JP2021121789A - 光検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を容易に実現可能な構成の光検出装置を提供する。【解決手段】光検出装置１０は、投光ビームＰＢを外部の測定領域ＭＡへ向けて走査し、投光ビームＰＢに対する測定領域ＭＡからの反射ビームＲＢを検出する。光検出装置１０は、投光光軸ＰＯＡを形成し、投光ビームＰＢを投光する投光光学系２６と、受光光軸ＲＯＡを形成し、反射ビームＲＢを受光する受光光学系４９と、投光光学系２６及び受光光学系４９が収容されている収容室１３と、両ビームＰＢ，ＲＢを収容室１３と測定領域ＭＡとの間にて往復させる光学窓１４とを有する筐体１１と、を備える。投光光軸ＰＯＡと受光光軸ＲＯＡとを互いにずらした形態にて、投光ビームＰＢと反射ビームＲＢとは、フットプリントＰＦ，ＲＦを重複させた重複領域ＯＬを収容室１３の内部において有する。【選択図】図１

Description

この明細書による開示は、光の検出に関する。

特許文献１の光検出装置は、投光ビームによる投光光軸と、反射ビームによる受光光軸とを、一致させている。

米国特許第９４７０５２０号明細書

しかしながら、特許文献１の投光光軸と受光光軸とを一致させる構成を実現させるために、ミラー等の追加の光学部品が必要になる。したがって、装置の体格が大型化してしまう。

この明細書の開示による目的のひとつは、小型化を容易に実現可能な構成の光検出装置を提供することにある。

ここに開示された態様のひとつは、投光ビーム（ＰＢ）を外部の測定領域（ＭＡ）へ向けて走査し、投光ビームに対する測定領域からの反射ビーム（ＲＢ）を検出する光検出装置であって、
投光光軸（ＰＯＡ）を形成し、投光ビームを投光する投光光学系（２６）と、
受光光軸（ＲＯＡ）を形成し、反射ビームを受光する受光光学系（４９）と、
投光光学系及び受光光学系が収容されている収容室（１３）と、両ビームを収容室と測定領域との間にて往復させる光学窓（１４）とを有する筐体（１１）と、を備え、
投光光軸と受光光軸とを互いにずらした形態にて、投光ビームと反射ビームとは、フットプリント（ＰＦ，ＲＦ）を重複させた重複領域（ＯＬ）を収容室の内部において有する。

このような態様によると、投光ビームと反射ビームとの間でフットプリントを共有する重複領域が、収容室の内部に設けられている。したがって、重複領域の体積に応じて、収容室を縮小することが可能となる。加えて、投光光軸と受光光軸とが互いにずらされている結果、両光軸を一致させるための追加の光学部品を配置するためのスペース増大も抑制されるので、収容室を縮小することが可能となる。故に、小型化を容易に実現可能な構成の光検出装置を提供することができる。

なお、括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。

光検出装置の全体構成を示す図である。 発光部を示す図である。 投光ビームのスポット形状を説明するための図である。 走査ミラーによる走査を説明するための図である。 投光ユニットと受光ユニットとの位置関係を示す図である。 検出部の構成を示す図である。 受光光学系の光学レンズの外周輪郭を示す図である。 コントローラを示すブロック図である。 デコーダ及び走査コントローラによるフローチャートである。

一実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１に示すように、本開示の第１実施形態による光検出装置１０は、移動体としての車両に搭載されるように構成されたライダ（ＬＩＤＡＲ，Light Detection and Ranging/Laser Imaging Detection and Ranging）となっている。例えば光検出装置１０は、車両の前方部、左右の側方部、後方部又はルーフに配置されている。光検出装置１０は、装置外部の領域であって、車両の周辺のうち所定の測定領域ＭＡへ向けて投光ビームＰＢを走査する。光検出装置１０は、当該投光ビームＰＢが測定対象物に反射されることによる戻り光（以下、反射ビームＲＢという）を検出する。投光ビームＰＢには、通常、外界の人間から視認困難な近赤外域の光が選択される。

光検出装置１０は、反射ビームＲＢの検出により、測定対象物を測定することが可能である。ここで測定対象物の測定とは、例えば測定対象物が存在する方向の測定、光検出装置１０から測定対象物までの距離の測定等である。車両に適用された光検出装置１０において、代表的な測定対象物は、歩行者、サイクリスト、人間以外の動物、及び他車両等の移動物体、さらにガードレール、道路標識、道路脇の構造物、道路上の落下物等の静止物体である。

本実施形態では、特に断り書きが無い限り、前、後、上、下、左及び右が示す各方向は、水平面上の車両を基準として定義される。また、水平方向は水平面に対する接線方向を示し、鉛直方向は水平面に対する垂直方向を示す。

光検出装置１０は、筐体１１、投光ユニット２１、走査ユニット３１、受光ユニット４１及びコントローラ６１等を含む構成である。筐体１１は、遮光容器１２及びカバー板１５を有する。

遮光容器１２は、例えば合成樹脂ないし金属により形成され、遮光性を有した外壁部１２ａを有する箱状に形成されている。遮光容器１２は、１つの部品により構成されていてもよく、複数の部品を組み合わせた構成であってもよい。遮光容器１２は、投光ユニット２１、走査ユニット３１、受光ユニット４１及びコントローラ６１を収容する収容室１３を、外壁部１２ａに囲まれた形態にて有する。収容室１３は、投光ユニット２１及び受光ユニット４１に対して共通に設けられ、特に本実施形態では１つ設けられている。収容室１３の共通化により、投光ユニット２１と受光ユニット４１間に隔壁を形成することが抑制されるので、装置１０の体格増大を抑制可能である。

また、遮光容器１２は、投光ビームＰＢ及び反射ビームＲＢの両方を収容室１３と測定領域ＭＡとの間にて往復させる光学窓１４を、開口状に形成している。光学窓１４もまた、投光ユニット２１及び受光ユニット４１の両方に対して共通に設けられ、特に本実施形態では１つ設けられている。

カバー板１５は、例えば合成樹脂ないしガラス等からなる基材により、両ビームＰＢ，ＲＢを透過可能な板状（例えば平板状）に形成された部材である。カバー板１５は、光学窓１４の全面を塞ぐように配置され、収容室１３の外部から内部へ侵入しようとする異物を遮断する。

カバー板１５は、基材の着色、光学薄膜の成膜、ないし基材表面へのフィルムの貼付け等により、近赤外域の光を透過すると共に、可視光を遮光する透過率の波長依存性を有することが好ましい。そうすることで、外部から収容室１３の内部が覗かれることは抑制される。また、カバー板１５の収容室側の表面及び測定領域側の表面の少なくとも一方には、鏡面状の基材表面が露出していてもよく、反射防止膜が形成されていてもよく、モスアイ構造が形成されていてもよい。

例えばカバー板１５が平板状である場合、カバー板１５を透過する投光ビームＰＢの屈折による角度変化及び反射ビームＲＢの屈折による角度変化が抑制され、測定対象物の位置の検出精度が高まる。

投光ユニット２１は、発光部２２、投光光学系２６及び投光保持部材２８等を含む構成である。図２に示すように、発光部２２は、伸長方向ＥＤ０に細長く伸びた形状の発光窓部２３を形成するように、複数のレーザ発振素子２４を伸長方向ＥＤ０に沿ってアレイ状に配置している。発光部２２は、複数のレーザ発振素子２４を使用することで、レーザ光の全体出力を高めている。発光部２２は、コントローラ６１からの電気信号に応じた発光タイミングにて、発光窓部２３から投光ビームＰＢを投光する。

各レーザ発振素子２４には、例えばレーザダイオード（ＬＤ，Laser Diode）が採用される。各レーザ発振素子２４は、Ｐ型半導体とＮ型半導体とをＰＮ接合層を介して互いに接合した構造と、ＰＮ接合層にて発生した光を共振させる共振器構造を有する。共振器構造においてＰＮ接合層を挟んで配置された一対のミラーのうち、一方のミラーがハーフミラー状の小窓２５を形成している。各レーザ発振素子２４は、この小窓２５を通じて、コヒーレント光としてのレーザ光を、ビーム状に発光可能である。このレーザ光は、投光ビームＰＢの一部をなす小ビームとなる。特に本実施形態では、各小窓２５から発振される小ビームの集合体が投光ビームＰＢと定義される。各レーザ発振素子２４のＰＮ接合層は、小窓２５の配列方向（すなわち伸長方向ＥＤ０）に対する、垂直方向に沿って設定されている。この垂直方向に沿った軸が、レーザダイオードによるファスト軸ＦＡとなる。

複数の小窓２５が間隔を極力詰めて配置されることにより、複数の小窓２５の集合体による巨視的開口部として、発光窓部２３が形成されている。特に本実施形態の発光窓部２３は、略長方形状となっている。発光窓部２３の伸長方向ＥＤ０の寸法は、伸長方向ＥＤ０に対する垂直方向（ファスト軸ＦＡに沿った方向）の寸法に対して、例えば１００倍以上大きい寸法に設定される。

ここで発光窓部２３の伸長方向ＥＤ０は、一般的な取り付け形態において、車載状態における鉛直方向に沿っている。ファスト軸ＦＡは車載状態における水平方向に沿っている。

各レーザ発振素子２４は、レーザ光の偏光方向が、互いに共通の向きであって、伸長方向ＥＤ０に沿った方向となるように、ＴＥモードにて直線偏光を発振する。そうすると、投光ビームＰＢの偏光方向は、車載状態において鉛直方向に沿うので、概ね水平方向に沿った路面に対して垂直な偏光方向の投光ビームＰＢを入射させることができる。正反射率が低下し、拡散反射率が高まることにより、雨天又は凍結時にて路面から光学窓１４へと反射ビームＲＢを戻り易くすることができる。

投光ビームＰＢは、短パルス状に発振される。ここで各レーザ発振素子２４による各小ビームは、実質的に同時となるように発振されてもよく、僅かな時間差を設けて順次発振されてもよい。投光ビームＰＢは、投光光学系２６、走査ユニット３１の走査ミラー３４を経由して測定領域ＭＡへ向かうこととなる。

投光光学系２６は、発光部２２から発光された投光ビームＰＢを集光しつつ投光する光学系である。投光光学系２６は、発光部２２と走査ミラー３４との間に配置されている。投光光学系２６は、１つ以上の光学レンズ２７を含む構成である。投光光学系２６は、投光光軸ＰＯＡを形成する。投光光軸ＰＯＡは、例えば１つ以上の光学レンズ２７の各屈折面の曲率中心を通る仮想的な光線に沿った軸として定義される。投光光軸ＰＯＡに沿った仮想的な光線は、各レンズ頂点２７ａを、偏向作用を受けずに直進して、投光光学系２６を通過可能である。特に本実施形態では、発光窓部２３の中心点から射出される投光ビームＰＢの主光線が、投光光軸ＰＯＡに沿う。なお、発光窓部２３の中心点が小窓２５間のギャップに位置する場合、投光ビームＰＢの主光線は、光学設計上の仮想的な光線である。投光光軸ＰＯＡに沿った光線が走査ユニット３１にて偏向される場合、投光光軸ＰＯＡもその偏向方向に沿った延長部分を含むものとして定義される。

投光光学系２６の焦点距離は、投光光学系２６の主点から発光窓部２３までの投光光軸ＰＯＡに沿った距離に略一致する。図３に示すように、投光光学系２６は、発光窓部２３から射出された投光ビームＰＢをコリメートする。光路において投光光学系２６を挟んだ発光窓部２３とは反対側であって、収容室１３の外部であり、発光窓部２３からの投光光軸ＰＯＡに沿った距離Ｄｐが無限遠となる位置（Ｄｐ＝∞）は、発光窓部２３と共役になる共役点である。無限遠において投光ビームＰＢのスポット形状は、遠方界パターンＦＦＰとなる。無限遠に発光窓部２３に対応する像が結像するが、この像は、伸長方向ＥＤ０への回折の影響を近傍界パターンＮＦＰよりも大きく受けたものとなる。したがって、投光ビームＰＢの無限遠におけるスポット形状は、例えば発光窓部２３における小窓間のギャップを残存させたまま、各小ビームが伸長方向ＥＤ０に沿って細長く伸びたライン状となる。また例えば、投光ビームＰＢの無限遠におけるスポット形状は、例えば発光窓部２３における小窓２５間のギャップが実質的に解消され、各小ビームが一体化されたような形状であり、伸長方向ＥＤ０に沿って細長く伸びたライン状となる。

一方、発光窓部２３からの距離Ｄｐが小さな収容室１３内では、投光ビームＰＢのスポット形状は、近傍界パターンＮＦＰとなる。このスポット形状は、ファスト軸ＦＡ方向への回折影響が遠方界パターンＦＦＰよりも小さいものとなる。このスポット形状は、各小ビームに個別対応した小スポットＳＳが分離して認識できる状態をなす。各小スポットＳＳは、ファスト軸ＦＡを長軸に対応させた楕円状のパターンをなす。小スポットＳＳ同士は、完全に分離されていてもよく、互いに一部分が重複していてもよい。

こうして投光光学系２６により結像態様を調整された投光ビームＰＢのフットプリントＰＦの範囲は、投光光軸ＰＯＡにより中心点を貫通される発光窓部２３が実質的な絞りとして機能することにより規定されてもよい。また、フットプリントＰＦの範囲は、投光光学系２６に投光光軸ＰＯＡにより中心点を貫通される絞りが配置されることにより規定されてもよい。本実施形態におけるフットプリントとは、測定に寄与するビームの軌跡が及び得る空間を意味する。

図４，５に示す投光保持部材２８は、投光光学系２６の鏡筒として、例えば合成樹脂ないし金属により遮光性に形成され、投光光学系２６の１枚以上の光学レンズ２７を保持する筒状に形成されている。投光保持部材２８は、さらに発光部２２を保持するように形成されていてもよい。

走査ユニット３１は、図１，４に示すように、駆動モータ３２及び走査ミラー３４等を含む構成である。駆動モータ３２には、例えばボイスコイルモータ、ブラシ付きＤＣモータ、ステッピングモータ等が採用され得る。駆動モータ３２は、コントローラ６１からの電気信号に応じた回転量及び回転速度にて、走査ミラー３４に機械的に結合された回転軸３３を駆動する。回転軸３３は、発光窓部２３の伸長方向ＥＤ０に対応した伸長対応方向ＥＤ１に沿って配置されている。ここで伸長対応方向ＥＤ１とは、発光窓部２３を投光光軸ＰＯＡに沿って光路上の設置物（例えば走査ミラー３４の反射面３６）に仮想的に射影した場合の、当該設置物上（例えば反射面３６上）での発光窓部２３の射影における伸長方向を意味する。特に本実施形態において回転軸３３は、発光窓部２３の伸長方向ＥＤ０と実質的に一致している。

走査ミラー３４は、投光ビームＰＢを反射して走査することが可能なミラーである。走査ミラー３４は、本体部３５及び反射面３６を有している。走査ミラー３４は、回転軸３３と機械的に結合され、例えば合成樹脂により平板状に形成されている。反射面３６は、本体部３５の例えば片側の表面にアルミニウム等の金属膜を蒸着すること等により鏡面状に形成されている。反射面３６は、例えば平面状であり、回転軸３３に対する平行方向に沿って、伸長対応方向ＥＤ１を含むように延設されている。

反射面３６は、両ビームＰＢ，ＲＢに対して共通に設けられている。また反射面３６は、その長手方向を伸長対応方向ＥＤ１に実質的に一致させた矩形状に形成されている。そして図３に示すように、反射面３６は、投光光軸ＰＯＡ上の投光光学系２６と発光窓部２３の共役点との間の発光窓部２３の像が非結像状態となる位置に、配置されている。反射面３６は、無限遠に結像する発光窓部２３の像による焦点深度の範囲外に投光ビームＰＢが入射するように、すなわち焦点深度の投光光学系２６側の端部よりもさらに投光光学系２６側に配置されている。したがって、投光ビームＰＢは、発光窓部２３の像における錯乱円が許容錯乱円以上の大きさとなっている状態で、反射面３６に入射する。ここで発光窓部２３の像における許容錯乱円の径は、例えば小窓２５の伸長方向ＥＤの寸法であってよい。

さらに言えば、反射面３６は、投光ビームＰＢのスポット形状が近傍界パターンＮＦＰをなす位置（Ｄｐ＝Ｄｓ）に配置されている。すなわち、投光ビームＰＢの反射面３６上における各小スポットＳＳが、延伸対応方向ＤＰ１を短軸とする楕円状をなす。したがって、細長く伸びた形状の発光窓部２３及び無限遠でのライン状のスポット形状の縦横比と比較して、反射面３６上の投光ビームＰＢは、伸長対応方向ＥＤ１に圧縮された縦横比をもつ。投光ビームＰＢのフットプリントＰＦも伸長対応方向ＥＤ１に圧縮されるので、走査ミラー３４の伸長対応方向ＥＤ１の寸法が短縮化される。

図４に示すように、走査ミラー３４は、伸長対応方向ＥＤ１に沿った回転軸３３を基準として、有限の角度範囲ＡＲに揺動運動することが可能となっている。揺動運動に伴う反射面３６の向きの変更に応じて、反射面３６に反射される投光ビームＰＢの反射角も変化する。投光ビームＰＢは、測定領域ＭＡへ向けて時間的及び空間的に走査される。

本実施形態における走査は、伸長対応方向ＥＤ１への走査が省かれた１次元的な走査である。反射面３６により反射された投光ビームＰＢの無限遠でのスポット形状は、揺動運動の位相における投光ビームＰＢの照明範囲に実質的に相当することとなる。車載状態においてこの照明範囲は、鉛直方向に細長く伸びた範囲である。故に、走査ミラー３４が鉛直方向に対応した走査を実施しなくても、測定領域ＭＡにおける鉛直画角を広角化することができる。

一方、揺動運動によって、伸長対応方向ＥＤ１に対する垂直方向、換言すると水平方向に沿って、鉛直方向に細長く伸びた投光ビームＰＢによる照明範囲が移動する。そして、揺動運動における有限の角度範囲ＡＲは、測定領域ＭＡにおける水平画角を定義付ける。ここで、投光光軸ＰＯＡのうち走査ミラー３４より測定領域ＭＡ側の部分は、走査ミラー３４の揺動運動に応じ、水平方向に沿って振られることになる。ただし、投光光軸ＰＯＡのうち走査ミラー３４より測定領域ＭＡ側の部分の方向及び位置は、揺動運動の所定の位相（換言すると反射面３６の所定の向き）に対して、一意的に定まる。

有限の角度範囲ＡＲは、機械的なストッパ又は電磁気的なストッパ、又は駆動の制御により、制限される。最大化された有限の角度範囲ＡＲにおいて、投光ビームＰＢの反射角が最大となる端部ＡＲ１は、走査ミラー３４に反射された投光ビームＰＢが光学窓１４から外れ、投光ビームＰＢが遮光容器１２と干渉することが回避されるように、設定される。

最大化された有限の角度範囲ＡＲにおいて、投光ビームＰＢの反射角が最小となる端部ＡＲ２は、走査ミラー３４に反射された投光ビームＰＢが投光ユニット２１と干渉することが回避されるように、設定される。ここで、投光保持部材２８の投光ビームＰＢが射出される側かつ光学窓１４側の角部において、投光光学系２６側へ向かって凹む凹状部２９が形成されている。こうした凹状部２９がなす空間に、走査ミラー３４に反射された投光ビームＰＢのフットプリントＰＦが入り込む。これにより、有限の角度範囲ＡＲにおける投光ビームＰＢの反射角が最小となる端部ＡＲ２側の設定可能範囲は、拡大される。

有限の角度範囲ＡＲに走査された投光ビームＰＢは、光学窓１４を透過する。ここで図３に示すように、光学窓１４も、投光光軸ＰＯＡ上の投光光学系２６と発光窓部２３の共役点との間の発光窓部２３の像が非結像状態となる位置に、配置されている。光学窓１４は、無限遠に結像する発光窓部２３の像による焦点深度の範囲外に投光ビームＰＢが入射するように、すなわち焦点深度の投光光学系２６側の端部よりもさらに投光光学系２６側に配置されている。したがって、投光ビームＰＢは、発光窓部２３の像における錯乱円が許容錯乱円以上の大きさとなっている状態で、光学窓１４に入射する。

さらに言えば、光学窓１４も、投光ビームＰＢのスポット形状が近傍界パターンＮＦＰをなす位置（Ｄｐ＝Ｄｗ）に配置されている。すなわち、投光ビームＰＢの反射面３６上における各小スポットＳＳが、反射面３６上よりは楕円率が小さい（すなわち円に近い）ものの、伸長対応方向ＥＤ１を短軸とする楕円状をなす。したがって、細長く伸びた形状の発光窓部２３及び無限遠でのライン状のスポット形状の縦横比と比較して、光学窓１４上の投光ビームＰＢのフットプリントＰＦは、伸長対応方向ＥＤ１に圧縮される。したがって、光学窓１４の伸長対応方向ＥＤ１の寸法を短くすることが可能となる。

投光ビームＰＢは、光学窓１４を透過後、測定領域ＭＡに存在する測定対象物によって反射される。投光ビームＰＢが測定対象物によって反射されることによる反射ビームＲＢは、再び光学窓１４を透過し、走査ミラー３４へ入射し得る。走査ミラー３４の揺動運動の速度に対して、投光ビームＰＢ及び反射ビームＲＢの速度は十分大きい。このため、投光ビームＰＢが走査ミラー３４に反射された時の揺動運動における位相と反射ビームＲＢが走査ミラー３４へ入射した時の揺動運動における位相とのずれは、僅かであり、無視することも可能である。したがって、反射ビームＲＢは、投光ビームＰＢと略同じ反射角にて反射され、投光ビームＰＢと逆行するように受光ユニット４１へ導光される。

受光ユニット４１は、図１，５に示すように、検出部４２、受光光学系４９及び受光保持部材５１等を含む構成である。本実施形態における検出部４２は、図６に示すように、受光素子アレイ４３及びデコーダ４６を有する。受光素子アレイ４３は、複数の受光素子４４をアレイ状に配列した構成である。受光素子４４には、ＳＰＡＤ（一光子アバランシェフォトダイオード、Single Photon Avalanche Diode）受光素子が採用されている。複数の受光素子４４は、長方形状の検出面４５上に高度に集積化された状態にて２次元配列されている。なお、図６に図示された受光素子４４のうち一部にのみ符号が付されている。

ここで検出面４５の長手方向は、発光窓部２３の伸長方向ＥＤ０と合わせられている。無限遠にてライン状となる投光ビームＰＢに対応した反射ビームＲＢもまた、ライン状のビームになり得るが、検出面４５が反射ビームＲＢの拡がりに合った形状をなす。これにより、検出部４２は、反射ビームＲＢを効率的に受光することが可能となり、検出精度は高まる。

ＳＰＡＤによる各受光素子４４は、１つ以上の光子が入射すると、アバランシェ倍増による電子倍増動作（いわゆるガイガーモード）により、１つの電気パルスを生成する。すなわち、各受光素子４４は、アナログ信号からデジタル信号へＡＤ変換回路を介さずに、換言すると直接的に、デジタル信号としての電気パルスを発生することができる。したがって、受光光学系４９を経て検出面４５上に集光される反射ビームＲＢの検出結果は高速に読み出し可能である。

デコーダ４６は、受光素子４４が生成した電気パルスを出力するために設けられ、選択回路４７、クロック発振器４８等を含む構成である。選択回路４７は、例えば集積回路の形態で実装され、受光素子アレイ４３の中から、電気パルスを取り出す対象となる受光素子４４を、順次選択していく。選択された受光素子４４は、電気パルスをコントローラ６１へ出力するようになっている。こうして選択回路４７が出力対象の受光素子４４を各１回ずつ選択し終えると、１回のサンプリングが終了する。所定の発光タイミングで投光ビームＰＢが発光された時間から、選択回路４７は、サンプリングを周期的に繰り返し実施する。このサンプリング周期は、クロック発振器４８から出力されるクロック周波数に応じたものとなる。クロック発振器４８は、選択回路４７を構成する集積回路の内部又は外部に設けられる。

受光光学系４９は、図１，５に示すように、反射ビームＲＢを受光し、反射ビームＲＢを検出面４５上に合焦させるように集光する光学系である。受光光学系４９は、検出部４２と走査ミラー３４との間に配置されている。受光光学系４９は、１枚以上の光学レンズ５０を含む構成である。受光光学系４９の光学レンズ５０の直径は、投光光学系２６の光学レンズ２７の直径よりも大きくされる。こうして受光光学系４９による反射ビームＲＢの集光効率を高めることができる。受光光学系４９は、受光光軸ＲＯＡを形成する。受光光軸ＲＯＡは、例えば１つ以上の光学レンズ５０の各屈折面の曲率中心を通る仮想的な光線に沿った軸として定義される。受光光軸ＲＯＡに沿った仮想的な光線は、各レンズ頂点５０ａを、偏向作用を受けずに直進して、受光光学系４９を通過可能である。特に本実施形態では、検出面４５の中心点に入射する反射ビームＲＢの主光線が、受光光軸ＲＯＡに沿う。なお、反射ビームＲＢの主光線は、測定対象物による投光ビームＰＢの反射態様に応じて、仮想的な光線となることがある。受光光軸ＲＯＡに沿った光線が走査ユニット３１にて偏向される場合、受光光軸ＲＯＡもその偏向方向に沿った延長部分を含むものとして定義される。

ここで、受光光軸ＲＯＡのうち走査ミラー３４より測定領域ＭＡ側の部分は、走査ミラー３４の揺動運動に応じ、車載状態の水平方向に沿って振られることになる。ただし、受光光軸ＲＯＡのうち走査ミラー３４より測定領域ＭＡ側の部分の方向及び位置は、揺動運動の所定の位相に対して、一意的に定まる。

こうして受光光学系４９により受光される反射ビームＲＢのフットプリントＲＦの範囲は、受光光軸ＲＯＡにより中心点を貫通される検出面４５が実質的な絞りとして機能することにより規定されてもよい。また、フットプリントＲＦの範囲は、受光光軸ＲＯＡにより中心点を貫通される受光光学系４９に絞りが配置されることにより規定されてもよい。

図５に示す受光保持部材５１は、受光光学系４９の鏡筒として、例えば合成樹脂ないし金属により遮光性に形成され、受光光学系４９の１枚以上の光学レンズ５０を保持する筒状に形成されている。受光保持部材５１は、さらに検出部４２を保持するように形成されていてもよい。

図１，５に示すように、投光光軸ＰＯＡと受光光軸ＲＯＡとは、収容室１３の内部及び収容室１３の外部の全域において、互いにずれた形態となる。詳細に、投光光軸ＰＯＡと受光光軸ＲＯＡとは、互いに間隔を空けて、かつ、互いに共通の方向に沿うように、実質平行に配置されている。こうした投光光軸ＰＯＡ及び受光光軸ＲＯＡを、回転軸３３に対する垂直方向に沿って配置することにより、投光ビームＰＢ及び反射ビームＲＢの利用効率を高めることができる。

走査ミラー３４より測定領域ＭＡ側の部分における投光光軸ＰＯＡと受光光軸ＲＯＡとの位置関係についても、両ビームＰＢ，ＲＢ間に共通の反射面３６の向きに応じて一意的に決まり、互いにずれた形態（詳細には平行配置形態）は、揺動運動における位相に関わらず維持される。

投光光学系２６と受光光学系４９とは、揺動運動の回転軸３３に沿った方向、すなわち発光窓部２３の伸長方向ＥＤ０に沿うように、並んで配置される。そうすると、共通の反射面３６によって投光ビームＰＢと略同じ反射角にて反射される反射ビームＲＢを、受光光学系４９が効率的に受光することができる。

さらには投光光学系２６と受光光学系４９との並び配置により、投光ビームＰＢが受光保持部材５１に干渉すること及び反射ビームＲＢが投光保持部材２８に干渉することの両方が抑制される。また、走査ミラー３４からの距離が投光光学系２６と受光光学系４９との間で合わせられる結果、収容室１３のうち両光軸ＰＯＡ，ＲＯＡが沿う共通の方向の寸法を縮小可能となる。

ここで図５，７に示すように、受光光学系４９において、受光光軸ＲＯＡを内包する光学レンズ５０は、いわゆるＤカット、Ｉカット等の外周カット加工を施されている。より詳細に、光学レンズ５０の外周輪郭は、円弧状に形成された円弧輪郭部５０ｂ、及び投光光学系２６と対向する部分にて弦状に形成された弦輪郭部５０ｃが組み合わされた形状となっている。こうした外周輪郭を囲む筒状に形成された受光保持部材５１は、投光光学系２６と対向する部分に、平面状に形成された平坦部５２を有している。こうした受光ユニット４１の形状構成により、投光光軸ＰＯＡと受光光軸ＲＯＡとの間隔を小さくすることが可能である。

一方の投光光学系２６において投光光軸ＰＯＡを内包する光学レンズ２７は、Ｄカット、Ｉカット等の外周カット加工を実施されない丸玉状に形成されている。すなわち、光学レンズ２７の外周輪郭は、全周を円形状に形成されている。投光光学系２６の光学レンズ２７は、受光光学系４９の光学レンズ５０よりもレンズ径が小さいので、外周カット加工により投光光軸ＰＯＡと受光光軸ＲＯＡとの間隔を小さくする効果も小さいからである。

車載状態において、受光光学系４９は、投光光学系２６よりも下方に配置される。光学レンズ５０のレンズ径が投光光学系２６の光学レンズ２７よりも大きくなっている結果、受光光学系４９ないし受光ユニット４１の重量は、投光光学系２６ないし投光ユニット２１の重量よりも大きい。このため、光検出装置１０の重心を下方に下げることができ、車載状態における光検出装置１０の設置安定性を高めることができる。

図１に示すように、投光ビームＰＢのフットプリントＰＦは、投光光学系２６から投光光軸ＰＯＡに沿って測定領域ＭＡ側へ向かうに従って、投光光軸ＰＯＡの垂直断面における断面積を拡大させている。フットプリントＰＦは、走査ミラー３４による走査によって、特に走査ミラー３４より測定領域ＭＡ側の部分における断面積の水平方向への拡大幅を、走査ミラー３４より投光光学系２６側の部分における断面積の水平方向への拡大幅に対して増大させている。

同様に、反射ビームＲＢのフットプリントＲＦは、受光光学系４９から受光光軸ＲＯＡに沿って測定領域ＭＡ側へ向かうに従って、受光光軸ＲＯＡの垂直断面における断面積を拡大させている。フットプリントＲＦは、走査ミラー３４による走査によって、特に走査ミラー３４より測定領域ＭＡ側の部分における断面積の水平方向への拡大幅を、走査ミラー３４より受光光学系４９側の部分における断面積の水平方向への拡大幅に対して増大させている。ここでいう拡大幅とは、光軸に沿った単位長さ当たりのフットプリントの断面積の増大量を意味する。

そして、投光ビームＰＢのフットプリントＰＦと反射ビームＲＢのフットプリントＲＦとが重複した重複領域ＯＬが、収容室１３の内部において形成されている。両フットプリントＰＦ，ＲＦを完全に分離した仮の構成よりも、重複領域ＯＬを設けた本実施形態の構成の方が、重複領域ＯＬの体積分、収容室１３の大きさを縮小可能である。

特に本実施形態では、走査ミラー３４の反射面３６上においても、投光ビームＰＢのフットプリントＰＦと反射ビームＲＢのフットプリントＲＦとは、部分的に重複されている。具体的に、反射面３６の回転軸３３に沿った方向を含む断面上において、両フットプリントＰＦ，ＲＦは、オーバーラップしている。この結果、反射面３６の伸長対応方向ＥＤ１に沿った寸法を縮小することができる。したがって、走査ミラー３４ないし収容室１３の大きさを縮小することができる。

コントローラ６１は、測定領域ＭＡの測定を制御する。コントローラ６１は、図１に示すように、処理部６２、ＲＡＭ６３、記憶部６４、入出力インターフェース６５、及びこれらを接続するバス等を備えたコンピュータを主体として含む構成である。処理部６２は、ＲＯＡＭ６３と結合された演算処理のためのハードウェアである。処理部６２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphical Processing Unit）、ＲＩＳＣ（Reduced Instruction Set Computer）等の演算コアを少なくとも１つ含む構成である。処理部６２は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific integrated circuit）等の演算コアを少なくとも１つ含む構成であってもよい。処理部６２は、ＲＡＭ６３へのアクセスにより、後述する各機能部の機能を実現するための種々の処理を実行する。記憶部６４は、不揮発性の記憶媒体を少なくとも１つ含む構成である。記憶部６４には、処理部６２によって実行されるプログラムが格納されている。

コントローラ６１は、発光部２２、駆動モータ３２及び検出部４２に対して、電気的に接続されるか、通信可能に構成されている。図８に示すようにコントローラ６１には、発光制御部６６、走査制御部６７、測定演算部６８等の機能部が構築される。

発光制御部６６は、走査ミラー３４による走査と連携した発光タイミングにて各レーザ発振素子２４から投光ビームＰＢが発光されるように、発光部２２へ電気信号を出力する。

走査制御部６７は、投光ビームＰＢの発光タイミングと連携した走査が実現されるように、駆動モータ３２へ電気信号を出力する。

測定演算部６８は、検出部４２から入力された電気パルスを演算処理し、測定領域ＭＡにおける測定対象物の有無、及び測定対象物の距離を測定する。測定演算部６８は、投光ビームＰＢの発光後の各サンプリングにて各受光素子４４から出力された電気パルス数をカウントする。測定演算部６８は、サンプリング毎の電気パルス数を記録したヒストグラムを生成する。このヒストグラムの階級は、投光ビームＰＢが発光されてから反射ビームＲＢが受光素子４４に入射するまでの光の飛行時間、いわゆるＴＯＦ（Time Of Flight）を示している。そして、デコーダ４６によるサンプリング周期がＴＯＦ測定における時間分解能に相当する。

さて、投光ビームＰＢのフットプリントＰＦと反射ビームＲＢのフットプリントＲＦとを重複させた本実施形態では、測定領域ＭＡから戻る反射ビームＲＢの光路と、投光ビームＰＢが光学窓１４のカバー板１５に反射されることによるノイズ光の光路とが、幾何光学的に分離不能である。そこで、本実施形態のデコーダ４６は、サンプリング周期を、反射ビームＲＢとノイズ光とを時間的に分離可能な周期に設定している。サンプリング周期は、例えば１００ｎｓ以下の範囲であって、数ｎｓ等に設定される。

そして本実施形態の測定演算部６８は、生成されたヒストグラムのうち、ノイズ光のＴＯＦに相当する階級を、距離の特定演算に使用するデータから除外する。ノイズ光のＴＯＦは、発光部２２からカバー板１５までの距離及びカバー板１５から検出部４２までの距離の合計距離に、光速を乗じることにより推定され得る。

測定演算部６８は、ノイズ光のＴＯＦを除外した後のヒストグラムに基づき、測定対象物の距離を特定する。例えば測定演算部６８は、ヒストグラムにおいて度数が最も大きな階級に対応するＴＯＦを距離に変換し、測定対象物の距離を特定可能である。

次に、デコーダ４６及びコントローラ６１により実施される測定対象物の測定方法を、図９のフローチャートを用いて説明する。各ステップで構成されるフローチャートによる処理は、例えば投光ビームＰＢの発光毎に実施される。

まず、Ｓ１１では、デコーダ４６は、上述のサンプリング周期にて、各受光素子４４に対するサンプリングを実施する。検出部４２からコントローラ６１へと、逐次電気パルスが出力される。Ｓ１１の処理後、Ｓ１２へ移る。

Ｓ１２では、測定演算部６８は、各サンプリングに対して電気パルス数をカウントし、ヒストグラムを生成する。Ｓ１２の処理後、Ｓ１３へ移る。

Ｓ１３では、測定演算部６８は、ヒストグラムのうち、投光ビームＰＢが光学窓１４のカバー板１５に反射されることによるノイズ光のＴＯＦに相当する階級を、距離の特定演算から除外する。Ｓ１３の処理後、Ｓ１４へ移る。

Ｓ１４では、測定演算部６８は、ヒストグラムから測定対象物の距離を特定する。Ｓ１４を以て一連の処理を終了する。

なお、第１実施形態では、検出部４２のデコーダ４６及びコントローラ６１の処理部６２が「少なくとも１つのプロセッサ」に相当する。また、カバー板１５が「カバー部材」に相当する。

（作用効果）
以上説明した第１実施形態の作用効果を以下に改めて説明する。

第１実施形態によると、投光ビームＰＢと反射ビームＲＢとの間でフットプリントＰＦ，ＲＦを共有する重複領域ＯＬが、収容室１３の内部に設けられている。したがって、重複領域ＯＬの体積に応じて、収容室１３を縮小することが可能となる。加えて、投光光軸ＰＯＡと受光光軸ＲＯＡとが互いにずらされている結果、両光軸ＰＯＡ，ＲＯＡを一致させるための追加の光学部品を配置するためのスペース増大も抑制されるので、収容室１３を縮小することが可能となる。故に、小型化を容易に実現可能な構成の光検出装置１０を提供することができる。また、走査ミラー３４によって投光ビームＰＢが振られることによる水平画角が大きい構成である程、小型化に貢献する効果は大きいものとなる。

また、第１実施形態によると、ＳＰＡＤ受光素子４４におけるサンプリング周期は、反射ビームＲＢと、投光ビームＰＢがカバー板１５に反射されることによるノイズ光とを、分離可能な時間に設定される。そうすることで、投光ビームＰＢのフットプリントＰＦと反射ビームＲＢのフットプリントＲＦとを重複させても、ノイズ光の影響を低減した反射ビームＲＢの検出が可能となるので、検出精度を維持しつつ、小型化を実現することが可能である。

また、第１実施形態によると、走査ミラー３４は、収容室１３に収容され、投光光学系２６からの投光ビームＰＢを測定領域ＭＡへ向けて走査すると共に、反射ビームＲＢを受光光学系４９へ導光する、両ビームＰＢ，ＲＢに共通の反射面３６を有する。反射面３６の共通化によって、収容室１３を小型化することができる。

また、第１実施形態によると、共通化された反射面３６上において、投光ビームＰＢによるフットプリントＰＦと、反射ビームＲＢによるフットプリントＲＦとが部分的に重複している。反射面３６上のフットプリント重複によって、反射面３６の面積を縮小することができるので、小型化を実現することが可能である。

また、第１実施形態によると、収容室１３の外部に発光窓部２３を結像させるような焦点距離を有する投光光学系２６に対し、走査ミラー３４は、発光窓部２３が非結像状態である位置に、より好ましくは投光ビームＰＢが近傍界パターンＮＦＰにて入射する位置に、配置されている。細長く伸びた発光窓部２３の形状及び収容室１３の外部での発光窓部２３の結像形状に対して、反射面３６上の投光ビームＰＢのフットプリントＰＦは、比較的、伸長対応方向ＥＤ１に圧縮される。故に、伸長対応方向ＥＤ１に反射面３６の寸法を縮小することができるので、小型化を実現することが可能である。

また、第１実施形態によると、収容室１３の外部に発光窓部２３を結像させるような焦点距離を有する投光光学系２６に対し、光学窓１４は、発光窓部２３が非結像状態である位置に、より好ましくは投光ビームＰＢが近傍界パターンＮＦＰにて入射する位置に、配置されている。故に、光学窓１４の面積を縮小することができるので、小型化を実現することが可能である。

また、第１実施形態によると、投光光軸ＰＯＡと受光光軸ＲＯＡとは、互いに間隔を空けて、互いに共通の方向に沿って配置されている。両光軸ＰＯＡ，ＲＯＡをずらしつつ、両光学系２６，４９を共通の方向に向かせることで、フットプリントＰＦ，ＲＦの重複領域ＯＬを形成しつつも、遠方の測定対象物に対してビームを効率的に往復させることができる。したがって、検出精度を高めつつ、小型化を実現することが可能である。

また、第１実施形態によると、受光光学系４９に設けられた光学レンズ５０の外周輪郭は、円弧状に形成された円弧輪郭部５０ｂと、円弧輪郭部５０ｂがなす範囲を除く部分のうちで投光光学系２６と対向する部分にて弦状に形成された弦輪郭部５０ｃと、を有する。したがって、受光光学系４９のうち投光光学系２６と対向する部分の当該投光光学系２６への張り出しは、抑制される。受光光軸ＲＯＡを投光光軸ＰＯＡ側へ近づけることができる。故に、両光軸ＰＯＡ，ＲＯＡを互いにずらしつつも、フットプリントＰＦ，ＲＦの重複領域ＯＬを増大させることが可能となる。故に、さらなる小型化を実現することが可能である。

（他の実施形態）
以上、一実施形態について説明したが、本開示は、当該実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。

具体的に変形例１としては、発光部２２におけるレーザ発振素子２４の数は、適宜変更されてよい。すなわち、発光窓部２３における小窓２５の数は、１つ以上の範囲で適宜変更されてよい。

変形例２としては、発光部２２は、複数設けられてもよい。例えば、車載状態にて発光窓部２３が水平方向に沿って並ぶように、発光部２２が複数設けられてもよい。複数の発光部２２に対して、１つの投光光学系２６が設けられてもよく、発光部２２の設置数と同数の投光光学系２６が設けられてもよい。

複数の発光部２２に対して１つの投光光学系２６が設けられる場合、投光光軸ＰＯＡは、各発光窓部２３の中心点の平均位置から射出される仮想の主光線により、定義されてよい。

複数の発光部２２に対してこれと同数の投光光学系２６が設けられる場合、それぞれの投光光軸ＰＯＡは、互いに共通の方向に沿うように配置されてもよく、別々の方向に沿うように配置されてもよい。複数の投光光学系２６が設けられ、投光ビームＰＢも複数存在する場合、複数の投光ビームＰＢのフットプリントＰＦのうち少なくとも１つのフットプリントＰＦが、反射ビームＲＢのフットプリントＲＦとの間に重複領域ＯＬを有していればよい。

変形例３としては、発光窓部２３は、楕円形状、円形状、正方形状、多角形状等の種々の形状であってよい。したがって、投光ビームＰＢは、収容室１３の外部にてライン状に結像し得る構成に限らず、種々の形状に結像し得る構成であってよい。

変形例４としては、投光光学系２６の焦点距離は、収容室１３の外部に発光窓部２３を結像させるような焦点距離であればよく、無限遠に発光窓部２３を結像させる焦点距離に限られない。

変形例５としては、投光光学系２６の光学レンズ２７には、いわゆるＤカット、Ｉカット等の外周カット加工が実施されていてもよい。

変形例６としては、受光光学系４９の光学レンズ５０は、外周カット加工を施されない丸玉状に形成されていてもよい。

変形例７としては、走査ミラー３４は、有限の角度範囲ＡＲに揺動運動するものではなく、３６０度、１方向に回転運動するものであってもよい。この場合に、本体部３５の両表面に反射面３６が形成されていてもよい。また走査ミラー３４は、ポリゴンミラー等の２次元的な走査を実施するミラーであってもよい。

変形例８としては、投光光軸ＰＯＡと受光光軸ＲＯＡとは、平行に配置されていなくてもよい。例えば投光光軸ＰＯＡと受光光軸ＲＯＡとの間隔は、投光光学系２６及び受光光学系４９から測定領域ＭＡ側へ向かうに従って漸次小さくなるように設定されていてもよい。

変形例９としては、投光ビームＰＢのフットプリントＰＦと反射ビームＲＢのフットプリントＰＦとは、収容室１３の内部のうち、走査ミラー３４での反射後の空間にのみ、重複領域ＯＬを有していてもよい。この場合に、走査ミラー３４の反射面３６が両ビームＰＢ，ＲＢに対して別々に設けられていてもよく、走査ミラー３４自体が両ビームＰＢ，ＲＢに対して別々に設けられていてもよい。

変形例１０としては、重複領域ＯＬが設けられる限り、投光ユニット２１と受光ユニット４１とは、並んで配置されず、互いに離れた別々の位置に配置されていてもよい。

変形例１１としては、検出部４２に採用される受光素子４４は、ＳＰＡＤ受光素子でなく、ＡＰＤ受光素子等の他の受光素子であってもよい。

変形例１２としては、コントローラ６１は、収容室１３の外部に設けられてもよい。また、コントローラ６１は、電子制御装置として、光検出装置１０に対して独立した構成であってもよい。

変形例１３としては、検出部４２に、測定演算回路が設けられていてもよい。コントローラ６１の測定演算部６８の演算は、検出部４２の測定演算回路によって処理されてもよい。この場合に、ヒストグラムは、コントローラ６１のＲＡＭ６３又は記憶部６４に一時的又は恒久的に記憶されてもよい。一方、検出部４２に、上述の測定演算回路に加えて、ＲＡＭ又は不揮発性の記憶媒体が設けられてもよい。この場合に、ヒストグラムは、検出部４２のＲＡＭ６３又は記憶媒体に一時的又は恒久的に記憶されてもよい。また、測定演算回路は、デコーダ４６の選択回路４７と分離されていてもよく、選択回路４７と共通の集積回路の形態で実装されてもよい。

本開示に記載のプロセッサ及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされた専用コンピュータの処理部により、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載のプロセッサ及びその手法は、専用ハードウエア論理回路により、実現されてもよい。また、本開示に記載のプロセッサ及びその手法は、ディスクリート回路により、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載のプロセッサ及びその手法は、コンピュータプログラムを実行する１つ以上のコンピュータの処理部、１つ以上のハードウエア論理回路及び１つ以上のディスクリート回路の中から選ばれた任意の組み合わせにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１０：光検出装置、１１：筐体、１３：収容室、１４：光学窓、２６：投光光学系、４９：受光光学系、ＭＡ：測定領域、ＰＢ：投光ビーム、ＰＦ：フットプリント、ＰＯＡ：投光光軸、ＯＬ：重複領域、ＲＢ：反射ビーム、ＲＦ：フットプリント、ＲＯＡ：受光光軸

Claims (10)

1. 投光ビーム（ＰＢ）を外部の測定領域（ＭＡ）へ向けて走査し、前記投光ビームに対する前記測定領域からの反射ビーム（ＲＢ）を検出する光検出装置であって、
   投光光軸（ＰＯＡ）を形成し、前記投光ビームを投光する投光光学系（２６）と、
   受光光軸（ＲＯＡ）を形成し、前記反射ビームを受光する受光光学系（４９）と、
   前記投光光学系及び前記受光光学系が収容されている収容室（１３）と、両前記ビームを前記収容室と前記測定領域との間にて往復させる光学窓（１４）とを有する筐体（１１）と、を備え、
   前記投光光軸と前記受光光軸とを互いにずらした形態にて、前記投光ビームと前記反射ビームとは、フットプリント（ＰＦ，ＲＦ）を重複させた重複領域（ＯＬ）を前記収容室の内部において有する光検出装置。
2. 両前記ビームを透過可能な形態にて、前記光学窓を塞ぐカバー部材（１５）と、
   前記収容室に収容され、前記受光光学系を経た前記反射ビームによる光子の受光に応じて電気パルスを生成する一光子アバランシェフォトダイオード受光素子（４４）と、
   前記一光子アバランシェフォトダイオード受光素子におけるサンプリング周期を、前記反射ビームと、前記投光ビームが前記カバー部材に反射されることによるノイズ光とを、分離可能な時間に設定する少なくとも１つのプロセッサ（４６，６２）と、をさらに備える請求項１に記載の光検出装置。
3. 前記収容室に収容され、前記投光光学系からの前記投光ビームを前記測定領域へ向けて走査すると共に、前記反射ビームを前記受光光学系へ導光する、両前記ビームに共通の反射面（３６）を有する走査ミラー（３４）を、さらに備える請求項１又は２に記載の光検出装置。
4. 前記反射面上において、前記投光ビームによるフットプリントと、前記反射ビームによるフットプリントとが部分的に重複している請求項３に記載の光検出装置。
5. 前記収容室に収容され、伸長方向（ＥＤ０）に細長く伸びた形状の発光窓部（２３）を有し、前記発光窓部からレーザ光による前記投光ビームを前記投光光学系へ向けて発光する発光部（２２）と、
   前記収容室に収容され、前記投光光学系からの前記投光ビームを前記測定領域へ向けて走査する反射面（３６）を有する走査ミラー（３４）と、をさらに備え、
   前記投光光学系は、前記収容室の外部に前記発光窓部の像を結像させるような焦点距離を有し、
   前記走査ミラーは、前記発光窓部の像が非結像状態となる位置に、配置されている請求項１又は２に記載の光検出装置。
6. 前記走査ミラーは、前記投光ビームが近傍界パターン（ＮＦＰ）にて入射する位置に、配置されている請求項５に記載の光検出装置。
7. 前記収容室に収容され、伸長方向（ＥＤ０）に細長く伸びた形状の発光窓部（２３）を有し、前記発光窓部からレーザ光による前記投光ビームを前記投光光学系へ向けて発光する発光部（２２）を、さらに備え、
   前記投光光学系は、前記収容室の外部に前記発光窓部の像を結像させるような焦点距離を有し、
   前記光学窓は、前記発光窓部の像が非結像状態となる位置に、配置されている請求項１から４のいずれか１項に記載の光検出装置。
8. 前記光学窓は、前記投光ビームが近傍界パターン（ＮＦＰ）にて入射する位置に、配置されている請求項７に記載の光検出装置。
9. 前記投光光軸と前記受光光軸とは、互いに間隔を空けて、互いに共通の方向に沿って配置されている請求項１から８のいずれか１項に記載の光検出装置。
10. 前記投光光学系及び前記受光光学系は、前記共通の方向に対する垂直方向に沿って並ぶように隣接して配置され、
    前記受光光学系は、前記受光光軸を内包するように配置された光学レンズ（５０）を有し、
    前記光学レンズの外周輪郭は、円弧状に形成された円弧輪郭部（５０ｂ）と、前記円弧輪郭部がなす範囲を除く部分のうちで前記投光光学系と対向する部分にて弦状に形成された弦輪郭部（５０ｃ）と、を有する請求項９に記載の光検出装置。

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