JP2021124725A

JP2021124725A - 光検出装置

Info

Publication number: JP2021124725A
Application number: JP2021008130A
Authority: JP
Inventors: 一寿恩田; Kazuhisa Onda; 禎祐木村; Sadasuke Kimura; 光宏清野; Mitsuhiro Kiyono
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2020-01-31
Filing date: 2021-01-21
Publication date: 2021-08-30

Abstract

【課題】高い検出性能を維持可能な光検出装置の提供。
【解決手段】光検出装置は、レーザ光を発光する発光部と、レーザ光を測定対象物１が反射することによる反射光ＲＬを受光する受光部と、を備える。受光部は、検出素子３３と、複数のレンズ４３，４４，４６，４８を有し、検出素子３３に反射光ＲＬを集光する集光レンズ系４１と、を有する。集光レンズ系４１は、反射光ＲＬに対するレンズ系全体の光学パワーを変動させるファクタとして、高温時において低温時よりもレンズ系全体の光学パワーを大きくする温度変化ファクタと、長波長において短波長よりもレンズ系全体の光学パワーを小さくする色収差ファクタＣＦと、を含む。温度変化量とピーク波長のシフト量との対応関係に基づき、ピーク波長のシフトが想定される波長範囲において色収差ファクタが温度変化ファクタとバランスするように、各レンズ４３，４４，４６，４８の光学パワーは、配分されている。
【選択図】図４

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に開示された光検出装置において、発光部が発光したレーザ光を測定対象物が反射することによる反射光を、検出素子に集光する光学レンズは、１枚構成となっている。

米国特許第９４７０５２０号明細書

さて、光検出装置が温度変化を伴う環境下にて用いられると、反射光の元となるレーザ光のピーク波長が温度依存性を有する場合、反射光のピーク波長が温度に応じてシフトする。対して特許文献１の１枚構成の光学レンズでは、色収差を殆ど調整できないので、ピーク波長がシフトすると光学パワーが変動してしまう。この光学パワーの変動によって検出素子への集光状態が悪化するため、温度変化に対して高い検出性能を維持できないことが懸念される。

この明細書の開示による目的のひとつは、高い検出性能を維持可能な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、温度変化を伴う環境下にて用いられるように構成された光検出装置であって、
温度が高くなるに従って長波長側にシフトするようなピーク波長の温度依存性を有するレーザ光（ＬＬ）を発光する発光部（１１）と、
レーザ光を測定対象物（１）が反射することによる反射光（ＲＬ）を受光する受光部（３１）と、を備え、
受光部は、
反射光を検出する検出素子（３３）と、
光学材料によって形成された複数のレンズ（４３，４４，４６，４８，２４３，２４５）を有し、レンズ系全体の光学パワーが正であり、検出素子に反射光を集光する集光レンズ系（４１，２４１）と、を有し、
集光レンズ系は、反射光に対するレンズ系全体の光学パワーを変動させるファクタとして、高温時において低温時よりもレンズ系全体の光学パワーを大きくする光学材料の温度変化ファクタ（ＴＦ）と、長波長において短波長よりもレンズ系全体の光学パワーを小さくする色収差ファクタ（ＣＦ）と、を含み、
温度変化量とピーク波長のシフト量との対応関係に基づき、ピーク波長のシフトが想定される波長範囲において色収差ファクタが温度変化ファクタとバランスするように、各レンズの光学パワーは、配分されている。

反射光の元となるレーザ光のピーク波長が温度依存性を有する本態様では、集光レンズ系において、環境の温度変化に伴って、光学材料に起因した温度変化ファクタによりレンズ系全体の光学パワーは大きくなる方向に変動する。この温度変化と共に、反射光のピーク波長のシフトも発生するため、集光レンズ系の色収差に起因した色収差ファクタにより反射光に対するレンズ系全体の光学パワーは小さくなる方向にも変動する。そして、集光レンズ系が有する複数のレンズの光学パワーの分配は、ピーク波長のシフトが想定される波長範囲において色収差ファクタが温度変化ファクタとバランスするように設定されている。

すなわち、光学材料に起因した焦点の前側へのずれをキャンセルするような、長波長で焦点を後側へずらす色収差が、温度変化量とピーク波長のシフト量との対応関係に基づいて設定されている。このため、温度変化に対しても、検出素子への集光状態は保たれる。反射光を効率的に検出素子に集光することができるので、検出素子が反射光を検出する感度を、ひいては検出性能を、高い状態に維持可能となるのである。

ここに開示された態様の他のひとつは、温度変化を伴う環境下にて用いられるように構成された光検出装置であって、
温度が高くなるに従って長波長側にシフトするようなピーク波長の温度依存性を有するレーザ光（ＬＬ）を発光する発光部（１１）と、
レーザ光を測定対象物（１）が反射することによる反射光（ＲＬ）を受光する受光部（３１）と、を備え、
受光部は、
反射光を検出する検出素子（３３）と、
光学材料によって形成された複数のレンズ（４３，４４，４６，４８，２４３，２４５）を有し、レンズ系全体の光学パワーが正であり、検出素子に反射光を集光する集光レンズ系（４１，２４１）と、を有し、
集光レンズ系は、
複数のレンズのうちの１枚以上の正レンズ（４３，４４，２４５）を含んで構成される第１レンズ群（４２，２４４）と、
複数のレンズから第１レンズ群に属するレンズを除いたうちの、少なくとも一部のレンズであって、１枚以上の負レンズ（４６，２４３）を含んで構成される第２レンズ群（４５，２４２）と、を有し、
負レンズを形成する光学材料は、正レンズを形成する光学材料よりも高分散である分散特性と、正レンズを形成する光学材料よりも屈折率の温度微分の値が大きな屈折率の温度依存性とを有する。

このような態様によると、負レンズを形成する光学材料は、正レンズを形成する光学材料よりも高分散である分散特性と、正レンズを形成する光学材料よりも屈折率の温度微分の値が大きな屈折率の温度依存性とを有する。そうすることで、温度が高くなるに従い生じる焦点移動作用、詳細に、光学材料における屈折率の温度依存性に起因した前側に焦点を移動させる作用と、光学材料の分散特性に起因した後側に焦点を移動させる作用とは、両方弱められる。したがって、検出すべき反射光が大きくデフォーカスされる事態を回避することができる。

すなわち、温度変化に対しても、検出素子への集光状態を容易に保つことができる。反射光を効率的に検出素子に集光することができるので、検出素子が反射光を検出する感度を、ひいては検出性能を、高い状態に維持可能となるのである。

ここに開示された態様の他のひとつは、温度変化を伴う環境下にて用いられるように構成された光検出装置であって、
温度が高くなるに従って長波長側にシフトするようなピーク波長の温度依存性を有するレーザ光（ＬＬ）を発する発光部（１１）と、
レーザ光を測定対象物（１）が反射することによる反射光（ＲＬ）を受光する受光部と、を備え、
発光部は、
レーザ光を発光するレーザ発光素子（１３）と、
光学材料によって形成された複数のレンズ（３１６ａ，３１７ａ，４１６ａ，４１７ａ，５１６ａ，５１７ａ）を有し、レンズ系全体の光学パワーが正であり、レーザ光を測定対象物（１）へ向けて投光する投光レンズ系（１５）と、を有し、
投光レンズ系は、レーザ光に対するレンズ系全体の光学パワーを変動させるファクタとして、高温時において低温時よりもレンズ系全体の光学パワーを大きくする光学材料の温度変化ファクタ（ＴＦ）と、長波長において短波長よりもレンズ系全体のパワーを小さくする色収差ファクタ（ＣＦ）と、を含み、
温度変化量とピーク波長のシフト量との対応関係に基づき、ピーク波長のシフトが想定される波長範囲において色収差ファクタが温度変化ファクタとバランスするように、各レンズの光学パワーは、配分されている。

このような態様によると、投光レンズ系において、環境の温度変化に伴って、光学材料に起因した温度変化ファクタＴＦによりレンズ系全体の光学パワーは大きくなる方向に変動する。この温度変化と共に、レーザ光が温度依存性を有する結果、レーザ光のピーク波長のシフトも発生するため、投光レンズ系の色収差に起因した色収差ファクタによりレーザ光に対するレンズ系全体の光学パワーは小さくなる方向にも変動する。そして、投光レンズ系が有する複数のレンズの光学パワーの配分は、ピーク波長のシフトが想定される波長変動想定領域において色収差ファクタが温度変化ファクタとバランスするように設定されている。

すなわち、光学材料に起因した焦点の後側へのずれをキャンセルするような、長波長を前側へずらす色収差が、温度変化量とピーク波長のシフト量との対応関係に基づいて設定されている。このため、温度変化に対しても、レーザ発光素子に焦点が合った状態は保たれる。投光されるレーザ光について、意図したスポット形状を維持できるので、測定対象物に対して効果的に投光することができる。したがって、測定対象物に反射された反射光による測定対象物の検出性能も、高い状態に維持可能となる。

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。

光検出装置の全体像を示す図である。発光部及び受光部と、走査部との関係を示す図である。検出面を示す正面図である。集光レンズ系の光路図である。温度変化ファクタと正のパワーをもつレンズとの関係を説明する図である。温度変化ファクタと負のパワーをもつレンズとの関係を説明する図である。色収差ファクタと正のパワーをもつレンズとの関係を説明する図である。色収差ファクタと負のパワーをもつレンズとの関係を説明する図である。第２実施形態の集光レンズ系及び検出素子を示す図である。第３実施形態の光検出装置の外観を示す斜視図である。レーザ発光素子を示す正面図である。第３実施形態の投光レンズ系の速軸−光軸面における光路図である。第３実施形態の投光レンズ系の遅軸−光軸面における光路図である。投光レンズ系での温度変化と光線の経路との関係を説明する図である。第４実施形態の投光レンズ系の速軸−光軸面における光路図である。第４実施形態の投光レンズ系の遅軸−光軸面における光路図である。第５実施形態の投光レンズ系の速軸−光軸面における光路図である。第５実施形態の投光レンズ系の遅軸−光軸面における光路図である。第６実施形態の光検出装置の外観を示す斜視図である。第６実施形態における図２に対応する図である。第６実施形態の検出素子ユニットを示す断面図である。第６実施形態における集光レンズ系の光路図である。

以下、複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。

（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。光検出装置１０は、温度変化を伴う環境下にて用いられる。例えば光検出装置１０は、車両の側面部、又は車両のルーフに配置されている。光検出装置１０は、車両の周辺のうち所定の測定領域にレーザ光ＬＬを投射し、当該レーザ光ＬＬが測定対象物１に反射された反射光ＲＬにより、測定対象物１を測定可能となっている。ここで測定対象物１の測定とは、例えば測定対象物１が存在する方向の測定、光検出装置１０から測定対象物１までの距離の測定等である。

光検出装置１０は、図１，２に示すように、発光部１１、走査部２１及び受光部３１を含む構成である。発光部１１は、レーザ光ＬＬを走査部２１へ向けて発光する。発光部１１は、発光素子ユニット１２及び投光レンズ系１５を含む構成である。

発光素子ユニット１２は、例えばレーザ発光素子１３及び発光制御部１４を有する。本実施形態のレーザ発光素子１３は、例えばレーザダイオード（ＬＤ，Laser Diode）である。レーザ発光素子１３は、発光源を、基板上にて所定の１方向に配列させた１列のアレイ状を呈している。レーザ発光素子１３は、ファブリー・ペロー共振器構造を用いたレーザプロセスによって、コヒーレント光としてのレーザ光ＬＬを発振可能である。レーザ発光素子１３は、当該レーザ発光素子１３を制御する電子回路である発光制御部１４からの電気信号に応じたタイミングにて、パルス状のレーザ光ＬＬを発光する。レーザ光ＬＬは、例えば車両の乗員（ドライバ等）及び外界の人間から視認困難な近赤外域に１つのピーク波長を有する単色のレーザ光である。常温（２０°Ｃ）におけるピーク波長の値（以下、基準波長）は、例えば９０５ｎｍである。

そして、レーザ光ＬＬのピーク波長は、温度が高くなるに従って、短波長側から長波長側に漸次シフトするような温度依存性を有する。ピーク波長は、車載環境にて想定される温度変化想定範囲（例えば−４０〜１２５°Ｃの範囲）に応じて、波長変動想定範囲（例えば８８５〜９４０ｎｍの範囲）にて変動し得る。レーザ発光素子１３の内部において誘導放出された光がファブリー・ペロー共振器構造によって増幅される本実施形態では、実質的に、温度の上昇に対してピーク波長が線形的に増大する。すなわち、温度変化想定範囲において、ピーク波長の温度微分（一次微分）の値は、正であって、固定された値をとるものとみなすことができる。

投光レンズ系１５は、レーザ発光素子１３と走査部２１のミラー２２との間に配置されている。投光レンズ系１５は、１つのレンズからなる構成又は複数のレンズを組み合わせた構成であり、正の光学パワーをもつ。投光レンズ系１５は、各レーザ発光素子１３が個別に発光した各レーザ光ＬＬを屈折する。投光レンズ系１５は、各レーザ光ＬＬを合体させ、ライン状のスポット形状をなすビームに整形する。

走査部２１は、発光部１１及び受光部３１間にて共通又は別個に設けられた可動光学部材を含む構成である。可動光学部材は、例えばミラー２２である。ミラー２２は、その反射面２３によって、投光レンズ系１５から射出されたレーザ光ＬＬを、光検出装置１０の外部へ向けて反射する。反射面２３の向きは、時間的に変更されるようになっている。この反射面２３の向きの変更は、ミラー２２の回転運動又は往復運動等によって実現され得る。反射面２３の向きが時間的に変更されることにより、レーザ光ＬＬは、車両の周辺の測定領域内を時間的に走査される。

走査されたレーザ光ＬＬが測定領域内に位置する測定対象物１により反射されると、その反射光ＲＬの一部は光検出装置１０の内部に戻る。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１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、道路枠の構造物等の静止物体である。

受光部３１は、反射光ＲＬを、走査部２１を経由させた後に受光する。受光部３１は、検出素子ユニット３２及び集光レンズ系４１を含む構成である。

検出素子ユニット３２は、例えば検出素子３３及び受光制御部３６を有する。検出素子３３においては、各種のフォトダイオード、各種の光伝導セル、光電子倍増管等が採用され得るが、特に本実施形態では一光子アバランシェダイオード（Single Photon Avalanche Diode、以下ＳＰＡＤ）が採用されている。ＳＰＡＤは、短いパルス状の反射光ＲＬを高感度にて検出可能な特性をもつ。

図３に示すように検出素子３３は、ＳＰＡＤの配列より基板上にアレイ状に配列された複数の画素３５を有する。複数の画素３５は、所定の１次元方向ないし２次元方向に、所定の配列間隔ＰＴにて配列されている。ここで基板表面において、複数の画素３５が配列された部分がなす平面状領域は、検出面３４と定義される。

受光制御部３６は、図１に示すように、発光制御部１４の発光タイミングと連動した特定の受光タイミングに基づき、検出素子３３を制御する電子回路である。具体的に、検出素子３３における各画素３５が電子シャッタを伴って制御される。受光した反射光ＲＬに基づく電圧値が受光制御部３６へ入力されることで、検出素子ユニット３２は、反射光ＲＬの受光タイミング及び強度を測定可能である。

集光レンズ系４１は、検出素子３３と走査部２１のミラー２２との間に配置されている。集光レンズ系４１は、複数のレンズ４３，４４，４６，４８の組み合わせを含む構成である。集光レンズ系４１を構成する複数のレンズ４３，４４，４６，４８の合成の光学パワー、すなわちレンズ系全体の光学パワーは、正である。集光レンズ系４１は、ミラー２２を介して入射する反射光ＲＬを屈折して、検出素子３３に集光する。図４に示すように、集光レンズ系４１は、反射光ＲＬを検出素子３３の検出面３４上に焦点（詳細には後側焦点）が合うように結像させる機能を有する。集光レンズ系４１は、上述の温度変化想定範囲にて、アサーマル化が図られた光学系となっている。

集光レンズ系４１は、前段レンズ群４２、中段レンズ群４５及び後段レンズ群４７を含む構成である。前段レンズ群４２は、各レンズ群４２，４５，４７のうち検出素子３３から最も遠い位置に配置されている。中段レンズ群４５は、前段レンズ群４２と検出素子３３との間、詳細には前段レンズ群４２と後段レンズ群４７との間に配置されている。後段レンズ群４７は、各レンズ群４２，４５，４７のうち検出素子３３から最も近い位置に配置されている。上述のレンズ系全体の光学パワーは、前段レンズ群４２、中段レンズ群４５及び後段レンズ群４７の合成の光学パワーとなる。

以下では、集光レンズ系４１において測定対象物１による反射光ＲＬが入射してくる入射側を、前側と記載し、集光レンズ系４１において当該反射光ＲＬを検出素子３３へ向けて射出する射出側を、後側と記載する。すなわち、集光レンズ系４１において前段レンズ群４２が最も前側に配置され、後段レンズ群４７が最も後側に配置されていることになる。

各レンズ群４２，４５，４７は、それぞれ１枚以上のレンズ４３，４４，４６，４８を含んで構成されている。特に本実施形態では、前段レンズ群４２が２枚のレンズ４３，４４より構成され、中段レンズ群４５が１枚のレンズ４６により構成され、後段レンズ群４７が１枚のレンズ４８により構成されている。すなわち本実施形態の集光レンズ系４１は、３群４枚のレンズ構成である。なお、各レンズ４３，４４，４６，４８の頂点を結ぶ仮想的な軸は、本実施形態における集光レンズ系４１の光軸ＯＡとして定義される。

以下、各レンズ群４２，４５，４７の詳細を説明する。前段レンズ群４２は、２枚の正レンズ（つまり正の光学パワーをもつレンズ）４３，４４により構成されている。したがって、前段レンズ群４２は、全体として正の光学パワーを有する。本実施形態の２枚の正レンズ４３，４４は、同じ光学材料により形成されている。２枚の正レンズ４３，４４を形成する光学材料には、正常な分散特性をもつ光学材料であって、例えばクラウン系の硝材が採用され得る。以下、２枚の正レンズ４３，４４を形成する光学材料において、ヘリウムを励起媒体とするｄ線（具体的には５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率をｎａ、ｄ線を基準としたアッベ数をｖａ、屈折率の温度微分（一次微分）の値をｄｎａ／ｄｔとそれぞれ記載する。

なお、各レンズ４３，４４の屈折面４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂは、光学材料が露出する構成であってもよく、反射防止コート等の機能性コートが設けられた構成であってもよい。光学材料が露出する場合には、屈折面４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂは、研磨加工等により滑らかに形成されていてもよく、モスアイ構造等が設けられていてもよい。これらの屈折面の構成の変更は、中段レンズ群４５及び後段レンズ群４７の各屈折面４６ａ，４６ｂ，４８ａ，４８ｂについても同様に可能である。

前段レンズ群４２のうち前側に位置する正レンズ４３は、前側屈折面４３ａを凸面状とし、後側屈折面４３ｂを平面状（又は僅かに湾曲する凹面状）とした平凸レンズ状に形成されている。正レンズ４３よりも後側に位置する正レンズ４４は、前側屈折面４４ａを凸面状とし、後側屈折面４４ｂを凹面状とし、正の光学パワーをもつ凸メニスカスレンズ状に形成されている。

凸面状又は凹面状の屈折面、すなわち光学パワーをもつ屈折面４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂは、球面状に形成されてもよく、回転不変性を有する回転対称非球面形状に形成されてもよく、集光レンズ系４１の機能を実現可能な限りにおいてトロイダル面形状に形成されていてもよい。例えば本実施形態の各屈折面４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂは、球面状に形成されている。これら屈折面の構成の変更は、中段レンズ群４５及び後段レンズ群４７の各屈折面４６ａ，４６ｂ，４８ａ，４８ｂについても同様に可能である。

ここで、正レンズ４３の前側屈折面４３ａにおける曲率半径は、後側屈折面４３ｂにおける曲率半径よりも十分に小さい。正レンズ４４の前側屈折面４４ａにおける曲率半径は、後側屈折面４４ｂにおける曲率半径よりも小さい。

また、正レンズ４４の前側屈折面４４ａにおける曲率半径は、正レンズ４３の前側屈折面４３ａにおける曲率半径よりも小さく、後側屈折面４４ｂにおける曲率半径よりも小さい。正レンズ４４の後側屈折面４４ｂにおける曲率半径は、正レンズ４３の前側屈折面４３ａにおける曲率半径よりも小さく、後側屈折面４３ｂにおける曲率半径よりも小さい。なお、曲率半径の大小の比較において、屈折面が平面状の場合における曲率半径は、無限大であるものとして取り扱われる。さらに正レンズ４３の光学パワーは、正レンズ４４の光学パワーよりも小さい。

正レンズ４４の中心厚は、正レンズ４３の中心厚よりも大きい。正レンズ４３の後側屈折面４３ｂの頂点と正レンズ４４の前側屈折面４４ａとの頂点とは、正レンズ４３の中心厚よりも小さく、正レンズ４４の中心厚よりも小さな間隔にて離れて配置されている。

正レンズ４４の後側屈折面４４ｂにおける有効径は、正レンズ４４の前側屈折面４４ａにおける有効径よりも小さく、及び正レンズ４３の屈折面４３ｂにおける有効径よりも小さく、屈折面４３ａにおける有効径よりも小さくされている。正レンズ４４では、有効径の範囲外において、後側屈折面４４ｂを外周側から全周囲むように、光軸ＯＡに対する垂直方向に沿った平面状の平面部４４ｃが形成されている。そして、正レンズ４４の後側屈折面４４ｂよりも後側であって、当該屈折面４４ｂ及び平面部４４ｃに近接した位置に、当該屈折面４４ｂにおける有効径よりも僅かに小さな径を有する絞り４９が設けられている。なお、集光レンズ系４１における有効径は、検出面３４の端部と絞り４９における開口の端部とを結ぶ光線が対象の屈折面を通過する際の光軸ＯＡに対する高さ（いわゆる光線高さ）を意味する。

中段レンズ群４５は、１枚の負レンズ（つまり負の光学パワーをもつレンズ）４６により構成されている。したがって、中段レンズ群４５は、全体として負の光学パワーを有する。負レンズ４６を形成する光学材料には、正常な分散特性をもつ光学材料であって、例えばフリント系の硝材が採用され得る。負レンズ４６を形成する光学材料において、ｄ線に対する屈折率をｎｂ、ｄ線を基準としたアッベ数をｖｂ、屈折率の温度微分（一次微分）の値をｄｎｂ／ｄｔとそれぞれ記載する。

負レンズ４６は、前側屈折面４６ａを凸面状とし、後側屈折面４６ｂを凹面状とし、負の光学パワーをもつ凹メニスカスレンズ状に形成されている。ここで、負レンズ４６の前側屈折面４６ａにおける曲率半径は、後側屈折面４６ｂにおける曲率半径よりも大きい。負レンズ４６の後側屈折面４６ｂにおける有効径は、負レンズ４６の前側屈折面４６ａにおける有効径よりも小さくされている。

後段レンズ群４７は、１枚の補正レンズ４８により構成されている。後段レンズ群４７は、全体として正の光学パワーを有する。補正レンズ４８を形成する光学材料には、正常な分散特性をもつ光学材料であって、例えばクラウン系の硝材が採用され得る。補正レンズ４８を形成する光学材料において、ｄ線に対する屈折率をｎｃ、ｄ線を基準としたアッベ数をｖｃ、屈折率の温度微分の値をｄｎｃ／ｄｔとそれぞれ記載する。

補正レンズ４８は、前側屈折面４８ａを凸面状とし、後側屈折面４８ｂを凸面状とし、正の光学パワーをもつ両凸レンズ状に形成されている。ここで、補正レンズ４８の前側屈折面４８ａにおける曲率半径は、後側屈折面４８ｂにおける曲率半径よりも小さい。補正レンズ４８の後側屈折面４８ｂにおける有効径は、補正レンズ４８の前側屈折面４８ａにおける有効径と概ね同じ大きさである。

次に、各レンズ群４２，４５，４７の関係について説明する。負の光学パワーをもつ中段レンズ群４５が正の光学パワーをもつ前段レンズ群４２と検出素子３３との間に配置されることで、集光レンズ系４１は、望遠型のレンズ構成となっている。望遠型のレンズ構成による集光レンズ系４１は、その主点を、集光レンズ系４１の外部空間、詳細には各レンズ４３，４４，４６，４８が実際に配置されている位置よりも前側の空間に位置させる。したがって、主点と検出素子３３との間の距離を拡大することができる。換言すると、集光レンズ系４１の焦点距離に対して、集光レンズ系４１の鏡筒の長さを短縮化することができるため、光検出装置１０は、小型化可能となり、車両への搭載性が高まる。また、受光部３１による検出の画角を狭角化することができるため、特定の狭い範囲を高精度に検出することができる。

後段レンズ群４７は、前段レンズ群４２と中段レンズ群４５との望遠型の組み合わせにおいて生じ得る集光レンズ系４１の歪曲収差を、補正する機能を有する。本実施形態における歪曲収差は、温度変化想定範囲及び波長変動想定範囲にて、検出画素ずれを回避する量に補正される。検出画素ずれを回避する量とは、検出面３４上において、理想的な結像位置（集光レンズ系４１が仮想的に正像条件を満たすものとした場合の結像位置）に対する実際の集光レンズ系４１による結像位置のずれ量が隣接画素間の配列間隔ＰＴよりも小さくなる量として定義される。したがって、反射光ＲＬが想定された画素３５とは異なる画素３５にて検出される事象が回避されることで、誤検出を抑制することができる。

さて、集光レンズ系４１は、反射光ＲＬに対するレンズ系全体の光学パワーを変動させるファクタ（要因）として、温度変化ファクタＴＦと色収差ファクタＣＦとを含んでいる。温度変化ファクタＴＦは、高温時において低温時よりもレンズ系全体の光学パワーを大きくさせるファクタである。温度変化ファクタＴＦは、各レンズ４３，４４，４６，４８を形成する光学材料にて屈折率の温度依存性が存在することに起因する。各レンズ４３，４４，４６，４８を形成する光学材料のｄｎａ／ｄｔ，ｄｎｂ／ｄｔ，ｄｎｃ／ｄｔの値はそれぞれ正である。すなわち、温度が高くなるに従って各レンズ４３，４４，４６，４８の屈折率が大きくなるので、各レンズ４３，４４，４６，４８の光学パワーの絶対値は大きくなる。レンズ系全体の光学パワーは正であるため、温度が高くなるに従って、必然的にレンズ系全体の光学パワーも大きくなり、温度変化ファクタＴＦはより前側に焦点を移動させる作用を生じさせる。

本実施形態において、集光レンズ系４１には、屈折率の温度微分の値（すなわちｄｎ／ｄｔ）が互いに異なる複数の光学材料が用いられている。ｄｎ／ｄｔが比較的大きな光学材料により形成されたレンズ４６の光学パワーと、ｄｎ／ｄｔが比較的小さな光学材料により形成されたレンズ４３，４４，４８の光学パワーとの配分によって、温度変化ファクタＴＦを制御することが可能である。

ここで、集光レンズ系４１を模した仮想レンズ系モデルのレンズＰＬ，ＮＬを用いて、温度変化ファクタＴＦの制御について説明する。例えば図５に示すように、仮想レンズ系モデルの複数のレンズのうち、正の光学パワーをもつレンズＰＬを形成する光学材料のｄｎ／ｄｔが比較的大きければ、温度変化ファクタＴＦは、常温時の焦点Ｆ０に対して、高温時の焦点Ｆ１を前側へ移動させる作用を比較的強く発揮する。一方、レンズＰＬを形成する光学材料のｄｎ／ｄｔが比較的小さければ、温度変化ファクタＴＦは、常温時の焦点Ｆ０に対して、高温時の焦点Ｆ２を前側へ移動させる作用を比較的弱く発揮する。

また例えば図６に示すように、仮に、仮想レンズ系モデルの複数のレンズのうち、負の光学パワーをもつレンズＮＬを形成する光学材料のｄｎ／ｄｔが比較的大きければ、温度変化ファクタＴＦは、常温時の焦点Ｆ０に対して、高温時の焦点Ｆ１を前側へ移動させる作用を比較的弱く発揮する。一方、仮に、レンズＮＬを形成する光学材料のｄｎ／ｄｔが比較的小さければ、温度変化ファクタＴＦは、常温時の焦点Ｆ０に対して、高温時の焦点Ｆ２を前側へ移動させる作用を比較的強く発揮する。

色収差ファクタＣＦは、長波長において短波長よりもレンズ系の光学パワーを小さくするファクタである。色収差ファクタＣＦは、各レンズ４３，４４，４６，４８を形成する光学材料にて分散特性が存在することに起因する。色収差ファクタＣＦは、波長が長くなるに従ってより後側に焦点を形成する作用を生じさせる。したがって、色収差ファクタＣＦにおける「色収差」は、軸上色収差を意味している。低分散の光学材料により形成されたレンズ４３，４４，４８の光学パワーと、高分散の光学材料により形成されたレンズ４６の光学パワーとの配分によって、色収差ファクタＣＦを制御することが可能である。

ここで、集光レンズ系４１を模した仮想レンズ系モデルのレンズＰＬ，ＮＬを用いて、色収差ファクタＣＦの制御について説明する。例えば図７に示すように、仮想レンズ系モデルの複数のレンズのうち、正の光学パワーをもつレンズＰＬを形成する光学材料のアッベ数が比較的大きければ（低分散であれば）、色収差ファクタＣＦは、基準波長に対する焦点Ｆ０に対して、長波長の焦点Ｆ３を後側へ移動させる作用を比較的弱く発揮する。一方、レンズＮＬを形成する光学材料のアッベ数が比較的小さければ（高分散であれば）、色収差ファクタＣＦは、基準波長に対する焦点Ｆ０に対して、長波長の焦点Ｆ４を後側へ移動させる作用を比較的強く発揮する。

また例えば図８に示すように、仮想レンズ系モデルの複数のレンズのうち、負の光学パワーをもつレンズＮＬを形成する光学材料のアッベ数が比較的大きければ（低分散であれば）、色収差ファクタＣＦは、基準波長に対する焦点Ｆ０に対して、長波長の焦点Ｆ３を後側へ移動させる作用を比較的強く発揮する。一方、レンズＮＬを形成する光学材料のアッベ数が比較的小さければ（高分散であれば）、色収差ファクタＣＦは、基準波長に対する焦点Ｆ０に対して、長波長の焦点Ｆ４を後側へ移動させる作用を比較的弱く発揮する。

仮に、温度変化と検出光の波長変化との関連性がないレンズ系であれば、温度変化ファクタＴＦと色収差ファクタＣＦとが連動することはない。しかしながら、集光レンズ系４１が検出する反射光ＲＬの元となるレーザ光ＬＬのピーク波長に温度依存性が存在する本実施形態では、温度変化ファクタＴＦと色収差ファクタＣＦとが連動する。すなわち、温度が高くなるに従ってレーザ光ＬＬのピーク波長が長波長側にシフトするので、温度変化量とピーク波長のシフト量との対応関係に基づき、色収差ファクタＣＦが温度変化ファクタＴＦと連動するのである。

本実施形態の集光レンズ系４１では、こうした対応関係に基づき、波長変動想定範囲において、色収差ファクタＣＦが温度変化ファクタＴＦとバランスするように、各レンズ群４２，４５，４７ないし各レンズ４３，４４，４６，４８間の光学パワーが配分されている。ここで、色収差ファクタＣＦが温度変化ファクタＴＦとバランスするとは、検出素子３３における検出面３４が集光レンズ系４１の焦点近傍の焦点深度の範囲内に含まれる状態が維持されるように、色収差ファクタＣＦと温度変化ファクタＴＦとがキャンセルされた結果の光学パワーの変動量が抑制されていることを意味する。

上述のバランスを実現する本実施形態では、前段レンズ群４２の光学材料に、中段レンズ群４５の光学材料よりも低分散である分散特性と、中段レンズ群４５の光学材料よりも屈折率の温度微分の値が小さな屈折率の温度依存性とを有する材料が設定される。換言すると、中段レンズ群４５の光学材料に、前段レンズ群４２の光学材料よりも高分散である分散特性と、前段レンズ群４２の光学材料よりも屈折率の温度微分の値が大きな屈折率の温度依存性とを有する材料が設定される。

これらを数式で表せば、ｖａ＞ｖｂ、ｄｎａ／ｄｔ＜ｄｎｂ／ｄｔが成立していることとなる。ここで厳密には、ｄｎａ／ｄｔ及びｄｎｂ／ｄｔは、固定された値ではなく、温度及び波長の関数となっているが、温度変化想定範囲及び波長変動想定範囲のうち全域において、ｄｎａ／ｄｔ＜ｄｎｂ／ｄｔの関係が維持されていることが好ましい。

そして、前段レンズ群４２の光学材料に正のパワーが配分され、中段レンズ群４５の光学材料に負のパワーが配分される。そうすることで、温度変化ファクタＴＦの前側に焦点を移動させる作用と、色収差ファクタＣＦの後側に焦点を移動させる作用とが両方弱くなる。このため、温度変化ファクタＴＦ及び色収差ファクタＣＦのうち一方が一辺倒に作用し、検出面３４に対して反射光ＲＬが大きくデフォーカスされる事態を回避することができる。

そして、後段レンズ群４７の光学材料には、前段レンズ群４２の光学材料及び中段レンズ群４５の光学材料よりも屈折率の温度微分の値が小さな屈折率の温度依存性を有する材料が設定される。これらを数式で表せば、ｄｎｃ／ｄｔ＜ｄｎａ／ｄｔ、ｄｎｃ／ｄｔ＜ｄｎｂ／ｄｔが成立していることとなる。ここで厳密には、ｄｎｃ／ｄｔは、固定された値ではなく、温度及び波長の関数となっている。温度変化想定範囲及び波長変動想定範囲のうち全域において、ｄｎｃ／ｄｔ＜ｄｎａ／ｄｔ、ｄｎｃ／ｄｔ＜ｄｎｂ／ｄｔの関係が維持されていることが好ましい。こうして後段レンズ群４７自体の温度変化ファクタＴＦへの寄与が前段レンズ群４２の寄与及び中段レンズ群４５の寄与に対して小さくされている。

また、後段レンズ群４７の光学材料には、中段レンズ群４５の光学材料よりも低分散である分散特性を有する材料が設定される。数式で表せば、ｖｃ＞ｖｂが成立していることとなる。

（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。

反射光ＲＬの元となるレーザ光ＬＬのピーク波長が温度依存性を有する第１実施形態では、集光レンズ系４１において、環境の温度変化に伴って、光学材料に起因した温度変化ファクタＴＦによりレンズ系全体の光学パワーは大きくなる方向に変動する。この温度変化と共に、反射光ＲＬのピーク波長のシフトも発生するため、集光レンズ系４１の色収差に起因した色収差ファクタＣＦにより反射光ＲＬに対するレンズ系全体の光学パワーは小さくなる方向にも変動する。そして、集光レンズ系４１が有する複数のレンズ４３，４４，４６，４８の光学パワーの分配は、ピーク波長のシフトが想定される波長変動想定領域において色収差ファクタＣＦが温度変化ファクタＴＦとバランスするように設定されている。

すなわち、光学材料に起因した焦点の前側へのずれをキャンセルするような、長波長で焦点を後側へずらす色収差が、温度変化量とピーク波長のシフト量との対応関係に基づいて設定されている。このため、温度変化に対しても、検出素子３３に焦点が合った集光状態は保たれる。反射光ＲＬを効率的に検出素子３３に集光することができるので、検出素子３３が反射光ＲＬを検出する感度を、ひいては検出性能を、高い状態に維持可能となるのである。

また、第１実施形態によると、屈折率の温度微分の値が相互に異なる屈折率の温度依存性を有する光学材料により形成された各レンズ４３，４４，４６，４８間にて、光学パワーが分配されている。こうした分配によって、温度変化ファクタＴＦが色収差ファクタＣＦとバランスするように調整されるので、検出素子３３に焦点が合った集光状態の温度変化に対する維持効果を、高めることができる。

また、第１実施形態によると、負レンズ４６を形成する光学材料は、正レンズ４３，４４を形成する光学材料よりも高分散である分散特性と、正レンズ４３，４４を形成する光学材料よりも屈折率の温度微分の値が大きな屈折率の温度依存性とを有する。そうすることで、温度が高くなるに従い生じる焦点移動作用、詳細に、光学材料における屈折率の温度依存性に起因した前側に焦点を移動させる作用と、光学材料の分散特性に起因した後側に焦点を移動させる作用とは、両方弱められる。したがって、検出素子３３に対して検出すべき反射光ＲＬが大きくデフォーカスされる事態を回避することができる。

すなわち、温度変化に対しても、検出素子３３に焦点が合った集光状態を容易に保つことができる。反射光ＲＬを効率的に検出素子３３に集光することができるので、検出素子３３が反射光ＲＬを検出する感度を、ひいては検出性能を、高い状態に維持可能となるのである。

また、第１実施形態によると、負の光学パワーをもつ中段レンズ群４５は、正の光学パワーをもつ前段レンズ群４２と検出素子３３との間に配置されている。こうしたレンズ構成では、焦点深度が比較的浅くなる傾向にあるが、色収差ファクタＣＦと温度変化ファクタＴＦとをバランスさせることで、温度変化に対して焦点自体が移動し難くなる。故に、焦点深度の浅さが補われて、検出素子３３が反射光ＲＬを検出する感度を高い状態に維持可能となる。

また、第１実施形態によると、後段レンズ群４７にて補正レンズ４８を形成する光学材料は、前段レンズ群４２の正レンズ４３，４４を形成する光学材料よりも屈折率の温度微分の値が小さな屈折率の温度依存性を有する。後段レンズ群４７の温度変化ファクタＴＦへの寄与を小さくできるので、補正レンズ４８への光学パワーの配分が両ファクタＴＦ，ＣＦのバランスに大きく制約されることが抑制される。後段レンズ群４７に求められた歪曲収差の補正を、より高度に実現可能となるので、検出素子３３に反射光ＲＬを結像させる際の結像位置の精度が高くなる。したがって、検出性能を、高い状態に維持可能となるのである。

また、第１実施形態によると、後段レンズ群４７により補正される歪曲収差は、検出面３４上の結像位置であって、整像条件が満たされる理想的な結像位置に対する実際の集光レンズ系４１の結像位置のずれ量が、配列間隔ＰＴよりも小さくなる範囲となっている。この配列間隔ＰＴは、検出面３４における複数の画素３５の間隔であるので、反射光ＲＬが想定された画素３５とは異なる画素３５にて検出されることが回避される。したがって、誤検出を抑制することができる。

なお、第１実施形態における前段レンズ群４２は、「第１レンズ群」に相当する。中段レンズ群４５は、「第２レンズ群」に相当する。後段レンズ群４７は、「第３レンズ群」に相当する。

（第２実施形態）
図９に示すように、第２実施形態は第１実施形態の変形例である。第２実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。

第２実施形態の集光レンズ系２４１は、前段レンズ群２４２及び後段レンズ群２４４を含む２群２枚のレンズ構成である。前段レンズ群２４２は、各レンズ群２４２，２４４のうち検出素子３３から最も遠い位置に配置されている。後段レンズ群２４４は、前段レンズ群２４２と検出素子３３との間に配置されている。レンズ系全体の光学パワーは、前段レンズ群２４２及び後段レンズ群２４４の合成の光学パワーとなる。

前段レンズ群２４２は、１枚の負レンズ２４３により構成されている。したがって、前段レンズ群２４２は、全体として負のパワーを有する。例えば負レンズ２４３を形成する光学材料には、第１実施形態の中段レンズ群４５を形成する光学材料と同じ材料が採用され得る。

後段レンズ群２４４は、１枚の正レンズ２４５により構成されている。したがって、後段レンズ群２４４は、全体として正のパワーを有する。例えば正レンズ２４５を形成する光学材料には、第１実施形態の前段レンズ群４２を形成する光学材料と同じ材料が採用され得る。こうして第２実施形態の集光レンズ系２４１は、逆望遠型のレンズ構成となっている。こうしたレンズ構成では、受光部３１による検出の画角を広角化することができるため、広い範囲からの反射光ＲＬを検出することができる。

以上説明した第２実施形態によると、負の光学パワーをもつ前段レンズ群２４２は、検出素子３３とは、正の光学パワーをもつ後段レンズ群２４４を挟んだ反対側に配置されている。こうしたレンズ構成では、焦点深度を深くすることで、色収差ファクタＣＦと温度変化ファクタＴＦとのバランスにおける許容性を高めることできる。故に、検出素子３３に焦点が合った集光状態を、容易に保つことが可能となる。

なお、第２実施形態における前段レンズ群２４２は、「第２レンズ群」に相当する。後段レンズ群２４４は、「第１レンズ群」に相当する。

（第３実施形態）
図１０〜１４に示すように、第３実施形態は第１実施形態の変形例である。第３実施形態について、第１実施形態とは異なる点、及び説明が不足していた点を中心に説明する。

第３実施形態では、第１実施形態にて説明した走査部２１及び受光部３１が含まれると共に、第１実施形態にて説明が不足していた筐体３５１及び発光部１１が含まれた構成である。

第３実施形態の筐体３５１は、図１０に示すように、外壁部３５２及びカバー板３５５を有し、光検出装置１０の外装（外郭）を構成している。筐体３５１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３５２を有する直方体の箱状に形成されている。筐体３５１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。筐体３５１は、発光部１１、走査部２１及び受光部３１を収容する収容室３５３を、外壁部３５２に囲まれた形態にて有する。収容室３５３は、発光部１１及び受光部３１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３５３の共通化により、発光部１１と受光部３１間に隔壁を形成することが抑制されるので、光検出装置１０の体格拡大を抑制可能である。

発光部１１及び受光部３１は、筐体３５１に対して実質的に固定されるように、保持されている。走査部２１は、モータの駆動によって回転運動可能に、又は往復運動可能に、筐体３５１に対して固定されている。

また、筐体３５１は、投光されるレーザ光ＬＬ（投光ビームと呼んでもよい）及びその反射光ＲＬ（反射ビームと呼んでもよい）の両方を測定領域との間で往復させる光学窓３５４を、開口状に形成している。光学窓３５４もまた、発光部１１及び受光部３１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３５５は、例えば合成樹脂ないしガラス等からなる基材により、レーザ光ＬＬ及びその反射光ＲＬ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３５５は、光学窓３５４の全面を塞ぐように配置され、収容室３５３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３５５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、より詳細には波長変動想定範囲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３５３の内部が覗かれることは抑制される。また、カバー板３５５の収容室３５３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。

図１１に示すように、第３実施形態の発光部１１においてレーザ発光素子１３は、第１実施形態と同様であり、発光源としてのレーザダイオード１３ａを基板上にて所定の１方向に、互いに間隔を開けて複数配列させた１列のアレイ状を呈している。上述のファブリー・ペロー共振器構造において、各レーザダイオード１３ａのＰＮ接合層は、互いに共通の方向であって、アレイの配列方向（すなわちライン状のスポット形状をなすビームの長手方向）に対する、垂直方向に積層される。

この垂直方向に沿った軸が、レーザダイオード１３ａにおける速軸となる。一方、アレイの配列方向に沿った軸が、レーザダイオード１３ａにおける遅軸となる。レーザ光ＬＬは、遅軸方向ＳＡよりも、速軸方向ＦＡに大きな発散角をもつ。

こうしたレーザダイオード１３ａの集合体による巨視的開口部として、発光窓部１３ｂが形成されている。特に本実施形態の発光窓部１３ｂは、細長い略長方形状となっている。発光窓部１３ｂの長手方向の寸法（遅軸方向ＳＡに沿った寸法）は、短手方向の寸法（速軸方向ＦＡに沿った寸法）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１３ｂの長手方向は、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。またここで、発光窓部１３ｂに沿った面は、発光面１３ｃと定義される。また発光窓部１３ｂは、例えば硝材ないし合成樹脂材料により形成され、透光性を有する薄板状の透光カバー１３ｄにより、覆われている。

そして、発光部１１は、レーザ光ＬＬとして、遅軸方向ＳＡに延びたライン状のビームを発光する。このライン状のビームは、各レーザダイオード１３ａが同時発光することで実現されてもよく、各レーザダイオード１３ａが僅かな時間差をつけた形態にて発光することで、ライン状のビームに相当するものとして実現されてもよい。

対して走査部２１のミラー２２は、遅軸方向ＳＡに沿った回転軸ＲＡのまわりに反射面２３を往復運動させることにより、ライン状のビームを、速軸方向ＦＡに沿った走査方向に走査させることが可能である。

第３実施形態の発光部１１において投光レンズ系１５は、複数のレンズ３１６ａ，３１７ａを組み合わせた構成である。投光レンズ系１５を構成する複数のレンズ３１６ａ，３１７ａの合成の光学パワー、すなわちレンズ系全体の光学パワーは、正である。

図１２，１３に示すように、投光レンズ系１５は、レンズ系全体の焦点（詳細には前側焦点）を、発光面１３ｃに合焦させるように配置される。この結果、レーザ光ＬＬが遠方まで、より細い状態で届くようになる。遠方に存在する測定対象物１にてレーザ光ＬＬが反射されることによる反射光ＲＬが受光部３１まで戻る光量が確保されるので、結果的に検知距離を大きくすることができる。投光レンズ系１５は、第１実施形態にて説明された温度変化想定範囲にて、アサーマル化が図られた光学系となっている。

投光レンズ系１５は、主レンズ群３１６及び調整レンズ群３１７を含む構成である。主レンズ群３１６は、調整レンズ群３１７を挟んだレーザ発光素子１３とは反対側に配置されている。調整レンズ群３１７は、主レンズ群３１６とレーザ発光素子１３との間に配置されている。

各レンズ群３１６，３１７は、それぞれ１枚以上のレンズ３１６ａ，３１７ａを含んで構成されている。特に本実施形態では、主レンズ群３１６が１枚のレンズ３１６ａにより構成され、調整レンズ群３１７が１枚のレンズ３１７ａにより構成されている。なお、各レンズ３１６ａ，３１７ａの頂点を結び、発光窓部１３ｂの中心を貫通する仮想的な軸は、本実施形態における投光レンズ系１５の光軸ＯＡ２として定義される。

以下、各レンズ群３１６，３１７の詳細を説明する。主レンズ群３１６は、１枚の正レンズ３１６ａ（つまり正の光学パワーをもつレンズ）により構成されている。したがって、主レンズ群３１６は、全体として正のパワーを有する。正レンズ３１６ａを形成する光学材料には、正常な分散特性をもつ光学材料であって、例えばクラウン系の硝材ないしはポリカーボネイト樹脂等の合成樹脂材料が採用され得る。正レンズ３１６ａを形成する光学材料において、ｄ線に対する屈折率をｎｘ、ｄ線を基準としたアッベ数をｖｘ、屈折率の温度微分の値をｄｎｘ／ｄｔとそれぞれ記載する。例えばｄｎｘ／ｄｔ＞０である。

なお、正レンズ３１６ａの屈折面３１６ｂ，３１６ｃは、光学材料が露出する構成であってもよく、反射防止コート等の機能性コートが設けられた構成であってもよい。光学材料が露出する場合には、屈折面３１６ｂ，３１７ｃは、滑らかに形成されていてもよく、モスアイ構造等が設けられていてもよい。これらの屈折面の構成の変更は、調整レンズ群３１７の屈折面３１７ｂ，３１７ｃについても同様に可能である。

正レンズ３１６ａは、前側屈折面３１６ｂを凸面状とし、後側屈折面３１６ｃを凸面状とした両凸レンズに形成されている。光学パワーをもつ屈折面３１６ｂ，３１６ｃは、球面状に形成されてもよく、回転不変性を有する回転対称非球面形状に形成されてもよい。例えば、正レンズ３１６ａの前側屈折面３１６ｂにおける曲率半径は、後側屈折面３１６ｃにおける曲率半径よりも大きい。

調整レンズ群３１７は、１枚のシリンドリカルレンズ３１７ａにより構成されている。本実施形態のシリンドリカルレンズ３１７ａは、投光レンズ系１５の光軸ＯＡ２及びレーザ発光素子１３の速軸方向ＦＡを含む断面（以下、速軸−光軸面ＦＰという）内において、実質的に０の光学パワーとなっている。また、シリンドリカルレンズ３１７ａは、光軸ＯＡ２及びレーザ発光素子１３の遅軸方向ＳＡを含む断面（以下、遅軸−光軸面ＳＰという）内において、実質的に正の光学パワーをもっている。シリンドリカルレンズ３１７ａを形成する光学材料には、正常な分散特性をもつ光学材料であって、例えばクラウン系の硝材ないしはポリカーボネイト樹脂等の合成樹脂材料が採用され得る。シリンドリカルレンズ３１７ａを形成する光学材料において、ｄ線に対する屈折率をｎｙ、ｄ線を基準としたアッベ数をｖｙ、屈折率の温度微分の値をｄｎｙ／ｄｔとそれぞれ記載する。ｄｎｙ／ｄｔの符号は、ｄｎｘ／ｄｔと同じであり、例えばｄｎｙ／ｄｔ＞０である。

シリンドリカルレンズ３１７ａの前側屈折面３１７ｂは、平面状に形成されている。一方、シリンドリカルレンズ３１７ａの後側屈折面３１７ｃは、速軸方向ＦＡに沿った母線を有する凸シリンドリカル面状に形成されている。すなわち、後側屈折面３１７ｃは、速軸方向ＦＡの曲率をもたず（曲率半径は無限大）、遅軸方向ＳＡの曲率をもつ（曲率半径は有限）。この結果、速軸−光軸面ＦＰ内では、シリンドリカルレンズ３１７ａの断面は、単なる平らなガラス板であるかのように、例えば矩形状断面をなす。遅軸−光軸面ＳＰ内では、シリンドリカルレンズ３１７ａの断面は、平凸レンズ状をなす。調整レンズ群３１７のシリンドリカルレンズ３１７ａと主レンズ群３１６の正レンズ３１６ａとの間隔は、シリンドリカルレンズ３１７ａの中心厚より小さくされ、正レンズ３１６ａの中心厚よりも小さくされる。

こうして投光レンズ系１５は、速軸−光軸面ＦＰ内において、レーザ光ＬＬをコリメートして、測定領域へ投光する。ここでいうコリメートとは、レーザ発光素子１３からのレーザ光ＬＬを完全に平行光束にする意味に限られず、レーザ光ＬＬを、レーザ発光素子１３から発光された直後よりも平行光束に近づける意味を包含する。速軸−光軸面ＦＰ内において光学パワーをもっているのは実質的に正レンズ３１６ａのみであるから、レーザ光ＬＬは、各レンズ群３１６，３１７のうち主レンズ群３１６によって、コリメートされる。

一方、投光レンズ系１５は、上述のシリンドリカルレンズ３１７ａの形状によって、遅軸−光軸面ＳＰ内において、速軸−光軸面ＦＰ内よりもより強い集光機能を発揮する。具体的に、シリンドリカルレンズ３１７ａは、速軸方向ＦＡの光学パワーに対して遅軸方向ＳＡの光学パワーを正方向にずらした構成をとる。これにより、遅軸−光軸面ＳＰ内のレーザ光ＬＬのビームウエストの位置を、速軸−光軸面ＦＰ内のレーザ光ＬＬのビームウエストの位置に近づけることができる。

第１実施形態の受光部３１における集光レンズ系４１と同様に、投光レンズ系１５は、色収差ファクタＣＦ及び温度変化ファクタＴＦを含んでいる。そして、投光レンズ系１５の特に速軸−光軸面ＦＰ内において、色収差ファクタＣＦが温度変化ファクタＴＦとバランスするように、各レンズ３１６ａ，３１７ａの光学パワーが配分されている。

特に第３実施形態では、速軸−光軸面ＦＰ内にて光学パワーを０とするシリンドリカルレンズ３１７ａが、正レンズ３１６ａとレーザ発光素子１３との間に挿入される。これによって、レーザ発光素子１３と正レンズ３１６ａとの間の光路長が、シリンドリカルレンズ３１７ａ内の厚みに屈折率−１を乗じた分、長くなる。これにより、シリンドリカルレンズ３１７ａにおいて、前側焦点の焦点距離を調整する機能が備わる。この焦点距離の調整機能は、正の光学パワーをもつ正レンズ３１６ａとの相対的な比較においては、図６，８に示された負の光学パワーをもつレンズＮＬと同様の作用を発揮することになる。こうして、シリンドリカルレンズ３１７ａは、温度変化及びこれに応じた波長変動に対して、焦点距離を調整する調整レンズとして機能する。

例えば便宜的に正レンズ３１６ａの焦点位置を，レーザ光ＬＬが射出する方向から逆に追跡した図１４の模式図に示すように、温度が常温よりも上昇すると、速軸−光軸面ＦＰ内においてシリンドリカルレンズ３１７ａを透過する光線は、比較的内周側にずれることとなる（光線Ｒ１参照）が、発光面１３ｃに対するデフォーカスは抑制されている。温度が常温よりも低下すると、速軸−光軸面ＦＰ内においてシリンドリカルレンズ３１７ａを透過する光線は、比較的外周側にずれることとなる（光線Ｒ２参照）が、発光面１３ｃに対するデフォーカスは抑制されている。

このようにして、速軸−光軸面ＦＰ内において、遅軸−光軸面ＳＰ内よりも、色収差ファクタＣＦと温度変化ファクタＴＦとが高い精度にてバランスする。換言すると、速軸−光軸面ＳＰ内における温度変化想定範囲ないし波長変動想定範囲での投光レンズ系１５の焦点移動量は、遅軸−光軸面ＳＰ内における温度変化想定範囲ないし波長変動想定範囲での投光レンズ系１５の焦点移動量よりも小さい。

ここでいう色収差ファクタＣＦと温度変化ファクタＴＦとのバランスは、単純に正レンズ３１６ａとシリンドリカルレンズ３１７ａとの光学パワーの配分だけでなく、当該配分と共になされた、シリンドリカルレンズ３１７ａの厚みの設定によって高精度なものとなる。例えば厚みは、中心厚を基準とすることができる。こうした結果、速軸−光軸面ＦＰ内における投光レンズ系１５の焦点移動量は、温度変化想定範囲において１５μｍ以下、例えば１２μｍ程度に抑制され得る。

また、投光レンズ系１５の前後には、図１２，１３に示すように一対の絞り３１８，３１９が配置されていてもよい。一対の絞り３１８，３１９のうち、正レンズ３１６ａよりもレーザ発光素子１３側、例えばレーザ発光素子１３とシリンドリカルレンズ３１７ａとの間に配置される絞りは、視野絞り３１８である。視野絞り３１８は、遅軸方向ＳＡを長手方向とする略矩形状に開口する前側開口を形成している。視野絞り３１８は、発光窓部１３ｂから射出されるレーザ光ＬＬの角度を制限する。

一対の絞り３１８，３１９のうち、正レンズ３１６ａを挟んだ視野絞り３１８とは反対側、例えば正レンズ３１６ａとミラー２２との間に配置される絞りは、開口絞り３１９である。開口絞り３１９は、速軸方向ＦＡを長手方向とする略矩形状に開口する後側開口を形成している。開口絞り３１９は、速軸−光軸面ＦＰ内において実質的に平行光となるレーザ光ＬＬを透過させつつ、遅軸−光軸面ＳＰ内において発生した迷光を遮光することができる。投光レンズ系１５の開口数は、開口絞り３１９によって制御されてもよく、各レーザダイオード１３ａの発散角特性に基づいていてもよい。本実施形態において、投光レンズ系１５の開口数は、速軸−光軸面ＦＰ内において、遅軸−光軸面ＳＰ内よりも大きい。

こうして投光レンズ系１５の焦点が、特にレーザ発光素子１３からデフォーカスすることは抑制される。故に、投光レンズ系１５から射出されるレーザ光ＬＬのスポット形状は、遠方界においても細い（ライン状のビームにおいては細長い）状態であり、測定対象物１への照度低下は抑制される。故に、温度変化に伴う光検出装置１０の検知距離の低下も抑制可能である。

以上説明した第３実施形態では、投光レンズ系１５において、環境の温度変化に伴って、光学材料に起因した温度変化ファクタＴＦによりレンズ系全体の光学パワーは大きくなる方向に変動する。この温度変化と共に、レーザ光ＬＬが温度依存性を有する結果、レーザ光ＬＬのピーク波長のシフトも発生するため、投光レンズ系１５の色収差に起因した色収差ファクタＣＦによりレーザ光ＬＬに対するレンズ系全体の光学パワーは小さくなる方向にも変動する。そして、投光レンズ系１５が有する複数のレンズ３１６ａ，３１７ａの光学パワーの配分は、ピーク波長のシフトが想定される波長変動想定領域において色収差ファクタＣＦが温度変化ファクタＴＦとバランスするように設定されている。

すなわち、光学材料に起因した焦点の後側へのずれをキャンセルするような、長波長を前側へずらす色収差が、温度変化量とピーク波長のシフト量との対応関係に基づいて設定されている。このため、温度変化に対しても、レーザ発光素子１３に焦点が合った状態は保たれる。投光されるレーザ光ＬＬについて、意図したスポット形状を維持できるので、測定対象物１に対して効果的に投光することができる。したがって、測定対象物１に反射された反射光ＲＬの検出性能も、高い状態に維持可能となる。

また、第３実施形態によると、投光レンズ系１５において、速軸−光軸面ＦＰ内における波長変動想定範囲での焦点移動量が遅軸−光軸面ＳＰ内における波長変動想定範囲での焦点移動量よりも小さくされている。すなわち、速軸−光軸面ＦＰ内における投光レンズ系１５の焦点深度が浅い場合であっても、色収差ファクタＣＦを温度変化ファクタＴＦとバランスさせることが容易となる。故に、レーザ発光素子１３から発光されるレーザ光ＬＬの発散角が遅軸方向ＳＡよりも大きくなる速軸方向ＦＡに対して、開口数を大きくしてレーザ光ＬＬの照射効率をより高めた投光レンズ系１５を実現することができる。

また、第３実施形態によると、投光レンズ系１５において、正レンズ３１６ａと、速軸−光軸面ＦＰ内における光学パワーが０以下である調整レンズとしてのシリンドリカルレンズ３１７ａが組み合わされている。こうした構成では、シリンドリカルレンズ３１７ａが、温度変化及びこれに応じた波長変動に対して、焦点距離を調整する機能を発揮するので、速軸−光軸面ＦＰにて投光レンズ系１５の焦点がレーザ発光素子１３からデフォーカスすることを抑制できる。

また、第３実施形態によると、シリンドリカルレンズ３１７ａにおいて、速軸−光軸面ＦＰ内における光学パワーと、遅軸−光軸面ＳＰ内における光学パワーとの差は、負である。このようにすると、投光レンズ系１５は、発光時に速軸方向ＦＡの発散角が遅軸方向ＳＡの発散角よりも大きなレーザ光ＬＬを、測定領域においてより小さなスポット形状となるように投光することができる。

また、第３実施形態によると、シリンドリカルレンズ３１７ａにおいて、速軸−光軸面ＦＰ内における光学パワーが０であり、遅軸−光軸面ＳＰ内における光学パワーが正である。光学パワーが０となる速軸−光軸面ＦＰ内において、レンズ３１７ａの厚みを利用した光路長の変動機能により、温度変化及びこれに応じた波長変動に対して、焦点距離を調整することができる。故に、速軸−光軸面ＦＰにて投光レンズ系１５の焦点がレーザ発光素子１３からデフォーカスすることを抑制できる。

また、第３実施形態によると、調整レンズ群３１７は、主レンズ群３１６とレーザ発光素子１３との間に配置されている。この配置では、レーザ光ＬＬが主レンズ群３１６にてコリメートされる前に、調整レンズ群３１７を通過させることができる。すなわち、調整レンズ群３１７が、遠方の測定領域に投光されるレーザ光ＬＬの主レンズ群３１６への入射角を、温度変化に応じて、測定領域におけるスポット形状を維持可能に変化させ得る。

（第４実施形態）
図１５，１６に示すように、第４実施形態は第３実施形態の変形例である。第４実施形態について、第３実施形態とは異なる点を中心に説明する。

第４実施形態の投光レンズ系１５においてシリンドリカルレンズ４１７ａは、速軸−光軸面ＦＰ内において、負のパワーをもっている。シリンドリカルレンズ４１７ａは、遅軸−光軸面ＳＰ内において、実質的に０の光学パワーとなっている。シリンドリカルレンズ４１７ａが遅軸方向ＳＡの光学パワーに対して速軸方向ＦＡの光学パワーを負方向にずらした構成をとっているのは、第３実施形態と同様である。

シリンドリカルレンズ４１７ａの前側屈折面４１７ｂは、第３実施形態と同様に、平面状に形成されている。一方、シリンドリカルレンズ４１７ａの後側屈折面４１７ｃは、遅軸方向ＳＡに沿った母線を有する凹シリンドリカル面状に形成されている。すなわち、後側屈折面４１７ｃは、遅軸方向ＳＡの曲率をもたず（曲率半径は無限大）、速軸方向ＦＡの曲率をもつ（曲率半径は有限）。この結果、速軸−光軸面ＦＰ内では、シリンドリカルレンズ４１７ａの断面は、平凹レンズ状をなす。遅軸−光軸面ＳＰ内では、シリンドリカルレンズ４１７ａの断面は、単なる平らなガラス板のように、例えば矩形状をなす。

第４実施形態の正レンズ４１６ａは、投光レンズ系１５がレーザ光ＬＬをコリメートするために、シリンドリカルレンズ４１７ａの負の光学パワーを相殺するように、第３実施形態の正レンズ３１６ａよりも大きな正の光学パワーをもっている。

以上説明した第４実施形態によると、シリンドリカルレンズ４１７ａにおいて、速軸−光軸面ＦＰ内における光学パワーが負であり、遅軸−光軸面ＳＰ内における光学パワーが０である。速軸−光軸面ＦＰ内では、正レンズ４１６ａの温度変化影響を相殺するシリンドリカルレンズ４１７ａの温度変化影響を発揮させることができる。これと共に、遅軸−光軸面ＳＰ内では、レンズ４１７ａの厚みを利用した光路長の変動機能により、温度変化及びこれに応じた波長変動に対して、焦点距離を調整することができる。

（第５実施形態）
図１７，１８に示すように、第５実施形態は第３実施形態の変形例である。第５実施形態について、第４実施形態とは異なる点を中心に説明する。

第５実施形態の投光レンズ系１５においてシリンドリカルレンズ５１７ａは、速軸−光軸面ＦＰ内において、負のパワーをもっている。シリンドリカルレンズ５１７ａは、遅軸−光軸面ＳＰ内において、速軸−光軸面ＦＰ内の光学パワーよりも正方向にずれた負の光学パワーをもっている。シリンドリカルレンズ５１７ａが遅軸方向ＳＡの光学パワーに対して速軸方向ＦＡの光学パワーを負方向にずらした構成をとっているのは、第３実施形態と同様である。

シリンドリカルレンズ５１７ａの前側屈折面５１７ｂは、凹面状であって、球面状又は回転不変性を有する回転対称非球面形状に形成されている。シリンドリカルレンズ５１７ａの後側屈折面５１７ｃは、遅軸方向ＳＡに沿った母線を有する凹シリンドリカル面状に形成されている。すなわち、後側屈折面５１７ｃは、遅軸方向ＳＡの曲率をもたず（曲率半径は無限大）、速軸方向ＦＡの曲率をもつ（曲率半径は有限）。この結果、遅軸−光軸面ＳＰ内では、シリンドリカルレンズ５１７ａの断面は、平凹レンズ状をなす。

第５実施形態の正レンズ５１６ａは、投光レンズ系１５がレーザ光ＬＬをコリメートするために、シリンドリカルレンズ５１７ａの負の光学パワーを相殺するように、第３実施形態の正レンズ３１６ａよりも大きな正の光学パワーをもっている。

以上説明した第５実施形態によると、シリンドリカルレンズ３１７ａにおいて、速軸−光軸面ＦＰ内における光学パワーが負であり、遅軸−光軸面ＳＰ内における光学パワーが負である。両面ＦＰ，ＳＰ内において、正レンズ３１６ａの温度変化影響を相殺するシリンドリカルレンズ３１７ａの温度変化影響を発揮させることができる。

（第６実施形態）
図１９〜２２に示すように、第６実施形態は第１実施形態の変形例である。第６実施形態について、第１実施形態とは異なる点を中心に説明する。

第６実施形態の光検出装置１０は、筐体６５１、発光受光体６３０及び走査部６２１を含む構成である。図１９に示される筐体６５１は、例えば円筒形状に形成され、上底部６５２、下底部６５３及び光学窓部６５４を含む構成である。筐体６５１は、上底部６５２、下底部６５３及び光学窓部６５４を組み合わせることで、発光受光体６３０及び走査部６２１を収容する収容室６５１ａを形成している。

上底部６５２及び下底部６５３は、例えばアルミ等の金属ないし合成樹脂等により、遮光性を有して形成されている。上底部６５２及び下底部６５３は、発光受光体６３０を回動可能に支持すると共に、走査部６２１を保持する。上底部６５２及び下底部６５３のうち少なくとも一方には、外部から電力を供給する機能及び検出素子ユニット６６２からの検出結果を外部に出力する機能のうち少なくとも一方を備える端子ＥＴが設けられていてもよい。

また、上底部６５２及び下底部６５３のうち少なくとも一方には、収容室６５１ａ内で発生した熱を放熱するヒートシンク構造ＨＳが設けられていてもよい。ヒートシンク構造ＨＳは、例えば円筒形状の容器の周方向に複数の突起又は溝を配列することで、上底部６５２及び下底部６５３の表面積を増加させる構造である。

光学窓部６５４は、上底部６５２と下底部６５３との間に配置され、上底部６５２と下底部６５３とを接続するように、両底部６５２，６５３側に開口した円筒管状に形成されている。光学窓部６５４は、例えば合成樹脂ないしガラス等からなる基材により、レーザ光ＬＬ及びその反射光ＲＬを透過可能に形成されている。また、光学窓部６５４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、より詳細には波長変動想定範囲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。

発光受光体６３０は、図２０に示すように、発光部１１及び受光部３１を個別に区画するハウジングに、発光部１１及び受光部３１をそれぞれ収容し、保持する。ハウジングは、例えば金属ないし合成樹脂により、遮光性を有して形成されている。こうして、発光部１１及び受光部３１は、一体的なユニットとなる。発光部１１及び受光部３１は、車両への搭載状態において、例えば上下方向に並ぶように配置される。発光部１１は、投光レンズ系１５を光学窓部６５４に対向させた姿勢にて配置されている。受光部３１は、集光レンズ系４１を光学窓部６５４に対向させた姿勢にて配置されている。

第６実施形態の走査部６２１は、可動光学部材によって、固定された発光部及び受光部の光路を変更する構成ではない。走査部６２１は、発光受光体６３０そのものの向きを回転運動又は往復運動等によって変更することにより、発光部１１からのレーザ光ＬＬを走査し、反射光ＲＬを受光部３１に受光させる構成である。走査部６２１は、円筒形状の筐体６５１の母線方向に沿い、発光部１１及び受光部３１を貫通する回転軸ＲＡのまわりに、発光受光体６３０を回転運動又は往復運動させるモータ６２２を主体として構成されている。

第６実施形態の検出素子ユニット６６２は、図２１に示すように、第１実施形態と同様のＳＰＡＤを用いた検出素子３３及び受光制御部３６に加えて、入射調整部６６３を有する。入射調整部６６３は、検出素子３３の各画素６３５に入射する反射光ＲＬの入射状態を調整することにより、ダイナミックレンジを拡大し、各画素６３５の検出性能を高める。入射調整部６６３は、開口アレイ６６４、レンズアレイ６６５、バンドパスフィルタ６６６及び拡散フィルタ６６７等を含む構成である。本実施形態では、集光レンズ系４１から検出素子３３へ向かって、開口アレイ６６４、レンズアレイ６６５、バンドパスフィルタ６６６、拡散フィルタ６６７が順に配置されている。

開口アレイ６６４は、例えば合成樹脂により遮光性を有する平板状に形成されている遮光部と、遮光部に開けられた複数の開口６６４ａとを有している。複数の開口６６４ａは、各画素６３５に個別に対応するように、例えば画素数と同数設けられている。複数の開口６６４ａは、画素６３５の配列形態に対応して、画素６３５の配列間隔ＰＴと実質的に同じ間隔にて、配列されている。開口アレイ６６４は、装置外部のうち、レーザ光ＬＬの照射方向とは異なる方向からの受光部３１に斜入射するような迷光を遮光することによって、検出素子３３に入射するノイズを低減する。

レンズアレイ６６５は、開口アレイ６６４とバンドパスフィルタ６６６との間に配置されている。レンズアレイ６６５は、各開口６６４ａに個別に対応するように、例えば開口６６４ａの配置数と同数のマイクロレンズ６６５ａを有する。複数のマイクロレンズ６６５ａは、画素６３５の配列間隔ＰＴと実質的に同じ間隔にて、配列されている。各マイクロレンズ６６５ａは、個別に対応する開口６６４ａを通過する反射光ＲＬを、コリメートする。

バンドパスフィルタ６６６は、レンズアレイ６６５と拡散フィルタ６６７の間に配置されている。バンドパスフィルタ６６６は、例えば薄板状に形成され、レンズアレイ６６５を透過した光のうち反射光ＲＬ以外の検出不要な波長の光、すなわちノイズを遮断する。これにより、検出素子３３による反射光ＲＬの検出精度が高まる。バンドパスフィルタ６６６は、検出素子３３へ向けて光を透過させるパスバンドを、波長変動想定範囲の全域を含むように有する。

拡散フィルタ６６７は、検出素子３３による検出面６３４と対向するように、配置される。拡散フィルタ６６７は、バンドパスフィルタ６６６を透過した反射光ＲＬを、拡散する。拡散フィルタ６６７は、例えば透光性の合成樹脂もしくはガラスからなる基材にマイクロビーズ等の拡散粒子を分散させることにより、平板状に形成されていてもよい。

拡散フィルタ６６７は、バンドパスフィルタ６６６のうち検出素子３３側の表面に、各画素６３５に個別に対応するように、例えば画素数と同数の拡散素子６６７ａを配置することにより構成されていてもよい。各拡散素子６６７ａは、例えばレンズ状に形成され、透光性の合成樹脂もしくはガラスからなる基材にマイクロビーズ等の拡散粒子を分散させること、又は表面を粗面状に形成させることにより、反射光ＲＬを拡散する。

各拡散素子６６７ａは、マイクロレンズ６６５ａによってコリメートされた反射光ＲＬを、１画素のサイズ（１つのＳＰＡＤのサイズ）に合わせて拡散するように、拡散角が設定されていてもよい。すなわち、ある画素６３５には、当該画素６３５に個別対応する開口６６４ａを通過した反射光ＲＬのみが入射することが好ましく、隣接する画素６３５等の他の画素６３５に個別対応する開口６６４ａを通過する反射光ＲＬの入射が抑制されていることが好ましい。なお、図２１では、画素６３５、拡散素子６６７ａ、マイクロレンズ６６５ａ及び開口６６４ａのセットが３セットのみ図示されているが、実際には、このセットが画素数の分、設けられることとなる。

こうした入射調整部６６３に対応して、第６実施形態の集光レンズ系４１は、図２２に示すように、その焦点（より詳細には後側焦点）を検出素子３３の検出面６３４上ではなく、開口アレイ６６４に合わせるように配置されている。集光レンズ系４１は、第１実施形態と同様にアサーマル化が図られた光学系となっている。したがって、開口アレイ６６４に対して反射光ＲＬが大きくデフォーカスされる事態を回避することができる。

以上説明した第６実施形態によると、集光レンズ系４１が合焦するのは、集光レンズ系４１と検出素子３３との間に配置された開口アレイ６６４である。すなわち、反射光ＲＬは、開口アレイ６６４に形成された複数の開口６６４ａであって、検出素子３３の各画素６３５に個別に対応した開口６６４ａに効率的に集光される。故に、開口アレイ６６４にて迷光が検出素子３３へ入射することを抑制すると共に、開口６６４ａを通過して画素６３５に入射する反射光ＲＬの光量を、確保できる。

（他の実施形態）
以上、複数の実施形態について説明したが、本開示は、それらの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及び組み合わせ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１１は、複数設けられてもよい。例えばレーザ発光素子１３と投光レンズ系１５との対が複数対設けられ、当該複数対が並列に配置されていてもよい。複数対の間で、レーザ発光素子１３を実装する基板が共通化されていてもよい。複数対の間で、投光レンズ系１５の鏡筒が共通化されていてもよい。ただし、複数対の間で、レーザ発光素子１３が発するレーザ光ＬＬの波長変動想定範囲は、一致していることが好ましい。

変形例２としては、発光部１１により発光されるレーザ光ＬＬは、ライン状のスポット形状をなすビームに整形されなくてもよい。レーザ光ＬＬのスポット形状は、円、楕円等の種々の形状であってよい。

変形例３としては、走査部２１における可動光学部材には、平面ミラーやポリゴンミラー等の光学素子が採用されてもよい。

変形例４としては、集光レンズ系４１におけるレンズ群の数、及び各レンズ群に属するレンズの枚数は、適宜変更することが可能である。投光レンズ系１５についても同様である。レンズ群が追加される場合、追加のレンズ群については、温度変化ファクタＴＦ及び色収差ファクタＣＦへの影響が、基本のレンズ群に対して十分小さくなっていることが好ましい。特定のレンズ群にレンズが追加される場合、追加のレンズについては、温度変化ファクタＴＦ及び色収差ファクタＣＦへの影響が例えば同じ光学材料ないし同系の硝材の採用により同じレンズ群に属するレンズと同じ傾向であるか、影響自体が同じレンズ群に属するレンズに対して十分小さくなっていることが好ましい。

変形例５としては、集光レンズ系４１において、複数のレンズが同じレンズ群に属する場合に、当該複数のレンズを形成する光学材料は、他のレンズ群を形成する光学材料とのパラメータの大小関係（具体的に、アッベ数の大小関係、屈折率の温度微分の値の大小関係）を満たす限り、当該複数のレンズ間で異なる光学材料となっていてもよい。投光レンズ系１５についても同様である。

変形例６としては、集光レンズ系４１において、２枚以上のレンズを張り合わせて一体化されたレンズが含まれていてもよい。集光レンズ系４１において、反射光ＲＬを回折する回折レンズが含まれていてもよい。投光レンズ系１５についても同様である。

変形例７としては、集光レンズ系４１は、バンドパスフィルタをさらに含む構成であってもよい。バンドパスフィルタは、集光レンズ系４１に入射する光のうち反射光以外の一部の光、すなわちノイズを遮断する。これにより、検出素子３３による反射光ＲＬの検出精度が高まる。バンドパスフィルタは、検出素子３３へ向けて光を透過させるバンドを、波長変動想定範囲の全域を含むように有する。

変形例８としては、検出素子３３は、例えば硝材ないし合成樹脂材料により形成され、透光性を有する薄板状の透光カバーにより、覆われていてもよい。

第３〜５実施形態に関する変形例９としては、正レンズ３１６ａ及び調整レンズ（例えばシリンドリカルレンズ３１７ａ）に、ｄｎｘ／ｄｔ＜０、ｄｎｙ／ｄｔ＜０となるように、正常な分散特性をもつ光学材料が設定されてもよい。この場合において、温度変化ファクタＴＦは、高温時において低温時よりもレンズ系全体の光学パワーを小さくするが、調整レンズの厚み（例えば中心厚）を正レンズ３１６ａの厚み（例えば中心厚）に対して十分大きく設定することにより光路長は長くなる。したがって、この条件においても、調整レンズは、焦点位置を調整する機能をもつ。したがって、温度変化ファクタＴＦと色収差ファクタＣＦとを、バランスさせることができる。さらに、正レンズ３１６ａ及び調整レンズがｄｎｘ／ｄｔ＜０、ｄｎｙ／ｄｔ＜０である場合に、正レンズ３１６ａに異常な分散特性をもつ光学材料が設定されてもよい。

第５実施形態に関する変形例１０としては、シリンドリカルレンズ５１７ａに代えて、トロイダルレンズが設けられていてもよい。トロイダルレンズは、速軸−光軸面ＦＰ内において、負のパワーをもっている。トロイダルレンズは、遅軸−光軸面ＳＰ内において、速軸−光軸面ＦＰ内の光学パワーよりも正方向にずれた負の光学パワーをもっている。例えば、トロイダルレンズの前側屈折面及び後側屈折面のうち一方は、トロイダル面状に形成され、他方は、平面状に形成される。

第６実施形態に関する変形例１１としては、開口アレイ６６４における開口６６４ａは、画素６３５と個別に対応していれば、１画素に対して複数設けられていれもよい。例えば、１画素に対して、４つの開口６６４ａが格子状に配列されて形成されていてもよい。この場合に、マイクロレンズ６６５ａ及び拡散素子６６７ａは、１画素に対して１つ設けられた構成であってもよく、開口６６４ａと同数設けられた構成であってもよい。

第６実施形態に関する変形例１２としては、入射調整部６６３において、開口アレイ６６４の代わりに追加のレンズアレイが採用されてもよい。この場合に、集光レンズ系４１は、追加のレンズアレイに合焦されるように配置されてもよい。あるいは、集光レンズ系４１は、追加のレンズアレイと、レンズアレイ６６５とによるレンズ系の主平面に、合焦されるように配置されてもよい。また、単に入射調整部６６３に開口アレイ６６４を設けない構成とし、集光レンズ系４１がレンズアレイ６６５の主平面に合焦されるように配置されてもよい。

変形例１３において、色収差ファクタＣＦが温度変化ファクタＴＦとバランスするとは、発光面１３ｃ、検出面６３４、開口アレイ６６４等の、レンズ系１５，４１による合焦の対象面がレンズ系１５，４１の焦点近傍の焦点深度の範囲内に含まれる状態が維持されるように、色収差ファクタＣＦと温度変化ファクタＴＦとがキャンセルされた結果の焦点移動量が抑制されていることを意味していてもよい。このような意味においては、光学材料の温度変化ファクタＴＦに、光学パワーが０又は負のレンズの厚みを積極的に利用して、媒質中の光路長を温度変化に対して変動させることが、含まれる。

すなわち、光学材料の温度変化ファクタＴＦは、高温時において低温時よりもレンズ系１５，４１の焦点をレンズ系１５，４１から離れさせるファクタであり得る。同様に、色収差ファクタＣＦは、長波長において短波長よりもレンズ系１５，４１の焦点をレンズ系に近づけるファクタであり得る。

変形例１４としては、温度変化想定範囲は、想定される車載環境に応じた範囲であってよい。例えば、温度変化想定範囲は、光検出装置１０が搭載される車両の販売地域の販売前年に観測された年間最低気温を下限とし、かつ、年間最高気温を上限とする範囲であってもよい。

（付言）
本開示には、以上の実施形態に基づく以下の技術思想も含まれる。

＜技術的特徴１＞
温度変化を伴う環境下にて用いられるように構成された光検出装置であって、
温度が高くなるに従って長波長側にシフトするようなピーク波長の温度依存性を有するレーザ光（ＬＬ）を発光する発光部（１１）と、
レーザ光を測定対象物（１）が反射することによる反射光（ＲＬ）を受光する受光部（３１）と、を備え、
受光部は、
反射光を検出する検出素子（３３）と、
光学材料によって形成された複数のレンズ（４３，４４，４６，４８，２４３，２４５）を有し、レンズ系全体の光学パワーが正であり、検出素子に反射光を集光する集光レンズ系（４１，２４１）と、を有し、
集光レンズ系は、焦点位置を変動させるファクタとして、高温時において低温時よりも集光レンズ系の焦点を集光レンズ系から離れさせる光学材料の温度変化ファクタ（ＴＦ）と、長波長において短波長よりも集光レンズ系の焦点を集光レンズ系に近づける色収差ファクタ（ＣＦ）と、を含み、
温度変化量とピーク波長のシフト量との対応関係に基づき、ピーク波長のシフトが想定される波長範囲において色収差ファクタが温度変化ファクタとバランスするように、各レンズの光学パワーは、配分されている。

このような技術的特徴の採用によっても、光学材料に起因した焦点の前側へのずれをキャンセルするような、長波長で焦点を後側へずらす色収差が、温度変化量とピーク波長のシフト量との対応関係に基づいて設定されている。このため、温度変化に対しても、検出素子への集光状態は保たれる。反射光を効率的に検出素子に集光することができるので、検出素子が反射光を検出する感度を、ひいては検出性能を、高い状態に維持可能となるのである。

＜技術的特徴２＞
温度変化を伴う環境下にて用いられるように構成された光検出装置であって、
温度が高くなるに従って長波長側にシフトするようなピーク波長の温度依存性を有するレーザ光（ＬＬ）を発する発光部（１１）と、
レーザ光を測定対象物（１）が反射することによる反射光（ＲＬ）を受光する受光部と、を備え、
発光部は、
レーザ光を発光するレーザ発光素子（１３）と、
光学材料によって形成された複数のレンズ（３１６ａ，３１７ａ，４１６ａ，４１７ａ，５１６ａ，５１７ａ）を有し、レンズ系全体の光学パワーが正であり、レーザ光を測定対象物（１）へ向けて投光する投光レンズ系（３１５）と、を有し、
投光レンズ系は、焦点位置を変動させるファクタとして、高温時において低温時よりも投光レンズ系の焦点を投光レンズ系から離れさせる光学材料の温度変化ファクタ（ＴＦ）と、長波長において短波長よりも投光レンズ系の焦点を投光レンズ系に近づける色収差ファクタ（ＣＦ）と、を含み、
温度変化量とピーク波長のシフト量との対応関係に基づき、ピーク波長のシフトが想定される波長範囲において色収差ファクタが温度変化ファクタとバランスするように、各レンズの光学パワーは、配分されている。

このような技術的特徴の採用によっても、光学材料に起因した焦点の後側へのずれをキャンセルするような、長波長を前側へずらす色収差が、温度変化量とピーク波長のシフト量との対応関係に基づいて設定されている。このため、温度変化に対しても、レーザ発光素子に焦点が合った状態は保たれる。投光されるレーザ光について、意図したスポット形状を維持できるので、測定対象物に対して効果的に投光することができる。したがって、測定対象物に反射された反射光による測定対象物の検出性能も、高い状態に維持可能となる。

＜技術的特徴３＞
温度変化を伴う環境下にて用いられるように構成された光検出装置であって、
温度が高くなるに従って長波長側にシフトするようなピーク波長の温度依存性を有するレーザ光（ＬＬ）を発する発光部（１１）と、
レーザ光を測定対象物（１）が反射することによる反射光（ＲＬ）を受光する受光部と、を備え、
発光部は、
レーザ光を発光するレーザ発光素子（１３）と、
光学材料によって形成された複数のレンズ（３１６ａ，３１７ａ，４１６ａ，４１７ａ，５１６ａ，５１７ａ）を有し、レンズ系全体の光学パワーが正であり、レーザ光を測定対象物（１）へ向けて投光する投光レンズ系（３１５）と、を有し、
投光レンズ系は、
複数のレンズのうちの１枚以上の正レンズ（３１６ａ，４１６ａ，５１６ａ）を含んで構成される主レンズ群（３１６）と、
複数のレンズから第１レンズ群に属するレンズを除いたうちの、少なくとも一部のレンズであって、速軸−光軸面内における光学パワーが０以下である調整レンズ（３１７ａ，４１７ａ，５１７ａ）を含んで構成される調整レンズ群（３１７）と、を有し、
調整レンズ群は、主レンズ群とレーザ発光素子との間に配置されている。

このような技術的特徴の採用によって、調整レンズの媒質中を通過する光線の光路長を、温度変化に対して変動させることができる。故に、温度変化に伴ってシフトするピーク波長に対して、正レンズでの色収差が作用することによる焦点位置のずれを、調整レンズによって相殺することが可能となる。したがって、温度変化に対しても、レーザ発光素子に焦点が合った状態を保つことは容易となる。投光されるレーザ光について、意図したスポット形状を維持できるので、測定対象物に対して効果的に投光することができる。したがって、測定対象物に反射された反射光による測定対象物の検出性能も、高い状態に維持可能となる。

１：測定対象物、１０：光検出装置、１１：発光部、３１：受光部、３３：検出素子、４１，２４１：集光レンズ系、４２：前段レンズ群（第１レンズ群）、４３，４４：正レンズ、４５：中段レンズ群（第２レンズ群）、４６：負レンズ、４７：後段レンズ群（第３レンズ群）、４８：補正レンズ、２４２：前段レンズ群（第２レンズ群）、２４３：負レンズ、２４４：後段レンズ群（第１レンズ群）、２４５：正レンズ、ＣＦ：色収差ファクタ、ＬＬ：レーザ光、ＲＬ：反射光、ＴＦ：温度変化ファクタ

Claims

温度変化を伴う環境下にて用いられるように構成された光検出装置であって、
温度が高くなるに従って長波長側にシフトするようなピーク波長の温度依存性を有するレーザ光（ＬＬ）を発光する発光部（１１）と、
前記レーザ光を測定対象物（１）が反射することによる反射光（ＲＬ）を受光する受光部（３１）と、を備え、
前記受光部は、
前記反射光を検出する検出素子（３３）と、
光学材料によって形成された複数のレンズ（４３，４４，４６，４８，２４３，２４５）を有し、レンズ系全体の光学パワーが正であり、前記検出素子に前記反射光を集光する集光レンズ系（４１，２４１）と、を有し、
前記集光レンズ系は、前記反射光に対する前記レンズ系全体の光学パワーを変動させるファクタとして、高温時において低温時よりも前記レンズ系全体の光学パワーを大きくする前記光学材料の温度変化ファクタ（ＴＦ）と、長波長において短波長よりも前記レンズ系全体の光学パワーを小さくする色収差ファクタ（ＣＦ）と、を含み、
温度変化量と前記ピーク波長のシフト量との対応関係に基づき、前記ピーク波長のシフトが想定される波長範囲において前記色収差ファクタが前記温度変化ファクタとバランスするように、各前記レンズの光学パワーは、配分されている光検出装置。
屈折率の温度微分の値が相互に異なる屈折率の温度依存性を有する光学材料により形成された各前記レンズ間にて、光学パワーが分配されている請求項１に記載の光検出装置。
前記集光レンズ系は、
前記複数のレンズのうちの１枚以上の正レンズ（４３，４４，２４５）を含んで構成される第１レンズ群（４２，２４４）と、
前記複数のレンズから前記第１レンズ群に属するレンズを除いたうちの、少なくとも一部のレンズであって、１枚以上の負レンズ（４６，２４３）を含んで構成される第２レンズ群（４５，２４２）と、を有し、
前記負レンズを形成する光学材料は、前記正レンズを形成する光学材料よりも高分散である分散特性と、前記正レンズを形成する光学材料よりも屈折率の温度微分の値が大きな屈折率の温度依存性とを有する請求項１又は２に記載の光検出装置。
温度変化を伴う環境下にて用いられるように構成された光検出装置であって、
温度が高くなるに従って長波長側にシフトするようなピーク波長の温度依存性を有するレーザ光（ＬＬ）を発光する発光部（１１）と、
前記レーザ光を測定対象物（１）が反射することによる反射光（ＲＬ）を受光する受光部（３１）と、を備え、
前記受光部は、
前記反射光を検出する検出素子（３３）と、
光学材料によって形成された複数のレンズ（４３，４４，４６，４８，２４３，２４５）を有し、レンズ系全体の光学パワーが正であり、前記検出素子に前記反射光を集光する集光レンズ系（４１，２４１）と、を有し、
前記集光レンズ系は、
前記複数のレンズのうちの１枚以上の正レンズ（４３，４４，２４５）を含んで構成される第１レンズ群（４２，２４４）と、
前記複数のレンズから前記第１レンズ群に属するレンズを除いたうちの、少なくとも一部のレンズであって、１枚以上の負レンズ（４６，２４３）を含んで構成される第２レンズ群（４５，２４２）と、を有し、
前記負レンズを形成する光学材料は、前記正レンズを形成する光学材料よりも高分散である分散特性と、前記正レンズを形成する光学材料よりも屈折率の温度微分の値が大きな屈折率の温度依存性とを有する光検出装置。
前記第２レンズ群は、前記第１レンズ群と前記検出素子との間に配置されている請求項３又は４に記載の光検出装置。
前記第２レンズ群は、前記検出素子とは前記第１レンズ群を挟んだ反対側に配置されている請求項３又は４に記載の光検出装置。
前記集光レンズ系は、前記複数のレンズから前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群に属するレンズを除いたうちの、少なくとも一部のレンズであって、１枚以上の補正レンズ（４８）を含んで構成され、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との組み合わせにより生じ得る前記集光レンズ系の歪曲収差を補正する第３レンズ群（４７）と、を有し、
前記補正レンズを形成する光学材料は、前記正レンズを形成する光学材料よりも屈折率の温度微分の値が小さな屈折率の温度依存性を有する請求項３から６のいずれか１項に記載の光検出装置。
前記検出素子は、検出面（３４）上に所定の配列間隔（ＰＴ）にて配列された複数の画素（３５）を有し、
前記第３レンズ群により補正される前記歪曲収差は、前記検出面上の結像位置であって、整像条件が満たされる理想的な結像位置に対する実際の前記集光レンズ系の結像位置のずれ量が、前記配列間隔よりも小さくなる範囲となっている請求項７に記載の光検出装置。
前記検出素子は、検出面（６３４）上にて配列された複数の画素（６３５）を有し、
前記集光レンズ系と前記検出素子との間に配置され、各前記画素に個別に対応した複数の開口（６６４ａ）を有する開口アレイ（６６４）を、さらに備え、
前記集光レンズ系は、前記開口アレイに合焦されるように配置されている請求項１から７のいずれか１項に記載の光検出装置。
温度変化を伴う環境下にて用いられるように構成された光検出装置であって、
温度が高くなるに従って長波長側にシフトするようなピーク波長の温度依存性を有するレーザ光（ＬＬ）を発する発光部（１１）と、
前記レーザ光を測定対象物（１）が反射することによる反射光（ＲＬ）を受光する受光部と、を備え、
前記発光部は、
前記レーザ光を発光するレーザ発光素子（１３）と、
光学材料によって形成された複数のレンズ（３１６ａ，３１７ａ，４１６ａ，４１７ａ，５１６ａ，５１７ａ）を有し、レンズ系全体の光学パワーが正であり、前記レーザ光を測定対象物（１）へ向けて投光する投光レンズ系（３１５）と、を有し、
前記投光レンズ系は、前記レーザ光に対する前記レンズ系全体の光学パワーを変動させるファクタとして、高温時において低温時よりも前記レンズ系全体の光学パワーを大きくする前記光学材料の温度変化ファクタ（ＴＦ）と、長波長において短波長よりも前記レンズ系全体のパワーを小さくする色収差ファクタ（ＣＦ）と、を含み、
温度変化量と前記ピーク波長のシフト量との対応関係に基づき、前記ピーク波長のシフトが想定される波長範囲において前記色収差ファクタが前記温度変化ファクタとバランスするように、各前記レンズの光学パワーは、配分されている光検出装置。
前記レーザ発光素子は、互いに直交する速軸方向（ＦＡ）及び遅軸方向（ＳＡ）をもち、
前記投光レンズ系の光軸（ＯＡ２）及び前記速軸方向を含む断面としての速軸−光軸面（ＦＰ）内における前記波長範囲での焦点移動量は、前記光軸及び前記遅軸方向を含む断面としての遅軸−光軸面（ＳＰ）内における前記波長範囲での焦点移動量よりも小さい請求項１０に記載の光検出装置。
前記投光レンズ系は、
前記複数のレンズのうちの１枚以上の正レンズ（３１６ａ，４１６ａ，５１６ａ）を含んで構成される主レンズ群（３１６）と、
前記複数のレンズから前記主レンズ群に属するレンズを除いたうちの、少なくとも一部のレンズであって、前記速軸−光軸面内における光学パワーが０以下である調整レンズ（３１７ａ，４１７ａ，５１７ａ）を含んで構成される調整レンズ群（３１７）と、を有する請求項１１に記載の光検出装置。
前記レーザ発光素子は、互いに直交する速軸方向（ＦＡ）及び遅軸方向（ＳＡ）をもち、
前記投光レンズ系は、
前記複数のレンズのうちの１枚以上の正レンズ（３１６ａ，４１６ａ，５１６ａ）を含んで構成される主レンズ群と、
前記複数のレンズから前記主レンズ群に属するレンズを除いたうちの、少なくとも一部のレンズであって、前記投光レンズ系の光軸（ＯＡ２）及び前記速軸方向を含む断面としての速軸−光軸面（ＦＰ）内における光学パワーが０以下である調整レンズ（３１７ａ，４１７ａ，５１７ａ）を含んで構成される調整レンズ群（３１７）と、を有する請求項１０に記載の光検出装置。
前記調整レンズにおいて、前記速軸−光軸面内における光学パワーと、前記光軸及び前記遅軸方向を含む断面としての遅軸−光軸面内における光学パワーとの差は、負である請求項１３に記載の光検出装置。
前記調整レンズにおいて、前記速軸−光軸面内における光学パワーが０であり、前記遅軸−光軸面内における光学パワーが正である請求項１２又は１４に記載の光検出装置。
前記調整レンズにおいて、前記速軸−光軸面内における光学パワーが負であり、前記遅軸−光軸面内における光学パワーが０である請求項１２又は１４に記載の光検出装置。
前記調整レンズにおいて、前記速軸−光軸面内における光学パワーが負であり、前記遅軸−光軸面内における光学パワーが負である請求項１２又は１４に記載の光検出装置。
前記調整レンズ群は、前記主レンズ群と前記レーザ発光素子との間に配置されている請求項１２から１７のいずれか１項に記載の光検出装置。