特開 2023-73072 光学装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023073072

(43)【公開日】2023-05-25

(54)【発明の名称】光学装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20230518BHJP

【ＦＩ】

G01S7/481 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021185894

(22)【出願日】2021-11-15

(71)【出願人】

【識別番号】000005016

【氏名又は名称】パイオニア株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520001073

【氏名又は名称】パイオニアスマートセンシングイノベーションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110928

【弁理士】

【氏名又は名称】速水 進治

(74)【代理人】

【識別番号】100127236

【弁理士】

【氏名又は名称】天城 聡

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 充

【テーマコード（参考）】

5J084

【Ｆターム（参考）】

5J084AC02

5J084BA04

5J084BA06

5J084BA50

5J084BB01

5J084BB14

5J084BB26

5J084BB28

5J084BB37

5J084CA31

5J084CA70

5J084DA01

5J084EA02

(57)【要約】

【課題】受光素子に生成されるスポットの大きさを大きくする。
【解決手段】発光素子１１０から出射された送信光Ｔは、ビームスプリッタ４００によって反射されて可動反射部２００に照射されている。送信光Ｔは、可動反射部２００よって反射されて、測定対象Ｏに照射されている。可動反射部２００によって反射された受信光Ｒは、ビームスプリッタ４００、第１受信レンズ３３２、アパーチャ３２０及び第２受信レンズ３３４を通過して、受光素子３１０の第３方向Ｚの正方向側の受光面３１２に照射されている。可動反射部２００と受光素子３１０とは、実質的に光学的に共役な位置にある。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

可動反射部と、
前記可動反射部によって反射された光が照射される受光素子と、
を備え、
前記可動反射部と前記受光素子とが実質的に光学的に共役な位置にある、光学装置。

【請求項2】

請求項１に記載の光学装置において、
前記可動反射部によって反射されて前記受光素子に照射される前記光が通過するアパーチャをさらに備える、光学装置。

【請求項3】

請求項２に記載の光学装置において、
無限遠又は有限の距離にある物体の反射光又は散乱光を前記アパーチャに結像させる受信レンズをさらに備え、
前記アパーチャが前記物体に対して実質的に光学的に共役な位置にある、光学装置。

【請求項4】

請求項２又は３に記載の光学装置において、
前記可動反射部の回転によって前記アパーチャにおける前記光の照射位置が変位し、
前記アパーチャが、前記照射位置の変位方向に長手方向を有している、光学装置。

【請求項5】

請求項２～４のいずれか一項に記載の光学装置において、
前記アパーチャの所定位置における透過率が、前記アパーチャの前記所定位置から前記アパーチャにおける前記光の照射位置の変位方向にずれた位置における透過率より低くなっている、光学装置。

【請求項6】

請求項２～５のいずれか一項に記載の光学装置において、
前記アパーチャの所定位置における透過率が、前記アパーチャの前記所定位置に対して前記アパーチャにおける前記光の照射位置の変位方向の両側の位置における透過率より低くなっている、光学装置。

【請求項7】

請求項２～６のいずれか一項に記載の光学装置において、
前記アパーチャにおける前記光の照射位置の変位方向における前記アパーチャの長さを制御する制御部をさらに備える光学装置。

【請求項8】

請求項７に記載の光学装置において、
前記制御部が、前記照射位置を前記変位方向に変位させる方向における前記可動反射部の回転の角速度に応じて、前記アパーチャの前記長さを制御する、光学装置。

【請求項9】

請求項７又は８に記載の光学装置において、
前記制御部が、前記可動反射部が搭載されている物体の移動速度に応じて、前記アパーチャの前記長さを制御する、光学装置。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか一項に記載の光学装置において、
前記受光素子が、複数のセルを有し、前記光が照射された前記セルの数に応じた信号を出力する、光学装置。

【請求項11】

請求項１～１０のいずれか一項に記載の光学装置において、
発光素子をさらに備え、
前記可動反射部が、前記発光素子から出射された光を反射する、光学装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）等の光学装置が開発されている。光学装置は、発光素子、可動反射部及び受光素子を備えている。可動反射部は、発光素子から出射された送信光を反射する。可動反射部によって反射された送信光は、測定対象に照射されて、測定対象によって反射又は散乱される。送信光の反射光及び散乱光の少なくとも一部は、可動反射部に照射される。可動反射部に照射された反射光及び散乱光の少なくとも一部は、受信光として、可動反射部によって反射されて受光素子に照射される。受信光が受光素子に照射されることで、受光素子にはスポットが生成される。

【0003】

特許文献１には、光学装置の一例について記載されている。この例では、受光素子に照射される受信光が受信レンズによって結像されている。受光素子には、受信レンズによって結像された受信光が照射されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－１２０６１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

受光素子に生成されるスポットの大きさを大きくすることが要請されることがある。例えば、受光素子が、ＳｉＰＭ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）である等、行列状に配置された複数のセルを有する場合、受光素子に生成されるスポットの大きさが大きくなるほど、受光素子に発生する信号のレベルを高くすることができる。一方、例えば特許文献１に記載されているように受光素子に照射される受信光が受信レンズによって結像されることがある。しかしながら、この場合、受光素子に生成されるスポットの大きさが比較的小さくなる。

【0006】

本発明が解決しようとする課題としては、受光素子に生成されるスポットの大きさを大きくすることが一例として挙げられる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

請求項１に記載の発明は、
可動反射部と、
前記可動反射部によって反射された光が照射される受光素子と、
を備え、
前記可動反射部と前記受光素子とが実質的に光学的に共役な位置にある、光学装置である。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る光学装置を示す図である。

【図2】実施形態に係るアパーチャを可動反射部が位置する側から見た図である。

【図3】実施形態に係る受光素子を可動反射部が位置する側から見た図である。

【図4】比較例に係る光学装置を示す図である。

【図5】比較例に係る受光素子を可動反射部が位置する側から見た図である。

【図6】実施例に係る光学装置を示す図である。

【図7】実施例に係る制御部のハードウェア構成の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態及び実施例について、図面を用いて説明する。すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0010】

図１は、実施形態に係る光学装置１０を示す図である。図２は、実施形態に係るアパーチャ３２０を可動反射部２００が位置する側から見た図である。図３は、実施形態に係る受光素子３１０を可動反射部２００が位置する側から見た図である。

【0011】

図１～図３において、第１方向Ｘ、第２方向Ｙ及び第３方向Ｚは、光学装置１０の内部における方向を示している。第１方向Ｘ、第２方向Ｙ又は第３方向Ｚを示す矢印は、当該矢印の基端から先端に向かう方向が当該矢印によって示される方向の正方向であり、当該矢印の先端から基端に向かう方向が当該矢印によって示される方向の負方向であることを示している。第２方向Ｙ又は第３方向Ｚを示す黒点付き白丸は、紙面の奥から手前に向かう方向が当該白丸によって示される方向の正方向であり、紙面の手前から奥に向かう方向が当該白丸によって示される方向の負方向であることを示している。

【0012】

第１方向Ｘは、後述する受信光Ｒの変位方向に平行な方向となっている。第２方向Ｙは、第１方向Ｘに直交している。第３方向Ｚは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙの双方に直交している。第３方向Ｚの正方向は、受光素子３１０が位置する側から可動反射部２００が位置する側に向かう方向である。第３方向Ｚの負方向は、可動反射部２００が位置する側から受光素子３１０が位置する側に向かう方向である。

【0013】

図１を参照して、光学装置１０の光学系について説明する。

【0014】

光学装置１０は、発光素子１１０、可動反射部２００、受光素子３１０、アパーチャ３２０、第１受信レンズ３３２、第２受信レンズ３３４及びビームスプリッタ４００を備えている。

【0015】

発光素子１１０は、所定の繰返し周期で送信光Ｔを出射している。発光素子１１０は、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）である。実施形態において、発光素子１１０は、３つのライン状の発光部を有する３スタックレーザとなっている。このため、送信光Ｔの光軸に垂直な断面における送信光Ｔの形状は、３本のライン状になっている。したがって、後述するフットプリントＦの形状及び後述する仮想スポットＩＳの形状は、送信光Ｔの形状と実質的に相似となっている。なお、送信光Ｔの光軸に垂直な断面における送信光Ｔの形状は、実施形態に係る形状に限定されない。

【0016】

発光素子１１０から出射された送信光Ｔは、ビームスプリッタ４００によって反射されて可動反射部２００に照射されている。ビームスプリッタ４００によって反射されて可動反射部２００に照射される送信光Ｔは、第３方向Ｚに実質的に平行となっている。送信光Ｔは、可動反射部２００よって反射されて、測定対象Ｏに照射されている。測定対象Ｏは、光学装置１０の外部に存在している。送信光Ｔが測定対象Ｏに照射されることで、測定対象ＯにはフットプリントＦが生成されている。測定対象Ｏに照射された送信光Ｔは、測定対象Ｏによって反射又は散乱されている。送信光Ｔの反射光及び散乱光の少なくとも一部は、可動反射部２００に照射されている。可動反射部２００に照射された反射光及び散乱光の少なくとも一部分は、受信光Ｒとして可動反射部２００によって反射されている。

【0017】

可動反射部２００によって反射された受信光Ｒは、ビームスプリッタ４００、第１受信レンズ３３２、アパーチャ３２０及び第２受信レンズ３３４を通過して、受光素子３１０の第３方向Ｚの正方向側の受光面３１２に照射されている。

【0018】

第１受信レンズ３３２は、可動反射部２００から第３方向Ｚの負方向に第１受信レンズ３３２の焦点距離ｆ１離れた位置にある。アパーチャ３２０は、第１受信レンズ３３２から第３方向Ｚの負方向に第１受信レンズ３３２の焦点距離ｆ１離れた位置にある。第２受信レンズ３３４は、アパーチャ３２０から第３方向Ｚの負方向に第２受信レンズ３３４の焦点距離ｆ２離れた位置にある。受光面３１２は、第２受信レンズ３３４から第３方向Ｚの負方向に第２受信レンズ３３４の焦点距離ｆ２離れた位置にある。

【0019】

図１を参照して、可動反射部２００の詳細について説明する。

【0020】

実施形態において、可動反射部２００は、可動反射部２００から無限遠又は有限の距離にある物体に対して光学的に共役な位置からずれて位置している。実施形態において、可動反射部２００は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーである。可動反射部２００は、互いに直交する第１回転軸及び第２回転軸の周りに揺動可能となっている。具体的には、可動反射部２００は、第１回転軸の周りに所定の共振周波数で揺動している。また、可動反射部２００は、第２回転軸の周りに共振周波数よりも低い基本周波数で揺動している。可動反射部２００は、第１回転軸の周りの揺動によって、主走査方向の走査を行っている。可動反射部２００は、第２回転軸の周りの揺動によって、副走査方向の走査を行っている。実施形態において、主走査方向は水平方向であり、副走査方向は鉛直方向である。ただし、主走査方向、副走査方向、水平方向及び鉛直方向の関係は、実施形態に係る関係に限定されない。

【0021】

実施形態において、可動反射部２００の第１回転軸は、第２方向Ｙに実質的に平行となっている。以下、可動反射部２００の順方向の回転とは、第２方向Ｙの正方向から見て可動反射部２００が第１回転軸の周りに時計回り方向に回転していることをいう。また、以下、可動反射部２００の逆方向の回転とは、第２方向Ｙの正方向から見て可動反射部２００が第１回転軸の周りに反時計回り方向に回転していることをいう。

【0022】

可動反射部２００は、可動反射部２００の順方向の回転及び可動反射部２００の逆方向の回転のいずれにおいても、可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動の中心付近において比較的速い角速度で回転している。したがって、図１において第１受信光Ｒ１、第２受信光Ｒ２及び第３受信光Ｒ３によって例示されるように、受信光Ｒは、可動反射部２００によって異なる方向に向けて反射されることがある。

【0023】

受信光Ｒが第１受信光Ｒ１となる場合を説明する。この場合、可動反射部２００から測定対象Ｏまでの距離が比較的近距離となっている。すなわち、測定対象Ｏは、可動反射部２００から所定距離未満の距離に存在している。また、可動反射部２００によって送信光Ｔが反射されるタイミングにおいて、可動反射部２００は、可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動の中心付近において順方向又は逆方向に回転している。このため、可動反射部２００によって第１受信光Ｒ１が反射されるタイミングにおける可動反射部２００の第１回転軸の周りの変位角は、可動反射部２００によって送信光Ｔが反射されるタイミングにおける可動反射部２００の第１回転軸の周りの変位角からほとんど変動していない。したがって、可動反射部２００から受光素子３１０までの第１受信光Ｒ１は、第３方向Ｚに実質的に平行となっている。

【0024】

受信光Ｒが第２受信光Ｒ２となる場合を説明する。この場合、可動反射部２００から測定対象Ｏまでの距離が比較的遠距離となっている。すなわち、測定対象Ｏは、可動反射部２００から上記所定距離以上の距離に存在している。また、可動反射部２００によって送信光Ｔが反射されるタイミングにおいて、可動反射部２００は、可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動の中心付近において順方向に回転している。このため、可動反射部２００によって第２受信光Ｒ２が反射されるタイミングにおける可動反射部２００の第１回転軸の周りの変位角は、可動反射部２００によって送信光Ｔが反射されるタイミングにおける可動反射部２００の第１回転軸の周りの変位角から第２方向Ｙの正方向から見て時計回りに変動している。したがって、第２受信光Ｒ２は、第１受信光Ｒ１に対して第１方向Ｘの正方向側にずれている。

【0025】

受信光Ｒが第３受信光Ｒ３となる場合を説明する。この場合、可動反射部２００から測定対象Ｏまでの距離が比較的遠距離となっている。すなわち、測定対象Ｏは、可動反射部２００から上記所定距離以上の距離に存在している。また、可動反射部２００によって送信光Ｔが反射されるタイミングにおいて、可動反射部２００は、可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動の中心付近において逆方向に回転している。このため、可動反射部２００によって第３受信光Ｒ３が反射されるタイミングにおける可動反射部２００の第１回転軸の周りの変位角は、可動反射部２００によって送信光Ｔが反射されるタイミングにおける可動反射部２００の第１回転軸の周りの変位角から第２方向Ｙの正方向から見て反時計回りに変動している。したがって、第３受信光Ｒ３は、第１受信光Ｒ１に対して第１方向Ｘの負方向側にずれている。

【0026】

なお、可動反射部２００は、ＭＥＭＳミラーに限定されない。例えば、可動反射部２００は、ポリゴンミラー等、順方向及び逆方向の一方のみに回転可能なミラーであってもよい。また、可動反射部２００の順方向の回転期間と、可動反射部２００の逆方向の回転期間と、の一方のみにおいて可動反射部２００によって送信光Ｔを反射していてもよい。例えば、可動反射部２００が比較的速い角速度で順方向に回転しているタイミングで可動反射部２００によって送信光Ｔを反射した場合、可動反射部２００によって反射される受信光Ｒは、可動反射部２００から測定対象Ｏまでの距離が長くなるほど第１方向Ｘの正方向に向けて変位する。これに対して、可動反射部２００が比較的速い角速度で逆方向に回転しているタイミングで可動反射部２００によって送信光Ｔを反射した場合、可動反射部２００によって反射される受信光Ｒは、可動反射部２００から測定対象Ｏまでの距離が長くなるほど第１方向Ｘの負方向に向けて変位する。

【0027】

以下、特に断りがない限り、受信光Ｒに関する説明は、第１受信光Ｒ１、第２受信光Ｒ２及び第３受信光Ｒ３のいずれについても共通している。

【0028】

図１及び図２を参照して、アパーチャ３２０の詳細について説明する。

【0029】

実施形態において、アパーチャ３２０は、第１受信レンズ３３２から無限遠の物体に対して実質的に光学的に共役な位置にある。第１受信レンズ３３２から無限遠とは、例えば、第１受信レンズ３３２から十分に遠いことを意味している。しかしながら、アパーチャ３２０が設けられる位置は、この位置に限定されるものではない。例えば、アパーチャ３２０は、第１受信レンズ３３２から有限の距離にある物体に対して実質的に光学的に共役な位置にあってもよい。図１に示すように、アパーチャ３２０には、第１受信レンズ３３２によって受信光Ｒが結像されている。したがって、図２に示すように、第３方向Ｚの正方向から見てアパーチャ３２０には仮想スポットＩＳを生成することができる。仮想スポットＩＳは、アパーチャ３２０を通過して第３方向Ｚに垂直な仮想平面にフットプリントＦを結像することで生成されている。仮想スポットＩＳは、アパーチャ３２０における受信光Ｒの照射位置を示している。仮想スポットＩＳは、フットプリントＦと実質的に相似となっている。

【0030】

なお、アパーチャ３２０がある距離の物体に対して実質的に光学的に共役な位置にあるとは、アパーチャ３２０がある距離の物体に対して厳密に光学的に共役な位置にあることだけを意味するのでなく、アパーチャ３２０がある距離の物体に対して厳密に光学的に共役な位置から公差等の要因によってずれていてもよいことを意味している。

【0031】

図２には、第１受信光Ｒ１によって生成される第１仮想スポットＩＳ１と、第２受信光Ｒ２によって生成される第２仮想スポットＩＳ２と、第３受信光Ｒ３によって生成される第３仮想スポットＩＳ３と、が図示されている。図１において第１受信光Ｒ１、第２受信光Ｒ２及び第３受信光Ｒ３によって例示されるように、受信光Ｒは、可動反射部２００によって第１方向Ｘに変位することがある。したがって、受信光Ｒが第１方向Ｘに変位することで、仮想スポットＩＳも、図２において第１仮想スポットＩＳ１、第２仮想スポットＩＳ２及び第３仮想スポットＩＳ３によって例示されるように、第１方向Ｘに変位することがある。

【0032】

以下、特に断りがない限り、仮想スポットＩＳに関する説明は、第１仮想スポットＩＳ１、第２仮想スポットＩＳ２及び第３仮想スポットＩＳ３のいずれについても共通している。

【0033】

図２に示すように、第３方向Ｚの正方向から見て、受信光Ｒは、アパーチャ３２０と重なる領域に照射されている。したがって、受信光Ｒは、アパーチャ３２０を第３方向Ｚに通過することができる。これに対して、第３方向Ｚの正方向から見てアパーチャ３２０と重なる領域の周囲は遮光性を有している。したがって、第３方向Ｚの正方向から見てアパーチャ３２０と重なる領域の周囲に太陽光等の背景光等が照射されても、背景光を遮ることができる。したがって、実施形態では、アパーチャ３２０が設けられていない場合と比較して、背景光等のノイズ光が受光面３１２に照射されることを抑制することができる。

【0034】

また、実施形態では、第１受信レンズ３３２から無限遠の物体に対して光学的に共役な位置にアパーチャ３２０が設けられている。このため、第１受信レンズ３３２から無限遠の物体からの反射光又は散乱光によって、この物体と実質的に光学的に共役な位置においてこの物体のスポットが生成されている。また、この物体のスポットの大きさ、すなわち受信光Ｒの大きさは、この物体と実質的に光学的に共役な位置において最小となる。このため、実施形態では、第１受信レンズ３３２から無限遠の物体に対して実質的に光学的に共役な位置にアパーチャ３２０を設けることで、第１受信レンズ３３２から無限遠の物体に対して実質的に光学的に共役な位置から第３方向Ｚにずれた位置にアパーチャ３２０が設けられている場合と比較して、第３方向Ｚの正方向から見て、アパーチャ３２０の大きさを小さくすることができる。したがって、第１受信レンズ３３２から無限遠の物体に対して実質的に光学的に共役な位置に対して第３方向Ｚにずれた位置にアパーチャ３２０が設けられている場合と比較して、背景光等のノイズ光が受光面３１２に照射されることを抑制することができる。

【0035】

なお、アパーチャ３２０が設けられる位置は、実施形態に係る位置に限定されない。例えば、アパーチャ３２０は、第１受信レンズ３３２から無限遠の物体に対して実質的に光学的に共役な位置に対して第３方向Ｚにずれた位置に設けられていてもよい。また、光学装置１０は、アパーチャ３２０を備えていなくてもよい。例えば、屋内等、太陽光等の背景光が比較的少ない場所で光学装置１０が用いられる場合、アパーチャ３２０によって背景光等のノイズ光を低減しなくてもよい。

【0036】

図２に示す例において、アパーチャ３２０は、第１方向Ｘに長手方向を有している。すなわち、アパーチャ３２０は、アパーチャ３２０における受信光Ｒの照射位置の変位方向に長手方向を有している。具体的には、第３方向Ｚの正方向から見て、アパーチャ３２０は、第１方向Ｘに長さｄｘの長辺及び第２方向Ｙに長さｄｙの短辺を有する実質的に長方形形状となっている。図２における第１仮想スポットＩＳ１、第２仮想スポットＩＳ２及び第３仮想スポットＩＳ３によって例示されるように、仮想スポットＩＳは、可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動によって第１方向Ｘに変位することがある。これに対して、仮想スポットＩＳは、第２方向Ｙにほとんど変位しない。したがって、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さは、仮想スポットＩＳの第１方向Ｘの変位を考慮して、仮想スポットＩＳの第１方向Ｘの長さより長くする必要がある。これに対して、アパーチャ３２０の第２方向Ｙの長さは、仮想スポットＩＳの第２方向Ｙの長さとほとんど等しくすることができる。アパーチャ３２０の第２方向Ｙの長さが仮想スポットＩＳの第２方向Ｙの長さとほとんど等しい場合、アパーチャ３２０の第２方向Ｙの長さが仮想スポットＩＳの第２方向Ｙの長さより長い場合と比較して、背景光等のノイズ光が受光面３１２に照射されることを抑制することができる。したがって、図２に示す例では、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さがアパーチャ３２０の第２方向Ｙの長さくなっている。

【0037】

なお、アパーチャ３２０の形状は、上述した例に限定されない。例えば、第３方向Ｚの正方向から見て、アパーチャ３２０は、長方形形状でなく、第１方向Ｘの長軸及び第２方向Ｙの短軸を有する楕円形状であってもよい。或いは、第３方向Ｚの正方向から見て、アパーチャ３２０は、実質的に正方形形状となっていてもよい。

【0038】

受信光Ｒに対するアパーチャ３２０の透過率は、仮想スポットＩＳの位置に応じて異なっていてもよい。例えば、図２に示す例では、アパーチャ３２０の所定位置における透過率が、アパーチャ３２０の当該所定位置の第１方向Ｘの両側の位置における透過率より低くなっていてもよい。アパーチャ３２０の当該所定位置は、例えば、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの中央位置である。具体的には、第１仮想スポットＩＳ１は、可動反射部２００から比較的近距離に存在する測定対象Ｏによって反射又は散乱された第１受信光Ｒ１によって生成されている。これに対して、第２仮想スポットＩＳ２及び第３仮想スポットＩＳ３は、可動反射部２００から比較的遠距離に存在する測定対象Ｏによって反射又は散乱された第２受信光Ｒ２及び第３受信光Ｒ３によってそれぞれ生成されている。したがって、第１受信光Ｒ１の強度は、第２受信光Ｒ２の強度及び第３受信光Ｒ３の強度より高くなっている。このため、第１仮想スポットＩＳ１が生成される位置におけるアパーチャ３２０の透過率が、第２仮想スポットＩＳ２が生成される位置におけるアパーチャ３２０の透過率及び第３仮想スポットＩＳ３が生成される位置におけるアパーチャ３２０の透過率より低くなっていてもよい。これによって、受光素子３１０によって出力される信号のレベルが第１受信光Ｒ１によって飽和することを抑制することができる。

【0039】

アパーチャ３２０の第１方向Ｘの透過率分布は、特に限定されない。例えば、アパーチャ３２０の透過率は、第１仮想スポットＩＳ１が生成される位置から、第２仮想スポットＩＳ２が生成される位置及び第３仮想スポットＩＳ３が生成される位置にかけて、連続的に減少してもよいし、又は階段状に減少してもよい。

【0040】

また、アパーチャ３２０の所定位置の透過率は、アパーチャ３２０の当該所定位置から第１方向Ｘの正方向又は負方向にずれた位置における透過率より低くてもよい。例えば、可動反射部２００が順方向に回転しているタイミングにおいてのみ送信光Ｔが可動反射部２００によって反射される場合、アパーチャ３２０の所定位置の透過率が、アパーチャ３２０の当該所定位置から第１方向Ｘの正方向にずれた位置における透過率より低くなっていてもよい。アパーチャ３２０の当該所定位置には、例えば、可動反射部２００から比較的近距離に存在する測定対象Ｏによって反射又は散乱された受信光Ｒが照射される。この場合、受光素子３１０によって出力される信号のレベルがアパーチャ３２０の当該所定位置に照射された受信光Ｒによって飽和することを抑制することができる。或いは、可動反射部２００が逆方向に回転しているタイミングにおいてのみ送信光Ｔが可動反射部２００によって反射される場合、アパーチャ３２０の所定位置の透過率が、アパーチャ３２０の当該所定位置から第１方向Ｘの負方向にずれた位置における透過率より低くなっていてもよい。アパーチャ３２０の当該所定位置には、例えば、可動反射部２００から比較的近距離に存在する測定対象Ｏによって反射又は散乱された送信光Ｔが照射される。この場合、受光素子３１０によって出力される信号のレベルがアパーチャ３２０の当該所定位置に照射された受信光Ｒによって飽和することを抑制することができる。

【0041】

なお、アパーチャ３２０の透過率分布は、上述した例に限定されない。例えば、アパーチャ３２０の透過率は、第１方向Ｘの位置によらず一定であってもよい。

【0042】

次に、図１及び図３を参照して受光素子３１０の詳細について説明する。

【0043】

受光素子３１０は、受光面３１２に照射された受信光Ｒを光電変換によって検出している。図３に示す例において、第３方向Ｚの正方向から見て、受光面３１２は、直径ｄの円形状となっている。ただし、受光面３１２の形状は、この例に限定されない。実施形態において、受光素子３１０は、ＳｉＰＭ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）である。受光面３１２は、第３方向Ｚの正方向から見て、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙの２方向に配列された複数のセルを有している。各セルは、フォトンの入射により所定の確率で励起する性質を有している。各セルは、例えば、ガイガーモードＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）である。各セルは、入射したフォトンの数に関わらず、励起している（出力１）か、していない（出力０）かで２値の出力を行う。受光素子３１０は、光が照射されたセルの数に応じた信号を出力する。具体的には、受光素子３１０の出力は、励起したセルの数に比例する。このため、受光素子３１０は、受光面３１２に生成されるスポットＳが大きいほど高レベルの信号を出力することが可能になっている。

【0044】

実施形態において、可動反射部２００と受光素子３１０とは、実質的に光学的に共役な位置にある。したがって、図３に示すように、第３方向Ｚの正方向から見て、受光面３１２にはスポットＳを生成することができる。スポットＳは、可動反射部２００の第３方向Ｚの負方向側の面を第３方向Ｚに垂直な仮想平面に第３方向Ｚの負方向に平行に射影することで形成される影と実質的に相似となっている。この影は、可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動又は第２回転軸の周りの揺動によって変形する。しかしながら、当該影の変形は、僅かなものである。このため、スポットＳの大きさは、可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動及び第２回転軸の周りの揺動によらず、ほとんど一定にすることができる。

【0045】

なお、可動反射部２００と受光素子３１０とが実質的に光学的に共役な位置にあるとは、可動反射部２００と受光素子３１０とが厳密に光学的に共役な位置にあることだけを意味するのでなく、可動反射部２００と受光素子３１０とが厳密に光学的に共役な位置から公差等の要因によってずれていてもよいことを意味している。

【0046】

図３に示す例において、第３方向Ｚの正方向から見て、スポットＳの形状は、受光面３１２の形状と近似している。このため、第３方向Ｚの正方向から見て、受光面３１２のほとんど部分にスポットＳを照射することができる。したがって、第３方向Ｚの正方向から見て受光面３１２の僅かな一部分にしかスポットＳが照射されない場合と比較して、スポットＳによって受光素子３１０に発生する信号のレベルを高くすることができる。

【0047】

図４は、比較例に係る光学装置１０Ｋを示す図である。図５は、比較例に係る受光素子３１０Ｋを可動反射部２００Ｋが位置する側から見た図である。比較例に係る光学装置１０Ｋは、以下の点を除いて、実施形態に係る光学装置１０と同様である。

【0048】

比較例に係る光学装置１０Ｋにおいて、測定対象Ｏと受光素子３１０Ｋとは、実質的に光学的に共役な位置にある。比較例に係る光学装置１０Ｋは、実施形態に係るアパーチャ３２０を備えていない。図４に示すように、可動反射部２００Ｋによって反射された受信光ＲＫは、ビームスプリッタ４００を通過して受信レンズ３３０Ｋに入射している。受信レンズ３３０Ｋを通過した受信光ＲＫは、受光素子３１０Ｋの第３方向Ｚの正方向側の受光面３１２Ｋに照射されている。受光面３１２Ｋは、受信レンズ３３０Ｋから第３方向Ｚの負方向に受信レンズ３３０Ｋの焦点距離ｆ離れた位置にある。

【0049】

図４には、図１と同様にして、第１受信光Ｒ１Ｋ、第２受信光Ｒ２Ｋ及び第３受信光Ｒ３Ｋが例示的に図示されている。以下、特に断りがない限り、比較例に係る受信光ＲＫに関する説明は、比較例に係る第１受信光Ｒ１Ｋ、第２受信光Ｒ２Ｋ及び第３受信光Ｒ３Ｋのいずれについても共通している。

【0050】

図５に示すように、第３方向Ｚの正方向から見て、比較例に係る受光面３１２ＫにはスポットＳＫが生成されている。比較例に係るスポットＳＫは、受光面３１２ＫにフットプリントＦを結像することで生成されている。図５には、比較例に係る第１受信光Ｒ１Ｋによって生成される第１スポットＳ１Ｋと、比較例に係る第２受信光Ｒ２Ｋによって生成される第２スポットＳ２Ｋと、比較例に係る第３受信光Ｒ３Ｋによって生成される第３スポットＳ３Ｋと、が図示されている。以下、特に断りがない限り、比較例に係るスポットＳＫに関する説明は、比較例に係る第１スポットＳ１Ｋ、第２スポットＳ２Ｋ及び第３スポットＳ３Ｋのいずれについても共通している。

【0051】

実施形態に係る光学装置１０と、比較例に係る光学装置１０Ｋと、を比較する。

【0052】

図５に示すように、比較例に係る受光面３１２Ｋに生成されるスポットＳＫは、フットプリントＦと実質的に相似となっている。また、比較例に係る光学装置１０Ｋでは、第１スポットＳ１Ｋ、第２スポットＳ２Ｋ及び第３スポットＳ３Ｋが第１方向Ｘにずれて位置している。したがって、比較例では、受信光ＲＫの第１方向Ｘの変位を考慮して、受光面３１２Ｋの直径ｄに対するスポットＳＫの第１方向Ｘの幅の比を比較的小さくする必要がある。これに対して、図３に示すように、実施形態に係る受光面３１２に生成されるスポットＳは、可動反射部２００の第３方向Ｚの負方向側の面を第３方向Ｚに垂直な仮想平面に第３方向Ｚの負方向に平行に射影することで形成される影と実質的に相似となっている。したがって、実施形態において、スポットＳの大きさは、可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動及び第２回転軸の周りの揺動によらず、ほとんど一定にすることができる。このため、実施形態では、第３方向Ｚの正方向から見て、受光面３１２のほとんどの部分にスポットＳを生成することができる。したがって、実施形態に係る受光面３１２に生成されるスポットＳの大きさは、比較例に係る受光面３１２Ｋに生成されるスポットＳＫの大きさより大きくすることができる。このため、実施形態に係る受光素子３１０から出力される信号のレベルは、比較例に係る受光素子３１０Ｋから出力される信号のレベルより高くすることができる。

【実施例0053】

図６は、実施例に係る光学装置１０Ａを示す図である。実施例に係る光学装置１０Ａは、以下の点を除いて、実施形態に係る光学装置１０と同様である。

【0054】

実施例に係る光学装置１０Ａは、制御部５００を備えている。制御部５００は、第１方向Ｘのアパーチャ３２０の長さを制御している。例えば、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さがスリットの幅で決定されている場合、制御部５００は、スリットの幅を機械的に変化させることでアパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さを制御することができる。

【0055】

一例において、制御部５００は、可動反射部２００の第１回転軸の周りの回転の角速度に応じて、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さを制御してもよい。例えば、可動反射部２００の第１回転軸の周りの共振周波数を一定に維持したまま可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動の振れ角を変化させた場合について説明する。この場合、可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動の振れ角が小さくなるほど、可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動の中心付近における角速度が小さくなる。可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動の中心付近における角速度が比較的小さい場合、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さは比較的短くてもよい。これに対して、可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動の振れ角が大きくなるほど、可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動の中心付近における角速度が大きくなる。可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動の中心付近における角速度が比較的大きい場合、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さが比較的長くする必要がある。したがって、制御部５００は、可動反射部２００の第１回転軸の周りの回転の角速度が所定速度未満である場合、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さを所定長さ未満にし、可動反射部２００の第１回転軸の周りの回転の角速度が上記所定速度以上である場合、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さを上記所定長さ以上にする。

【0056】

他の例において、制御部５００は、可動反射部２００が搭載されている物体の移動速度に応じて、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さを制御してもよい。制御部５００は、例えば、当該物体に搭載された加速度センサによって、当該物体の移動速度を検出している。例えば、光学装置１０が自動車に搭載されている場合について説明する。自動車が生活道路を走っている等して比較的低速で移動している場合、光学装置１０Ａは、可動反射部２００から比較的近距離に存在する測定対象Ｏを測定する。可動反射部２００から比較的近距離に存在する測定対象Ｏを測定する場合、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さは比較的短くしてもよい。これに対して、自動車が高速道路を走っている等して比較的高速で移動している場合、光学装置１０Ａは、可動反射部２００から比較的遠距離に存在する測定対象Ｏを測定する。可動反射部２００から比較的遠距離に存在する測定対象Ｏを測定する場合、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さが比較的長くする必要がある。したがって、制御部５００は、可動反射部２００が搭載されている物体の移動速度が所定速度未満である場合、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さを所定長さ未満にし、可動反射部２００が搭載されている物体の移動速度が当該所定速度未満である場合、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さを当該所定長さ以上にする。

【0057】

図７は、実施例に係る制御部５００のハードウェア構成の一例を示す図である。

【0058】

制御部５００の主な構成は、集積回路を用いて実現される。この集積回路は、制御部５００を備える制御装置となっている。この集積回路は、バス５０２、プロセッサ５０４、メモリ５０６、ストレージデバイス５０８、入出力インタフェース５１０及びネットワークインタフェース５１２を有する。

【0059】

バス５０２は、プロセッサ５０４、メモリ５０６、ストレージデバイス５０８、入出力インタフェース５１０及びネットワークインタフェース５１２が、相互にデータを送受信するためのデータ伝送路である。ただし、プロセッサ５０４等を互いに接続する方法は、バス接続に限定されない。

【0060】

プロセッサ５０４は、マイクロプロセッサ等を用いて実現される演算処理装置である。

【0061】

メモリ５０６は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を用いて実現されるメモリである。

【0062】

ストレージデバイス５０８は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やフラッシュメモリ等を用いて実現されるストレージデバイスである。

【0063】

入出力インタフェース５１０は、制御部５００を周辺デバイスと接続するためのインタフェースである。図７において、入出力インタフェース５１０にはアパーチャ３２０が接続されている。

【0064】

ネットワークインタフェース５１２は、制御部５００を通信網に接続するためのインタフェースである。ネットワークインタフェース５１２が通信網に接続する方法は、無線接続であってもよいし、有線接続であってもよい。

【0065】

ストレージデバイス５０８は、制御部５００の各機能要素を実現するためのプログラムモジュールを記憶している。プロセッサ５０４は、このプログラムモジュールをメモリ５０６に読み出して実行することで、制御部５００の各機能を実現する。

【0066】

なお、上記した集積回路のハードウェア構成は図７に示した構成に限定されない。例えば、プログラムモジュールはメモリ５０６に格納されてもよい。この場合、集積回路は、ストレージデバイス５０８を備えていなくてもよい。

【0067】

以上、図面を参照して本発明の実施形態及び実施例について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

【符号の説明】

【0068】

１０ 光学装置
１０Ａ 光学装置
１０Ｋ 光学装置
１１０ 発光素子
２００ 可動反射部
２００Ｋ 可動反射部
３１０ 受光素子
３１０Ｋ 受光素子
３１２ 受光面
３１２Ｋ 受光面
３２０ アパーチャ
３３０Ｋ 受信レンズ
３３２ 第１受信レンズ
３３４ 第２受信レンズ
４００ ビームスプリッタ
５００ 制御部
５０２ バス
５０４ プロセッサ
５０６ メモリ
５０８ ストレージデバイス
５１０ 入出力インタフェース
５１２ ネットワークインタフェース
Ｆ フットプリント
ＩＳ 仮想スポット
ＩＳ１ 第１仮想スポット
ＩＳ２ 第２仮想スポット
ＩＳ３ 第３仮想スポット
Ｏ 測定対象
Ｒ 受信光
Ｒ１ 第１受信光
Ｒ１Ｋ 第１受信光
Ｒ２ 第２受信光
Ｒ２Ｋ 第２受信光
Ｒ３ 第３受信光
Ｒ３Ｋ 第３受信光
ＲＫ 受信光
Ｓ スポット
Ｓ１Ｋ 第１スポット
Ｓ２Ｋ 第２スポット
Ｓ３Ｋ 第３スポット
ＳＫ スポット
Ｔ 送信光
Ｘ 第１方向
Ｙ 第２方向
Ｚ 第３方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】