特許 7599308 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】2024-12-05

(45)【発行日】2024-12-13

(54)【発明の名称】測距装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20241206BHJP

   G02B 26/10 20060101ALI20241206BHJP

【ＦＩ】

G01S7/481 A

G02B26/10 104Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020182319

(22)【出願日】2020-10-30

(65)【公開番号】P2022072722

(43)【公開日】2022-05-17

【審査請求日】2023-09-21

(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

(73)【特許権者】

【識別番号】520001073

【氏名又は名称】パイオニアスマートセンシングイノベーションズ株式会社

(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】白戸 琢也

(72)【発明者】

【氏名】柳澤 琢麿

【審査官】▲高▼場 正光

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０９８１９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３１３５１９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／１１６０７８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－１７０９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１６３２１０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－０３２１４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／４８ － Ｇ０１Ｓ ７／５１

Ｇ０１Ｓ １７／００ － Ｇ０１Ｓ １７／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つの平行なレーザ光軸に沿ってレーザ光を出力する照射部と、
前記レーザ光軸を含む平面の面内方向である走査方向に前記レーザ光を走査する走査部と、
前記レーザ光で走査される対象物から反射した一部の反射光を受光する光検出素子と、
を含み、
前記光検出素子は、各々がその端部で近接し、前記走査方向に垂直な垂直方向において該端部から互いに反対方向に伸長し、前記反射光を受光し、且つ互いに隣り合う２つの受光ラインセンサを含み、
前記照射部は、
前記レーザ光軸に平行な隣り合う２つのレンズ光軸を有し該レンズ光軸にそれぞれ交差する２つの屈折面を含む入射部及び出射部を備えるレンズ素子と、
前記屈折面に前記レーザ光を供給し、且つ、前記レンズ光軸の間の互いに近づく位置又は前記レンズ光軸から互いに遠ざかる位置に偏芯し、且つ、前記レンズ光軸を含む平面から互いに反対方向に偏芯して、配置される各々が有効発光領域を有する２つのレーザ素子を含む光源と、を含み、
前記有効発光領域の各々の端が、前記レンズ光軸を含む平面上に揃い、且つ、前記有効発光領域が前記端から互いに反対方向に伸長し、
前記レーザ素子は、前記有効発光領域の各々から出た光の瞬間照射野と前記受光ラインセンサの瞬間視野とが相似形となる位置関係になるように配置され、
前記２つのレーザ素子は、前記レンズ光軸を含む平面において前記レンズ光軸からの前記有効発光領域の前記偏芯が調整可能に構成されていて、
前記各々の有効発光領域が前記レンズ素子によって形作る２つの走査領域の垂直方向の連続性を保ったまま調整される、ことを特徴とする測距装置。

【請求項2】

前記レンズ素子は、前記屈折面が前記レンズ光軸について回転対称の曲面を含むコリメートレンズであることを特徴とする請求項１に記載の測距装置。

【請求項3】

前記レンズ素子は、前記出射部と前記入射部とで互いに直交する円筒軸を有するシリンドリカルレンズ面を有するように構成された透光性の光学素子であることを特徴とする請求項１に記載の測距装置。

【請求項4】

前記レンズ素子は、前記屈折面の間で前記レーザ光軸を含む平面に垂直方向に分割されていることを特徴とする請求項３に記載の測距装置。

【請求項5】

前記レンズ素子は、前記レンズ光軸に直交して前記出射部側と前記入射部側に分割された部分シリンドリカルレンズを有することを特徴とする請求項３又は４に記載の測距装置。

【請求項6】

前記２つのレーザ素子の対が前記シリンドリカルレンズ面に沿って複数対、設けられていることを特徴とする請求項３乃至５の何れか１つに記載の測距装置。

【請求項7】

前記走査部は、前記レーザ光を前記走査方向に走査する偏向素子を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１つに記載の測距装置。

【請求項8】

前記受光ラインセンサ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、を有する請求項７に記載の測距装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測距装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、例えば、特許文献１には、測距装置として、レーザダイオードから光を発して、対象物での反射光をフォトダイオードで受光するまでの時間を算出し、該時間に基づいて対象物までの距離を検出する物体検出装置（特許文献１の段落００３０、参照）が知られている。

【0003】

かかる物体検出装置において、各４個のレーザダイオードを有する２個のレーザダイオードモジュールからのレーザ光を、対応する上下２個の投光レンズにより、上下２つの瞬間照射野（各４×４のアレイ）として平面的に対象物に照射し、その反射光を１６×２個のフォトダイオードに受光させている（特許文献１の段落００５５、参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開2018-077073号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一般に、従来の物体検出装置における投受光装置は、個々のレーザ光を対象物に瞬間的に照射して瞬間照射野（instantaneous Field Of Illumination：以下、ｉＦＯＩともいう）を作る。また、投受光装置は、当該対象物によって反射された光を瞬間的に見ることができる領域である瞬間視野（instantaneous Field Of View：以下ｉＦＯＶともいう）内に入り込んだ光を検出する。投受光装置は、ｉＦＯＩとｉＦＯＶを用いて、当該対象物までの距離を測定している。ｉＦＯＩは、投光レンズによりレーザ光のエミッタ形状が投影される各々の面積範囲として表わされる。ｉＦＯＶは、受光レンズにより受光部の受光面が見込む面積範囲として表わされる。

【0006】

特許文献１では、物体検出装置において、ｉＦＯＩの形状とｉＦＯＶの形状が互いに一致し、かつｉＦＯＩとｉＦＯＶが互いにずれることなく重なるように投受光装置を設計しても、実際には、光学系の光学素子の配置等の種々の要因によってｉＦＯＩの形状が設計上の形状から変形する等の記載はない。

【0007】

近年、測距装置及びそれを用いた撮像装置における投光部及び受光部の構成としては、例えば、投光部が所定の鉛直方向に細長いビーム形状のレーザ光を対象領域に走査させるように投光し、受光部において一列に並べた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ある。しかしながら、ｉＦＯＩの形状とｉＦＯＶの形状が互いに一致し、かつｉＦＯＩとｉＦＯＶが互いにずれることなく重なるように投光部及び受光部を設計ことは難しい。

【0008】

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、複数のレーザ光とそれに対応するセンサを用いる場合にそれぞれのｉＦＯＩとｉＦＯＶを略一致させ得る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】

【0009】

請求項１に記載の発明は、レーザ光を出力する照射部と、
前記レーザ光を走査方向に走査する走査部と、
前記レーザ光で走査される対象物から反射した一部の反射光を受光する光検出素子と、を含み、
前記照射部は、
前記走査方向に垂直な少なくとも２つのレンズ光軸を有し該レンズ光軸にそれぞれ交差する少なくとも２つの屈折面を含む入射部又は出射部を備えるレンズ素子と、
前記２つの屈折面に前記レーザ光を供給し、且つ、前記レンズ光軸の間の互いに近づく位置又は前記レンズ光軸から互いに遠ざかる位置に偏芯し、且つ、前記レンズ光軸を含む平面から互いに反対方向に偏芯して、配置される２つの有効発光領域を有する光源と、を含み、
前記２つの有効発光領域の各々の端が、前記レンズ光軸を含む平面上に揃い、且つ、前記２つの有効発光領域が前記端から互いに反対方向に伸長する
ことを特徴とする測距装置である。

【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構成図である。

【図2】実施例１に係るレーザ素子からのレーザ光の軌跡で形成する走査領域と反射光を受光する受光ラインセンサとの関係を概念的に示す概略斜視図である。

【図3】実施例１に係る測距装置における一対のコリメートレンズとレーザ素子を示す斜視図である。

【図4】実施例１に係る測距装置におけるレーザ素子を示す斜視図である。

【図5】実施例１に係る測距装置における照射軸上から眺めた一対のコリメートレンズの正面模式図である。

【図6】実施例１に係る測距装置における照射軸上から眺めた一対のコリメートレンズを部分的に透視した２つのレーザ素子の正面模式図である。

【図7】実施例１に係る変形例としての測距装置における照射軸上から眺めた一対のコリメートレンズを部分的に透視した２つのレーザ素子の正面模式図である。

【図8】実施例１の測距装置におけるレーザ素子の有効発光領域とコリメートレンズとｉＦＯＩの関係を示す模式的三面図である。

【図9】実施例２に係る測距装置の全体構成を示す構成図である。

【図10】実施例２に係るレーザ素子からのレーザ光の軌跡で形成する走査領域と反射光を受光する受光ラインセンサとの関係を概念的に示す概略斜視図である。

【図11】実施例２に係る測距装置におけるレンズ素子とレーザ素子を示す斜視図である。

【図12】実施例２に係る測距装置における照射軸上から眺めたレンズ素子を部分的に透視した２つのレーザ素子の正面模式図である。

【図13】各々の円筒軸が直交する入射・出射シリンドリカルレンズが発散レーザ光をコリメートする様子を示す概略斜視図である。

【図14】実施例２に係る測距装置におけるレーザ素子の有効発光領域とレンズ素子とｉＦＯＩの関係を示す模式的三面図である。

【図15】実施例２に係る測距装置におけるレンズ素子の変形例を示す斜視図である。

【図16】実施例２に係る測距装置におけるレンズ素子の他の変形例を示す斜視図である。

【図17】実施例３に係る測距装置における二対のレーザ素子とレンズ素子を備えた照射部を示す斜視図である。

【図18】各々の円筒軸が直交する他の入射・出射シリンドリカルレンズが発散レーザ光をコリメートする様子を示す概略斜視図である。

【図19】実施例４に係る測距装置におけるレンズ素子とレーザ素子を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に本発明の実施例のライダ(LiDAR：Light Detection And Ranging)装置等の走査型の測距装置を詳細に説明する。なお、以下の実施例における説明及び添付図面においては、ＸＹＺ直交座標空間において、Ｚ方向を基準の光の照射方向（照射軸Ｚともいう）としてＸ方向を水平方向とＹ方向を鉛直方向として説明する。また、実質的に同一または等価な構成要素には同一の参照符号を付しているので、それら構成要素の重複説明を省略する。

【実施例1】

【0012】

図１は、本実施例に係る測距装置１０の全体構成を示す構成図である。

【0013】

本実施例の測距装置１０は、２本のレーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの水平方向（Ｘ方向）の走査照射を行い、鉛直方向（Ｙ方向）に重なる２つの矩形の走査領域Ｒａ、Ｒｂすなわち被走査面を形成し、走査領域Ｒａ、Ｒｂ内に存在する対象物Ｏｂまでの距離を測定する一軸走査型の測距装置である。なお、本発明は一軸走査型の測距装置に限定されるものではない。

【0014】

本実施例の測距装置１０は、投受光光学系として、レーザ素子１１ａ、１１ｂ及びレンズ素子ＢＳを含む照射部ＳＨと、偏向素子１６を含む走査部ＳＣＮと、偏向素子１６を介して対象物Ｏｂからの反射光の一部を受光する結像光学系１７及び受光ラインセンサ１８ａ、１８ｂを含む受光部ＬＲＶとを有する。さらに、測距装置１０は、かかる投受光光学系を制御する制御部２０有する。

【0015】

本実施例の測距装置１０は、レーザ素子１１ａ、１１ｂからのレーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの各々の対象物Ｏｂへの投光タイミングと対象物Ｏｂからの戻り光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの受光ラインセンサ１８ａ、１８ｂまで受光タイミングとの間の時間差を計測するＴＯＦ（Time of Flight）法に基づき、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。なお、本実施例では２本のレーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの走査照射により、鉛直方向に幅広い領域内を測距する場合について説明する。

【0016】

図２は、光源のレーザ素子１１ａ、１１ｂからのレーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの軌跡で形成する走査領域Ｒａ、Ｒｂと反射光を受光する受光ラインセンサ１８ａ、１８ｂとの関係を概念的に示す概略斜視図である。

【0017】

図２に示すように、本実施例において、レーザ素子１１ａ、１１ｂは、Ｙ方向を長手方向とし、Ｘ方向を短手方向とする長方形断面形状を有するライン状のレーザ光を走査領域Ｒａ、Ｒｂへ出射する。すなわち、照射部ＳＨは走査部ＳＣＮを介して、レーザ素子１１ａ、１１ｂからのレーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを、レンズ素子ＢＳにより走査領域Ｒａ、Ｒｂ内でｉＦＯＩfpａ、fpｂとして照射する。２つのｉＦＯＩfpａ、fpｂに対象物（図示せず）が存在する場合、ｉＦＯＩfpａ、fpｂから対象物によって反射又は散乱された光の一部が戻り光として走査部ＳＣＮを介し受光部ＬＲＶに戻る。

【0018】

受光部ＬＲＶは、ｉＦＯＩfpａ、fpｂからの戻り光をそれぞれ、結像光学系１７によって、Ｙ方向に伸びる受光ラインセンサ１８ａ、１８ｂによるｉＦＯＶｖＦＰａ、ｖＦＰｂ内に入り込ませるように、構成されており、戻り光を受光ラインセンサ１８ａ、１８ｂで検知する。

【0019】

［照射部］
図３は実施例１に係る測距装置の照射部ＳＨにおけるレンズ素子ＢＳのコリメートレンズＢＳ１、ＢＳ２とレーザ素子１１ａ、１１ｂを示す斜視図である。

【0020】

［光源］
図４は実施例１に係る測距装置における１つのレーザ素子を示す斜視図である。

【0021】

測距装置１０の光源としてのレーザ素子１１ａ、１１ｂの各々は、例えば、半導体レーザの端面発光レーザ素子である。レーザ素子１１ａ、１１ｂの各々は、赤外領域にピーク波長を有するレーザ光を生成し、これをパルス状に断続的に出射する。端面発光レーザ素子は、一般的に素子の劈開端面発光部より楕円錐状にレーザ光を放射する。放射レーザ光の断面の強度分布はファーフィールドパターンと呼ばれる。

【0022】

図４に示すレーザ素子１１ａ、１１ｂの各々は、それぞれの発光のファーフィールドパターンffpの垂直方向（Ｙ方向）が水平方向（Ｘ方向）よりも大きくなり、放射方向が共に平行となるように、配置されている。ここで当該素子の強度分布パターンのうち測距装置１０が使う領域を有効発光領域ＥＦＥと称する。各レーザ素子から照射軸Ｚに平行に出射したレーザ光の中心をレーザ光軸Ｅａとも称する。レーザ光軸Ｅａは、有効発光領域ＥＦＥの中心を通過する。有効発光領域ＥＦＥは、Ｙ方向を長手方向とし、Ｘ方向を短手方向とする長方形形状を有する。

【0023】

なお、光源のレーザ素子としては、端面発光レーザ素子の他に、活性層の垂直方向に共振器を作り込んだ垂直共振器面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：VCSEL）すなわち面発光レーザ素子（図示せず）を用いることもできる。当該面発光レーザ素子では、その複数を平面アレイとしたレーザユニットすることができ、発光パターンすなわち有効発光領域ＥＦＥを様々な形状とすることができる。

【0024】

［レンズ素子］
図３に示すように、測距装置１０の照射部ＳＨは、レーザ素子１１ａ、１１ｂから各々に通過するレーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの光ビーム断面形状を変換する透光性のレンズ素子ＢＳである一対のコリメートレンズＢＳ１、ＢＳ２を含んでいる。レンズ素子ＢＳの２つのコリメートレンズＢＳ１、ＢＳ２の各々は、そのレンズ光軸Ｒｓａについて回転対称の曲面を含み、どちらも同じ大きさの曲率の凸曲面（非球面の屈折面であることが好ましい）を有する。

【0025】

コリメートレンズＢＳ１、ＢＳ２は、入射部にレーザ素子１１ａ、１１ｂにそれぞれに対面する凸面の屈折面ＲＦＰ１、ＲＦＰ２（入射レンズ面ＲＦＰ１、ＲＦＰ２ともいう）を有する。これら屈折面ＲＦＰ１、ＲＦＰ２の２つの入射レンズ面は、正のパワーをそれぞれ有している。さらに、レンズ素子ＢＳは、該入射レンズ面ＲＦＰ１、ＲＦＰ２の反対側の出射レンズ面ＲＦＰ３、ＲＦＰ４は、入射レンズ面と同一のレンズ面又は平面を有することができる。

【0026】

コリメートレンズＢＳ１、ＢＳ２の各々は、一対のレーザ素子１１ａ、１１ｂの有効発光領域ＥＦＥからのレーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの長方形断面レーザビームを、図１に示す走査領域Ｒａ、Ｒｂを作る長さＬ及び幅Ｓを有する長方形形状のｉＦＯＩfpａ、fpｂの光ビームへ変換する。

【0027】

コリメートレンズＢＳ１、ＢＳ２は、それらのレンズ光軸Ｒｓａが照射軸Ｚに平行となるように、例えば照射軸Ｚから等距離離れて配置される。２つのレンズ光軸Ｒｓａの中間に平行に照射軸Ｚが位置するようにしてあれば、コリメートレンズＢＳ１、ＢＳ２が別体でも一体でも限定されない。

【0028】

図５は、測距装置における照射軸Ｚ上から眺めた一対のコリメートレンズＢＳ１、ＢＳ２の正面模式図である。図６は、測距装置における照射軸Ｚ上（レーザ素子の出力側）から眺めたコリメートレンズＢＳ１、ＢＳ２を部分的に透視した２つのレーザ素子１１ａ、１１ｂの正面模式図である。図７は、本実施例の変形例としての測距装置における照射軸上から眺めた一対のコリメートレンズを部分的に透視した２つのレーザ素子の正面模式図である。

【0029】

レーザ素子１１ａ、１１ｂは、図６に示すように、照射軸Ｚから両レーザ光軸Ｅａが対称に配置され、更にコリメートレンズＢＳ１、ＢＳ２のレンズ光軸ＲｓａからＸ方向とＹ方向に平行に変位（Ｄ，Ｄｙ）されて、レンズ光軸Ｒｓａの間で距離Ｄだけ互いに近づく位置に偏芯して配置される。なお、レーザ素子１１ａ、１１ｂの両者の距離Ｄ（Ｘ方向）は同一でも異なっていてもよいが、距離Ｄｙ（Ｙ方向）は同一である。

【0030】

なお、図７に示すように、レーザ素子１１ａ、１１ｂとコリメートレンズＢＳ１、ＢＳ２の配置の変形例として、レーザ素子１１ａ、１１ｂが、コリメートレンズＢＳ１、ＢＳ２のレンズ光軸ＲｓａからＸ方向とＹ方向に平行に変位（Ｄ，Ｄｙ）されて、レンズ光軸Ｒｓａから距離Ｄだけ互いに遠ざかる位置に偏芯して配置されてもよい。

【0031】

［走査部］
図１に示すように、測距装置１０は、走査部ＳＣＮとして、レーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを方向可変に偏向して投光する一軸走査の偏向素子１６を有する。すなわち、偏向素子１６は、レーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂをＸ方向に沿って可変に偏向する。よって、測距装置１０は、Ｙ方向に延びるライン状のレーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの出射方向をＸ方向に沿って変化・走査させることでそれぞれ走査領域Ｒａ、Ｒｂを画定する。

【0032】

偏向素子１６は、例えば、回動軸ａＹ（Ｙ方向）の周りに回動し、レーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを反射させる少なくとも１つのガルバノミラーやポリゴンミラー等の回転ミラー１６Ａを有する。なお、偏向素子１６は、回転ミラーの他に例えば、１軸回動式のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーであってもよい。

【0033】

レーザ素子１１ａ、１１ｂは、回転ミラー１６Ａの回動軸ａＹの軸方向に沿って延びる長方形形状の断面形状（レーザ素子の長方形形状の有効発光領域）を有するレーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを出射する。偏向素子１６は、レーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの偏向方向を周期的に変化させる。偏向素子１６は、レーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの進行方向を屈曲させつつ出射し、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レーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは、走査光としてそれぞれ２つの走査領域Ｒａ、Ｒｂに向けて投光される。

【0034】

鉛直方向に重ねられた２つの走査領域Ｒａ、Ｒｂの各々は、レーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの断面における長手方向に沿った垂直範囲及び偏向素子１６によるレーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの偏向方向の可変範囲に対応する走査方向ＳＬ（Ｘ方向）に沿った同断面における幅方向の水平範囲かなる仮想の被走査面と、レーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂが所定の強度を維持できる距離方向の奥行範囲と、を有する錐状の３次元空間でもある。

【0035】

２つの走査領域Ｒａ、Ｒｂは、垂直方向においてレーザ素子１１ａ、１１ｂから出射されるレーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの位置関係に対応して連続するようになる。また、２つの走査領域Ｒａ、Ｒｂは、水平方向においてレーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの各々の光軸からのオフセット量に応じずれが生じる。

【0036】

また、図１に示すように、２つの走査領域Ｒａ、Ｒｂに対象物Ｏｂ（すなわち走査するレーザ光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、レーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは、対象物Ｏｂによって反射又は散乱される。そして、対象物Ｏｂによって反射された光の一部が戻り光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂとして、レーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂとほぼ同一の光路を反対の方向に向かって進み、偏向素子１６に戻って来る。

【0037】

［受光部］
図１に示すように、測距装置１０は、投受光光学系の受光部ＬＲＶとして、偏向素子１６と光分離素子ＳＰと結像光学系１７と互いに一端部で近接する２つの長方形の受光ラインセンサ１８ａ、１８ｂとを有する。

【0038】

光分離素子ＳＰは、偏向素子１６とレンズ素子ＢＳとの間のレーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ及び戻り光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂに共通の照射軸Ｚ上に設けられ、戻り光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂだけを結像光学系１７へ偏向する。例えば、光分離素子ＳＰは、レーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを透過させかつ戻り光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを反射させる、レーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ及び戻り光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを分離するビームスプリッタである。

【0039】

結像光学系１７は、光分離素子ＳＰによって偏向された戻り光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを受光して、戻り光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを整形しつつ２つの受光ラインセンサ１８ａ、１８ｂの受光面にそれぞれ結像する。

【0040】

２つの受光ラインセンサ１８ａ、１８ｂの各々は、戻り光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを検出するように、走査領域Ｒａ、Ｒｂにおけるレーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂのｉＦＯＩfpａ、fpｂの方向と同じＹ方向に一列又は複数列に配置された複数の受光セグメントＳＧが配列されたライン状の受光面を有する。２つの受光ラインセンサ１８ａ、１８ｂの光検出素子の受光面は、例えば、結像光学系１７の結像面に配置されている。２つの受光ラインセンサ１８ａ、１８ｂの各々の光検出素子は、結像された戻り光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを検出し、これらに応じた電気信号を戻り光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの検出結果（受光結果）として生成する。受光セグメントの各々は、互いに独立して対象物Ｏｂからの反射光（戻り光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）を受光して、受光タイミングを検知する。当該光検出素子の受光セグメントとしては、ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードが用いられる。

【0041】

［制御部］
図１に示すように、測距装置１０は、照射部ＳＨのレーザ素子１１ａ、１１ｂ、走査部・受光部の偏向素子１６及び２つの受光ラインセンサ１８の駆動及びその制御を行う制御部２０を有する。制御部２０は、ＬＳＩチップ、マイクロプロセッサ等の集積部チップ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA:Field Programmable Gate Array）等のロジックデバイス、集積部チップとロジックデバイスの組み合わせ等とそれらの制御のための制御プログラムソフトウエアで実現され得る。

【0042】

制御部２０は、レーザ素子１１ａ、１１ｂを駆動する光源駆動部２１と、偏向素子１６を駆動する偏向素子駆動部２２と、対象物Ｏｂまでの距離を計算する測距部２３を有する。また、制御部２０は、２つの受光ラインセンサ１８ａ、１８ｂの各々の切り替え（スイッチング）駆動をそれぞれ独立して行う。

【0043】

光源制御部２１は、レーザ素子１１ａ、１１ｂの各々の駆動及び制御をそれぞれ独立して行う照射制御部である。光源駆動部２１は、レーザ素子１１ａ、１１ｂの発光タイミングと発光強度を制御する。

【0044】

偏向素子駆動部２２は、偏向素子１６の動き（または偏向角）を制御する。

【0045】

測距部２３は、２つの受光ラインセンサ１８ａ、１８ｂによる戻り光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ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は、当該電気信号から戻り光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ（レーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの反射光の一部）を示すパルスを検出する。また、測距部２３は、レーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの投光タイミングと戻り光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの受光タイミング（検出パルス）との間の時間差に基づくＴＯＦ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し、レーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂに対応する距離を示す第１及び第２の測距データを生成する。

【0046】

また、測距部２３は、生成した第１及び第２の測距データと回転ミラー１６Ａの変位を示す情報とに基づいて、２つの走査領域Ｒａ、Ｒｂの測距画像を生成する。測距部２３は、測距部２３が生成した測距データと回転ミラー１６Ａの変位とを示す情報とを対応付け、測距データの距離値を画素として示す２つの走査領域Ｒａ、Ｒｂを含む全体の走査領域の２次元・３次元画像データである測距画像を生成する。

【0047】

［光学系における有効発光領域／ｉＦＯＩ／センサ受光部］
測距装置１０は、長方形形状の有効発光領域ＥＦＥからの上下２本のレーザ光により走査領域Ｒａ、Ｒｂの水平方向（Ｘ方向）の走査照射（長方形形状ｉＦＯＩ）を行い、それぞれのレーザ光による対象物Ｏｂからの反射光（戻り光）を上下２本の受光ラインセンサ１８で検知している。

【0048】

一般に、測距装置の投受光光学系において、レーザ素子の長方形形状の有効発光領域ＥＦＥの形状（位置関係）と対応する受光ラインセンサの形状（位置関係）を相似形にすること難しいが、その必要性がある。なぜならば、受光ラインセンサ（特にガイガーモードＡＰＤ（Avalanche PhotoDiode）ラインセンサの場合）を使うためには、以下の２条件（１）（２）がそれぞれ相似形でなければならず、相似形でないと信号振幅が小さくなったり、ｉＦＯＶが小さくなったりするからである。
（１）レーザ素子の長方形形状の有効発光領域ＥＦＥの形状と照射レーザ光の長方形形状のｉＦＯＩの形状の相似形、及び
（２）当該長方形形状のｉＦＯＩの形状と受光ラインセンサの受光部の形状の相似形。

【0049】

さらなる相似形への困難条件として、実際の端面発光レーザ素子や受光ラインセンサを単純に垂直方向（Ｙ方向）にならべても必ずギャップ（隙間）ができてしまう（レーザ素子の発光部の周りの半導体部分やセンサ受光部の周りの枠などの構造物があるから）。よって、ギャップができないように端面発光レーザ素子又は受光ラインセンサは水平方向（Ｘ方向）にシフトさせて配置しなければならない。この場合、水平方向（Ｘ方向）のサイズのパラメータには以下の２つ（３）（４）がある。
（３）有効発光領域／ｉＦＯＩ／受光部の各横幅（Ｘ方向）、及び
（４）有効発光領域／ｉＦＯＩ／受光部の各間隔（Ｘ方向）。

【0050】

これらのパラメータの制限で、ビーム径アスペクト比変換エキスパンダを投受光光学系に追加したとしても、上記条件（１）（２）を満たすことができない。例えば、ビーム径アスペクト比変換エキスパンダで有効発光領域と受光部の間隔を合わせてしまうと、ｉＦＯＩと受光部の形状を相似形にすることができず、例えば、ｉＦＯＩ幅が狭くなり過ぎて受光部の横幅を満たす戻り光が得られずに信号振幅が小さくなったり、ｉＦＯＶが小さくなったりする。

【0051】

そこで、本実施例において、レーザ素子１１ａ、１１ｂの有効発光領域毎に対向するコリメートレンズＢＳ１、ＢＳ２のレンズ素子ＢＳを用い、当該２つのコリメートレンズＢＳ１、ＢＳ２のレンズ光軸に対してレーザ素子の有効発光領域の相対位置を変える、すなわち偏芯させることで、相対的な形状を維持しつつ照射レーザ光の２つのｉＦＯＩの間隔を変えることができるようになる。

【0052】

［本実施例の測距装置の動作］
図８は本実施例の測距装置における一対のレーザ素子１１ａ、１１ｂの有効発光領域ＥＦＥとレンズ素子の一対のコリメートレンズＢＳ１、ＢＳ２とｉＦＯＩfpａ、fpｂａの関係を示す模式的三面図であり、レーザ光の光ビーム（Ｚ方向）に直交するＸＹ平面の正面図（図８（ａ））、照射軸Ｚを含むＺＸ平面図（図８（ｂ））及び照射軸Ｚを含むＺＹ側面図（図８（ｃ））である。

【0053】

図８（ａ）（ｂ）に示すように、レンズ素子ＢＳの２つのコリメートレンズＢＳ１、ＢＳ２は、幅方向（Ｘ方向）で隣り合う長方形形状ｉＦＯＩfpａ、fpｂａの各々を互いに平行に相対的な形状を維持してレーザ光を両レンズ光軸Ｒｓａから互いに遠ざかる位置へ送光する。なお、図７の変形例では長方形形状ｉＦＯＩfpａ、fpｂａが両レンズ光軸Ｒｓａから互いに近づく位置にレーザ光を送光する。

【0054】

レーザ素子１１ａ、１１ｂは、その長手方向（Ｙ方向）が互いに平行な有効発光領域ＥＦＥが、その短手方向（Ｘ方向）おいて互い違いにオフセットするように配置されている（図８（ａ））。

【0055】

これにより、図１に示す鉛直方向（Ｙ方向）に重なる２つの走査領域Ｒａ、Ｒｂの間の間隙（図８（ｃ）参照）の発生が抑えられる。当該間隙を確実にするためには、図８（ａ）に示すように、レーザ素子１１ａ、１１ｂの長方形形状の有効発光領域ＥＦＥは、長さ方向（Ｙ方向）において互いに反対方向に向き合った有効発光領域ＥＦＥの一端同士が一直線（ＺＸ平面）に揃うように配置されることが好ましい。

【0056】

このように、本実施例において、レーザ素子１１ａ、１１ｂは、その２つの有効発光領域ＥＦＥがレンズ光軸Ｒｓａの間の互いに近づく位置（図７の変形例ではレンズ光軸Ｒｓａから互いに遠ざかる位置）に偏芯し、且つ、両レンズ光軸Ｒｓａを含む平面から互いに反対方向に偏芯して、そして、有効発光領域ＥＦＥの各々の端が、レンズ光軸Ｒｓａを含む平面（ＺＸ平面）上に揃い、且つ、有効発光領域ＥＦＥが前記端から互いに反対方向に伸長するように、配置される。

【0057】

レーザ素子１１ａ、１１ｂの有効発光領域ＥＦＥが、レンズ素子ＢＳに対して、照射軸Ｚに互いに近づいた位置（図６）又は遠ざかる位置（図７）に２つのレンズ光軸Ｒｓａから距離Ｄで偏芯して配置されているので、当該距離Ｄを調整することより、受光ラインセンサ１８ａ、１８ｂ（図２、参照）の左右ずれ（Ｘ方向）に合わせることができる。

【0058】

本実施例によれば、レーザ素子１１ａ、１１ｂを、その長方形形状の有効発光領域ＥＦＥが偏芯するように配置させることで、鉛直方向（Ｙ方向）に重なる２つの走査領域Ｒａ、Ｒｂ（図１、参照）の垂直方向（Ｙ方向）の連続性を保ったまま、左右（Ｘ方向）の間隔（角度）を変えたレーザ光のｉＦＯＩfpａ、fpｂａを形成することができる。有効発光領域のｉＦＯＩと受光部のｉＦＯＶの関係を相似形とできるので、受光ラインセンサの信号感度低下を抑制することができる測距装置が達成される。

【0059】

また、本実施例によれば、コリメートレンズＢＳ１、ＢＳ２毎に予めレーザ素子１１ａ、１１ｂと位置合わせして組立て、当該組立体ごとの光軸調整ができるようになる。

【実施例2】

【0060】

図９は、本実施例に係る測距装置１０の全体構成を示す構成図である。本実施例の測距装置１０は、その照射部ＳＨのレンズ素子として、コリメートレンズＢＳ１、ＢＳ２に代えて、出射部と入射部とで互いに直交する円筒軸を有するシリンドリカルレンズ面を備える１つのレンズ素子ＢＳ３を用いた以外、実施例１と同様の構成を有する。よって、変更した構成部分を主に説明する。

【0061】

本実施例では、レンズ素子ＢＳ３として２つのコリメートレンズの代わりに、一軸方向のみに光学的パワーがあり、それと直交する軸方向では光に影響しないシリンドリカルレンズ面（屈折面）の対を備える透光性の光学素子を用いる。

【0062】

図１０は、光源のレーザ素子１１ａ、１１ｂからのレーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの軌跡で形成する走査領域Ｒａ、Ｒｂと反射光を受光する受光ラインセンサ１８ａ、１８ｂとの関係を概念的に示す概略斜視図である。図１１は、本実施例に係る測距装置におけるレンズ素子ＢＳ３とレーザ素子１１ａ、１１ｂを示す斜視図である。

【0063】

図１０、図１１に示すように、レンズ素子ＢＳ３は、入射部にレーザ素子１１ａ、１１ｂにそれぞれに対面する凸円筒面の屈折面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂ（入射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂともいう）を有する。図１１に示すように、これら屈折面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂの２つの入射シリンドリカルレンズ面は、走査方向（Ｘ方向）に垂直な垂直軸Ｖｔａすなわち円筒軸上に曲率中心ＣｏＣを有し、正のパワーをそれぞれ有している。また、入射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂは、入射部として同一の曲率の円筒面を有している。

【0064】

さらに、レンズ素子ＢＳ３は、該入射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂの反対側の出射部に凸円筒面の屈折面ＲＦＰｃ（出射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰｃともいう）を有する。出射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰｃは入射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂに共通に対向している。この出射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰｃは、走査方向（Ｘ方向）に平行な円筒軸ＰＬａ上に曲率中心ＣｏＣ２を有し、正のパワーの屈折面としている。出射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰｃの円筒軸ＰＬａは、２つの入射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂの円筒軸Ｖｔａのそれぞれに対して垂直である。いずれの入射・出射シリンドリカルレンズ面も円筒面だけでなく非球面として構成することもできる。

【0065】

また、レンズ素子ＢＳ３は、出射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰｃの円筒軸ＰＬａに直交し且つ入射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂの２つの円筒軸Ｖｔａにそれぞれ直交する平行な２つのレンズ光軸Ｒｓａを有している。レンズ素子ＢＳ３は、２つのレンズ光軸Ｒｓａ（入射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂ）の中間に平行に照射軸Ｚが位置するように、測距装置１０に配置されている。

【0066】

レーザ素子１１ａ、１１ｂからのレーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは、それぞれ入射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂの各円筒軸方向Ｖｔａ（図１１においてはＹ方向）にはそのまま集光されることなく、同入射シリンドリカルレンズ面の各円筒軸方向に直交する方向（図１１においてはＸ方向）にのみ集光されながら出射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰｃを介してそれぞれ出射される。出射されるレーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは、出射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰｃの円筒軸方向Ｖｔｃ（図１１においてはＸ方向）にはそのまま集光されることなく、同入射出射シリンドリカルレンズ面の円筒軸方向に直交する方向（図１１においてはＹ方向）にのみ集光されている。

【0067】

図１２は、照射軸Ｚ上から眺めた測距装置１０におけるレンズ素子ＢＳ３を部分的に透視した２つのレーザ素子１１ａ、１１ｂの正面模式図である。図１２に示すように、レンズ素子ＢＳ３は、その２つのレンズ光軸Ｒｓａが照射軸Ｚを含むＸＺ平面に共に位置するように配置される。さらに、レンズ素子ＢＳ３の入射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂは、それらの２つのレンズ光軸Ｒｓａが２つのレーザ素子１１ａ、１１ｂの有効発光領域ＥＦＥ（レーザ光軸Ｅａ）を挟むように配置される。レンズ素子ＢＳ３の平行な２つのレンズ光軸Ｒｓａは、レーザ素子１１ａ、１１ｂのレーザ光軸Ｅａに一致しない。すなわち、レーザ素子１１ａ、１１ｂとレンズ素子ＢＳ３は、レーザ素子１１ａ、１１ｂの有効発光領域ＥＦＥがレンズ素子ＢＳ３の２つの円筒軸Ｖｔａ（又はレンズ光軸Ｒｓａ）から近づく位置に距離Ｄだけ平行に偏芯し、且つ、有効発光領域ＥＦＥの端がレンズ光軸Ｒｓａを含む平面（ＸＺ面）に揃い、有効発光領域ＥＦＥが互いに反対方向（ＸＺ面の垂直方向Ｙ）に伸長するように配置される。このように、レーザ素子１１ａ、１１ｂの矩形の有効発光領域ＥＦＥ（図４、参照）は、２つの入射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂに両レーザ光軸Ｅａから偏芯しつつ対向している。

【0068】

レンズ素子ＢＳ３のレンズ光軸Ｒｓａがレーザ素子１１ａ、１１ｂのレーザ光軸Ｅａにそれぞれ一致しないが、レンズ素子ＢＳ３は、入射されるレーザ光をコリメートして出射させることができる。

【0069】

図１３は、各々の円筒軸が直交する入射・出射シリンドリカルレンズが発散レーザ光をコリメートする様子を示す概略斜視図である。

【0070】

一般に、それぞれが出射シリンドリカルレンズ面と入射シリンドリカルレンズ面を有する平シリンドリカルレンズ（出射シリンドリカルレンズと入射シリンドリカルレンズ）の一組は、互いの円筒軸（Ｘ方向、Ｙ方向）が垂直となる場合、レーザ光の発散入射ビームをコリメートすることができる。この場合、入射・出射シリンドリカルレンズ面を用いて、直交する共通のレンズ光軸からＸ方向、Ｙ方向で光線を独立して処理すれば、真円や長円等の出射コリメートビームを得ることができる。一組の入射・出射シリンドリカルレンズ面の焦点距離の比をＸ方向とＹ方向のビーム拡散の比に合わせて、レーザ素子の有効発光領域を両レンズ面の円筒線に直交する光軸上に配置し、一組の入射シリンドリカルレンズ面の焦点距離（Ｆ１）と出射シリンドリカルレンズ面の焦点距離（Ｆ２）の焦点距離の差分（Ｆ２－Ｆ１）だけ離れるようにして入射・出射シリンドリカルレンズ面を配置して、所望の出射ビーム断面のレンズ素子を設計することができる。また、レンズ光軸から変位した入射ビームの偏芯点からの光線もコリメートビーム内の成分となる。

【0071】

なお、レンズ素子ＢＳ３のみでコリメートビームの整形が不十分であれば、ビーム径アスペクト比変換エキスパンダ等を投受光光学系に追加してもよい。

【0072】

［本実施例の測距装置の動作］
図１４は本実施例の測距装置における一対のレーザ素子１１ａ、１１ｂの有効発光領域とレンズ素子ＢＳ３とｉＦＯＩfpａ、fpｂの関係を示す模式的三面図であり、レーザ光の光ビーム（Ｚ方向）に直交するＸＹ平面の正面図（図１４（ａ））、照射軸Ｚを含むＺＸ平面図（図１４（ｂ））及び照射軸Ｚを含むＺＹ側面図（図１４（ｃ））である。

【0073】

図１４（ａ）（ｂ）に示すように、レンズ素子ＢＳ３の２つの入射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂと出射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰｃは、幅方向（Ｘ方向）で隣り合う長方形形状ｉＦＯＩfpａ、fpｂａの各々を互いに平行に相対的な形状を維持してレーザ光を両レンズ光軸Ｒｓａから互いに遠ざかる位置へ送光する。

【0074】

レーザ素子１１ａ、１１ｂは、その長手方向（Ｙ方向）が互いに平行な有効発光領域ＥＦＥが、その短手方向（Ｘ方向）おいて互い違いにオフセットするように配置されている（図１４（ａ））。

【0075】

これにより、図９に示す鉛直方向（Ｙ方向）に重なる２つの走査領域Ｒａ、Ｒｂの間の間隙（図１４（ｃ）参照）の発生が抑えられる。当該間隙を確実にするためには、図１４（ａ）に示すように、レーザ素子１１ａ、１１ｂの長方形形状の有効発光領域ＥＦＥは、長さ方向（Ｙ方向）において互いに反対方向に向き合った有効発光領域ＥＦＥの一端同士が一直線（ＺＸ平面）に揃うように配置されることが好ましい。

【0076】

このように、本実施例において、レーザ素子１１ａ、１１ｂは、その２つの有効発光領域ＥＦＥがレンズ光軸Ｒｓａの間の互いに近づく位置に偏芯し、且つ、両レンズ光軸Ｒｓａを含む平面から互いに反対方向に偏芯して、そして、有効発光領域ＥＦＥの各々の端が、レンズ光軸Ｒｓａを含む平面（ＺＸ平面）上に揃い、且つ、有効発光領域ＥＦＥが前記端から互いに反対方向に伸長するように、配置される。

【0077】

レーザ素子１１ａ、１１ｂの有効発光領域ＥＦＥが、レンズ素子ＢＳ３に対して、照射軸Ｚに互いに近づいた位置（図１２の距離Ｄだけ）又は遠ざかる位置（図示せず）に２つのレンズ光軸Ｒｓａから偏芯して配置され得るので、当該距離Ｄを調整することより、受光ラインセンサ１８ａ、１８ｂ（図１０、参照）の左右ずれ（Ｘ方向）に合わせることができる。

【0078】

本実施例によれば、レーザ素子１１ａ、１１ｂを、その長方形形状の有効発光領域ＥＦＥが偏芯するように配置させることで、鉛直方向（Ｙ方向）に重なる２つの走査領域Ｒａ、Ｒｂ（図９、参照）の垂直方向（Ｙ方向）の連続性を保ったまま、左右（Ｘ方向）の間隔（角度）を変えたレーザ光のｉＦＯＩfpａ、fpｂａを形成することができる。有効発光領域のｉＦＯＩと受光部のｉＦＯＶの関係を相似形とできるので、受光ラインセンサの信号感度低下を抑制することができる測距装置が達成される。すなわち、本実施例において、レーザ素子１１ａ、１１ｂの有効発光領域毎に対向する受光側の屈折面を有するレンズ素子ＢＳ３を用い、当該２つの受光側の屈折面（レンズ光軸）の相対位置を変える、すなわち偏芯させることで、相対的な形状を維持しつつ照射レーザ光の２つのｉＦＯＩの間隔を変えることができるようになる。

【0079】

［レンズ素子ＢＳ３の変形例］
図１５及び図１６は、レンズ素子ＢＳ３の変形例を示す斜視図である。入射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂと出射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰｃを有するレンズ素子ＢＳ３は一体的に形成されても、複数の部分からなる組立体で構成されてもよい。

【0080】

図１５に示すように、レンズ素子ＢＳ３は、装置の照射軸Ｚを含むＺＸ平面を境に部分レンズ素子ＢＳａ、ＢＳｂに２分割され組立てられた組立体のレンズ素子であってもよい。部分レンズ素子ＢＳａ、ＢＳｂの入射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂと出射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰｃの曲率はそれぞれ同一である。

【0081】

図１６に示すように、レンズ素子ＢＳ３は、装置の走査方向（Ｘ方向）を含むＸＹ平面を境に出射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰｃを含む部分レンズ素子ＢＳｃ（平凸シリンドリカルレンズ）と、装置の照射軸Ｚを含むＺＸ平面を境に２分割されそれぞれ入射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂを含む部分レンズ素子ＢＳｅ、ＢＳｄ（平凸シリンドリカルレンズ）と、に３分割され組立てられた組立体のレンズ素子であってもよい。部分レンズ素子ＢＳｅ、ＢＳｄの入射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂの曲率は同一である。

【0082】

これらの変形例によれば、入射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂを含む部分レンズ素子毎に予めレーザ素子１１ａ、１１ｂと位置合わせして組立て、当該組立体ごとのレーザ光の光路調整ができるようになる。

【実施例3】

【0083】

図１７は、実施例３に係る測距装置１０の二対のレーザ素子（１１ａ、１１ｂ）（１１ｃ、１１ｄ）とレンズ素子ＢＳ３を備えた照射部ＳＨを示す斜視図である。

【0084】

本実施例は、実施例２の２つのレーザ素子（１１ａ、１１ｂ）に加え、照射軸Ｚに点対称に配置された追加のレーザ素子（１１ｃ、１１ｄ）を用いた以外、実施例２と同様の構成を有する。よって、変更した構成部分を説明する。

【0085】

４個のレーザ素子（１１ｃ、１１ａ、１１ｂ、１１ｄ）は、それぞれの長方形形状の有効発光領域ＥＦＥがＹ方向において互い違いにオフセットするようにレンズ素子ＢＳ３の入射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂに向けて配置されている。

【0086】

追加のレーザ素子（１１ｃ、１１ｄ）は、レーザ素子１１ａ、１１ｂと同様に、それらの有効発光領域ＥＦＥ（図４、参照）が偏芯しつつ２つの入射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂに対向している。すなわち、追加のレーザ素子１１ｃ、１１ｄは、それらの有効発光領域ＥＦＥがレンズ素子ＢＳ３の２つの円筒軸Ｖｔａ（すなわち２つのレンズ光軸Ｒｓａ）から照射軸Ｚに近づく位置に距離Ｄだけ偏芯して配置されている。

【0087】

これによって、図１７に示すように、レンズ素子ＢＳ３は、長方形形状ｉＦＯＩfpｃ、fpａ、fpｂ、fpｄの光ビームのレーザ光を長さ方向（Ｙ方向）において互い違いにオフセットするように出射する。本実施例によれば、図１には示さないが、鉛直方向（Ｙ方向）に重なる２つの走査領域Ｒａ、Ｒｂの上下に追加のレーザ素子（１１ｃ、１１ｄ）に由来する２つの追加の走査領域が生成される。

【0088】

本実施例によれば、レーザ素子対毎にシリンドリカルレンズの組を配置する際、図１７のようにレーザ素子の長方形形状の有効発光領域ＥＦＥを偏芯させることで、垂直方向（Ｙ方向）の連続性を保ったまま、左右（Ｘ方向）の間隔（角度）を変えたレーザ光のｉＦＯＩを形成でき、上下（Ｙ方向）に走査領域を拡大することができる。

【0089】

［他の実施例］
上記の実施例２～３では、出射部で走査方向に平行な円筒軸を有する走査方向伸長シリンドリカルレンズ面ＲＦＰｃを、入射部で２つの屈折面の各々が走査方向に垂直方向に伸長する円筒軸を有するシリンドリカルレンズ面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂを備える１つのレンズ素子ＢＳ３を用いている。

【0090】

更に、一般的に図１８に示すように、図１３の直交する入射・出射シリンドリカルレンズの対をレンズ光軸の回りに９０度回転させた、他の直交する入射・出射シリンドリカルレンズの原理でも発散レーザ光をコリメートできる。

【0091】

よって、上記の実施例２を利用して、図１１に示すレンズ素子ＢＳ３に代えて、図１９に示すような、入射部が走査方向ＳＬ（Ｘ方向）に平行な円筒軸ＰＬａを有する走査方向伸長シリンドリカルレンズ面ＲＦＰｃを有し、出射部の２つの屈折面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂの各々が垂直方向に伸長する円筒軸Ｖｔａを有するシリンドリカルレンズ面を備える１つのレンズ素子ＢＳ４を用いた、実施例４の測距装置を構成することができる。レンズ素子ＢＳ４は、２つのレンズ光軸Ｒｓａ（出射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂ）の中間に平行に照射軸Ｚが位置するように、測距装置１０に配置されている。

【0092】

すなわち、レーザ素子１１ａ、１１ｂは、それらの有効発光領域ＥＦＥがレンズ素子ＢＳ４の出射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂの２つの円筒軸Ｖｔａ（又はレンズ光軸Ｒｓａ）から近づく位置に所定距離だけ平行に偏芯し、且つ、有効発光領域ＥＦＥの端がレンズ光軸Ｒｓａを含む平面（ＸＺ面）に揃い、有効発光領域ＥＦＥが互いに反対方向（ＸＺ面の垂直方向Ｙ）に伸長するように配置される。レーザ素子１１ａ、１１ｂの有効発光領域ＥＦＥはそれぞれ、２つの屈折面（出射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰａ、ＲＦＰｂ）にレーザ光を、入射シリンドリカルレンズ面ＲＦＰｃを介して供給している。

【0093】

上記の実施例１～３では、照射部ＳＨ、走査部ＳＣＮ及び受光部ＬＲＶを含む光照射系と光受光系を共通にした投受光光学系を有する場合を説明したが、対象物からの戻り光を受光する光受光系を光照射系と別光学系にしたバイアキシャル系の測距装置でも、本発明を利用することができる。

【符号の説明】

【0094】

１０ 測距装置
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ レーザ素子
１６ 偏向素子
１７ 集光光学系
１８ａ、１８ｂ 受光ラインセンサ
２０ 制御部
２１ 光源駆動部
２２ 偏向素子駆動部
２３ 測距部
Ｏｂ 対象物
ＢＳ１、ＢＳ２ コリメートレンズ
ＢＳ、ＢＳ３、ＢＳ４ レンズ素子
Ｒｓａ レンズ光軸
Ｅａ レーザ光軸
Ｚ 照射軸
ＳＧ 受光セグメント
Ｒａ、Ｒｂ 走査領域

【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】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】