CN109696683A - 脉冲光照射受光装置及光雷达装置 - Google Patents

Abstract

本发明能够防止产生盲点，且无论到对象物为止的距离如何，均能够以少量光学部件提高照射到对象物上的光强度。脉冲发光元件(70)发出沿第一偏振方向直线偏振的脉冲光，脉冲光(1)依次通过振分束器(60)和透镜(50)照射对象物(3)，反射光(2)依次通过透镜(50)和偏振分束器(60)，沿与第一偏振方向不同的第二偏振方向直线偏振，聚光在受光元件(80)上，脉冲发光元件(70)和受光元件(80)设置在透镜(50)的焦点面上，脉冲光(1)的光轴与反射光(2)的光轴重合。

Description

脉冲光照射受光装置及光雷达装置

技术领域

本发明涉及光雷达装置及搭载于光雷达装置的脉冲光照射受光装置。特别是，本发明涉及用于获取主要由对象物的二维图像和到对象物为止的距离信息构成的三维图片的光雷达装置及搭载于光雷达装置的脉冲光照射受光装置。

背景技术

三维图片是在通常的相片这样的二维图片的基础上还包含视野内的到对象物为止的距离信息的概念，近年来，作为汽车和机器人等的周边识别用的应用发展起来。作为高精度距离信息的计测法，照射激光并计测激光从对象物反射后返回的渡越时间(Time-of-flight：ToF)的方法被广泛使用。

作为朝向视野照射激光的方法，存在以下方法：使大致平行地准直照射到狭小范围的激光束(点射束)与受光装置一体旋转的旋转式(参照专利文献1、2)；利用反射镜等扫描点射束的扫描型(参照专利文献3、4)；大致均匀地将激光束扩大到整个视野并照射的合并照射型。合并照射型由于不需要机械机构而容易小型化，但由于对象物上的激光强度比扫描型弱，因此若到对象物为止的距离增大，则信号强度减弱，距离测量精度降低。在将激光束整形为线状并仅在一个方向上扫描的情况下(参照专利文献3、4)，与合并照射相比，虽然照射强度改善但并不充分。对于以测量到达50m至200m这样的远处为目的装置来说，大多研究容易在对象物上获得强光束强度的点射束的扫描型。目前最多采用的是使用多个激光源和一一对应的多个受光元件的旋转式(参照专利文献1、2)。

现有技术文献

专利文件

专利文献1：国际公开第2008/008970号(2008年1月17日公开)。

专利文献2：国际公开第2011/146523号(2011年11月24日公开)。

专利文献3：日本特开2009-63339号公报(2009年3月26日)。

专利文献4：日本特开2016-161438号公报(2016年9月5日)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题

但是，在上述的现有技术中，由于以下原因，存在无法高效地从光雷达装置附近测量到远处的问题。

光雷达装置通常向对象物照射激光，使用其反射光计测渡越时间(ToF)，计测到对象物为止的距离。因此，对于远处的对象物来说，对象物面上的光照射强度必然降低。特别是在汽车使用中，光雷达装置即使在赤道正下方的正午阳光下也不得不动作，在强烈的背景光下使最大测量距离延长是重要的课题。针对该课题，需要将激光集中到测量对象区域，即便很少也要提高相对于背景光的强度比，并必须尽可能抑制点射束的发散。

如专利文献2所公开的，在激光照射***和受光***具有独立的光学***的情况下，根据到对象物为止的距离，产生受光***的光轴与激光照射***的光轴不重合的部位即所谓的盲点。在专利文献2中，提出了将受光***的透镜和激光照射***的透镜加工成D字型并使两透镜间的距离接近，但并不充分。通常，为了防止在远处产生盲点，必须使激光束的发散增大而将照射区域扩大，导致远处的激光照射强度降低，最大测量距离缩短。另外，在近距离处由于来自激光照射的对象区域的反射光不会在受光元件上成像，因此必须准备特殊的光学元件(透镜、反射镜等)以使反射光与受光元件接触，成为成本升高的要因。

此外，在基于专利文献2的装置中，为了提高垂直方向的分辨率，配置16到64块安装有激光元件的基板(发光基板)，并与之一一对应地配置相同数量的受光基板。必须将发光基板的光轴与受光基板的光轴逐个校准，以非常高的精度制造基板并组装。即使精确地制造完成也会存在偏差，因此必须使激光束的发散一定程度增大，即使光轴存在一定偏移也能够进行测量。

另一方面，在专利文献3中，关于发光元件与受光元件为一对的情况，公开了使受光***的光轴与激光照射***的光轴重合的构造。但是，在该构造中，投光光学***和受光光学***独立设置，在各自的光路径上连接投光/受光分离部，因此投光/受光分离部增大。特别是，为了使测量距离延长到达远处，需要增加受光光学***的透镜直径，投光/受光分离部必须具有覆盖受光光学***的大光路直径的大小。进而，由于将投光光学***与受光光学***独立设置，因此存在光学部件增加，调整要素增大，制造成本增加，且整体难以小型化的课题。

本发明一方案的目的在于防止产生盲点，且无论到对象物的距离多大，均能够以少量的光学部件提高照射到对象物上的光强度。

解决问题的手段

为了解决上述问题，本发明一方案的脉冲光照射受光装置包括成像光学元件、偏振分束器、脉冲发光元件和受光元件，其将脉冲光向对象物照射，接受来自所述对象物的反射光，在该脉冲光照射受光装置中，所述脉冲发光元件发出沿第一偏振方向直线偏振的脉冲光，所述脉冲光依次通过所述偏振分束器和所述成像光学元件而照射所述对象物，所述反射光依次通过所述成像光学元件和所述偏振分束器，沿与所述第一偏振方向不同的第二偏振方向直线偏振，在所述受光元件上聚光，所述脉冲发光元件与所述受光元件设置在所述成像光学元件的焦点面上，所述脉冲光的光轴与所述反射光的光轴重合。

发明效果

根据本发明的一方案，能够防止产生盲点，且无论到对象物的距离如何，均能够以少量光学部件提高照射到对象物上的光强度。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式的光雷达装置的构造的示意图。

图2是表示构成本发明第一实施方式的光雷达装置的脉冲光照射/受光部的构造的示意图。

图3是表示本发明第二实施方式的光雷达装置的示意图。

图4是表示本发明第三实施方式的光雷达装置的示意图。

图5是表示本发明第四实施方式的脉冲光照射/受光部的示意图。

图6是表示本发明第五实施方式的脉冲光照射/受光部的示意图。

图7是表示构成本发明第六实施方式的光雷达装置的脉冲光照射/受光部的构造的示意图。

图8是表示构成本发明第六实施方式的脉冲光照射/受光部的脉冲发光元件的示意图。

图9是表示构成本发明第六实施方式的脉冲光照射/受光部的受光元件的示意图。

图10是表示本发明第六实施方式的光雷达装置中的测量结果的图。

图11是表示构成本发明第七实施方式的脉冲光照射/受光部的受光元件的示意图。

图12是表示本发明第八实施方式的光雷达装置的脉冲光照射/受光部的示意图。

图13是表示本发明第九实施方式的光雷达装置的脉冲光照射/受光部的构造的示意图。

图14是表示本发明第九实施方式的脉冲发光元件的构造的示意图。

图15是表示本发明第十实施方式的光雷达装置的脉冲光照射/受光部的构造的示意图。

图16是表示本发明第十一实施方式的光雷达装置的构造的示意图。

图17是表示本发明第十一实施方式的光雷达装置的脉冲光照射/受光部的构造的示意图。

图18是表示本发明第十二实施方式的光雷达装置的脉冲光照射/受光部的构造的示意图。

图19是表示本发明实施例1的光雷达装置的对比例的构造的示意图。

具体实施方式

基于图1至图18对本发明的实施方式进行进行说明。以下为了便于说明，存在对于与在特定实施方式中说明过的构造具有相同功能构造标注同一附图标记并省略其说明的情况。

〔第一实施方式〕

(光雷达装置)

基于图1至图2，对本发明第一实施方式的光雷达装置100的构造进行说明。光雷达装置100包括脉冲光照射/受光部10、控制/电源部20、框体30和驱动/接口部40。光雷达装置100朝向对象物3照射脉冲光1，接受来自对象物3的反射光，计测渡越时间ToF。

脉冲光照射/受光部10向对象物3照射脉冲光1，接受来自对象物3的反射光2。

控制/电源部20向脉冲光照射/受光部10供给电源，对脉冲光的照射和受光的时机进行控制。

框体30保持脉冲光照射/受光部10和控制/电源部20。

驱动/接口部40在使框体30旋转的同时向控制/电源部20供给电源，传递与旋转相关的同步信号。驱动/接口部40也是将来自控制/电源部20的计测结果向未图示的外部装置输出的接口。

图1中示出坐标轴。在一般用途中，Z轴是指铅直方向，Y轴是指脉冲光的照射方向即测量对象方向，X-Y平面是指水平面。图1中示出的光雷达装置100通过使脉冲光照射/受光部10旋转而沿水平方向扫描脉冲光1。脉冲光照射/受光部10的旋转可以是360度，或者也可以是120度、210度这样的恒定范围。

(脉冲光照射/受光部)

图2是脉冲光照射/受光部10的示意图。脉冲光照射/受光部10如图2所示，包括透镜50、1/4波长板51、偏振分束器60、脉冲发光元件70、整形透镜69、受光元件80、光学带通滤波器68。

透镜50作为成像光学元件发挥作用。

脉冲发光元件70的光出射部和受光元件80的受光部配置在透镜50的一方的焦点位置。即，脉冲发光元件70的光出射部与受光元件80的受光部配置在透镜50的一方的焦点面上。透镜50针对脉冲光1作为准直镜发挥作用。另外，透镜50针对来自远处的反射光2作为将反射光2向受光元件80聚光的成像透镜发挥作用。

脉冲发光元件70是发出沿第一偏振方向即Z轴方向直线偏振的脉冲光的元件。

偏振分束器60是相对于Z轴以45度倾斜且在与X轴平行的面上具有边界面的立方体型，使沿Z轴方向直线偏振的由脉冲发光元件70发出的光透过。

1/4波长板51使沿Z轴方向直线偏振的脉冲光1成为圆偏振。因此，脉冲光1作为圆偏振的大致平行光从从透镜50向对象物3照射。来自对象物3的反射光2由透镜50聚光，通过偏振分束器60使沿作为第二偏振方向的X轴方向直线偏振的成分向受光元件80聚光。在反射光2为圆偏振的情况下，由于通过1/4波长板51变更为X轴方向的直线偏振，因此偏振分束器60中的反射损失少。

脉冲光照射/受光部10可以在透镜50的外侧设置用于防止雨滴、泥、垃圾等障碍物附着的例如护罩状的透明罩部(未图示)。罩部也可以具有拦截无益于距离测量的可见光等光的滤光片功能。罩部优选除了保护上述作为成像光学元件的透镜50的成为窗部的护罩以外不包含反射镜等其他光学元件。由此，能够防止反射引起的光量降低及偏振状态变化。但是，在后述的第二实施方式及第三实施方式中，示出了使用扫描用的反射镜的构造，但其是不使用旋转机构进行扫描所必须的部件，是例外。另外，作为扫描用的反射镜，通过使用反射率高的高精度反射镜，能够将光量降低抑制为最小限。

在作为脉冲发光元件70使用端面发光激光芯片的情况下，使发光层面与Z轴平行，将发光光轴设定为Y轴方向。端面发光激光芯片与发光层平行地直线偏振，因此能够通过上述设定使其沿Z轴方向直线偏振。从端面发光激光芯片发出的光，在近端场中与发光层垂直方向(X轴方向)的发散比平行方向(Z轴方向)的发散大，因此若保持该状态，在从透镜5出射的阶段，作为脉冲光1的光束直径，X轴方向的直径比Z轴方向的直径大。因此，脉冲发光元件70也可以具有整形透镜69。也可以设置整形透镜69，进行使出射时的脉冲光1的光束形状接近圆形等的整形。作为整形透镜69例如能够使用棒形透镜等。整形透镜69使脉冲光1的截面形状为圆形，因此能够利用整形透镜69提高较近的对象物3上的光照射强度。但是，在提高光照射强度重要的远处，由于该效果降低，因此整形透镜69并非必需构造。

作为脉冲发光元件70，在使用面发光激光芯片的情况下也同样地，只要将产生直线偏振的面发光激光芯片按照偏振方向与Z轴平行的方式设置即可。在该情况下，发散在各个方向上大致均等，因此不需要整形透镜69。

优选在受光元件80的前表面设置光学带通滤波器68。即，脉冲光照射/受光部10在偏振分束器60与受光元件80之间具有光学带通滤波器68。光学带通滤波器68以脉冲光1的波长为透过带的中心波长，具有从几nm到几十nm的波长透过带宽。通过设置光学带通滤波器68，能够减少反射光2内由与脉冲光1不同的背景光产生的成分，提高SN比。

根据图2的构造，将透镜50共用于光的照射与受光两方，通过使用偏振分束器60，能够构成为使脉冲光1与反射光2在同一光路上通过。其结果，不会产生盲点。因此，能够将脉冲光1的发散抑制为最低限，提高对象物3上的脉冲光强度。另外，用于将来自非常近的对象物3的反射光2向受光元件引导的光学元件也并非必须。而且，关于光照射，由于能够将脉冲发光元件70发出的直线偏振光大致保持不变地照射，因此光的损失少。对于反射光也同样地，在来自对象物3的反射光2产生与脉冲光1同样的圆偏振的情况下损失少。此外，通过共用透镜50，能够减少大的透镜而降低成本。另外，偏振分束器60设置在透镜50的后方即与对象物3相反的方向上，因此透镜50能够使用更小直径尺寸的构造。由此能够降低成本。

(脉冲发光元件)

脉冲发光元件70发出近红外线的脉冲光。脉冲发光元件70是以半值宽度为1nsec到几百nsec左右的脉冲宽度发光的元件。脉冲的峰值功率为几W到几百W。发光波长能够根据用途决定，优选700nm到1000nm左右的红外线。由于肉眼不可见，因此不会造成妨碍，具有波长越长对于动物眼睛的安全性越高的优点。此外，波长越长，背景光强度也越低下。特别是在940nm到950nm左右波长的情况下，由于空气中的水分吸收太阳光而使得强度下降，因此优选。另一方面，在波长为1000nm以下的情况下，具有将便宜的硅元件用于受光部的优点。对于硅元件来说，波长越长则量子效率越高，因此考虑上述背景，最优选从900nm到950nm左右的波长。

脉冲光1远处的截面形状由实际发出激光的区域即发光区域的形状决定，因此，在端面发光激光芯片中，成为与发光层平行的方向较长而垂直方向较短的近似椭圆形的形状。使用面发光激光芯片的情况下的截面形状由多个激光发光单元的配置形状决定，多为圆形或正多边形等的情况。

脉冲发光元件70发出的光需要强度不减地到达远处，因此发散尽可能小。远处的脉冲光1的发散由于脉冲发光元件70的发光区域的大小越大而越大，因此优选发光区域小。其中，发光区域的大小是指近端场观察时的发光区域的最大直径P。对于端面发光激光芯片来说，发光区域在与发光层平行的方向上较长而垂直方向较短，P是与发光层平行方向上的长度。通常，P大致与***宽度相等。若将与发光层垂直方向的发光区域的大小设为U，则发光区域的纵横比P/U为P/U>>1。面发光激光芯片由于多为发光区域包含多个激光发光单元的情况，因此多个激光发光单元整体的最大直径并不是表示各激光发光单元的发光部的大小的光圈尺寸，而是发光区域的大小P。面发光激光芯片通常为P/U到1。

脉冲发光元件70优选包含发光的激光芯片和驱动该激光芯片的驱动电路。控制/电源部20供给用于使脉冲发光元件70发光的电源，并对发光前的充电动作和发光动作的时机进行控制。

(透镜)

透镜50为了测量到达远处，优选大的焦距f。若焦距f大，则能够减轻脉冲光1的发散，提高远处的光照射强度。此外，由于脉冲光1的口径大，因此单位面积的光强度减小，容易满足级别(class)1的条件。其结果，通过提高脉冲光的峰值功率，能够实现到达更远处的测量。另外，优先大开口直径D。能够提高透镜50的聚光能力，有效地对来自远处的反射光2进行聚光。并且，在图2中，由于在透镜50与偏振分束器60之间仅设置1/4波长板51，因此脉冲光照射/受光部10的Y轴方向的长度对应于焦距f的长度而较长。通过在透镜50与偏振分束器60之间设置反射镜使该光路弯曲，能够缩短脉冲光照射/受光部10的Y轴方向的长度。

在本实施方式中，将透镜50作为照射光的准直镜使用，另一方面，作为聚光透镜将反射光2聚光在受光元件上。若将脉冲发光元件70的发光部的大小设为P，将从发光部发出的光的角度分布的半值宽度设为θ，将受光元件80的受光部的大小设为Q，则大致以下的关系成立。在这里，受光部的大小Q为与发光区域的大小P同方向的受光部的长度。

透镜50附近的脉冲光1的直径：

自透镜50起远处距离L处的脉冲光1的直径：

向受光部投影的、距离L处的对象物3上的区域(受光区域)的直径：

S(L)＝Q·L/f(＝26.7cm)

括弧内的数值是θ＝10度、f＝75mm、P＝0.2mm、Q＝0.2mm、L＝100m情况下的值。不能将脉冲光1的直径减小为以下。为了提高反射光2的信号强度，需要将尽可能多的脉冲光1照射到受光区域。由于在远处能够大致忽略因此只要P≥Q，则因此，只要受光***与照射***的光轴一致，则整个受光区域受到光照射，能够期待充分的信号强度。另外，只要P>Q即则能够具有针对受光***与照射***的光轴不一致的余裕。反之，若使Q增大到则没有脉冲光1照射的对象物3也包含在受光区域中，接受无用的背景光，SN比降低。另外，受光元件80增大成为成本升高的要因。

另一方面，在1m左右的近距离处，在上述例子中， S(1m)＝2.7mm，整个受光区域受到光照射。但是，在受光***和照射***具有独立的透镜，且两者的光轴分开距离M(例如20mm)且平行的情况下，来自与透镜分开距离L(例如1m)的点处的对象物3的反射光2的端部，到达以与受光元件80的中心距离处的点为中心的位置。即使由于散焦而使像模糊，其也远大于假想的Q的大小。为了接受这样的反射光，需要在受光元件附近放置反射镜、透镜等光学元件而向受光部引导。如果不使用这些光学元件，则必须使得

如上所述，只要像本构造这样，使受光***与照射***的透镜共通，则无论到对象物3的距离多大，都能够无浪费地以脉冲光1照射整个受光区域。特别是，受光元件80的受光部的大小Q与脉冲发光元件70的发光部的大小P大致相等或较小。通常，由于受光区域被光圈等明确划分，因此容易确定Q。另一方面，由于存在发光区域不具有骤变边界的情况，因此不清楚将直到哪种程度的发光强度部分设为发光区域。例如，在将有时也用于表示发光区域大小的发光峰值强度的半值宽度作为P使用的情况下，在未包含于P的外侧区域中也存在脉冲光1。通常，在半值宽度2.6倍的区域中存在发光，在1.7倍左右的区域中较强。因此，将受光部的大小Q与发光部的大小P描述为大致相等。因此，作为发光区域的大小，在使用所谓半值宽度的情况下，“大致相等”至少包含至1.7倍左右的区域。

(偏振分束器)

关于偏振分束器60，在图2中记载为将两个直角棱镜粘合并在接合面上形成有多层电介质膜的立方体型，但不限定于立方体型，也可以是平板型。也可以是使入射光的P偏振光(在图2中为Z轴方向的偏振)透过接合面而反射S偏振光(在图2中是X轴方向的偏振)的普通的偏振分束器。偏振分束器60优选尽可能远离透镜50设置。由此，如图2所明示，距离透镜50越远，能够使偏振分束器60的大小越小。

(受光元件)

受光元件80优选受光部的形状与远处的脉冲光1的截面形状接近。

例如，在截面形状为椭圆形状的端面发光激光的情况下，优选将受光区域的形状设为椭圆形状或包覆椭圆形状的长方形状。在将该椭圆形状的受光区域的椭圆长轴方向的长度或长方形的长边长度设为Q，将椭圆的短轴方向的长度或长方形的短边长度设为V的情况下，优选纵横比Q/V与发光区域的纵横比P/U一致。在截面形状为大致圆形的面发光激光的情况下，受光区域的形状优选为圆形状或包覆圆形状的正方形。由此，远处对象物3上的脉冲光照射区域能够无浪费地包覆受光区域，因此能够提高脉冲光1相对于背景光的强度比，能够实现直到更远处的距离测量。并且，上述受光区域实际上意味着能够进行光电转换的部分，不包含配置在实际受光部周边的测试图案(dummy pattern)等。

受光元件80作为受光部包含例如雪崩光电二极管等光电转换元件。受光部可以由一个光电转换元件构成，也可以将多个并列配置。受光部的大小Q如上所述，优选为脉冲发光元件70的发光部的大小P以下。即使使得Q大于P，也仅是来自未照射脉冲光1的对象物3表面的光的检测增加和背景光的信号增加，而最大测量距离不会增加。

构成受光元件80的受光部的材料可以是硅、锗等IV族半导体，也可以是GaAs等化合物半导体。受光元件80的输出可以像雪崩光电二极管这样是电流本身，也可以像SPAD这样是光子计数的脉冲信号。如上所述，Q的大小为从P左右到其几分之一左右的大小，优选量子效率尽可能高。

受光元件80在规定的时机向受光部供给电源开始受光，对受光部输出的信号实施放大等加工，将受光量的时间经过作为受光信号输出。也可以具有根据受光信号决定渡越时间ToF的功能。向受光元件80的电源供给及时机控制由控制/电源部20进行。脉冲发光后的受光开始也可以直接从脉冲发光元件7发送时机信号。

(控制/电源部及驱动/接口部)

关于控制/电源部20及驱动/接口部40，由于能够使用公知的技术，因此不予赘述。驱动/接口部40使框体30朝向规定的旋转角并与之同步，控制/电源部20使脉冲发光元件70脉冲发光，向对象物3照射脉冲光1。在与脉冲发光同时，受光元件80开始进行反射光2计测。检测反射光2的强度从基值电流显著上升的时刻，计测从脉冲发光到所述时间为止的经过时间即渡越时间ToF。根据该时间T，通过L＝c·T/2(c～3E8m/sec：光速)计算到对象物3为止的距离L。该结果经由控制/电源部20从驱动/接口部40与旋转角的信息一起向外部发送。

(效果的说明)

根据本实施方式，说明了从透镜50附近到远处，容易利用脉冲光1的照射区域完全包覆受光区域的情况及为此所应满足的条件。另外，说明了在照射***与受光***的光轴不重合的情况下，为了测量到透镜50附近的对象物3为止的距离所需的一些光学元件。以下对远处的测量界限进行说明。

在本实施方式中，由于照射***与受光***的光轴重合，因此能够将脉冲光1的发散抑制为最小限。但是，在照射***的准直镜与受光***的聚光透镜分开距离M(透镜中心间的距离)配置且照射***与受光***的光轴平行的情况下，为了由照射区域完全覆盖受光区域，照射区域的半径为M+S(L)/2，因此直径以关于透镜50的说明中使用的例子计算，在L＝100m的情况下， 比基于本构造的大10％左右，光照射强度的降低在20％左右。另外，最大测量距离降低几％至10％左右。

但是，问题在更短距离处产生。在例如L＝30m的情况下， 为的1.3倍。因此，在该构造中，若要对10m地点的对象物3的整个受光区域进行光照射，则必须增大脉冲光1的发散。该情况下的脉冲光1的发散需为0.20度左右，为本构造情况下的0.15度的1.36倍左右。这表明，在远处，对象物3上的光照射强度约为0.54倍。因此，若要精确地向中距离(～30m左右)的受光区域进行光照射，则远处的光照射强度大幅度降低，不得不使最大测量距离缩短30％到40％左右。也可以设定使得照射***与受光***的光轴在中距离处交叉。但是，在该情况下，由于远处的受光区域与光照射区域相对于上述光轴平行的情况远离，因此必须增大脉冲光1的发散。因此，仍然是远处的对象物3上的光照射强度降低，最大测量距离大幅度降低。

〔第二实施方式〕

图3示出第二实施方式的光雷达装置100a。光雷达装置100a在不是旋转机构且利用反射镜扫描测量区域这一点与光雷达装置100不同。脉冲光照射/受光部10a具有与脉冲光照射/受光部10相同的功能。由于不需要使框体30a旋转，因此容易实现小型、轻量化、低消耗电力化。另外，反射镜在能够进行二维扫描这一点上有利。

光雷达装置100a包括脉冲光照射/受光部10a、控制/电源部20a、反射镜35、反射镜驱动部36及框体30a。

脉冲光照射/受光部10a向对象物3照射脉冲光1，接受来自对象物3的反射光2。

控制/电源部20a向脉冲光照射/受光部10a供给电源，对脉冲光的照射和受光的时机进行控制。

反射镜35向脉冲光1的照射方向反射。

反射镜驱动部36对反射镜35的朝向方向进行控制。

控制/电源部20a决定反射镜35的朝向方向，向反射镜驱动部36发出反射镜35的控制指示。

另外，控制/电源部20a也作为将计测结果向外部输出的接口发挥作用。

框体30a收纳脉冲光照射/受光部10a、控制/电源部20a、反射镜35及反射镜驱动部36。框体30a具有供脉冲光1和反射光2透过的窗部。窗部也可以具有用于防止雨滴、泥、垃圾等障碍物附着的护罩状的透明罩部。另外，罩部也可以具有拦截可见光等无助于距离测量的光的滤光片功能。

反射光2由反射镜35反射，到达脉冲光照射/受光部10a。

在反射镜35以Z轴为旋转轴进行旋转的情况下，与第一实施方式同样地，在X-Y面内进行一维扫描。反射镜35在绕Z轴的旋转的基础上绕与Z轴正交且与X轴成45度交叉的轴旋转，从而能够进行Z轴方向的扫描。光雷达装置100a中的脉冲光照射/受光部10a与反射镜35的位置关系不限定于图3所图示的位置关系，能够根据用途决定。例如，使脉冲光照射/受光部10a与Z轴方向对准而进行使反射镜35绕Z轴旋转和相对于Z轴倾斜的控制，从而能够在X-Y面内覆盖360度地绕Z轴方向摆动规定的角度，进行宽范围区域的测量。反射镜35可以是电流镜也可以是MEMS反射镜。

本实施方式的光雷达装置100a通过设置偏振分束器60而能够由照射***和受光***共有透镜50。另外，光雷达装置100a能够通过使照射***与受光***的光轴重合而防止产生盲点，并将脉冲光1的发散抑制为最低限，使最大测量距离延长。另外，光雷达装置100a能够进行二维扫描，容易小型化。

〔第三实施方式〕

图4示出第三实施方式的光雷达装置100b。光雷达装置100b在不是旋转机构且利用多面镜扫描测量区域这一点与光雷达装置100不同。脉冲光照射/受光部10b具有与脉冲光照射/受光部10相同的功能。由于不需要使框体30b旋转，因此容易实现小型、轻量化、低消耗电力化。多面镜在能够进行二维扫描这一点上有利。

光雷达装置100b包括脉冲光照射/受光部10b、控制/电源部20b、多面镜35b、反射镜驱动部36b及框体30b。

脉冲光照射/受光部10b向对象物3照射脉冲光1，并接受来自对象物3的反射光2。

控制/电源部20b向脉冲光照射/受光部10b供给电源，并对脉冲光的照射和受光的时机进行控制。

多面镜35b向脉冲光1的照射方向反射。

反射镜驱动部36b对多面镜35b的旋转进行控制。

控制/电源部20b决定多面镜35b的朝向方向，向反射镜驱动部36b发出多面镜35b的控制指示。

另外，控制/电源部20b也可以作为将计测结果向外部输出的接口发挥作用。

框体30b收纳脉冲光照射/受光部10b、控制/电源部20b、多面镜35b及反射镜驱动部36b。框体30b具有使脉冲光1与反射光2透过的窗部。窗部也可以具有用于防止雨滴、泥、垃圾、等障碍物附着的护罩状的透明罩部。另外，罩部也可以具有拦截可见光等无助于距离测量等的光的滤光片功能。

反射光2由多面镜35b反射，到达脉冲光照射/受光部10b。多面镜35b的反射镜面的倾斜角恒定，在以Z轴为旋转轴旋转的情况下，与第一实施方式同样地，在X-Y面内进行一维扫描。若将多面镜35b的各反射镜面相对于Z轴的倾斜角度设定为不同的角度，则能够在Z轴方向上以不同的多个角度进行水平扫描。光雷达装置100b中的脉冲光照射/受光部10b与多面镜35b的位置关系不限定于图4所示的位置关系，能够根据用途决定。

本实施方式的光雷达装置100b由于设有偏振分束器60，因此能够由照射***与受光***共有透镜50。另外，光雷达装置100b由于使两者的光轴重合，因此能够防止产生盲点并将脉冲光1的发散抑制为最低限，使最大测量距离延长。另外，光雷达装置100b能够进行二维扫描，容易小型化。

〔第四实施方式〕

图5示出第四实施方式的光雷达装置100j。光雷达装置100j的脉冲光照射/受光部10j除了脉冲发光元件70j和受光元件80相对于脉冲光照射/受光部10的配置位置不同这一点以外均相同。脉冲发光元件70j配置为沿X轴方向发出直线偏振的光。受光元件80接受沿Z轴方向直线偏振的光。在本实施方式中也具有与第一实施方式相同的效果。

〔第五实施方式〕

图6示出第五实施方式的光雷达装置100k。光雷达装置100k的脉冲光照射/受光部10k相对于脉冲光照射/受光部10，偏振分束器60k的特性不同。即，使沿X轴方向直线偏振的光透过，而使与Z轴方向平行偏振的光反射。因此，脉冲发光元件70k配置为发出沿X轴方向直线偏振的光。受光元件80接受沿Z轴方向直线偏振的光。在本实施方式中也具有与第一实施方式相同的效果。

并且，不限于偏振分束器60k，也适用偏振特性不同的偏振分束器。另外，偏振方向也没有限定。通过由照射***和受光***中共有并使两者的光轴重合，即使是任意组合也能够防止产生盲点，并将脉冲光1的发散抑制为最低限，使最大测量距离延长。能够基于光雷达装置的大小和形状等要因，选择最佳构造。

〔第六实施方式〕

图7示出第六实施方式的脉冲光照射/受光部10c。本实施方式的脉冲光照射/受光部10c在脉冲发光元件70c包含多个发光部且受光元件80c包含多个受光部这一点上与上述实施方式不同。

第一实施方式的光雷达装置100通过由照射***和受光***共有透镜50并使两者的光轴重合，能够防止产生盲点，并将脉冲光1的发散抑制为最低限，使最大测量距离延长。但是，由于是单通道构造，因此在提高分辨率上不利。因此，在本实施方式中，实施多通道化，增加测量点，提高分辨率。照射***和受光***共有透镜50且使两者的光轴重合这一点，以及因此使用偏振分束器60、1/4波长板51、光学带通滤波器68、整形透镜69c这一点，与上述实施方式相同。

作为多通道化的一例，存在使脉冲发光元件70c的发光部与受光元件80c的受光部一一对应的情况。在该情况下，需要针对各发光部使光轴与对应的受光部的光轴一致。为了使单个发光部与单个受光部对应，需要以微米级的精度进行对位，光雷达装置越小型化则问题越大。改善这一点是本实施方式的目的。

图8是脉冲发光元件70c的示意图。图8的(a)是主视图，(b)是俯视图。在图8中，以具有8个发光部78-1至8的情况为例进行说明，但发光部78的数量为两个以上即可。

脉冲发光元件70c将多个发光部78-1至8集成为单体。

如图8的(a)所示，N层71包含N型GaAs基底及在其上生长的N型层。在N层71上依次外延生长发光层72、P层73。发光层72包含发光部78-1至8。与各发光部78-1至8对应，形成有***部(ridge)77-1至8、P电极76-1至8。各***部77-1至8以间隔R等间隔地相互平行配置。各***部77-1至8之间由绝缘膜74覆盖。

如图8的(b)所示，***部77-1至8的中心线与端面79F、端面79B正交。并且，光从端面79F朝向光照射方向的箭头方向射出。脉冲发光元件70c以端面79F与照射***的光轴垂直且***部77-1至8与照射***的光轴平行的方式设置。

将发光部78-m(m为1至8的任意整数)与光轴的距离设为Zm。在图8中，例示了发光部78-3位于光轴上的情况。即，Zm＝(m-3)·R。从发光部78-m发出的光穿过整形透镜69c、偏振分束器60、1/4波长板51、透镜50而照射到对象物3，而从透镜50的光轴沿Z轴方向以彼此不同的角度照射。若将从发光部78-m发出的脉冲光设为脉冲光1-m，将脉冲光1-m的行进方向与Y轴所成的角度设为Am，则tan(Am)＝Zm/f。在N层71的发光层72的形成面的相反面上形成有N电极75。各发光部78-m通过在对应的P电极76-m与共通的N电极75之间流过电流而产生发光。在这里，假定依次发光。

图8中省略图示，但脉冲发光元件70c能够包含各发光部78-m的驱动电路。控制/电源部20c供给用于各发光部78-m发光的电源，并对发光前的充电动作和发光动作的时机进行控制。

图9是受光元件80c的示意图。与图8所示的脉冲发光元件70c同样地，在图9中，示出8个受光部81-1至81-8。受光部81-m以间隔R等间隔配置。各受光部81-m具有受光控制部82-m。受光控制部82-m向受光部81-m供给电源，对受光部81-m的输出信号进行放大加工，向用于计测渡越时间的计测电路83传递。计测电路83求出各受光部81-m各自的渡越时间ToFm，向控制/IO/电源部84发送。

控制/电源部20c进行向受光元件80c的电源供给和受光的时机控制。脉冲发光元件70c也可以将脉冲发光后的受光开始的时机信号直接向受光元件80发送。

如图9所示，受光元件80c以受光部的中心线85与透镜50的光轴平行的方式，垂直于Z轴设置。为了使与图8的脉冲发光元件70c一一对应，将受光***的光轴中心配置位于受光部81-3的中心。以受光部81-m的受光***的光轴中心为基准的坐标Ym能够用Ym＝(m-3)·R表示。

在将脉冲发光元件70c或受光元件80c形成为单体的情况下，由于发光部78-m或受光部81-m的位置关系由光刻技术的精度决定，因此能够以非常高的精度制造。在本实施方式中，不需要将各个发光部或受光部这种小部件单独高精度设置。与独立的发光部或受光部相比，只要高精度地设置足够大的脉冲发光元件70c和受光元件80c即可，因此脉冲光照射/受光部10c的制造非常容易。特别是，在为了实现高分辨率化将发光部或受光部的数量增加为16个、32个、64个的情况下，效果更加显著。因此，本实施方式的构造容易进行脉冲光照射/受光部10c的制造，能够抑制不良产生并能够以低成本进行生产。

脉冲发光元件70c的各个发光部78-m的大小和受光元件80c对应的受光部81-m的大小，优选使得在第一实施方式中说明的关系成立。即，对于发光部78-m的大小Pm、受光部81-m的大小Qm来说，优选Qm与Pm大致相等或较小。另外，发光部78-m的纵横比(P/U)m、受光部81-m的纵横比(Q/V)m更加优选大致相等。由此，远处对象物3上的脉冲光的照射区域能够无浪费地覆盖受光区域，因此能够提高脉冲光1相对于背景光的强度比，能够进行距离测量到达更远处。

并且，作为脉冲发光元件70c和受光元件80c，也可以配置多个在图8及图9中分别示出的一个设备。例如，若将两个图8所示的具有8个发光部的发光设备直列排列，则能够作为具有合计16个发光部的脉冲发光元件使用。同样地，若将两个图9所示的具有8个受光部的受光设备直列排列，则能够作为合计具有16个受光部的受光元件使用。与各设备仅使用一个的情况相比，虽然工时翻倍，但不需要开发具有16个发光部、受光部的设备，就能够容易地制造具有两倍分辨率的脉冲发光元件、受光元件。另外，为了能够实现这种使用方法，优选从端部的***部77-1及77-8的中心到芯片端部为止的距离为R/2以下，从端部的受光部81-1及81-8的中心到芯片端部为止的距离为R/2以下。

本实施方式的光雷达装置100c通过由照射***和受光***共有透镜50并使两者的光轴重合，从而能够防止产生盲点，并将脉冲光1的发散抑制为最低限，使最大测量距离延长。此外，本实施方式的光雷达装置100c具有用于提高角度分辨率的多个发光部、多个受光部，因此特别具有制造方法容易的特征。

在本实施方式中，脉冲发光元件70c的发光部78-m的配置间距恒定。因此，受光元件80c的受光部81-m的配置间距也恒定。但是，配置间距未必要恒定，可以进行多种变更。例如，出于在视野的中心部提高分辨率并在周边部降低分辨率的目的，能够使相邻发光部的距离在脉冲发光元件70c的中央部处比周边部短。此时，受光元件80c的受光部81-m的坐标Ym必须与对应发光部78-m的坐标Zm相等。

在本实施方式中，例示了脉冲发光元件70c的发光部78-m与受光元件80c的受光部81-m一对一对应的情况，但也可以是一对二等构造。例如，在非常希望提高角度分辨率的情况下，受光部81-ma、81-mb、81-mc等与发光部78-m对应。

〔第七实施方式〕

第七实施方式的光雷达装置100d是与第六实施方式的光雷达装置100c相同的构造，区别在于脉冲光照射/受光部10d所具有的受光元件80d。

图11是表示本实施方式的受光元件80d的构造的示意图。受光部81d-1至8及受光控制部82d-1至8具有多个(在图11中为8个)这一点与受光元件80c相同，计测电路83d-1至8对应于受光部81d-1至8具备多个(在图11为8个)这一点不同。受光元件80d具有多个计测电路83d-1至8，多个计测电路83d-1至8分别与多个受光部81d1至8中的某一个对应。本实施方式的脉冲发光元件的外观与图8所示的脉冲发光元件70c相同，但在本实施方式中，多个(在本实施方式中为8个)发光部能够同时发光。另外，受光部81d-1至8也能够同时受光。在第六实施方式中，发光部与受光部的对逐对地依次动作，但在本实施方式中，能够使发光部与受光部的对同时动作。由此，能够缩短测量时间。另外，在测量次数增加的情况下，能够通过测量结果的加算平均提高测量精度。

〔第八实施方式〕

图12示出第八实施方式的脉冲光照射/受光部10e。第八实施方式的光雷达装置100e是与第六实施方式的光雷达装置100c相同的构造，区别在于脉冲光照射/受光部10e具有1/4波长板这一点。因此，脉冲光1e-1至8沿图12所示的Z轴方向直线偏振。受光元件80e受光的反射光2e-1至8沿图12所示的X轴方向直线偏振。即，脉冲光的偏振方向与反射光的偏振方向正交。对于其他方面，本实施方式的光雷达装置100e与第六实施方式的光雷达装置100c相同。

受光元件80e的受光光量与第六实施方式的光雷达装置100c的情况相比大致减半，但背景光的受光量也同样地减少，因此并不会导致SN比自身大幅度恶化。在本实施方式中，进一步增加受光元件80e的受光部的面积及提高量子效率的灵敏度提高方案，可以确保SN比。根据本实施方式，能够拦截脉冲光1e-1至8的镜面反射光。由此，能够消除雨滴、雾、雪等这样的镜面反射强度强的降雨的影响。

〔第九实施方式〕

图13示出第九实施方式的光雷达装置100f。第九实施方式的光雷达装置100f为与第八实施方式的光雷达装置100e相同的构造，如图13所示，区别在于受光元件80f与脉冲发光元件70f的配置调换这一点。因此，脉冲发光元件70f配置为与Z轴正交，而受光元件80f配置为与Y轴正交。脉冲发光元件70f发出沿X轴方向直线偏振的光，脉冲光f-1至8沿与X轴平行的方向直线偏振。受光元件80f接受的反射光2f-1至8沿Z轴方向直线偏振。但是，脉冲发光元件70f在图8所示的构造中沿Y轴方向直线偏振，因此成为图14所示的构造。

本实施方式与第八实施方式的区别在于接受的反射光2f-1至8的直线偏振的偏振方向为Z轴方向这一点。在强太阳光下，从对向车等道路上的各种物体发出非常强的反射光的情况频发。这种反射光在太阳光高度高的情况下，主要沿水平方向直线偏振。因此，通过接受沿垂直方向直线偏振的反射光2f-1至8，能够消除这种太阳光的强反射，改善SN比。

脉冲发光元件70f如图14的(a)、及(b)所示，多个激光芯片95-m搭载在基板90-m的上，以间距R固定在框架96上。图14的(c)示出各发光元件的放大图。激光芯片95-m是端面发光激光。在基板90-m上沿基板90-m的长边方向(Z轴方向)配置N配线91-m和P配线92-m，在其上方借助连接材料93将端面发光激光芯片以面朝下连接。端面发光激光芯片如图14的(c)所示，层叠有包含GaAs基底的N层71f-m、发光层72f-m、P层73f-m。N电极75f-m形成在将外延生长面的一部分蚀刻至N层71f-m为止而露出的N层71f-m上及其相反侧的面这两处。P电极76f-m形成于在P层73f-m的区域形成的***部77f-m上方。N电极75f-m及P电极76f-m除了与半导体层连接的部分以外的表面被绝缘膜74f-m覆盖。发光层72f-m的***部77f-m部分为发光部78f-m。在图14的(b)中示出的后方，虽省略图示，但N配线91-m和P配线92-m与外部的驱动电路连接。并且，在使基板90-m较大的情况下，能够配置激光芯片95-m的驱动电路的一部分或全部。

激光芯片95-m为，横向宽度250μm，长度500μm，厚度100μm。基板90-m为，厚度100μm，宽度1500μm，长度2000μm。间距R为350μm。

并且，在图14中作为脉冲发光元件70f示出了将端面发光激光芯片模块化的构造的，但也可以将8个面发光激光以间距R呈直线状(Y轴方向)并列配置而形成为单体。此时，构成各个面发光激光的多个发光单元构成为沿X轴方向直线偏振。

〔第十实施方式〕

第十实施方式的光雷达装置是与第六实施方式的光雷达装置100c相同的构造，但脉冲光照射/受光部10g作为成像光学元件也可以取代透镜50而使用离轴反射镜这一点不同。

图15是表示第十实施方式的脉冲光照射/受光部10g的示意图。隔着1/4波长板51、偏振分束器60、整形透镜69g，在离轴反射镜55的焦点位置设置脉冲发光元件70g。另外，隔着1/4波长板51、偏振分束器60、光学带通滤波器68，在离轴反射镜55的焦点位置配置受光元件80g。

在本实施方式中，由照射***和受光***共有作为成像光学元件的离轴反射镜55，由于使两者的光轴重合，因此能够防止产生盲点，并将脉冲光1g-m的发散抑制为最低限，使最大测量距离延长。此外，具有用于提高角度分辨率的多个发光部、多个受光部，特别是制造方法容易。

〔第十一实施方式〕

图16是表示第十一实施方式的光雷达装置100h的示意图。第十一实施方式的光雷达装置100h与上述实施方式的光雷达装置不同，脉冲光照射/受光部10h包含脉冲光的扫描功能。

如图16所示，光雷达装置100h包含脉冲光照射/受光部10h、控制/电源部20h和框体30h，但也可以不包含旋转机构、反射镜等的脉冲光扫描功能。

图17表示第十一实施方式的脉冲光照射/受光部10h的构造。在偏振分束器60与作为成像光学元件的透镜50之间具有作为可动反射镜的反射镜65，由此能够使脉冲光1h-m在X-Y面内内摆动。如本实施方式所示，即使在使脉冲光照射/受光部10h设有扫描功能的情况下，也能够由照射***和受光***共有透镜50，并通过使两者的光轴重合而防止产生盲点。另外，能够将脉冲光1的发散抑制为最低限，使最大测量距离延长。此外，通过具有多个发光部和多个受光部，能够在沿Z轴方向保持角度分辨率的基础上在X-Y面内进行扫描，能够不使用马达这样的旋转机构和大反射镜等进行二维测量。

脉冲光照射/受光部10h除了包括反射镜65和对反射镜65的旋转角度进行控制的反射镜驱动部36h、以及利用反射镜65使光路90度变更这一点以外，与第六实施方式的脉冲光照射/受光部10c相同。反射镜65能够在例如ZY面内绕与Z轴以45度交叉的旋转轴线66旋转，沿X轴方向进行脉冲光1h-m扫描。通过光路变更，偏振分束器60的配置也变更90度，脉冲发光元件70h与Z轴垂直配置，受光元件80h与Y轴垂直配置。在图17中，1/4波长板51配置在反射镜65与透镜50之间，但也可以配置在反射镜65与偏振分束器60之间。

在反射镜65的旋转范围为±G(度)，反射镜65的反射面的中心位置位于距离透镜50的焦点位置为光路长k的位置的情况下，脉冲光1h-m的扫描范围为大致k/f·G。因此，在希望增大反射镜65的扫描范围的情况下，优选置于透镜50的附近。例如，使用与第六实施方式相同的焦距40mm、F＝1.8(开口直径22.2mm)的透镜50且G＝20度、k＝30mm的情况下，扫描范围为±15度。在该情况下，反射镜65的反射面需要是短径17mm、长径24mm左右的椭圆面。在本构造中，很难像光雷达装置100c这样在宽范围内扫描，但能够提供范围相对狭小而能够对二维区域进行测量的小型光雷达装置。在扫描范围可以更狭小的情况下，能够尽可能远离透镜50、减小反射镜65的面积，提高扫描速度，降低成本。

〔第十二实施方式〕

图18示出第十二实施方式的脉冲光照射/受光部10i的构造。第十二实施方式的脉冲光照射/受光部10i在具有多个反射镜这一点上，与第十一实施方式的脉冲光照射/受光部10h不同。根据该不同点，能够将脉冲光的扫描范围设为更大的范围。

在本实施方式中包含多个反射镜，在反射镜65的基础上包含反射镜67。反射镜67的旋转轴线68与反射镜65的旋转轴66线平行。在反射镜67摆动到最大角之后，能够通过使反射镜65进一步摆动而使扫描范围增大。

〔总结〕

本发明第一方式的脉冲光照射受光装置(脉冲光照射/受光部10)包括成像光学元件(透镜50)、偏振分束器60、脉冲发光元件70和受光元件80，其向对象物3照射脉冲光1，接受来自所述对象物3的反射光2，在该脉冲光照射受光装置(脉冲光照射/受光部10)中，所述脉冲发光元件70发出沿第一偏振方向直线偏振的脉冲光，所述脉冲光1依次经过所述偏振分束器60和所述成像光学元件(透镜50)照射所述对象物3，所述反射光2依次经过所述成像光学元件(透镜50)和所述偏振分束器60，沿与所述第一偏振方向不同的第二偏振方向直线偏振，聚光在所述受光元件80上，所述脉冲发光元件70和所述受光元件80设置在所述成像光学元件(透镜50)的焦点面上，所述脉冲光1的光轴与所述反射光2的光轴重合。

根据上述构造，能够防止产生盲点，且无论到对象物为止的距离如何，均能够以少量光学部件提高照射到对象物上的光强度。

本发明第二方案的脉冲光照射受光装置(脉冲光照射/受光部10)在上述第一方案的基础上，可以是所述受光元件80的受光部81的大小与所述脉冲发光元件70的发光区域的大小大致相等，或者所述受光元件的受光部的大小小于所述脉冲发光元件的发光区域的大小。

根据上述构造，即使对象物3在远处，也能够由对象物3上的脉冲光的照射区域无浪费地覆盖受光区域。

本发明第三方案的脉冲光照射受光装置(脉冲光照射/受光部10c)在上述第一方案的基础上，所述脉冲发光元件70c具有多个发光部78，所述受光元件80c具有多个受光部81，所述多个发光部78分别与所述多个受光部81中的某一个一一对应。

根据上述构造，角度分辨率提高。

本发明第四方案的脉冲光照射受光装置(脉冲光照射/受光部10)可以是，在上述第三方案的基础上，所述多个受光部81各自的大小与所对应的所述发光部78的发光区域的大小大致相等，或者小于所对应的所述发光部的发光区域的大小。

根据上述构造，具有与第二方案相同的效果。

本发明第五方案的脉冲光照射受光装置(脉冲光照射/受光部10)可以是，在上述第三或第四方案的基础上，使所述多个受光部81彼此的配置间距恒定。

根据上述构造，分辨率恒定。

本发明第六方案的脉冲光照射受光装置(脉冲光照射/受光部10)可以是，在上述第三至第五方案的基础上，所述脉冲发光元件70将所述多个发光部78集成为单体。

根据上述构造，能够高精度地进行制造。

本发明第七方案的脉冲光照射受光装置(脉冲光照射/受光部10)可以是，在上述第三至第六方案的基础上，所述受光元件80具有多个计测电路83，该多个计测电路83分别与所述多个受光部81中的某一个对应。

根据上述构造，能够缩短测量时间，另外，在测量次数增加的情况下，能够提高测量精度。

本发明第八方案的脉冲光照射受光装置(脉冲光照射/受光部10)可以是，在上述第一至第七方案的基础上，具有设置在所述偏振分束器60与所述对象物3之间且使所述脉冲光圆偏振的1/4波长板51，所述脉冲光以圆偏振状态朝向所述对象物3照射。

根据上述构造，偏振分束器60中的反射损失少。

本发明第九方案的脉冲光照射受光装置(脉冲光照射/受光部10)也可以是，在从上述第一至第七方案的基础上，所述脉冲光1以直线偏振状态向所述对象物3照射。

根据上述构造，光的损失少。

本发明第第十方案的脉冲光照射受光装置(脉冲光照射/受光部10)也可以是，在上述第一至第九方案的基础上，在所述偏振分束器60与所述成像光学元件(透镜50)之间包含可动反射镜。

根据上述构造，能够使脉冲光1在水平面内摆动。

本发明第十一方案的脉冲光照射受光装置(脉冲光照射/受光部10)也可以是，在上述第一至第十方案的基础上，所述成像光学元件为透镜50。

根据上述构造，能够形成平行光。

本发明第十二方案的脉冲光照射受光装置(脉冲光照射/受光部10)可以是，在上述第一至第十一方案的基础上，所述脉冲发光元件70具有整形透镜69。

根据上述构造，能够将Z轴方向的发散抑制为与X轴方向的发散一致。

本发明第十三方案的脉冲光照射受光装置(脉冲光照射/受光部10)可以是，在上述第一至第十二方案的基础上，在所述偏振分束器60与所述受光元件80之间具有光学带通滤波器68。

根据上述构造，能够削减由反射光2内的与脉冲光1不同的背景光产生的成分，提高SN比。

本发明第十四方案的脉冲光照射受光装置(脉冲光照射/受光部10)可以是，在上述第一至第十三方案的基础上，所述脉冲发光元件70产生近红外线的脉冲光。

根据上述构造，由于肉眼不可见，因此不会造成妨碍，波长越长，对于动物眼睛的安全性越高。

本发明不限定于上述各实施方式，能够在权利要求范围内进行多种变更，而将不同实施方式分别公开的技术手段适当组合得到的实施方式也包含在本发明的技术范围内。进而，能够通过将各实施方式所公开的技术手段进行组合而形成新的技术特征。

[实施例1]

以下对本发明一实施例进行说明。

利用以下构造，求出第一实施方式的光雷达装置的最大测量距离。脉冲发光元件70为，发光波长905nm，峰值功率31W，脉冲宽度6nsec。端面发光激光芯片的发光区域的大小为P＝200μm，U＝10μm。近端场光的发散角度为，X轴方向10度，Z轴方向25度。受光元件80的受光部为直径灵敏度55A/W的雪崩光电二极管。作为光学带通滤波器68，使用透过带中心波长905nm、透过带宽45nm的干涉滤光片。透镜50为焦距75mm，F2.8(开口直径26.8mm)，通过透镜50后的脉冲光的发散角为0.15度左右。偏振分束器60使用一边的长度为15mm的立方体型，其中心设置在距离透镜50为40mm的位置。受光元件80隔着光学带通滤波器68、1/4波长板51及偏振分束器60设置在透镜50的焦点位置。同样地，脉冲发光元件70隔着整形透镜69、1/4波长板51及偏振分束器60设置在透镜50的焦点位置。作为对象物3，使用反射率50％的板，在晴天进行测量。

雪崩光电二极管的输出电流为暗电流0.6nA，基值电流为1.3μA，由来自120m处的对象物3的反射光2引起的电流为11μA，与基值电流相比足够高，能够进行反射光2检测。求出的渡越时间ToF为799nsec，在误差范围内与正确的距离一致。另外，受光元件80的受光部为圆形，与脉冲发光元件70的发光区域的形状一致，因此在受光部中央的前表面设置有具有30μm宽度带状开口部的金属掩膜。在该情况下，虽然反射光2引起的电流没有变化，但基值电流下降至0.2μA，SN比提高。由此，能够将最大测量距离延长至180m。

〔对比例〕

相对于实施例1，也可以像图19所示的脉冲光照射/受光部10x那样构成为，在光照射***和受光***中不共有成像光学元件。即，受光***具有受光透镜50x，照射***具有准直镜52，在其前方配置有偏振分束器60x和1/4波长板5x。根据该构造，也能够使脉冲光1x与受光的反射光2x的光轴一致，防止产生盲点。但是，为了捕捉来自远处的对象物3的反射光2x，必须使受光透镜50x的口径较大，偏振分束器60x和1/4波长板51x也需要与受光透镜50x的口径相配合而增大，这些光学元件价格高且需要很大的空间。在本构造中，必须在偏振分束器60x后方确保与受光透镜50x或准直镜52的焦距相应的量的空间。因此，脉冲光照射/受光部10x不得不是尺寸大且价格高的构件。与之相比，根据实施例1的构造，具有能够利用更少的部件数量、更小的空间和低成本部件实现实现更紧凑的构造的优点。

[实施例2]

以下对本发明其他实施例进行说明。

在以下构造中，求出第六实施方式的光雷达装置100c的最大测量距离。脉冲发光元件70c为各***部77-1至8的宽度200μm，***部的配置间距R＝350μm，各发光部78-1至8的发光波长905nm±1nm，峰值功率31W±1W。以脉冲宽度6nsec进行驱动。作为整形透镜69c使用一根棒形透镜，配置在发光层72的前表面。将来自激光芯片的发光的发散角度设为X方向、Z方向均为10度。受光元件80c形成在硅基板上，受光部81-1至8以与发光部的配置间距相同的R＝350μm配置。各受光部81-m配置有128个4μm直径的SPAD。SPAD配置在一边为144μm的四边形区域。该PAD的量子效率为15％，Daedtime为20nsec。作为光学带通滤波器68，使用透过带中心波长905nm、透过带宽45nm的干涉滤光片。透镜50为焦距40mm、F1.8(开口直径22.2mm)。偏振分束器60使用一边的长度为15mm的立方体型，其中心设置在距离透镜5020mm的位置。受光元件80c隔着光学带通滤波器68、1/4波长板51及偏振分束器60，设置在透镜50的焦点位置。同样地，脉冲发光元件70c隔着整形透镜69c、1/4波长板51及偏振分束器60设置在透镜50的焦点位置。通过透镜50后的脉冲光的发散角为0.29度左右。来自各发光部78-1至8的脉冲光1-1至8分别相对于Y轴方向以+1.0度、+0.5度、0度、-0.5度、-1.0度、-1.5度、-2.0度、-2.5度的摆动角向Z轴侧发出。各受光部81-1至8接受针对所述脉冲光1-1至8的反射光2-1至8。发光部78-1至8依次发光，与之对应地，受光部81-1至8依次受光。因此，暂时被活性化的发光部与受光部为一对。对于根据来自控制/电源部20c的信号而由控制/IO/电源部84选择的受光部81-m的SPAD，利用受光控制部82-m向各SPAD供给电源。受光控制部82-m以3nsec(脉冲光的脉冲宽度的一半)单位采集来自各SPAD的脉冲输出，并将结果向计测电路83发送。计测电路83将每3nsec一次的光子计数记录在存储器中，另一方面，进行用于识别基于背景光的信号和基于脉冲光1-m的信号的数据处理，决定渡越时间。

图10中示出计测电路83记录的100m地点处的数据的一例。在本例中，在脉冲光发光后，在224×3nsec后由于背景光而计数显著增多，渡越时间ToF＝669nsec，距离计测为100.35m，与实际的值非常一致。对于背景光的上限级别，根据整体的平均计数为4.4个，按照泊松分布，能够预测为12个左右，因此，将超过12个的计数判定为是基于对象物3的脉冲光的反射光。渡越时间的决定方法能够采用多种方式。例如，通过将图10的测量结果按每个相邻的区间相加，重新视为6nsec刻度的数据，能够降低距离分辨率，同时容易进行远处物体的检测。通过这样的改进，在本构造中也能够使最大测量距离延伸至130m。

通过依次重复进行上述的测量，能够在一度实施八个点的测量。在该情况下，虽然Z轴方向的角度分辨率为0.5度，但该分辨率能够基于透镜50的焦距f和发光部与受光部的间距R对角度分辨率～R/f(rad)进行控制。通过使用长焦距的透镜能够减小角度分辨率。

附图说明

1、1-1～1-8、1e-1～1e-8、1f-1～1f-8、1g-1～1g-8、1h-1～1h-8、1i-1～1i-8、1x脉冲光

2、2-1～2-8、2e-1～2e-8、2f-1～2f-8、2g-1～2g-8、2h-1～2h-8、2i-1～2i-8、2x 反射光

3 对象物

10、10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h、10i、10j、10k 脉冲光照射/受光部(脉冲光照射受光装置)

20、20a、20b、20h 控制/电源部

30、30a、30b、30h 框体

35 反射镜

35b 多面镜

36、36b、36h 反射镜驱动部

40 驱动/接口部

50 透镜

50x 受光透镜

52 准直镜

55 离轴反射镜

51、51x 1/4波长板

60、60f、60h、60k、60x 偏振分束器

65、67 反射镜

66、68 旋转轴线

68 光学带通滤波器

69、69c、69e、69f、69g、69h、69i 整形透镜

70、70c、70e、70f、70g、70h、70i、70j、70k 脉冲发光元件

71、71f-1至71f-8 N层

72、72f-1至72f-8 发光层

73、73f-1至73f-8 P层

74、74f-1至74f-8 绝缘层

75、75f-1至75f-8 N电极

76-1至76-8、76f-1至76f-8 P电极

77-1至77-8、77f-1至77f-8 ***部

78-1至78-8、78f-1至78f-8 发光部

79F、79B、79F-1至79F-8、79B-1至79B-8 端面

80、80c、80d、80e、80f、80g、80h、80i 受光元件

81-1至81-8、81d-1至81d-8 受光部

82-1至82-8、82d-1至82d-8 受光控制部

83、83d-1至83d-8 计测电路

84、84d 控制/IO/电源部

85 受光部中心线

90-1至90-8 基板

91-1至91-8 N配线

92-1至92-8 P配线

94-1至94-8 连接材料

96 框架

100、100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g、100h、100i、100j、100k 光雷达装置

Claims (15)

1.一种脉冲光照射受光装置，其包括成像光学元件、偏振分束器、脉冲发光元件和受光元件，向对象物照射脉冲光，接受来自所述对象物的反射光，该脉冲光照射受光装置的特征在于，

所述脉冲发光元件发出沿第一偏振方向直线偏振的脉冲光，

所述脉冲光依次经过所述偏振分束器和所述成像光学元件照射所述对象物，

所述反射光依次经过所述成像光学元件和所述偏振分束器，向与所述第一偏振方向不同的第二偏振方向直线偏振，在所述受光元件上聚光，

所述脉冲发光元件与所述受光元件设置在所述成像光学元件的焦点面上，

所述脉冲光的光轴与所述反射光的光轴重合。

2.根据权利要求1所述的脉冲光照射受光装置，其特征在于，

所述受光元件的受光部的大小与所述脉冲发光元件的发光区域的大小大致相等，或者所述受光元件的受光部的大小小于所述脉冲发光元件的发光区域的大小。

3.根据权利要求1所述的脉冲光照射受光装置，其特征在于，

所述脉冲发光元件具有多个发光部，所述受光元件具有多个受光部，所述多个发光部分别与所述多个受光部中的某一个一一对应。

4.根据权利要求3所述的脉冲光照射受光装置，其特征在于，

所述多个受光部各自的大小与所对应的所述发光部的发光区域的大小大致相等，或者小于所对应的所述发光部的发光区域的大小。

5.根据权利要求3或4所述的脉冲光照射受光装置，其特征在于，

所述多个受光部彼此的配置间距恒定。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的脉冲光照射受光装置，其特征在于，

所述脉冲发光元件将所述多个发光部集成为单体。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的脉冲光照射受光装置，其特征在于，

所述受光元件具有多个计测电路，该多个计测电路分别与所述多个受光部中的某一个对应。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的脉冲光照射受光装置，其特征在于，

具有1/4波长板，其设置在所述偏振分束器与所述对象物之间，使所述脉冲光圆偏振，

所述脉冲光以圆偏振状态朝向所述对象物照射。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的脉冲光照射受光装置，其特征在于，

所述脉冲光以直线偏振状态朝向所述对象物照射。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的脉冲光照射受光装置，其特征在于，

在所述偏振分束器与所述成像光学元件之间包含可动反射镜。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的脉冲光照射受光装置，其特征在于，

所述成像光学元件为透镜。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的脉冲光照射受光装置，其特征在于，

所述脉冲发光元件具有整形透镜。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的脉冲光照射受光装置，其特征在于，

在所述偏振分束器与所述受光元件之间具有光学带通滤波器。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的脉冲光照射受光装置，其特征在于，

所述脉冲发光元件发出近红外线的脉冲光。

15.一种光雷达装置，其特征在于，

具有权利要求1至14中任一项所述的脉冲光照射受光装置，

对应于由上述脉冲光照射受光装置进行的脉冲光向对象物的照射及来自所述对象物的反射光的受光，计测渡越时间。