JP6520894B2 - 光測距装置 - Google Patents

Description

本発明は、光測距装置に関し、特に、広い角度範囲に渡り対象物を検出できる光測距装置に関する。

広い角度範囲に渡り対象物を検出できる光測距装置として、たとえば特許文献１に記載の距離測定装置が知られている。特許文献１に開示されている距離測定装置は、複数のレーザ投受光手段を仮想平面に沿って放射状に並べて配置している。この構成によれば、回転ミラーを用いて測距領域を移動させるタイプに比較して簡易な構成としつつ、広い角度範囲に渡り対象物を検出できる。

特開２０１４−５５８６０号公報

特許文献１の距離測定装置では、広い角度範囲に渡り対象物を検出できるようにするため、複数のレーザ投受光手段の光路が互いに重ならないように、それらレーザ投受光手段を配置している。

レーザ投受光手段の光路が筐体を通過する部分は、光が通過できるよう、開口とする必要がある。特許文献１の装置では、複数のレーザ投受光手段の光路が互いに重ならないようにしているので、この開口を大きくしなければならないという問題があった。より詳しくは、特許文献１の装置では、複数の光路は、互いに重ならないようにして水平方向に並んでいるので、開口を水平方向に大きくしなければならない。

開口が大きいと、光測距装置を、たとえば車両など、光測距装置を使用する処理を行う機器に取り付けた場合、その機器には、開口よりも大きい光透過性のカバーが必要になってしまう。光透過性のカバーを取り付けずに光測距装置の開口を露出させるとしても、開口よりも大きい貫通穴を、光測距装置を取り付ける機器に設ける必要がある。

開口が大きいとは、具体的には、開口が横方向に大きい、開口が縦方向に大きい、開口が横方向にも縦方向にも大きいの３つのいずれかを意味する。よって、開口面が小さいとは、開口面が横方向に小さい、開口面が縦方向に小さい、開口面が横方向にも縦方向にも小さいの３つのいずれかを意味する。なお、ここでの横方向は任意の直線方向であり、たとえば、水平方向である。縦方向は、横方向に垂直な方向であり、横方向が水平方向である場合、縦方向は鉛直方向である。

開口面が水平方向に大きいと、光測距装置を取り付ける機器が備えるカバーの水平方向サイズが大きくなってしまい、開口面が鉛直方向に大きいと、そのカバーの鉛直方向サイズが大きくなってしまう。開口面が水平方向にも鉛直方向にも大きいと、カバーの水平方向サイズおよび鉛直方向サイズがともに大きくなってしまうことになる。

また、広い角度範囲に渡り対象物を検出できるようにする場合、広い角度範囲に渡りレーザ光を投受光することになるので、光測距装置の開口に取り付けられた光透過性カバーにレーザ光が浅い角度で入射する恐れがある。

光透過性カバーに対してレーザ光が浅い角度で入射すると、大きなフレネル反射が生じる可能性が高くなる。フレネル反射を抑制する方法としてはＡＲコートを付けることが一般的である。しかし、ＡＲコートは耐熱性に課題がある。光測距装置がＡＲコートの耐熱性を超えた温度で使用されて、ＡＲコートが機能しなくなれば、フレネル反射が抑制されにくくなる。

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、簡易な構成で広い角度範囲に渡り対象物を検出でき、開口面を小さくすることができる光測距装置を提供することを目的とする。

上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は、発明の更なる有利な具体例を規定する。特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するための発明は、光透過性カバー（３１３、４１３、５１３）が取り付けられた開口面を備えた筐体（１０、７１０、８１０）と、筐体に収容され、レーザ光である投射光を投光するとともに反射光を受光する複数の投受光部（２０、１２０、７２０、９２０）とを備え、複数の投受光部の各光路が組み合わせられることにより１つの投受光部の視野角よりも装置全体の視野角が広がっている方向に対して垂直な方向から見た場合に、複数の投受光部の光路が開口面の位置において互いに重なるように、複数の投受光部は筐体内に配置されている光測距装置であって、複数の投受光部は、複数の投受光部の光路が開口面において互いに重なるように筐体内に配置されており、複数の投受光部のうち、開口面における光路の水平方向の長さが最も大きい投受光部の視野角、および、この投受光部の虚像発光点と開口面との距離に基づいて定まる最小開口面内に、すべての光路が収まるように投受光部を配置した光測距装置である。

この発明によれば、複数の投受光部を備える構成であるので、簡易な構成で広い角度範囲に渡り、対象物を検出することができる。また、１つの投受光部の視野角よりも装置全体の視野角が広がっている方向に対して垂直な方向から見た場合に、複数の投受光部の光路が開口面の位置において互いに重なる。よって、１つの投受光部の視野角よりも装置全体の視野角が広がっている方向に対して垂直な方向から見た場合にも複数の投受光部の光路が開口面において重ならない場合に比較して、装置全体の視野角が広がっている方向における開口面のサイズを小さくすることができる。

第１実施形態の光測距装置１の全体構成を示す図である。 図１の投受光ユニット２０の構成を示す図である。 図２のIII−III線断面図である。 図２のIV−IV線断面図である。 第１実施形態の光測距装置１の全体の水平方向の視野角を示す図である。 図５の光測距装置１の付近を拡大した図である。 変形例１の光測距装置における投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの配置を示す図である。 第２実施形態の光測距装置１００の全体構成を示す図である。 第２実施形態の光測距装置１００の全体の検知範囲を示す図である。 第１実施形態の光測距装置１と第２実施形態の光測距装置１００の検知範囲を比較して示す図である。 第３実施形態の光測距装置３００の全体構成を示す図である。 第４実施形態の光測距装置４００の全体構成を示す図である。 第５実施形態の光測距装置５００の全体構成を示す図である。 第６実施形態の光測距装置６００の全体構成を示す図である。 第７実施形態の光測距装置７００の全体構成を示す図である。 光測距装置７００の全体の水平方向の視野角を示す図である。 図１６の光測距装置７００の付近を拡大した図である。 第８実施形態の光測距装置８００の全体構成を示す図である。 図１８のXIX−XIX線断面図である。 投受光ユニット７２０Ａ、７２０Ｂの全体の光路７２３Ａ、７２３Ｂを示す図である。 第９実施形態の投受光ユニット９２０の構成を示す図である。 第１０実施形態の光測距装置１０００の光路１０２３Ａ、１０２３Ｂ、１０２３Ｃを示す図である。 光測距装置１０００が車両４０の前端面に取り付けられた図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。第１実施形態の光測距装置１は、たとえば、車両に搭載されて、図１に示すｚ軸方向が車両の側方に向かうように配置される。ｚ軸方向は、窓１３に対して垂直な方向である。また、ｙ軸方向は車両の上下方向であり、ｘ軸方向は車両の前後方向である。

この光測距装置１は、図１に示すように、筐体１０の内部に３つの投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを備える。筐体１０は直方体形状であり、筐体１０の前側壁部１１には、開口面１２が形成されている。開口面１２は筐体１０を貫通する開口を表す平面である。なお、筐体１０の前側壁部１１には厚さがある。この厚さ方向における開口面１２の位置は、特に言及しない場合、前側壁部１１の外側面の位置とする。ただし、前側壁部１１の厚さ方向における開口面１２の位置を、前側壁部１１の厚さの範囲内で、その他の位置としてもよい。前側壁部１１の厚さの範囲内で、前側壁部１１の厚さ方向に開口面１２の位置を変化させても、開口面１２の面積に変化はないからである。この開口面１２には、その開口面１２を塞ぐ窓１３が取り付けられている。窓１３は光透過性部材で形成されている。

本実施形態の投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは互いに同じ構成である。以下、これらの３つの投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを区別しない場合には、投受光ユニット２０と記載する。投受光ユニット２０は請求項の投受光部に相当する。

投受光ユニット２０は、レーザ光である投射光を投光し、投射光が外部の物体で反射されて生じた反射光を受光する。

［投受光ユニット２０の構成］
図２に示すように、投受光ユニット２０は、投光部２１と、受光部２２とを備えており、これらはユニット筐体２９に収容されている。これら投光部２１と受光部２２の配列方向は、上下方向であり、光の進行方向と垂直の方向になっている。

投光部２１は、発光素子２１１と投光レンズ２１２を備える。発光素子２１１は、たとえばレーザダイオードであり投射光を投光レンズ２１２に向けて投光する。受光部２２は、受光レンズ２２１と受光素子２２２を備える。受光レンズ２２１は、反射光を受光素子２２２に集光する。受光素子２２２は、たとえばフォトダイオードである。

図３に示すように、投光レンズ２１２は、発光素子２１１が発光して投光レンズ２１２に入射された投射光を、水平方向に５０度の角度範囲に偏向して出力する。この投光レンズ２１２はレンズアレイ構造を有する。

投光部２１が、水平方向に５０度の範囲で投射光を投光することに合わせ、図４に示すように、受光部２２の受光素子２２２の大きさは、水平方向の視野角が５０度になるように調整されている。

［投受光ユニット２０の配置］
説明を図１に戻す。各投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの水平方向の視野角は、いずれも５０度である。この５０度の範囲が投射光および反射光が通過する光路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃとなる。

これら３つの光路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃの鉛直方向の位置が互いに同じになるように、３つの投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、水平方向に並んで、すなわち、互いに同じ高さに配置されている。換言すれば、３つの投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃが並んでいる方向が水平方向になるように、光測距装置１は姿勢が決定される。

さらに、３つの光路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃは、図１に示すように、いずれも、開口面１２を通過している。また、３つの光路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃは、開口面１２において互いに重なっている。詳しくは、光路２３Ａと光路２３Ｃは、開口面１２に取り付けられた窓１３の外側面１３ａにおいて、完全に重なっている。また、光路２３Ａ、２３Ｃは、開口面１２においては光路２３Ｂを全部含み、光路２３Ｂよりも広くなっている。さらに、光路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃのそれぞれの中心となる光軸２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃは、一点において重なっている。

光路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃがこのようになるように投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃが配置されている場合、図５に示すように、光測距装置１の全体の水平方向の視野角は、θ１＋θ２＋θ３になる。なお、θ２は、投受光ユニット２０Ａの水平方向の視野角であり、θ３は、投受光ユニット２０Ｃの水平方向の視野角である。また、θ１は、投受光ユニット２０Ｂの水平方向の視野角のうち、投受光ユニット２０Ａ、２０Ｃの水平方向の視野角と重複していない範囲の角度である。０度方向は光測距装置１の正面方向であり、投受光ユニット２０Ｂの光軸２４Ｂは０度方向に向いている。

図５から分かるように、３つの投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの光路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃが組みわせられることにより、光測距装置１の全体の水平方向の視野角は、１つの投受光ユニット２０の視野角よりも、水平方向に広くなっている。

一方、前述したように、３つの光路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃの鉛直方向の位置は互いに同じであるので、光測距装置１の全体の鉛直方向の視野角は、各投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの鉛直方向の視野角と同じである。

よって、水平方向および鉛直方向のうち、光路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃが組み合わせられることにより、１つの投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの視野よりも光測距装置１の全体の視野が広がっている方向は水平方向である。また、１つの投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの視野よりも光測距装置１の全体の視野が広がっている方向に対して垂直な方向は鉛直方向である。

図６は、図５における光測距装置１の付近を拡大した図である。図６から分かるように、光路２３Ａ、２３Ｃが窓１３の外側面１３ａで重なっている場合、窓１３の外側面１３ａから虚像発光点２５Ａ、２５Ｃまでの距離をａとしたとき、窓１３の外側面１３ａの水平方向の最小長さｂは式１で表すことができる。この最小長さｂは、開口面１２の水平方向の最小開口サイズでもある。開口面１２の水平方向長さがこの最小長さｂになっている場合、開口面１２は最小開口面となる。本実施形態の開口面１２の水平方向長さは、図６に示すように、最小長さｂよりも長いので、開口面１２は最小開口面よりも大きくなっている。ただし、すべての光路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃが最小長さｂで示される範囲に収まっている。つまり、すべての光路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃが最小開口面内に収まっている。

なお、θ２は、３つの投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃのうち、開口面１２における光路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃの水平方向の長さが最も大きい投受光ユニットの視野角を意味する。θ３もθ２と同じであり、θ２およびθ３のいずれを用いても計算結果が同じになるので、式１ではθ３を用いずθ２を用いている。θ２よりもθ３の方が大きい場合には、θ２に代えてθ３を用いる。

たとえば、θ１＝θ２＝θ３＝５０度とすると、水平方向の最小長さｂは、式２に示される値になる。

なお、虚像発光点２５Ａ、２５Ｃは、投受光ユニット２０Ａ、２０Ｃの視野の両端の線が交わる点であり、虚像発光点２５Ａ、２５Ｃは、実際の発光点とは異なる。しかし、投受光ユニット２０Ａ、２０Ｃの発光点の位置と、虚像発光点２５Ａ、２５Ｃの位置との関係は予め知ることができる。よって、式１より、窓１３の外側面１３ａの水平方向の長さを最小長さｂとする場合の、窓１３から投受光ユニット２０Ａ、２０Ｃまでの距離を決定することができる。

［第１実施形態のまとめ］
この第１実施形態の光測距装置１は、複数の投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを備える構成であることから、回転ミラーを用いて測距領域を移動させるタイプに比較して、簡易な構成で広い角度範囲に渡り、対象物を検出することができる。

また、複数の投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの光路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃが開口面１２において互いに重なるので、光路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃが開口面１２において重ならない場合に比較して、開口面１２を小さくすることができる。

また、第１実施形態の光測距装置１は、光路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃが開口面１２において重なることに加えて、光軸２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃが重なっている。この第１実施形態とは異なり、光路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃが開口面１２において重なる投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの配置としては、図７に示す変形例１のように、光軸２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃが重ならない配置もある。この変形例１の配置に比較して、第１実施形態の光測距装置１のように、光軸２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃが重なるように投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを配置する場合、開口面１２における光路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃの重なりを多くすることができる。よって、より開口面１２を小さくすることができる。

なお、変形例１も、光路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃが開口面１２において重なる投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの配置である。このことから分かるように、３つ以上の光路がある場合に、開口面１２において１つの光路が残りの光路の全部と重なる必要はない。開口面１２において少なくとも２つの光路が互いに重なっていれば、開口面１２においていずれの光路も他の光路と重なっていない場合に比較して、開口面１２を小さくできる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態を説明する。この第２実施形態以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。

第２実施形態の光測距装置１００は、図８に示すように、３つの投受光ユニット１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを備える。これらの３つの投受光ユニット１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃは互いに同じ構成である。これら３つの投受光ユニット１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを区別しないときは、投受光ユニット１２０と記載する。

これら３つの投受光ユニット１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃの光軸１２４Ａ、１２４Ｂ、１２４Ｃは、第１実施形態と同様、１箇所で交わっている。したがって、第２実施形態においても、投受光ユニット１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃの光路１２３Ａ、１２３Ｂ、１２３Ｃは、図９に示すように、開口面１２において互いに重なっている。なお、図９では、投受光ユニット１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃの図示を省略している。

投受光ユニット１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃと、第１実施形態の投受光ユニット２０との違いは検知範囲１２７Ａ、１２７Ｂ、１２７Ｃ、すなわち検知距離１２６Ａ、１２６Ｂ、１２６Ｃと視野角１２５Ａ、１２５Ｂ、１２５Ｃである。投受光ユニット１２０Ａ、１２０Ｃの視野角１２５Ａ、１２５Ｃは互いに同じ角度であり、これら視野角１２５Ａ、１２５Ｃは、投受光ユニット１２０Ｂの視野角１２５Ｂよりも狭くなっている。

投受光ユニット１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃは、いずれも、第１実施形態の投受光ユニット２０が備える発光素子２１１を備える。各投受光ユニット１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃは、発光素子２１１が投光した投射光を偏向する投光レンズの構成により視野角が調整されている。したがって、投受光ユニット１２０Ｂに比較して、相対的に視野角が狭い投受光ユニット１２０Ａ、１２０Ｃは、パワー密度が大きくなる。また、投受光ユニット１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃは、いずれも、第１実施形態の投受光ユニット２０が備える受光部２２を備える。つまり投受光ユニット１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃの受光感度は、第１実施形態の投受光ユニット２０と同じである。

これらのことから、図９に示すように、投受光ユニット１２０Ａ、１２０Ｃの検知距離１２６Ａ、１２６Ｃは、投受光ユニット１２０Ｂの検知距離１２６Ｂよりも長くなる。よって、第２実施形態の光測距装置１００は、装置全体の検知角度範囲の端部におけるｚ軸方向（すなわち正面方向）の検知距離が、第１実施形態の光測距装置１よりも長くなる。

装置全体の検知角度範囲の端部すなわち最も正面方向から離れた部分におけるｚ軸方向の検知距離が長い光測距装置１００は、車両の側面に取り付けられた場合に好適である。図１０の例では、光測距装置１、１００は、車両３０、４０の側面の同じ位置に取り付けられており、車両３０、４０の側方を光測距装置１、１００の正面方向としている。対象物５１と対象物６１は、車両３０、４０に対する相対位置が同じであり、また、対象物５２と対象物６２も、車両３０、４０に対する相対位置が同じである。

図１０に示すように、光測距装置１の全体の検知範囲２７には、対象物５１、５２は含まれていないので、光測距装置１は対象物５１、５２を検知することができない。一方、光測距装置１００の検知範囲１２７Ａ、１２７Ｃには、対象物６１、６２が含まれているので、光測距装置１００は対象物６１、６２を検知することができる。なお、検知範囲１２７Ａ、１２７Ｂ、１２７Ｃは、実際には、図９に示すように部分的に互いに重複するが、図１０では、これら検知範囲１２７Ａ、１２７Ｂ、１２７Ｃは簡略化して示している。

＜第３〜第６実施形態の共通説明＞
図１１、図１２、図１３、図１４に示す第３、４、５、６実施形態の光測距装置３００、４００、５００、６００は、第１実施形態と同じ３つの投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを備える。これら投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは光軸２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃが第１実施形態と同じ位置になるように筐体１０に配置されている。したがって、第３、４、５、６実施形態においても、投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの光路は、開口面１２において互いに重なる。よって、第３、４、５、６実施形態の光測距装置３００、４００、５００、６００は第１実施形態の光測距装置１と同じ効果を奏する。

これら第３、４、５、６実施形態と、第１実施形態との違いは、筐体１０の開口面１２に取り付けられている窓３１３、４１３、５１３、６１３である。これら窓３１３、４１３、５１３、６１３は光透過性カバーに相当する。

＜第３実施形態＞
図１１に示すように、第３実施形態の光測距装置３００の窓３１３は、開口面１２に対して筐体１０の内部方向に突き出す形状であり、端部３１３Ａ、３１３Ｃと、中央部３１３Ｂとを備える構成である。これら端部３１３Ａ、３１３Ｃ、中央部３１３Ｂは、いずれも平板である。

端部３１３Ａは投受光ユニット２０Ａの光軸２４Ａに対して垂直に配置されており、端部３１３Ｃは投受光ユニット２０Ｃの光軸２４Ｃに対して垂直に配置されており、中央部３１３Ｂは投受光ユニット２０Ｂの光軸２４Ｂに対して垂直に配置されている。

光軸２４Ｂが窓３１３に入射する入射角は、その光軸２４Ｂが開口面１２に入射する角度と同じである。しかし、光軸２４Ａが窓３１３に入射する入射角（すなわち０度）は、その光軸２４Ａが開口面１２に入射する角度２８Ａよりも小さい。また、光軸２４Ｃが窓３１３に入射する入射角（すなわち０度）も、その光軸２４Ｃが開口面１２に入射する角度２８Ｃよりも小さい。したがって、第１実施形態の窓１３のように開口面１２に沿った平面である場合よりも、投射光が窓３１３に入射する際にフレネル反射が生じてしまうことを抑制できる。また、窓３１３の形状によりフレネル反射を抑制するので、高い温度でもフレネル反射を抑制できる。

さらに、窓３１３が開口面１２よりも筐体１０の内部方向に凹んでいるので、装置中心部の奥行き方向のサイズを小さくできる。また、窓３１３が破損しにくいという利点もある。

＜第４実施形態＞
図１２に示す第４実施形態の光測距装置４００の窓４１３は、窓４１３の内面および外面が筐体１０の内側に突き出す凸曲面となる形状である。その凸曲面の頂点は、左右方向の中央にあり、投受光ユニット２０Ｂの光軸２４Ｂがこの頂点を通る。

窓４１３をこの形状としても、光軸２４Ｂの方向を除くすべての範囲で、第１実施形態よりも投射光が窓４１３に入射する角度は小さくなる。よって、投射光が窓４１３に入射する際にフレネル反射が生じてしまうことを抑制できる。

この第４実施形態でも、窓４１３の形状によりフレネル反射を抑制するので、第３実施形態と同様、高い温度でもフレネル反射を抑制できる。また、窓４１３が開口面１２よりも筐体１０の内部方向に凹んでいるので、装置中心部の奥行き方向のサイズを小さくでき、窓４１３も破損しにくい。

＜第５実施形態＞
図１３に示す第５実施形態の光測距装置５００の窓５１３は、第４実施形態とは反対に、窓５１３の内面および外面が筐体１０の外側に突き出す凸曲面となる形状である。この窓５１３も、凸曲面の頂点が左右方向の中央にあり、投受光ユニット２０Ｂの光軸２４Ｂがこの頂点を通る。

窓５１３をこの形状としても、光軸２４Ｂの方向を除くすべての範囲で、第１実施形態よりも投射光が窓５１３に入射する角度は小さくなる。よって、投射光が窓５１３に入射する際にフレネル反射が生じてしまうことを抑制できる。この第５実施形態でも、窓５１３の形状によりフレネル反射を抑制するので、高い温度でもフレネル反射を抑制できる。

＜第６実施形態＞
図１４に示すように、第６実施形態の光測距装置６００の窓６１３は、内側が凹形状の凹レンズである。窓６１３が凹レンズ形状となっているので、投受光ユニット２０が投射する投射光は窓６１３を通過する際に広角に偏向される。よって、光測距装置６００の全体の視野角を第１実施形態の光測距装置１と同じにする場合でも、投受光ユニット２０が投射する投射光の投射角度範囲、反射光を受光する受光角度範囲を第１実施形態よりも小さくすることができる。

投光部２１において投射光を広い角度に偏向する場合、レンズ枚数を多くしたり、製造難易度の高いレンズ形状とするなどの必要があることから、偏向する角度が狭いほうが、投光部２１の製造コストを下げることができる。また、受光部２２においても広い角度を受光する場合も、レンズ枚数を多くしたり、製造難易度の高いレンズ形状とするなどの必要がある。したがって、この第６実施形態のように、凹レンズ型の窓６１３とすることで、製造コストを低くすることができる。

＜第７実施形態＞
これまで説明してきた光測距装置１、１００、３００、４００、５００、６００は、いずれも、投受光ユニット２０、１２０を３つ備えていた。これに対して、第７実施形態の光測距装置７００は、図１５に示すように、筐体７１０の内部に２つの投受光ユニット７２０Ａ、７２０Ｂを備える。この光測距装置７００も、第１実施形態の光測距装置１と同様、たとえば、車両に搭載されて、図１５に示すｚ軸方向が車両の側方に向かうように配置される。

筐体７１０は直方体形状であり、筐体７１０の前側壁部７１１に開口面７１２が形成されている。開口面７１２には、光透過性部材で形成された窓７１３が取り付けられている。

２つの投受光ユニット７２０Ａ、７２０Ｂは互いに同じ構成であり、これらを区別しない場合には、投受光ユニット７２０と記載する。投受光ユニット７２０は請求項の投受光部に相当する。

投受光ユニット７２０は、第１実施形態の投受光ユニット２０と同様、投光部と受光部を備える。投受光ユニット７２０が備える投光部および受光部の基本構成は、第１実施形態の投光部２１、受光部２２と同じである。投受光ユニット７２０と、第１実施形態の投受光ユニット２０との違いは視野角である。第７実施形態の投受光ユニット７２０は視野角が第１実施形態の投受光ユニット２０の視野角よりも広くなっている。たとえば、投受光ユニット７２０の視野角は６２．５度である。視野角を広くするため、投受光ユニット７２０は、投光レンズの偏向角や受光レンズの大きさなどが調整されている。

図１５に示すように、投受光ユニット７２０Ａの光路７２３Ａ、および、投受光ユニット７２０Ｂの光路７２３Ｂは、いずれも開口面７１２を通過しており、かつ、それら２つの光路７２３Ａ、７２３Ｂは、開口面７１２において完全に互いに重なっている。つまり、２つの光路７２３Ａ、７２３Ｂが開口面７１２を通過する位置は、互いに一致している。また、２つの光路７２３Ａ、７２３Ｂのそれぞれの中心となる光軸７２４Ａ、７２４Ｂは、一点において重なっている。

この光測距装置７００の全体の水平方向の視野角は、図１６に示すように、θ４＋θ５になる。θ４は投受光ユニット７２０Ａの視野角であり、θ５は投受光ユニット７２０Ｂの視野角である。θ４、θ５がそれぞれ６２．５度であれば、光測距装置７００の全体の水平方向の視野角は１２５度になる。

図１７に示すように、２つの光路７２３Ａ、７２３Ｂが窓７１３の外側面７１３ａで重なっている場合、窓７１３の外側面７１３ａの水平方向の最小長さｂ１は、式３で表すことができる。式３において、ａ１は、窓７１３の外側面７１３ａから虚像発光点７２５Ａ、７２５Ｂまでの距離である。なお、式３は、θ４≧θ５の場合であり、θ４＜θ５の場合には、式３におけるθ４をθ５に置き換える。
（式３） b1＝a1＊tan（θ4）

この第７実施形態のように、投受光ユニット７２０Ａ、７２０Ｂを２つにすれば、投受光ユニットを３つ備える場合よりも製造コストを安価にできる。

＜第８実施形態＞
図１８に示すように、第８実施形態の光測距装置８００は、第７実施形態と同じ２つの投受光ユニット７２０Ａ、７２０Ｂを備えている。これら２つの投受光ユニット７２０Ａ、７２０Ｂは筐体８１０に収容されている。

筐体８１０は、直方体形状である点では第７実施形態の筐体７１０と同じである。ただし、筐体８１０は、２つの投受光ユニット７２０Ａ、７２０Ｂを互いに異なる鉛直方向位置に配置できるように、上下方向の空間が確保されている。

図１８に示すように、２つの投受光ユニット７２０Ａ、７２０Ｂは、Ｙ軸方向から見た場合、すなわち、鉛直方向から見た場合、部分的に重なっている。このような配置が可能である理由は、図１９に示すように、２つの投受光ユニット７２０Ａ、７２０Ｂは、鉛直方向位置が互いに重ならないように配置されているからである。

この光測距装置８００の場合でも、２つの光路７２３Ａ、７２３Ｂが組み合わせられることにより、光測距装置８００の全体の水平方向の視野角は、１つの投受光ユニット７２０Ａ、７２０Ｂの視野角よりも、水平方向に広くなっている。光測距装置８００の全体の水平方向の視野角は、第７実施形態と同様に、１２５度である。

この第８実施形態の光測距装置８００でも、１つの投受光ユニット７２０Ａ、７２０Ｂ、の視野角よりも光測距装置８００の全体の視野角が広がっている方向は、水平方向である。

なお、図１９では、鉛直方向にも、視野が広がっているように見える。しかし、図２０は、光測距装置８００において投受光ユニット７２０Ａ、７２０Ｂの光路７２３Ａ、７２３Ｂの全体を示す図であり、この図２０に示すように、２つの光路７２３Ａ、７２３Ｂの鉛直方向はほぼ重なっているとみなすことができる。よって、この第８実施形態において、鉛直方向は、１つの投受光ユニット７２０Ａ、７２０Ｂの視野角よりも装置全体の視野角が広がっている方向ではない。

投射光が拡散光である場合、それぞれの光路７２３Ａ、７２３Ｂを、図２０のように、ｘｚ平面に平行な方向からみた場合には、それらの光路７２３Ａ、７２３Ｂは、どちらも光測距装置８００から離隔するほど、Ｙ軸方向の幅が広くなる形状である。この形状の場合、２つの光路７２３Ａ、７２３Ｂは、ほぼ重なっているとみなすことができる。このことからも、鉛直方向は、１つの投受光ユニット７２０Ａ、７２０Ｂの視野角よりも装置全体の視野角が広がっている方向ではない。

図１９に示すように、この第８実施形態では、投受光ユニット７２０Ａ、７２０ＢのＹ軸方向の位置が互いに異なっているため、２つの光路７２３Ａ、７２３Ｂは開口面８１２において重なっていない。

しかしながら、図１８に示すように、２つの光路７２３Ａ、７２３ＢをＹ軸方向から見た場合には、２つの光路７２３Ａ、７２３Ｂは、開口面８１２の位置で重なっている。また、Ｙ軸方向から見ると、光軸７２４Ａ、７２４Ｂも一点において重なっている。

なお、Ｙ軸方向は、第８実施形態では、２つの光路７２３Ａ、７２３Ｂが組み合わせられることにより光測距装置８００の全体の水平方向の視野角が、１つの投受光ユニット７２０Ａ、７２０Ｂの視野角よりも広くなっている方向に垂直な方向である。

Ｙ軸方向から見た場合に２つの光路７２３Ａ、７２３Ｂが開口面８１２の位置で重なっている。よって、本実施形態でも、開口面８１２のＸ軸方向の長さは、Ｙ軸方向から見た場合に２つの光路７２３Ａ、７２３Ｂが開口面８１２の位置で重なっていない場合に比較して短くなっている。

＜第９実施形態＞
図２１に第９実施形態の光測距装置９００を示す。光測距装置９００は、第１実施形態の投受光ユニット２０に代えて、投受光ユニット９２０を備える。よって、投受光ユニット９２０の請求項の投受光部に相当する。

図２１には１つの投受光ユニット９２０のみを示しているが、光測距装置９００は、３つの投受光ユニット９２０を備えており、それら３つの投受光ユニット９２０は、それぞれ、３つの投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの位置に配置されている。これら３つの投受光ユニット９２０は筐体１０に配置されている。筐体１０は、第１実施形態と同じであるので、前側壁部１１に、開口面１２が形成されており、その開口面１２に窓１３が取り付けられている。

投受光ユニット９２０は、上側投光部９２１Ａと下側投光部９２１Ｂの２つの投光部９２１と、１つの受光部９２２を備える。これらは、１つのユニット筐体９２９に収容されている。上側投光部９２１Ａ、下側投光部９２１Ｂ、受光部９２２は、この順番で、Ｙ軸方向の上方向から順に、Ｙ軸方向に並んで配置されている。

上側投光部９２１Ａ、下側投光部９２１Ｂは、いずれも、発光素子９２１１と投光レンズ９２１２を備えている。２つの発光素子９２１１は、いずれも、投射光を投光レンズ９２１２に向けて投光する。２つの投光レンズ９２１２は、いずれも、投射光を偏向して出力する。また、２つの投光レンズ９２１２は、いずれも、光軸が水平方向となるように配置されている。

上側投光部９２１Ａと下側投光部９２１Ｂとでは、投光レンズ９２１２に対する発光素子９２１１の相対位置は相違する。上側投光部９２１Ａは、発光素子９２１１において投射光が出力される部分が、投光レンズ９２１２の光軸よりも上側に位置している。よって、上側投光部９２１Ａの視野角９２５Ａは、投光レンズ９２１２の光軸よりも下側に形成される。

一方、下側投光部９２１Ｂは、発光素子９２１１において投射光が出力される部分が、投光レンズ９２１２の光軸よりも下側に位置している。よって、下側投光部９２１Ｂの視野角９２５Ｂは、投光レンズ９２１２の光軸よりも上側に形成される。なお、上側投光部９２１Ａの視野角９２５Ａ、下側投光部９２１Ｂの視野角９２５Ｂは、図２１に示すように、投射光の光路が広がる角度を意味する。上側投光部９２１Ａの光路９２３Ａと下側投光部９２１Ｂの光路９２３Ｂは、開口面１２において、垂直方向の位置が完全に重なっている。

受光部９２２は、受光レンズ９２２１と受光素子と９２２２を備える。受光レンズ９２２１は、上側投光部９２１Ａが投光した投射光により生じた反射光、および、下側投光部９２１Ｂが投光した投射光により生じた反射光を受光素子９２２２に集光する。受光素子９２２２は、受光レンズ９２２１により集光された反射光を検出する。

この第９実施形態の投受光ユニット９２０は、２つの投光部９２１Ａ、９２１Ｂを備えている。よって、投光部９２１が１つである場合と同じ検知距離を保持したまま垂直方向の視野を広げる、あるいは、垂直方位数を増やすことができる。

加えて、上側投光部９２１Ａの光路９２３Ａと下側投光部９２１Ｂの光路９２３Ｂは、開口面１２において垂直方向の位置が完全に重なっている。これにより、光路９２３Ａ、９２３Ｂの垂直方向の位置が開口面１２において重ならない場合に比較して、開口面１２の垂直方向のサイズを小さくすることができる。

なお、この投受光ユニット９２０の水平方向の視野角には特に制限はない。よって、投受光ユニット９２０の水平方向の視野角を、これまでの実施形態で示した投受光ユニット２０、１２０、７２０のいずれかと同じにして、この投受光ユニット９２０を投受光ユニット２０、１２０、７２０に代えて用いることができる。

＜第１０実施形態＞
図２２に第１０実施形態の光測距装置１０００を示す。第１０実施形態の光測距装置１０００は、第１実施形態の光測距装置１が備える３つの投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの視野角を変更した装置である。第１実施形態から、３つの投受光ユニット２０の視野角を変更したのみであることから、詳細な構成の図示は省略し、便宜上、第１実施形態と同じ符号を用いて説明する。

光測距装置１０００が備える３つの投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、それぞれ、図２２に示す光路１０２３Ａ、１０２３Ｂ、１０２３Ｃを形成する。前述したように、光測距装置１０００は、第１実施形態から３つの投受光ユニット２０の視野角を変更したのみである。よって、これらの光路１０２３Ａ、１０２３Ｂ、１０２３Ｃは、開口面１２で互いに重なっており、また、これらの光路１０２３Ａ、１０２３Ｂ、１０２３Ｃの光軸は、一点において重なっている。

第１実施形態から、３つの投受光ユニット２０の視野角を変更したのみである点では、第２実施形態と同じである。第２実施形態との違いは、第２実施形態では、３つの光路１２３Ａ、１２３Ｂ、１２３Ｃのうち、装置全体の検知角度範囲の端に向かう光路１２３Ａ、１２３Ｃが、装置全体の検知角度範囲の正面方向に向かう光路１２３Ｂよりも狭くなっていた。

これとは反対に、第１０実施形態の光測距装置１０００は、装置全体の検知角度範囲の正面方向に向かう光路１０２３Ｂが、装置全体の検知角度範囲の端に向かう光路１０２３Ａ、１０２３Ｃよりも狭くなっている。

図２２に示すθ６、θ７、θ８は、それぞれ、第１実施形態のθ１、θ２、θ３に対応している。つまり、θ７は、投受光ユニット２０Ａの水平方向の視野角であり、θ８は、投受光ユニット２０Ｃの水平方向の視野角である。θ６は、投受光ユニット２０Ｂの水平方向の視野角のうち、投受光ユニット２０Ａ、２０Ｃの水平方向の視野角と重複していない範囲の角度である。

光路１０２３Ｂが相対的に狭くなっているので、図２２に示すように、第２実施形態とは逆に、装置全体の検知角度範囲の正面方向となる検知範囲１０２７Ｂの検知距離が、装置全体の検知角度範囲の端部すなわち最も正面方向から離れた部分となる検知範囲１０２７Ａ、１０２７Ｃの検知距離よりも長くなっている。なお、検知範囲１０２７Ａ、１０２７Ｂ、１０２７Ｃは、それぞれ、投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの検知範囲である。

この第１０実施形態の光測距装置１０００は、図２３に示すように、車両４０の前端面に取り付けられて、車両４０の進行方向前方に検知範囲を形成する。この光測距装置１０００を車両の前端面に取り付けると、車両４０の正面方向の検知距離を、車両４０の斜め前方の検知距離よりも長くすることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。

＜変形例２＞
前述の実施形態では、投受光ユニット２０、１２０、７２０、９２０を、２つ、あるいは３つ備えていたが、投受光ユニット２０、１２０、７２０、９２０の数は４つ以上でもよい。

＜変形例３＞
第６実施形態の窓６１３は内側の面が凹形状であったが、これとは反対に外側の面が凹面となっている凹レンズ形状でもよい。

＜変形例４＞
フレネル反射の抑制を目的とする場合、投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの光路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃが開口面１２で互いに重なる必要はない。よって、たとえば、第５実施形態において、投受光ユニット２０Ａ、２０Ｃの位置を入れ替えても良い。

＜変形例５＞
投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに代えて、投受光ユニット１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを用いてもよい。

＜変形例６＞
第２実施形態において、投受光ユニット１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃに代えて、投受光ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを使用し、投受光ユニット２０Ｂの発光素子２１１の発光パワーを投受光ユニット２０Ａ、２０Ｃの発光素子２１１よりも低くしてもよい。

このようにしても、光測距装置の全体の検知角度範囲の端部を視野角とする投受光ユニット２０Ａ、２０Ｃの検知距離を、光測距装置の正面方向を視野角とする投受光ユニット２０Ｂよりも長くできる。

＜変形例７＞
第１０実施形態の光測距装置１０００を車両４０の後端面に取り付けてもよい。

＜変形例８＞
第９実施形態では、発光素子９２１１を投光レンズ９２１２の光軸よりも上方向あるいは下方向にずらしていた。これに代えて、発光素子９２１１を投光レンズ９２１２の光軸上に配置して、それら発光素子９２１１および投光レンズ９２１２を鉛直面内で上下方向に回転させてもよい。このようにしても、垂直方向の視野を広げる、あるいは、垂直方位数を増やすことができる。

＜変形例９＞
第２実施形態において、投受光ユニット１２０Ｃをなしにしてもよい。この場合、図１０に示す３つの検知範囲１２７Ａ、１２７Ｂ、１２７Ｃのうち、車両４０の後側方に向かう検知範囲１２７Ａがなくなる。光測距装置１００の測距結果を利用する上位のシステムによっては、車両４０の後側方に存在する物体までの距離を測定する必要がない場合があり、その場合には、上述のように、投受光ユニット１２０Ｃをなしにすることになる。

投受光ユニット１２０Ｃをなしにする場合、投受光ユニット１２０Ａは、光測距装置１００の全体の検知角度範囲のうち最も正面方向から離れた方向を視野角とする投受光ユニットになる。この投受光ユニット１２０Ａは、光測距装置１００の正面方向を視野角とする投受光ユニット１２０Ｂよりも検知距離が長くなっていることになる。

また上位のシステムの要求仕様によっては、反対に、車両４０の前側方に向かう検知範囲１２７Ｃが不要である可能性もある。この場合には、投受光ユニット１２０Ａをなしとする。

＜変形例１０＞
第１０実施形態において、投受光ユニット２０Ａおよび２０Ｃのいずれか一方をなしにしてもよい。この場合、図２２に示す３つの検知範囲１０２７Ａ、１０２７Ｂ、１０２７Ｃのうち、検知範囲１０２７Ａ、１０２７Ｃのいずれかがなくなる。

たとえば、第１０実施形態において、投受光ユニット２０Ａをなしにする場合、投受光ユニット２０Ｃは、光測距装置１０００の全体の検知角度範囲のうち最も正面方向から離れた方向を視野角とする投受光ユニットになる。そして、光測距装置１０００の正面方向を視野角とする投受光ユニット２０Ｂは、投受光ユニット２０Ｃと比較して、検知距離は長く、視野角は狭くなっていることになる。

１：光測距装置 １０：筐体 １１：前側壁部 １２：開口面 １３：窓 １３ａ：外側面 ２０：投受光ユニット ２１：投光部 ２２：受光部 ２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ：光路 ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ：光軸 ２５Ａ、２５Ｃ：虚像発光点 ２７：検知範囲 ３０、４０：車両 ５１、５２、６１、６２：対象物 １００：光測距装置 １２０：投受光ユニット １２３Ａ、１２３Ｂ、１２３Ｃ：光路 １２４Ａ、１２４Ｂ、１２４Ｃ：光軸 １２５Ａ、１２５Ｂ、１２５Ｃ：視野角 １２６Ａ、１２６Ｂ、１２６Ｃ：検知距離 １２７Ａ、１２７Ｂ、１２７Ｃ：検知範囲 ２１１：発光素子 ２１２：投光レンズ ２２１：受光レンズ ２２２：受光素子 ３００：光測距装置 ３１３：窓 ３１３Ａ：端部 ３１３Ｂ：中央部 ３１３Ｃ：端部 ４００：光測距装置 ４１３：窓 ５００：光測距装置 ５１３：窓 ６００：光測距装置 ６１３：窓 ７００：光測距装置 ７１０：筐体 ７１２：開口面 ７２０：投受光ユニット ７２３：光路 ７２４：光軸 ７２５：虚像発光点 ７２７：検知範囲 ８００：光測距装置 ８１０：筐体 ８１２：開口面 ９００：光測距装置 ９２０：投受光ユニット ９２１：投光部 ９２２：受光部 ９２３：光路 ９２５：視野角 １０００：光測距装置 １０２３：光路 １０２７：検知範囲

Claims (10)

1. 光透過性カバー（３１３、４１３、５１３）が取り付けられた開口面を備えた筐体（１０、７１０、８１０）と、
   前記筐体に収容され、レーザ光である投射光を投光するとともに反射光を受光する複数の投受光部（２０、１２０、７２０、９２０）とを備え、
   複数の前記投受光部の各光路が組み合わせられることにより１つの前記投受光部の視野角よりも装置全体の視野角が広がっている方向に対して垂直な方向から見た場合に、複数の前記投受光部の光路が前記開口面の位置において互いに重なるように、複数の前記投受光部は前記筐体内に配置されている光測距装置であって、
   複数の前記投受光部は、複数の前記投受光部の光路が前記開口面において互いに重なるように前記筐体内に配置されており、
   複数の前記投受光部のうち、前記開口面における光路の水平方向の長さが最も大きい前記投受光部の視野角、および、この投受光部の虚像発光点と前記開口面との距離に基づいて定まる最小開口面内に、すべての光路が収まるように前記投受光部を配置した光測距装置。
2. 請求項１において、
   複数の前記投受光部は、複数の前記投受光部の光路が前記開口面において互いに重なることに加えて、複数の前記投受光部の光軸が互いに重なるように、前記筐体内に配置されている光測距装置。
3. 請求項１または２において、
   複数の前記投受光部の各光路が組み合わせられることにより、１つの前記投受光部の視野角よりも装置全体の視野角が水平方向に広がっており、
   複数の前記投受光部は、水平方向に並んで配置されている光測距装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、
   前記投受光部（９２０）は、前記投射光を投光する投光部（９２１Ａ、９２１Ｂ）を複数備え、
   複数の前記投光部は、鉛直方向の位置が互いに異なり、かつ、それら複数の前記投光部の光路が前記開口面において互いに重なるように配置されている光測距装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、
   複数の前記投受光部の光軸がそれぞれ前記光透過性カバーに入射する角度である複数の入射角のうち少なくとも一つは、当該入射角を算出したものと同じ前記光軸と前記開口面との角度よりも小さく、かつ、複数の前記入射角は、いずれも、当該入射角を算出したものと同じ前記光軸と前記開口面との角度以下である光測距装置。
6. 請求項５において、
   前記光透過性カバー（３１３、４１３）は、前記開口面に対して、前記筐体の内部方向に突き出た形状である光測距装置。
7. 請求項１〜４のいずれか１項において、
   前記開口面に取り付けられた、凹レンズ形状の光透過性カバー（６１３）を備える光測距装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項において、
   前記光測距装置の全体の検知角度範囲のうち最も正面方向から離れた部分を視野角とする前記投受光部は、前記光測距装置の正面方向を視野角とする前記投受光部よりも検知距離が長くなっている光測距装置。
9. 請求項８において、
   光軸が相対的に前記正面方向から離れている前記投受光部は、前記光軸が相対的に前記正面方向に近い前記投受光部よりも視野角が狭くなっている光測距装置。
10. 請求項１〜７のいずれか１項において、
    前記光測距装置の正面方向を視野角とする前記投受光部は、前記光測距装置の全体の検知角度範囲のうち最も正面方向から離れた部分を視野角とする前記投受光部と比較して、検知距離は長く、視野角は狭くなっている光測距装置。

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