特許 7505183 光源装置、検出装置及び電子機器

(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】2024-06-17

(45)【発行日】2024-06-25

(54)【発明の名称】光源装置、検出装置及び電子機器

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20240618BHJP

   H01S 5/02 20060101ALI20240618BHJP

   H01S 5/40 20060101ALI20240618BHJP

   H01S 5/42 20060101ALI20240618BHJP

   H01L 33/58 20100101ALI20240618BHJP

   H01L 33/00 20100101ALI20240618BHJP

   H01L 33/08 20100101ALI20240618BHJP

   F21V 5/00 20180101ALI20240618BHJP

   F21V 14/06 20060101ALI20240618BHJP

   F21V 23/00 20150101ALI20240618BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20240618BHJP

   G01S 7/481 20060101ALI20240618BHJP

   G01S 17/10 20200101ALI20240618BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20240618BHJP

   F21Y 105/12 20160101ALN20240618BHJP

【ＦＩ】

F21S2/00 311

H01S5/02

H01S5/40

H01S5/42

H01L33/58

H01L33/00 L

H01L33/08

F21V5/00 320

F21V14/06

F21V23/00 113

G01C3/06 120Q

G01S7/481 A

G01S17/10

F21Y115:30

F21Y105:12

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2019225299

(22)【出願日】2019-12-13

(65)【公開番号】P2020155403

(43)【公開日】2020-09-24

【審査請求日】2022-10-17

(31)【優先権主張番号】P 2019046772

(32)【優先日】2019-03-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】110004185

【氏名又は名称】インフォート弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 拓海

(72)【発明者】

【氏名】池應 敏行

(72)【発明者】

【氏名】泉谷 一磨

(72)【発明者】

【氏名】植野 剛

【審査官】下原 浩嗣

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１４／０８７３０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－２０５３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２１４５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０９０５８９３０（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１５９４３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｈ０１Ｓ ５／０２

Ｈ０１Ｓ ５／４０

Ｈ０１Ｓ ５／４２

Ｈ０１Ｌ ３３／５８

Ｈ０１Ｌ ３３／００

Ｈ０１Ｌ ３３／０８

Ｆ２１Ｖ ５／００

Ｆ２１Ｖ １４／０６

Ｆ２１Ｖ ２３／００

Ｇ０１Ｃ ３／０６

Ｇ０１Ｓ ７／４８１

Ｇ０１Ｓ １７／１０

Ｆ２１Ｙ １１５／３０

Ｆ２１Ｙ １０５／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の発光部を備える光源と、前記光源で発した光を、前記光源の発光面よりも広範囲の照射領域に拡大して照射する投光光学系とを有し、
前記投光光学系の拡大率が相対的に大きい照射領域に対応する前記光源の発光領域の単位面積あたりの発光光量が、前記投光光学系の拡大率が相対的に小さい照射領域に対応する前記発光領域の単位面積あたりの発光光量よりも大きく、
前記照射領域の周辺部が中央部よりも前記投光光学系の拡大率が大きく、
前記照射領域の周辺部に対応する前記発光領域の単位面積あたりの発光光量が、前記照射領域の中央部に対応する前記発光領域の単位面積あたりの発光光量よりも大きいことを特徴とする光源装置。

【請求項2】

複数の発光部を備える光源と、前記光源で発した光を、前記光源の発光面よりも広範囲の照射領域に拡大して照射する投光光学系とを有し、
前記投光光学系の拡大率が相対的に大きい照射領域に対応する前記光源の発光領域の単位面積あたりの発光光量が、前記投光光学系の拡大率が相対的に小さい照射領域に対応する前記発光領域の単位面積あたりの発光光量よりも大きく、
前記投光光学系は、
前記光源から発した光の発散角を抑制する集光光学要素と、
前記集光光学要素を透過した光の照射角度を拡大させて出射する拡大光学要素と、
を有することを特徴とする光源装置。

【請求項3】

前記集光光学要素を、前記光源又は前記拡大光学要素に対して移動可能な第１の位置調整部を有する請求項２に記載の光源装置。

【請求項4】

前記第１の位置調整部は、前記集光光学要素を少なくとも光軸方向へ位置調整可能である請求項３に記載の光源装置。

【請求項5】

前記拡大光学要素を、前記光源又は前記集光光学要素に対して移動可能な第２の位置調整部を有する請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の光源装置。

【請求項6】

前記第２の位置調整部は、前記拡大光学要素を少なくとも光軸方向へ位置調整可能である請求項５に記載の光源装置。

【請求項7】

前記光源を、前記投光光学系に対して移動可能な第３の位置調整部を有する請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の光源装置。

【請求項8】

前記第３の位置調整部は、前記光源を少なくとも光軸に垂直な方向へ位置調整可能である請求項７に記載の光源装置。

【請求項9】

前記光源の少なくとも一部で、隣り合う前記発光部の間隔が異なる請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光源装置。

【請求項10】

前記光源の少なくとも一部で、前記発光部の発光量が異なる請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の光源装置。

【請求項11】

前記複数の発光部に印加される電流量が同じである請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の光源装置。

【請求項12】

前記光源は、垂直共振器面発光レーザ、端面発光レーザ、発光ダイオードのいずれかである請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の光源装置。

【請求項13】

請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の光源装置と、
前記光源装置から発せられ対象物で反射された光を検出する検出部と、
を有することを特徴とする検出装置。

【請求項14】

複数の発光部を備える光源と、前記光源で発した光を、前記光源の発光面よりも広範囲の照射領域に拡大して照射する投光光学系とを有し、前記投光光学系の拡大率が相対的に大きい照射領域に対応する前記光源の発光領域の単位面積あたりの発光光量が、前記投光光学系の拡大率が相対的に小さい照射領域に対応する前記発光領域の単位面積あたりの発光光量よりも大きい光源装置と、
前記光源装置から発せられ対象物で反射された光を検出する検出部と、
を有することを特徴とする検出装置。

【請求項15】

前記検出部からの信号に基づき、前記対象物との距離に関する情報を取得する計算部を有する請求項１３又は請求項１４に記載の検出装置。

【請求項16】

請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の検出装置からの情報が入力される電子機器であって、前記検出装置からの情報に基づき当該電子機器の制御を行う制御部を有することを特徴とする電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光源装置、検出装置及び電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、対象物に光を照射して対象物からの反射光を受光し、対象物の状態などを検出する検出装置が、様々な分野で用いられている。例えば、特許文献１には、レーザ光によって、物体の存在の検出や、対象物との距離の測定を行うライダーシステムが記載されている。このライダーシステムでは、光源として垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）を用い、ＶＣＳＥＬで発した光をレンズを通して照射する光源装置を有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－２１４５６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

光源からの光を、投光光学系によって拡げて広範囲に照射させると、投光光学系の収差などの影響で、照射面での光の照度が不均一になるおそれがある。従来の光源装置では、このような問題に着眼して照射面での照度を均一にすることが検討されていなかった。しかし、反射光を受光して検出を行う検出装置では、光源装置から照射面へ均一な照度で投光することは、検出精度の向上において極めて重要である。

【0005】

本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、照射される光の照度の均一性に優れる光源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】

【0006】

本発明の光源装置は、複数の発光部を備える光源と、光源で発した光を、光源の発光面よりも広範囲の照射領域に拡大して照射する投光光学系とを有し、投光光学系の拡大率が相対的に大きい照射領域に対応する光源の発光領域の単位面積あたりの発光光量が、投光光学系の拡大率が相対的に小さい照射領域に対応する光源の発光領域の単位面積あたりの発光光量よりも大きい。
一つの態様では、前記照射領域の周辺部が中央部よりも前記投光光学系の拡大率が大きく、前記照射領域の周辺部に対応する前記発光領域の単位面積あたりの発光光量が、前記照射領域の中央部に対応する前記発光領域の単位面積あたりの発光光量よりも大きい。
一つの態様では、前記投光光学系は、前記光源から発した光の発散角を抑制する集光光学要素と、前記集光光学要素を透過した光の照射角度を拡大させて出射する拡大光学要素と、を有する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、投光光学系を原因とする照度のばらつきを解消するように光源の発光光量を設定したことにより、照射される光の照度の均一性に優れる光源装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の光源装置を適用した検出装置の一実施形態である測距装置を概念的に示す図である。

【図2】光源装置における投光光学系の基準状態を示す図であり、（Ａ）は光源装置の構成、（Ｂ）は光源装置による照射面上の光の照射状態を示す。

【図3】光源装置における投光光学系の照射領域調整状態を示す図であり、（Ａ）は光源装置の構成、（Ｂ）は光源装置による照射面上の光の照射状態を示す。

【図4】調整機構を備えた形態の光源装置を示す断面図である。

【図5】光源装置の光源の一部を示す断面図である。

【図6】光源の複数の発光部を均一間隔で配置した場合と、複数の発光部を粗密配置にした場合の、照射面上の照度分布を示すグラフである。

【図7】光源装置の光源で、複数の発光部を粗密配置にした形態を示す図である。

【図8】光源の複数の発光部を均一の発光量で発光させた場合と、複数の発光部を異なる発光量で発光させた場合の、照射面上の照度分布を示すグラフである。

【図9】光源装置の光源で、複数の発光部の発光量を異ならせる形態を示す図である。

【図10】光源装置の光源で、複数の発光部の設置範囲の一例を示す図である。

【図11】照射面における光の照射領域を示す図であり、（Ａ）は矩形の発光面全体に発光部を配置した場合、（Ｂ）は楕円状に発光部を配置した場合を示す。

【図12】光源装置を物品検査用の検出装置に適用した例を示す図である。

【図13】光源装置を有する検出装置を可動機器に適用した例を示す図である。

【図14】光源装置を有する検出装置を携帯情報端末に適用した例を示す図である。

【図15】光源装置を有する検出装置を移動体の運転支援システムに適用した例を示す図である。

【図16】光源装置を有する検出装置を移動体の自律走行システムに適用した例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しながら、本発明を適用した実施形態を説明する。図１は、測距装置１０の概要を示したものである。測距装置１０は、光源装置１１から検出対象物１２に対してパルス光を投光（照射）し、検出対象物１２からの反射光を受光素子１３で受光して、反射光の受光までに要した時間に基づいて検出対象物１２との距離を測定する、ＴＯＦ（Time Of Flight）方式の距離検出装置である。

【0010】

図１に示すように、光源装置１１は、光源１４と投光光学系１５を有している。光源１４は、光源駆動回路１６により電流が送られて発光が制御される。光源駆動回路１６は、光源１４を発光させたときに信号制御回路１７に信号を送信する。投光光学系１５は、光源１４から出射した光を拡げて（発散させて）検出対象物１２に投光させる光学系である。

【0011】

光源装置１１から投光されて検出対象物１２で反射された反射光は、集光作用を持つ受光光学系１８を通して受光素子１３に導光される。受光素子１３は光電変換素子からなり、受光素子１３で受光した光が光電変換され、電気信号として信号制御回路１７に送られる。信号制御回路１７は、投光（光源駆動回路１６からの発光信号入力）と受光（受光素子１３からの受光信号入力）の時間差に基づいて、検出対象物１２までの距離を計算する。従って、測距装置１０では、受光素子１３が、光源装置１１から発せられて検出対象物１２で反射された光を検出する検出部として機能する。また、信号制御回路１７が、受光素子１３（検出部）からの信号に基づき、検出対象物１２との距離に関する情報を取得する計算部として機能する。

【0012】

図２（Ａ）及び図３（Ａ）に光源装置１１の構成を示した。先に説明した光源１４（図１）として面発光レーザ２０を備え、面発光レーザ２０は、発光面Ｐ１上に所定の位置関係で配置された複数の面発光レーザ素子２１を備えている。本発明における光源の一例が面発光レーザ２０であり、本発明における発光部の一例が面発光レーザ素子２１である。本実施形態の面発光レーザ素子２１は、基板に対して垂直方向に発光する垂直共振器面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：以下、ＶＣＳＥＬとする）である。

【0013】

個々の面発光レーザ素子２１に対応する面発光レーザ２０の部分的な断面構造を図５に示す。基板２２上に、下部多層膜反射鏡２４Ｄ、下部スペーサ層２５Ｄ、活性層２６、上部スペーサ層２５Ｕ、上部多層膜反射鏡２４Ｕ、コンタクト層２３が積層して設けられている。上部多層膜反射鏡２４Ｕ中に電流狭窄層２７が形成されている。電流狭窄層２７は、電流通過領域２７ａと、電流通過領域２７ａを取り囲む電流通過抑制領域２７ｂによって構成されている。基板２２の下部に下部電極２８Ｄが配され、最上部に上部電極２８Ｕが配されている。上部電極２８Ｕの内方は絶縁体２９で絶縁されている。上部電極２８Ｕは、コンタクト層２３の周縁部に接触し、コンタクト層２３の中央部は開放されている。

【0014】

各電極２８Ｕ、２８Ｄから活性層２６へ電流を印加すると、積層構造の上部多層膜反射鏡２４Ｕと下部多層膜反射鏡２４Ｄで増幅されて、レーザ光が発振する。印加電流量の大きさに応じて、レーザ光の発光強度が変化する。電流狭窄層２７は、活性層２６への印加電流量の効率を高めて発振閾値を下げるものである。電流狭窄層２７の電流通過領域２７ａが大きく（広く）なるにつれて、印加できる最大電流量が増加して、発振可能なレーザ光の最大出力が増加するが、その反面、発振閾値が上がるという特性がある。

【0015】

ＶＣＳＥＬは、端面発光レーザに比べて、発光素子の二次元化が容易であり、発光素子を高密度で配置した多点ビーム化が可能という特徴がある。また、ＶＣＳＥＬは、複数の発光素子のレイアウトの自由度が高く、電極の配置などの構造上の制約を除いて、基板上の任意の位置に発光素子を配置することができる。

【0016】

図２（Ａ）及び図３（Ａ）に示すように、投光光学系１５は、集光光学素子である集光レンズ３０と、拡大光学素子である投光レンズ３１を有する。集光レンズ３０は、正のパワーを持つレンズであり、面発光レーザ２０の各面発光レーザ素子２１から発した光の発散角を抑制して、各面発光レーザ素子２１の共役像を形成することができる。投光レンズ３１は、負のパワーを持つレンズであり、集光レンズ３０を透過した光の照射角度を拡大させて出射し、面発光レーザ２０の発光面Ｐ１よりも広範囲の照射領域に投光する。投光レンズ３１のレンズ面の曲率によって、照射領域の範囲や共役像の拡大の程度が決まる。

【0017】

なお、本発明における投光光学系の構成は、図２（Ａ）及び図３（Ａ）に示す一例に限定されるものではない。投光光学系１５を構成する集光光学素子は、光源（面発光レーザ２０）からの光の発散角を抑えるものであればよく、レンズ以外に、回折格子などを用いることもできる。また、集光光学素子にレンズを用いる場合、複数の面発光レーザ素子２１からの光を透過可能な共用のレンズであってもよいし、個々の面発光レーザ素子２１に対応する複数のレンズを備えるマイクロレンズアレイであってもよい。投光光学系１５における投光光学素子は、光を拡げるものであればよく、両凹レンズや負のメニスカスレンズ、あるいは拡散板など、任意のものを用いることができる。集光光学素子と投光光学素子のいずれにおいても、レンズを用いる場合は、光軸方向に並ぶレンズ枚数は、単一（単レンズ）であってもよいし、複数枚のレンズからなるレンズ群を用いてもよい。

【0018】

図２（Ａ）は、集光レンズ３０の焦点距離と、面発光レーザ２０の発光面Ｐ１から集光レンズ３０までの距離とが等しい状態の光源装置１１を示している。この状態を、光源装置１１における投光光学系１５の基準状態とする。投光光学系１５の基準状態では、面発光レーザ２０のそれぞれの面発光レーザ素子２１からの光が集光レンズ３０によってコリメートされ、集光レンズ３０の透過後は光路上のどの位置においても各面発光レーザ素子２１の共役像が形成される。つまり、発光面Ｐ１と照射面Ｐ２は共役の関係に近くなる。なお、照射面Ｐ２は、光学的な状態を理解しやすくするために設定した仮想の平面であり、実際の検出対象物１２は、平面に限らず様々な形状である。

【0019】

投光光学系１５の基準状態での、照射面Ｐ２上の照射領域を図２（Ｂ）に示した。面発光レーザ２０において、複数の面発光レーザ素子２１の間にはそれぞれ隙間があるので、各面発光レーザ素子２１の共役像が形成される基準状態では、照射面Ｐ２上に離散的な（互いの間に隙間がある）照射領域Ｅ１が現れる。より詳しくは、照射領域Ｅ１は照射面Ｐ２上で光が照射されている領域であり、面発光レーザ２０の複数の面発光レーザ素子２１の配置に対応する位置関係で、複数の照射領域Ｅ１が存在する。個々の照射領域Ｅ１の間には、照射領域Ｅ１に比して照度が低い（光が照射されていない）非照射領域Ｅ２が存在する。非照射領域Ｅ２は、面発光レーザ２０における複数の面発光レーザ素子２１の間の隙間部分に対応する領域である。つまり、投光光学系１５の基準状態では、照射面Ｐ２で離散的に照度が強くなり、照度の均一性が得られない。

【0020】

図３（Ａ）は、投光光学系１５の基準状態（図２（Ａ））から、集光レンズ３０を光軸方向で僅かに物体側（発光面Ｐ１に近づく側）にずらした状態を示している。この状態を、光源装置１１における投光光学系１５の照射領域調整状態とする。照射領域調整状態では、集光レンズ３０をずらすことによって、各面発光レーザ素子２１からの光が完全にはコリメートされずに発散し、上記の基準状態に比べて、各面発光レーザ素子２１の像が拡がりを持つようになる。その結果、図３（Ｂ）に示すように、照射面Ｐ２上で、複数の面発光レーザ素子２１間の隙間に対応する領域を埋めるように光が照射された全面照射領域Ｅ３が得られる。

【0021】

基準状態から集光レンズ３０をどの程度ずらすと照射領域調整状態になるかは、投光光学系１５や面発光レーザ２０のスペックや各種条件によって異なる。本実施形態の構成では、基準状態における面発光レーザ２０の発光面Ｐ１から集光レンズ３０までの距離（集光レンズ３０の焦点距離に相当する）に対して、１５％から２４％の範囲で物体側（発光面Ｐ１に近づく側）に集光レンズ３０をずらすことによって、広角かつ均一な照度の全面照射領域Ｅ３を得ることができた。集光レンズ３０をすらす量が上記範囲の下限（１５％）を下回ると、各面発光レーザ素子２１に対応する照射面Ｐ２上の照射領域が狭まって、図２（Ｂ）のような非照射領域Ｅ２が現れてしまう。集光レンズ３０をすらす量が上記範囲の上限（２４％）を上回ると、投光レンズ３１への光の入射角度が大きくなり過ぎて、照射面Ｐ２での照射領域における収差の影響が大きくなり、照度の均一性が損なわれるおそれがある。

【0022】

投光光学系１５において、集光レンズ３０の光軸方向位置をすらすという上記の方法の他に、投光レンズ３１のレンズ面の曲率を変更するという方法でも、非照射領域Ｅ２を発生させない投光を実現することができる。より詳しくは、投光レンズ３１に各面発光レーザ素子２１の共役像を入射させ、投光レンズ３１自身のレンズ面の曲率設定によって各面発光レーザ素子２１の像を拡げるという設定にする。その上で、非照射領域Ｅ２を含まない適切な照射範囲（全面照射領域Ｅ３）が得られる投光レンズ３１を選択する。この方法は、面発光レーザ２０と集光レンズ３０の組み合わせ及び配置を変更せずに、目的とする照射範囲に応じて投光レンズ３１のみを換装するという運用が可能であり、設定や調整にかかる作業負担を軽減できる。

【0023】

また、投光光学系１５による照射領域の調整として、集光レンズ３０の光軸方向位置をずらす方法と、投光レンズ３１のレンズ面の曲率を変更（投光レンズ３１を換装）する方法を併用することも可能である。

【0024】

図１の測距装置１０において、受光素子１３（図１）の形状及び配置は、光源装置１１から投射される光の照射領域と対応する関係にある。これにより、面発光レーザ２０の各面発光レーザ素子２１から発した光と、検出対象物１２で反射して受光素子１３で受光される光との相関関係が維持され、各面発光レーザ素子２１に対応する照射領域ごとに正確な検出（測距）を行うことができる。

【0025】

図３（Ｂ）のような全面照射領域Ｅ３を得るために、光源装置１１を構成する投光光学系１５の位置を、面発光レーザ２０の位置に対して設計値の通りに適切に配置する必要がある。例えば、投光光学系１５を構成する集光レンズ３０の位置が設計値に対して光軸方向にずれると、図２（Ｂ）のように、照射面Ｐ２上に各面発光レーザ素子２１の共役像が形成されて、照射面Ｐ２での非照射領域Ｅ２が増加してしまうおそれがある。投光光学系１５を構成する投光レンズ３１についても、設計値通りに配置する必要がある。

【0026】

また、投光光学系１５と面発光レーザ２０との間で、光軸に垂直な方向への位置がずれると、光源装置１１からの出射光の出射角度がずれる。受光光学系１８（図１）の画角に対して、光源装置１１からの出射光の出射角度のずれが大きくなると、受光光学系１８を通して反射光が受光されなくなる非照射範囲が増加し、結果として、測距装置１０で測距できる範囲が狭まってしまう。

【0027】

このような状態になることを防いで設計通りの性能を得るべく、光学的要素の位置を調整する調整機構を備えた形態の光源装置１１を図４に示す。図４に示す光源装置１１は、集光レンズ３０を位置調整可能に支持する第１の位置調整部８０と、投光レンズ３１を位置調整可能に支持する第２の位置調整部８１と、投光光学系１５に対して面発光レーザ２０を位置調整可能に支持する第３の位置調整部８２と、を備えている。

【0028】

第１の位置調整部８０について説明する。集光レンズ３０はレンズホルダ８３の内側に保持され、レンズホルダ８３は集光レンズ鏡筒８４の内側に配置される。レンズホルダ８３は、可動部８５を介して、集光レンズ鏡筒８４に対して光軸方向へ移動可能に支持されている。可動部８５は、集光レンズ鏡筒８４の内周面に形成した雌ネジ（ヘリコイド）を有し、雌ネジに対してレンズホルダ８３の外周部分の雄ネジを螺合させた構成である。レンズホルダ８３は、可動部８５の雌ネジに沿って、集光レンズ３０の光軸を中心として回転しながら、光軸方向に移動して位置を調整可能である。図４に示した可動部８５の光軸方向の形成範囲（集光レンズ鏡筒８４に雌ネジが形成された範囲）が、集光レンズ３０の可動範囲となる。

【0029】

第２の位置調整部８１について説明する。投光レンズ３１はレンズホルダ８６の内側に保持され、レンズホルダ８６は投光レンズ鏡筒８７の内側に配置される。投光レンズ鏡筒８７は集光レンズ鏡筒８４の外側に取り付けられ、集光レンズ鏡筒８４の中心軸と投光レンズ鏡筒８７の中心軸が同軸上に位置している。レンズホルダ８６は、可動部８８を介して、投光レンズ鏡筒８７に対して光軸方向へ移動可能に支持されている。可動部８８は、投光レンズ鏡筒８７の内周面に形成した雌ネジ（ヘリコイド）を有し、雌ネジに対してレンズホルダ８６の外周部分の雄ネジを螺合させた構成である。レンズホルダ８６は、可動部８８の雌ネジに沿って、投光レンズ３１の光軸を中心として回転しながら、光軸方向に移動して位置を調整可能である。図４に示した可動部８８の光軸方向の形成範囲（投光レンズ鏡筒８７に雌ネジが形成された範囲）が、投光レンズ３１の可動範囲となる。

【0030】

なお、第１の位置調整部８０や第２の位置調整部８１は、レンズホルダ８３の位置を精密に管理できるものであれば良く、上述の可動部８５や可動部８５のようなネジ機構には限定されない。変形例として、集光レンズ鏡筒８４の周面や投光レンズ鏡筒８７の周面に、雌ネジではなくカム（カム溝）を形成し、レンズホルダ８３やレンズホルダ８６にカムフォロアを設け、カムフォロアがカムに案内されることで、レンズホルダ８３やレンズホルダ８６が光軸方向に移動する構成であってもよい。あるいは、光軸方向に延びるガイド部（ガイド軸、ガイド溝など）に対してレンズホルダ８３やレンズホルダ８６を可動に支持し、光軸方向に延びる送りネジに対してレンズホルダ８３やレンズホルダ８６を螺合させ、送りネジの回転によって、レンズホルダ８３やレンズホルダ８６がガイド部に案内されて光軸方向に移動する構成であってもよい。レンズホルダ８３やレンズホルダ８６を光軸方向へ移動させる駆動力は、手動によって付与されてもよいし、モータなどの駆動手段によって付与してもよい。

【0031】

集光レンズ３０や投光レンズ３１の位置が設計値からずれた場合に、第１の位置調整部８０や第２の位置調整部８１を用いた位置調整を行うことで、照射面Ｐ２において非照射領域の無い全面照射領域Ｅ３（図３（Ｂ））での照明を容易に実現することができる。

【0032】

第３の位置調整部８２について説明する。面発光レーザ２０は電子回路基板９０上に支持されている。電子回路基板９０には、光源駆動回路１６（図１）など、面発光レーザ２０の駆動に必要な要素が搭載されている。集光レンズ鏡筒８４に対して電子回路基板９０は、調整機構９１を介して、光軸に垂直な少なくとも異なる２つの方向へ移動可能に支持されている。集光レンズ鏡筒８４に対して電子回路基板９０を移動させることにより、光軸に垂直な平面上での（すなわち、図２（Ａ）や図３（Ａ）に示す発光面Ｐ１に沿う）、面発光レーザ２０の位置が変化する。調整機構９１は、面発光レーザ２０が位置する中央部分が開口しており、個々の面発光レーザ素子２１から発する光を遮らない。

【0033】

第３の位置調整部８２における調整機構９１の構成は、適宜選択可能である。一例として、調整機構９１を２段階の移動ステージで構成する。そして、調整機構９１における１段目の移動ステージと２段目の移動ステージを、光軸に垂直な第１の方向に延びる第１のガイド部（ガイド軸、ガイド溝など）に沿って相対的に移動可能に組み合わせる。１段目の移動ステージを電子回路基板９０に固定する。２段目の移動ステージを、集光レンズ鏡筒８４に対して、光軸に垂直な第２の方向（第１の方向とは異なる方向）に延びる第２のガイド部（ガイド軸、ガイド溝など）に沿って移動可能に支持する。このような構成により、電子回路基板９０と集光レンズ鏡筒８４（及び投光レンズ鏡筒８７）との位置関係を、光軸に垂直な任意の方向に変化させることができる。調整機構９１を構成する各移動ステージなどを光軸に垂直な方向へ移動させる駆動力は、手動によって付与されてもよいし、モータなどの駆動手段によって付与してもよい。

【0034】

第３の位置調整部８２の異なる例として、電子回路基板９０に固定されて集光レンズ鏡筒８４の内部に挿入される挿入部を設ける。集光レンズ鏡筒８４には、周方向に位置を異ならせて、内径方向への突出量を変更可能な３つ以上の支持部を設ける。これらの支持部によって挿入部を支持することで、電子回路基板９０の位置が定まる。そして、集光レンズ鏡筒８４の内径方向への各支持部の相対的な突出量を変更することで、光軸に垂直な方向での集光レンズ鏡筒８４に対する電子回路基板９０の位置を調整することができる。

【0035】

集光レンズ鏡筒８４と投光レンズ鏡筒８７は、それぞれが支持する集光レンズ３０の光軸と投光レンズ３１の光軸を一致させるように構成されている。そして、第３の位置調整部８２を用いて、集光レンズ鏡筒８４及び投光レンズ鏡筒８７に対して、面発光レーザ２０及び電子回路基板９０の位置を調整することによって、集光レンズ３０及び投光レンズ３１の光軸に対する面発光レーザ２０の中心合わせを行うことができる。これにより、光源装置１１からの出射光の出射角度のずれを防止し、受光光学系１８での受光画角に対する光源装置１１からの非照射範囲を低減して、測距装置１０による測距精度を向上させることができる。

【0036】

以上のように、第１の位置調整部８０、第２の位置調整部８１及び第３の位置調整部８２を用いて、面発光レーザ２０、集光レンズ３０、投光レンズ３１のそれぞれの位置関係を調整することにより、設計値に対する光源装置１１の各部分の実装ずれや、ユーザーの使用に伴って経時的に生じた光源装置１１の各部分の位置ずれを、容易に補正することができる。

【0037】

なお、図４の光源装置１１では、第１の位置調整部８０と第２の位置調整部８１が光軸方向の位置調整を行い、第３の位置調整部８２が光軸に垂直な方向の位置調整を行うが、各調整部における調整の方向は図４の形態に限定されない。例えば、第１の位置調整部８０や第２の位置調整部８１に、光軸に垂直な方向への集光レンズ３０や投光レンズ３１の位置調整を行う手段を設けてもよい。あるいは、第３の位置調整部８２に、光軸方向への面発光レーザ２０及び電子回路基板９０の位置調整を行う手段を設けてもよい。また、第１の位置調整部８０と第２の位置調整部８１と第３の位置調整部８２を全て設けるのではなく、いずれかの位置調整部だけを選択して搭載してもよい。

【0038】

ところで、面発光レーザ２０の各面発光レーザ素子２１からの光を投光光学系１５によって広角に拡げると、歪曲収差の影響によって照射面Ｐ２での像が歪む。すなわち、像の拡大率が照射領域によって異なる。すると、上記のように全面照射領域Ｅ３で投光した場合であっても、像面の歪みを起因とする照度のムラ（照射面Ｐ２上での領域の違いによる照度のばらつき）が発生する。この照度のムラは、光を拡げて照射する投光光学系１５自体の収差に起因するものであり、図２（Ａ）の基準状態と、図３（Ａ）の照射領域調整状態のいずれにおいても生じる可能性がある。

【0039】

歪曲収差には、像の中央部が収縮して周辺部が引き伸ばされる糸巻き型の歪曲収差と、像の中央部が膨らみ周辺部が収縮する樽型の歪曲収差がある。糸巻き型の歪曲収差では、面発光レーザ２０の発光面Ｐ１において周辺部に配置された面発光レーザ素子２１ほど、照射面Ｐ２上での像の歪みが大きくなり（引き伸ばされ）、単位面積あたりの照度（光量）が低下する。樽型の歪曲収差では、面発光レーザ２０の発光面Ｐ１において中央部に配置された面発光レーザ素子２１ほど、照射面Ｐ２上での像の歪みが大きくなり（引き伸ばされ）、単位面積あたりの照度（光量）が低下する。

【0040】

本実施形態の光源装置１１では、面発光レーザ２０での設定によって、投光光学系１５の収差を起因とする照射面Ｐ２上での照度のばらつきを防ぐ。すなわち、面発光レーザ２０において、投光光学系１５の拡大率が相対的に大きい照射領域に対応する発光領域の単位面積あたりの発光光量を、投光光学系１５の拡大率が相対的に小さい照射領域に対応する発光領域の単位面積あたりの発光光量よりも大きくさせる。このような照度の均一化の手段として、複数の面発光レーザ素子２１の間隔を変更する第１の形態と、複数の面発光レーザ素子２１の発光量を異ならせる第２の形態がある。

【0041】

複数の面発光レーザ素子２１の間隔を変更して行う照度均一化の第１形態について説明する。この設定例は、面発光レーザ２０からの光を投光光学系１５によって広角に拡げて投光した結果、照射面Ｐ２上での像に糸巻き型の歪曲収差が発生する場合に対応したものである。

【0042】

面発光レーザ２０で隣り合う面発光レーザ素子２１を全て等間隔に配置した場合の照射面Ｐ２での照度分布を、図６に照度分布Ｔｖ１として示した。図６のグラフの横軸は、水平方向の角度を表し、縦軸は、照射面Ｐ２上での照度比（最も照度が高い箇所を１００％とする）を表している。

【0043】

面発光レーザ素子２１の均等配置時の照度分布Ｔｖ１は、投光光学系１５の歪曲収差の影響によって、照明範囲の中央部での強度が最も強く、周辺部に進むにつれて強度が低下する山形になっている。この照度分布Ｔｖ１では、最も照度が強いピーク値の８０％の照度に相当する水平方向の角度幅が１０６°であった。

【0044】

ここで、図７に示すように、面発光レーザ２０で発光面Ｐ１の中央部よりも周辺部ほど、隣り合う面発光レーザ素子２１の間隔を狭める粗密配置（非均一な間隔設定）にする。これにより、照射面Ｐ２上で像が引き伸ばされる程度（拡大率）が大きくなる周辺部ほど、対応する発光面Ｐ１側では、単位面積あたりの面発光レーザ素子２１の数が多くなる（配置密度が高くなる）ように配置されるので、面発光レーザ素子２１を等間隔で配置した場合と比較して、照射面Ｐ２上での照度の均一性が向上する。

【0045】

一例として、本実施形態では、以下のように複数の面発光レーザ素子２１を配置した。面発光レーザ２０は、水平方向及び垂直方向の寸法がいずれも１.４４ｍｍの正方形である発光面Ｐ１内に、水平、垂直の各１列につき２１個ずつ、合計４１１個の面発光レーザ素子２１を備えている。水平方向と垂直方向の両方の中央に位置する中央の面発光レーザ素子２１Ｑ（図７参照）を挟んで、水平方向と垂直方向のいずれにも片側に１０個ずつ面発光レーザ素子２１がある。

【0046】

中央の面発光レーザ素子２１Ｑから見て、１つ隣に配置されている面発光レーザ素子２１までの距離をａ１、２番目に配置されている面発光レーザ素子２１までの距離をａ２、ｎ番目に配置されている面発光レーザ素子２１までの距離をａｎ（ｎ=１，２，…ｍ）とする。水平方向、垂直方向のそれぞれの列に配置できる面発光レーザ素子２１の最大数をＮ=２ｍ+１（ｍ≧１）、面発光レーザ素子２１を配置可能な最大距離をｂ（ａｍ=ｂ）とすると、距離ａｎは以下の関係を満たす。
ａｎ=ｂ－α（Ｎ－１／２－ｎ）^β

【0047】

本実施形態では、Ｎ＝２１、ｂ＝０.７ｍｍであり、ｎ＝１０のときにａｎ＝０．７ｍｍとなる。この条件で、照射面Ｐ２における照度が均一になるような定数α、βの値を求めると、水平方向と垂直方向のいずれでも、α＝０.０５、β＝１.１５になった。そして、水平方向と垂直方向のいずれでも、発光面Ｐ１の最も外側に位置する面発光レーザ素子２１とその１つ内側の面発光レーザ素子２１との間隔が４９.６μｍで最小値となり、中央部に進むにつれて隣り合う面発光レーザ素子２１の間隔が徐々に増加し、中央の面発光レーザ素子２１Ｑとその１つ外側の面発光レーザ素子２１との間隔（ａ１）が８０μｍで最大値となる。

【0048】

以上の条件を満たすように複数の面発光レーザ素子２１を粗密配置した場合の照射面Ｐ２上での照度分布を、図６に照度分布Ｔｗ１として示した。この照度分布Ｔｗ１では、面発光レーザ素子２１を均等配置した場合の照度分布Ｔｖ１と比較して、周辺部での強度低下が改善され、中央部から周辺部にかけて概ね均一な照度が得られている。この粗密配置の場合の照度分布Ｔｗでは、最も照度が強いピーク値の８０％の照度に相当する水平方向の角度幅が１４３°であった。図６では水平方向の照度分布Ｔｗを示しているが、面発光レーザ素子２１の粗密配置の結果、垂直方向についても水平方向と同様に、周辺部の強度低下を改善した結果が得られた。なお、以上に述べた面発光レーザ素子２１の粗密配置の条件や数値は、本実施形態における一例であり、光源や光学系の構成や形態などによって適切な粗密配置の条件や数値は異なる。

【0049】

面発光レーザ素子２１の粗密配置の適正値は、投光光学系１５と面発光レーザ２０などのスペックに応じて、設計段階で計算及び設定することができる。すなわち、投光光学系１５での収差は光学設計時に分かるため、この収差の影響によって生じ得る照射領域での照度のばらつきも計算が可能である。そして、面発光レーザ２０の発光面Ｐ１のうち、照射面Ｐ２で投射される像が相対的に大きく引き伸ばされる照射領域（単位面積あたりの照度が低くなる照射領域）に対応する領域ほど、発光面Ｐ１側での面発光レーザ素子２１の配置密度を高くする（隣り合う面発光レーザ素子２１の間隔を狭くする）ことで単位面積あたりの発光光量が大きくなり、均一に近づけた照度分布を得ることができる。投光光学系１５の光学設計に基づいて、面発光レーザ素子２１の粗密配置の計算と設計をコンピュータ上のシミュレーションで行えば、測定や調整の手間などを要さずに、投光光学系１５用に最適化された面発光レーザ２０を生産することができる。

【0050】

面発光レーザ素子２１の粗密配置による照度の均一化は、面発光レーザ２０における面発光レーザ素子２１ごとの発光強度を変更せずに実現できるため、各面発光レーザ素子２１に印加する電流量を変更する制御を行う必要がない。従って、面発光レーザ２０への印加電流を制御する光源駆動回路１６の小型化を実現できる。

【0051】

なお、照射面Ｐ２上の像に樽型の歪曲収差が発生する場合には、糸巻き型の歪曲収差に対応させた図７に示す例とは異なり、面発光レーザ２０で発光面Ｐ１の周辺部よりも中央部で、隣り合う面発光レーザ素子２１の間隔を狭めるような粗密配置にする。

【0052】

本実施形態では、水平方向と垂直方向のそれぞれで、隣り合う面発光レーザ素子２１の間隔を段階的に異ならせるものとしたが、隣り合う面発光レーザ素子２１の間隔が均一の部分と、隣り合う面発光レーザ素子２１の間隔が異なる部分とを含むように構成することも可能である。例えば、発光面Ｐ１の中央から所定の範囲までは面発光レーザ素子２１の間隔を均一にし、発光面Ｐ１の周辺部だけで面発光レーザ素子２１の間隔を異ならせる形態も可能である。あるいは、発光面Ｐ１の周辺から所定の範囲までは面発光レーザ素子２１の間隔を均一にし、発光面Ｐ１の中央部だけで面発光レーザ素子２１の間隔を異ならせる形態も可能である。発光面Ｐ１のどの領域でどの程度の間隔に設定するかは、投光光学系１５の歪曲収差による影響などに応じて、適宜選択すればよい。

【0053】

続いて、面発光レーザ２０の複数の面発光レーザ素子２１の発光量を異ならせて行う照度均一化の第２形態を説明する。この設定例は、面発光レーザ２０からの光を投光光学系１５によって広角に拡げて投光した結果、照射面Ｐ２上での像に糸巻き型の歪曲収差が発生する場合に対応したものである。なお、発光面Ｐ１上で隣り合う面発光レーザ素子２１の間隔は一定としている。

【0054】

面発光レーザ２０で各面発光レーザ素子２１の発光量を同一にした場合の照射面Ｐ２での照度分布を、図８に照度分布Ｔｖ２として示した。図８のグラフの横軸は、水平方向の角度を表し、縦軸は、照射面Ｐ２上での照度比（最も照度が高い箇所を１００％とする）を表している。各面発光レーザ素子２１の印加電流量及び電流狭窄層２７の電流通過領域２７ａの大きさを共通にすることで、各面発光レーザ素子２１の発光量が同じになる。

【0055】

各面発光レーザ素子２１の発光量を同じにした場合の照度分布Ｔｖ２は、投光光学系１５の歪曲収差の影響によって、照明範囲の中央部での強度が最も強く、周辺部に進むにつれて強度が低下する山形になっている。この照度分布Ｔｖ２では、最も照度が強いピーク値の８０％の照度に相当する水平方向の角度幅が５７°であった。

【0056】

本実施形態では、図９に示すように、発光面Ｐ１を水平方向に５つの領域Ｆ１～Ｆ５に分割して、領域ごとに面発光レーザ素子２１の印加電流量を異ならせるように制御する。より詳しくは、発光面Ｐ１の中央部に位置する領域Ｆ１から、周辺部に位置する領域Ｆ４、Ｆ５に進むにつれて段階的に印加電流量を増やすことで、各面発光レーザ素子２１から出射する光の平均出力が、発光面Ｐ１の周辺部ほど高くなるようにしている。これにより、照射面Ｐ２上で像が引き伸ばされる程度が大きくなる周辺部ほど、面発光レーザ２０の対応する発光領域で単位面積あたりの発光光量が大きくなるので、各面発光レーザ素子２１の印加電流量を一定にした場合と比較して、照射面Ｐ２上での照度の均一性が向上する。

【0057】

一例として、各面発光レーザ素子２１の印加電流量を、中央部の領域Ｆ１では１ｗ、領域Ｆ１の一つ外側の領域Ｆ２及び領域Ｆ３では１.０６Ｗ、最も周辺部の領域Ｆ４及びＦ５では１.２９Ｗの平均出力の光を出射する設定とした。この印加電流量の違いに対応して、電流狭窄層２７の電流通過領域２７ａの大きさを、領域Ｆ１で９μｍ、領域Ｆ２及び領域Ｆ３で９.２μｍ、領域Ｆ４及びＦ５で１０μｍに設定した。

【0058】

以上のように領域Ｆ１～Ｆ５ごとの印加電流量を設定した場合の照射面Ｐ２上での照度分布を、図８に照度分布Ｔｗ２として示した。この照度分布Ｔｗ２では、印加電流量が一定である場合の照度分布Ｔｖ２における周辺部での強度低下が改善されており、最も照度が強いピーク値の８０％の照度に相当する水平方向の角度幅が、８５°であった。

【0059】

なお、照射面Ｐ２上の像に樽型の歪曲収差が発生する場合には、糸巻き型の歪曲収差に対応させた上記の例とは異なり、面発光レーザ２０で、周辺側の領域Ｆ４及び領域Ｆ５から中央側の領域Ｆ１に進むにつれて、面発光レーザ素子２１への印加電流量を増加させる。つまり、中央側の領域Ｆ１で単位面積あたりの発光光量が大きく、周辺側の領域Ｆ４及び領域Ｆ５で単位面積あたりの発光光量が小さくなるように設定する。

【0060】

各面発光レーザ素子２１の印加電流量は、光源駆動回路１６による制御で変更できるので、光源装置１１が完成した後で、動的に照度分布の調整を行うことも可能である。

【0061】

なお、上記の方法は、各面発光レーザ素子２１への印加電流量を変えるものであるが、各面発光レーザ素子２１に印加する電流量を一定にした上で、電流狭窄層２７の電流通過領域２７ａの大きさのみを変えることによっても、各面発光レーザ素子２１の発光量を変化させて、照射面Ｐ２上での照度を均一化させる効果を得られる。電流通過領域２７ａの大きさを小さくすると、面発光レーザ素子２１の発振閾値が低くなるため、電流通過領域２７ａの大きさが相対的に大きい面発光レーザ素子２１と比べて、一定の印加電流量を与えた場合に出射する光の平均出力が大きくなる。従って、発光面Ｐ１のうち、発光光量を大きくさせることが求められる位置にある面発光レーザ素子２１ほど、電流通過領域２７ａの大きさを小さくさせる。但し、電流通過領域２７ａの大きさは、各面発光レーザ素子２１での電極構造などによって選択可能な範囲が決まっているため、当該範囲内で設定する必要がある。

【0062】

本実施形態では、発光面Ｐ１を水平方向で５つの領域Ｆ１～Ｆ５に分けて、各領域での面発光レーザ素子２１の発光量を異ならせている。この実施形態とは異なり、垂直方向で複数の領域に分けて面発光レーザ素子２１の発光量を管理することや、水平方向と垂直方向の両方で桝目状に区切られた領域ごとに面発光レーザ素子２１の発光量を管理することも可能である。さらに、面発光レーザ素子２１の発光量を異ならせる範囲を、桝目状以外の形状に設定してもよい。また、面発光レーザ素子２１の数が少ない場合などでは、全ての面発光レーザ素子２１の発光量を異ならせるように制御することも可能である。

【0063】

以上で説明した、複数の面発光レーザ素子２１の間隔を変更する（粗密配置にする）第１の方法（図６、図７）と、複数の面発光レーザ素子２１の発光量を異ならせる第２の方法（図８、図９）とを併用して、照射領域での照度の均一化を行うことも可能である。

【0064】

図１０及び図１１は、発光面Ｐ１上での面発光レーザ素子２１の設置範囲の設定により、照射面Ｐ２での照射領域の形を変更させる例を示したものである。この設定例は、面発光レーザ２０からの光を投光光学系１５によって広角に拡げて投光した結果、照射面Ｐ２上での像に糸巻き型の歪曲収差が発生する場合に対応したものである。

【0065】

図１１（Ａ）は、矩形の発光面Ｐ１の全体に面発光レーザ素子２１を配置した場合の、照射面Ｐ２上の照明領域を示したものである。図１１（Ａ）に対応した発光面Ｐ１側の構成の図示は省略するが、図７に示す構成と同様に、各面発光レーザ素子２１の間隔を、発光面Ｐ１の中央部で広く、周辺部で狭くなる粗密配置にしている。

【0066】

図１１（Ａ）において、照度に大きな差が生じる境界を二点鎖線で概念的に示しており、輪郭線Ｋ１が照明領域のおおよその外形になる。この図から分かるように、投光光学系１５の歪曲収差の影響によって、照射面Ｐ２の周辺部、特に四隅付近での照射領域の歪みが大きくなっている。

【0067】

図１０は、面発光レーザ２０における矩形状の発光面Ｐ１のうち、四隅の部分を、面発光レーザ素子２１が配置されない非発光部分Ｈとし、複数の面発光レーザ素子２１によって形成される発光部分が全体として楕円状になるように設定したものである。また、楕円状に設定した発光部分（面発光レーザ素子２１の設置範囲）においては、各面発光レーザ素子２１の間隔を、発光面Ｐ１の中央部で広く、周辺部で狭くなる粗密配置にしている。なお、非発光部分Ｈでは、図５に示すような面発光レーザ素子２１の構造を物理的に設けない構成にしてもよいし、面発光レーザ素子２１としての構造は備えているが制御的に素子を発光させないようにしてもよい。

【0068】

図１１（Ｂ）は、楕円状に面発光レーザ素子２１の設置範囲を設定した場合（図１０）の、照射面Ｐ２上の照度を示したものである。図１１（Ａ）と同様に、照度に大きな差が生じる境界を二点鎖線で概念的に示しており、輪郭線Ｋ２が照明領域のおおよその外形になる。発光面Ｐ１の四隅部分を非発光部分Ｈにしたことにより、図１１（Ａ）のような照射面Ｐ２の四隅部分での照射の大きな歪みが生じず、矩形に近い形状の照射領域（輪郭線Ｋ２）が形成されている。また、歪曲収差により像が大きく引き伸ばされる周辺部に対応する領域を、発光面Ｐ１では非発光部分Ｈにしているので、照射領域の周辺部での照度のばらつきも抑制される。

【0069】

このように、発光面Ｐ１と照射面Ｐ２とは対応関係にあるため、発光面Ｐ１側で面発光レーザ素子２１を設置する範囲設定を変えることで、照射面Ｐ２での照射領域の形を変えることができる。従って、測距装置１０（図１）において、受光素子１３の形状に対応した照射領域を形成するように光源装置１１からの光の照射を行うことで、不要な領域への照射を避けて、光の利用効率を向上させることができる。

【0070】

以上のように、本発明を適用した光源装置１１では、投光光学系１５の収差の影響による照度のばらつきを低減させるように、面発光レーザ２０の発光領域の単位面積あたりの発光光量を、照射領域に応じて適宜異ならせている。これにより、照射対象への広角な投光と、照度の均一性とを両立させた、高品質な光源装置１１が得られる。そして、光源装置１１から照度の均一性に優れた投光を行うことで、光源装置１１を用いる測距装置１０（あるいは測距以外の用途も含む検出装置全般）における検出精度を向上させることができる。

【0071】

以上に説明した光源装置１１を各種電子機器に用いた適用例を、図１２から図１６を参照して説明する。これらの適用例における検出装置５０は、図１に示す測距装置１０のうち信号制御回路１７の部分を、後述するそれぞれの機能ブロックに置き換えたものであり、それ以外の基本構成は測距装置１０と共通している。検出装置５０では、図１に示す受光素子１３が、光源装置１１から発せられて検出対象物１２で反射された光を検出する検出部である。なお、図１２から図１６では、検出装置５０が備える判断部などの機能ブロックを、作図の都合上、検出装置５０の外側に記載している。

【0072】

図１２は、工場などにおける物品検査用に検出装置５０を使用した適用例を示す。検出装置５０の光源装置１１から発した光を、複数の物品５１をカバーする照射領域に投射して、反射した光を検出部（受光素子１３）で受光する。検出部で検出された情報に基づいて、判断部５２が各物品５１の状態などを判断する。具体的には、受光素子１３で光電変換された電気信号に基づいて、画像処理部５３で画像データ（光源装置１１からの光の照射領域の画像情報）を生成し、得られた画像情報に基づいて、判断部５２で各物品５１の状態判断を行う。つまり、検出装置５０における受光光学系１８と受光素子１３は、光源装置１１から光の投射領域を撮像する撮像手段として機能する。撮像した画像情報に基づいて判断部５２が行う物品５１の状態判断には、パターンマッチングなど、周知の画像解析を利用できる。

【0073】

図１２の適用例では、照射領域に均一な照度で投光できる検出装置５０（光源装置１１）を用いることによって、広角に光を照射しても照度のばらつきが抑えられる。その結果、多くの物品５１を同時に精度良く検査することができ、検査の作業効率が向上する。また、ＴＯＦ方式の検出を行う検出装置５０の使用によって、各物品５１の正面側（検出装置５０に対向する側）だけでなく、各物品５１の奥行き方向の情報も取得できる。そのため、既存の撮像装置による外観検査に比べて、物品５１における微細な傷や欠陥、立体形状などを識別しやすく、検査精度の向上を図ることができる。また、検出装置５０の光源装置１１からの光で、検査対象である物品５１を含む照射領域が照明されるため、暗い環境下でも使用が可能である。

【0074】

図１３は、可動機器の動作制御に検出装置５０を使用した適用例を示す。可動機器である多関節アーム５４は、屈曲可能なジョイントで接続された複数のアームを有し、先端にハンド部５５を備えている。多関節アーム５４は、例えば工場の組み立てラインなどで用いられ、対象物５６の検査、搬送、組み付けの際に、ハンド部５５によって対象物５６を把持する。

【0075】

多関節アーム５４におけるハンド部５５の直近に検出装置５０が搭載されている。検出装置５０は、光の投射方向がハンド部５５の向く方向に一致するように設けられており、対象物５６及びその周辺領域を検出対象とする。検出装置５０は、対象物５６を含む照射領域からの反射光を受光素子１３で受光して、画像処理部５７で画像データを生成し（撮像を行い）、得られた画像情報に基づいて、判断部５８が対象物５６に関する各種情報を判断する。具体的には、検出装置５０を用いて検出される情報は、対象物５６までの距離、対象物５６の形状、対象物５６の位置、複数の対象物５６が存在する場合の互いの位置関係などである。そして、判断部５８での判断結果に基づいて、駆動制御部５９が多関節アーム５４及びハンド部５５の動作を制御して、対象物５６の把持や移動などを行わせる。

【0076】

図１３の適用例では、検出装置５０による対象物５６の検出に関して、上述した図１２の検出装置５０と同様の効果（検出精度の向上）を得ることができる。加えて、多関節アーム５４（特に、ハンド部５５の直近）に検出装置５０を搭載することによって、把持の対象物である対象物５６を近距離から検出することができ、多関節アーム５４から離れた位置に配した撮像装置による遠方からの検出と比較して、検出精度や認識精度の向上を図ることができる。

【0077】

図１４は、電子機器の使用者認証に検出装置５０を使用した適用例を示す。電子機器である携帯情報端末６０は、使用者の認証機能を備えている。認証機能は、専用のハードウェアによって実現してもよいし、携帯情報端末６０を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）がＲＯＭ（Read Only Memory）などのプログラムを実行することにより実現してもよい。

【0078】

使用者の認証を行う際には、携帯情報端末６０に搭載した検出装置５０の光源装置１１から、携帯情報端末６０を使用する使用者６１へ向けて光が投射される。使用者６１及びその周囲で反射された光が検出装置５０の受光素子１３で受光され、画像処理部６２で画像データを生成する（撮像を行う）。検出装置５０により使用者６１を撮像した画像情報と、予め登録された使用者情報との一致度を、判断部６３が判断して、登録済みの使用者であるか否かを判定する。具体的には、使用者６１の顔、耳、頭部などの形状（輪郭や凹凸）を測定して、使用者情報として用いることができる。

【0079】

図１４の適用例では、検出装置５０による使用者６１の検出に関して、上述した図１２の検出装置５０と同様の効果（検出精度の向上）を得ることができる。特に、光源装置１１から均一な照度で広角に光を投射して広い範囲で使用者６１の情報を検出することができるため、検出範囲が狭い場合に比して、使用者を認識するための情報量が多くなり、認識精度の向上を実現できる。

【0080】

図１４は検出装置５０を携帯情報端末６０に搭載した例であるが、検出装置５０を用いた使用者認証を、据え置き式のパーソナルコンピュータ、プリンタなどのＯＡ機器、建物のセキュリティシステムなどに利用することも可能である。また、機能面では、個人の認証機能に限らず、顔などの立体形状のスキャニングに用いることも可能である。この場合も、均一な照度で広角に光を投射できる検出装置５０（光源装置１１）の搭載によって、高精度なスキャニングを実現できる。

【0081】

図１５は、自動車などの移動体における運転支援システムに検出装置５０を使用した適用例を示す。自動車６４は、減速や操舵などの運転動作の一部を自動的に行うことが可能な運転支援機能を備えている。運転支援機能は、専用のハードウェアによって実現してもよいし、自動車６４の電装系を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）がＲＯＭなどのプログラムを実行することにより実現してもよい。

【0082】

自動車６４の車内に搭載した検出装置５０の光源装置１１から、自動車６４を運転する運転者６５へ向けて光が投射される。運転者６５及びその周囲で反射された光が検出装置５０の受光素子１３で受光され、画像処理部６６で画像データを生成する（撮像を行う）。判断部６７が、運転者６５を撮像した画像情報に基づいて、運転者６５の顔（表情）や姿勢などの情報を判断する。そして、判断部６７の判断結果に基づいて、運転制御部６８がブレーキや操舵輪を制御して、運転者６５の状況に応じた適切な運転支援を行う。例えば、脇見運転や居眠り運転を検出したときの自動減速や自動停止などの制御を行うことができる。

【0083】

図１５の適用例では、検出装置５０による運転者６５の状態検出に関して、上述した図１２の検出装置５０と同様の効果（検出精度の向上）を得ることができる。特に、光源装置１１から均一な照度で広角に光を投射して広い範囲で運転者６５の情報を検出することができるため、検出範囲が狭い場合に比して多くの情報量が得られ、運転支援の精度向上を実現できる。

【0084】

図１５は検出装置５０を自動車６４に搭載した例であるが、自動車以外の移動体として、電車や航空機などに適用することも可能である。また、検出の対象として、移動体の運転者や操縦者の顔や姿勢の検出以外に、客席における乗客の状態や、客席以外の車内の状態の検出に用いることも可能である。また、機能面では、図１４の適用例と同様にして、運転者の個人認証に用いることも可能である。例えば、検出装置５０を用いて運転者６５を検出して、予め登録された運転者情報と合致した場合にのみ、エンジンの始動を許可したり、ドアロックの施錠や解錠を許可したりするという制御が可能である。

【0085】

図１６は、移動体における自律走行システムに検出装置５０を使用した適用例を示す。図１５の適用例とは異なり、図１６の適用例では、移動体７０の外部にある対象物のセンシングに検出装置５０を用いている。移動体７０は、外部の状況を認識しながら自動で走行することが可能な自律走行型の移動体である。

【0086】

移動体７０に検出装置５０が搭載されており、検出装置５０は移動体７０の進行方向及びその周辺領域に向けて光を照射する。移動体７０の移動エリアである室内７１において、移動体７０の進行方向に机７２が設置されている。移動体７０に搭載した検出装置５０の光源装置１１から投射された光のうち、机７２及びその周囲で反射された光が検出装置５０の受光素子１３で受光され、光電変換された電気信号が信号処理部７３に送られる。信号処理部７３では、受光素子１３から送られた電気信号などに基づいて、机７２との距離や机７２の位置、机７２以外の周辺状況など、室内７１のレイアウトに関する情報を算出する。この算出された情報に基づいて、移動体７０の移動経路や移動速度などを判断部７４が判断し、判断部７４の判断結果に基づいて、運転制御部７５が移動体７０の走行（駆動源であるモータの動作など）を制御する。

【0087】

図１６の適用例では、検出装置５０による室内７１のレイアウト検出に関して、上述した図１２の検出装置５０と同様の効果（検出精度の向上）を得ることができる。特に、光源装置１１から均一な照度で広角に光を投射して広い範囲で室内７１の情報を検出することができるため、検出範囲が狭い場合に比して多くの情報量が得られ、移動体７０の自律走行の精度向上を実現できる。

【0088】

図１６は、室内７１で走行する自律走行型の移動体７０に検出装置５０を搭載した例であるが、屋外で走行する自律走行型の車両（いわゆる自動運転車両）に適用することもできる。また、自律走行型ではなく、運転者が運転を行う自動車などの移動体における運転支援システムに適用することも可能である。この場合、検出装置５０を用いて移動体の周辺状況を検出して、検出された周辺状況に応じて、運転者の運転を支援することができる。

【0089】

以上、図示実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨内における変更や改良が可能である。

【0090】

上記実施形態では、光源として、複数の面発光レーザ素子２１を水平方向及び垂直方向に並べて、全体として面発光する形態の面発光レーザ２０を用いているが、水平方向や垂直方向など、特定の方向にのみ発光領域が並ぶライン状の光源を用いることも可能である。

【0091】

光源として、上記実施形態のＶＣＳＥＬ以外に、端面発光レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）などを用いることも可能である。上記のようにＶＣＳＥＬは、発光領域の二次元化の容易さや、複数の発光領域の配置の自由度の高さといった点で有利であるが、ＶＣＳＥＬ以外の光源を用いた場合でも、各発光素子の配置や発光量を適宜設定することによって、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

【符号の説明】

【0092】

１０ ：測距装置
１１ ：光源装置
１３ ：受光素子（検出部）
１４ ：光源
１５ ：投光光学系
１６ ：光源駆動回路
１７ ：信号制御回路（計算部）
１８ ：受光光学系
２０ ：面発光レーザ（光源）
２１ ：面発光レーザ素子（発光部）
２７ ：電流狭窄層
３０ ：集光レンズ（集光光学要素）
３１ ：投光レンズ（拡大光学要素）
５０ ：検出装置
５４ ：多関節アーム（電子機器）
６０ ：携帯情報端末（電子機器）
６４ ：自動車（電子機器）
７０ ：移動体（電子機器）
８０ ：第１の位置調整部
８１ ：第２の位置調整部
８２ ：第３の位置調整部
Ｅ１ ：照射領域
Ｅ２ ：非照射領域
Ｅ３ ：全面照射領域
Ｈ ：非発光部分
Ｐ１ ：発光面
Ｐ２ ：照射面

【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】

【図14】

【図15】

【図16】