JP6851029B2 - 投射光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、距離測定のための光源などに使用される投射光源装置に関するものである。

投射光源装置は距離測定装置の光源などに使用される。

距離測定装置の方式として、さまざまな距離測定方式が提案、実用されている。たとえば、古くからの三角測量方式や、光源の光に振幅変調を行い被測定物からの反射光と光源との位相差を測定する位相差検出方式や、近年使われだしてきた極短パルスの光を照射し被測定物の反射光の到達時間を測定することで距離を測定するＴＯＦ（time of flight）方式などがある。

いずれの距離測定方式においても、測定可能な距離を長くし、測定精度を高めようとすると、光源には小型高出力で、高周波の変調あるいは非常に短いパルス波形が必要となり半導体レーザを光源として使用する必要が出てきている。

レーザ光源の使用については、人体、目に対する安全性の観点から安全規格が設けられている。日本国内ではＪＩＳ−Ｃ６８０２で規定されており、人の目に光が入る可能性がある場合においては、一般的には安全基準のクラス１の条件を満たす必要がある。クラス１の条件を満たして、レーザ光源の出力を上げるためには、投射装置の射出面において、レーザ光のビーム径を大きくする必要がある。人が投射光源装置を見た時に、投射光源装置の射出面における発光径が小さいと、目の網膜にできる光源像も小さくなって光集中が高くなり、目に損傷を与えやすい。これを防ぐため投射光源装置の射出面の発光径を大きくすることで網膜にできる光源像を大きくし、目に損傷を与えないレーザ光源の光出力の最大値を大きくすることができる。

従来の投射光源装置では、半導体レーザの射出部の窓に拡散板を配置しているものがある。図９は、特許文献１に記載された従来の投射光源装置を示す。

図９において、３１はレーザ光源、３２はレーザ光源３１の射出光を広げる凹レンズ、３３は拡散板、３４はレーザ光源３１と凹レンズ３２と拡散板３３を保持する金属パッケージである。

レーザ光源３１からの射出光は凹レンズ３２で拡散され、拡散板３３に光が投射される。拡散板３３では、光が等方向に拡散される。凹レンズ３２を用いることで、拡散板３３でのビーム径を大きくしている。レーザ光源３１のビーム径は数μｍと非常に小さいが、拡散板３３を用いることで、拡散板３３上にレーザ光源３１の射出面でのビーム径より非常に大きなビーム径を形成することになるので、人がレーザを見た時に、目の網膜に形成される光源の像が大きくなり、目に損傷をあたえないレーザ出力の上限を大きくすることができる。

特開平９−３０７１７４号公報

しかしながら、レーザ光源３１の射出光を凹レンズ３２で広げて拡散板３３に照射しているため、拡散板３３の中央部分と周辺部分において、拡散板３３への光の入射角が異なっている。

すなわち、拡散板３３の中央部分では、拡散板３３の入射面にほぼ垂直に光が入射するが、拡散板３３の周辺部では拡散板３３の入射面に斜めに入射することになる。このため、人が投射光源装置を見た時に、拡散板３３の面でのビーム径を大きくするためには、非常に拡散性の高い拡散板を用いる必要がある。一般的な、スリガラス状の拡散板では、拡散性を高くすると拡散面からの反射が大きくなり、光利用効率が大幅に低下してしまう。また、拡散性の高い拡散板の拡散特性は、一般的にはランバート拡散となり、斜め方向への光が弱くなってしまうという課題を有している。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、拡散板での光ロスが小さく、均一で広い放射角の光を射出でき、投射装置の射出面におけるビーム径を大きくできる投射光源装置を提供することを目的とする。

本発明の投射光源装置は、光源、前記光源の射出光を略平行光化するコリメートレンズと、前記コリメートレンズの射出光を拡散させる中間拡散板と、前記中間拡散板よりも弱い拡散性を有し前記中間拡散板の射出光を拡散させる出射面拡散板とを備え、前記中間拡散板は、凹形状と凸形状が滑らかに接続して配列された構造を有し、凸形状と凹形状で形成される断面の押し出し形状の第１，第２拡散板を、凸形状と凹形状の溝方向が互いに直交するように近接して配置したことを特徴とする。

さらに具体的には、前記光源は、レーザ光源であることを特徴とする。

また、前記レーザ光源は、複数のレーザ光源が隣接して配列されたことを特徴とする。

また、前記出射面拡散板は、凹形状と凸形状が形成された面を前記光源側に配置したことを特徴とする。

また、前記中間拡散板は、凸形状の幅が凹形状の幅より広いことを特徴とする。

また、前記コリメートレンズと前記第１拡散板との距離をＬ１、前記第１拡散板と前記第２拡散板との距離をＬ２、前記第２拡散板と前記出射面拡散板間の距離をＬ３としたとき、Ｌ２ ＜Ｌ１ ＜Ｌ３で配置されたことを特徴とする。

また、前記出射面拡散板は、前記中間拡散板の凸形状と凹形状の配列間隔ピッチをｐ、前記出射面拡散板の拡散角を半値全角ηとしたときに、前記第２拡散板と前記出射面拡散板との距離Ｌ３を少なくとも、Ｌ３ ≧ｐ／（２×ｔａｎ（η））として配置したことを特徴とする。

この構成によれば、レーザ光を広げたあと平行光に近くし、断面がウェーブ状の中間拡散板で水平、垂直方向に広げ、出射面拡散板で投射光源装置の射出面の光分布を均一にすることで、拡散板での光ロスが小さく、均一で広い放射角の光を射出でき、射出面におけるビーム径を大きくし、安全基準のクラス１の範囲内でレーザ光源出力を高くすることができる。

本発明の実施の形態における投射光源装置の模式図 （ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の実施の形態における第１，第２拡散板の構造を示す図 （ａ）（ｂ）本発明の実施の形態における拡散板での光線を示す図 （ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の実施の形態における第１，第２，第３拡散板８，９，１０の射出光の輝度分布図 （ａ）本発明の実施の形態の投射光源装置を備えた距離測定装置の構成図と（ｂ）撮像ユニット１９の説明図 （ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の実施の形態における投射光源装置からの光広がりの角度分布を示す図 本発明の実施の形態におけるコリメートレンズを１つにした模式図 本発明の実施の形態における拡散板を２つにした模式図 特許文献１に記載された投射光源装置を示す図

以下、本発明の投射光源装置を、実施の形態に基づいて説明する。

図１は本発明の投射光源装置１を示す。

図１において、紙面右左方向をＸ軸、上方向をＹ軸、紙面奥方向をＺ軸にとる。２は光源としてのレーザ光源であり、Ｘ軸方向に光を射出する。レーザ光が目に見えないように近赤外の波長を用いる。

投射光源装置１の光軸３は、Ｘ軸に平行で、レーザ光源２の発光中心を通る直線である。レーザ光源２の射出光を略平行光化するコリメートレンズ４は、凹レンズ５と凸レンズ６の組レンズで構成されている。凹レンズ５の入射面および射出面のレンズ曲率中心および凸レンズ６の入射面と射出面のレンズ曲率中心は、光軸３上に配置される。凹レンズ５と凸レンズ６の組レンズの焦点も、光軸３上に配置される。さらに光軸３上には、コリメートレンズ４の射出光を拡散させる中間拡散板７を構成する第１拡散板８と第２拡散板９が配置されている。中間拡散板７の射出光を拡散させる出射面拡散板としての第３拡散板１０も光軸３上に配置されている。

凹レンズ５は、レーザ光源２の射出光を広げ、短い距離で大きなビーム径を得るために用いる。材質は、透明でポリーカーボネート樹脂やガラスである。熱の影響がなければアクリル樹脂でもよい。

凸レンズ６は、凹レンズ５で広げられた光をＸ軸方向に略平行光化する。材質は、透明でポリーカーボネート樹脂やガラスである。熱の影響がなければアクリル樹脂でもよい。凹レンズ５と凸レンズ６による組レンズにおいて、レーザ光源２側の焦点位置は、ほぼレーザ光源２の光射出面になるように配置される。

第１拡散板８は、レーザ光源２側に溝形状を有する薄い板であり、ＹＺ面に配置される。第１拡散板８は凸レンズ６から距離Ｌ１だけ離して配置され、厚みがｔ１である図２（ａ）は第１拡散板８の溝方向１１を示す図で、水平方向、すなわちＺ軸方向に平行に複数の溝が形成され、光を垂直方向すなわち、Ｙ軸方向に広げる。図２（ｃ）は図２（ａ）のＡ−ＡＡ断面の拡大図を示す。第１拡散板８の溝は、ピッチｐの等ピッチで形成され、凸形状１２と凹形状１３が接続点１４でつなぎ合あわされた形状である。

つまり、第１拡散板８は、凸形状１２と凹形状１３で形成される断面のＹ軸方向への押し出し形状である。凸形状１２および凹形状１３は非球面形状であり、接続点１４において滑らかにつながっている。凸形状１２の非球面形状では、球面収差などの収差を持たせて平行光が第１拡散板８に入射したときに第１拡散板８内部で１点に集光しないようにする。凸形状１２の幅ｑ１は、凹形状の１３の幅ｑ２より大きくなるように形成される、すなわち、
ｑ１ ＞ ｑ２
である。凸形状１２と凹形状１３は接続点１４において滑らかにつながっているので、Ｚ軸に対する傾斜角θは、接続点１４において最大角となる。第１拡散板８の側面１５は、Ｘ軸に対してεだけ傾斜して形成される。傾斜εの角度の大きさは、２°以上が望ましい。

第２拡散板９は、レーザ光源２側に溝形状を有する薄い板であり、ＹＺ面に配置され、第１拡散板８と平行であり、光を垂直方向、すなわちＺ軸方向に広げる。第２拡散板９は、第１拡散板８から距離Ｌ２だけ離して配置され、厚みがｔ２である。図２（ｂ）は第２拡散板９の溝方向１６を示す図であり、垂直方向、すなわちＹ軸方向に溝が形成され、第１拡散板８の溝方向と第２拡散板９の溝方向とは互いに直交するように配置される。第２拡散板９の溝形状は、第１拡散板８と同様である。すなわち、第２拡散板９の図２（ｂ）のＢ−ＢＢ断面の形状は、図２（ｃ）における第１拡散板８の断面構造と同様である。

第３拡散板１０は、第１，第２拡散板８，９に比べて光拡散の度合いが少ない拡散板であり、レーザ光源２側にスリガラス状の弱い拡散性を持つ面を有する薄い板である。第３拡散板１０の拡散はランダムであり、レーザ光が入射したとき、回折やスペックルが出にくい構造である。第３拡散板１０は、第２拡散板９から距離Ｌ３離して配置され、厚みがｔ３である。第３拡散板１０はＹＺ面に配置され、第２拡散板９と平行である。

第３拡散板１０の光拡散は、第３拡散板１０に平行な光が入射したとき、半値全角でηの角度範囲で光が広がる。第３拡散板１０の射出面上で均一な光を得るため、第３拡散板１０と第２拡散板９との距離Ｌ３は、
Ｌ３ ≧ ｐ／（２×ｔａｎ（η））
である。また、第１拡散板８、第２拡散板９、第３拡散板１０は、
Ｌ２ ＜ Ｌ１ ＜ Ｌ３
で配置され、第１拡散板８，第２拡散板９，第３拡散板１０の厚みは、
ｔ１ ＜ ｔ３、ｔ２ ＜ ｔ３
である。ｔ１とｔ２は、ほぼ同じである。

以上のように構成された投射光源装置１において、その動作について説明する。

図１において、レーザ光源２の射出光は凹レンズ５で広げられ、凸レンズ６で平行光化される。凹レンズ５と凸レンズ６による組レンズのレーザ光源２側の焦点位置は、レーザ光源２の光射出面となるように配置されているので、レーザ光源２の射出光は凹レンズ５および凸レンズ６により平行光化される。

平行光化された光は第１拡散板８に入射する。図３（ａ）に第１拡散板８での光の広がりを示す。第１拡散板８の凸形状１２に入射した光１７は、凸形状１２の凸レンズ作用で、集光したあと光拡散し、第１拡散板８から射出する。第１拡散板８による光の広がりは、凸形状１２の面での屈折で生じるので、光の広がり角の最大は、凸形状１２の傾斜角θの最大角、すなわち、接続点１４での凸形状１２の傾斜角で決まる。凸形状１２に入射した光１７は、一旦集光してから拡散するので、隣接する凹形状で反射することはほとんどない。すなわち、第１拡散板８での光の広がり角を大きくしたときの制限は生じにくい。

一方、第１拡散板８の凹形状１３に入射した光１８は、凹形状１３の凹レンズ作用で光拡散し第１拡散板８から射出する。凹形状１３に入射した光１８は、そのまま拡散するので隣接する凹形状で反射しやすいが、凹形状１３の幅ｑ２は、凸形状１２の幅ｑ１がより小さくなるように配置されている、すなわち
ｑ２ ＜ ｑ１
であるので、隣接する凹形状までの距離が広くなり、隣接する凹形状での反射は起こりにくくできる。もし、ｑ１ ＞ ｑ２とすると、図３（ｂ）に示すように凹形状に入射した光１８が凹形状で屈折して第１拡散板８内で広がると、隣接する凹形状の距離が近いので反射が起こり、第１拡散板８での光の広がり角が大きくできないことになる。しかし、ｑ２ ＜ ｑ１としているので、隣接する凹形状までの距離が広くなり、隣接する凹形状での反射は起こりにくくでき、広い広がり角の光拡散が得られる。

レーザ光源２の射出光が凹レンズ５と凸レンズ６とで平行光化され、第１拡散板８では、溝方向１１と直交する方向、すなわち、Ｙ軸方向に光を広げる。第２拡散板９での光広がりも、第１拡散板８と同様である。図２（ａ）に示すように第１拡散板８の溝方向１１と図２（ｂ）に示す第２拡散板９の溝方向１６とは直交するように配置されているので、第１拡散板８ではＸＹ面内で光を広げ、第２拡散板９ではＸＺ面内で光を広げることになる。

図４（ａ）は第１拡散板８の射出光の輝度分布で、溝方向１１に平行、すなわちＺ軸方向に平行な筋状の明暗の分布となる。明暗のピッチは、第１拡散板８の溝ピッチｐに対して１／２である。

図４（ｂ）は第２拡散板９の射出光の輝度分布で、溝方向１６に平行、すなわちＹ軸方向に平行な筋状の明暗の分布が加わる。明暗のピッチは、第２拡散板９の溝ピッチｐに対してｐ／２である。第１拡散板８の溝方向１１と第２拡散板９の溝方向１６とは互いに直交しているので、第２拡散板９の輝度分布は格子状となる。

図４（ｃ）は第３拡散板１０の射出光の輝度分布である。第３拡散板１０の光拡散は、半値全角ηであるので、光軸３方向に距離Ｌだけ離すことで、ＹＺ面内で、２×Ｌ×ｔａｎ（η／２）だけ分布が広がることになる。ηは十分小さいので、
２×Ｌ×ｔａｎ（η／２） ≒ Ｌ×ｔａｎ（η）
である。第２拡散板９と第３拡散板１０とは、距離Ｌ３離れて配置されており、
Ｌ３ ≧ ｐ／（２×ｔａｎ（η））
であるので、ＹＺ面内での分布の広がりは、
Ｌ×ｔａｎ（η）≧ ｐ／２
となり、第３拡散板１０ではＹＺ面内で広がりがｐ／２以上となり、第２拡散板９上でのピッチｐ／２の輝度分布は第３拡散板１０の光拡散により、ほぼ均一にすることができる。第３拡散板１０の射出面、すなわち、投射光源装置１の射出面での輝度分布が均一となることで、人が投射光源装置１を見た時に、目の網膜にできる光源像の光強度分布が均一となり、投射光源装置１の射出面に局所的に輝度の高い場所がある場合に比べて、目への損傷を大幅に与えにくくすることができる。

また、投射光源装置１では、レーザ光源２の光を凹レンズ５と凸レンズ６で平行光化した後、第１拡散板８および第２拡散板９で光の広がり角を広げているので、投射光源装置１の第２拡散板９を見た時のビーム径は、投射光源装置１の射出光の広がり角の範囲内であれば、どの方向からみても凸レンズ６でのビーム径とほぼ同じ径になる。従って、凹レンズ５と凸レンズ６でレーザ光源２の射出光を大きく広げておくことで、投射光源装置１をどの方向からみても十分大きなビーム径とすることができるので、人が見た時に、目の網膜にできる光源像も大きくなり光集中を低減できるので、安全基準のクラス１の範囲内で、レーザ光源２の出力を高くし、投射光源装置からの射出光を強くしても、目に損傷を与える可能性を非常に低くすることができる。

レーザ光源２を点灯するとレーザ光源２が発熱し、レーザ光源２側より、凹レンズ５，凸レンズ６，第１拡散板８，第２拡散板９，第３拡散板１０の順に温まっていく。時間が経過して定常状態になると、投射光源装置１内は、概ね一定の温度になるが、一般的に、外部と接している第３拡散板１０近傍の温度は外部の温度に左右されやすい。屋外では、夏と冬や、日中と夜での温度差が非常に大きくなり、熱膨張による変化も大きくなる。第１拡散板８および第２拡散板９は薄い板状であり、投射光源装置１の内部にあり温度差が生じにくいので第１拡散板８と第２拡散板９との距離Ｌ２は、短い距離でよい。凸レンズ６と第１拡散板８とは、接触すると凸レンズ６の凸部により第１拡散板８の溝形状を変形させる可能性があるので、凸レンズ６と第１拡散板８との距離Ｌ１は、Ｌ２より大きくするのが望ましい。第３拡散板１０は外部と接しているので、第２拡散板９と第３拡散板１０との距離Ｌ３を大きくとることにより、投射光源装置１内での第２拡散板９への熱変化の影響を小さくすることができる。

また、第１拡散板８の厚みｔ１、第２拡散板９の厚みｔ２は、光学的な特性への影響はほとんどないため、できるだけ薄いほうが望ましい。しかし、第３拡散板１０は、直接外部と接しているので、衝撃などによる変形を防ぐためにも、ある程度の厚みが必要である。従って、ｔ１＜ｔ３、ｔ２＜ｔ３とし、第３拡散板１０の厚みを厚くすることで、外部からの衝撃に強くすることができる。また、第３拡散板１０の拡散面は、レーザ光源２側に形成され、反対側の面、すなわち、Ｘ軸正方向の面は、平面とすることで、汚れなどが付着したときに、クリーニングしやすくできる。

第１拡散板８の側面１５には、図２（ｃ）のように傾斜εを設けている。第１拡散板８にＸ軸正方向から入射した光の大部分は、入射面および射出面で屈折して射出されが、一部の光が第１拡散板８の射出面で反射し、第１拡散板８の内部を全反射で伝播する。第１拡散板８の内部を伝播する光は、側面１５で反射して、凸形状１２と凹形状１３に再度反射することで、迷光として第１拡散板８から射出される。側面１５に傾斜εを与えることで、側面１５での反射のときに、全反射角より小さな反射角となり側面１５近傍で拡散板から射出させ図示していない拡散板を保持する投射装置の鏡筒で遮光され、迷光を低減することができる。第２拡散板９においても同様である。

投射光源装置１を光源としている距離測定装置２２を図５（ａ）に示す。距離測定装置２２は、投射光源装置１と撮像ユニット１９を有している。図５(ａ)は水平面内、すなわちＸＹ面を示すものであり、φｈ１は投射光源装置１からの射出光の広がりを示す。φｈ２は撮像ユニット１９での撮像範囲を示すものであり、
φｈ１ ＞ φｈ２
である。撮像ユニット１９は、投射光源装置１からの射出光が図示していない被検出物で反射した光を受光し、被検出物の形状や被検出物までの距離を測定するものである。

距離測定装置２２でのＹＺ面における投射光源装置１での光の広がりと、撮像ユニット１９における撮像範囲を図５(ｂ)に示す。投射光源装置１の垂直方向の広がりはφｖ１，撮像ユニット１９の垂直方向の広がりはφｖ２であり、
φｖ１ ＞ φｖ２
である。一般的に、画素構造を有するセンサは、長方形形状の受光面を有している。このため、撮像ユニット１９での撮像範囲は長方形形状であり、投射光源装置１での照射範囲も長方形形状とすることで、効率よく光を照射し、撮像することができる。

φｈ２−φｈ１ ＝ ２×Δｈ、φｖ２−φｖ１ ＝ ２×Δｖ
とすると、Δｈ ＞ Δｖとなるように、投射光源装置１の照射範囲が設定されている。車載用途などでは、水平方向に広い範囲を照射、撮像するため、水平方向、すなわち、Ｙ軸方向の照射範囲の裕度を広く持たせることで、設置誤差の影響を小さくすることができる。

かかる構成によれば、レーザ光源２の射出光を凹レンズ５と凸レンズ６において平行光化し、第１拡散板８で垂直方向に光を広げ、第２拡散板９で水平方向に光を広げ、第３拡散板１０で、第２拡散板９での射出光の輝度分布を一様にすることで、拡散板での光ロスが小さく均一で広い放射角の光を射出でき、投射装置の射出面におけるビーム径を大きくし、安全基準のクラス１の範囲内でレーザ光源出力を高くできる投射光源装置を提供することができる。

なお、レーザ光源２は、マルチモードタイプの半導体レーザや微小レーザを隣接して配列した垂直面発光レーザで、空間コヒーレンスの小さいのも、あるいは、発光ダイオードや発光径の小さな発光ダイオード（ＳＬＤ）を用いてもよい。
スペックルノイズが増えてもかまわなければ、シングルモードタイプの半導体レーザでもよい。また、装置が大型化してもよければ、ＨｅＮｅ、アルゴンガスレーザなどを用いてもよい。

なお、レーザ光源２の波長を近赤外としたが、測定光が見えてもかまわないときは、可視光を用いてもよい。あるいは、紫外光を用いてもかまわない。

なお、凹レンズ５は、入射側を平面、射出側を凹面としたが、これに限定されるものではない。入射側を凹、射出側を平面あるいは、両方凹面としてもよい。レンズ面には、非球面を用いてもよい。入射側に凹面を配置するとレーザ光源への戻り光が若干増えるので、入射面側は平面の方が望ましい。また、コスト増となるが、反射防止膜をつけることで、凹レンズ５の表面反射を低減し、投射装置の光利用効率を上げてもよい。

なお、凸レンズ６は、入射側を緩い凹面、射出側を凸面としたが、これに限定されるものではない。光学系のＸ軸方向の長さがとれれば、入射面側を凸面、射出側を緩い凹面とすることで、レーザへの戻り光を若干低減させてもよい。また、コスト増となるが、反射防止膜をつけることで、凸レンズ６の表面反射を低減し、投射装置の光利用効率を上げてもよい。

なお、凸形状１２の幅ｑ１と凹形状の幅ｑ２をｑ１＞ｑ２としたが、拡散板による光の広がり角が小さいときは、ｑ１＝ｑ２あるいは、ｑ１＜ｑ２としてもよい。

なお、第１拡散板８、第２拡散板９の側面に傾斜εをつけたが、側面を黒塗りでの吸収面あるいは砂ずり面なので拡散面とし、側面からの内部反射を低減してもよい。あるいは、側面を曲面にしてもよい。

なお、第１拡散板８と第２拡散板９において、溝ピッチｐは同じでもよいし、異なっていてもよい。また、凸形状の幅ｑ１と凹形状の幅ｑ２も、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

なお、第１拡散板８、第２拡散板９の溝ピッチを等ピッチとしたが、わずかにピッチをランダムに変化させ、レーザによる回折やスペックルの影響を緩和させてもよい。

なお、第１拡散板８，第２拡散板９の溝形成面をレーザ光源２側に配置したが、光利用効率が低下してもかまわないなら、逆向きに配置してもよい。

なお、第１拡散板８でＹ軸方向に光を広げ、第２拡散板９でＺ軸方向に広げたが、Ｙ軸あるいは、Ｚ軸のどちらか一方の光の広がり角を広げる必要がないときは、対応する第１拡散板８あるいは第２拡散板９を省略することができる。第１拡散板８あるいは第２拡散板９を省くことで、表面反射が無くなるので、投射光源装置の光効率を向上させられる。

なお、撮像ユニット１９と投射光源装置１を１個ずつ配置したが、複数の投射光源装置を配置して、光量を増やしてもよい。また、撮像ユニット１９と投射光源装置１を水平方向に配置したが、垂直方向に配置してもかまわない。撮像ユニット１９と投射光源装置１とを近接して配置しているが、撮像ユニット１９と投射光源装置１を離して配置してもかまわない。

なお、図６（ａ）に示すように投射光源装置１の角度放射分布は角度よらずほぼ一定としたが、図６（ｂ）に示すように周辺部の光強度を大きくし、中央部、すなわち０度方向の光強度を小さくしてもよい。あるいは、図６（ｃ）に示すように周辺部の光強度を小さくし、中央部の光強度を大きくしてもよい。

なお、図７に示すように、図１における凹レンズ５と凸レンズ６を図７におけるレンズ２０のように１つのレンズとしてもよい。レンズ枚数を減らすことで、レンズ２０の厚みは厚くなり重量も増えるが、表面反射を減らすことで、投射光源装置１の光効率を向上させることができる。

なお、図１においては、第１拡散板８および第２拡散板９の形状を、断面方向に形状が一定とし、互いに溝方向が直交するようにして配置した。断面方向の形状を一定とすることで、製作時の形状形成が容易になる。一方、製作が難しくなるが、図８に示すように、図１における第１拡散板８と第２拡散板９を図８における拡散板２１のように１枚の拡散板としてもよい。第１拡散板８の溝深さを関数ｆ（ｙ，ｚ）、第２拡散板９の溝深さを関数ｇ（ｙ，ｚ）としたときに、拡散板２１は、溝深さがｆ（ｙ，ｚ）＋ｇ（ｙ，ｚ）で与えられる形状とすることで、１枚の拡散板において、図５（ｂ）に示すようなＹＺ面内で、長方形形状の光の広がり角を得ることができる。

本発明の投射光源装置は、拡散板での光ロスが小さく、均一で広い放射角の光を射出でき、投射装置の射出面におけるビーム径を大きくし、安全基準のクラス１の範囲内でレーザ光源出力を高くすることができ、屋外での車載センサや防犯センサ、屋内でのエアコンや照明等の家電の距離センサ用光源にも適用できる。

１ 投射光源装置
２ レーザ光源（光源）
３ 光軸
４ コリメートレンズ
５ 凹レンズ
６ 凸レンズ
７ 中間拡散板
８ 第１拡散板
９ 第２拡散板
１０ 第３拡散板（出射面拡散板）
１１ 第１拡散板８の溝方向
１２ 第１拡散板８の凸形状
１３ 第１拡散板８の凹形状
１４ 接続点
１５ 第１拡散板８の側面
１６ 第２拡散板９の溝方向
１７ 第１拡散板８の凸形状１２に入射した光
１８ 第１拡散板８の凹形状１３に入射した光
１９ 撮像ユニット
２０ レンズ（コリメートレンズ）
２１ 拡散板（中間拡散板）
２２ 距離測定装置

Claims (7)

1. 光源と、
   前記光源の射出光を略平行光化するコリメートレンズと、
   前記コリメートレンズの射出光を拡散させる中間拡散板と、
   前記中間拡散板よりも弱い拡散性を有し前記中間拡散板の射出光を拡散させる出射面拡散板とを備え、
   前記中間拡散板は、凹形状と凸形状が滑らかに接続して配列された構造を有し、凸形状と凹形状で形成される断面の押し出し形状の第１，第２拡散板を、凸形状と凹形状の溝方向が互いに直交するように近接して配置した、投射光源装置。
2. 前記コリメートレンズと前記第１拡散板との距離をＬ１、前記第１拡散板と前記第２拡散板との距離をＬ２、前記第２拡散板と前記出射面拡散板間の距離をＬ３としたとき、
   Ｌ２ ＜ Ｌ１＜ Ｌ３
   で配置されたことを特徴とする、請求項１記載の投射光源装置。
3. 前記出射面拡散板は、前記中間拡散板の凸形状と凹形状の配列間隔ピッチをｐ、前記出射面拡散板の拡散角を半値全角ηとしたときに、前記第２拡散板と前記出射面拡散板との距離Ｌ３を少なくとも、
   Ｌ３≧ ｐ／（２×ｔａｎ（η））
   として配置したことを特徴とする、請求項２記載の投射光源装置。
4. 前記光源は、レーザ光源であることを特徴とする、請求項１記載の投射光源装置。
5. 前記レーザ光源は、複数のレーザ光源が隣接して配列されたことを特徴とする、請求項４記載の投射光源装置。
6. 前記出射面拡散板は、凹形状と凸形状が形成された面を前記光源側に配置したことを特徴とする、請求項１記載の投射光源装置。
7. 前記中間拡散板は、凸形状の幅が凹形状の幅より広いことを特徴とする、請求項１記載の投射光源装置。

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