JP2024055307A - 光照射装置、光測距装置および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズユニットを用いない光照射装置において、測距対象エリア内で照射エリアを絞ったビームステアリングを実行可能にする。【解決手段】光測距装置１に設けられ、測距対象エリア５に光を照射する光照射装置２であって、光源２０と、光源２０から測距対象エリア５に向かう光を複数の屈曲方向に屈曲させる配光素子３０とを備える、光照射装置２が提供される。【選択図】図５

Description

本発明は、光照射装置、光測距装置および車両に関する。

光測距装置は、測距対象物に向けて光を照射し、測距対象物で反射した光を検出することにより、測距対象物までの距離や方向などを測定する装置である。近年、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）などの光を用いたリモートセンシング技術を利用した光測距装置が用いられている。

例えば、特許文献１には、スマートフォンに搭載されるガイド付き光センサを用いて、前方に存在する物体との距離や方向を測定する衝突防止システムが開示されている。また、特許文献２には、光の飛行時間（ＴＯＦ：Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）により距離を測定する複数のＴＯＦセンサが放射状に配置された全方位測距装置が開示されている。

特開２０２１－０４７１４３号 特開２０２１－０９９２７８号

ＬｉＤＡＲなどの測距センサを備えた光測距装置は、一般に、光源から出射されるレーザ光を測距対象物に向けて照射する光照射装置（エミッター）と、測距対象物で反射した反射光を検出する光検出装置（レシーバー）とを備える。かかる光測距装置では、光照射装置による光の照射エリア（測距対象エリア）および光の照射距離（測距可能距離）の双方の拡大が求められている。

しかしながら、光照射装置の光源のパワーを一定とした場合、光の照射エリアと照射距離はトレードオフの関係にある。このため、照射エリアを拡大しつつ、照射距離を延長することはできず、逆に、照射距離を延長しつつ、照射エリアを拡大することもできない。そこで、照射エリアおよび照射距離の双方を拡大させるという課題の解決方法として、光照射装置から照射される光の照射エリアを大幅に絞り、測距対象エリア内において部分的に照射される照射エリアを順次切り替えることで、測距対象エリア全体を走査（ビームステアリング）する方法が考えられる。

この点、従来のＬｉＤＡＲ用の光照射装置としては、照射光を拡散させるためのレンズユニットを使用して、広範囲の照射エリアと短距離の照射距離を実現する仕様のものが多い。レンズユニットは、複数の光学レンズを組み合わせた光学装置であり、光の照射方向や照射エリアの範囲を変更することが可能である。当該レンズユニットを使用した光照射装置は、ビームステアリング性能は高いが、レンズユニットを用いない光照射装置と比べて、サイズおよびコストが増大するという問題があった。一方、レンズユニットを用いない光照射装置は、その原理上、ビームステアリングを行うことができないという問題があった。つまり、光源からの光が測距対象エリアのほぼ全域に照射されるため、測距対象エリア内で照射エリアを絞ることができず、ビームステアリングを実現できなかった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、レンズユニットを用いない光照射装置において、測距対象エリア内で照射エリアを絞ったビームステアリングを実行可能にすることにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、
光測距装置に設けられ、測距対象エリアに光を照射する光照射装置であって、
光源と、
前記光源から前記測距対象エリアに向かう光を複数の屈曲方向に屈曲させる配光素子と、
を備える、光照射装置が提供される。

前記光源と前記測距対象エリアとの間に配置される拡散板をさらに備え、
前記拡散板は、前記配光素子と対向して配置されるようにしてもよい。

前記光源は、一次元的又は二次元的に配列された複数の発光素子を有し、
前記配光素子は、前記複数の発光素子から出射された複数の光を、相互に異なる屈曲方向に屈曲させ、
前記光照射装置は、前記複数の発光素子の発光を制御する制御部をさらに備えるようにしてもよい。

前記複数の発光素子は、前記測距対象エリアを一次元的又は二次元的に分割した複数の照射エリアにそれぞれ対応しており、
前記複数の発光素子から出射された前記複数の光はそれぞれ、前記配光素子および前記拡散板を通じて、前記複数の照射エリアに向けて照射され、
前記制御部は、前記複数の発光素子のうち発光する発光素子を切り替えるようにしてもよい。

前記配光素子は、前記複数の照射エリアにそれぞれ対応する複数の屈曲部を有し、
前記複数の屈曲部はそれぞれ、前記複数の発光素子から出射された前記複数の光を、相互に異なる屈曲方向に屈曲させ、前記複数の照射エリアに向けて導くようにしてもよい。

前記配光素子は、前記光源と前記拡散板との間に配置され、
前記複数の屈曲部はそれぞれ、前記複数の発光素子から出射された前記複数の光を、相互に異なる屈曲方向に屈曲させて、前記拡散板に向けて出射し、
前記拡散板は、前記複数の屈曲部から入射された複数の屈曲光をそれぞれ拡散させて、相互に異なる方向に進む複数の拡散光を、前記複数の照射エリアに向けてそれぞれ照射するようにしてもよい。

前記配光素子と前記拡散板は、相互に接触して配置されている、又は、接合部材を介して接合されて配置されているようにしてもよい。

前記配光素子は、プリズム構造を有する屈曲素子を含むようにしてもよい。

前記屈曲素子の両側の表面に前記プリズム構造が形成されているようにしてもよい。

前記屈曲素子の一側の表面に第１のプリズム構造が形成され、前記屈曲素子の他側の表面に第２のプリズム構造が形成されており、
前記第１のプリズム構造と前記第２のプリズム構造は、平面視において相互に交差する方向に延在しているようにしてもよい。

前記配光素子は、ミラーを含むようにしてもよい。

前記拡散板は、マイクロレンズアレイを有するようにしてもよい。

上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、
前記光照射装置と、
前記光照射装置から照射され、測距対象物で反射した光を検出する光検出装置と、
を備える、光測距装置が提供される。

上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、
前記光測距装置を備える、車両が提供される。

本発明によれば、レンズユニットを用いない光照射装置において、測距対象エリア内で照射エリアを絞ったビームステアリングを実行可能にすることができる。

本発明の第１の実施形態に係る光測距装置の全体構成を示す模式図である。 従来のレンズユニットを用いた光照射装置を示す模式図である。 従来の拡散板を用いた光照射装置を示す模式図である。 従来のレンズユニットを用いた光照射装置において、ビームステアリングにより、測距対象エリア内で照射エリアを絞った状態を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る光照射装置を示す模式図である。 同実施形態に係る光照射装置によるビームステアリング動作を示す模式図である。 同実施形態に係る光照射装置が備える配光素子を示す平面図である。 同実施形態に係るプリズム構造を有する屈曲素子を示す部分拡大斜視図である。 図７に示す屈曲素子のＸ－Ｘ断面図およびＹ－Ｙ断面図である。 同実施形態に係る光照射装置の構成例１を示す模式図である。 同実施形態に係る光照射装置の構成例２を示す模式図である。 同実施形態に係る光照射装置の構成例３を示す模式図である。 同実施形態に係る光照射装置の構成例４を示す模式図である。 同実施形態に係る光照射装置の構成例５を示す模式図である。 同実施形態に係る光照射装置の構成例６を示す模式図である。 本発明の実施例に係る光照射装置において、６つの発光素子の全てを同時に発光（点灯）させたときの照射光の相対強度分布を示すグラフである。 同実施例に係る光照射装置において、６つの発光素子の全てを同時に発光（点灯）させたときの照射光の相対強度分布を示す写真である。 同実施例に係る光照射装置において、６つの発光素子のうち左上部の１つの発光素子を発光させたときの照射光の相対強度分布を示す写真である。 同実施例に係る光照射装置において、６つの発光素子のうち中央上部の１つの発光素子を発光させたときの照射光の相対強度分布を示す写真である。 同実施例に係る光照射装置において、６つの発光素子のうち右上部の１つの発光素子を発光させたときの照射光の相対強度分布を示す写真である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す具体的な寸法、材料、数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

［１．光測距装置の全体構成］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る光測距装置１の全体構成について説明する。図１は、本実施形態に係る光測距装置１の全体構成を示す模式図である。

図１に示すように、本実施形態に係る光測距装置１は、測距対象エリア５に向けて光を照射し、測距対象物６で反射した光を検出することにより、測距対象物６までの距離や方向、測距対象物６の大きさ、形状などを測定する装置である。光測距装置１は、例えば、ＬｉＤＡＲなどのリモートセンシング技術を利用した測距センサを備える。光測距装置１による測距方式は、例えば、光測距装置１が照射光を出射してから反射光を受光するまでの往復時間である光の飛行時間（ＦＯＴ）を測定することで、測距対象物６までの距離を計算するＦＯＴ方式であることが好ましいが、それ以外にも、三角測距方式などの各種の測距方式を用いてもよい。

本実施形態に係る光測距装置１は、リモートセンシングを利用する各種の技術分野に適用可能である。例えば、光測距装置１は、自動車分野における自動運転技術、ＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｅｒ－Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ：先進運転支援システム）もしくは交通取締り用のレーダ装置、建設分野における測量、航空機／人工衛星を用いた測量、掃除機ロボット、ＡＲ（拡張現実）／ＭＲ（複合現実）／ＶＲ（仮想現実）などの技術を利用した各種の端末装置（スマートフォン、スマートグラス、スマートウォッチ、パーソナルコンピュータ、タブレットＰＣなど）における３Ｄマッピング計測、地質学／地震学／大気物理学／海洋学などにおける各種の測定、または、軍事用途などに適用可能である。

本実施形態に係る光測距装置１は、例えば、自動車、バス、トラック、自動二輪車などの車両に搭載されて、自動運転技術またはＡＤＡＳなどに好適に適用することができる。この場合、光測距装置１は、車両の周囲、特に車両の前方の空間に存在する測距対象物６までの距離や方位を測定したり、３Ｄマッピングを作成したりできる。しかし、かかる例に限定されず、光測距装置１は、上記各種の技術分野における各種の製品に搭載可能である。

図１に示すように、本実施形態に係る光測距装置１は、光照射装置２（エミッター）と、光検出装置３（レシーバー）と、コントローラ４とを備える。かかる光測距装置１は、ＬｉＤＡＲなどの測距センサとして機能する。

光照射装置２は、測距対象エリア５に対して光を照射するための装置（エミッター）である。光照射装置２は、光源から出射された光を、測距対象エリア５に向けて照射する。光照射装置２から照射される光は、例えば、近赤外線、可視光線または紫外線などの波長帯域を有するレーザ光を使用できるが、人の目に見えない近赤外線の波長帯域（例えば８５０ｎｍ～１５５０ｎｍ）を有するレーザ光であることが好ましい。光照射装置２が備える光源は、近赤外線のレーザ光を出射する半導体レーザなどのレーザ光源であることが好ましい。

光照射装置２は、例えば、レーザ光を出射する発光素子を有する光源と、レーザ光を拡散させる光学素子（後述する拡散板４０など）と、カバーガラスと、筐体など（いずれも図示せず。）を備える。光照射装置２は、光源からパルス状のレーザ光を出射し、光学素子により当該レーザ光を拡散させ、当該拡散された光（照射光）を測距対象エリア５に向けて照射する。かかる光照射装置２の構成の詳細は後述する。

光検出装置３は、光照射装置２から照射されて測距対象物６で反射した光（反射光）を検出するための装置（レシーバー）である。光検出装置３は、例えば、カバーガラスと、光学フィルタと、受光素子を備える受光部など（いずれも図示せず。）を備える。光学フィルタは、測距対象物６で反射した反射光以外の光（例えば、太陽光又は照明光など）をノイズとしてカットし、光照射装置２から出射されたレーザ光の波長に対応する光のみを透過させる。これにより、受光素子による反射光の検出感度を向上することができる。受光素子は、入射された反射光を受光して電圧を発生させる光電変換素子で構成される。受光素子は、例えば、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサなどのイメージセンサで構成される。受光部は、例えば、受光面上に二次元的に配列された複数の受光素子により、測距対象物６からの反射光を受光し、受光面の各画素位置での受光強度を電気信号に変換して、コントローラ４に出力する。

コントローラ４は、光測距装置１が備える光照射装置２、光検出装置３、およびその他の各種装置の動作を制御する制御部の一例である。コントローラ４は、例えば、プロセッサと、メモリと、入力装置と、出力装置と、通信装置など（いずれも図示せず。）を備える。

プロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）またはその他のマイクロプロセッサで構成される。プロセッサは、メモリまたは他の記憶媒体に記憶されているプログラムを実行する。これにより、光測距装置１における各種の処理が実行され、当該プログラムにより定められた各種の機能を実現可能になる。

メモリは、プログラムおよびその他の各種データを記憶する記憶媒体である。メモリは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などを有する。ＲＯＭは、プロセッサが使用するプログラム、およびプログラムを動作させるためのデータ等を記憶する不揮発性メモリである。ＲＡＭは、プロセッサにより実行される処理に用いられる変数、演算パラメータ、演算結果等のデータを一時記憶する揮発性メモリである。ＲＯＭに記憶されたプログラムは、ＲＡＭに読み出され、ＣＰＵなどのプロセッサにより実行される。

コントローラ４は、光照射装置２および光検出装置３を制御して、光測距装置１による測距動作を実行する。例えば、コントローラ４は、光照射装置２によるレーザ光の照射と、光検出装置３による反射光の検出を繰り返して、測距対象エリア５を３次元的に走査しながら、３次元マッピングを作成する。この際、コントローラ４は、光照射装置２によるレーザ光の出射タイミングと、光検出装置３による反射光の検出タイミングとの時間差（つまり、光の飛行時間：ＦＯＴ）に基づいて、光測距装置１から測距対象物６までの距離や方向を演算する。

このように、光測距装置１は、測距対象エリア５をレーザ光で走査して、測距対象エリア５内に存在する測距対象物６までの距離や方向を示す３次元マッピングを作成する。このためには、光測距装置１は、できるだけ広い角度範囲（即ち、視野角（ＦＯＶ））に渡ってレーサ光を照射することが求められる。光照射装置２の光源から出射されるレーサ光の広がりが狭いので、そのままでは測距センサとしての視野角が狭くなる。このため、拡散板などを用いてレーサ光を拡散させ、当該拡散光を広い視野角で測距対象エリア５に向けて照射して、照射エリアを拡大することが好ましい。

レーザ光を拡散させるため拡散板は、マイクロレンズアレイを備えており、マイクロレンズの形状を変えることで、所望の拡散角（即ち、視野角）を得ることができる。ところが、上述したように、ＴＯＦセンサなどの測距センサでは、レーザ光の照射エリアの広さ（測距対象エリア５の水平方向および垂直方向の範囲）と、レーザ光の照射距離（測距可能な距離）は、互いにトレードオフの関係にある。そこで、両者のバランスを取って、照射エリアの広さを決定することが好ましい。

そこで、本実施形態に係る光測距装置１は、拡散板を用いてレーザ光を拡散させる光照射装置２において、レーサ光の照射エリア全体（測距対象エリア５）および照射距離の双方を拡大することを目的としている。このために、本実施形態では、測距対象エリア５を複数の照射エリア７に分割し（後述の図５参照。）、測距対象エリア５のうち、レーザ光を部分的に照射する照射エリア７を順次切り替えることにより、測距対象エリア５を走査するビームステアリングを実行可能であることを特徴としている（後述の図６参照。）。

［２．背景技術の詳細］
次に、本実施形態に係る光照射装置２の詳細説明に先立ち、図２～図５を参照して、本実施形態に係る光照射装置２（エミッター）の背景技術として、従来の光照射装置２’および光照射装置２'の構成と課題について詳細に説明する。図２は、従来のレンズユニット１４を用いた光照射装置２’を示す模式図である。図３は、従来の拡散板１６を用いた光照射装置２'を示す模式図である。

図２に示すように、光照射装置２’は、レーザ光を出射する複数の発光素子１１を有する光源１０と、光源１０から出射されたレーザ光を拡散するレンズユニット１４とを備える。レンズユニット１４は、複数の光学レンズなどを組み合わせて構成された光学装置である。レンズユニット１４は、光源１０から入射されたレーザ光を、所望の拡散角で拡散して、照射エリア７を拡大または縮小することができる。また、レンズユニット１４は、光源１０から入射されたレーザ光を、所望の屈曲角で屈曲させて、測距対象エリア５内で照射エリア７をシフトさせることができる。

また、図３に示すように、光照射装置２'は、レーザ光を出射する複数の発光素子１１を有する光源１０と、光源１０からのレーザ光を拡散する拡散板１６とを備える。拡散板１６の表面にはマイクロレンズアレイが形成されている。拡散板１６は、光源１０から入射されたレーザ光を、マイクロレンズの形状に応じた所定の拡散角で拡散することができる。なお、拡散板１６の設計時に、マイクロレンズの形状を変更することで、拡散板１６によるレーザ光の拡散角を調整することは可能であるが、拡散板１６の製造後には、拡散角を変更することはできない。

これら従来の光照射装置２’、２'では、レンズユニット１４または拡散板１６により拡散されたレーザ光が、測距対象エリア５に向けて照射される。測距対象エリア５のうち、当該拡散されたレーザ光（照射光）が実際に照射されるエリアが、照射エリア７である。図２、図３の例では、照射エリア７は、横長の略長方形状のエリアとなっている。

ここで、図２、図３に示した従来の光照射装置２’、２'の課題について説明する。図２に示すレンズユニット１４を備えた光照射装置２’は、レンズユニット１４内における光学レンズの配置や向き等を変更することで、測距対象エリア５内における照射エリア７の大きさを拡大または縮小したり、測距対象エリア５内で照射エリア７をシフトさせたりすることができる。したがって、光照射装置２’は、測距対象エリア５内で照射エリア７を一部のエリアに絞り、当該一部の照射エリア７を順次切り替えることで、照射光で測距対象エリア５を走査するビームステアリングを実行可能である。しかし、図２に示すレンズユニット１４を備えた光照射装置２’は、レンズユニット１４内に光学レンズの可動機構や駆動機構を設けたり、複数枚の光学レンズを有するレンズユニット１４を設けたりする必要があるため、図３に示す拡散板１６を備えた光照射装置２'と比べて、装置サイズおよびコストが増大するという問題があった。近年では光照射装置の小型化が要求されているが、レンズユニット１４を備えた光照射装置２’の小型化には限界があった。

また、図２に示すレンズユニット１４を備えた光照射装置２’では、光源１０の一部が破損した場合に未照射部分が生じるという問題もあった。具体的には、図４に示すように、光源１０の各発光素子１１が垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）で構成され、光源１０がＶＣＳＥＬアレイで構成される場合を考える。なお、図４は、レンズユニット１４を備えた光照射装置２’において、ビームステアリングにより、測距対象エリア５内で照射エリア７ｅを絞った状態を模式的に示している。この図４の例では、ＶＣＳＥＬで構成される発光素子１１は、発光面上で縦横（３行３列）に配列される９つのメサ１２を備えている。ここで、９つのメサ１２のうち中央の１つのメサ１２が破損して発光しなくなった場合、図４に示すように、当該破損したメサ１２を含む発光素子１１から照射された照射エリア７ｅでは、その中央部分が欠けるようにして未照射部分が生じてしまう。このように、レンズユニット１４を備えた光照射装置２’を用いて照射エリア７のビームステアリングを行った場合、光源１０の一部の発光素子１１の故障に対処できず、照射エリア７ｅ中に未照射部分（即ち、測距不能エリア）が発生するという問題もあった。

一方、図３に示す拡散板１６を備えた光照射装置２'では、光源１０と拡散板１６との位置関係が固定され、かつ、拡散板１６による拡散角も一定である。このため、拡散板１６により拡散されたレーサ光を測距対象エリア５に照射するときに、測距対象エリア５内で照射エリア７の範囲を絞ったり、シフトさせたりすることができない。したがって、拡散板１６を備えた光照射装置２'では、その原理上、ビームステアリングを実行できないので、ビームステアリングを利用して照射エリア７の範囲および照射距離の双方を拡大できないという問題があった。

以上のように、従来では、上記図２に示すレンズユニット１４を用いた光照射装置２’のように装置サイズおよびコストが増大するという問題や、光源１０の一部が破損した場合に未照射部分が生じるという問題が存在した。このため、かかるレンズユニット１４を用いた光照射装置２’の問題を解決するために、当該問題が生じない拡散板を用いた光照射装置を利用しつつ、かつ、当該拡散板を用いた光照射装置において、ビームステアリングを実行可能にすることが希求されていた。

そこで、本実施形態では、拡散板を使用した光照射装置２において、測距対象エリア５を複数の照射エリア７ａ～７ｆ（図５参照。）に分割し、当該分割された各照射エリア７ａ～７ｆに対して部分的に拡散光を照射して、測距対象エリア５を走査するビームステアリングを実行可能な構成を採用している。このビームステアリングでは、当該分割された各照射エリア７ａ～７ｆに対して順次、部分的に光を照射することによって、測距対象エリア５全体を走査する。かかるビームステアリングにより、測距対象エリア５の範囲（分割された複数の照射エリア７ａ～７ｆの合計範囲）と、光の照射距離の双方を拡大することができる。以下に、本実施形態に係る光照射装置２においてビームステアリングを実行可能にするための構成について詳述する。

［３．光照射装置の構成］
次に、図５～図７を参照して、本実施形態に係る光照射装置２（エミッター）の構成について説明する。図５は、本実施形態に係る光照射装置２を示す模式図である。図６は、本実施形態に係る光照射装置２によるビームステアリング動作を示す模式図である。図７は、本実施形態に係る光照射装置２が備える配光素子３０（屈曲素子３１）を示す平面図である。

図５に示すように、本実施形態に係る光照射装置２は、光源２０と、配光素子３０と、拡散板４０と、制御部５０とを備える。

拡散板４０は、光源２０と測距対象エリア５との間に配置される。配光素子３０は、光源２０と測距対象エリア５との間に配置され、かつ、拡散板４０に対して対向して配置される。なお、図５の例では、配光素子３０は、光源２０と拡散板４０との間に配置されているが、かかる例に限定されず、配光素子３０は、拡散板４０と測距対象エリア５との間に配置されてもよい。

光源２０は、測距対象エリア５に向けて照射するための光を発生および出射する装置である。光源２０が出射する光は、上述したとおり、例えば、近赤外線、可視光線または紫外線などの波長帯域を有するレーザ光を使用できるが、人の目に見えない近赤外線の波長帯域（例えば８５０ｎｍ～１５５０ｎｍ）を有するレーザ光であることが好ましい。

光源２０は、例えば、複数のレーザ光５１ａ～５１ｆ（以下、「レーザ光５１」と総称する場合もある。）を出射する複数の発光素子２１ａ～２１ｆ（以下、「発光素子２１」と総称する場合もある。）を備える面光源である。具体的には、図５に示すように、光源２０の各発光素子２１は、面発光型の半導体レーザ、例えば、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）で構成される。光源２０は、例えば、複数のＶＣＳＥＬからなるＶＣＳＥＬアレイで構成される。複数の発光素子２１は、光源２０の発光面２２上に一次元的又は二次元的に配列される。図５の例では、ＶＣＳＥＬで構成される６つの発光素子２１ａ～２１ｆが、光源２０の発光面２２上に、二次元的に縦横（例えば２行３列）に配列されている。ただし、複数の発光素子２１の二次元的な配列方向は、縦横の２方向に限定されず、斜め方向に交差する２方向であってもよい。また、複数の発光素子２１は、任意の１方向に沿って一次元的（例えば、１行６列、もしくは、６行１列など）に配列されてもよい。さらに、発光素子２１の設置数は、図示の６つの例に限定されず、２つ以上の任意の数であってもよい。

これら複数の発光素子２１ａ～２１ｆは、相互に平行な複数のレーザ光５１ａ～５１ｆを、配光素子３０に向けて出射する。図５の例では、６つの発光素子２１ａ～２１ｆがそれぞれ、配光素子３０に向けて６つのレーザ光５１ａ～５１ｆを出射している。複数のレーザ光５１ａ～５１ｆの光軸は相互に平行である。これら発光素子２１から出射されるレーザ光５１は、例えば、拡散光であってもよいし、コリメートされた平行光であってもよいが、レーザ光５１の照射距離を延ばして、図６に示すビームステアリングを、より遠くの測距対象エリア５に対して実現可能にするためには、できるだけ平行光に近い拡散光であることが好ましい。また、本実施形態では、光源２０としてレーザ光５１を出射するＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｏｄｅ）を備えたレーザ光源を用いるが、かかる例に限定されない。光源は、例えば、ＬＥＤ（Ｌａｓｅｒ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｏｄｅ）、ランプなどの他の発光素子を備えた光源であってもよい。

なお、以下の説明では、発光素子２１から出射されるレーザ光５１の光軸方向を「Ｚ方向」と称し、「Ｚ方向」に対して垂直な平面内における水平方向を「Ｘ方向」と称し、当該平面内における垂直方向を「Ｙ方向」と称する。Ｚ方向は、光源２０の発光面２２に対して垂直な方向である。ＸＹ平面は、発光面２２に対して平行な面である。Ｘ方向は、光源２０の発光面２２内における水平方向であり、Ｙ方向は、光源２０の発光面２２内における垂直方向である。

各発光素子２１ａ～２１ｆは、相互に独立して点灯（発光）と消灯（非発光）することができる。これにより、複数の発光素子２１ａ～２１ｆのうち一部の発光素子２１のみを点灯させ、他の発光素子２１を消灯させることができる。この発光素子２１の点灯および消灯動作は、制御部５０により制御される。

制御部５０は、光照射装置２の各部の動作を制御する。制御部５０は、例えば、光照射装置２内に設けられた専用のプロセッサなどで構成されてもよいし、あるいは、上記光照射装置２のコントローラ４（図１参照。）などで構成されてもよい。制御部５０は、光源２０の複数の発光素子２１の発光を制御する機能を有する。制御部５０は、複数の発光素子２１のうち発光する発光素子を切り替えることにより、光照射装置２によるビームステアリング動作を制御する。例えば、図６に示すビームステアリングを実行する際には、制御部５０は、複数の発光素子２１のうちで点灯（発光）する発光素子２１を、予め設定された順序に従って順次切り替える。

図５および図６に示すように、光源２０が備える複数の発光素子２１ａ～２１ｆは、測距対象エリア５を一次元的又は二次元的に分割した複数の照射エリア７ａ～７ｆ（以下、「照射エリア７」と総称する場合もある。）にそれぞれ対応している。

図５の例では、測距対象エリア５内の照射エリア７は、６つの照射エリア７ａ～７ｆに分割されている。６つの照射エリア７ａ～７ｆは、測距対象エリア５内において、二次元的に縦横（例えば２行３列）に分割されている。ただし、上記発光素子２１の配列と同様に、分割された複数の照射エリア７ａ～７ｆの二次元的な配列方向は、縦横の２方向に限定されず、斜め方向に交差する２方向であってもよい。また、複数の照射エリア７ａ～７ｆは、任意の１方向に沿って一次元的（例えば、１行６列、もしくは、６行１列など）に配列されてもよい。

次に、配光素子３０について説明する。配光素子３０は、光源２０から測距対象エリア５に向かう光を、相互に異なる屈曲角αで複数の屈曲方向に屈曲させるための光学素子である。配光素子３０は、光源２０からの光を複数の屈曲方向に屈曲させることにより、測距対象エリア５に向かう光を拡げるように配光する。配光素子３０は、光を屈曲させる機能を有する光学素子で構成される。例えば、配光素子３０は、表面に微小なプリズム構造３７、３８を備えた屈曲素子３１（図７～図１１参照。）、複数のミラー３２（図１２参照。）、複数のプリズム３３（図１５参照。）、または、これら光学素子の組合せ（図１３、図１４参照。）などで構成される。図５では、配光素子３０が、プリズム構造３７、３８を備えた１つの屈曲素子３１である例を示している。配光素子３０を構成する光学素子（屈曲素子３１、ミラー３２、プリズム３３など）の具体的構成については後述する。

配光素子３０は、拡散板４０に対向して配置される。図５の例では、配光素子３０は、光源２０と拡散板４０との間に介在し、拡散板４０の両表面のうち光源２０側の表面に対向して配置されている。ただし、配光素子３０は、拡散板４０よりも測距対象エリア５側に配置されて、拡散板４０の両表面のうち測距対象エリア５側の表面に対向して配置されてもよい。

図５の例では、説明の便宜上、配光素子３０と拡散板４０は相互に離隔して配置されるように図示されているが、配光素子３０と拡散板４０は、相互に接触して配置されることが好ましい。あるいは、配光素子３０と拡散板４０は、不図示の接合部材（例えば、接着材、両面テープなど）を介して接合されて、相互に近接して配置されることが好ましい。これにより、配光素子３０と拡散板４０とを接近させて、配光素子３０と拡散板４０を合わせたサイズを小さくすることができるので、光照射装置２を小型化することができる。また、同様に、光照射装置２を小型化する観点から、配光素子３０と光源２０を相互に接触して配置する、または、近接して配置することが好ましい。

配光素子３０は、光源２０の複数の発光素子２１から出射された複数のレーザ光５１を、相互に異なる屈曲方向に屈曲させる機能を有する。詳細には、配光素子３０は、複数の発光素子２１から出射された複数のレーザ光５１ａ～５１ｆを、相互に異なる屈曲角αａ～αｆ（以下、「屈曲角α」と総称する場合がある。）で、相互に異なる屈曲方向に屈曲させる。屈曲角αは、屈曲角α_Ｘと屈曲角α_Ｙとを合成した角度である。屈曲角α_ＸはＸ方向の屈曲角であり、屈曲角α_ＹはＹ方向の屈曲角である。また、屈曲方向は、配光素子３０により屈曲された光５２の進行方向である。

例えば、図５に示すように、配光素子３０は、光源２０の中央上部に配置された発光素子２１ｂから出射されたレーサ光５１ｂを、Ｙ方向の上方向に所定の屈曲角α_Ｙｂで屈曲させ、Ｘ方向には屈曲させない。また、配光素子３０は、光源２０の中央下部に配置された発光素子２１ｅから出射されたレーサ光５１ｅを、Ｙ方向の下方向に所定の屈曲角α_Ｙｅで屈曲させ、Ｘ方向には屈曲させない。ここで、例えば、「α_Ｙｂ＝＋１２．５°、α_Ｙｅ＝－１２．５°」、「α_Ｘｂ＝α_Ｘｅ＝０°」である。

配光素子３０により屈曲されたレーサ光５１ｂは、屈曲光５２ｂとなる。屈曲光５２ｂは、レーサ光５１ｂの進行方向（Ｚ方向）に対して上方向に屈曲した屈曲方向に進行する光である。屈曲光５２ｂの光軸とレーサ光５１ｂの光軸との間の角度差は、屈曲角α_Ｙｂである。一方、配光素子３０により屈曲されたレーサ光５１ｅは、屈曲光５２ｅとなる。屈曲光５２ｅは、レーサ光５１ｅの進行方向（Ｚ方向）に対して下方向に屈曲した屈曲方向に進行する光である。屈曲光５２ｅの光軸とレーサ光５１ｅの光軸との間の角度差は、屈曲角α_Ｙｅである。

このように複数の発光素子２１ａ～２１ｆからのレーザ光５１ａ～５１ｆを、相互に異なる屈曲方向に屈曲させるために、図７に示すように、配光素子３０は、複数の屈曲部３５ａ～３５ｆ（以下、「屈曲部３５」と総称する場合がある。）を有する。

図５および図７に示すように、例えば、配光素子３０が、プリズム構造を有する屈曲素子３１（例えば、表面にプリズム構造が形成された導光板）で構成される。この場合、複数の屈曲部３５はそれぞれ、平板状の屈曲素子３１をＸ及びＹ方向に複数の領域に分割したときの各領域に相当する。図５および図７の例では、屈曲素子３１は、６つの屈曲部３５ａ～３５ｆから構成され、各屈曲部３５ａ～３５ｆは、矩形平板状の屈曲素子３１を６つの領域に分割したときの各領域に相当する。６つの屈曲部３５ａ～３５ｆは、屈曲素子３１の表面上において二次元的に縦横（例えば２行３列）に区分されている。

かかる配光素子３０（屈曲素子３１）の複数の屈曲部３５ａ～３５ｆは、上記光源２０の複数の発光素子２１ａ～２１ｆにそれぞれ対応している。さらに、当該複数の屈曲部３５ａ～３５ｆは、上記分割された複数の照射エリア７ａ～７ｆにもそれぞれ対応している。

そして、複数の屈曲部３５ａ～３５ｆは、入射光を相互に異なる屈曲角αａ～αｆで屈曲させる機能を有している。したがって、複数の屈曲部３５ａ～３５ｆはそれぞれ、光源２０の複数の発光素子２１ａ～２１ｆから入射されたレーザ光５１ａ～５１ｆを、相互に異なる屈曲方向に屈曲させ、相互に異なる複数の照射エリア７ａ～７ｆに向けて導くことができる。

例えば、図５に示すように、発光素子２１ｂから出射されたレーザ光５１ｂは、配光素子３０の屈曲部３５ｂを透過するときに、上記屈曲角α_ＹｂでＹ方向の上方向に屈曲して、屈曲光５２ｂとなる。屈曲光５２ｂは、予め設定された第１の屈曲方向に進むレーザ光５１である。その後、屈曲光５２ｂは、拡散板４０を透過するときに拡散されて拡散光５３ｂとなり、照射エリア７ｂに部分的に照射される。一方、発光素子２１ｅから出射されたレーザ光５１ｅは、配光素子３０の屈曲部３５ｅを透過するときに、上記屈曲角α_ＹｅでＹ方向の下方向に屈曲して、屈曲光５２ｅとなる。屈曲光５２ｅは、上記第１の屈曲方向とは異なる第２の屈曲方向に進むレーザ光である。その後、屈曲光５２ｅは、拡散板４０を透過するときに拡散されて拡散光５３ｅとなり、照射エリア７ｅに部分的に照射される。

なお、上記発光素子２１の配列と同様に、分割された複数の屈曲部３５の二次元的な配列方向は、上記の縦横の２方向に限定されず、斜め方向に交差する２方向であってもよい。また、複数の屈曲部３５ａ～３５ｆは、任意の１方向に沿って一次元的（例えば、１行６列、もしくは、６行１列など）に配列されてもよい。

また、図５および図７に示す例では、相異なる屈曲機能を有する複数の屈曲部３５は、１つの屈曲素子３１として一体的に構成されている。これにより、配光素子３０を、１つの屈曲素子３１で構成できるので、配光素子３０の部品点数を低減できるとともに、配光素子３０のサイズを小さくでき、かつ、配光素子３０の取扱いが容易になるという利点がある。しかし、かかる例に限定されず、例えば、複数の屈曲部３５を、それぞれ別の屈曲素子を用いて分離して構成してもよい。

次に、拡散板４０について説明する。拡散板４０は、配光素子３０から入射されるレーザ光（屈曲光５２）を拡散する機能を有する。即ち、拡散板４０は、配光素子３０から入射される複数の屈曲光５２をそれぞれ、予め設定された拡散角βで拡散して、複数の拡散光５３を出射する。

拡散板４０は、例えば平板形状もしくは湾曲板形状を有する。図５に示す拡散板４０は、例えば矩形平板状を有する。拡散板４０の形状や厚さは、拡散板４０が実装される光照射装置２の形状、構成等に応じて、任意の形状および厚さであってよい。拡散板４０の表面積は、配光素子３０の面積よりも大きいことが好ましい。これにより、配光素子３０で複数の屈曲方向に屈曲されて拡散した複数の屈曲光５２の全てを、拡散板４０に入射させることができる。

拡散板４０は、フィルム状または板状の基材４１と、当該基材４１の表面に形成されたマイクロレンズアレイ４２とを有する。

基材４１は、光を透過することが可能な透明な材料で形成される。例えば、基材４１は、近赤外線の波長帯域において光透過率が７０％以上の材質にて形成されてもよい。基材４１は、例えば、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ：ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ：ＰＣ）、環状オレフィン・コポリマー（Ｃｙｃｌｏ Ｏｌｅｆｉｎ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ：ＣＯＣ）、環状オレフィンポリマー（Ｃｙｃｌｏ Ｏｌｅｆｉｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ：ＣＯＰ）、トリアセチルセルロース（Ｔｒｉａｃｅｔｙｌｃｅｌｌｕｌｏｓｅ：ＴＡＣ）等といった公知の樹脂、またはその他の有機材料で形成されてもよい。あるいは、基材４１は、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、白板ガラス等といった公知のガラス材料、または、その他の無機材料で形成されてもよい。

マイクロレンズアレイ４２は、基材４１の少なくとも一方の表面（主面）に設けられる。マイクロレンズアレイ４２は、基材４１の表面上に配列された複数のマイクロレンズの集合体である。マイクロレンズは、例えば数十μｍオーダーの微細な光学レンズである。マイクロレンズは、光拡散機能を有する凸構造（凸レンズ）または凹構造（凹レンズ）からなり、例えば、数十μｍ程度の開口幅（レンズ径）と、数十μｍ程度の曲率半径を有する。マイクロレンズの表面形状は、球面形状であってもよいし、非球面形状であってもよい。また、複数のマイクロレンズの表面形状は、均一な形状であってもよいし、相互に異なるランダムな形状であってもよい。また、マイクロレンズは、基材４１の表面上に規則的に配列されてもよいし、ランダムに配置されてもよい。かかるマイクロレンズの表面形状や配置を変更することにより、拡散板４０により光を拡散するときの拡散角βを調整することができる。

本実施形態に係る拡散板４０では、例えば、基材４１の表面全体にわたって、ほぼ均一な表面形状および配置で複数のマイクロレンズが形成されている。これにより、配光素子３０からの屈曲光５２が、拡散板４０の表面のうちのどの位置に入射されたとしても、拡散板４０は、ほぼ同一の拡散角βで屈曲光５２を拡散させて、拡散光５３を出射する。しかし、かかる例に限定されず、拡散板４０の表面を複数の領域に分割し、当該領域ごとに拡散角βが変化するように、拡散板４０のマイクロレンズアレイ４２の表面形状等を当該領域ごとに変更してもよい。これにより、拡散板４０の領域ごとに拡散角βを異ならせることが可能になり、拡散板４０から出射される複数の拡散光５３ａ～５３ｆの拡散角βａ～βｆを個別に調整可能になる。よって、配光素子３０と拡散板４０を用いたビームステアリングの自由度をより向上できる。

［４．ビームステアリング動作］
以上では、本実施形態に係る光照射装置２の光源２０、配光素子３０、拡散板４０および制御部５０の構成について説明した。次に、図５および図６を参照して、本実施形態に係る光照射装置２によるビームステアリング動作について説明する。

上記の本実施形態に係る光照射装置２によれば、光源２０の複数の発光素子２１ａ～２１ｆから出射された複数のレーザ光５１ａ～５１ｆはそれぞれ、配光素子３０および拡散板４０を通じて、測距対象エリア５内の複数の照射エリア７ａ～７ｆに向けて部分的に照射される。

このとき、配光素子３０の複数の屈曲部３５ａ～３５ｆはそれぞれ、複数の発光素子２１ａ～２１ｆから入射された複数のレーザ光５１ａ～５１ｆを、相互に異なる屈曲方向に屈曲させ、屈曲光５２ａ～５２ｆを拡散板４０に向けて出射する。配光素子３０による配光機能により、配光素子３０により屈曲された複数の屈曲光５２ａ～５２ｆは、全体として、複数のレーザ光５１ａ～５１ｆの全体を拡散させた光となる。拡散板４０は、配光素子３０の複数の屈曲部３５ａ～３５ｆから入射された複数の屈曲光５２ａ～５２ｆをそれぞれ拡散させる。そして、拡散板４０は、相互に異なる方向に進む複数の拡散光５３ａ～５３ｆを、測距対象エリア５内の複数の照射エリア７ａ～７ｆに向けてそれぞれ照射する。ここで、照射エリア７ａ～７ｆは、測距対象エリア５を分割したエリアであり、個々の照射エリア７ａ～７ｆの面積は、測距対象エリア５全体の面積と比べて小さい。かかる複数の照射エリア７ａ～７ｆを組み合わせることで、測距対象エリア５の全体もしくは大半部分をカバーできる。

例えば、図５に示す例において、測距対象エリア５の範囲が、水平方向（Ｘ方向）の視野角θ（図６参照。）が９０°、垂直方向（Ｙ方向）の視野角φ（図６参照。）が５０°で表される範囲（θ×φ＝９０°×５０°）である場合を考える。そして、拡散板４０による水平方向（Ｘ方向）の拡散角β_Ｘが３０°、垂直方向（Ｙ方向）の拡散角β_Ｙが２５°であるとする（３０°×２５°）。

この場合、配光素子３０のＸ方向の左側の２つの屈曲部３５ａ、３５ｄによるＸ方向の屈曲角α_Ｘａ、α_Ｘｄ（図９参照。）を－３０°に設定し、Ｘ方向の右側の２つの屈曲部３５ｃ、３５ｆによるＸ方向の屈曲角α_Ｘｃ、α_Ｘｆ（図９参照。）を＋３０°に設定し、Ｘ方向の中央の２つの屈曲部３５ｂ、３５ｅによるＸ方向の屈曲角α_Ｘｂ、α_Ｘｅを±０°に設定すればよい。また、配光素子３０のＹ方向の上側の３つの屈曲部３５ａ～３５ｃによるＹ方向の屈曲角α_Ｙａ、α_Ｙｂ、α_Ｙｃを＋２５°に設定し、Ｙ方向の下側の３つの屈曲部３５ｄ～３５ｆによるＹ方向の屈曲角α_Ｙｄ、α_Ｙｅ、α_Ｙｆを－２５°に設定すればよい。これにより、配光素子３０全体では、光源２０の６つの発光素子２１からのレーザ光５１の光軸を（３０°×２５°）の屈曲範囲で屈曲させることができる。よって、かかる配光素子３０による屈曲範囲（３０°×２５°）と、拡散板４０による拡散範囲（３０°×２５°）とを組み合わせることにより、上記測距対象エリア５の範囲（θ×φ＝９０°×５０°）をカバーすることができる。

このような測距対象エリア５の視野角θ、Φと、配光素子３０および拡散板４０の各パラメータとの関係を数式で表すと、次の式（１）～（６）のとおりである。なお、以下の数式中の（ ）内の数値は、図５および図９、図１０に示す構成例の場合の各パラメータの具体的数値である。

<Ｘ方向>
θ＝β_Ｘ×ｎ_Ｘ ・・・（１）
α_Ｘｋ＝（θ／ｎ_Ｘ）×ｍ_Ｘｋ ・・・（２）
（θ＝９０°、β_Ｘ＝３０°、ｎ_Ｘ＝３、ｍ_Ｘｋ＝－１、０、＋１）
０°<γ_Ｘ<β_Ｘ ・・・（３）
θ ：測距対象エリア５のＸ方向の照射範囲を表す視野角
β_Ｘ：拡散板４０によるＸ方向の拡散角
ｎ_Ｘ：Ｘ方向に配列された発光素子２１の数
α_Ｘｋ：配光素子３０の各屈曲部３５によるＸ方向の屈曲角
ｍ_Ｘｋ：Ｘ方向の中心に配置された発光素子２１を基準としてＸ方向の±ｋ番目に配置された発光素子２１を表す序数（例えば、－１番目に配置された発光素子２１ａのｍ_Ｘａは「－１」であり、０番目に配置された発光素子２１ｂのｍ_Ｘｂは「０」であり、＋１番目に配置された発光素子２１ｃのｍ_Ｘｃは「＋１」である。）
γ_Ｘ ：光源２０から出射される光全体のＸ方向の拡散角

<Ｙ方向>
φ＝β_Ｙ×ｎ_Ｙ ・・・（４）
α_Ｙｋ＝（φ／ｎ_Ｙ）×ｍ_Ｙｋ ・・・（５）
（φ＝５０°、β_Ｙ＝２５°、ｎ_Ｙ＝２、ｍ_Ｙｋ＝－１、＋１）
０°<γ_Ｙ<β_Ｙ ・・・（６）
φ ：測距対象エリア５のＹ方向の照射範囲を表す視野角
β_Ｙ：拡散板４０によるＹ方向の拡散角
ｎ_Ｙ：Ｙ方向に配列された発光素子２１の数
α_Ｙｋ：配光素子３０の各屈曲部３５によるＹ方向の屈曲角
ｍ_Ｙｋ：Ｙ方向の中心に配置された発光素子２１を基準としてＹ方向の±ｋ番目に配置された発光素子２１を表す序数（例えば、＋１番目に配置された発光素子２１ａのｍ_Ｙａは「＋１」であり、－１番目に配置された発光素子２１ｄのｍ_Ｙｄは「－１」である。）
γ_Ｙ ：光源２０から出射される光全体のＹ方向の拡散角

そして、制御部５０は、図６に示すように、上記光源２０の複数の発光素子２１ａ～２１ｆのうち点灯（発光）する発光素子を切り替えることにより、測距対象エリア５に対するビームステアリング動作を実行する。

図６に示すように、まず、光源２０の発光面２２に向かって左上部に配置された発光素子２１ａを点灯させ、他の発光素子２１ｂ～２１ｆを消灯させる。これにより、発光素子２１ａから出射されたレーザ光５１ａのみが、上記配光素子３０および拡散板４０を介して、測距対象エリア５内の右上部の照射エリア７ａに導かれて、当該照射エリア７ａのみに拡散光５３ａが照射される。このとき、他の照射エリア７ｂ～７ｅには、拡散光５３ｂ～５３ｆは照射されない。

次いで、上記発光素子２１ａを消灯し、光源２０の発光面２２の中央上部に配置された発光素子２１ｂのみを点灯させると、測距対象エリア５内の中央上部の照射エリア７ｂのみに拡散光５３ｂが照射される。その後、上記発光素子２１ｂを消灯し、光源２０の発光面２２に向かって右上部に配置された発光素子２１ｃのみを点灯させると、測距対象エリア５内の左上部の照射エリア７ｃのみに拡散光５３ｃが照射される。同様にして、発光素子２１ｄ、２１ｅ、２１ｆについても、上記同様な点灯と消灯の切り替え動作を繰り返すことで、測距対象エリア５内の照射エリア７ｄ、７ｅ、７ｆに順次、拡散光５３ｄ、５３ｅ、５３ｆが照射される。

このようにして、本実施形態に係る光照射装置２では、光源２０の複数の発光素子２１ａ～２１ｆの点灯と消灯を順次切り替える。これにより、測距対象エリア５内において拡散光５３ａ～５３ｆが部分的に照射される照射エリア７ａ～７ｆが順次切り替えられる。つまり、測距対象エリア５のうち、照射エリア７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆの順で、１つのエリアずつ拡散光５３が部分的に照射される。このようにして、広範囲の測距対象エリア５を、狭い範囲の各照射エリア７ａ～７ｆで走査するビームステアリング動作を実行することができる。

本実施形態に係る光照射装置２では、かかるビームステアリング動作により、拡散板４０を用いた構造であるにもかかわらず、各発光素子２１ａ～２１ｆから出射される各レーザ光５１ａ～５１ｆを、測距対象エリア５のうち一部の照射エリア７ａ～７ｆに対して、部分的かつ集中的に照射できる。したがって、本実施形態によれば、狭い照射エリア７ａ～７ｆのいずれかに集中して照射できるので、上述した従来の拡散板１６を用いた光照射装置２'（図３参照。）と比べて、光照射装置２から測距対象エリア５までの照射距離を増大させることができる。さらに、光源２０に設けられる発光素子２１の設置数と、測距対象エリア５における照射エリア７の数を、ＸおよびＹ方向に増加させたり、屈曲角αや拡散角βを大きくしたりすることによって、光を照射可能な測距対象エリア５の範囲を拡大することができる。よって、従来と比べて、拡散板４０を用いた光照射装置２において、光の照射範囲と照射距離の双方を拡大することができ、測距可能空間を拡大することが可能になる。

また、本実施形態に係る光照射装置２では、拡散板４０を用いて光を拡散させるシンプルな拡散構造である。したがって、上述した従来のレンズユニット１４を用いた光照射装置２’（図２参照。）と比べて、光照射装置２のサイズとコストを大幅に低減することができる。また、各発光素子２１が備える複数のメサの一部が破損または故障したとしても（図４参照。）、その周囲の破損していないメサから出射された光を拡散板４０で拡散させることにより、破損したメサに対応する照射領域をカバーすることができる。したがって、従来のレンズユニット１４を用いた光照射装置２’のように照射エリア７ｅ内に未照射部分（図４参照。）が生じることがないので、発光素子２１の破損や故障に伴う測距不能エリアの発生を防止できる。したがって、本実施形態に係る光照射装置２を用いて照射エリア７のビームステアリングを行う場合に、光源１０の一部の発光素子１１の破損や故障に対処可能であり、測距対象エリア５内の未照射部分（即ち、測距不能エリア）の発生を防止できる。

なお、図６に示すビームステアリング動作では、点灯する発光素子２１と照射エリア７を１つずつ順次切り替えたが、かかる例に限定されず、上記複数の発光素子２１のうち２つ以上の発光素子２１を同時に点灯させて、複数の照射エリア７に対して同時に複数の拡散光５３を照射しつつ、点灯する複数の発光素子２１と複数の照射エリア７を順次切り替えてもよい。例えば、光源２０の発光面２２において左右両サイドに配置された発光素子２１から、中央に配置された発光素子２１に向けて、１つまたは２つ以上の発光素子２１の点灯と消灯を切り替えてもよい。これによっても、測距対象エリア５内で照射エリア７を絞ったビームステアリングを実行可能である。

［５．配光素子の構成］
次に、図７～図９を参照して、本実施形態に係る光照射装置２に設けられる配光素子３０が、プリズム構造３７、３８を有する屈曲素子３１である例について、詳細に説明する。図８は、本実施形態に係るプリズム構造３７、３８を有する屈曲素子３１を示す部分拡大斜視図である。図９は、図７に示す屈曲素子３１のＸ－Ｘ断面図およびＹ－Ｙ断面図である。

図７～図９に示すように、本実施形態に係る配光素子３０は、入射光を屈曲させるためのプリズム構造３７、３８を有する屈曲素子３１（例えば、プリズムシート）で構成することができる。屈曲素子３１は、例えば、平板形状、湾曲板形状、もしくはブロック形状など任意の形状であってよいが、図７に示す屈曲素子３１は、例えば矩形平板状を有する。屈曲素子３１の形状や厚さは、屈曲素子３１が実装される光照射装置２の形状、構成等に応じて、任意の形状および厚さであってよい。屈曲素子３１の表面積は、光源２０の発光面２２の面積よりも大きいことが好ましい。これにより、図５に示すように。光源２０の複数の発光素子２１から出射されたレーザ光５１の全てを、屈曲素子３１に入射させることができる。なお、屈曲素子３１によるレーザ光５１の屈曲機能を発揮可能であれば、屈曲素子３１の大きさや形状は、図示の例に限定されず、任意の大きさ、形状を採用可能である。

図８～図９に示すように、屈曲素子３１は、フィルム状または板状の基材３６と、当該基材３６の表面に形成されたプリズム構造３７、３８とを有する。

基材３６は、光を透過することが可能な透明な材料で形成される。例えば、基材３６は、近赤外線の波長帯域において光透過率が７０％以上の材質にて形成されてもよい。上記拡散板４０の基材４１と同様に、屈曲素子３１の基材３６は、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、環状オレフィン・コポリマー、環状オレフィンポリマー、トリアセチルセルロース等といった公知の樹脂、またはその他の有機材料で形成されてもよい。あるいは、基材３６は、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、白板ガラス等といった公知のガラス材料、または、その他の無機材料で形成されてもよい。

プリズム構造３７、３８は、微細な多数のプリズム形状が繰り返し形成された凹凸構造である。個々のプリズム形状の断面形状は、例えば、所定の傾斜角を有する傾斜面と、垂直面とを組み合わせた直角三角形状を有する。屈曲素子３１の表面に複数のプリズム形状を所定のピッチで配列することにより、鋸刃状の断面形状を有するプリズム構造３７、３８が構成される。

本実施形態では、屈曲素子３１の基材３６の両表面（表面と裏面）にそれぞれ、プリズム構造３７、３８が形成されている。例えば、屈曲素子３１の一側の表面に第１のプリズム構造３７が形成され、屈曲素子３１の他側の表面に第２のプリズム構造３８が形成されている。第１のプリズム構造３７と第２のプリズム構造３８は、ＸＹ平面への平面視において相互に交差する方向に延在している。

具体的には、図８および図９に示すように、屈曲素子３１の表面に形成された第１のプリズム構造３７は、Ｙ方向に延在する複数のプリズム形状から構成される。この第１のプリズム構造３７の複数のプリズム形状は、比較的小さいピッチで配列されており、当該各プリズム形状は、比較的急な傾斜面を有する。一方、屈曲素子３１の裏面に形成された第２のプリズム構造３８は、Ｘ方向に延在する複数のプリズム形状から構成される。この第２のプリズム構造３８の複数のプリズム形状は、比較的大きいピッチで配列されており、当該各プリズム形状は、比較的緩い傾斜面を有する。よって、第１のプリズム構造３７による光の屈曲角α_Ｘと、第２のプリズム構造３８による光の屈曲角α_Ｙとは相違し、α_Ｘ>α_Ｙである。

このように、第１のプリズム構造３７はＹ方向に延在し、第２のプリズム構造３８はＸ方向に延在している。即ち、第１のプリズム構造３７と第２のプリズム構造３８は、ＸＹ平面への平面視において相互に直交する方向に延在している。かかる構成により、図９に示すように、第１のプリズム構造３７は、光源２０から屈曲素子３１に入射されたレーザ光５１を、Ｘ方向に屈曲させる。一方、第２のプリズム構造３８は、光源２０から屈曲素子３１に入射されたレーザ光５１を、Ｙ方向に屈曲させる。したがって、１つの屈曲素子３１を用いて、レーザ光５１をＸおよびＹ方向の２方向に複合的に屈曲させることができる。

ここで、図７に示したように、屈曲素子３１は、相異なる屈曲機能を有する複数の屈曲部３５ａ～３５ｆを有する。屈曲素子３１の屈曲部３５ａ～３５ｆにはそれぞれ、光源２０の複数の発光素子２１ａ～２１ｆからレーザ光５１ａ～５１ｆが入射される。屈曲部３５ａ～３５ｆは、相互に異なる屈曲角αで、相互に異なる屈曲方向にレーザ光５１ａ～５１ｆを屈曲させる。

例えば、屈曲部３５ａは、Ｘ方向の負方向の屈曲角α_Ｘａ、かつ、Ｙ方向の正方向の屈曲角α_Ｙａで、レーザ光５１ａを屈曲させる（α_Ｘａ＝－３０°、α_Ｙａ＝＋１２．５°）。屈曲部３５ｂは、Ｙ方向の正方向の屈曲角α_Ｙｂで、レーザ光５１ｂを屈曲させ、かつ、Ｘ方向に屈曲させない（α_Ｘｂ＝０°、α_Ｙｂ＝＋１２．５°）。屈曲部３５ｃは、Ｘ方向の正方向の屈曲角α_Ｘｃ、かつ、Ｙ方向の正方向の屈曲角α_Ｙｃで、レーザ光５１ｃを屈曲させる（α_Ｘｃ＝＋３０°、α_Ｙｃ＝＋１２．５°）。屈曲部３５ｄは、Ｘ方向の負方向の屈曲角α_Ｘｄ、かつ、Ｙ方向の負方向の屈曲角α_Ｙｄで、レーザ光５１ｄを屈曲させる（α_Ｘｄ＝－３０°、α_Ｙｄ＝－１２．５°）。屈曲部３５ｅは、Ｙ方向の負方向の屈曲角α_Ｙｅで、レーザ光５１ｅを屈曲させ、かつ、Ｘ方向に屈曲させない（α_Ｘｅ＝０°、α_Ｙｅ＝－１２．５°）。屈曲部３５ｆは、Ｘ方向の正方向の屈曲角α_Ｘｆ、かつ、Ｙ方向の負方向の屈曲角α_Ｙｆで、レーザ光５１ｆを屈曲させる（α_Ｘｆ＝＋３０°、α_Ｙｆ＝－１２．５°）。

このように、本実施形態に係る屈曲素子３１は、６つの屈曲部３５ａ～３５ｆに区分されている。そして屈曲部３５ａ～３５ｆごとに、相互に異なる屈曲機能を発揮させるために、屈曲素子３１の表面および裏面には、図９に示すように、屈曲部３５ａ～３５ｆごとに相異なる態様でプリズム構造３７、３８が形成されている。

具体的には、図９に示すように、屈曲素子３１の表面において、一側の屈曲部３５ａの表面には、レーザ光５１ａをＸ方向の負方向に屈曲角α_Ｘａで屈曲させるようなプリズム構造３７Ａが形成されている。一方、他側の屈曲部３５ｃの表面には、レーザ光５１ｃをＸ方向の正方向に屈曲角α_Ｘｃで屈曲させるようなプリズム構造３７Ｂが形成されている。これらプリズム構造３７Ａとプリズム構造３７Ｂはともに、屈曲素子３１の表面に形成される第１のプリズム構造３７を構成するが、プリズム構造３７Ａとプリズム構造３７Ｂとの間では、プリズム形状の傾斜方向が相互に逆方向である。また、中央の屈曲部３５ｂの表面には、プリズム構造３７Ａ、３７Ｂが形成されておらず、平坦面となっている。このため、レーザ光５１ｂは、屈曲部３５ｂでＸ方向に屈曲せずに、そのまま透過する。

また、屈曲素子３１の裏面において、一側の屈曲部３５ａの裏面には、レーザ光５１ａをＹ方向の正方向に屈曲角α_Ｙａで屈曲させるようなプリズム構造３８Ａが形成されている。一方、他側の屈曲部３５ｄの裏面には、レーザ光５１ｄをＹ方向の負方向に屈曲角α_Ｙｄで屈曲させるようなプリズム構造３８Ｂが形成されている。これらプリズム構造３８Ａとプリズム構造３８Ｂはともに、屈曲素子３１の裏面に形成される第２のプリズム構造３８を構成するが、プリズム構造３８Ａとプリズム構造３８Ｂとの間では、プリズム形状の傾斜方向が相互に逆方向である。

以上のように、本実施形態に係る屈曲素子３１では、屈曲素子３１の表面に、第１のプリズム構造３７として、相異なる形状のプリズム構造３７Ａ、３７Ｂが部分的に形成されている。さらに、屈曲素子３１の裏面に、第２のプリズム構造３８として、相異なる形状のプリズム構造３８Ａ、３８Ｂが部分的に形成されている。そして、Ｙ方向に延びるプリズム構造３７Ａ、３７Ｂと、Ｘ方向に延びるプリズム構造３８Ａ、３８Ｂとは、相互に直交する方向に延在している。これにより、１つの屈曲素子３１において、屈曲機能が異なる６つの屈曲部３５ａ～３５ｆを実現することができる。

［６．光照射装置の構成例］
次に、図１０～図１５を参照して、本実施形態に係る光照射装置２の構成例について説明する。図１０～図１５はそれぞれ、本実施形態に係る光照射装置２の構成例１～６を示す模式図である。なお、以下の構成例１～６では、上述した式（１）～（６）の条件を満たすように、配光素子３０と拡散板４０の各パラメータが設計されている。

（１）構成例１
図１０に示すように、本実施形態の構成例１に係る光照射装置２は、複数の発光素子２１ａ～２１ｆを有する光源２０と、配光素子３０としての屈曲素子３１と、拡散板４０とを備える。構成例１に係る光照射装置２では、光源２０から測距対象エリア５までの光の照射経路において、光源２０、屈曲素子３１、拡散板４０の順で配置されている。

図１０に示す構成例１に係る配光素子３０（屈曲素子３１）は、上記図５～図９に示した配光素子３０（屈曲素子３１）に対応しており、上述したプリズム構造３７、３８を有する。屈曲素子３１は、例えば６つの屈曲部３５ａ～３５ｆ（図７参照。）を有しており、各屈曲部３５ａ～３５ｆにより、相異なる屈曲角αａ（α_Ｘａ、α_Ｙａ）～αｆ（α_Ｘｆ、α_Ｙｆ）で、相異なる屈曲方向にレーザ光５１ａ～５１ｆを屈曲させる。

屈曲素子３１により屈曲された屈曲光５２ａ～５２ｆはそれぞれ、拡散板４０により所定の拡散角βで拡散されて、拡散光５３ａ～５３ｆとなる。当該拡散光５３ａ～５３ｆはそれぞれ、測距対象エリア５の照射エリア７ａ～７ｆに照射される。

以上のように、構成例１に係る光照射装置２では、配光素子３０としての屈曲素子３１により、光源２０からの複数のレーザ光５１をそれぞれ屈曲させて、各照射エリア７に導くことができる。これにより、複数の発光素子２１の点灯と消灯を切り替えることで、各照射エリア７に対して部分的に光を照射することができ、上記ビームステアリング動作を好適に実行可能である。

また、構成例１によれば、配光素子３０が、１つの薄い屈曲素子３１で構成されている。したがって、配光素子３０を小型化することができるので、光照射装置２も小型化することができる。さらに、屈曲素子３１と拡散板４０を接触または近接させて配置することにより、光照射装置２をさらに小型化することができる。

（２）構成例２
図１１に示すように、本実施形態の構成例２に係る光照射装置２は、光源２０と、配光素子３０としての２つの屈曲素子３１Ａ、３１Ｂと、拡散板４０とを備える。構成例２に係る光照射装置２では、光源２０から測距対象エリア５までの光の照射経路において、光源２０、屈曲素子３１Ａ、屈曲素子３１Ｂ、拡散板４０の順で配置されている。

図１１に示す構成例２に係る配光素子３０は、上記図１０に示した構成例１に係る１つの屈曲素子３１の代わりに、２つの屈曲素子３１Ａ、３１Ｂ（第１、第２の屈曲素子）を備えている。屈曲素子３１Ａ、３１Ｂはそれぞれ、その表面と裏面に、上記図８～図９で示した例と同様なプリズム構造３７、３８を有する。これにより、各屈曲素子３１Ａ、３１Ｂは、光源２０からのレーザ光５１をＸおよびＹ方向に屈曲させる機能を有する。

構成例２において、光源２０からのレーザ光５１は、まず、屈曲素子３１Ａに入射され、所定の一次屈曲角α_ＸＡ、α_ＹＡで一次屈曲される。次いで、屈曲素子３１Ａで一次屈曲された屈曲光は、屈曲素子３１Ｂに入射され、所定の二次屈曲角α_ＸＢ、α_ＹＢで二次屈曲される。屈曲素子３１Ｂから出射された屈曲光５２は、拡散板４０に入射されて拡散された後に、測距対象エリア５の照射エリア７に照射される。

このように、構成例２に係る２つの屈曲素子３１Ａ、３１Ｂは、上記構成例１に係る１つの屈曲素子３１によるレーザ光５１の屈曲機能を分担している。つまり、構成例２に係る屈曲素子３１ＡによるＸ方向の屈曲角α_ＸＡと、屈曲素子３１ＢによるＸ方向の屈曲角α_ＸＢとの合計角度が、構成例１に係る屈曲素子３１によるＸ方向の屈曲角α_Ｘとなる（α_Ｘ＝α_ＸＡ＋α_ＸＢ）。同様に、屈曲素子３１ＡによるＹ方向の屈曲角α_ＹＡと、屈曲素子３１ＢによるＹ方向の屈曲角α_ＹＢとの合計角度が、構成例１に係る屈曲素子３１によるＹ方向の屈曲角α_Ｙとなる（α_Ｙ＝α_ＹＡ＋α_ＹＢ）。

かかる構成例２のように、配光素子３０として、複数の屈曲素子３１Ａ、３１Ｂを用いることにより、配光素子３０に求められる屈曲角αが大きい場合にも、好適に対応可能となる。よって、配光素子３０として大きな屈曲角α_Ｘ、α_Ｙが得られるので、光照射装置２の視野角θ、φをより拡大でき、より広範囲の測距対象エリア５に光を照射することが可能になる。

（３）構成例３
図１２に示すように、本実施形態の構成例３に係る光照射装置２は、光源２０と、配光素子３０としての複数のミラー３２と、拡散板４０とを備える。構成例３に係る光照射装置２では、光源２０から測距対象エリア５までの光の照射経路において、光源２０、ミラー３２、拡散板４０の順で配置されている。

図１２に示す構成例３に係る配光素子３０は、上記図１０に示した構成例１に係る屈曲素子３１の代わりに、複数のミラー３２を備えている。ミラー３２は、光を反射する鏡面を有する光学素子である。ミラー３２は、光源２０からのレーザ光５１の光軸方向（Ｚ方向）に対して、所定の角度で傾斜配置されている。ミラー３２は、光源２０からのレーザ光５１を反射させることで、レーザ光５１を所定の屈曲角α_Ｘ、α_Ｙで屈曲させ、所定の屈曲方向に進む屈曲光５２を出射する。

ミラー３２のＸ方向の傾斜角を調整することにより、レーザ光５１をＸ方向に屈曲させるときの屈曲角α_Ｘを変更することができる。同様に、ミラー３２のＹ方向の傾斜角を調整することにより、レーザ光５１をＹ方向に屈曲させるときの屈曲角α_Ｙを変更することができる。また、光源２０の複数の発光素子２１ａ～２１ｆに対応して、Ｘ、Ｙ方向の傾斜角が相互に異なる複数のミラー３２が設置される。これにより、配置と向きが異なる複数のミラー３２により、発光素子２１ａ～２１ｆからのレーザ光５１ａ～５１ｆを、相互に異なる屈曲角α_Ｘａ～α_Ｘｆ、α_Ｙａ～α_Ｙｆで所望の屈曲方向（ＸおよびＹ方向）に屈曲させることができる。この観点から、構成例３に係る複数のミラー３２は、配光素子３０が備える複数の屈曲部に相当する。

かかる構成例３のように、配光素子３０として、複数のミラー３２を用いることにより、上記構成例１の屈曲素子３１と同様に、光源２０からの複数のレーザ光５１を屈曲させることができる。また、構成例１の屈曲素子３１では、レーザ光５１を屈曲させたときにゴーストが発生しやすいが、構成例３のミラー３２では、ゴーストが発生しないという利点もある。

（４）構成例４
図１３に示すように、本実施形態の構成例４に係る光照射装置２は、光源２０と、配光素子３０としての複数のミラー３２および屈曲素子３１と、拡散板４０とを備える。構成例４に係る光照射装置２では、光源２０から測距対象エリア５までの光の照射経路において、光源２０、ミラー３２、屈曲素子３１、拡散板４０の順で配置されている。

図１３に示す構成例４に係る配光素子３０は、上記複数のミラー３２と屈曲素子３１を備えている。つまり、図１３に示す構成例４に係る配光素子３０は、図１２に示した構成例３に係るミラー３２と、図１０に示した構成例１に係るプリズム構造３７、３８を有する屈曲素子３１とを組み合わせた例である。

構成例４において、光源２０からのレーザ光５１は、まず、ミラー３２に入射され、所定の一次屈曲角α_Ｘ１、α_Ｙ１で一次屈曲される。次いで、ミラー３２で一次屈曲された屈曲光は、屈曲素子３１に入射され、所定の二次屈曲角α_Ｘ２、α_Ｙ２で二次屈曲される。屈曲素子３１から出射された屈曲光５２は、拡散板４０に入射されて拡散された後に、測距対象エリア５の照射エリア７に照射される。

このように、構成例４に係るミラー３２と屈曲素子３１は、上記構成例１に係る１つの屈曲素子３１によるレーザ光５１の屈曲機能を分担している。つまり、構成例４に係るミラー３２によるＸ方向の屈曲角α_Ｘ１と、屈曲素子３１によるＸ方向の屈曲角α_Ｘ２との合計角度が、構成例１に係る屈曲素子３１によるＸ方向の屈曲角α_Ｘとなる（α_Ｘ＝α_Ｘ１＋α_Ｘ２）。同様に、ミラー３２によるＹ方向の屈曲角α_Ｙ１と、屈曲素子３１によるＹ方向の屈曲角α_Ｙ２との合計角度が、構成例１に係る屈曲素子３１によるＹ方向の屈曲角α_Ｙとなる（α_Ｙ＝α_Ｙ１＋α_Ｙ２）。

かかる構成例４のように、配光素子３０として、ミラー３２と屈曲素子３１を組み合わせて用いることにより、配光素子３０に求められる屈曲角αが大きい場合にも、好適に対応可能となる。よって、配光素子３０として大きな屈曲角α_Ｘ、α_Ｙが得られるので、光照射装置２の視野角θ、φをより拡大でき、より広範囲の測距対象エリア５に光を照射することが可能になる。

（５）構成例５
図１４に示すように、本実施形態の構成例５に係る光照射装置２は、光源２０と、配光素子３０としての屈曲素子３１および複数のミラー３２と、拡散板４０とを備える。構成例５に係る光照射装置２では、光源２０から測距対象エリア５までの光の照射経路において、光源２０、屈曲素子３１、ミラー３２、拡散板４０の順で配置されている。

図１４に示す構成例５に係る配光素子３０は、上記屈曲素子３１と複数のミラー３２を備えている。つまり、図１４に示す構成例５に係る配光素子３０は、図１０に示した構成例１に係るプリズム構造３７、３８を有する屈曲素子３１と、図１２に示した構成例３に係るミラー３２とを組み合わせた例である。

構成例５において、光源２０からのレーザ光５１は、まず、屈曲素子３１に入射され、所定の一次屈曲角α_Ｘ１、α_Ｙ１で一次屈曲される。次いで、屈曲素子３１で一次屈曲された屈曲光は、ミラー３２に入射され、所定の二次屈曲角α_Ｘ２、α_Ｙ２で二次屈曲される。ミラー３２から出射された屈曲光５２は、拡散板４０に入射されて拡散された後に、測距対象エリア５の照射エリア７に照射される。

このように、構成例５に係る屈曲素子３１とミラー３２は、上記構成例１に係る１つの屈曲素子３１によるレーザ光５１の屈曲機能を分担している。つまり、構成例５に係る屈曲素子３１によるＸ方向の屈曲角α_Ｘ１と、ミラー３２によるＸ方向の屈曲角α_Ｘ２との合計角度が、構成例１に係る屈曲素子３１によるＸ方向の屈曲角α_Ｘとなる（α_Ｘ＝α_Ｘ１＋α_Ｘ２）。同様に、屈曲素子３１によるＹ方向の屈曲角α_Ｙ１と、ミラー３２によるＹ方向の屈曲角α_Ｙ２との合計角度が、構成例１に係る屈曲素子３１によるＹ方向の屈曲角α_Ｙとなる（α_Ｙ＝α_Ｙ１＋α_Ｙ２）。

かかる構成例５のように、配光素子３０として、屈曲素子３１とミラー３２を組み合わせて用いることにより、配光素子３０に求められる屈曲角αが大きい場合にも、好適に対応可能となる。よって、配光素子３０として大きな屈曲角α_Ｘ、α_Ｙが得られるので、光照射装置２の視野角θ、φをより拡大でき、より広範囲の測距対象エリア５に光を照射することが可能になる。

（６）構成例６
図１５に示すように、本実施形態の構成例６に係る光照射装置２は、光源２０と、配光素子３０としての複数のプリズム３３と、拡散板４０とを備える。構成例６に係る光照射装置２では、光源２０から測距対象エリア５までの光の照射経路において、光源２０、プリズム３３、拡散板４０の順で配置されている。

図１５に示す構成例６に係る配光素子３０は、上記図１０に示した構成例１に係る屈曲素子３１の代わりに、複数のプリズム３３を備えている。プリズム３３は、光を屈折させる機能を有する光学素子である。プリズム３３は、レーザ光５１の光軸方向（Ｚ方向）に対して所定の角度で傾斜した傾斜面を有する。このプリズム３３の傾斜面で、レーザ光５１が屈折する。このように、プリズム３３は、光源２０からのレーザ光５１を屈折させることで、レーザ光５１を所定の屈曲角α_Ｘ、α_Ｙで屈曲させて、所定の屈曲方向に進む屈曲光５２を出射する。

プリズム３３の傾斜面のＸ方向の傾斜角を調整することにより、レーザ光５１をＸ方向に屈曲させるときの屈曲角α_Ｘを変更することができる。同様に、プリズム３３の傾斜面のＹ方向の傾斜角を調整することにより、レーザ光５１をＹ方向に屈曲させるときの屈曲角α_Ｙを変更することができる。また、光源２０の複数の発光素子２１ａ～２１ｆに対応して、傾斜面のＸ、Ｙ方向の傾斜角が相互に異なる複数のプリズム３３が設置される。これにより、配置と向きが異なる複数のプリズム３３により、発光素子２１ａ～２１ｆからのレーザ光５１ａ～５１ｆを、相互に異なる屈曲角α_Ｘａ～α_Ｘｆ、α_Ｙａ～α_Ｙｆで所望の屈曲方向（ＸおよびＹ方向）に屈曲させることができる。この観点から、構成例６に係る複数のプリズム３３は、配光素子３０が備える複数の屈曲部に相当する。

かかる構成例６のように、配光素子３０として、複数のプリズム３３を用いることにより、上記構成例１の屈曲素子３１と同様に、光源２０からの複数のレーザ光５１を屈曲させることができる。なお、図１５に示すようなプリズム３３と、上記屈曲素子３１またはミラー３２とを組み合わせて、配光素子３０を構成してもよい。

以上、図１０～図１５を参照して、本実施形態の光照射装置２の構成例１～６について説明した。図１０～図１５の構成例１～６では、光源２０と拡散板４０との間に配光素子３０（屈曲素子３１、ミラー３２、プリズム３３など）を配置した。これにより、配光素子３０によりレーザ光５１を屈曲させた後に、その屈曲光５２を拡散板４０により拡散して、拡散光５３を測距対象エリア５に照射できるので、拡散光５３の均質性を向上できる。しかし、配光素子３０と拡散板４０の位置関係は、図１０～図１５の例に限定されない。例えば、拡散板４０と測距対象エリア５との間に配光素子３０（屈曲素子３１、ミラー３２、プリズム３３など）を配置してもよい。これにより、拡散板４０によりレーザ光５１を拡散させた後に、当該拡散光を配光素子３０により屈曲させるため、各照射エリア７に照射される光の均質性がやや低下する可能性はあるが、各照射エリア７に対するビームステアリング動作を、問題なく実行することは可能である。

［７．まとめ］
以上、本実施形態に係る拡散板４０を備えた光照射装置２について説明した。本実施形態によれば、拡散板４０を用いて照射光を拡散させる光照射装置２において、測距対象エリア５を複数の照射エリア７ａ～７ｆに分割するとともに、配光素子３０を拡散板４０に対向して配置し、当該配光素子３０により、光源２０から測距対象エリア５に向かう光（例えば、複数のレーザ光５１ａ～５１ｆ）を、相異なる複数の屈曲方向に屈曲させるように構成する。これにより、測距対象エリア５内で絞られた一部の照射エリア７ａ～７ｆに対して、屈曲させた光を部分的に照射することができる。

さらに、光源２０は、一次元的又は二次元的に配列された複数の発光素子２１ａ～２１ｆを有するようにし、光照射装置２は、複数の発光素子２１ａ～２１ｆの発光を制御する制御部５０を備えるようにしてもよい。また、配光素子３０は、複数の発光素子２１ａ～２１ｆから出射された複数の光５１ａ～５１ｆを、相互に異なる屈曲方向に屈曲させるように構成してもよい。さらに、拡散板４０は、配光素子３０により屈曲された光５２ａ～５２ｆをそれぞれ拡散させて、拡散光５３ａ～５３ｆを、測距対象エリア５の各照射エリア７ａ～７ｆにそれぞれ照射するようにしてもよい。

かかる構成により、制御部５０により、発光する発光素子２１ａ～２１ｆを所定の順番で切り替えることで、測距対象エリア５のうち、拡散光５３ａ～５３ｆの一部が部分的に照射される照射エリア７ａ～７ｆを順次切り替えることができる。これにより、当該照射エリア７ａ～７ｆの切り替えを利用して測距対象エリア５を走査するビームステアリング動作（図６参照。）を実行可能になる。

この点、従来の拡散板１６を用いた光照射装置２'（図３参照。）では、その原理上、ビームステアリング動作を実行できないという問題があった。また、従来のレンズユニット１４を用いた光照射装置２’（図２参照。）では、ビームステアリング動作を実行可能であるが、装置サイズおよびコストが増大するという問題があった。

これに対し、本実施形態によれば、拡散板４０を用いて光源２０からの光を拡散させる光照射装置２において、光源２０と測距対象エリア５との間に配光素子３０を追加することにより、上記ビームステアリング動作を好適に実行することができる。よって、光照射装置２により拡散光５３を照射可能な照射エリア７ａ～７ｆ全体（測距対象エリア５）の範囲、および、拡散光５３の照射距離の双方を拡大することができる。

また、本実施形態によれば、装置構成が複雑なレンズユニット１４を用いずに、シンプルな装置構成の拡散板４０を用いて光５１を拡散させる構成である。このため、従来の光照射装置２’のように装置サイズおよびコストが増大するという問題を解消でき、光照射装置２のサイズおよびコストを抑制でき、光照射装置２の小型化に寄与する。

加えて、拡散板４０により照射光を拡散させて、均質な拡散光５３ａ～５３ｆを各照射エリア７ａ～７ｆに照射することが可能である。したがって、面光源である光源２０に設けられた複数の発光素子２１のうちの一部が破損もしくは故障したとしても、破損個所に対応する照射エリア７ｅに光が照射されずに未照射エリアが発生するという問題（図４参照。）を解消でき、測距対象エリア５全体を安定的に測定することができる。

次に、本発明の実施例に係る光照射装置について説明する。なお、以下の実施例は、あくまでも本発明に係る光照射装置の効果や実施可能性を示すための一例にすぎず、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

本実施例では、上記図５～図１０に示した構成の光照射装置２を製造し、当該光照射装置２を用いて測距対象エリア５に拡散光を照射したときの相対強度分布を測定するシミュレーションを行った。光源２０としては、発光面２２上に、ＶＣＳＥＬからなる６つの発光素子２１ａ～２１ｆが２行３列で配列された面光源を用いた。配光素子３０としては、上記図７～図９に示したような両面にプリズム構造３７、３８が形成された矩形平板状の屈曲素子３１を用いた。拡散板４０としては、一方の表面にマイクロレンズアレイ４２が形成された矩形平板状の拡散板４０を用いた。屈曲素子３１と拡散板４０の材質は、屈折率がおよそ１．５である光学材料とした。光照射装置２により照射される拡散光５３のＸ方向の視野角θが約９０°となり、Ｙ方向の視野角φが約５０°となるように、屈曲素子３１による屈曲角α_Ｘ、α_Ｙと、拡散板４０による拡散角β_Ｘ、β_Ｙを設定した。

図１６は、本実施例に係る光照射装置２において、６つの発光素子２１ａ～２１ｆの全てを同時に発光（点灯）させたときの照射光の相対強度分布を示すグラフである。図１７は、当該照射光の相対強度分布を示す写真である。

図１６および図１７に示すように、Ｘ方向の視野角θが約９０°（－４５°～＋４５°）の範囲内、および、Ｙ方向の視野角φが約５０°（－２５°～＋２５°）の範囲内で、略矩形状の照射エリア７全体に拡散光が照射されている。このとき、照射エリア７全域における照射光の相対強度分布は概ね均質であり、強度変化も緩やかであることが分かる。よって、本実施例に係る光照射装置２により、未照射領域を発生させることなく、照射エリア７に概ね均質に拡散光を照射して、測距対象エリア５内の照射エリア７全域を好適に測定可能であることが確認された。

図１８～図２０は、本実施例に係る光照射装置２において、６つの発光素子２１ａ～２１ｆのうち上側の３つの発光素子２１ａ～２１ｃを順次発光（点灯）させたときの照射光の相対強度分布を示す写真である。

図１８に示すように、発光面２２に向かって左上部に配置された１つの発光素子２１ａのみを発光させたときには、測距対象エリア５の右上部の略矩形状の照射エリア７ａのみに対して、拡散光５３ａが照射された。次いで、図１９に示すように、発光面２２に向かって中央上部に配置された１つの発光素子２１ｂのみを発光させたときには、測距対象エリア５の中央上部の略矩形状の照射エリア７ｂのみに対して、拡散光５３ｂが照射された。その後、図２０に示すように、発光面２２に向かって右上部に配置された１つの発光素子２１ｃのみを発光させたときには、測距対象エリア５の左上部の略矩形状の照射エリア７ｃのみに対して、拡散光５３ｃが照射された。

このように、発光素子２１ａ～２１ｃの点灯と消灯を順次切り替えることで、測距対象エリア５内で拡散光５３が照射される照射エリア７ａ～ｃを順次切り替えて、測距対象エリア５を走査できることが分かる。よって、本実施例に係る光照射装置２により、測距対象エリア５内の各照射エリア７に対して部分的に拡散光５３を照射するビームステアリング動作を好適に実行可能であることが確認された。

以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、光源２０が垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）で構成される例について説明したが、本発明は、かかる例に限定されない。光源は、例えば、外部共振器型垂直面発光レーザ（ＶＥＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）、端面発光レーザ（ＥＥＬ：Ｅｄｇｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）、または、他の面発光レーザ（ＳＥＬ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）など、各種の面発光型の半導体レーザで構成されてもよい。

また、上記実施形態では、光源２０は、複数の発光素子２１ａ～２１ｆを備える面光源である例について説明したが、本発明は、かかる例に限定されない。光源は、発光面の面積を有する光源であれば、単一の光源であってもよく、また、面光源に替えて点光源であってもよい。上記の面積を有する光源は、発光面から複数の平行光または拡散光を出射する一般的な面光源の他にも、拡散光を出射する点光源も含む。光源が点光源であっても、点光源を配光素子から離隔して配置することで、点光源から出射される拡散光は、配光素子に対する入射位置では、所定の面積を有する光となる。このため、点光源からの拡散光を、配光素子により相互に異なる方向に屈曲させることで、測距対象エリアを分割した各照射エリアに対して部分的に光を照射することができる。

１ 光測距装置
２ 光照射装置
３ 光検出装置
４ コントローラ
５ 測距対象エリア
６ 測距対象物
７、７ａ～７ｆ 照射エリア
２０ 光源
２１、２１ａ～２１ｆ 発光素子
３０ 配光素子
３１ 屈曲素子
３２ ミラー
３３ プリズム
３５、３５ａ～３５ｆ 屈曲部
３６ 基材
３７、３７Ａ、３７Ｂ 第１のプリズム構造
３８、３８Ａ、３８Ｂ 第２のプリズム構造
４０ 拡散板
４１ 基材
４２ マイクロレンズアレイ
５１、５１ａ～５１ｆ レーザ光
５２、５２ａ～５２ｆ 屈曲光
５３、５３ａ～５３ｆ 拡散光

図１に示すように、本実施形態に係る光測距装置１は、測距対象エリア５に向けて光を照射し、測距対象物６で反射した光を検出することにより、測距対象物６までの距離や方向、測距対象物６の大きさ、形状などを測定する装置である。光測距装置１は、例えば、ＬｉＤＡＲなどのリモートセンシング技術を利用した測距センサを備える。光測距装置１による測距方式は、例えば、光測距装置１が照射光を出射してから反射光を受光するまでの往復時間である光の飛行時間（ＴＯＦ）を測定することで、測距対象物６までの距離を計算するＴＯＦ方式であることが好ましいが、それ以外にも、三角測距方式などの各種の測距方式を用いてもよい。

コントローラ４は、光照射装置２および光検出装置３を制御して、光測距装置１による測距動作を実行する。例えば、コントローラ４は、光照射装置２によるレーザ光の照射と、光検出装置３による反射光の検出を繰り返して、測距対象エリア５を３次元的に走査しながら、３次元マッピングを作成する。この際、コントローラ４は、光照射装置２によるレーザ光の出射タイミングと、光検出装置３による反射光の検出タイミングとの時間差（つまり、光の飛行時間：ＴＯＦ）に基づいて、光測距装置１から測距対象物６までの距離や方向を演算する。

このように、光測距装置１は、測距対象エリア５をレーザ光で走査して、測距対象エリア５内に存在する測距対象物６までの距離や方向を示す３次元マッピングを作成する。このためには、光測距装置１は、できるだけ広い角度範囲（即ち、視野角（ＦＯＶ））に渡ってレーザ光を照射することが求められる。光照射装置２の光源から出射されるレーザ光の広がりが狭いので、そのままでは測距センサとしての視野角が狭くなる。このため、拡散板などを用いてレーザ光を拡散させ、当該拡散光を広い視野角で測距対象エリア５に向けて照射して、照射エリアを拡大することが好ましい。

そこで、本実施形態に係る光測距装置１は、拡散板を用いてレーザ光を拡散させる光照射装置２において、レーザ光の照射エリア全体（測距対象エリア５）および照射距離の双方を拡大することを目的としている。このために、本実施形態では、測距対象エリア５を複数の照射エリア７に分割し（後述の図５参照。）、測距対象エリア５のうち、レーザ光を部分的に照射する照射エリア７を順次切り替えることにより、測距対象エリア５を走査するビームステアリングを実行可能であることを特徴としている（後述の図６参照。）。

一方、図３に示す拡散板１６を備えた光照射装置２'では、光源１０と拡散板１６との位置関係が固定され、かつ、拡散板１６による拡散角も一定である。このため、拡散板１６により拡散されたレーザ光を測距対象エリア５に照射するときに、測距対象エリア５内で照射エリア７の範囲を絞ったり、シフトさせたりすることができない。したがって、拡散板１６を備えた光照射装置２'では、その原理上、ビームステアリングを実行できないので、ビームステアリングを利用して照射エリア７の範囲および照射距離の双方を拡大できないという問題があった。

これら複数の発光素子２１ａ～２１ｆは、相互に平行な複数のレーザ光５１ａ～５１ｆを、配光素子３０に向けて出射する。図５の例では、６つの発光素子２１ａ～２１ｆがそれぞれ、配光素子３０に向けて６つのレーザ光５１ａ～５１ｆを出射している。複数のレーザ光５１ａ～５１ｆの光軸は相互に平行である。これら発光素子２１から出射されるレーザ光５１は、例えば、拡散光であってもよいし、コリメートされた平行光であってもよいが、レーザ光５１の照射距離を延ばして、図６に示すビームステアリングを、より遠くの測距対象エリア５に対して実現可能にするためには、できるだけ平行光に近い拡散光であることが好ましい。また、本実施形態では、光源２０としてレーザ光５１を出射するＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｏｄｅ）を備えたレーザ光源を用いるが、かかる例に限定されない。光源は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｏｄｅ）、ランプなどの他の発光素子を備えた光源であってもよい。

例えば、図５に示すように、配光素子３０は、光源２０の中央上部に配置された発光素子２１ｂから出射されたレーザ光５１ｂを、Ｙ方向の上方向に所定の屈曲角α_Ｙｂで屈曲させ、Ｘ方向には屈曲させない。また、配光素子３０は、光源２０の中央下部に配置された発光素子２１ｅから出射されたレーザ光５１ｅを、Ｙ方向の下方向に所定の屈曲角α_Ｙｅで屈曲させ、Ｘ方向には屈曲させない。ここで、例えば、「α_Ｙｂ＝＋１２．５°、α_Ｙｅ＝－１２．５°」、「α_Ｘｂ＝α_Ｘｅ＝０°」である。

配光素子３０により屈曲されたレーザ光５１ｂは、屈曲光５２ｂとなる。屈曲光５２ｂは、レーザ光５１ｂの進行方向（Ｚ方向）に対して上方向に屈曲した屈曲方向に進行する光である。屈曲光５２ｂの光軸とレーザ光５１ｂの光軸との間の角度差は、屈曲角α_Ｙｂである。一方、配光素子３０により屈曲されたレーザ光５１ｅは、屈曲光５２ｅとなる。屈曲光５２ｅは、レーザ光５１ｅの進行方向（Ｚ方向）に対して下方向に屈曲した屈曲方向に進行する光である。屈曲光５２ｅの光軸とレーザ光５１ｅの光軸との間の角度差は、屈曲角α_Ｙｅである。

このような測距対象エリア５の視野角θ、φと、配光素子３０および拡散板４０の各パラメータとの関係を数式で表すと、次の式（１）～（６）のとおりである。なお、以下の数式中の（ ）内の数値は、図５および図９、図１０に示す構成例の場合の各パラメータの具体的数値である。

Claims (14)

1. 光測距装置に設けられ、測距対象エリアに光を照射する光照射装置であって、
   光源と、
   前記光源から前記測距対象エリアに向かう光を複数の屈曲方向に屈曲させる配光素子と、
   を備える、光照射装置。
2. 前記光源と前記測距対象エリアとの間に配置される拡散板をさらに備え、
   前記拡散板は、前記配光素子と対向して配置される、請求項１に記載の光照射装置。
3. 前記光源は、一次元的又は二次元的に配列された複数の発光素子を有し、
   前記配光素子は、前記複数の発光素子から出射された複数の光を、相互に異なる屈曲方向に屈曲させ、
   前記光照射装置は、前記複数の発光素子の発光を制御する制御部をさらに備える、請求項２に記載の光照射装置。
4. 前記複数の発光素子は、前記測距対象エリアを一次元的又は二次元的に分割した複数の照射エリアにそれぞれ対応しており、
   前記複数の発光素子から出射された前記複数の光はそれぞれ、前記配光素子および前記拡散板を通じて、前記複数の照射エリアに向けて照射され、
   前記制御部は、前記複数の発光素子のうち発光する発光素子を切り替える、請求項３に記載の光照射装置。
5. 前記配光素子は、前記複数の照射エリアにそれぞれ対応する複数の屈曲部を有し、
   前記複数の屈曲部はそれぞれ、前記複数の発光素子から出射された前記複数の光を、相互に異なる屈曲方向に屈曲させ、前記複数の照射エリアに向けて導く、請求項４に記載の光照射装置。
6. 前記配光素子は、前記光源と前記拡散板との間に配置され、
   前記複数の屈曲部はそれぞれ、前記複数の発光素子から出射された前記複数の光を、相互に異なる屈曲方向に屈曲させて、前記拡散板に向けて出射し、
   前記拡散板は、前記複数の屈曲部から入射された複数の屈曲光をそれぞれ拡散させて、相互に異なる方向に進む複数の拡散光を、前記複数の照射エリアに向けてそれぞれ照射する、請求項５に記載の光照射装置。
7. 前記配光素子と前記拡散板は、相互に接触して配置されている、又は、接合部材を介して接合されて配置されている、請求項２に記載の光照射装置。
8. 前記配光素子は、プリズム構造を有する屈曲素子を含む、請求項１に記載の光照射装置。
9. 前記屈曲素子の両側の表面に前記プリズム構造が形成されている、請求項８に記載の光照射装置。
10. 前記屈曲素子の一側の表面に第１のプリズム構造が形成され、前記屈曲素子の他側の表面に第２のプリズム構造が形成されており、
    前記第１のプリズム構造と前記第２のプリズム構造は、平面視において相互に交差する方向に延在している、請求項９に記載の光照射装置。
11. 前記配光素子は、ミラーを含む、請求項１に記載の光照射装置。
12. 前記拡散板は、マイクロレンズアレイを有する、請求項２に記載の光照射装置。
13. 請求項１～１２のいずれか一項に記載の光照射装置と、
    前記光照射装置から照射され、測距対象物で反射した光を検出する光検出装置と、
    を備える、光測距装置。
14. 請求項１３に記載の光測距装置を備える、車両。

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