WO2022097468A1 - 光検出装置 - Google Patents

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WO2022097468A1
WO2022097468A1 PCT/JP2021/038590 JP2021038590W WO2022097468A1 WO 2022097468 A1 WO2022097468 A1 WO 2022097468A1 JP 2021038590 W JP2021038590 W JP 2021038590W WO 2022097468 A1 WO2022097468 A1 WO 2022097468A1
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optical
optical element
unit
light emitting
light
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PCT/JP2021/038590
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一寿 恩田
謙一 柳井
仁 山田
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株式会社デンソー
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    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • G02B27/0966—Cylindrical lenses

Definitions

  • the disclosure in this specification relates to a photodetector.
  • Patent Document 1 includes a light source in which a plurality of light emitting elements are one-dimensionally arranged at predetermined intervals, and a line generator that converts light from the plurality of light emitting elements into line light, and directs the line light to a measurement target.
  • the optical device that emits light is described.
  • the line generator disclosed in Patent Document 1 includes a plano-convex cylindrical lens having a convex surface.
  • the focal length of the line generator is secured long by adjusting the lens shape of the plano-convex cylindrical lens.
  • the focal length is secured for a long time, it is necessary to arrange the light source at a position away from the line generator, so that there is a risk that the optical system becomes large.
  • the object of the present disclosure is to provide a photodetector capable of suppressing an increase in the size of an optical system while suppressing the spread of the width of a linear projection beam.
  • one disclosed embodiment is to specify a light emitting unit in which a plurality of light emitting parts emitting a beam are arranged in a specific arrangement direction and a light emitting unit located on an optical path of a beam emitted from the light emitting unit.
  • the optical unit includes an optical unit that forms a projection beam extending in the arrangement direction and a light receiving unit that receives the return light of the projection beam projected on the measurement area, and the optical unit is specified perpendicular to the specific arrangement direction.
  • Light detection including a first optical element having a negative power in the transmission direction of a beam in a cross section and a second optical element located behind the first optical element and having a positive power in the transmission direction in a specific cross section. It is said to be a device.
  • the first optical element having a negative power is arranged in front of the second optical element having a positive power in a specific cross section perpendicular to the specific arrangement direction of the light emitting unit. Therefore, the main surface of the combination of the first optical element and the second optical element is defined after the second optical element in a specific cross section.
  • the lidar (LiDAR, Light Detection and Ranging / Laser Imaging Detection and Ranging) device 100 functions as a light detection device.
  • the rider device 100 is mounted on a vehicle as a moving body.
  • the rider device 100 is arranged, for example, in the front part of the vehicle, the left and right side parts, the rear part, the roof, and the like.
  • the rider device 100 scans a predetermined peripheral area (hereinafter referred to as a measurement area) of the vehicle outside the device by the projection beam PB.
  • the rider device 100 detects the return light (hereinafter referred to as the reflected beam RB) caused by the projected light beam PB irradiating the measurement area being reflected by the measurement object.
  • the reflected beam RB the return light
  • the rider device 100 can measure the object to be measured by detecting the reflected beam RB.
  • the measurement of the object to be measured is, for example, measurement of the direction (relative direction) in which the object to be measured exists, measurement of the distance (relative distance) from the rider device 100 to the object to be measured, and the like.
  • typical measurement objects are pedestrians, cyclists, animals other than humans, moving objects such as other vehicles, guard rails, road signs, roadside structures, and on the road. It becomes a stationary object such as a falling object.
  • each direction indicated by front / rear, up / down, and left / right is defined with reference to a vehicle stationary on a horizontal plane unless otherwise specified. Further, the horizontal direction indicates the tangential direction with respect to the horizontal plane, and the vertical direction indicates the vertical direction with respect to the horizontal plane.
  • the rider device 100 includes a light emitting unit 20, a scanning unit 30, a light receiving unit 40, a controller 50, an optical unit 60, and a housing accommodating these configurations.
  • the housing forms the outer shell of the rider device 100.
  • the housing is composed of a light-shielding container, a cover panel, and the like.
  • the light-shielding container is made of a synthetic resin or metal having a light-shielding property, and has a substantially rectangular parallelepiped box shape as a whole.
  • the light-shielding container is formed with a storage chamber and an optical window.
  • the containment chamber houses the main optical configurations of the rider device 100.
  • the optical window is a rectangular opening that reciprocates both the projected beam PB and the reflected beam RB between the accommodation chamber and the measurement area.
  • the cover panel is a lid made of a translucent material such as synthetic resin or glass.
  • the cover panel is formed with a transmissive portion that allows the light projecting beam PB and the reflected beam RB to pass through.
  • the cover panel is assembled to the light-shielding container in a state where the optical window of the light-shielding container is closed by the transmissive portion.
  • the housing is held by the vehicle in a posture in which the longitudinal direction of the optical window is along the horizontal direction of the vehicle.
  • the light emitting unit 20 has a plurality of VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) arrays 21 and a cover glass 27 (see FIGS. 4 and 5) that protects each VCSEL array 21.
  • the VCSEL array 21 is formed in the shape of a rectangular plate as a whole.
  • a longitudinal light emitting region 22 is formed on the plate surface on one side of each VCSEL array 21.
  • Each VCSEL array 21 is mounted on the main substrate of the light emitting unit 20 in a posture in which each light emitting region 22 is oriented in substantially the same direction.
  • the VCSEL arrays 21 are arranged in a row at intervals from each other.
  • the specific direction in which the plurality of VCSEL arrays 21 are arranged is the light source arrangement direction ADs.
  • Each VCSEL array 21 is held on the main substrate with the longitudinal direction of the light emitting region 22 oriented along the light source arrangement direction ADs.
  • the light emitting unit 20 is held in a configuration such as a lens barrel or a light-shielding container of the optical unit 60 in a posture in which each light emitting region 22 faces the optical unit 60 and the scanning unit 30.
  • the VCSEL element 23 has a resonator for oscillating a laser.
  • the resonator includes a P-type semiconductor layer, an N-type semiconductor layer, an active layer provided between these layers, and a pair of reflectors arranged so as to sandwich the active layer.
  • a DBR Distributed Bragg Reflector in which a semiconductor or a dielectric is laminated is used as a reflector.
  • the VCSEL element 23 amplifies the light generated in the active layer by applying a voltage to each semiconductor layer by stimulated emission, and further generates coherent laser light having a uniform phase by repeated reflection by a pair of reflecting mirrors.
  • the VCSEL element 23 forms a laser emitting surface 24 on a circular top surface, and emits a laser from the laser emitting surface 24 in a direction perpendicular to the substrate surface of the element.
  • a large number of VCSEL elements 23 are arranged two-dimensionally in the light emitting region 22 in an arrangement that is spaced apart from each other.
  • Each VCSEL element 23 is regularly arranged in the light emitting region 22 with the laser emitting surface 24 facing in the normal direction of the light emitting region 22 (see the Z direction in FIG. 2).
  • Each VCSEL element 23 is electrically connected to the controller 50, and emits laser light in the near infrared region as a beam SB at a light emission timing corresponding to an electric signal from the controller 50.
  • An aggregate of a large number of beam SBs radiated from each VCSEL element 23 becomes the above-mentioned projected beam PB.
  • a line-shaped laser oscillation opening 25 extending along the light source arrangement direction ADs is pseudo-formed by the above-mentioned configuration in which the VCSEL array 21 in which a large number of VCSEL elements 23 are arranged is arranged in a single row. Will be done.
  • the normal at the center of the laser oscillation opening 25 becomes the optical axis of the beam SB in the light emitting unit 20 (hereinafter referred to as the beam optical axis BLA).
  • the dimension (longitudinal dimension) of the laser oscillation opening 25 in the light source arrangement direction ADs is remarkably largely defined with respect to the dimension in the width direction (width dimension) perpendicular to the light source arrangement direction ADs, for example, 100 times or more the width dimension.
  • a predetermined gap is secured between the plurality of VCSEL arrays 21 for, for example, to ensure cooling performance and manufacturability.
  • a non-light emitting portion 25x due to the gap between the arrays is inevitably generated in the laser oscillation opening 25.
  • the scanning unit 30 scans the beam SB radiated from each VCSEL element 23 and projects the light beam PB into the measurement area. In addition, the scanning unit 30 causes the reflected beam RB reflected in the measurement region to be incident on the light receiving unit 40.
  • the scanning unit 30 includes a drive motor 31, a scanning mirror 33, and the like.
  • the drive motor 31 is, for example, a voice coil motor, a DC motor with a brush, a stepping motor, or the like.
  • the drive motor 31 has a shaft portion 32 mechanically coupled to the scanning mirror 33.
  • the shaft portion 32 is arranged in a posture along the light source arrangement direction ADs, and defines the rotation axis AS of the scanning mirror 33.
  • the rotation axis AS is substantially parallel to the light source arrangement direction ADs.
  • the drive motor 31 drives the shaft portion 32 at a rotation amount and a rotation speed according to an electric signal from the controller 50.
  • the scanning mirror 33 swings within a finite angle range RA by reciprocating around the rotation shaft AS with the rotation shaft AS defined in the shaft portion 32 as the rotation center.
  • the angle range RA of the scanning mirror 33 can be set by a mechanical stopper, an electromagnetic stopper, drive control, or the like.
  • the angle range RA is limited so that the projected beam PB does not deviate from the optical window of the housing.
  • the scanning mirror 33 has a main body portion 35 and a reflecting surface 36.
  • the main body 35 is formed in a flat plate shape by, for example, glass, synthetic resin, or the like.
  • the main body portion 35 is coupled to the shaft portion 32 of the drive motor 31 by using a mechanical component made of metal or the like.
  • the reflective surface 36 is a mirror surface formed by depositing a metal film such as aluminum, silver, and gold on one side surface of the main body 35, and further forming a protective film such as silicon dioxide on the vapor-deposited surface.
  • the reflective surface 36 is formed in a smooth rectangular plane.
  • the reflective surface 36 is provided in a posture in which the longitudinal direction is along the rotation axis AS. As a result, the longitudinal direction of the reflecting surface 36 substantially coincides with the light source arrangement direction ADs.
  • the scanning mirror 33 is commonly provided for the projected beam PB and the reflected beam RB. That is, in the scanning mirror 33, a part of the reflection surface 36 is used as a light projection reflection unit 37 for the light projection of the light projection beam PB, and the other part of the reflection surface 36 is used for light reception of the reflection beam RB. It is designated as part 38.
  • the light projecting reflection unit 37 and the light receiving reflection unit 38 may be defined as regions separated from each other on the reflecting surface 36, or may be defined as regions where at least a part thereof overlaps.
  • the scanning mirror 33 changes the deflection direction of the projected beam PB according to the change in the direction of the reflecting surface 36.
  • the scanning mirror 33 scans the measurement area temporally and spatially by the movement of the projection beam PB due to the rotation of the drive motor 31.
  • the scanning of the scanning mirror 33 is a scan only around the rotation axis AS, and is a one-dimensional scan in which scanning in the light source arrangement direction ADs is omitted.
  • the plane substantially orthogonal to the rotation axis AS becomes the main scanning surface MS of the scanning mirror 33.
  • a plane (substantially parallel) along both the beam optical axis BLA of the beam SB incident on the scanning unit 30 from the light emitting unit 20 and the rotating axis AS becomes the sub-scanning surface SS of the scanning mirror 33.
  • the main scanning surface MS and the sub-scanning surface SS are planes orthogonal to each other.
  • the light source arrangement directions ADs are directions substantially parallel to the sub-scanning surface SS and substantially perpendicular to the main scanning surface MS.
  • the scanning of the scanning mirror 33 is a scanning in which the irradiation range of the line-shaped projection beam PB extending elongated along the light source arrangement direction ADs is reciprocated along the main scanning surface MS.
  • the light source arrangement direction ADs, the rotation axis AS, and the sub-scanning surface SS are in a posture along the vertical direction.
  • the beam optical axis BLA and the main scanning surface MS are in a posture along the horizontal direction.
  • the shape of the projection beam PB irradiated in the measurement range becomes a line shape elongated in the vertical direction, and determines the vertical angle of view of the rider device 100.
  • the finite angle range RA in scanning of the scanning mirror 33 determines the horizontal angle of view in the lidar device 100 in order to define the irradiation range of the projected beam PB.
  • the light receiving unit 40 receives the reflected beam RB which is the return light of the light projecting beam PB projected on the measurement area.
  • the reflected beam RB is laser light in which the projected beam PB transmitted through the optical window of the housing is reflected by the measurement object existing in the measurement region, passes through the optical window again, and is incident on the scanning mirror 33. Since the speeds of the floodlight beam PB and the reflected beam RB are sufficiently large with respect to the rotation speed of the scanning mirror 33, the phase shift between the floodlight beam PB and the reflected beam RB is negligible. Therefore, the reflected beam RB is reflected by the reflecting surface 36 at a reflection angle substantially the same as that of the projected beam PB, and is guided to the light receiving unit 40 in the direction opposite to the projected beam PB.
  • the light receiving unit 40 has a configuration including a detection unit 41, a light receiving lens 44, and the like.
  • the detection unit 41 is provided with a detection surface 42 and a decoder.
  • the detection surface 42 is formed by a large number of light receiving elements. A large number of light receiving elements are arranged in an array in a highly integrated state, and a long rectangular element array is formed on the detection surface 42.
  • the longitudinal direction of the detection surface 42 is along the light source arrangement direction ADs which is the longitudinal direction of the laser oscillation opening 25, and is substantially parallel to the light source arrangement direction ADs. With the above configuration, the detection surface 42 can efficiently receive the reflected beam RB exhibiting a line shape along the light source arrangement direction ADs on the detection surface 42.
  • a single photon avalanche diode (hereinafter referred to as SPAD) is adopted as the light receiving element.
  • SPAD When one or more photons are incident, SPAD generates one electric pulse by electron doubling operation by doubling the avalanche.
  • the SPAD can output an electric pulse which is a digital signal without going through an AD conversion circuit, and realizes high-speed reading of the detection result of the reflected beam RB focused on the detection surface 42.
  • An element different from SPAD can be adopted as a light receiving element.
  • an ordinary avalanche photodiode, another photodiode, or the like can be adopted as a light receiving element.
  • the decoder is an electric circuit unit that outputs the electric pulse generated by the light receiving element to the outside.
  • the decoder sequentially selects a target element for extracting an electric pulse from a large number of light receiving elements.
  • the decoder outputs the electric pulse of the selected light receiving element to the controller 50. When the output from all the light receiving elements is completed, one sampling is completed.
  • the light receiving lens 44 is an optical element located on the optical path of the reflected beam RB directed from the scanning mirror 33 to the detection unit 41.
  • the light receiving lens 44 forms a light receiving optical axis RLA.
  • the light receiving optical axis RLA is defined as an axis along a virtual light ray passing through the center of curvature of each refracting surface of the light receiving lens 44.
  • the light-receiving optical axis RLA is substantially parallel to the beam optical axis BLA.
  • the light receiving lens 44 collects the reflected beam RB and focuses it on the detection surface 42.
  • the light receiving lens 44 collects the reflected beam RB reflected by the reflecting surface 36 on the detecting surface 42 regardless of the orientation of the scanning mirror 33.
  • the controller 50 controls the light detection in the measurement area.
  • the controller 50 includes a control circuit unit including a processor, a RAM, a storage unit, an input / output interface, a bus connecting them, and a drive circuit unit for driving the VCSEL element 23 and the drive motor 31.
  • the control circuit unit is mainly composed of a microcontroller including, for example, a CPU (Central Processing Unit) as a processor.
  • the control circuit unit may have a configuration mainly composed of FPGA (Field-Programmable Gate Array), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or the like.
  • the controller 50 is electrically connected to each VCSEL element 23, a drive motor 31 and a detection unit 41.
  • the controller 50 includes functional units such as a light emission control unit 51, a scanning control unit 52, and a measurement calculation unit 53.
  • Each functional unit may have a configuration constructed by software based on a program, or may have a configuration constructed by hardware.
  • the light emission control unit 51 outputs a drive signal toward each VCSEL element 23 so that the beam SB is radiated from each VCSEL element 23 at the light emission timing linked with the beam scanning by the scanning mirror 33.
  • the light emission control unit 51 oscillates the beam SB from each VCSEL element 23 in the form of a short pulse.
  • the light emission control unit 51 may control the oscillation of the beam SB by the plurality of VCSEL elements 23 so as to be substantially simultaneous, or may sequentially oscillate each VCSEL element 23 with a slight time difference.
  • the scanning control unit 52 outputs a drive signal to the drive motor 31 so that beam scanning linked with beam oscillation by the VCSEL element 23 is realized.
  • the measurement calculation unit 53 calculates and processes the electric pulse input from the detection unit 41, and determines the presence or absence of the measurement target in the measurement area. In addition, the measurement calculation unit 53 measures the distance to the measurement object whose existence has been grasped. In each sampling, the measurement calculation unit 53 counts the number of electric pulses output from each light receiving element of the detection unit 41 after the projection of the projection beam PB. The measurement calculation unit 53 generates a histogram in which the number of electric pulses for each sampling is recorded. The class of the histogram shows the flight time of light (TimeOfFlight, hereinafter, TOF) from the radiation time of the beam SB to the detection time of the reflected beam RB. The sampling frequency of the detection unit 41 corresponds to the time resolution in the TOF measurement.
  • TOF flight time of light
  • the optical unit 60 includes a group of optical elements located on the optical path of the beam SB from the light emitting unit 20 to the scanning unit 30.
  • the optical unit 60 adjusts the shape of the beam SB group radiated from each VCSEL element 23, and causes the shaped beam SB group to be incident on the reflection surface 36.
  • the optical unit 60 includes a plurality of (two) first optical elements 61, a plurality of (two) second optical elements 71, a beam shaping lens 87, and the like (see FIG. 3).
  • the first optical element 61, the second optical element 71, and the beam shaping lens 87 are formed of a translucent material having excellent optical properties, such as synthetic quartz glass or synthetic resin.
  • the first optical element 61, the second optical element 71, and the beam shaping lens 87 are housed in a lens barrel, and their relative positional relationships are strictly defined.
  • the X-axis is substantially orthogonal to the sub-scanning surface SS of the scanning unit 30 and substantially parallel to the main scanning surface MS of the scanning unit 30.
  • the X-axis corresponds to the first axis (fast axis) of the laser beam.
  • the Y-axis is substantially parallel to the light source arrangement direction ADs and the rotation axis AS.
  • the Y-axis corresponds to the slow axis (slow axis) of the laser beam.
  • the Z-axis is substantially parallel to the beam optical axis BLA from the laser oscillation aperture 25 toward the scanning mirror 33.
  • the Z direction is the transmission direction of the beam SB transmitted through the optical unit 60, and is the direction from the light emitting unit 20 to the scanning unit 30 along the Z axis.
  • the ZX plane of the optical unit 60 coincides with the main scanning surface MS of the scanning unit 30 (see FIG. 4).
  • the YZ plane of the optical unit 60 coincides with the sub-scanning surface SS of the scanning unit 30 (see FIG. 5).
  • the first optical element 61 is an optical element having a negative power in the transmission direction (Z direction) of the beam SB in the main scanning surface MS perpendicular to the light source arrangement direction ADs.
  • the first concave cylindrical lens 161 and the second concave cylindrical lens 166 are provided in front of the two second optical elements 71 as the first optical element 61, respectively.
  • the first concave cylindrical lens 161 has a cylindrical incident surface 62 and an ejection plane 63.
  • the cylindrical incident surface 62 is a lens surface formed in a semi-cylindrical surface shape, and is concavely curved toward the incident side.
  • the cylindrical incident surface 62 is a light emitting unit in a posture in which the axial direction (bus) is along the light source arrangement direction ADs (Y-axis), in other words, the power direction (direction perpendicular to the bus) is along the X-axis. It is arranged to face the laser oscillation opening 25 of 20.
  • the cylindrical incident surface 62 has a curvature only within the main scanning surface MS.
  • the emission plane 63 is a smooth planar lens plane and is substantially orthogonal to the beam optical axis BLA.
  • the second concave cylindrical lens 166 has a cylindrical incident surface 67 and an ejection plane 68.
  • the cylindrical incident surface 67 is a lens surface formed in a partially cylindrical surface shape, and is concavely curved toward the incident side.
  • the curvature of the cylindrical incident surface 67 is smaller than the curvature of the cylindrical incident surface 62.
  • the cylindrical incident surface 67 is arranged to face the injection plane 63 at the rear stage of the first concave cylindrical lens 161.
  • the cylindrical incident surface 67 is arranged so that the axial direction (bus) is along the light source arrangement direction ADs (Y-axis), in other words, the power direction (direction perpendicular to the bus) is along the X-axis. There is.
  • the cylindrical incident surface 67 like the cylindrical incident surface 62, also has a curvature only within the main scanning surface MS.
  • the emission plane 68 is a smooth planar lens plane and is substantially orthogonal to the beam optical axis BLA.
  • Each of the above concave cylindrical lenses 161, 166 is arranged on the optical path of the beam SB so that the beam optical axis BLA passes through each optical center of the cylindrical incident surfaces 62, 67 and the emission planes 63, 68.
  • the normals at the optical centers of the cylindrical incident surfaces 62, 67 and the ejection planes 63, 68, that is, the lens optical axes of the concave cylindrical lenses 161, 166, substantially coincide with the beam optical axis BLA.
  • the concave cylindrical lenses 161, 166 are arranged apart from each other in the transmission direction of the beam SB. Therefore, the cylindrical incident surface 67 is not in contact with the injection plane 63 and is located away from the injection plane 63.
  • Each concave cylindrical lens 161 and 166 spreads the beam SB substantially only in the main scanning surface MS due to the refraction action of the beam SB by the cylindrical incident surfaces 62 and 67 and the ejection planes 63 and 68 (see FIG. 4).
  • the beam SB is gradually deflected in the direction away from the beam optical axis BLA on each lens surface of the first concave cylindrical lens 161 and the second concave cylindrical lens 166.
  • the concave cylindrical lenses 161, 166 do not substantially exert the optical action of expanding the beam SB in the sub-scanning surface SS.
  • the second optical element 71 is an optical element having a positive power in the transmission direction (Z direction) of the beam SB on the main scanning surface MS.
  • the positive power of the second optical element 71 is made larger than the negative power of the first optical element 61 so that the combined power of the first optical element 61 and the second optical element 71 becomes positive.
  • the first convex cylindrical lens 171 and the second convex cylindrical lens 176 are provided after each of the two first optical elements 61 as the second optical element 71, respectively.
  • the first convex cylindrical lens 171 has an incident plane 72 and a cylindrical ejection surface 73.
  • the incident plane 72 is a smooth flat lens surface, and is arranged opposite to the ejection plane 68 in the rear stage of the second concave cylindrical lens 166.
  • the incident plane 72 is in contact with the ejection plane 68.
  • the incident plane 72 may be joined to the injection plane 68 by a UV curable adhesive or the like.
  • the cylindrical injection surface 73 is a lens surface formed in a partially cylindrical surface shape, and is convexly curved toward the injection side.
  • the cylindrical injection surface 73 has a posture in which the axial direction is along the light source arrangement direction ADs (Y-axis), in other words, a posture in which the power direction (direction perpendicular to the bus) is along the X-axis, and the second convex cylindrical lens. It is arranged opposite to 176.
  • the cylindrical injection surface 73 has a curvature only within the main scanning surface MS.
  • the second convex cylindrical lens 176 has an incident plane 77 and a cylindrical ejection surface 78.
  • the incident plane 77 is a smooth flat lens surface, and is arranged opposite to the cylindrical injection surface 73 in the subsequent stage of the first convex cylindrical lens 171.
  • the incident plane 77 is in contact with the cylindrical injection surface 73.
  • the cylindrical injection surface 78 is a lens surface formed in a partially cylindrical surface shape, and is convexly curved toward the injection side.
  • the curvature of the cylindrical injection surface 78 is made larger than the curvature of the cylindrical injection surface 73.
  • the cylindrical injection surface 78 is beam-shaped in a posture in which the axial direction (bus) is along the light source arrangement direction ADs (Y-axis), in other words, the power direction (direction perpendicular to the bus) is along the X-axis. It is arranged to face the lens 87.
  • the cylindrical injection surface 78 has a curvature only within the main scanning surface MS.
  • Each of the above convex cylindrical lenses 171 and 176 is arranged on the optical path of the beam SB so that the beam optical axis BLA passes through the optical centers of the incident planes 72 and 77 and the cylindrical ejection surfaces 73 and 78.
  • Each convex cylindrical lens 171 and 176 collects the beam SB substantially only in the main scanning surface MS due to the refraction action of the beam SB by the incident planes 72 and 77 and the cylindrical ejection surfaces 73 and 78 (see FIG. 4).
  • the beam SB is gradually deflected in the direction approaching the beam optical axis BLA on each lens surface of the first convex cylindrical lens 171 and the second convex cylindrical lens 176.
  • each convex cylindrical lens 171 and 176 substantially does not exhibit the optical action of collecting the beam SB in the sub-scanning surface SS.
  • the beam shaping lens 87 is located after the second optical element 71.
  • the beam shaping lens 87 has a negative power in the transmission direction (Z direction) on the sub-scanning surface SS.
  • a plano-concave cylindrical lens 187 is adopted as the beam shaping lens 87.
  • the plano-concave cylindrical lens 187 is an optical element having an optical action of astigmatism.
  • the plano-concave cylindrical lens 187 has an incident plane 88 and a cylindrical ejection surface 89.
  • the incident plane 88 is a smooth plane and is substantially orthogonal to the beam optical axis BLA.
  • the incident plane 88 is arranged opposite to the cylindrical injection surface 78 at the rear stage of the second convex cylindrical lens 176.
  • the incident plane 88 is in contact with the cylindrical injection surface 78.
  • the cylindrical injection surface 89 is a lens surface formed in a partially cylindrical surface shape.
  • the cylindrical injection surface 89 is arranged in a posture in which the axial direction (bus) is along the X axis, in other words, the power direction (direction perpendicular to the bus) is along the Y axis.
  • the cylindrical injection surface 89 has a concavely curved shape in the Z direction on the injection side (see FIGS. 3 and 5).
  • the plano-concave cylindrical lens 187 is arranged so that the cross section of the lens having a negative power is parallel to the sub-scanning surface SS.
  • the plano-concave cylindrical lens 187 is arranged on the optical path of the beam SB so that the beam optical axis BLA passes through each optical center of the incident plane 88 and the cylindrical emission surface 89.
  • the plano-concave cylindrical lens 187 stretches the beam SB in the sub-scanning surface SS along the light source arrangement direction ADs by the refraction action of the beam SB by the incident plane 88 and the cylindrical ejection surface 89 (see FIG. 5).
  • the plano-concave cylindrical lens 187 substantially does not exhibit the optical action of deflecting the beam SB in the main scanning surface MS (see FIG. 4).
  • the combined focal plane FPB by the optical element group of the optical unit 60 is defined after the beam shaping lens 87. Since each of the first optical element 61 and each second optical element 71 is a cylindrical lens having no power in the sub-scanning surface SS, the position of the combined focal plane FPB is mainly determined by the curvature of the cylindrical injection surface 89. The lens. According to the negative power of the cylindrical injection surface 89, the beam SB transmitted through the optical unit 60 is stretched along the light source array direction ADs as described above.
  • the beam SB transmitted through the optical unit 60 is overlapped with each other in the stage after the composite focal plane FPB, so that a continuous line shape is formed.
  • a floodlight beam PB is formed.
  • the combined focal plane FPF by the optical element group of the optical unit 60 is defined in the front stage of the first concave cylindrical lens 161. Since the beam shaping lens 87 has no power in the main scanning surface MS, the position of the combined focal plane FPF is determined by the curvature of each cylindrical surface of the first optical element 61 and the second optical element 71.
  • Each VCSEL array 21 is arranged at a position intersecting the synthetic focal plane FPF.
  • the first optical element 61 and the second optical element 71 function as collimators, and the beam SB emitted from the VCSEL array 21 is magnified to a predetermined magnification and then parallel to the beam optical axis BLA. It becomes light and is emitted from the optical unit 60.
  • the optical unit 60 can form a line-shaped floodlight beam PB capable of suppressing the spread of the line width of the line-shaped beam SB and maintaining a predetermined beam width.
  • the first optical element 61 having a negative power is arranged in front of the second optical element 71 having a positive power in the main scanning surface MS perpendicular to the light source arrangement direction ADs. ing. Therefore, the main surface of the combination of the first optical element 61 and the second optical element 71 is defined in the main scanning surface MS after the second optical element 71.
  • the light emitting unit 20 is brought closer to the optical unit 60 while ensuring the distance from the combined focal surface FPF in the main scanning surface MS to the main surface, that is, the focal length of the optical unit 60.
  • a plurality of first optical elements 61 and a plurality of second optical elements 71 are provided. Further, a plurality of first optical elements 61 are located in front of the plurality of second optical elements 71.
  • the refraction generated in each lens surface can be reduced. As a result, aberrations associated with refraction can be reduced, so that a clear line-shaped projection beam PB can be formed.
  • the injection plane 68 of the second concave cylindrical lens 166 provided as the first optical element 61 is in contact with the incident plane 72 of the first convex cylindrical lens 171 provided as the second optical element 71.
  • the VCSEL element 23 can be accurately arranged on the composite focal plane FPF, a clear line-shaped projection beam PB can be stably formed.
  • the optical unit 60 of the first embodiment includes the concave cylindrical lenses 161, 166 having the cylindrical incident surfaces 62 and 67 concavely curved on the incident side as the first optical element 61.
  • the optical unit 60 includes, as the second optical element 71, each convex cylindrical lens 171,176 having a cylindrical ejection surface 73, 78 convexly curved toward the ejection side.
  • the light emitting unit 20 of the first embodiment is a VCSEL array in which the VCSEL elements 23 having the laser emission surface 24 directed in the transmission direction are two-dimensionally arranged in a long-shaped light emitting region 22 having ADs in the light source arrangement direction.
  • Has 21 By adopting such a VCSEL array 21, a large number of VCSEL elements 23 can be arranged in the light emitting unit 20 at a high density, so that the output of the projected beam PB can be increased.
  • the configuration in which the above-mentioned optical unit 60 is combined with the VCSEL array 21 can increase the output of the projected beam PB while avoiding an increase in speckle noise due to laser interference. Therefore, the detection capability of the rider device 100 is improved.
  • the scanning unit 30 of the first embodiment has a scanning mirror 33 that rotates around a rotation axis AS along the light source arrangement direction ADs.
  • the rider device 100 reciprocates the line-shaped floodlight beam PB in which the spread in the width direction is suppressed in the width direction. Perform a moving scan.
  • the floodlight beam PB is sharply shaped, the detection accuracy of the rider device 100 can be improved.
  • the VCSEL array 21 corresponds to the "light emitting element array”
  • the VCSEL element 23 corresponds to the "light emitting unit” and the “surface emitting laser element”
  • the laser emitting surface 24 corresponds to the "radiating surface”.
  • the scanning mirror 33 corresponds to a "rotating mirror”.
  • the cylindrical incident surfaces 62 and 67 correspond to the “concave incident surface”
  • the injection plane 68 corresponds to the "front stage injection surface”
  • the incident plane 72 corresponds to the "rear stage incident surface”
  • the cylindrical injection surfaces 73 and 78 Corresponds to the "convex injection surface”.
  • first concave cylindrical lens 161 and the second concave cylindrical lens 166 correspond to the "concave cylindrical lens”
  • first convex cylindrical lens 171 and the second convex cylindrical lens 176 correspond to the "convex cylindrical lens”.
  • the light source arrangement direction ADs correspond to the "specific arrangement direction”
  • the main scanning surface MS corresponds to the "specific cross section”
  • the sub-scanning surface SS corresponds to the "orthogonal cross section”
  • the Z direction corresponds to "(beam SB).
  • the reflected beam RB corresponds to the "return light”
  • rider device 100 corresponds to the "photodetector”.
  • the second embodiment of the present disclosure shown in FIGS. 6 to 8 is a modification of the first embodiment.
  • the optical unit 60 of the second embodiment is provided with one first optical element 61 and one second optical element 71, respectively.
  • the optical unit 60 of the second embodiment is provided with a concave cylindrical lens 261 and a convex cylindrical lens 271 as the first optical element 61 and the second optical element 71.
  • the concave cylindrical lens 261 has a configuration corresponding to the first concave cylindrical lens 161 (see FIG. 1) of the first embodiment, and has a cylindrical incident surface 62 and an ejection plane 63.
  • the cylindrical incident surface 62 is a partially cylindrical lens surface that is concavely curved toward the incident side.
  • the cylindrical incident surface 62 is arranged to face the laser oscillation opening 25.
  • the ejection plane 63 is a smooth planar lens surface, and is arranged to face the convex cylindrical lens 271.
  • the concave cylindrical lens 261 expands the beam SB substantially only within the main scanning surface MS due to the refraction action of the beam SB by the cylindrical incident surface 62 and the ejection plane 63 (see FIG. 7).
  • the concave cylindrical lens 261 does not substantially exert the optical action of expanding the beam SB in the sub-scanning surface SS.
  • the convex cylindrical lens 271 has a configuration corresponding to the first convex cylindrical lens 171 (see FIG. 1) of the first embodiment, and has an incident plane 72 and a cylindrical injection surface 73.
  • the incident plane 72 is a smooth planar lens surface, and is arranged so as to face the emission plane 63 at intervals.
  • the incident plane 72 is not in contact with the ejection plane 63 and is located away from the ejection plane 63.
  • the cylindrical injection surface 73 is a partially cylindrical lens surface that is convexly curved toward the injection side.
  • the cylindrical injection surface 73 is arranged to face the incident plane 88 of the plano-concave cylindrical lens 187.
  • the convex cylindrical lens 271 collects the beam SB substantially only in the main scanning surface MS due to the refraction action of the beam SB by the incident plane 72 and the cylindrical ejection surface 73 (see FIG. 7). On the other hand, the convex cylindrical lens 271 does not substantially exert the optical action of collecting the beam SB in the sub-scanning surface SS.
  • the rider device 200 of the second embodiment described so far also has the same effect as that of the first embodiment, and the light emitting unit 20 is arranged close to the optical unit 60 while ensuring the focal length of the optical unit 60. obtain. Therefore, it is possible to suppress the increase in size of the optical system while suppressing the expansion of the width of the line-shaped projection beam PB extending in the light source arrangement direction ADs.
  • the emission plane 63 of the first optical element 61 is separated from the incident plane 72 of the second optical element 71. According to such a lens arrangement, the position of the main surface in the main scanning surface MS can be moved away from the rear stage side of the second optical element 71. As a result, further miniaturization can be realized while ensuring the focal length in the main scanning surface MS.
  • the injection plane 63 corresponds to the “previous stage injection surface”
  • the incident plane 72 corresponds to the “rear stage incident surface”
  • the rider device 200 corresponds to the “photodetector”.
  • the third embodiment of the present disclosure shown in FIGS. 9 to 11 is a modification of the second embodiment.
  • a lenticular lens 387 is adopted as the beam shaping lens 87.
  • the lenticular lens 387 is made of a translucent material such as synthetic quartz glass or resin.
  • the lenticular lens 387 includes a large number of minute plano-convex lens portions 387a.
  • the lenticular lens 387 is an optical element in which a large number of plano-convex lens portions 387a are continuously arranged.
  • Each plano-convex lens portion 387a extends linearly along the X axis (see FIG. 10).
  • the plano-convex lens portions 387a are continuously arranged along the light source arrangement direction ADs (Y-axis) (see FIG. 11).
  • Each plano-convex lens portion 387a has a minute incident surface 388 and a minute ejection surface 389, respectively.
  • the micro-incident surface 388 is formed into a smooth flat surface.
  • Each minute incident surface 388 of the plurality of plano-convex lens portions 387a is continuously arranged without a step in the light source arrangement direction ADs, and forms an incident plane 88 of the lenticular lens 387.
  • the lenticular lens 387 is arranged so that the incident plane 88 is orthogonal to the beam optical axis BLA.
  • the minute injection surface 389 is formed in a partially cylindrical surface shape, and has a shape that is convexly curved in the Z direction on the injection side on the sub-scanning surface SS.
  • the plurality of minute ejection surfaces 389 form the ejection surfaces of the lenticular lens 387 by continuously arranging them in the light source arrangement direction ADs.
  • the lenticular lens 387 has a positive power in the sub-scanning surface SS.
  • the lenticular lens 387 spreads the beam SB substantially only in one direction in the sub-scanning surface SS by the optical action of refracting the beam SB of each minute incident surface 388 and each minute ejection surface 389, and throws a continuous line.
  • the optical beam PB is formed (see FIG. 11).
  • the lenticular lens 387 does not substantially exert the optical action of spreading the beam SB in the main scanning surface MS (see FIG. 11).
  • the rider device 300 of the third embodiment described so far also has the same effect as that of the second embodiment, and the concave cylindrical lens 261 and the convex cylindrical lens 271 suppress the expansion of the width of the linear projection beam PB. , It is possible to suppress the increase in size of the optical system. Further, in the third embodiment in which the lenticular lens 387 is adopted as the beam shaping lens 87, the lens optical axis along the XY plane direction is compared with the embodiment in which the plano-concave cylindrical lens 187 (see FIG. 6) is used. The deviation becomes easy to tolerate. In the third embodiment, the rider device 300 corresponds to the "photodetector".
  • the fourth embodiment of the present disclosure shown in FIG. 12 is another modification of the second embodiment.
  • the configurations of the light emitting unit 20 and the scanning unit 30 are different from those of the second embodiment.
  • the light emitting unit 20 has a plurality of VCSEL arrays 21.
  • the plurality of VCSEL arrays 21 are arranged along the X-axis which is the lateral direction of the light emitting region 22.
  • Each VCSEL array 21 is held on the main substrate of the light emitting unit 20 at a distance from each other in the lateral direction.
  • Each VCSEL array 21 is arranged so that the light emitting region 22 is directed to the Z direction and the longitudinal direction of the light emitting region 22 is aligned with the light source arrangement direction ADs.
  • Each VCSEL array 21 emits the beam SB in order in the lateral direction based on the control of the light emission timing by the light emission control unit 51 (see FIG. 1).
  • the light emission control unit 51 may move the VCSEL array 21 that emits the beam SB in one direction along the lateral direction, or may reciprocate the VCSEL array 21 that emits the beam SB along the lateral direction. good.
  • the beam SB group emitted from each VCSEL array 21 forms one projection beam PB, and is projected onto the measurement region without being reflected by the reflection surface 36 of the scanning mirror 33.
  • the projected beam PB consisting of beam SB groups emitted from different VCSEL arrays 21 is projected to different positions in the measurement region.
  • the scanning unit 30 reflects only the reflected beam RB among the projected beam PB and the reflected beam RB by the scanning mirror 33.
  • the orientation of the scanning mirror 33 in the scanning unit 30 is controlled synchronously with the light emission switching of the VCSEL array 21 by the scanning control unit 52 (see FIG. 1).
  • the scanning unit 30 changes the direction of the reflecting surface 36 by rotating the scanning mirror 33 around the rotating shaft AS, and appropriately injects the reflected beam RB returning from a different position in the measurement region into the detection unit 41.
  • the lidar device 400 of the fourth embodiment described so far also has the same effect as that of the second embodiment, and the concave cylindrical lens 261 and the convex cylindrical lens 271 suppress the expansion of the width of each linear projection beam PB. At the same time, it is possible to suppress the increase in size of the optical system.
  • the scanning unit 30 can be miniaturized, and the size of the rider device 400 can be increased. Conversion can be further suppressed. Further, even in such a form, the expansion of the line width can be suppressed for each projected beam PB emitted from each VCSEL array 21. Therefore, the optical unit 60 including the concave cylindrical lens 261 and the convex cylindrical lens 271 can exhibit the speckle reduction effect even in a flash type configuration in which the scanning mirror 33 is not used for scanning the projection beam PB.
  • the rider device 400 corresponds to the "photodetector".
  • the fifth embodiment of the present disclosure shown in FIG. 13 is a modification of the fourth embodiment.
  • the configuration corresponding to the scanning unit 30 (see FIG. 12) is omitted.
  • the light receiving unit 40 is provided with a plurality of detection units 41.
  • the plurality of detection units 41 are arranged in the lateral direction of the detection surface 42 having a long rectangular shape.
  • Each detection unit 41 performs detection synchronized with the electronic scanning of the VCSEL array 21 by the detection control of the measurement calculation unit 53 (see FIG. 1). That is, among the plurality of detection units 41, one detection unit 41 associated with the VCSEL array 21 that emits the beam SB detects the reflected beam RB.
  • the lidar device 500 of the fifth embodiment described so far also has the same effect as that of the fourth embodiment, and the concave cylindrical lens 261 and the convex cylindrical lens 271 suppress the expansion of the width of each linear projection beam PB. At the same time, it is possible to suppress the increase in size of the optical system.
  • the scanning unit 30 can be omitted, it is possible to further suppress the increase in size of the rider device 500.
  • the rider device 500 corresponds to the "photodetector".
  • the sixth embodiment of the present disclosure shown in FIGS. 14 and 15 is still another modification of the second embodiment.
  • the optical unit 60 of the sixth embodiment includes a homogenizer 80 in addition to the first optical element 61, the second optical element 71, and the beam shaping lens 87.
  • the homogenizer 80 is located between the light emitting unit 20 and the first optical element 61.
  • the homogenizer 80 equalizes the intensity of the beam SB group in the light source arrangement direction ADs.
  • the homogenizer 80 is composed of a first lenticular lens 181 and a second lenticular lens 184 and the like.
  • the first lenticular lens 181 and the second lenticular lens 184 have substantially the same configuration as each other, and are optical elements in which a large number of plano-convex lens portions are continuously arranged.
  • the first lenticular lens 181 is arranged in front of the second lenticular lens 184 in the optical unit 60.
  • the first lenticular lens 181 has a smooth planar incident surface 82 and an ejection surface in which a plurality of ejection surface portions 83 are continuously formed in the light source arrangement direction ADs.
  • the incident surface 82 is arranged to face the light emitting region 22 of the plurality of VCSEL arrays 21.
  • Each injection surface portion 83 has a cylindrical shape that is convexly curved toward the injection side in the main scanning surface MS.
  • the second lenticular lens 184 is arranged after the first lenticular lens 181 in the optical unit 60.
  • the second lenticular lens 184 has an incident surface in which a plurality of incident surface portions 85 are continuously formed in the light source arrangement direction ADs, and a smooth planar ejection surface 86.
  • Each incident surface portion 85 has a cylindrical shape that is convexly curved toward the incident side on the main scanning surface MS.
  • Each incident surface portion 85 is arranged so as to face each other substantially coaxially with each ejection surface portion 83.
  • a predetermined gap is formed between each incident surface portion 85 and each ejection surface portion 83.
  • the ejection surface 86 is arranged to face the cylindrical incident surface 62 of the first concave cylindrical lens 161 provided as the first optical element 61.
  • the rider device 600 of the sixth embodiment described so far also has the same effect as that of the second embodiment, and by including the first optical element 61 and the second optical element 71 in the optical unit 60, each of the line-shaped throws is performed. It is possible to suppress the increase in size of the optical system while suppressing the expansion of the width of the optical beam PB.
  • the ejection surface portions 83 and the incident surface portions 85 arranged so as to face each other exhibit the effect of leveling the intensity of the beam SB radiated from the individual VCSEL array 21 in the light source arrangement direction ADs.
  • the homogenizer 80 having such an effect, the intensity of the linear floodlight beam PB is less likely to decrease even in the vicinity of both ends. As a result, it becomes possible to enhance the detection capability in the entire measurement area.
  • the first lenticular lens 181 corresponds to the "front stage optical element”
  • the second lenticular lens 184 corresponds to the "rear stage optical element”
  • the rider device 600 corresponds to the "light detection device”. ..
  • a homogenizer 80 substantially the same as the sixth embodiment is combined with a light emitting unit 20 in which a plurality of VCSEL arrays 21 are arranged in the lateral direction.
  • the homogenizer 80 can exert a function of equalizing the intensities in the light source arrangement direction ADs even for each beam SB emitted from each VCSEL array 21.
  • FIG. 17 shows a plurality of modified examples of the VCSEL array 21 of the above embodiment.
  • a large number of VCSEL elements 23 are continuously arranged in a single row in the longitudinal direction of the light emitting region 22a.
  • a large number of VCSEL elements 23 are intermittently arranged in a single row in the longitudinal direction of the light emitting region 22b.
  • a large number of VCSEL elements 23 are continuously arranged in two rows in the longitudinal direction of the light emitting region 22c.
  • a large number of VCSEL elements 23 are intermittently arranged in two rows in the longitudinal direction of the light emitting region 22d.
  • a large number of VCSEL elements 23 are continuously arranged two-dimensionally in the light emitting regions 22e and 22f.
  • the arrangement of the VCSEL elements 23 in the VCSEL array 21 can be appropriately changed.
  • the optical unit 60 of the modification 8 has two first optical elements 61 and one second optical element 71.
  • the optical unit 60 of the modified example 9 has one first optical element 61 and two second optical elements 71. As described above, the number of configurations of the first optical element 61 and the second optical element 71 may be appropriately changed.
  • the first optical element 61 and the second optical element 71 are integrally formed.
  • the optical unit 60 of the modified example 10 is provided with one optical element (lens) that also has the optical functions of the first optical element 61 and the second optical element 71.
  • a cylindrical incident surface 62 and a cylindrical injection surface 73 are formed on this optical element.
  • the tolerance generated between the first optical element 61 and the second optical element 71 can be reduced, and the variation in the position of the combined focal plane FPF can be reduced.
  • the VCSEL element 23 can be accurately arranged on the synthetic focal plane FPF, so that a clear line-shaped projection beam PB can be stably formed.
  • At least one of the cylindrical incident surface 62 and the cylindrical injection surface 73 is formed in an aspherical shape. According to such a lens shape, a clear projected beam PB can be formed by reducing the aberration.
  • the light emitting unit 20 is provided with an edge emitter type laser diode instead of the VCSEL array 21 as a configuration corresponding to the “light emitting unit”.
  • the edge emitter type laser diode laser light parallel to the semiconductor substrate is emitted from the laser emission window formed on the side surface of the semiconductor.
  • the scanning mirror does not swing in a predetermined angle range RA, but rotates 360 degrees in one direction.
  • reflective surfaces are formed on both surfaces of the main body.
  • the scanning mirror may be a mirror that performs two-dimensional scanning such as a polygon mirror.
  • the beam optical axis BLA and the light receiving optical axis RLA are not arranged in parallel. Specifically, in the modified example 14, the distance between the beam optical axis BLA and the light receiving optical axis RLA gradually decreases as it approaches the reflecting surface 36 of the scanning mirror 33. On the other hand, in the modified example 15, the distance between the beam optical axis BLA and the light receiving optical axis RLA gradually increases as it approaches the reflecting surface 36 of the scanning mirror 33.
  • the first optical element 61 and the second optical element 71 of the modification 16 of the above embodiment have power not only in the main scanning surface MS but also in the sub-scanning surface SS.
  • the arithmetic processing unit corresponding to the controller 50 is provided outside the housing of the rider device.
  • the arithmetic processing unit may be provided as an independent in-vehicle ECU, or may be mounted as a functional unit in the driving support ECU or the automatic driving ECU.
  • the function of the controller 50 is mounted on the detection unit 41 of the light receiving unit 40 as a functional unit.
  • the rider device is mounted on a moving body different from the vehicle.
  • the rider device may be mounted on an unmanned and movable delivery robot, a drone, or the like.
  • the rider device is attached to the non-moving body.
  • the rider device may be incorporated in a road infrastructure such as a roadside device to measure an object to be measured such as a vehicle or a pedestrian.
  • the processor and method thereof described in the present disclosure may be realized by a processing unit of a dedicated computer programmed to execute one or more functions embodied by a computer program.
  • the processor and method thereof described in the present disclosure may be realized by a dedicated hardware logic circuit.
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Abstract

ライダ装置（１００）は、発光ユニット（２０）、受光ユニット（４０）及び光学ユニット（６０）を備える光検出装置である。発光ユニット（２０）では、ビーム（ＳＢ）を放射する複数のＶＣＳＥＬ素子が光源配列方向（ＡＤｓ）に配列されている。受光ユニット（４０）は、測定領域からの反射ビーム（ＲＢ）を受光する。光学ユニット（６０）は、第一光学素子（６１）及び第二光学素子（７１）を含み、光源配列方向（ＡＤｓ）に延伸する投光ビーム（ＰＢ）を形成する。第一光学素子（６１）は、光源配列方向（ＡＤｓ）に対し垂直な主走査面（ＭＳ）において、ビーム（ＳＢ）の透過方向に負のパワーを有する。第二光学素子（７１）は、第一光学素子（６１）の後段に位置し、主走査面（ＭＳ）において透過方向に正のパワーを有する。

Description

光検出装置 関連出願の相互参照
　この出願は、２０２０年１１月３日に日本に出願された特許出願第２０２０－１８４０３４号を基礎としており、基礎の出願の内容を、全体的に、参照により援用している。
　この明細書による開示は、光検出装置に関する。
　特許文献１には、複数の発光素子を１次元的に所定の間隔で配列した光源と、複数の発光素子からの光をライン光に変換するラインジェネレータとを備え、ライン光を計測対象に向けて出射する光学装置が記載されている。特許文献１に開示されたラインジェネレータは、凸面を有する平凸シリンドリカルレンズを含んだ構成である。
特開２０２０－３４３１０号公報
　例えば特許文献１のようなライン光を遠方の計測対象へ向けて投光する場合、ライン光の幅の広がりは、スペックルノイズの要因となり得る。故に、ライン光の幅の広がりを抑えるため、ラインジェネレータの焦点距離は、平凸シリンドリカルレンズのレンズ形状の調整により、長く確保されることが望ましい。しかし、焦点距離を長く確保した場合、ラインジェネレータから離れた位置に光源を配置する必要があるため、光学系が大型化する虞があった。
　本開示は、ライン状の投光ビームの幅の広がりを抑えつつ、光学系の大型化を抑制可能な光検出装置の提供を目的とする。
　上記目的を達成するため、開示された一つの態様は、ビームを放射する複数の発光部が特定配列方向に配列される発光ユニットと、発光ユニットから放射されるビームの光路上に位置し、特定配列方向に延伸する投光ビームを形成する光学ユニットと、測定領域に投光された投光ビームの戻り光を受光する受光ユニットと、を備え、光学ユニットは、特定配列方向に対し垂直な特定断面において、ビームの透過方向に負のパワーを有する第一光学素子と、第一光学素子の後段に位置し、特定断面において透過方向に正のパワーを有する第二光学素子と、を含む光検出装置とされる。
　この態様では、発光ユニットの特定配列方向に対し垂直な特定断面において、正のパワーを有する第二光学素子の前段に負のパワーを有する第一光学素子が配置されている。故に、第一光学素子及び第二光学素子の組み合わせによる主面は、特定断面において、第二光学素子よりも後段に定義される。以上により、光学素子群の焦点距離を確保しつつ、発光ユニットを光学ユニットに近づけた配置が実現され得る。その結果、特定配列方向に延伸するライン状の投光ビームの幅の広がりを抑えつつ、光学系の大型化の抑制が可能になる。
　尚、請求の範囲等における括弧内の参照番号は、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。
本開示の第一実施形態によるライダ装置の構成を示す図である。 ＶＣＳＥＬアレイの構成を示す平面図である。 光学ユニットのレンズ構成を示す斜視図である。 主走査面内における光学ユニットの光学作用を説明する図である。 副走査面内における光学ユニットの光学作用を説明する図である。 本開示の第二実施形態によるライダ装置の構成を示す図である。 主走査面における光学ユニットの構造を説明する図である。 副走査面における光学ユニットの構造を説明する図である。 本開示の第三実施形態によるライダ装置の構成を示す図である。 主走査面における光学ユニットの構造を説明する図である。 副走査面における光学ユニットの構造を説明する図である。 本開示の第四実施形態によるライダ装置の構成を示す図である。 本開示の第五実施形態によるライダ装置の構成を示す図である。 本開示の第六実施形態によるライダ装置の構成を示す図である。 ホモジナイザーの光学作用を説明するための図である。 変形例１によるライダ装置の構成を示す図である。 ＶＣＳＥＬアレイの変形例２～７を示す図である。
　以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、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わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。
　（第一実施形態）
　図１～図５に示す本開示の第一実施形態によるライダ（ＬｉＤＡＲ，Light Detection and Ranging/Laser Imaging Detection and Ranging）装置１００は、光検出装置として機能する。ライダ装置１００は、移動体としての車両に搭載されている。ライダ装置１００は、例えば車両の前方部、左右の側方部、後方部又はルーフ等に配置されている。ライダ装置１００は、装置外部となる車両の所定の周辺領域（以下、測定領域）を、投光ビームＰＢによって走査する。ライダ装置１００は、測定領域に照射した投光ビームＰＢが測定対象物に反射されることによる戻り光（以下、反射ビームＲＢ）を検出する。投光ビームＰＢには、通常、外界の人間から視認困難な近赤外域の光が用いられる。
　ライダ装置１００は、反射ビームＲＢの検出により、測定対象物を測定可能である。測定対象物の測定は、例えば測定対象物が存在する方向（相対方向）の測定、ライダ装置１００から測定対象物までの距離（相対距離）の測定等である。車両に適用されるライダ装置１００において、代表的な測定対象物は、歩行者、サイクリスト、人間以外の動物、及び他車両等の移動物体、或いはガードレール、道路標識、道路脇の構造物、道路上の落下物等の静止物体となる。
　尚、車載されたライダ装置１００において、前後、上下、左右が示す各方向は、特に断り書きが無い限り、水平面上に静止する車両を基準として定義される。また、水平方向は水平面に対する接線方向を示し、鉛直方向は水平面に対する垂直方向を示す。
　ライダ装置１００は、発光ユニット２０、走査ユニット３０、受光ユニット４０、コントローラ５０及び光学ユニット６０と、これらの構成を収容する筐体とを備えている。
　筐体は、ライダ装置１００の外殻を形成している。筐体は、遮光容器及びカバーパネル等によって構成されている。遮光容器は、遮光性を有する合成樹脂又は金属等により形成され、全体として略直方体の箱状を呈している。遮光容器には、収容室と及び光学窓が形成されている。収容室には、ライダ装置１００の主要な光学構成が収容されている。光学窓は、投光ビームＰＢ及び反射ビームＲＢの両方を収容室と測定領域との間で往復させる矩形形状の開口である。カバーパネルは、例えば合成樹脂又はガラス等の透光性材料によって形成された蓋体である。カバーパネルには、投光ビームＰＢ及び反射ビームＲＢを透過させる透過部が形成されている。カバーパネルは、遮光容器の光学窓を透過部によって塞ぐように配置された状態で、遮光容器に組み付けられている。筐体は、光学窓の長手方向を車両の水平方向に沿わせた姿勢で、車両に保持されている。
　発光ユニット２０は、複数のＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）アレイ２１、及び各ＶＣＳＥＬアレイ２１を保護するカバーガラス２７（図４及び図５参照）を有している。ＶＣＳＥＬアレイ２１は、全体として長手矩形の板状に形成されている。各ＶＣＳＥＬアレイ２１の片側の板面には、長手形状の発光領域２２が形成されている。各ＶＣＳＥＬアレイ２１は、各発光領域２２を実質的に同一の方向へ向けた姿勢で、発光ユニット２０のメイン基板上に実装されている。各ＶＣＳＥＬアレイ２１は、互いに間隔を開けて、一列に配列されている。複数のＶＣＳＥＬアレイ２１が並ぶ特定方向が、光源配列方向ＡＤｓとなる。各ＶＣＳＥＬアレイ２１は、発光領域２２の長手方向を光源配列方向ＡＤｓに沿わせた向きで、メイン基板上に保持されている。発光ユニット２０は、各発光領域２２を光学ユニット６０及び走査ユニット３０へ向けた姿勢で、光学ユニット６０の鏡筒又は遮光容器等の構成に保持されている。
　ＶＣＳＥＬアレイ２１の発光領域２２には、レーザダイオードである多数（複数）のＶＣＳＥＬ素子２３が形成されている（図２参照）。ＶＣＳＥＬ素子２３は、レーザを発振するための共振器を有している。共振器は、Ｐ型半導体層、Ｎ型半導体層、これらの層間に設けられた活性層、及び活性層を挟むように配置された一対の反射鏡等を含む構成である。反射鏡には、半導体又は誘電体を積層させてなるＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）が用いられている。ＶＣＳＥＬ素子２３は、各半導体層への電圧の印加により活性層内で生じた光を誘導放出によって増幅し、さらに一対の反射鏡での繰り返し反射によって位相の揃ったコヒーレントなレーザ光を生じさせる。ＶＣＳＥＬ素子２３は、円形状の頂面にレーザ放射面２４を形成しており、素子の基板面に対して垂直方向に、レーザ放射面２４からレーザを放射する。
　多数のＶＣＳＥＬ素子２３は、互いに間隔を開けた配置で、発光領域２２内に２次元配列されている。各ＶＣＳＥＬ素子２３は、発光領域２２の法線方向（図２　Ｚ方向参照）にレーザ放射面２４を向けた姿勢で、発光領域２２内に規則的に配列されている。各ＶＣＳＥＬ素子２３は、コントローラ５０と電気的に接続されており、コントローラ５０からの電気信号に応じた発光タイミングにて、近赤外域のレーザ光をビームＳＢとして放射する。各ＶＣＳＥＬ素子２３から放射される多数のビームＳＢの集合体が、上述の投光ビームＰＢとなる。
　発光ユニット２０には、多数のＶＣＳＥＬ素子２３が配列されてなるＶＣＳＥＬアレイ２１を単列配列した上述の構成により、光源配列方向ＡＤｓに沿って延伸するライン状のレーザ発振開口２５が擬似的に形成される。このレーザ発振開口２５の中心における法線が、発光ユニット２０におけるビームＳＢの光軸（以下、ビーム光軸ＢＬＡ）となる。レーザ発振開口２５の光源配列方向ＡＤｓにおける寸法（長手寸法）は、光源配列方向ＡＤｓに対し垂直な幅方向の寸法（幅寸法）に対し顕著に大きく規定され、例えば幅寸法の１００倍以上とされる。尚、複数のＶＣＳＥＬアレイ２１の間には、例えば冷却性及び製造性の確保等のために、所定の隙間が確保されている。その結果、アレイ間の隙間に起因した未発光部２５ｘ（図１参照）が、レーザ発振開口２５には不可避的に生じる。
　走査ユニット３０は、各ＶＣＳＥＬ素子２３から放射されるビームＳＢを走査し、投光ビームＰＢとして測定領域に投光する。加えて走査ユニット３０は、測定領域にて反射された反射ビームＲＢを受光ユニット４０に入射させる。走査ユニット３０は、駆動モータ３１及び走査ミラー３３等を含む構成である。
　駆動モータ３１は、例えばボイスコイルモータ、ブラシ付きＤＣモータ、又はステッピングモータ等である。駆動モータ３１は、走査ミラー３３と機械的に結合された軸部３２を有する。軸部３２は、光源配列方向ＡＤｓに沿った姿勢で配置され、走査ミラー３３の回動軸ＡＳを規定する。回動軸ＡＳは、光源配列方向ＡＤｓと実質的に平行である。駆動モータ３１は、コントローラ５０からの電気信号に応じた回転量及び回転速度にて、軸部３２を駆動する。
　走査ミラー３３は、軸部３２に規定された回動軸ＡＳを回動中心とし、回動軸ＡＳまわりに往復回動することで、有限の角度範囲ＲＡ内で揺動運動する。走査ミラー３３の角度範囲ＲＡは、機械的なストッパ、電磁気的なストッパ、又は駆動の制御等によって設定可能である。角度範囲ＲＡは、投光ビームＰＢが筐体の光学窓から外れないように制限される。
　走査ミラー３３は、本体部３５及び反射面３６を有している。本体部３５は、例えばガラス及び合成樹脂等により平板状に形成されている。本体部３５は、駆動モータ３１の軸部３２と、金属等によって形成された機械部品を用いて結合されている。反射面３６は、本体部３５の片側の表面に、アルミニウム、銀及び金等の金属膜を蒸着し、その蒸着面上に二酸化ケイ素等の保護膜をさらに形成することでなる鏡面である。反射面３６は、平滑な矩形平面状に形成されている。反射面３６は、長手方向を回動軸ＡＳに沿わせた姿勢で設けられている。その結果、反射面３６の長手方向は、光源配列方向ＡＤｓと実質的に一致している。
　走査ミラー３３は、投光ビームＰＢ及び反射ビームＲＢに対して共通に設けられている。即ち、走査ミラー３３は、反射面３６の一部を、投光ビームＰＢの投光に用いる投光反射部３７とし、反射面３６の他の一部を、反射ビームＲＢの受光に用いる受光反射部３８としている。投光反射部３７及び受光反射部３８は、反射面３６において、互いに離れた領域として規定されてもよく、少なくとも一部が重なる領域として規定されてもよい。
　走査ミラー３３は、反射面３６の向きの変化に応じて、投光ビームＰＢの偏向方向を変化させる。走査ミラー３３は、駆動モータ３１の回動による投光ビームＰＢの移動により、時間的及び空間的に測定領域を走査する。こうした走査ミラー３３の走査は、回動軸ＡＳまわりのみの走査となり、光源配列方向ＡＤｓへの走査が省かれた１次元的な走査となる。
　以上の構成により、回動軸ＡＳと実質的に直交する平面が、走査ミラー３３の主走査面ＭＳとなる。一方、発光ユニット２０から走査ユニット３０に入射するビームＳＢのビーム光軸ＢＬＡと、回動軸ＡＳとの両方に沿う（実質的に平行な）平面が、走査ミラー３３の副走査面ＳＳとなる。主走査面ＭＳ及び副走査面ＳＳは、互いに直交する平面である。光源配列方向ＡＤｓは、副走査面ＳＳに対し実質的に平行な方向であり、主走査面ＭＳに対し実質的に垂直な方向となる。走査ミラー３３の走査は、光源配列方向ＡＤｓに沿って細長く伸びたライン状の投光ビームＰＢの照射範囲を、主走査面ＭＳに沿って往復移動させる走査となる。
　ここで、ライダ装置１００の車載状態において、光源配列方向ＡＤｓ、回動軸ＡＳ及び副走査面ＳＳは、鉛直方向に沿った姿勢となる。一方、ビーム光軸ＢＬＡ及び主走査面ＭＳは、水平方向に沿った姿勢となる。以上により、測定範囲に照射される投光ビームＰＢの形状は、鉛直方向に細長く伸びたライン状となり、ライダ装置１００の垂直画角を決定する。一方、走査ミラー３３の走査における有限の角度範囲ＲＡは、投光ビームＰＢの照射範囲を規定するため、ライダ装置１００における水平画角を決定する。
　受光ユニット４０は、測定領域に投光された投光ビームＰＢの戻り光である反射ビームＲＢを受光する。反射ビームＲＢは、筐体の光学窓を透過した投光ビームＰＢが測定領域に存在する測定対象物によって反射され、再び光学窓を透過して、走査ミラー３３へ入射したレーザ光である。走査ミラー３３の回動速度に対して、投光ビームＰＢ及び反射ビームＲＢの速度が十分に大きいため、投光ビームＰＢと反射ビームＲＢとの位相ずれは、無視可能な程度に僅かとなる。故に、反射ビームＲＢは、投光ビームＰＢと略同じ反射角にて反射面３６で反射され、投光ビームＰＢと逆方向に受光ユニット４０へ導光される。
　受光ユニット４０は、検出部４１及び受光レンズ４４等を含む構成である。検出部４１には、検出面４２及びデコーダが設けられている。検出面４２は、多数の受光素子によって形成されている。多数の受光素子は、高度に集積化された状態でアレイ状に配列され、長手矩形状の素子アレイを検出面４２に形成している。検出面４２の長手方向は、レーザ発振開口２５の長手方向である光源配列方向ＡＤｓに沿っており、光源配列方向ＡＤｓと実質的に平行である。以上の構成により、検出面４２は、光源配列方向ＡＤｓに沿ったライン状を呈する反射ビームＲＢを、検出面４２にて効率的に受光可能となる。
　受光素子には、一例として、シングルフォトンアバランシェフォトダイオード（Single Photon Avalanche Diode，以下、ＳＰＡＤ）が採用される。ＳＰＡＤは、１つ以上の光子が入射すると、アバランシェ倍増による電子倍増動作により、１つの電気パルスを生成する。ＳＰＡＤは、ＡＤ変換回路を介さずに、デジタル信号である電気パルスを出力でき、検出面４２に集光された反射ビームＲＢの検出結果の高速読み出しを実現する。尚、ＳＰＡＤとは異なる素子が受光素子として採用可能である。例えば、通常のアバランシェフォトダイオード、及び他のフォトダイオード等が受光素子に採用可能である。
　デコーダは、受光素子によって生成された電気パルスを外部に出力する電気回路部である。デコーダは、電気パルスを取り出す対象素子を、多数の受光素子の中から順次選択していく。デコーダは、選択した受光素子の電気パルスを、コントローラ５０に出力する。全ての受光素子からの出力が終了すると、１回のサンプリングが終了する。
　受光レンズ４４は、走査ミラー３３から検出部４１へ向かう反射ビームＲＢの光路上に位置する光学素子である。受光レンズ４４は、受光光軸ＲＬＡを形成する。受光光軸ＲＬＡは、受光レンズ４４の各屈折面の曲率中心を通る仮想的な光線に沿った軸として定義される。受光光軸ＲＬＡは、ビーム光軸ＢＬＡと実質的に平行である。受光レンズ４４は、反射ビームＲＢを集光し、検出面４２上に合焦させる。受光レンズ４４は、走査ミラー３３の向きに関わらず、反射面３６にて反射された反射ビームＲＢを、検出面４２上に集光する。
　コントローラ５０は、測定領域の光検出を制御する。コントローラ５０は、プロセッサ、ＲＡＭ、記憶部、入出力インターフェース、及びこれらを接続するバス等を含む制御回路部と、ＶＣＳＥＬ素子２３及び駆動モータ３１を駆動する駆動回路部とを含んでいる。制御回路部は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）をプロセッサとして含むマイクロコントローラを主体とした構成である。制御回路部は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等を主体とした構成であってもよい。
　コントローラ５０は、各ＶＣＳＥＬ素子２３、駆動モータ３１及び検出部４１に電気的に接続されている。コントローラ５０は、発光制御部５１、走査制御部５２及び測定演算部５３等の機能部を備える。各機能部は、プログラムに基づいてソフトウェア的に構築される構成であってもよく、又はハードウェア的に構築された構成であってもよい。
　発光制御部５１は、走査ミラー３３によるビーム走査と連携した発光タイミングにて、各ＶＣＳＥＬ素子２３からビームＳＢが放射されるように、各ＶＣＳＥＬ素子２３へ向けて駆動信号を出力する。発光制御部５１は、各ＶＣＳＥＬ素子２３からビームＳＢを短パルス状に発振させる。発光制御部５１は、複数のＶＣＳＥＬ素子２３によるビームＳＢの発振を実質的に同時となるように制御してもよく、僅かな時間差を設けて各ＶＣＳＥＬ素子２３を順次発振させてもよい。
　走査制御部５２は、ＶＣＳＥＬ素子２３によるビーム発振と連携したビーム走査が実現されるように、駆動モータ３１へ向けて駆動信号を出力する。
　測定演算部５３は、検出部４１から入力された電気パルスを演算処理し、測定領域における測定対象物の有無を判定する。加えて測定演算部５３は、存在を把握した測定対象物までの距離を測定する。測定演算部５３は、各サンプリングにおいて、投光ビームＰＢの投光後に検出部４１の各受光素子から出力された電気パルス数をカウントする。測定演算部５３は、サンプリング毎の電気パルス数を記録したヒストグラムを生成する。ヒストグラムの階級は、ビームＳＢの放射時刻から反射ビームＲＢの検出時刻までの光の飛行時間（Time Of Flight，以下、ＴＯＦ）を示している。尚、検出部４１のサンプリング周波数がＴＯＦ測定での時間分解能に相当する。
　光学ユニット６０は、発光ユニット２０から走査ユニット３０へ向かうビームＳＢの光路上に位置する光学素子群を含んでいる。光学ユニット６０は、各ＶＣＳＥＬ素子２３から放射されたビームＳＢ群の形状を調整し、整形したビームＳＢ群を反射面３６に入射させる。光学ユニット６０は、複数（２つ）の第一光学素子６１、複数（２つ）の第二光学素子７１及びビーム整形レンズ８７等を含む構成である（図３参照）。第一光学素子６１、第二光学素子７１及びビーム整形レンズ８７は、例えば合成石英ガラス又は合成樹脂等の光学特性に優れた透光性材料によって形成されている。第一光学素子６１、第二光学素子７１及びビーム整形レンズ８７は、鏡筒に収容され、相対的な位置関係を厳密に規定されている。
　ここで、光学ユニット６０の詳細構成を説明するため、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義する。Ｘ軸は、走査ユニット３０の副走査面ＳＳと実質的に直交し、走査ユニット３０の主走査面ＭＳと実質的に平行である。Ｘ軸は、レーザ光のファースト軸（速軸）に相当する。Ｙ軸は、光源配列方向ＡＤｓ及び回動軸ＡＳと実質的に平行である。Ｙ軸は、レーザ光のスロー軸（遅軸）に相当する。Ｚ軸は、レーザ発振開口２５から走査ミラー３３へ向かうビーム光軸ＢＬＡと実質的に平行である。Ｚ方向は、光学ユニット６０を透過するビームＳＢの透過方向であり、Ｚ軸に沿って発光ユニット２０から走査ユニット３０へ向かう方向である。以上により、光学ユニット６０のＺ－Ｘ平面は、走査ユニット３０の主走査面ＭＳと一致する（図４参照）。また、光学ユニット６０のＹ－Ｚ平面は、走査ユニット３０の副走査面ＳＳと一致する（図５参照）。
　第一光学素子６１は、光源配列方向ＡＤｓに対し垂直となる主走査面ＭＳにおいて、ビームＳＢの透過方向（Ｚ方向）に負のパワーを有する光学素子である。第一実施形態では、第一凹シリンドリカルレンズ１６１及び第二凹シリンドリカルレンズ１６６が、それぞれ第一光学素子６１として、２つの第二光学素子７１の前段に設けられている。
　第一凹シリンドリカルレンズ１６１は、シリンドリカル入射面６２及び射出平面６３を有している。シリンドリカル入射面６２は、半円筒面状に形成されたレンズ面であり、入射側に凹湾曲している。シリンドリカル入射面６２は、光源配列方向ＡＤｓ（Ｙ軸）に軸方向（母線）を沿わせた姿勢、言い替えれば、パワー方向（母線に垂直な方向）をＸ軸に沿わせた姿勢で、発光ユニット２０のレーザ発振開口２５と対向配置されている。シリンドリカル入射面６２は、主走査面ＭＳ内においてのみ曲率を有している。射出平面６３は、平滑な平面状のレンズ面であり、ビーム光軸ＢＬＡに対して実質的に直交している。
　第二凹シリンドリカルレンズ１６６は、シリンドリカル入射面６７と、射出平面６８とを有している。シリンドリカル入射面６７は、部分円筒面状に形成されたレンズ面であり、入射側に凹湾曲している。シリンドリカル入射面６７の曲率は、シリンドリカル入射面６２の曲率よりも小さくされている。シリンドリカル入射面６７は、第一凹シリンドリカルレンズ１６１の後段にて、射出平面６３と対向配置されている。シリンドリカル入射面６７は、光源配列方向ＡＤｓ（Ｙ軸）に軸方向（母線）を沿わせた姿勢、言い替えれば、パワー方向（母線に垂直な方向）をＸ軸に沿わせた姿勢で配置されている。シリンドリカル入射面６７も、シリンドリカル入射面６２と同様に、主走査面ＭＳ内においてのみ曲率を有する。射出平面６８は、平滑な平面状のレンズ面であり、ビーム光軸ＢＬＡに対して実質的に直交している。
　以上の各凹シリンドリカルレンズ１６１，１６６は、シリンドリカル入射面６２，６７及び射出平面６３，６８の各光学中心をビーム光軸ＢＬＡが通過するように、ビームＳＢの光路上に配置されている。シリンドリカル入射面６２，６７及び射出平面６３，６８の各光学中心での法線、即ち、各凹シリンドリカルレンズ１６１，１６６のレンズ光軸は、ビーム光軸ＢＬＡと実質的に一致している。各凹シリンドリカルレンズ１６１，１６６は、ビームＳＢの透過方向において、互いに離間した配置とされている。そのため、シリンドリカル入射面６７は、射出平面６３と接しておらず、射出平面６３から離れて位置している。
　各凹シリンドリカルレンズ１６１，１６６は、シリンドリカル入射面６２，６７及び射出平面６３，６８によるビームＳＢの屈折作用により、実質的に主走査面ＭＳ内においてのみビームＳＢを広げる（図４参照）。ビームＳＢは、第一凹シリンドリカルレンズ１６１及び第二凹シリンドリカルレンズ１６６の各レンズ面にて、ビーム光軸ＢＬＡから離れる方向に段階的に偏向される。一方で、各凹シリンドリカルレンズ１６１，１６６は、副走査面ＳＳ内ではビームＳＢを広げる光学作用を実質的に発揮しない。
　第二光学素子７１は、主走査面ＭＳにおいてビームＳＢの透過方向（Ｚ方向）に正のパワーを有する光学素子である。第二光学素子７１の正のパワーは、第一光学素子６１及び第二光学素子７１の合成パワーが正となるように、第一光学素子６１の負のパワーよりも大きくされている。第一実施形態では、第一凸シリンドリカルレンズ１７１及び第二凸シリンドリカルレンズ１７６が、それぞれ第二光学素子７１として、２つの第一光学素子６１の後段に設けられている。
　第一凸シリンドリカルレンズ１７１は、入射平面７２及びシリンドリカル射出面７３を有している。入射平面７２は、平滑な平面状のレンズ面であり、第二凹シリンドリカルレンズ１６６の後段にて、射出平面６８と対向配置されている。入射平面７２は、射出平面６８と接している。入射平面７２は、ＵＶ硬化型の接着剤等によって射出平面６８と接合されていてもよい。シリンドリカル射出面７３は、部分円筒面状に形成されたレンズ面であり、射出側に凸湾曲している。シリンドリカル射出面７３は、光源配列方向ＡＤｓ（Ｙ軸）に軸方向を沿わせた姿勢、言い替えれば、パワー方向（母線に垂直な方向）をＸ軸に沿わせた姿勢で、第二凸シリンドリカルレンズ１７６と対向配置されている。シリンドリカル射出面７３は、主走査面ＭＳ内においてのみ曲率を有する。
　第二凸シリンドリカルレンズ１７６は、入射平面７７及びシリンドリカル射出面７８を有している。入射平面７７は、平滑な平面状のレンズ面であり、第一凸シリンドリカルレンズ１７１の後段にて、シリンドリカル射出面７３と対向配置されている。入射平面７７は、シリンドリカル射出面７３と接している。シリンドリカル射出面７８は、部分円筒面状に形成されたレンズ面であり、射出側に凸湾曲している。シリンドリカル射出面７８の曲率は、シリンドリカル射出面７３の曲率よりも大きくされている。シリンドリカル射出面７８は、光源配列方向ＡＤｓ（Ｙ軸）に軸方向（母線）を沿わせた姿勢、言い替えれば、パワー方向（母線に垂直な方向）をＸ軸に沿わせた姿勢で、ビーム整形レンズ８７と対向配置されている。シリンドリカル射出面７８は、主走査面ＭＳ内においてのみ曲率を有する。
　以上の各凸シリンドリカルレンズ１７１，１７６は、入射平面７２，７７及びシリンドリカル射出面７３，７８の各光学中心をビーム光軸ＢＬＡが通過するように、ビームＳＢの光路上に配置されている。入射平面７２，７７及びシリンドリカル射出面７３，７８の各光学中心での法線、即ち、各凸シリンドリカルレンズ１７１，１７６のレンズ光軸は、ビーム光軸ＢＬＡと実質的に一致している。
　各凸シリンドリカルレンズ１７１，１７６は、入射平面７２，７７及びシリンドリカル射出面７３，７８によるビームＳＢの屈折作用により、実質的に主走査面ＭＳ内においてのみビームＳＢを集める（図４参照）。ビームＳＢは、第一凸シリンドリカルレンズ１７１及び第二凸シリンドリカルレンズ１７６の各レンズ面にて、ビーム光軸ＢＬＡに近づく方向に段階的に偏向される。一方で、各凸シリンドリカルレンズ１７１，１７６は、副走査面ＳＳ内ではビームＳＢを集める光学作用を実質的に発揮しない。
　ビーム整形レンズ８７は、第二光学素子７１の後段に位置する。ビーム整形レンズ８７は、副走査面ＳＳにおいて、透過方向（Ｚ方向）に負のパワーを有する。ビーム整形レンズ８７には、平凹シリンドリカルレンズ１８７が採用されている。
　平凹シリンドリカルレンズ１８７は、非点収差の光学作用を有する光学素子である。平凹シリンドリカルレンズ１８７は、入射平面８８及びシリンドリカル射出面８９を有している。入射平面８８は、平滑な平面状であり、ビーム光軸ＢＬＡに対して実質的に直交している。入射平面８８は、第二凸シリンドリカルレンズ１７６の後段にて、シリンドリカル射出面７８と対向配置されている。入射平面８８は、シリンドリカル射出面７８と接している。シリンドリカル射出面８９は、部分円筒面状に形成されたレンズ面である。シリンドリカル射出面８９は、軸方向（母線）をＸ軸に沿わせた姿勢、言い替えれば、パワー方向（母線に垂直な方向）をＹ軸に沿わせた姿勢で配置される。シリンドリカル射出面８９は、射出側であるＺ方向に凹湾曲した形状となっている（図３及び図５参照）。
　平凹シリンドリカルレンズ１８７は、負のパワーを有するレンズ断面が副走査面ＳＳに対して平行となるような姿勢で配置されている。平凹シリンドリカルレンズ１８７は、入射平面８８及びシリンドリカル射出面８９の各光学中心をビーム光軸ＢＬＡが通過するように、ビームＳＢの光路上に配置されている。平凹シリンドリカルレンズ１８７は、入射平面８８及びシリンドリカル射出面８９によるビームＳＢの屈折作用により、副走査面ＳＳ内においてビームＳＢを光源配列方向ＡＤｓに沿って引き伸ばす（図５参照）。一方で、平凹シリンドリカルレンズ１８７は、主走査面ＭＳ内ではビームＳＢを偏向する光学作用を実質的に発揮しない（図４参照）。
　以上の光学ユニット６０の光学素子群による光学的な作用の詳細を、さらに説明する。
　副走査面ＳＳ（Ｙ－Ｚ平面，図５参照）内において、光学ユニット６０の光学素子群による合成焦点面ＦＰＢは、ビーム整形レンズ８７の後段に規定される。各第一光学素子６１及び各第二光学素子７１は、副走査面ＳＳ内のパワーを有しないシリンドリカルレンズであるため、合成焦点面ＦＰＢの位置は、主にシリンドリカル射出面８９の曲率によって決定される。このシリンドリカル射出面８９の負のパワーによれば、光学ユニット６０を透過するビームＳＢは、上述したように、光源配列方向ＡＤｓに沿って引き伸ばされる。故に、各ＶＣＳＥＬアレイ２１の間に未発光部２５ｘが存在していても、合成焦点面ＦＰＢよりも後段では、光学ユニット６０を透過したビームＳＢが互いに重ね合わさることにより、連続的なライン状の投光ビームＰＢが形成される。
　一方、主走査面ＭＳ（Ｚ－Ｘ平面，図４参照）内において、光学ユニット６０の光学素子群による合成焦点面ＦＰＦは、第一凹シリンドリカルレンズ１６１の前段に規定される。ビーム整形レンズ８７は、主走査面ＭＳにおけるパワーを有していないため、合成焦点面ＦＰＦの位置は、第一光学素子６１及び第二光学素子７１の各シリンドリカル面の曲率によって決定される。各ＶＣＳＥＬアレイ２１は、合成焦点面ＦＰＦと交差する位置に配置される。その結果、第一光学素子６１及び第二光学素子７１は、コリメータとして機能し、ＶＣＳＥＬアレイ２１から放射されるビームＳＢは、所定の倍率に拡大されたうえで、ビーム光軸ＢＬＡに沿った平行光となって光学ユニット６０から射出される。以上のように、光学ユニット６０は、ライン状のビームＳＢの線幅の広がりを抑えて、所定のビーム幅を維持可能なライン状の投光ビームＰＢを形成できる。
　ここまで説明した第一実施形態では、光源配列方向ＡＤｓに対し垂直な主走査面ＭＳにおいて正のパワーを有する第二光学素子７１の前段に、負のパワーを有する第一光学素子６１が配置されている。故に、第一光学素子６１及び第二光学素子７１の組み合わせによる主面は、主走査面ＭＳにおいて、第二光学素子７１よりも後段に定義される。以上により、主走査面ＭＳにおける合成焦点面ＦＰＦから主面まので距離、即ち、光学ユニット６０の焦点距離を確保しつつ、発光ユニット２０を光学ユニット６０に近づけた配置が実現され得る。その結果、光源配列方向ＡＤｓに延伸するライン状の投光ビームＰＢの幅の広がりを抑えつつ、発光ユニット２０及び光学ユニット６０を含む光学系の大型化の抑制が可能になる。そして、投光ビームＰＢの幅の広がりを抑えられれば、投光ビームＰＢに生じるスペックルノイズの低減も可能になる。
　加えて第一実施形態では、第一光学素子６１及び第二光学素子７１がそれぞれ複数設けられている。さらに、複数の第二光学素子７１の前段に、複数の第一光学素子６１が位置している。以上のように、複数の光学素子を組み合わせる光学構成によれば、個々のレンズ面で生じさせる屈折を小さくできる。その結果、屈折に伴う収差が低減され得るため、鮮明なライン状の投光ビームＰＢが形成可能になる。
　また第一実施形態では、第一光学素子６１として設けられた第二凹シリンドリカルレンズ１６６の射出平面６８が、第二光学素子７１として設けられた第一凸シリンドリカルレンズ１７１の入射平面７２と接している。こうした接合構成によれば、第一光学素子６１及び第二光学素子７１間に生じる公差の低減が可能になり、合成焦点面ＦＰＦの位置のばらつきも低減され得る。以上によれば、合成焦点面ＦＰＦにＶＣＳＥＬ素子２３を精度良く配置できるため、鮮明なライン状の投光ビームＰＢが安定的に形成可能になる。
　さらに第一実施形態の光学ユニット６０は、入射側に凹湾曲したシリンドリカル入射面６２，６７を有する各凹シリンドリカルレンズ１６１，１６６を、第一光学素子６１として含む。加えて光学ユニット６０は、射出側に凸湾曲したシリンドリカル射出面７３，７８を有する各凸シリンドリカルレンズ１７１，１７６を、第二光学素子７１として含む。以上のように、製造性の高いシリンドリカルを各光学素子として用いることで、光学ユニット６０の提供を容易にしつつ、主走査面ＭＳ内にて投光ビームＰＢの広がりを抑える効果も確実に獲得可能になる。
　加えて第一実施形態の発光ユニット２０は、レーザ放射面２４を透過方向に向けたＶＣＳＥＬ素子２３が、光源配列方向ＡＤｓを長手とする長手形状の発光領域２２に２次元配列されてなるＶＣＳＥＬアレイ２１を有する。こうしたＶＣＳＥＬアレイ２１の採用によれば、多数のＶＣＳＥＬ素子２３を発光ユニット２０に高密度に配置できるため、投光ビームＰＢの高出力化が可能になる。
　さらに、レーザ発振開口２５の短手方向の幅がＶＣＳＥＬ素子２３の２次元配列によって広がっても、光学ユニット６０の光学作用によれば、投光ビームＰＢの幅の広がりは抑制され得る。以上によれば、上述の光学ユニット６０をＶＣＳＥＬアレイ２１と組み合わせた構成は、レーザの干渉に起因したスペックルノイズの増加を回避しつつ、投光ビームＰＢを高出力にできる。したがって、ライダ装置１００の検出能力の向上が実現される。
　また第一実施形態の走査ユニット３０は、光源配列方向ＡＤｓに沿う回動軸ＡＳまわりに回動する走査ミラー３３を有している。このように、光源配列方向ＡＤｓと回動軸ＡＳとが実質的に平行であれば、ライダ装置１００は、幅方向の広がりが抑制されたライン状の投光ビームＰＢを、当該幅方向に往復移動させる走査を実施する。以上のように、投光ビームＰＢがシャープに整形されれば、ライダ装置１００の検出精度が向上可能になる。
　尚、第一実施形態では、ＶＣＳＥＬアレイ２１が「発光素子アレイ」に相当し、ＶＣＳＥＬ素子２３が「発光部」及び「面発光レーザ素子」相当し、レーザ放射面２４が「放射面」に相当し、走査ミラー３３が「回動ミラー」に相当する。また、シリンドリカル入射面６２，６７が「凹状入射面」に相当し、射出平面６８が「前段射出面」に相当し、入射平面７２が「後段入射面」に相当し、シリンドリカル射出面７３，７８が「凸状射出面」に相当する。さらに、第一凹シリンドリカルレンズ１６１及び第二凹シリンドリカルレンズ１６６が「凹シリンドリカルレンズ」に相当し、第一凸シリンドリカルレンズ１７１及び第二凸シリンドリカルレンズ１７６が「凸シリンドリカルレンズ」に相当する。そして、光源配列方向ＡＤｓが「特定配列方向」に相当し、主走査面ＭＳが「特定断面」に相当し、副走査面ＳＳが「直交断面」に相当し、Ｚ方向が「（ビームＳＢの）透過方向」に相当する。さらに、反射ビームＲＢが「戻り光」に相当し、ライダ装置１００が「光検出装置」に相当する。
　（第二実施形態）
　図６～図８に示す本開示の第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態の光学ユニット６０には、第一光学素子６１及び第二光学素子７１がそれぞれ１つずつ設けられている。具体的に、第二実施形態の光学ユニット６０には、第一光学素子６１及び第二光学素子７１として、凹シリンドリカルレンズ２６１及び凸シリンドリカルレンズ２７１が設けられている。
　凹シリンドリカルレンズ２６１は、第一実施形態の第一凹シリンドリカルレンズ１６１（図１参照）に相当する構成であり、シリンドリカル入射面６２及び射出平面６３を有している。シリンドリカル入射面６２は、入射側に凹湾曲した部分円筒面状のレンズ面である。シリンドリカル入射面６２は、レーザ発振開口２５と対向配置されている。射出平面６３は、平滑な平面状のレンズ面であり、凸シリンドリカルレンズ２７１と対向配置されている。凹シリンドリカルレンズ２６１は、シリンドリカル入射面６２及び射出平面６３によるビームＳＢの屈折作用により、実質的に主走査面ＭＳ内においてのみビームＳＢを広げる（図７参照）。一方で、凹シリンドリカルレンズ２６１は、副走査面ＳＳ内ではビームＳＢを広げる光学作用を実質的に発揮しない。
　凸シリンドリカルレンズ２７１は、第一実施形態の第一凸シリンドリカルレンズ１７１（図１参照）に相当する構成であり、入射平面７２及びシリンドリカル射出面７３を有している。入射平面７２は、平滑な平面状のレンズ面であり、射出平面６３と間隔を開けて対向配置されている。入射平面７２は、射出平面６３と接しておらず、射出平面６３から離れて位置している。シリンドリカル射出面７３は、射出側に凸湾曲した部分円筒面状のレンズ面である。シリンドリカル射出面７３は、平凹シリンドリカルレンズ１８７の入射平面８８と対向配置されている。凸シリンドリカルレンズ２７１は、入射平面７２及びシリンドリカル射出面７３によるビームＳＢの屈折作用により、実質的に主走査面ＭＳ内においてのみビームＳＢを集める（図７参照）。一方で、凸シリンドリカルレンズ２７１は、副走査面ＳＳ内ではビームＳＢを集める光学作用を実質的に発揮しない。
　ここまで説明した第二実施形態のライダ装置２００でも、第一実施形態と同様の効果を奏し、光学ユニット６０の焦点距離を確保しつつ、発光ユニット２０を光学ユニット６０に近づけた配置が実現され得る。したがって、光源配列方向ＡＤｓに延伸するライン状の投光ビームＰＢの幅の広がりを抑えつつ、光学系の大型化の抑制が可能になる。
　加えて第二実施形態では、第一光学素子６１の射出平面６３が、第二光学素子７１の入射平面７２から離れている。こうしたレンズ配置によれば、主走査面ＭＳ内における主面の位置を第二光学素子７１の後段側に遠ざけることができる。その結果、主走査面ＭＳ内での焦点距離を確保しつつ、いっそうの小型化が実現可能になる。尚、第二実施形態では、射出平面６３が「前段射出面」に相当し、入射平面７２が「後段入射面」に相当し、ライダ装置２００が「光検出装置」に相当する。
　（第三実施形態）
　図９～図１１に示す本開示の第三実施形態は、第二実施形態の変形例である。第三実施形態の光学ユニット６０には、ビーム整形レンズ８７として、レンチキュラーレンズ３８７が採用されている。レンチキュラーレンズ３８７は、合成石英ガラス又は樹脂等の透光性材料によって形成されている。レンチキュラーレンズ３８７は、微小な平凸レンズ部３８７ａを多数含んでいる。レンチキュラーレンズ３８７は、多数の平凸レンズ部３８７ａを連続的に配列してなる光学素子である。
　各平凸レンズ部３８７ａは、Ｘ軸に沿って線状に延伸している（図１０参照）。各平凸レンズ部３８７ａは、光源配列方向ＡＤｓ（Ｙ軸）に沿って連続的に配列されている（図１１参照）。各平凸レンズ部３８７ａは、微小入射面３８８及び微小射出面３８９をそれぞれ有している。微小入射面３８８は、平滑な平面状に形成されている。複数の平凸レンズ部３８７ａの各微小入射面３８８は、光源配列方向ＡＤｓに連続的に段差なく並んでおり、レンチキュラーレンズ３８７の入射平面８８を形成している。レンチキュラーレンズ３８７は、ビーム光軸ＢＬＡに対して入射平面８８を直交させた姿勢で配置されている。微小射出面３８９は、部分円筒面状に形成されており、副走査面ＳＳにおいて射出側であるＺ方向に凸湾曲した形状となっている。複数の微小射出面３８９は、光源配列方向ＡＤｓに連続的に並ぶことで、レンチキュラーレンズ３８７の射出面を形成している。
　レンチキュラーレンズ３８７は、副走査面ＳＳ内において正のパワーを有する。レンチキュラーレンズ３８７は、各微小入射面３８８及び各微小射出面３８９のビームＳＢを屈折させる光学作用により、実質的に副走査面ＳＳ内の一方向にのみビームＳＢを広げ、連続したライン状の投光ビームＰＢを形成する（図１１参照）。対して、レンチキュラーレンズ３８７は、主走査面ＭＳ内ではビームＳＢを広げる光学作用を実質的に発揮しない（図１１参照）。
　ここまで説明した第三実施形態のライダ装置３００でも、第二実施形態と同様の効果を奏し、凹シリンドリカルレンズ２６１及び凸シリンドリカルレンズ２７１により、ライン状の投光ビームＰＢの幅の広がりを抑えつつ、光学系の大型化の抑制が可能になる。また、レンチキュラーレンズ３８７をビーム整形レンズ８７として採用した第三実施形態では、平凹シリンドリカルレンズ１８７（図６参照）を用いた形態と比較して、Ｘ－Ｙ平面方向に沿ったレンズ光軸のずれが許容され易くなる。尚、第三実施形態では、ライダ装置３００が「光検出装置」に相当する。
　（第四実施形態）
　図１２に示す本開示の第四実施形態は、第二実施形態の別の変形例である。第四実施形態のライダ装置４００では、発光ユニット２０及び走査ユニット３０の構成が第二実施形態と異なっている。
　発光ユニット２０は、複数のＶＣＳＥＬアレイ２１を有している。複数のＶＣＳＥＬアレイ２１は、発光領域２２の短手方向となるＸ軸に沿って配列されている。各ＶＣＳＥＬアレイ２１は、短手方向に互いに間隔を開けて、発光ユニット２０のメイン基板に保持されている。各ＶＣＳＥＬアレイ２１は、発光領域２２をＺ方向に向け、且つ、発光領域２２の長手方向を光源配列方向ＡＤｓに沿わせた姿勢で配置されている。各ＶＣＳＥＬアレイ２１は、発光制御部５１（図１参照）による発光タイミングの制御に基づき、短手方向に順にビームＳＢを放射する。発光制御部５１は、ビームＳＢを放射するＶＣＳＥＬアレイ２１を短手方向に沿って一方向に移動させてもよく、ビームＳＢを放射するＶＣＳＥＬアレイ２１を短手方向に沿って往復移動させてもよい。
　各ＶＣＳＥＬアレイ２１から放射されたビームＳＢ群は、１つの投光ビームＰＢを形成し、走査ミラー３３の反射面３６に反射されることなく、測定領域に投光される。異なるＶＣＳＥＬアレイ２１から放射されたビームＳＢ群からなる投光ビームＰＢは、測定領域の異なる位置に投光される。
　走査ユニット３０は、投光ビームＰＢ及び反射ビームＲＢのうちで、反射ビームＲＢのみを走査ミラー３３によって反射する。走査ユニット３０における走査ミラー３３の向きは、走査制御部５２（図１参照）により、ＶＣＳＥＬアレイ２１の発光切り替えと同期制御される。走査ユニット３０は、回動軸ＡＳまわりの走査ミラー３３の回動によって反射面３６の向きを変化させ、測定領域の異なる位置から戻ってくる反射ビームＲＢを、検出部４１に適切に入射させる。
　ここまで説明した第四実施形態のライダ装置４００でも、第二実施形態と同様の効果を奏し、凹シリンドリカルレンズ２６１及び凸シリンドリカルレンズ２７１により、ライン状の各投光ビームＰＢの幅の広がりを抑えつつ、光学系の大型化の抑制が可能になる。
　加えて第四実施形態のように、複数のＶＣＳＥＬアレイ２１の順次点灯によって投光ビームＰＢの走査を電子的に実施する形態であれば、走査ユニット３０を小型化できることで、ライダ装置４００の大型化は、いっそう抑制され得る。また、こうした形態でも、各ＶＣＳＥＬアレイ２１から放射される各投光ビームＰＢについて、ライン幅の広がりが抑制され得る。故に、凹シリンドリカルレンズ２６１及び凸シリンドリカルレンズ２７１を含む光学ユニット６０は、走査ミラー３３を投光ビームＰＢの走査に用いないフラッシュ型の構成においても、スペックルの低減効果を発揮することができる。尚、第四実施形態では、ライダ装置４００が「光検出装置」に相当する。
　（第五実施形態）
　図１３に示す本開示の第五実施形態は、第四実施形態の変形例である。第五実施形態のライダ装置５００では、走査ユニット３０（図１２参照）に相当する構成が省略されている。一方で、受光ユニット４０には、複数の検出部４１が設けられている。複数の検出部４１は、長手矩形状を呈する検出面４２の短手方向に配列されている。各検出部４１は、測定演算部５３（図１参照）の検出制御により、ＶＣＳＥＬアレイ２１の電子的な走査と同期した検出を実施する。即ち、複数の検出部４１のうちで、ビームＳＢを放射するＶＣＳＥＬアレイ２１と関連付けられた１つの検出部４１が、反射ビームＲＢを検出する。
　ここまで説明した第五実施形態のライダ装置５００でも、第四実施形態と同様の効果を奏し、凹シリンドリカルレンズ２６１及び凸シリンドリカルレンズ２７１により、ライン状の各投光ビームＰＢの幅の広がりを抑えつつ、光学系の大型化の抑制が可能になる。加えて第五実施形態では、走査ユニット３０の省略が可能になるため、ライダ装置５００の大型化のいっそう抑制が可能になる。尚、第五実施形態では、ライダ装置５００が「光検出装置」に相当する。
　（第六実施形態）
　図１４及び図１５に示す本開示の第六実施形態は、第二実施形態のさらに別の変形例である。第六実施形態の光学ユニット６０には、第一光学素子６１、第二光学素子７１及びビーム整形レンズ８７に加えて、ホモジナイザー８０が含まれている。
　ホモジナイザー８０は、発光ユニット２０と第一光学素子６１との間に位置している。ホモジナイザー８０は、ビームＳＢ群の強度を光源配列方向ＡＤｓにおいて均等化する。ホモジナイザー８０は、第一レンチキュラーレンズ１８１及び第二レンチキュラーレンズ１８４等によって構成されている。第一レンチキュラーレンズ１８１及び第二レンチキュラーレンズ１８４は、互いに実質同一の構成であり、多数の平凸レンズ部を連続的に配列してなる光学素子である。
　第一レンチキュラーレンズ１８１は、光学ユニット６０において、第二レンチキュラーレンズ１８４の前段に配置されている。第一レンチキュラーレンズ１８１は、平滑な平面状の入射面８２と、複数の射出面部８３が光源配列方向ＡＤｓに連続的に形成された射出面とを有している。入射面８２は、複数のＶＣＳＥＬアレイ２１の発光領域２２と対向配置されている。各射出面部８３は、主走査面ＭＳ内にて射出側に凸湾曲したシリンドリカル形状である。
　第二レンチキュラーレンズ１８４は、光学ユニット６０において、第一レンチキュラーレンズ１８１の後段に配置されている。第二レンチキュラーレンズ１８４は、複数の入射面部８５が光源配列方向ＡＤｓに連続的に形成された入射面と、平滑な平面状の射出面８６とを有している。各入射面部８５は、主走査面ＭＳにて入射側に凸湾曲したシリンドリカル形状である。各入射面部８５は、各射出面部８３と実質同軸に対向配置されている。各入射面部８５と各射出面部８３との間には、所定の隙間が形成されている。射出面８６は、第一光学素子６１として設けられた第一凹シリンドリカルレンズ１６１のシリンドリカル入射面６２と対向配置されている。
　ここまで説明した第六実施形態のライダ装置６００でも、第二実施形態と同様の効果を奏し、第一光学素子６１及び第二光学素子７１を光学ユニット６０に含むことで、ライン状の各投光ビームＰＢの幅の広がりを抑えつつ、光学系の大型化の抑制が可能になる。
　加えて第六実施形態では、対向配置された各射出面部８３及び各入射面部８５により、個々のＶＣＳＥＬアレイ２１から放射されたビームＳＢの強度を光源配列方向ＡＤｓに均す効果が発揮される。こうした効果を有するホモジナイザー８０を備えることで、ライン状の投光ビームＰＢの強度は、両端近傍においても低下し難くなる。その結果、測定領域の全域において検出能力を高めることが可能になる。
　尚、第六実施形態において、第一レンチキュラーレンズ１８１が「前段光学素子」に相当し、第二レンチキュラーレンズ１８４が「後段光学素子」に相当し、ライダ装置６００が「光検出装置」に相当する。
　（他の実施形態）
　以上、本開示の複数の実施形態について説明したが、本開示は、上記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。
　図１６に示す上記実施形態の変形例１では、複数のＶＣＳＥＬアレイ２１が短手方向に並ぶ発光ユニット２０に、第六実施形態と実質同一のホモジナイザー８０が組み合わされている。ホモジナイザー８０は、各ＶＣＳＥＬアレイ２１から放射される個々のビームＳＢに対しても、光源配列方向ＡＤｓにおける強度を均等化させる機能を発揮できる。
　図１７には、上記実施形態のＶＣＳＥＬアレイ２１の複数の変形例が示されている。変形例２のＶＣＳＥＬアレイ２１ａでは、発光領域２２ａの長手方向に多数のＶＣＳＥＬ素子２３が連続的に単列配列されている。変形例３のＶＣＳＥＬアレイ２１ｂでは、発光領域２２ｂの長手方向に多数のＶＣＳＥＬ素子２３が断続的に単列配列されている。変形例４のＶＣＳＥＬアレイ２１ｃでは、発光領域２２ｃの長手方向に多数のＶＣＳＥＬ素子２３が２列で連続的に配列されている。変形例５のＶＣＳＥＬアレイ２１ｄでは、発光領域２２ｄの長手方向に多数のＶＣＳＥＬ素子２３が２列で断続的に配列されている。変形例６のＶＣＳＥＬアレイ２１ｅ及び変形例７のＶＣＳＥＬアレイ２１ｆでは、発光領域２２ｅ，２２ｆに、多数のＶＣＳＥＬ素子２３が連続的に２次元配列されている。以上の変形例２～７のように、ＶＣＳＥＬアレイ２１におけるＶＣＳＥＬ素子２３の配列は、適宜変更可能である。
　上記実施形態の変形例８，９では、第一光学素子６１及び第二光学素子７１の一方のみが複数設けられている。具体的に、変形例８の光学ユニット６０は、２つの第一光学素子６１と１つの第二光学素子７１とを有している。また、変形例９の光学ユニット６０は、１つの第一光学素子６１と２つの第二光学素子７１とを有している。以上のように、第一光学素子６１及び第二光学素子７１の構成数は、適宜変更されてよい。
　上記実施形態の変形例１０では、第一光学素子６１及び第二光学素子７１が一体で形成されている。具体的に、変形例１０の光学ユニット６０には、第一光学素子６１及び第二光学素子７１の光学的な機能を兼ねた１つの光学素子（レンズ）が設けられている。この光学素子には、シリンドリカル入射面６２及びシリンドリカル射出面７３が形成されている。以上の変形例１０では、第一光学素子６１及び第二光学素子７１間に生じる公差の低減が可能になり、合成焦点面ＦＰＦの位置のばらつきも低減され得る。その結果、合成焦点面ＦＰＦにＶＣＳＥＬ素子２３を精度良く配置できるため、鮮明なライン状の投光ビームＰＢが安定的に形成可能になる。
　上記実施形態の変形例１１では、シリンドリカル入射面６２及びシリンドリカル射出面７３の少なくとも一方が非球面状に形成されている。こうしたレンズ形状によれば、収差の低減によって、鮮明な投光ビームＰＢが形成可能になる。
　上記実施形態の変形例１２では、ＶＣＳＥＬアレイ２１に替えて、エッジエミッタ型のレーザダイオードが「発光部」に相当する構成として発光ユニット２０に設けられている。エッジエミッタ型のレーザダイオードでは、半導体側面に形成されたレーザ放射窓から、半導体基板と平行なレーザ光が放射される。
　上記実施形態の変形例１３において、走査ミラーは、所定の角度範囲ＲＡに揺動運動する構成ではなく、３６０度、１方向に回転運動する。変形例１３の走査ミラーでは、本体部の両表面に反射面が形成されている。走査ミラーは、ポリゴンミラー等の２次元的な走査を実施するミラーであってもよい。
　上記実施形態の変形例１４，１５では、ビーム光軸ＢＬＡと受光光軸ＲＬＡとが平行に配置されていない。具体的に、変形例１４では、ビーム光軸ＢＬＡと受光光軸ＲＬＡとの間隔が、走査ミラー３３の反射面３６に近づくに従って漸減する。一方、変形例１５では、ビーム光軸ＢＬＡと受光光軸ＲＬＡとの間隔が、走査ミラー３３の反射面３６に近づくに従って漸増する。
　上記実施形態の変形例１６の第一光学素子６１及び第二光学素子７１は、主走査面ＭＳ内におけるパワーだけでなく、副走査面ＳＳ内においてもパワーを有している。
　上記実施形態の変形例１７では、コントローラ５０に相当する演算処理部が、ライダ装置の筐体外部に設けられている。演算処理部は、独立した車載ＥＣＵとして設けられていてもよく、運転支援ＥＣＵ又は自動運転ＥＣＵに機能部として実装されていてもよい。また、上記実施形態の変形例１８では、コントローラ５０の機能が、受光ユニット４０の検出部４１に機能部として実装されている。
　上記実施形態の変形例１９では、車両とは異なる移動体にライダ装置が搭載されている。具体的には、無人で移動可能な配送用ロボット及びドローン等にライダ装置が搭載されてよい。また、上記実施形態の変形例２０では、非移動体にライダ装置が取り付けられている。ライダ装置は、例えば路側器等の道路インフラに組み込まれて、車両及び歩行者等の計測対象物を計測する構成であってもよい。
　本開示に記載のプロセッサ及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされた専用コンピュータの処理部により、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載のプロセッサ及びその手法は、専用ハードウェア論理回路により、実現されてもよい。また、本開示に記載のプロセッサ及びその手法は、ディスクリート回路により、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載のプロセッサ及びその手法は、コンピュータプログラムを実行する１つ以上のコンピュータの処理部、１つ以上のハードウェア論理回路及び１つ以上のディスクリート回路の中から選ばれた任意の組み合わせにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

Claims (12)

  1. 　ビーム（ＳＢ）を放射する複数の発光部（２３）が特定配列方向（ＡＤｓ）に配列される発光ユニット（２０）と、
    　前記発光ユニットから放射される前記ビームの光路上に位置し、前記特定配列方向に延伸する投光ビーム（ＰＢ）を形成する光学ユニット（６０）と、
    　測定領域に投光された前記投光ビームの戻り光（ＲＢ）を受光する受光ユニット（４０）と、を備え、
    　前記光学ユニットは、
    　前記特定配列方向に対し垂直な特定断面（ＭＳ）において、前記ビームの透過方向に負のパワーを有する第一光学素子（６１）と、
    　前記第一光学素子の後段に位置し、前記特定断面において前記透過方向に正のパワーを有する第二光学素子（７１）と、を含む光検出装置。
  2. 　前記光学ユニットは、前記第一光学素子及び前記第二光学素子の少なくとも一方を複数含んでいる請求項１に記載の光検出装置。
  3. 　前記光学ユニットは、複数の前記第二光学素子と、複数の前記第二光学素子よりも前段に位置する複数の前記第一光学素子と、を含む請求項１に記載の光検出装置。
  4. 　前記第一光学素子の前段射出面（６３，６８）は、前記第二光学素子の後段入射面（７２）と接している請求項１～３のいずれか一項に記載の光検出装置。
  5. 　前記第一光学素子の前段射出面（６３，６８）は、前記第二光学素子の後段入射面（７２）から離れている請求項１～３のいずれか一項に記載の光検出装置。
  6. 　前記第一光学素子は、前記第二光学素子と一体で形成されている請求項１～３のいずれか一項に記載の光検出装置。
  7. 　前記光学ユニットは、
    　前記特定断面に直交し前記透過方向に沿う直交断面（ＳＳ）内にて射出側に凸湾曲した複数の射出面部（８３）が前記特定配列方向に複数並ぶ前段光学素子（１８１）と、
    　前記直交断面内にて入射側に凸湾曲し、複数の前記射出面部と個別に対向する複数の入射面部（８５）が前記特定配列方向に複数並ぶ後段光学素子（１８４）と、を前記第一光学素子の前段にさらに含む請求項１～６のいずれか一項に記載の光検出装置。
  8. 　前記光学ユニットは、
    　入射側に凹湾曲した凹状入射面（６２，６７）を有する凹シリンドリカルレンズ（１６１，１６６，２６１）を、前記第一光学素子として含み、
    　射出側に凸湾曲した凸状射出面（７３，７８）を有する凸シリンドリカルレンズ（１７１，１７６，２７１）を、前記第二光学素子として含む請求項１～７のいずれか一項に記載の光検出装置。
  9. 　前記凹状入射面及び前記凸状射出面の少なくとも一方は、非球面状に形成されている請求項８に記載の光検出装置。
  10. 　前記発光ユニットは、前記ビームの放射面（２４）を前記透過方向に向けた面発光レーザ素子が、前記特定配列方向を長手とする長手形状の発光領域（２２）に前記発光部として２次元配列されてなる発光素子アレイ（２１）、を有する請求項１～９のいずれか一項に記載の光検出装置。
  11. 　前記発光ユニットから放射される前記ビームを走査し、前記測定領域に投光する走査ユニット（３０）、をさらに備え、
    　前記走査ユニットは、前記特定配列方向に沿う回動軸（ＡＳ）まわりに回動する回動ミラー（３３）を有する請求項１～１０のいずれか一項に記載の光検出装置。
  12. 　前記発光ユニットは、前記発光領域の短手方向に配列される複数の前記発光素子アレイ、を有し、
    　複数の前記発光素子アレイは、前記短手方向に順に前記ビームを放射する請求項１０に記載の光検出装置。
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