、４次光Ｌ４を集光しつつ整形する。受光光学系１８は、例えば、少なくとも１つのレンズを含む。

【0029】

また、測距装置１０は、４次光Ｌ４を受光する受光素子（第２の受光素子）１９を有する。受光素子１９は、例えば、受光光学系１８によって集光された４次光Ｌ４の焦点位置に配置されている。例えば、受光素子１９は、４次光Ｌ４を検出し、４次光に応じた電気信号を生成する少なくとも１つの検出素子を有する。

【0030】

受光素子１９は、当該電気信号を４次光Ｌ４の検出結果（受光結果）として生成する。すなわち、測距装置１０は、受光素子１９によって生成された当該電気信号を走査領域Ｒ０の走査結果として生成する。

【0031】

測距装置１０は、光源１１、受光素子１４、偏向素子１６及び受光素子１９の駆動及びその制御を行う制御部２０を有する。例えば、本実施例においては、制御部２０は、光源１１の駆動及びその制御を行う光源制御部２１と、１次光Ｌ１の一部を受光して１次光Ｌ１の監視を行う監視部２２と、を含む。また、制御部２０は、受光素子１４、偏向素子１６及び受光素子１９の駆動を行う。

【0032】

また、制御部は、受光素子１９による４次光Ｌ４の受光結果に基づいて対象物ＯＢまでの距離を測定する測距部２３を有する。本実施例においては、測距部２３は、当該電気信号から４次光Ｌ４を示すパルスを検出する。また、測距部２３は、３次光Ｌ３の投光タイミングと４次光Ｌ４の受光タイミングとの間の時間差に基づくタイムオブフライト法によって、対象物ＯＢ（又はその一部の表面領域）までの距離を測定する。また、測距部２３は、測定した距離情報を示すデータ（測距データ）を生成する。

【0033】

また、本実施例においては、測距部２３は、走査領域Ｒ０（走査面Ｒ１）を複数の測距点（走査点）に区別し、当該複数の測距点の各々の測距結果（距離値）を画素として示す走査領域Ｒ０の画像（測距画像）を生成する。本実施例においては、測距部２３は、測距点と回動ミラー１６Ａの変位とを示す情報とを対応付け、走査領域Ｒ０の２次元マップ又は３次元マップを示す画像データを生成する。

【0034】

また、測距部２３は、例えば、３次光Ｌ３の投光方向の変化周期、すなわち走査領域Ｒ０を走査する周期である走査周期を測距画像の生成周期とし、当該走査周期毎に１つの測距画像を生成する。

【0035】

なお、走査周期とは、例えば、測距装置１０が走査領域Ｒ０に対する光走査を周期的に行う場合において、回動ミラー１６Ａの所定の変位が、その後に再度当該所定の変位に戻るまでの期間をいう。また、測距部２３は、生成した複数の測距画像を時系列に沿って動画として表示する表示部（図示せず）を有していてもよい。

【0036】

図２は、光源１１の光出射面１１Ａを模式的に示す図である。本実施例においては、光源１１は、各々が第１の方向Ｄ１に延びる３つのレーザーバーＥ１、Ｅ２及びＥ３を有し、これらレーザーバーＥ１～Ｅ３が第２の方向Ｄ２（すなわちレーザーバーＥ１～Ｅ３の各々の短手方向）に沿ってスタックされた構造を有する。

【0037】

レーザーバーＥ１～Ｅ３の各々は、第１の方向Ｄ１を長手方向とし、第２の方向Ｄ２を短手方向とする断面形状（ビーム形状）を有するライン状又は楕円状のレーザ光を出射する。また、レーザーバーＥ１～Ｅ３の各々は、第２の方向Ｄ２に沿って並んでおりかつ互いに平行に延びる光軸に沿ってレーザ光を出射する。

【0038】

光源１１は、これらレーザーバーＥ１～Ｅ３から出射されたレーザ光の全体を１次光Ｌ１として出射する。本実施例においては、１次光Ｌ１は、その全体が、第１の方向Ｄ１及び第２の方向Ｄ２をそれぞれ長手方向及び短手方向として有するライン状の断面形状を有する。

【0039】

図３は、遮光部１３の構成及び遮光部１３によって生成される２次光Ｌ２の断面形状を模式的に示す図である。図３に示すように、本実施例においては、光源１１から出射される１次光Ｌ１は、各々が第１の方向Ｄ１及び第２の方向Ｄ２をそれぞれ長手方向及び短手方向として有する断面形状の複数の１次レーザ光Ｌ１１、Ｌ１２及びＬ１３を含む。例えば、１次レーザ光Ｌ１１、Ｌ１２及びＬ１３は、それぞれ、レーザーバーＥ１、Ｅ２及びＥ３から出射されたレーザ光に対応する。

【0040】

すなわち、本実施例においては、光源１１は、１次レーザ光Ｌ１１、Ｌ１２及びＬ１３として、各々が長手方向及び短手方向を有する断面形状を有しかつ当該短手方向に沿って配列された複数の光を出射する。

【0041】

また、本実施例においては、遮光部１３は、結像光学系１２によって光源１１における１次光Ｌ１の光出射面１１Ａの像（中間像）Ｌ１Ｐが結像される位置に配置されている。図３は、像Ｌ１Ｐを構成する１次レーザ光Ｌ１１～Ｌ１３の光出射面の像の各々を模式的に示している。

【0042】

また、遮光部１３を経た１次レーザ光Ｌ１１、Ｌ１２及びＬ１３は、それぞれ、２次レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２及びＬ２３として、遮光部１３を通過する。２次光Ｌ２は、これら３つの２次レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２及びＬ２３を含む。また、２次光Ｌ２は、その全体が、第１の方向Ｄ１及び第２の方向Ｄ２をそれぞれ長手方向及び短手方向として有するライン状の断面形状を有する。

【0043】

また、図３に示すように、本実施例においては、遮光部１３は、１次レーザ光Ｌ１１～Ｌ１３の各々の端部を遮光するように構成及び配置されている。また、本実施例においては、遮光部１３は、２次レーザ光Ｌ２１～Ｌ２３、すなわち遮光部１３を経た１次レーザ光Ｌ１１～Ｌ１３の第１の方向Ｄ１に沿った長さを揃えるように、１次レーザ光Ｌ１１～Ｌ１３の各々の端部を遮光する。

【0044】

従って、２次レーザ光Ｌ２１～Ｌ２３の各々は、長手方向の長さ、及び長手方向の端部の位置が揃った断面形状を有することとなる。従って、２次光Ｌ２は、長手方向の外縁が明確となった矩形の外形形状を有する光となって投光される。

【0045】

ここで、１次光Ｌ１及び２次光Ｌ２について説明する。例えば、測距装置１０の測距可能距離を長くしようとした場合、３次光Ｌ３として投光される光の強度を上げることが考えられる。そして、高強度な１次光Ｌ１を出射することを考慮すると、光源１１として、高出力な光源を用いることが考えられる。

【0046】

また、一括して走査領域Ｒ０内の複数の領域からの４次光Ｌ４を得ることを考慮すると、光源１１としては、上記したようなレーザーバーＥ１～Ｅ３をスタックしたレーザ素子を用いることが考えられる。これによって、例えば、光学系の大型化又は複雑化を抑えつつ、高出力なライン状の３次光Ｌ３を得ることができる。

【0047】

一方、光源１１としてスタック型のレーザ素子においては、レーザーバーＥ１～Ｅ３の光出射面の形状がわずかに異なる。具体的には、例えば図２に示すように、レーザーバーＥ１～Ｅ３における長手方向の長さ（バーの長さ）がわずかに異なる。例えば、レーザーバーＥ１のバー長さが最も短く、レーザーバーＥ３のバー長さが最も長い。

【0048】

この場合、図３に示すように、１次レーザ光Ｌ１１～Ｌ１３のうち、１次レーザ光Ｌ１１が最も短いビーム形状を有し、１次レーザ光Ｌ１３が最も長いビーム形状を有する。この１次レーザ光Ｌ１１～Ｌ１３からなる１次光Ｌ１は、全体としては、第１の方向Ｄ１における中央部と端部との間で異なる強度を有する。

【0049】

従って、例えば、１次光Ｌ１の第１の方向Ｄ１の中央部に対応する光は十分な強度を有する一方で、１次光Ｌ１の第１の方向Ｄ１の端部に対応する光は十分な強度を有していない場合がある。従って、仮に、この１次光Ｌ１をそのまま３次光Ｌ３として投光した場合、走査領域Ｒ０内において十分な光量の３次光Ｌ３が照射される領域と十分な光量の３次光Ｌ３が照射されない領域とが存在する場合がある。従って、走査領域Ｒ０内の測距精度にムラが生ずる場合や、測距可能距離が他の領域に比べて短い領域が生ずる場合がある。

【0050】

これに対し、本実施例においては、１次レーザ光Ｌ１１～Ｌ１３の各々の第１の方向Ｄ１における端部を遮光する遮光部１３が配置されている。従って、２次レーザ光Ｌ２１～Ｌ２３の第１の方向Ｄ１における長さが揃い、２次光Ｌ２の全体としての第１の方向Ｄ１に沿った強度が均一化される。従って、走査領域Ｒ０に投光される３次光Ｌ３の光量が均一化され、走査領域Ｒ０の全体で安定した精度の走査及び測距を行うことができる。

【0051】

また、本実施例においては、１次光Ｌ１の一部のみを２次光Ｌ２として投光することとなる。すなわち、２次光Ｌ２は、１次光Ｌ１よりも小さな強度を有する。これに対し、制御部２０の光源制御部２１は、２次光Ｌ２が設計上の光量となるように、１次光Ｌ１の強度、すなわち光源１１の出力を制御する。すなわち、光源１１は、遮光部１３を経た１次光Ｌ１である２次光Ｌ２の光量に基づいた出力で１次光Ｌ１を出射する。

【0052】

より具体的には、例えば、光源１１は、１次光Ｌ１としてレーザ光を出射する。また、測距装置１０は、例えば車両などの移動体に搭載されるなど、種々の空間を走査領域Ｒ０として測距を行う場合が想定される。この場合、レーザ光を人間に照射する場合が想定される。従って、３次光Ｌ３として投光できるレーザ光の上限となる強度を考慮する必要がある。

【0053】

本実施例においては、光源制御部２１は、３次光Ｌ３の光量を設定するための光源１１の出力を、２次光Ｌ２の光量に基づいて制御する。換言すれば、１次光Ｌ１よりも３次光Ｌ３の光量に近い光量の２次光Ｌ２を考慮して、光源１１の出力制御を行う。従って、当該レーザ光の出力制限を満たしつつ、適切な出力調節を行いつつ３次光Ｌ３を投光することができる。

【0054】

また、本実施例においては、遮光部１３が１次光Ｌ１に対して反射性を有する。また、遮光部１３によって反射された反射１次光Ｌ１Ｒを受光する受光素子１４が設けられている。また、監視部２２は、この受光素子１４による反射１次光Ｌ１Ｒの受光結果に基いて１次光Ｌ１を監視する。

【0055】

すなわち、遮光部１３が１次光Ｌ１の一部を反射させる場合、当該反射された１次光Ｌ１は、光源１１の監視に用いられることができる。従って、受光素子１４を設けるだけで光源１１の動作監視を行うことができる。換言すれば、遮光部１３が１次光Ｌ１に対して反射性を有する場合、遮光部１３によって反射された１次光Ｌ１を受光して１次光Ｌ１（例えば１次光Ｌ１の光量）を監視する監視部２２を設けることで、単純な構成で測距装置１０に監視機能を持たせることができる。

【0056】

図４は、受光素子１９の受光面１９Ｒを模式的に示す図である。図４に示すように、受光素子１９は、第１の方向Ｄ１に沿って配列された複数の受光セグメント１９Ａからなる受光面１９Ｒを有する。本実施例においては、受光素子１９は、受光セグメント１９Ａの各々が１列に配列され、ライン状の受光面１９Ｒを有するラインセンサである。

【0057】

本実施例においては、受光セグメント１９Ａの各々は、互いに独立して４次光Ｌ４の受光動作を行う。また、受光セグメント１９Ａの各々は、少なくとも１つの光電変換素子を有する。

【0058】

図５は、受光光学系１８及び受光素子１９の構成例を示す図である。本実施例においては、受光光学系１８は、４次光Ｌ４を、受光素子１９の受光面１９Ｒにおける第１の方向Ｄ１の全体に入射させるように、４次光Ｌ４を集光する。従って、４次光Ｌ４は、受光セグメント１９Ａの各々に入射する。そして、受光セグメント１９Ａ毎に受光された４次光Ｌ４の部分に対応する電気信号が受光セグメント１９Ａの各々によって生成される。

【0059】

換言すれば、受光光学系１８は、遮光部１３を経た１次光Ｌ１のビーム形状（本実施例においてはビームの第１の方向Ｄ１における長さ）に合わせて、受光素子１９を最大限に動作させるような集光特性に調節されている。従って、受光セグメント１９Ａの全てで正確な受光動作を行うことができる。

【0060】

このように、本実施例においては、測距装置１０が、第１の方向Ｄ１を長手方向とする断面形状の１次光Ｌ１を出射する光源１１に対し、１次光Ｌ１の第１の方向Ｄ１の端部を遮光する遮光部１３を有する。従って、１次光Ｌ１の端部の光、すなわち１次光Ｌ１における強度が小さい光の投光が遮断される。従って、強度ムラが低減された２次光Ｌ２を投光することが可能となり、正確な走査及び測距を行うことができる。

【0061】

なお、本実施例においては、光源１１が複数のレーザーバーＥ１～Ｅ３がスタックされたスタック型のレーザ素子を含む場合について説明した。しかし、光源１１の構成はこれに限定されない。

【0062】

例えば、光源１１は、各々が長手方向（例えば第１の方向Ｄ１）及び短手方向（例えば第２の方向Ｄ２）を有する断面形状の複数の光（例えば１次レーザ光Ｌ１１～Ｌ１３）を出射するように構成されていればよい。例えば、光源１１は、種々の発光素子を含み、当該発光素子から出射された光を上記したように整形する光学系を有していてもよい。

【0063】

また、光源１１は、複数の１次レーザ光Ｌ１１～Ｌ１３を出射するように構成される場合に限定されない。例えば、光源１１は、１つの１次レーザ光のみ（例えば１次レーザ光Ｌ１２のみ）を１次光Ｌ１として出射するように構成されていてもよい。

【0064】

具体的には、１次光Ｌ１のようにライン状の断面形状を有する１次光Ｌ１を投光する場合、１次光Ｌ１の端部は中央部に比べて小さな強度を有する場合がある。また、１次光Ｌ１の端部の強度は、中央部の強度に比べて安定しない場合がある。このように、１次光Ｌ１の端部の特性は、１次光Ｌ１の中央部の特性よりも不安定な場合がある。従って、１次光Ｌ１の中央部のみを投光させることが好ましい。従って、光源１１から出射される１次光Ｌ１の第１の方向Ｄ１の端部を遮光することで、安定した強度の２次光Ｌ２を投光することができる。

【0065】

また、本実施例においては、遮光部１３が１次レーザ光Ｌ１１～Ｌ１３の端部の各々を遮光するように構成される場合について説明した。しかし、遮光部１３の構成はこれに限定されない。遮光部１３は、１次レーザ光Ｌ１１～Ｌ１３の少なくとも１つの端部を遮光するように構成されていればよい。

【0066】

なお、光源１１が複数の光（例えば１次レーザ光Ｌ１１～Ｌ１３）からなる１次光Ｌ１を出射する場合、上記したように、遮光部１３は、遮光部１３を経た（遮光部１３によって遮光されない）光の第１の方向Ｄ１における長さが揃うように、当該複数の光の少なくとも１つにおける第１の方向Ｄ１の端部を遮光するように構成されることが好ましい。

【0067】

また、遮光部１３は、遮光部１３を経た光の第１の方向Ｄ１における長さを揃えるように構成される場合に限定されない。遮光部１３は、光源１１から出射される複数の光のうち、第１の方向Ｄ１において他の光よりも突出した少なくとも１つの光（例えば１次レーザ光Ｌ１３のみ、又は１次レーザ光Ｌ１２及びＬ１３のみ）の第１の方向Ｄ１の端部を遮光するように構成されていればよい。この場合であっても、１次光Ｌ１の強度ムラは低減されることが期待できる。

【0068】

また、本実施例においては、遮光部１３が１次光Ｌ１に対して反射性を有する場合について説明した。しかし、遮光部１３は、１次光Ｌ１の第１の方向Ｄ１の端部を遮光する（投光させない）ように構成されていればよい。例えば、遮光部１３は、１次光Ｌ１に対して吸収性を有していてもよい。

【0069】

なお、遮光部１３が１次光Ｌ１に対して反射性を有しない場合、受光素子１４は設けられなくてもよい。この場合、遮光部１３を用いることなく他の一般的な手段によって光源１１の監視を行えばよい。

【0070】

また、本実施例においては、遮光部１３が１次光Ｌ１の一部（本実施例においては中央部）の光路上に開口部を有する遮光板からなる場合について説明した。しかし、遮光部１３の構成はこれに限定されない。例えば、遮光部１３は、１次光Ｌ１の中央部の光路上に１次光Ｌ１を透過させる透過部を有し、他の部分が遮光特性を有する透光板であってもよい。また、遮光部１３は、複数の遮光板を有していてもよい。

【0071】

また、遮光部１３は、１次光Ｌ１の第１の方向Ｄ１の端部の一方のみを遮光するように構成されていてもよい。例えば、１次レーザ光Ｌ１１～Ｌ１３間のビーム形状の関係によっては、第１の方向Ｄ１における一方の端部においては１次レーザ光Ｌ１３が最も突出しており、他方の端部では１次レーザ光Ｌ１２が最も突出している場合がある。この場合、遮光部１３は、当該一方の端部においては１次レーザ光Ｌ１３の端部を遮光し、当該他方の端部においては１次レーザ光Ｌ１２の端部を遮光するように構成されていてもよい。

【0072】

また、本実施例においては、１次光Ｌ１の像Ｌ１Ｐを結像する結像光学系１２が設けられており、遮光部１３は１次光Ｌ１の像Ｌ１Ｐが結像される位置に配置されている場合について説明した。しかし、遮光部１３の位置はこれに限定されない。

【0073】

例えば、測距装置１０は、結像光学系１２を有していなくてもよい。また、遮光部１３は、光源１１の光出射面１１Ａの極近傍に配置されていてもよい。すなわち、１次光Ｌ１は、光源１１から出射された直後にその一部が遮光部１３によって遮光されるように構成されていてもよい。

【0074】

なお、確実に１次光Ｌ１の端部を遮光することを考慮すると、結像光学系１２を配置した上で、遮光部１３を光源１１の光出射面１１Ａの像Ｌ１Ｐの結像位置に配置することが好ましい。具体的には、像Ｌ１Ｐの結像位置以外に遮光部１３を配置する場合、遮光部１３を経た１次光Ｌ１の端部が確実に遮光されない場合があるからである。

【0075】

換言すれば、測距装置１０は、光源１１と遮光部１３との間の１次光Ｌ１の光路上に設けられ、光源１１の光出射面１１Ａの像Ｌ１Ｐを結像する結像光学系１２を有することが好ましい。また、遮光部１３は、この像Ｌ１Ｐが結像される位置に配置されていることが好ましい。

【0076】

また、本実施例においては、制御部２０の光源制御部２１が２次光Ｌ２の光量に応じた強度の１次光Ｌ１を出射するように光源１１を制御する場合について説明した。しかし、光源１１は、例えば、予め定められた態様で１次光Ｌ１を出射するか、又は１次光Ｌ１の出射態様を調節可能なように構成されていればよい。

【0077】

このように、本実施例においては、測距装置１０は、長手方向（第１の方向Ｄ１）及び短手方向（第２の方向Ｄ２）を有する断面形状の光（１次光Ｌ１）を出射する光源１１と、当該光の当該長手方向の端部を遮光する遮光部１３と、遮光部１３を経た光（２次光Ｌ２）を方向可変に偏向しつつ走査領域Ｒ０内の対象物ＯＢに向けて投光する偏向素子１６と、を有する。

【0078】

また、測距装置１０は、対象物ＯＢによって反射された光（３次光Ｌ３）である反射光（４次光Ｌ４）を受光し、当該長手方向に対応する方向に沿って配列された複数の受光セグメント１９Ａからなる受光面１９Ｓを有する受光素子１９と、受光素子１９による当該反射光の受光結果に基づいて対象物ＯＢまでの距離を測定する測距部２３と、を有する。従って、強度ムラが低減された光を投光することによって正確な測距を行うことが可能な測距装置１０を提供することができる。

【0079】

なお、受光素子１９による４次光Ｌ４の受光結果は、測距以外の用途、例えば対象物ＯＢの検出用途などにも有効に利用することができる。従って、測距装置１０は、測距部２３を有していなくてもよい。この場合、例えば、測距装置１０における光源１１、遮光部１３、偏向素子１６及び受光素子１９は、走査装置、すなわち走査型の投受光装置として機能する。

【0080】

また、測距装置１０は、測距部２３に加え、偏向素子１６を有していなくてもよい。この場合、例えば、測距装置１０における光源１１、遮光部１３及び受光素子１９は、非走査型の投受光装置として機能する。この場合であっても、例えば均一な強度の光を用いた投受光を行うことができる。すなわち、本発明は、強度ムラが低減された光を投光することによって正確な投受光を行うことが可能な投受光装置としても実施されることができる。

【0081】

さらに、測距装置１０は、受光素子１９を有していなくてもよい。この場合、光源１１及び遮光部１３は、投光装置として機能する。この場合、例えば均一な強度の光を投光することができる。すなわち、本発明は、強度ムラが低減された光を投光することが可能な投光装置としても実施されることができる。

【0082】

上記したように、例えば、本実施例における投光装置は、長手方向（第１の方向Ｄ１）及び短手方向（第２の方向Ｄ２）を有する断面形状の光（１次光Ｌ１）を出射する光源１１と、当該光の当該長手方向の端部を遮光する遮光部１３と、を有する。従って、強度ムラが低減された光を投光することが可能となる。

【符号の説明】

【0083】

１０ 測距装置
１１ 光源
１３ 遮光部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】