JP6103179B2 - 距離測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、距離測定装置に係り、更に詳しくは、対象物に光を照射し、その反射光を受光して該対象物との距離を測定する距離測定装置に関する。

従来、レーザダイオードからの光を、互いに直交する第１軸及び第２軸周りに揺動可能な揺動ミラー、及び第１軸に直交する第３軸に対する傾斜角度が異なる複数のミラーを有するミラーユニットを介して対象物の所定領域に照射し、該所定領域からの反射光を、ミラーユニットを介してフォトダイオードで受光して、前記所定領域内の複数箇所との距離を短時間に測定するレーザレーダ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に開示されているレーザレーダ装置では、構成及び制御が煩雑であり、高コスト化を招いていた。

本発明は、対象物にレーザ光を照射し、その反射光を受光して前記対象物との距離を測定する距離測定装置であって、それぞれの光路が所定の仮想平面に沿って放射状に並ぶ複数のレーザ光を前記対象物に向けて投射する光投射手段と、前記光投射手段から射出され前記対象物で反射された複数のレーザ光を受光する受光手段と、を備え、前記光投射手段は、前記仮想平面に沿って離間して配置され、レーザ光源と該レーザ光源からのレーザ光の光路上に配置された投射光学系とをそれぞれが有し、前記仮想平面に沿う２０°〜４０°の広がり角を有するレーザ光をそれぞれが投射する複数の光投射ユニットを含み、前記受光手段は、前記複数の光投射ユニットに対応し、対応する前記複数の光投射ユニットに対して前記仮想平面に直交する方向に離間して配置された複数の受光ユニットを含み、前記複数の受光ユニットそれぞれは、対応する前記光投射ユニットのレーザ光源に対応して設けられた受光素子と、対応する前記レーザ光源から射出され前記対象物で反射されたレーザ光を前記受光素子に集光させる集光光学系と、を有し、前記集光光学系は、前記仮想平面に直交する方向の寸法が前記仮想平面に平行な方向の寸法よりも大きい集光素子を少なくとも１つ含む距離測定装置である。
である。

本発明によれば、高コスト化を抑制しつつ、対象物の所定領域内の複数箇所との距離を短時間に測定することができる。

本発明の一実施形態に係る距離測定装置の概略構成を示す図である。 距離測定装置の構成を説明するためのブロック図である。 距離測定装置のレーザ投受光手段を説明するための図である。 レーザ投受光手段の光投射ユニットを説明するため図である。 レーザ投受光手段の受光ユニットを説明するための図である。 第１変形例の距離測定装置の概略構成を示す図である。 第２変形例の距離測定装置の概略構成を示す図である。 第３変形例の受光ユニットを説明するための図（その１）である。 第３変形例の受光ユニットを説明するための図（その２）である。 第４変形例の受光ユニットを説明するための図（その１）である。 第４変形例の受光ユニットを説明するための図（その２）である。 第５変形例の受光ユニットを説明するための図（その１）である。 第５変形例の受光ユニットを説明するための図（その２）である。 ブレーズ回折格子について説明するための図である。 ブレーズ回折格子の回折角とグレーティングピッチとの関係を示すグラフである。 ブレーズ回折格子の回折角とグレーティング高さとの関係を示すグラフである。 第６変形例におけるＬＤの発光強度のタイミングチャートである。 第７変形例のレーザ投受光手段を説明するための図である。

以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１には、第１の実施形態に係る距離測定装置１０００の概略構成が示されている。

距離測定装置１０００は、一例として、車両に搭載されており、対象物としての他の車両（以下では、単に、他の車両と称する）に光を照射し、その反射光を受光して該他の車両との距離を測定する装置である。

なお、本発明の距離測定装置は、車両以外の静止物体又は移動物体に搭載されて用いられても良いし、単体で用いられても良い。また、「対象物」には、車両以外の静止物体又は移動物体も含まれる。

距離測定装置１０００は、一例として、図１に示されるように、２つのレーザ投受光手段１００ａ、１００ｂ、制御回路ユニット２００、これらが収容されている筐体３００などを備えている。筐体３００は、一例として、箱形部材から成る。

ここでは、距離測定装置１０００が搭載されている車両（以下では、搭載車両と称する）の移動方向に直交する方向をＺ軸方向とするＸＹＺ３次元直交座標系が設定されている。

２つのレーザ投受光手段１００ａ、１００ｂは、実質的に同一の構成を有しており、ＹＺ平面に関して対称に配置されている。そこで、以下では、２つのレーザ投受光手段１００ａ、１００ｂを、区別しない場合は、レーザ投受光手段１００と総称する。

レーザ投受光手段１００は、一例として、図３に示されるように、光投射ユニット１０、受光ユニット２０、光投射ユニット１０及び受光ユニット２０を一体的に保持する保持部材３０などを有している。光投射ユニット１０と受光ユニット２０は、一例として、Ｚ軸方向に、数ｍｍ〜数ｃｍ離間して配置されている。ここでは、光投射ユニット１０が＋Ｚ側に配置され、受光ユニット２０が−Ｚ側に配置されているが、逆の配置でも良い。

ここで、保持部材３０は、一例として、縦長の（Ｚ軸方向に細長い）直方体形状の箱形部材から成り、その内部に、光投射ユニット１０及び受光ユニット２０が上述の位置関係で収容され、保持されている。

光投射ユニット１０は、一例として、レーザ光源としてのＬＤ１１（レーザダイオード）、ＬＤ駆動回路９、投射光学系８などを一体的に有している。

図１に戻り、各ＬＤ１１は、一例として、射出方向が、搭載車両の＋Ｙ側に位置している他の車両に向くように回路基板１４（図３参照）に実装されている。詳述すると、−Ｘ側のＬＤ１１は、一例として、射出方向（α１軸方向）が、ＸＹ平面に平行となり、かつ＋Ｙ方向に対して−Ｘ側に２０°傾くように配置されている。＋Ｘ側のＬＤ１１は、一例として、射出方向（α２軸方向）が、ＸＹ平面に平行となり、かつ＋Ｙ方向に対して＋Ｘ側に２０°傾くように配置されている。

すなわち、＋Ｘ側及び−Ｘ側のＬＤ１１は、それぞれの射出方向がＸＹ平面内で互いに４０°の角度を成すように配置されている。ここで、ＸＹ平面内でα１軸方向に直交する方向をγ１軸方向と称し、ＸＹ平面内でα２軸方向に直交する方向をγ２軸方向とする。なお、＋Ｘ側及び−Ｘ側のＬＤ１１を、区別しない場合は、各ＬＤ１１の射出方向をα軸方向、ＸＹ平面内でα軸方向に直交する方向をγ軸方向と称する。

また、各ＬＤ１１から射出されたレーザ光は、一例として、αγ平面（ＸＹ平面）に沿う所定の広がり角（発散角）を有しており（図４参照）、αＺ平面に沿う所定の広がり角（発散角）を有している（図３参照）。なお、図３〜図５では、便宜上、γαＺ３次元直交座標系を導入している。

ここで、ＬＤ１１は、一例として、支持基板と、該支持基板上に形成された、活性層を含む複数の半導体層が積層された積層体とを含んで構成される端面発光型の半導体レーザである。ＬＤ１１は、支持基板がＸＹ平面に平行になるように配置されており、上記活性層中の発光領域の矩形断面の長手方向がＸＹ平面に平行となり、該矩形断面の短手方向がＸＹ平面に直交している。

ここでは、上記発光領域の矩形断面の長手方向の幅は、一例として、１００μｍ〜３００μｍであり、上記発光領域の矩形断面の短手方向の幅は、１０μｍ以下に設定されている。

このように、端面発光型の半導体レーザ（ＬＤ）では、支持基板に平行な方向に関しては、発光領域の幅が広く、マルチモードで動作するため、発光領域での光強度分布が均一である。

本実施形態では、後述するように、他の車両に照射されるレーザ光のＸＹ平面に平行な方向（以下では、水平方向とも称する）に関する光ビームプロファイルを均一にして、距離検出精度を向上させる必要があるため、ＬＤ１１を、上述したように支持基板がＸＹ平面に平行になるように配置することとしている。

ＬＤ駆動回路９は、図３に示されるように、回路基板１４上に設けられており、後述する発光制御回路２０１からの発光信号に基づいて、ＬＤ１１に変調電流を供給して、該ＬＤ１１を駆動する。すなわち、ＬＤ１１は、ＬＤ駆動回路９から供給された電流信号波形に応じた時間波形を有する変調波形ビームを射出する。

ここでは、ＬＤ駆動回路９が生成する変調波形として、一例として、通常の距離測定装置で用いられるパルス波形が用いられており、数ナノ秒〜数１０ナノ秒のパルス幅で数１０Ｗ程度のピーク強度を有するパルスが数ｋＨｚ〜数１０ｋＨｚの周波数で時系列に並ぶ駆動信号がＬＤ１１に送出される。ＬＤ１１は、この駆動信号に応じてレーザ光を断続的に射出する。

ＬＤ駆動回路９は、後述する制御回路ユニット２００からコネクタ２５０を介して発光トリガ信号及び所定の直流電圧が入力され、ＬＤ１１に出力する変調信号を生成する。

投射光学系８は、一例として、カップリングレンズ１２、シリンドリカルレンズ１３などを有しており、ＬＤ１１からのレーザ光を整形する。

カップリングレンズ１２は、ＬＤ１１からのレーザ光の光路上に配置されており、該レーザ光を略平行光とする。

シリンドリカルレンズ１３は、図４に示されるように、カップリングレンズ１２を介したレーザ光の光路上に配置されており、該レーザ光をγ軸方向（ＸＹ平面に平行な方向）に拡散させる。シリンドリカルレンズ１３は、一例として、入射面がγ軸方向に負の屈折パワーを有する屈折面となっている。すなわち、シリンドリカルレンズ１３は、一例として、入射面のαγ断面が＋α側に凸となるように湾曲している。なお、シリンドリカルレンズ１３の光軸は、カップリングレンズ１２の光軸と一致している。

この場合、ＬＤ１１の発光領域の矩形断面の長手方向と、シリンドリカルレンズ１３がパワーを有する方向とが一致する。この結果、光投射ユニット１０から投射されるレーザ光のαγ平面（ＸＹ平面）に沿う広がり角をより一層大きくすることができるとともに、この広がり角の範囲内において光強度を均一にすることができる。αγ平面に沿う広がり角の範囲内において光強度が均一であることは、距離検出角度範囲を水平方向に分割した場合において分割された各範囲との距離測定精度を揃えるために望ましい特性である。

シリンドリカルレンズ１３を介したレーザ光、すなわち光投射ユニット１０から投射されたレーザ光は、保持部材３０の＋α側の壁に設けられた投射窓（不図示）を介して保持部材３０外に投射された後、筐体３００の＋Ｙ側の壁に形成された開口部に取り付けられた例えば透明ガラス（又は透明プラスティック）からなる光透過窓部材４００を介して筐体３００外に投射される。すなわち、光透過窓部材４００から投射されたレーザ光が、距離測定装置１０００から投射されたレーザ光である。なお、外乱光が筐体３００内に入射されることを防止するために、光透過窓部材４００にバンドパスフィルタの機能を持たせても良い。

結果的に、２つの光投射ユニット１０は、それぞれの光路がＸＹ平面に沿って放射状に並ぶ２つのレーザ光を投射する光投射手段を構成している。

ここで、「それぞれの光路がＸＹ平面に沿って並ぶ２つのレーザ光」とは、２つのレーザ光の光路が、ＸＹ平面に沿って、離間している場合、近接している場合（接している場合を含む）及び僅かに重なっている場合を含む意味である。

そして、これら２つのレーザ光は、投射方向が一例としてＸＹ平面内で互いに４０°の角度を成し、かつそれぞれがＸＹ平面に沿う４０°の広がり角を有している。また、これら２つのレーザ光は、一例として、それぞれがαＺ平面に沿う１０°の広がり角を有している。

結果として、距離測定装置１０００は、搭載車両の＋Ｙ側に位置する他の車両に向けて、ＸＹ平面に沿って８０°の角度範囲全域に、かつＸＹ平面に直交する平面に沿って（Ｚ軸方向）に最大１０°の角度範囲にレーザ光を投射することができる。

光投射手段の各光投射ユニット１０から他の車両に向けて投射されたレーザ光（以下では、投射光とも称する）は、他の車両で反射され、反射光の一部は、投射光と同じ光路を辿って、受光ユニット２０に入射される。なお、保持部材３０の＋α側の壁には、反射光を受光ユニット２０に向けて透過させる受光窓（不図示）が設けられている。

受光ユニット２０は、一例として、図５に示されるように、受光素子としてのＰＤ２１（フォトダイオード）、集光光学系としての集光レンズ２２、信号増幅回路２３（図３参照）などを一体的に有している。

ＰＤ２１は、一例として、γ軸方向に並ぶ複数の受光領域を含む受光面を有しており、該受光面が、対応するＬＤ１１の射出方向（α軸方向）に直交するように、回路基板２４に実装されている。

集光レンズ２２は、各レーザ投受光手段１００の光投射ユニット１０から投射され他の車両で反射されたレーザ光の光路上に配置され、該レーザ光をＰＤ２１のいずれかの受光領域に集光させる。

集光レンズ２２の外形は、Ｚ軸方向の寸法が長く、かつγ軸方向の寸法が短いアスペクト比が大きい縦長の形状とされている。

結果として、２つの受光ユニット２０は、光投射手段から投射され他の車両で反射された２つのレーザ光を受光する受光手段を構成している。

なお、各レーザ投受光手段１００の光投射ユニット１０及び受光ユニット２０は、上述したように互いにＺ軸方向に近接して配置されており、例えば数ｍ以上離れた位置からは、投射光学系８の光軸及び集光レンズ２２の光軸は、同軸上にあると考えて差し支えない。

ＰＤ２１は、各受光領域での受光信号を、電気信号に変換して、信号増幅回路２３に出力する。

信号増幅回路２３は、ＰＤ２１からの電気信号を増幅して、後述するコンパレータ２０３に出力する。

以上説明したレーザ投受光手段１００では、ＬＤ１１から射出されたレーザ光は、投射光学系８を介して筐体３００外に投射され、他の車両に照射される。

ここで、ＬＤ１１から射出されたレーザ光は、水平方向（γ軸方向）及び鉛直方向（Ｚ軸方向）に所定の広がり角で発散しつつカップリングレンズ１２に入射し、カップリングレンズ１２によって略平行光にされる。

この場合、投射光のαＺ平面に沿う広がり角は、ＬＤ１１の発光領域の矩形断面のＺ軸方向の幅とカップリングレンズ１２の焦点距離により決定され、この広がり角がαＺ平面に沿う投射角度範囲を規定する。

また、本実施形態では、カップリングレンズ１２の後段（＋α側）にγ軸方向に負の屈折パワーを有するシリンドリカルレンズ１３を配置することで、αγ平面に沿う広がり角のみを更に大きくすることができる。すなわち、投射光はＸＹ平面に平行な方向に大きく広がった形状となる。

そして、ＬＤ１１の発光領域の矩形断面の長手方向（γ軸方向）と、シリンドリカルレンズ１３が負の屈折パワーを有する方向（γ軸方向）が、一致する。この場合、投射光のγ軸方向の広がり角を容易に大きくすることができるとともに、αγ平面に沿った投射角度範囲内において投射光の光強度を均一にすることができる。投射角度範囲内において投射光の光強度が均一であることは、特に投射角度範囲を分割した場合において分割された範囲毎の距離測定精度を揃えるために望ましいことである。

ここで、他の車両で反射したレーザ光は、その反射位置（入射位置）においてランダムな方向に散乱（乱反射）されるが、投射光と同じ光路を辿ってくるレーザ光（反射光）のみが集光レンズ２２を介してＰＤ２１に導かれる。

ところで、レーザ投受光手段における水平方向（Ｘ軸方向）及び鉛直方向（Ｚ軸方向）のレーザ光の投射角度範囲は、投射光の水平方向及び鉛直方向の広がり角によって規定される。これらの広がり角は、ＬＤの発光領域の矩形断面の長手方向及び短手方向の幅と、投射光学系の水平方向及び鉛直方向の焦点距離に依存するため、それぞれの値を調整することによって所望の広がり角を有するレーザ光を投射することができる。

一方、他の車両からの反射光の一部は、投射光と同じ経路を辿って戻ってくるから、集光レンズ２２に集光される反射光も水平方向及び鉛直方向にそれぞれ投射光の広がり角と同等の広がり角を有している。この場合、集光レンズ２２を通過した反射光は、集光レンズ２２への入射角に応じて該集光レンズ２２の光軸からγ軸方向及びＺ軸方向にシフトした状態でＰＤ２１に入射される（図５参照）。

そこで、ＰＤ２１では、γ軸方向（水平方向）に複数の受光領域を並べることで、すなわち受光面をγ軸方向に分割することで、他の車両の表面のＸ軸方向（水平方向）の複数位置との距離を算出するための情報（以下では、距離算出情報と称する）を個別に取得することができる。

そして、ＰＤ２１の受光面全体のγ軸方向の寸法と集光レンズ２２の焦点距離を調整することで、γ軸方向の受光角度範囲を設定することができ、この受光角度範囲を、上述したγ軸方向の投射角度範囲と同等にし、ＰＤ２１の受光面をγ軸方向に並ぶ複数の受光領域に分割して各々の受光信号を検出することで、受光角度範囲を分割することが可能となる。

一例として、図５では、ＰＤ２１の受光面を水平方向に５分割した場合において、集光レンズ２２にその光軸に平行に入射された反射光が集光レンズ２２を介してγ軸方向中央の受光領域に入射されている（図５の実線参照）。また、集光レンズ２２にその光軸に交差する方向（受光角度範囲の最も＋γ側）から入射（斜入射）された反射光が集光レンズ２２を介して最も−γ側の受光領域に入射されている（図５の破線参照）。また、集光レンズ２２にその光軸に交差する方向（受光角度範囲の最も−γ側）から入射（斜入射）された反射光が集光レンズ２２を介して最も＋γ側の受光領域に入射されている（図５の一点鎖線参照）。

図１に戻り、制御回路ユニット２００は、筐体３００内における２つのレーザ投受光手段１００ａ、１００ｂの−Ｙ側に配置されている。

制御回路ユニット２００は、図２に示されるように、測距マップ生成回路２０７、２つのレーザ投受光手段１００に個別に対応して設けられた２つの発光制御回路２０１、２つのコンパレータ２０３、２つの距離算出回路２０５などを備えている。

制御回路ユニット２００は、ＬＤ１１の発光タイミングと、信号増幅回路２３から入力された各受光領域での受光タイミングとの時間差を距離情報に変換し、測距マップ生成回路２０７にて各受光領域に対応する距離情報をまとめてマップ化し、距離測定装置１０００の−Ｙ側に配置された車体制御用ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）に送出する。

発光制御回路２０１は、ＬＤ駆動回路９に発光信号を所定のタイミングで出力することで、ＬＤ１１の発光タイミングを制御する。

コンパレータ２０３は、ＰＤ２１の各受光領域から信号増幅回路２３を介して出力された受光信号を所定の基準レベルと比較し、その比較結果を距離算出回路２０５に出力する。

距離算出回路２０５は、上記発光タイミングと受光信号のピークの取得タイミング（受光タイミング）とに基づいて、他の車両との距離を算出する。ＰＤ２１の受光面を複数の受光領域に分割して距離計測を行った場合、測距マップ生成回路２０７によって各受光領域に対応する距離情報が統合され、統合された距離情報が単位サンプリング時間毎に上記車体制御用ＥＣＵに送られる。

また、上述したように、レーザ投受光手段１００から投射された光（投射光）が他の車両に照射されると、その反射光のうち、投射光の光路と同じ光路を辿って戻ってきた成分のみがＰＤ２１によって受光される。ＰＤ２１で受光された反射光は電気信号に変化され、信号増幅回路２３によって増幅されてコネクタ２５０を介して制御回路ユニット２００に送出される。

ここで、距離測定装置１０００から他の車両までの距離は、各レーザ投受光手段１００におけるＬＤ１１とＰＤ２１との距離に比べて十分大きいため、該レーザ投受光手段１００において、投射光と反射光の光路を、同一視しても構わない。レーザ投受光手段１００に戻ってきたレーザ光（反射光）は、集光レンズ２２によって水平方向及び鉛直方向それぞれに集光されてＰＤ２１に入射される。水平方向及び鉛直方向の受光角度範囲は、ＰＤ２１の受光面の大きさと集光レンズ２２の焦点距離によって設定でき、投射光の投射角度範囲とほぼ同じ範囲に受光角度範囲を設定することにより、ＰＤ２１に入射する外乱光が発生させる雑音が抑制され、高精度の距離計測が可能となる。

また、本実施形態では、水平方向に広がる受光角度範囲を確保するために、ＰＤ２１の受光面の形状を、水平方向（γ軸方向）に長い形状にしている。γ軸方向の受光角度範囲は、ＰＤ２１の受光面のγ軸方向の全幅と集光レンズ２２の焦点距離により決定されるため、γ軸方向の受光角度範囲の大きさがγ軸方向の投射角度範囲とほぼ等しくなるようにＰＤ２１の受光面のγ軸方向の全幅と集光レンズ２２の焦点距離を設定する。例えば、ＰＤ２１の受光面のγ軸方向の全幅を１２．７ｍｍとし、集光レンズ２２の焦点距離を１７ｍｍとすれば、γ軸方向の受光角度範囲が４０°となり、広角の受光角度範囲を得ることができる。

さらに、上述の如く、図５に示されるように、ＰＤ２１を水平方向（γ軸方向）に領域分割することも有効である。ＰＤ２１の各受光領域に入射される反射光を独立に処理して距離算出情報を得ることにより、水平方向に広がる受光角度範囲をより狭い角度範囲を有する複数の受光角度範囲に分割して距離測定を行うことが可能となる。一例として、水平方向の受光角度範囲が４０°になるように設定し、かつ受光領域を１６個水平方向に並べた場合、角度分解能が２．５°と小さくなり、領域分割を行わない場合に比べて、他の車両の認識が容易となる。また、受光領域毎の受光面積が小さくなるため、ＰＤの応答速度を向上させることができる。この結果、高精度な時間計測が可能となり距離測定精度が向上する。

以上説明した本実施形態の距離測定装置１０００は、それぞれの光路がＸＹ平面（所定の仮想平面）に沿って放射状に並ぶ複数（例えば２つ）のレーザ光を他の車両（対象物）に向けて投射する光投射手段と、該光投射手段から射出され他の車両で反射された複数（例えば２つ）のレーザ光を受光する受光手段と、を備えている。

この場合、光投射手段は、複数（例えば２つ）のレーザ光をそれぞれの光路がＸＹ平面に沿ってほとんど重ならない状態で放射状に投射できるため、装置の小型化を図りつつ、レーザ光の数及び各レーザ光のＸＹ平面に沿う広がり角（投射角度範囲）に応じたＸＹ平面に沿う最大の総投射角度範囲を得ることができる。

この結果、例えばレーザ光で他の車両を走査するための偏向ミラーなどの可動部品を設けることなく、すなわち高コスト化を招くことなく、レーザ光を他の車両の一軸方向（例えばＸ軸方向）の所定領域に照射することができ、該所定領域内の複数箇所との距離を短時間に測定することができる。また、上記可動部品を設ける必要がないので、構成及び制御が簡易であり、振動の発生を抑制でき、信頼性が高い。

また、光投射手段から投射される２つのレーザ光は、ＸＹ平面に沿う所定の広がり角（例えば４０°）を有している。

この場合、２つのレーザ光を用いて、ＸＹ平面に沿う広角（例えば８０°）の投射角度範囲を得ることができる。

また、２つのレーザ投受光手段１００ａ、１００ｂは、実質的に同一の構成を有しているため、例えば部品、組立工程などを共通化でき、製造コストの低減を図ることができる。

また、レーザ投受光手段１００では、縦長の直方体形状の部材から成る保持部材３０に光投射ユニット１０及び受光ユニット２０がＺ軸方向に近接した状態で収容されている。そして、距離測定装置１０００では、このレーザ投受光手段１００がＸ軸方向に２つ並べて配置されているため、装置の小型化を図ることができる。

また、各レーザ投受光手段１００は、制御回路ユニット２００によって個別に制御されるため、各レーザ投受光手段１００によって検出された時間情報（発光タイミングと受光タイミングとの差）を、ほぼ同時に取得し、取得した時間情報に基づいて距離を算出することができる。

なお、２つのレーザ投受光手段１００ａ、１００ｂは、光路がＸＹ平面に沿って放射状に並んでいるため、レーザ投受光手段１００を増設することで、距離測定装置１０００の総投射角度範囲を拡大することができる。複数のレーザ光の光路をＸＹ平面に沿って並ばせる方法としては、上記実施形態のように、２つのレーザ投受光手段１００の筐体３００に対する取り付け角度を互いに異ならせること（図１参照）が最も簡便である。

なお、レーザ投受光手段１００を増設した場合でも、各レーザ投受光手段１００が担う距離検出角度範囲（投射角度範囲及び受光角度範囲のうちの狭い方）における距離情報を統合して測距マップを生成することが可能である。また制御回路ユニットにおいて、発光制御回路及びコンパレータを共通化し、各レーザ投受光手段の光源駆動回路及び信号増幅回路との接続をスイッチで切替えてもよい。距離検出角度範囲を時間ごとに切替えることで、制御回路ユニットの部品点数を削減でき、更なる低コスト化が可能になる。

以下に、上記実施形態の幾つかの変形例について、図６〜図１８を参照して説明する。以下の変形例では、上記実施形態と異なる点を主に説明し、上記実施形態と同様の構成を有する部材には、同一の符号を付し、その説明を省略する。

《第１変形例》
第１変形例は、図６に示されるように、２つのレーザ投受光手段１００の配置が異なる点、並びに各レーザ投受光手段１００の光投射ユニット及び受光ユニット２０の＋Ｙ側に偏向板５５０が設けられている点が、上記実施形態と異なる。

第１変形例の距離測定装置２０００では、２つのレーザ投受光手段１００は、筐体３００に対して同じ取り付け角度で取り付けられている。詳述すると、２つのレーザ投受光手段１００は、それぞれの光投射ユニットの投射方向（ＬＤ１１の射出方向）が＋Ｙ方向になるように配置されている。

また、各レーザ投受光手段１００の光投射ユニット１０及び受光ユニット２０の＋Ｙ側に偏向板５５０が配置されている。この場合、光投射ユニット１０から投射されたレーザ光（投射光）は、偏向板５５０で偏向され、光透過窓部材４００を通過して、他の車両に入射される。

より詳細には、−Ｘ側のレーザ投受光手段１００から＋Ｙ方向に投射されたレーザ光は、偏向板５５０によってＸＹ平面内で＋Ｙ方向に対して−Ｘ側に２０°傾くように偏向され、他の車両に入射される。また、＋Ｘ側のレーザ投受光手段１００から＋Ｙ方向に投射されたレーザ光は、偏向板５５０によってＸＹ平面内で＋Ｙ方向に対して＋Ｘ側に２０°傾くように偏向され、他の車両に入射される。なお、投射光の広がり角（投射角度範囲）は、一例として、４０°に設定されており、総投射角度範囲は、８０°となる。すなわち、４０°の広がり角を有する２つの投射光の光路がＸＹ平面に沿って放射状に並ぶことになる。なお、２つの偏向板５５０は、ＹＺ平面に関して対称に配置されている点を除いて、実質的に同一の構成を有している。

そして、他の車両からの反射光の一部は、入射光（投射光）と同じ光路を辿り、偏向板５５０で−Ｙ方向を向くように偏向されて、受光ユニット２０で受光される。

偏向板５５０としては、入射面及び射出面の少なくとも一方にプリズムが形成されたものを用いることが簡便であるが、図１４に示されるブレーズ回折格子が入射面及び射出面の少なくとも一方に形成されたものを用いることも有効である。

ブレーズ回折格子において、回折角度βを得るための、グレーティングピッチｄ（格子ピッチ）は、次の（１）式で与えられる。

ここで、λは波長、ｍは回折次数である。
またグレーティング高さｈは、次の（２）式で与えられる。

ここでｎは、偏向板の材料の屈折率であり、Ｎは単位長さ当たりのグレーティングの数（＝１／ｄ）である。

例えば、距離測定装置に利用するレーザ光の波長を９０５ｎｍ、材料屈折率ｎを１．５２とすると、１次回折光によって４０°の偏向角（回折角）を得るためには、グレーティングピッチｄを１．４１μｍとし、グレーティング高さｈを１．２０μｍとすれば良い。

このように、グレーティングピッチｄとグレーティング高さｈを設定することにより、レーザ光を所望の回折角で回折させる偏向板を作成することができる。さらに、ブレーズ回折格子の性能は板厚に依存しないから、プリズムを用いる場合と比べてより薄型の偏向板を作成することが可能となり、更なる装置の小型化が可能となる。

第１変形例によると、上記実施形態に比べて、２つのレーザ投受光手段１００をより近接して配置することができ、装置の小型化を図ることができる。

《第２変形例》
第２変形例は、図７に示されるように、レーザ投受光手段１００の数、及び光透過窓部材４１０がレーザ光を偏向する機能を有している点が、上記実施形態及び第１変形例と異なる。

第２変形例の距離測定装置３０００では、４つのレーザ投受光手段１００は、投射方向（ＬＤ１１の射出方向）が＋Ｙ方向になるようにＸ軸方向に並べて筐体３００内に配置されている。

光透過窓部材４１０には、ブレーズ回折格子６５０が形成されている。この場合、各レーザ投受光手段１００から投射されたレーザ光は、ブレーズ回折格子６５０で偏向され、他の車両に入射される。

詳述すると、最も−Ｘ側のレーザ投受光手段１００から＋Ｙ方向に投射されたレーザ光は、ブレーズ回折格子６５０によってＸＹ平面内で＋Ｙ方向に対して−Ｘ側に３０°傾くように偏向され、他の車両に入射される。Ｘ軸方向の中央に配置された２つのレーザ投受光手段１００のうち、−Ｘ側のレーザ投受光手段１００から＋Ｙ方向に投射されたレーザ光は、ブレーズ回折格子６５０によってＸＹ平面内で＋Ｙ方向に対して−Ｘ側に１０°傾くように偏向され、他の車両に入射される。Ｘ軸方向の中央に配置された２つのレーザ投受光手段１００のうち、＋Ｘ側のレーザ投受光手段１００から＋Ｙ方向に投射されたレーザ光は、ブレーズ回折格子６５０によってＸＹ平面内で＋Ｙ方向に対して＋Ｘ側に１０°傾くように偏向され、他の車両に入射される。最も＋Ｘ側のレーザ投受光手段１００から＋Ｙ方向に投射されたレーザ光は、ブレーズ回折格子６５０によってＸＹ平面内で＋Ｙ方向に対して＋Ｘ側に３０°傾くように偏向され、他の車両に入射される。なお、投射光の広がり角（投射角度範囲）は、一例として、２０°に設定されており、総投射角度範囲は、８０°となる。すなわち、２０°の広がり角を有する４つの投射光の光路がＸＹ平面に沿って放射状に並ぶことになる。

すなわち、ブレーズ回折格子６５０は、ＹＺ平面に関して対称な形状を有しており、Ｘ軸方向の中央の２つのレーザ投受光手段１００に対応する領域の回折角が小さく（１０°）なり、Ｘ軸方向の両端部の２つのレーザ投受光手段１００に対応する領域の回折角（３０°）が大きくなるように、グレーティングピッチｄ及びグレーティング高さｈが設定されている。

第２変形例では、例えば光学ガラス又はプラスチック板にＸ軸方向に関してグレーティング形状が異なるブレーズ回折格子を形成し、その外側を透過部材で覆うことで、光透過窓部材４１０が作成されている。なお、上記透過部材は、必須ではない。

なお、第２変形例では、受光ユニットの受光角度範囲は、一例として、投射角度範囲と同じ２０°に設定されている。

第２変形例によると、光透過窓部材４１０にレーザ光を偏向する機能を付与することにより、上記第１の変形例に比べて、部品点数及び装置の組立工数を削減でき、ひいては装置の製造コストの低減を図ることができる。

《第３変形例》
第３変形例は、図８及び図９に示されるように、各レーザ投受光手段の受光ユニットの構成が上記実施形態と異なる。

第３変形例では、受光ユニットの集光光学系が、２つのシリンドリカルレンズ３１０、３２０で構成されている。

上記実施形態及び上記各変形例の距離測定装置では、複数のレーザ投受光手段がＸ軸方向に並べられている。そこで、装置を小型化するためには、レーザ投受光手段のγ軸方向の幅を狭くすることが好ましい。一方、距離検出角度範囲を大きくするためには、集光光学系を構成する集光レンズの面積は極力大きい方が好ましい。

これらの要求を満足するために、上記実施形態及び各変形例（第３変形例を含む）では、保持部材及びその内部に収容される集光レンズの外形は、Ｚ軸方向の寸法が大きく、かつγ軸方向の寸法が小さいアスペクト比が大きい形状とされている。

また、距離測定装置を小型化するためには、レーザ投受光手段の奥行き方向（α軸方向）の寸法を小さくすることも求められるため、集光光学系の焦点距離は短いほど良い。

ところで、受光角度範囲を広角にする必要があるのは水平方向（γ軸方向）のみであり、鉛直方向（Ｚ軸方向）は、投射光の鉛直方向（Ｚ軸方向）の広がり角に応じた受光角度範囲が得られれば良い。

具体的には、水平方向は例えば１０°〜５０°の受光角度範囲が必要であるが、鉛直方向は数°程度の受光角度範囲で十分である。これを集光光学系の性能に置き換えると、水平方向は短焦点で集光する必要があるが、鉛直方向は相対的に焦点距離を長くしても構わない。

そこで、第３変形例では、集光光学系を、例えばα軸方向に並べて配置された２つのシリンドリカルレンズで構成し、他の車両からの反射光を水平方向及び鉛直方向に個別に集光することとしている。より詳細には、他の車両からの反射光を、＋α側に配置された第１シリンドリカルレンズ３１０によって鉛直方向に集光し、−α側に配置された第２シリンドリカルレンズ３２０によって水平方向を集光して、ＰＤ２１に導くこととしている。

すなわち、第１シリンドリカルレンズ３１０は、αＺ断面が＋α側に凸となるように湾曲しており、入射面がＺ軸方向に正の屈折パワーを有している（図８参照）。第２シリンドリカルレンズ３２０は、αγ断面が＋α側に凸となるように湾曲しており、入射面がγ軸方向に正の屈折パワーを有している（図９参照）。

ここで、一般にレンズ外形が大きくなるほど短焦点での集光が困難となるため、反射光を＋α側の（ＰＤ２１から遠い）第１のシリンドリカルレンズ３１０でレンズ幅が大きい鉛直方向に集光する。水平方向は相対的にレンズ幅が小さくなり、レンズの短焦点化が鉛直方向に比べて容易である。そこで、反射光を−α側の（ＰＤ２１に近い）第２のシリンドリカルレンズ３２０でレンズ幅が小さい水平方向に集光する。

第３変形例によると、集光光学系を２つのシリンドリカルレンズ３１０、３２０で構成することにより、上記実施形態及び上記各変形例に比べて、レーザ投受光手段のγ軸方向及びα軸方向の寸法を小さくすることができ、ひいては装置の小型化を図ることができる。

なお、上記第３変形例における２つのシリンドリカルレンズ３１０、３２０の位置関係を逆にしても良い。

また、第１及び第２シリンドリカルレンズの射出面をシリンドリカル面としても良い。

《第４変形例》
第４変形例では、図１０及び図１１に示されるように、集光光学系を構成する集光レンズの構成が、上記実施形態と異なる。

第４変形例の集光レンズ５１０は、入射面が第１のシリンドリカル面となっており、射出面が第２のシリンドリカル面になっている。

第１のシリンドリカル面は、αＺ断面が＋α側に凸となるように湾曲しており、Ｚ軸方向に正の屈折パワーを有している（図１０参照）。第２のシリンドリカル面は、αγ断面が−α側に凸となるように湾曲しており、γ軸方向に正の屈折パワーを有している（図１１参照）。

第４変形例では、他の車両からの反射光の一部は、第１のシリンドリカル面によって鉛直方向（Ｚ軸方向）に集光され、第２のシリンドリカル面によって水平方向（γ軸方向）に集光され、ＰＤ２１に入射される。レンズ幅が大きい鉛直方向に関してＰＤ２１から遠い第１のシリンドリカル面で先に集光することで、第１のシリンドリカル面は比較的長焦点の集光面として機能する。一方、レンズ幅が小さい水平方向に関してＰＤ２１に近い第２シリンドリカル面で後に集光することで、第２のシリンドリカル面はより短焦点の集光面として機能する。一般に第２のシリンドリカル面の形状が球面である場合は平行光を集光する際の球面収差が大きいため、第２のシリンドリカル面は、収差を補正するような非球面形状であることが望ましい。

第４変形例によると、集光レンズ５１０は、集光方向が互いに直交する入射面及び射出面を有しているため、上記第３変形例に比べて、部品点数の削減、及び集光光学系の光軸調整作業の簡略化を図ることができ、装置の製造コストの低減を図ることができる。

なお、上記第４変形例における第１及び第２シリンドリカル面の位置関係を逆にしても良い。すなわち、第１シリンドリカル面を射出面とし、第２シリンドリカル面を入射面としても良い。

《第５変形例》
第５変形例は、図１２及び図１３に示されるように、集光光学系の構成が、上記実施形態と異なる。

第５変形例では、集光光学系は、集光素子６１０で構成されている。集光素子６１０は、入射面が球面形状又は非球面形状のシリンドリカル面となっており、該反射光を水平方向に集光する（図１３参照）。一方、集光素子６１０は、射出面には、レーザ光を鉛直方向に集光するブレーズ回折格子が形成されている。

上記実施形態及び各変形例の距離測定装置では、水平方向に領域分割を行っているが、距離検出角度範囲を高精度に分離するためには、集光素子６１０で反射光を集光する際に特に水平方向の解像度を高める必要がある。すなわち、反射光を水平方向に集光する際には収差の影響をできる限り取り除くことが望まれるため、ＰＤ２１から遠い、集光レンズの入射面による集光が好ましい。

一方で、鉛直方向はＰＤ２１の受光領域内に反射光を導ければ良く、水平方向に比べて高い解像度は要求されない。そこで、反射光の鉛直方向の集光は、ＰＤ２１に近い、集光レンズの射出面によって行うことが好ましい。

しかしながら、鉛直方向はレンズ幅が大きく、かつ水平方向の集光面（入射面）に比べて短い焦点距離が求められるため、レンズのＮＡは極めて大きくなる。例えば鉛直方向のレンズ径が３０ｍｍで焦点距離が１０ｍｍのレンズを作成した場合には、このレンズのＮＡ（開口数）は０．８３となり、通常の屈折レンズ、すなわち例えば球面レンズ、非球面レンズ等で、このような集光特性を有するレンズを低コストで作成することは困難である。

そこで、第５変形例では、集光素子６１０の射出面にＺ軸方向に正の回折パワーを有するブレーズ回折格子を形成し、回折による光偏向作用を利用して、他の車両からの反射光をＺ軸方向に集光させて、ＰＤ２１に導く。

図１４には、ブレーズ回折格子によってレーザ光を一軸方向に集光させる様子が模式的に示されている。ブレーズ回折格子において、回折角βを得るための、グレーティングピッチｄ及びグレーティング高さｈは、上記式（１）及び式（２）で与えられる。

ここで、図１５には、回折角βとグレーティングピッチｄとの関係がグラフにて示されている。図１６には、回折角βとグレーティング高さｈとの関係がグラフにて示されている。ここで、レーザ光の波長を９０５ｎｍ、回折次数を１、レンズ材料の屈折率を１．５２とする。

図１５及び図１６より、ブレーズ回折格子のグレーティングピッチｄ及びグレーティング高さｈにより、回折角βを設定できることが分かる。

そこで、集光素子６１０の射出面に、該集光レンズの外側ほど回折角が大きくなる、すなわちグレーティングピッチｄ及びグレーティング高さｈが小さくなるブレーズ回折格子を形成することにより、該ブレーズ回折格子に入射された平行光を微小範囲内に集光させることができる。

例えばＮＡ＝０.８３のレンズにおいて、有効範囲の最も外側では回折角が５６°程度であり、この領域ではグレーティングピッチを１．１μｍ、グレーティング高さを０．９４μｍにすればよい。同様にレンズ面内の各領域でグレーティングピッチｄ及びグレーティング高さｈを設定することで、集光素子６１０に入射された平行光をＰＤ２１に集光させることができる。

また、集光素子６１０の中央付近の領域は、レンズのＮＡが小さく、屈折面で集光可能である。

そこで、第５変形例では、図１２に示されるように、集光素子６１０の射出面の中央付近は球面又は非球面形状の屈折面が形成され、その外側にブレーズ回折格子が形成されている。この場合、Ｚ軸方向に極力短焦点化でき、集光素子６１０をＰＤ２１に極力近接して配置することができ、装置を小型化できる。なお、集光素子６１０の射出面の中央付近に、屈折面に代えて、ブレーズ回折格子を形成しても良い。

一般に、集光素子を安価で作成するために、レンズ材料としてのプラスチック材料が採用されるが、上記のようなブレーズ回折格子を有する集光素子は、射出成形によって作成可能であり、集光素子のコストには、殆ど影響しない。

第５変形例によると、水平方向の受光角度範囲を高精度に分割できる小型の距離測定装置を低コストで提供できる。

なお、上記第５変形例では、集光素子の射出面にブレーズ回折格子が形成されているが、これに代えて又は加えて、集光素子の入射面にブレーズ回折格子を形成しても良い。集光素子の入射面にブレーズ回折格子を形成する場合、集光素子の射出面をシリンドリカル面としても良い。

《第６変形例》
第６変形例は、図１７に示されるように、ＬＤ１１の発光方法が、上記実施形態と異なる。

図１７には、第６変形例の距離測定装置における変調レーザ光の時間波形が模式的に示されている。

上述したように、距離測定装置で取得された距離情報は、所定のサンプリング時間ごとに車体制御用ＥＣＵに送出される。サンプリング時間内には、ＬＤ１１が発光する時間（以下では、発光時間と称する）があり、その発光時間には、所定の発光ピーク及びパルス幅を有する光パルス（レーザ光）が一定の時間間隔（発光間隔）で繰り返し送出される。

具体的には、光パルスのパルス幅は、一例として、数ナノ秒〜数１０ナノ秒であり、発光間隔は、一例として、数μｓｅｃ〜数１０μｓｅｃに設定される。また、サンプリング時間は、視認カメラのリフレッシュレートに合わせて３０ｍｓｅｃ程度に設定され、例えば発光間隔１０μｓｅｃで３００回のパルス発光を行った場合、サンプリング時間内で実際に光パルスが放出される時間は３ｍｓｅｃになる。ごく短時間に複数の光パルスを投射光として、それぞれの反射光の受光信号を平均化することで、受光信号のＳＮ比が向上し、高精度な距離計測が可能となる。

ところで、一般的な距離測定装置では、数１０ｍ程度離れた位置に位置する対象物にレーザ光を照射することを念頭に設計されているため、ＬＤの発光ピークは数１０Ｗ程度と比較的大きい値に保たれる。

しかしながら、距離測定装置は、装置近傍（例えば１ｍ以内）に対象物が位置している場合も、該対象物との距離を正確に測定できることが望ましい。この場合、大きい発光ピークの光パルスが対象物に照射されると、反射光の強度が極めて大きくなり、ＰＤが検出可能な最大光強度を超えてしまう。このような反射光を受光したときの受光信号は一定時間出力が飽和したような波形を有し、また光入力による電気雑音（ショット雑音）も増加する。すなわち、装置近傍に位置する対象物に対する距離測定精度が著しく低下する。

そこで、第６変形例では、発光時間内に光パルスの発光ピークが異なる２つの時間帯を設けている。発光ピークが小さい時間帯は、距離測定装置近傍に位置する対象物の検出に用い、発光ピークが大きい時間帯は、より遠方に位置する対象物の検出に用いる。

具体的には、通常の対象物との距離の検出を行う通常検出時間帯よりも先に、装置近傍に位置する対象物との距離の検出を行う近傍検出時間帯を設け、この近傍検出時間帯では、通常検出時間帯に比べてＬＤの発光ピークを小さくする。より詳細には、通常検出時間帯における発光ピークを３０Ｗ〜１００Ｗの範囲内とし、近傍検出時間帯における発光ピークを１Ｗ以下にする。一般に、発光ピークが小さいほどパルス時間波形を高精度に生成することができ、かつＬＤ駆動回路が発生する電気雑音も小さい。さらに反射光の入力によるショット雑音も小さくなるため、装置近傍での距離測定精度を向上させることができる。

そして、距離測定の際には、先に近傍検出時間帯に装置近傍の検出を行い、この時点で有意の受光信号が得られた場合、すなわち装置近傍に対象物が位置している場合には、その測定データを採用し、次いで通常検出時間帯で検出された測定データを破棄する。一方、近傍検出時間帯において有意の受光信号が得られなかった場合、すなわち装置近傍に対象物が位置していない場合には、通常検出時間帯で測定した測定データを採用する。

第６変形例によると、発光時間内に発光ピークが異なる２つの時間帯を設けることにより、他の車両との距離測定の射程距離を長くできるとともに、装置近傍においても高精度な距離測定を行うことができる。

なお、上記第６変形例では、発光時間内に発光ピークが異なる時間帯を２つ設けているが、３つ以上設けても良い。この場合、他の車両との距離に応じた発光ピークを用いて距離測定を行うことができ、距離検出精度を向上させることができる。この場合、任意の大きさの発光ピークが、任意の時間帯に属していれば良い。

なお、上記第６変形例では、発光ピークが小さい時間帯が先で、発光ピークが大きい時間帯が後であるが、逆でも良い。

《第７変形例》
第７変形例は、図１８に示されるように、レーザ投受光手段のＬＤ駆動回路と信号増幅回路が同一の基板上に設けられている点が、上記実施形態及び上記各変形例と異なる。

すなわち、第７変形例では、レーザ投受光手段において、互いに近接して配置されているＬＤ駆動回路と信号増幅回路とを共通の基板上に設けることとしている。

第７変形例によると、レーザ投受光手段における基板（回路基板）の枚数を減らすことで部品点数及びコネクタの接続工程の削減を図ることができ、ひいては装置の製造コストの低減を図ることができる。

なお、上記実施形態及び各変形例では、距離測定装置は、複数のレーザ投受光手段が所定の位置関係で収容された箱形部材から成る筐体３００を有しているが、これに代えて、例えば、複数のレーザ投受光手段を所定の位置関係で保持する保持フレームを有していても良い。

また、上記実施形態及び各変形例では、筐体の＋Ｙ側の壁の開口部に光透過窓部材が取り付けられているが、光透過窓部材を取り付けず、投射光及び反射光が上記開口部を通過するようにしても良い。

上記実施形態では、水平方向の受光角度範囲を、水平方向に５分割することとしているが、より多く又はより少なく分割することとしても良い。

また、上記実施形態及び各変形例では、水平方向の受光角度範囲を水平方向に５分割することとしているが、これに代えて又は加えて、鉛直方向の受光角度範囲を鉛直方向に分割することとしても良い。

また、上記実施形態及び各変形例では、複数のレーザ投受光手段がＸ軸方向に並べて配置されているが、これに限らず、例えば、Ｘ軸方向以外の一軸方向に並べて配置することとしても良い。

また、上記実施形態及び各変形例では、複数のレーザ投受光手段がＸ軸方向に並べて配置されているが、これに限らず、例えば、Ｘ軸方向に並べて配置された複数のレーザ投受光手段をそれぞれが含む複数のレーザ投受光手段群をＺ軸方向に重ねて配置することとしても良い。

上記実施形態及び各変形例では、時間変調されるレーザ光の波形として、ごく短時間（数ｎｓｅｃ〜数１０ｎｓｅｃ）のパルス幅の発光を一定時間間隔（発光間隔）で繰り返すようなパルス波形が用いられているが、正弦波、三角波等の強度変調をＬＤに与えて強度変調したレーザ光を射出することとしても良い。

上記実施形態及び各変形例（但し、第２変形例を除く）では、距離測定装置から投射される複数のレーザ光の広がり角度が等しい大きさに設定されているが、互いに異なる大きさに設定されてもよい。

上記実施形態及び各変形例におけるレーザ投受光手段の構成は、適宜変更可能である。例えば、保持部材は、直方体形状の箱形部材に限らず、その他の部材（例えば保持フレーム）で構成されても良い。また、光投射ユニット及び受光ユニットの少なくとも一方は、保持部材内に収容されていなくても良い。また、光投射ユニット及び受光ユニットは、一体化されているが、別体であっても良い。また、光投射ユニットと受光ユニットの位置関係は、適宜変更可能である。また、光投射ユニット及び受光ユニットの構成は、適宜変更可能である。例えば、集光光学系の少なくとも１つの部材、カップリングレンズ１２、及びシリンドリカルレンズ１３は、必須ではない。

上記実施形態及び各変形例では、レーザとして、端面発光型の半導体レーザ（ＬＤ）が用いられたが、例えば面発光型の半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）等の他のレーザを用いても良い。

上記実施形態及び各変形例では、各レーザ投受光手段における投射角度範囲及び受光角度範囲は、２０°又は４０°に設定されているが、これに限られない。要は、１０°〜５０°であることが好ましく、２０°〜４０°であることがより好ましい。

上記実施形態及び各変形例では、ＰＤの受光面を複数領域に分割しているが、要は、ＰＤが複数の受光部を有していれば良い。

上記実施形態及び各変形例では、受光素子として、ＰＤ（フォトダイオード）が採用されているが、これに限らず、例えばフォトトランジスタ等を採用しても良い。

上記実施形態及び各変形例では、距離測定装置は、レーザ投受光手段を、２つ又は４つ備えているが、これに限らず、例えば、３つ又は５つ以上備えていても良い。この場合も、複数の投射光（レーザ光）の光路がＸＹ平面に沿って放射状に並ぶようにすることで、レーザ光の数及び各レーザ光の広がり角に応じた最大限の投射角度範囲を得ることができる。

上記各実施形態及び上記各変形例では、複数のレーザ投受光手段の投射角度範囲が互いに重ならないようされているが、測定漏れを防ぐために、隣り合う２つの投射角度範囲が僅かに重なり合っていても良い。

上記実施形態で及び上記各変形例では、シリンドリカルレンズ１３の入射面が負の屈折パワーを有しているが、これに代えて又は加えて、シリンドリカルレンズ１３の射出面が負の屈折パワーを有していても良い。

上記第１及び第２変形例では、複数のレーザ投受光手段は、ＬＤ１１の射出方向がＸＹ平面内で互いに平行になるように配置されているが、これに代えて、ＬＤ１１の射出方向がＸＹ平面内で互いに非平行になるように配置されても良い。

上記実施形態及び上記各変形例では、複数の投射光の光路は、ＸＹ平面に沿って放射状に並んでいるが、ＸＹ平面以外の仮想平面に沿って放射状に並んでいても良い。

８…投射光学系、９…ＬＤ駆動回路（光源駆動回路）、１０…光投射ユニット、１１…ＬＤ（レーザ光源）、１２…カップリングレンズ（投射光学系の一部）、１３…シリンドリカルレンズ（投射光学系の一部）、２０…受光ユニット、２１…ＰＤ（受光素子）、２２…集光レンズ（集光光学系）、２３…信号増幅回路（受光信号増幅回路）、２０５…距離算出回路、４００…光透過窓部材、５５０…偏向板（偏向素子）、１０００…距離測定装置。

特開２００９−１４５１０７号公報

Claims (19)

1. 対象物にレーザ光を照射し、その反射光を受光して前記対象物との距離を測定する距離測定装置であって、
   それぞれの光路が所定の仮想平面に沿って放射状に並ぶ複数のレーザ光を前記対象物に向けて投射する光投射手段と、
   前記光投射手段から射出され前記対象物で反射された複数のレーザ光を受光する受光手段と、を備え、
   前記光投射手段は、前記仮想平面に沿って離間して配置され、レーザ光源と該レーザ光源からのレーザ光の光路上に配置された投射光学系とをそれぞれが有し、前記仮想平面に沿う２０°〜４０°の広がり角を有するレーザ光をそれぞれが投射する複数の光投射ユニットを含み、
   前記受光手段は、前記複数の光投射ユニットに対応し、対応する前記複数の光投射ユニットに対して前記仮想平面に直交する方向に離間して配置された複数の受光ユニットを含み、
   前記複数の受光ユニットそれぞれは、対応する前記光投射ユニットのレーザ光源に対応して設けられた受光素子と、対応する前記レーザ光源から射出され前記対象物で反射されたレーザ光を前記受光素子に集光させる集光光学系と、を有し、
   前記集光光学系は、前記仮想平面に直交する方向の寸法が前記仮想平面に平行な方向の寸法よりも大きい集光素子を少なくとも１つ含む距離測定装置。
2. 前記複数の光投射ユニットからのレーザ光の投射方向は、互いに非平行であることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
3. 前記光投射手段は、前記複数の光投射ユニットそれぞれの前記投射光学系を介したレーザ光の光路上に配置され、該レーザ光を、前記仮想平面に沿って偏向させる偏向手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の距離測定装置。
4. 前記偏向手段は、入射面及び射出面の少なくとも一方にブレーズ回折格子が形成された偏向素子であることを特徴とする請求項３に記載の距離測定装置。
5. 前記光投射手段及び前記受光手段が収容された筐体と、
   記複数の光投射ユニットからの複数のレーザ光の光路上に位置するように前記筐体に設けられた光透過窓部材と、を更に備え、
   前記偏向手段は、前記光透過窓部材に形成されたブレーズ回折格子であることを特徴とする請求項３に記載の距離測定装置。
6. 前記複数の光投射ユニットと、対応する前記複数の受光ユニットは、一体化されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の距離測定装置。
7. 前記受光素子は、前記仮想平面に平行な一軸方向に並ぶ複数の受光部を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の距離測定装置。
8. 前記集光光学系は、レーザ光を前記一軸方向に直交する方向に集光させる前記集光素子としての第１シリンドリカルレンズと、該第１シリンドリカルレンズに対して、対応する前記レーザ光源の射出方向に平行な方向に離間して配置され、レーザ光を前記一軸方向に集光させる前記集光素子としての第２シリンドリカルレンズとを有することを特徴とする請求項７に記載の距離測定装置。
9. 前記第２シリンドリカルレンズは、前記第１シリンドリカルレンズよりも前記受光素子側に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の距離測定装置。
10. 前記集光素子は、入射面及び出射面の一方にレーザ光を前記一軸方向に直交する方向に集光させる第１シリンドリカル面が形成され、前記入射面及び前記射出面の他方にレーザ光を前記一軸方向に集光させる第２シリンドリカル面が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の距離測定装置。
11. 前記集光素子は、入射面に前記第１シリンドリカル面が形成され、射出面に前記第２シリンドリカル面が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の距離測定装置。
12. 前記集光素子は、レーザ光を前記一軸方向に直交する方向に集光するブレーズ回折格子が射出面に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の距離測定装置。
13. 前記集光素子は、レーザ光を前記一軸方向に集光するシリンドリカル面が入射面に形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の距離測定装置。
14. 前記レーザ光源の発光タイミングと、対応する前記受光素子の複数の受光部それぞれでの受光タイミングとに基づいて、前記対象物の前記一軸方向の複数箇所との距離を算出する距離算出回路を更に備えることを特徴とする請求項７〜１３のいずれか一項に記載の距離測定装置。
15. 前記レーザ光源に変調電流を供給して該レーザ光源を駆動する光源駆動回路を更に備え、
    前記光源駆動回路は、所定時間内に、最大値が互いに異なる複数の変調電流を前記レーザ光源に供給することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の距離測定装置。
16. 前記受光素子からの受光信号を増幅する受光信号増幅回路を更に備え、
    前記光源駆動回路及び前記受光信号増幅回路は、同一の基板上に設けられていること特徴とする請求項１５に記載の距離測定装置。
17. 前記投射光学系は、前記レーザ光源からのレーザ光の光路上に配置され、前記仮想平面に沿う方向に拡散させるシリンドリカルレンズを有することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の距離測定装置。
18. 前記投射光学系は、前記レーザ光源と前記シリンドリカルレンズとの間のレーザ光の光路上に配置され、該レーザ光を略平行光とするカップリングレンズを有することを特徴とする請求項１７に記載の距離測定装置。
19. 前記レーザ光源は、前記仮想平面に平行な基板上に形成された積層体を含む端面発光型の半導体レーザであることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載の距離測定装置。
    

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