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特開2025-5858光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法ならびにそれを用いるシミュレータ、光モジュール、空間認識装置、顔認証装置およびロボット
(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】P2025005858
(43)【公開日】2025-01-17
(54)【発明の名称】光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法ならびにそれを用いるシミュレータ、光モジュール、空間認識装置、顔認証装置およびロボット
(51)【国際特許分類】
G02B 3/00 20060101AFI20250109BHJP
【ＦＩ】
G02B3/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023106261
(22)【出願日】2023-06-28
(71)【出願人】
【識別番号】000116024
【氏名又は名称】ローム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100133514
【弁理士】
【氏名又は名称】寺山 啓進
(74)【代理人】
【識別番号】100135714
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 一生
(74)【代理人】
【識別番号】100167612
【弁理士】
【氏名又は名称】安藤 直行
(72)【発明者】
【氏名】北川 雅之
(57)【要約】
【課題】マイクロレンズアレイ１１３の光線追跡法での面交差判定の計算量を削減する。
【解決手段】光拡散用のマイクロレンズアレイを設計などのために光線追跡法でシミュレーションするにあたって、入射判定ステップにおいて、光源１１２から一の角度θで出射された光線３１を追跡すべき光線に設定する。さらに入射判定ステップにおいて、光源１１２とマイクロレンズアレイ１１３とのアライメントの関係から、光線３１がどのマイクロレンズに最初に入射するのかを判定する。最初に入射すると判定された第１のマイクロレンズ（ナンバー９２４３）に対して、面交差判定ステップにおいて、光線追跡法による面交差判定を行う。角度θを変更しながら、入射判定ステップおよび面交差判定ステップを繰返す。
【選択図】図５
【解決手段】光拡散用のマイクロレンズアレイを設計などのために光線追跡法でシミュレーションするにあたって、入射判定ステップにおいて、光源１１２から一の角度θで出射された光線３１を追跡すべき光線に設定する。さらに入射判定ステップにおいて、光源１１２とマイクロレンズアレイ１１３とのアライメントの関係から、光線３１がどのマイクロレンズに最初に入射するのかを判定する。最初に入射すると判定された第１のマイクロレンズ（ナンバー９２４３）に対して、面交差判定ステップにおいて、光線追跡法による面交差判定を行う。角度θを変更しながら、入射判定ステップおよび面交差判定ステップを繰返す。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光拡散用のマイクロレンズアレイの光線追跡方法であって、
光源が出射する光線の内、前記光源の光軸に対して、一の角度で出射された光線を追跡すべき光線として設定し、前記光源とマイクロレンズアレイとのアライメントの関係から、前記追跡すべき光線が前記マイクロレンズアレイにおけるどのマイクロレンズに最初に入射するのかを判定する入射判定ステップと、
前記最初に入射すると判定された第１のマイクロレンズに対して、光線追跡法による面交差判定を行う面交差判定ステップとを含み、
前記追跡すべき光線を前記光源が他の角度で出射する光線へ変更しながら、前記入射判定ステップおよび前記面交差判定ステップを繰返してゆく、光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法。
光源が出射する光線の内、前記光源の光軸に対して、一の角度で出射された光線を追跡すべき光線として設定し、前記光源とマイクロレンズアレイとのアライメントの関係から、前記追跡すべき光線が前記マイクロレンズアレイにおけるどのマイクロレンズに最初に入射するのかを判定する入射判定ステップと、
前記最初に入射すると判定された第１のマイクロレンズに対して、光線追跡法による面交差判定を行う面交差判定ステップとを含み、
前記追跡すべき光線を前記光源が他の角度で出射する光線へ変更しながら、前記入射判定ステップおよび前記面交差判定ステップを繰返してゆく、光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法。
【請求項2】
前記最初に入射すると判定された第１のマイクロレンズに隣接する第２のマイクロレンズに対しても、前記面交差判定ステップにおいて、前記光線追跡法による面交差判定を行う、請求項１記載の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法。
【請求項3】
前記第２のマイクロレンズは、前記第１のマイクロレンズよりも前記光軸に近い側で前記第１のマイクロレンズに隣接している、請求項２記載の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法。
【請求項4】
前記入射判定ステップは、前記光軸と光線との成す角度が、予め定める角度以上の場合に、前記第２のマイクロレンズを抽出する、請求項２または３記載の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法。
【請求項5】
前記入射判定ステップは、前記光源とマイクロレンズアレイとのアライメントの関係から、前記追跡すべき光線が最初に入射すると判定した前記第１のマイクロレンズにおいて、入射部位が第１のマイクロレンズの頂部領域か、側部領域かをさらに判定し、前記側部領域の場合に、前記第２のマイクロレンズを抽出する、請求項２または３記載の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法。
【請求項6】
前記光源は複数設けられ、前記入射判定ステップおよび面交差判定ステップの繰返しは、光源毎に行われる、請求項１～３の何れか１項に記載の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法。
【請求項7】
前記入射判定ステップは、前記マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの配置間隔と、前記光源の光軸に対する光線の角度と、前記光源とマイクロレンズアレイとの距離とから、前記最初に入射すると判定された第１のマイクロレンズの配列ナンバーを算出し、
かつ、その配列ナンバーの前後のマイクロレンズを前記第２のマイクロレンズに設定する、請求項２または３記載の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法。
かつ、その配列ナンバーの前後のマイクロレンズを前記第２のマイクロレンズに設定する、請求項２または３記載の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法。
【請求項8】
光拡散用のマイクロレンズアレイを光線追跡法でシミュレーションするシミュレータであって、
光源と前記マイクロレンズアレイとのアライメントの関係を設定する第１の設定部と、
前記光源が出射する光線の内、前記光源の光軸に対して、一の角度で出射された光線を追跡すべき光線として設定する第２の設定部と、
前記第１の設定部で設定されたアライメントの関係から、前記第２の設定部で設定された前記追跡すべき光線が、前記マイクロレンズアレイにおけるどのマイクロレンズに最初に入射するのかを判定する第１の判定部と、
前記第１の判定部で入射が判定された第１のマイクロレンズに対して、光線追跡法による面交差判定を行う第２の判定部と、
前記第２の設定部に、前記追跡すべき光線を、前記光源が他の角度で出射する光線へ設定変更させて、前記第１および第２の判定部での判定を行わせる動作を繰返えさせる制御部と、
を含む、光拡散用マイクロレンズアレイのシミュレータ。
光源と前記マイクロレンズアレイとのアライメントの関係を設定する第１の設定部と、
前記光源が出射する光線の内、前記光源の光軸に対して、一の角度で出射された光線を追跡すべき光線として設定する第２の設定部と、
前記第１の設定部で設定されたアライメントの関係から、前記第２の設定部で設定された前記追跡すべき光線が、前記マイクロレンズアレイにおけるどのマイクロレンズに最初に入射するのかを判定する第１の判定部と、
前記第１の判定部で入射が判定された第１のマイクロレンズに対して、光線追跡法による面交差判定を行う第２の判定部と、
前記第２の設定部に、前記追跡すべき光線を、前記光源が他の角度で出射する光線へ設定変更させて、前記第１および第２の判定部での判定を行わせる動作を繰返えさせる制御部と、
を含む、光拡散用マイクロレンズアレイのシミュレータ。
【請求項9】
前記光源と、
前記請求項１～３の何れか１項に記載の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法を用いて設計されたマイクロレンズアレイとを備える、
光モジュール。
前記請求項１～３の何れか１項に記載の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法を用いて設計されたマイクロレンズアレイとを備える、
光モジュール。
【請求項10】
発光部と、受光部と、演算部とを備え、
前記発光部は、前記請求項９記載の光モジュールを備え、前記光源から発生した光線を前記マイクロレンズアレイで拡散させて目標物に照射し、
前記受光部はイメージセンサを備え、前記イメージセンサは、前記光線の前記目標物による反射光線を検出し、
前記演算部は、前記光線が前記反射光線となって戻り、前記イメージセンサの各センサ素子で検出されることで得られた飛行時間から空間認識を行う、空間認識装置。
前記発光部は、前記請求項９記載の光モジュールを備え、前記光源から発生した光線を前記マイクロレンズアレイで拡散させて目標物に照射し、
前記受光部はイメージセンサを備え、前記イメージセンサは、前記光線の前記目標物による反射光線を検出し、
前記演算部は、前記光線が前記反射光線となって戻り、前記イメージセンサの各センサ素子で検出されることで得られた飛行時間から空間認識を行う、空間認識装置。
【請求項11】
前記光源は、垂直共振器面発光レーザである、請求項１０記載の空間認識装置。
【請求項12】
前記請求項１０または１１記載の空間認識装置を備える顔認証装置。
【請求項13】
前記請求項１０または１１記載の空間認識装置を備えるロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法ならびにそれを用いるシミュレータ、光モジュール、空間認識装置、顔認証装置およびロボットに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１は、光線追跡法を用いて、３次元物体の２次元画像を生成する画像生成装置を開示している。特許文献１は、光線が、３次元物体を内包するバウンディングボックスの６面の何れかの面と交差するかを判定し、交差するバウンディングボックス内の物体に対してのみ交点計算する。さらに特許文献１は、前記バウンディングボックス内に視点が内包されるかを判定し、内方される場合は面交差判定を省略することで、交点計算を減らしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００３－２６３６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１は、汎用の光線追跡法をコンピュータグラフィックスに用いた例である。この光線追跡法は、光拡散用マイクロレンズアレイのシミュレーションにも適用可能である。そこで、本願発明者は、光拡散用マイクロレンズアレイのシミュレーションに光線追跡法を適用した場合に、より面交差判定の計算量を削減可能な手法を見出した。
【0005】
本開示の目的は、光線追跡法における面交差判定の計算量を削減することができる光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法ならびにそれを用いるシミュレータ、光モジュール、空間認識装置、顔認証装置およびロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決するために、本開示の一態様は、光拡散用のマイクロレンズアレイの光線追跡方法であって、光源が出射する光線の内、光線の光軸に対して、一の角度で出射された光線を追跡すべき光線として設定し、光源とマイクロレンズアレイとのアライメントの関係から、追跡すべき光線がマイクロレンズアレイにおけるどのマイクロレンズに最初に入射するのかを判定する入射判定ステップと、最初に入射すると判定された第１のマイクロレンズに対して、光線追跡法による面交差判定を行う面交差判定ステップとを含み、追跡すべき光線を光源が他の角度で出射する光線へ変更しながら、入射判定ステップおよび面交差判定ステップを繰返してゆくものである。
【発明の効果】
【0007】
本開示の一態様によれば、光線追跡法における面交差判定の計算量を削減することができる光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法ならびにそれを用いるシミュレータ、光モジュール、空間認識装置、顔認証装置およびロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
次に、図面を参照して、本実施形態について説明する。以下に説明する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各構成部品の厚みと平面寸法との関係等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚および寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係および比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【0010】
また、以下に示す実施形態は、技術的思想を具体化するための装置、方法を例示するものであって、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものではない。本実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【0011】
図１は、後述の図８で示す空間認識装置１において、発光部１１として用いられる光モジュールの概略的構成を示す断面図である。発光部１１は、光源１１２を搭載した基板１１４と、マイクロレンズアレイ１１３と、筐体１１５とを有する。発光部１１は、光源１１２から出射された光線３１を、マイクロレンズアレイ１１３で拡散して、図１では、図示できない充分遠い地点に位置する目標物２に照射するものである。目標物２は、空間認識装置１が空間認識する際の目標物である。
【0012】
マイクロレンズアレイ１１３は、平板の基板１１３１の表面に、極めて多数のマイクロレンズ１１３２を、面方向に配列したものである。マイクロレンズ１１３２は、正面視で、基板１１３１の中央を中心にして、たとえば、１．５ｍｍ×１．５ｍｍの範囲に形成されている。マイクロレンズ１１３２は、たとえば砲弾形の形状を有し、その直径は１０μｍである。マイクロレンズ１１３２は、たとえばマトリクス状に配列されている。この場合、マイクロレンズ１１３２は、１５０個×１５０個が形成されることになる。
【0013】
光源１１２は、複数あり、基板１１４上に、たとえばマトリクス状に配列されている。光源１１２を搭載した基板１１４と、マイクロレンズアレイ１１３とは、所定の間隔を開けて、かつ相互に平行となるように、筐体１１５によって保持されて、光モジュールを構成する。
【0014】
発光部１１が搭載される空間認識装置１の用途及び仕様などに応じて、光源１１２の大きさ（パワー）、数等が変わり、拡散度合いなどに応じてマイクロレンズアレイ１１３の構造、光源１１２とのアライメント、すなわち位置関係等も異なる。そのため、マイクロレンズアレイ１１３の設計にあたって、マイクロレンズアレイ１１３による光線３１の拡散度合いをシミュレーションする必要が生じる。
【0015】
図２は、シミュレーションの様子を模式的に示す断面図である。シミュレーションは、光源１１２が、追跡すべき光線として、一の角度で光線３１を出射すると、光線追跡法で、先ず、光線３１が、どのマイクロレンズに入射するのかを面交差判定する。次に、その面交差判定で実際に入射すると判定された第１のマイクロレンズ（図２ではナンバー９２４３に入射している）について、表面１１３３での屈折から、第１のマイクロレンズ内の透過、裏面１１３４での屈折から出射を、光線追跡法で追跡する。続いて、出射された光線が、図２においては図示できない充分遠い地点にある仮想スクリーン上の、どの地点に、どれだけの照度（光束）で到達するのかを、光線追跡法で計算する。
【0016】
シミュレーションは、以上の処理を、追跡すべき光線としての光線３１を他の角度、たとえば何千万本、何億本に変化させ（振り）つつ、繰返し行う。そうして、光線３１の総てについて追跡した結果、仮想スクリーン上の単位面積の各部分に入射する積算の照度（光束量）を、シミュレーションすることができる。つまり、仮想スクリーン上の各部分には、光源１１２からの１または複数の光線３１が到達することになり、その光線３１の各部分における足合わせの照度ｌｘ（ルクス）を求めることになる。
【0017】
こうしたシミュレーションで求められた照度（ｌｘ、光束量）が、仮想スクリーン上でバラつかないように、発光素子１１２とマイクロレンズアレイ１１３とのアライメント、マイクロレンズ１１３２の構造（数、形状を含む）などが調整、すなわち設計される。図２の例では、１５０個×１５０個のマイクロレンズ１１３２を１次元に展開して、分かり易く、適宜間引いて、ナンバー１～１００００で示している。
【0018】
光線追跡法は、総ての物体について交点を求める、つまり面交差判定を行うものである。図２の例では、光線３１が入射したナンバー９２４３の第１のマイクロレンズについては、その後、前述の通り、表面１１３３および裏面１１３４でも面交差判定が行われる。正確には、表面１１３３での反射、マイクロレンズ１１３２内での反射、基板１１３１内および裏面１１３４での反射なども考慮すべきであるが、光拡散用のマイクロレンズアレイ１１３においては、それらの反射の影響は、比較的小さい。そのため、本実施形態では、追跡（シミュレーション）しないことにしている。
【0019】
したがって、光線追跡法による面交差判定では、光線３１が、どのマイクロレンズに最初に入射するのかを判定することが主となる。従来では、たとえば図２のようなナンバー１～１００００のレンズに対して、一の角度の光線３１を設定すると、図３Ａから図３Ｂで示すように、ナンバー１、２、・・・のマイクロレンズから順に面交差判定を行う。判定の結果、解無し、すなわち、その光線３１はどこまで追跡しても交点を持たないと言う判定結果を得ることを繰返してしまう。その後、図３Ｃで示すように、ナンバー９２４３のマイクロレンズで解有り、すなわち光線３１がナンバー９２４３の第１のマイクロレンズと交点を持つと判定することになる。また、光線３１がマイクロレンズ１１３２の領域から出たり、基板１１３１の領域に入ったり、離間したレンズ間に到達したりして、図３Ｄで示すように、基板１１３１に入射しても、解有りとなる。しかしながら、この図３Ｄで示すようなケースでは、基板１１３１の手前で、光線３１は、何れかのマイクロレンズに入射していることが多い。このように従来の光線追跡法による面交差判定では、光源１１２からの各光線３１と総てのマイクロレンズ１１３２との組合せでシミュレーションするので、計算量が非常に多く、また計算結果は、解無しばかりとなっている。
【0020】
そこで本実施形態では、入射判定ステップは、光線３１を設定すると、光源１１２とマイクロレンズアレイ１１３とのアライメント（位置、距離を含む）の関係から、光線３１が、どのマイクロレンズに最初に入射するのかを、予め計算（推定）しておく。その後、計算（推定）された第１のマイクロレンズに関してのみ、面交差判定ステップが、実際の精緻な面交差判定を行う。したがって、面交差判定（シミュレーション）の結果は、図３Ｃのような解有が多くなり、図３Ａおよび図３Ｂのような解無しは少なくなる。
【0021】
図４は、上述のような面交差判定（シミュレーション）を実現するシミュレータ４の一構成例を示すブロック図である。図５は、シミュレータ４による光線追跡のシミュレーションの様子を模式的に示す断面図である。シミュレータ４は、第１の設定部４１と、第２の設定部４２と、第１の判定部４３と、第２の判定部４４と、制御部４５と、継続追跡部４６と、照度分布演算部４７と、を備える。また、このシミュレータ４に関連して、ＣＡＤ（Computer Aided Design）装置４８、入力装置４９および表示装置４０が設けられている。シミュレータ４は、汎用のコンピュータに、図４に示す演算処理部（４１～４７）を機能させるためのコンピュータプログラムをインストールして実行する事により、実現可能である。
【0022】
ＣＡＤ装置４８は、コンピュータ支援で、発光部１１およびマイクロレンズアレイ１１３などの設計を行う。そのため、ＣＡＤ装置４８は、複数の光源１１２の位置データ、発光強度、拡がり角などのデータ、ならびにマイクロレンズアレイ１１３におけるマイクロレンズ１１３２の位置および形状のデータなどを記憶している。
【0023】
ＣＡＤ装置４８に多数種類記憶されている発光部１１のＣＡＤデータの内、入力装置４９から、シミュレーションすべき発光部１１のデータが指定されると、第１の設定部４１および第２の設定部４２は、必要なデータを取得する。
【0024】
第１の設定部４１は、既知である光源１１２およびマイクロレンズアレイ１１３のアライメントの関係データを取得し、後述する各種判定のために、各部４３、４４、４６に設定する。具体的には、取得されるデータは、光源１１２および各マイクロレンズ１１３２のｘ、ｙ座標データ、相互間距離データｚ、各マイクロレンズ１１３２の形状データなどである。
【0025】
第２の設定部４２は、光源１１２の発光点１１２１のｘ、ｙ座標データを取得し、制御部４５で設定された放射方向の角度θのデータと共に、後述する各種判定のために、各部４３、４４、４６に設定する。角度θは、図５で示すように、発光点１１２１における光軸３１１に対する光線３１の交差角であり、すなわちシミュレーションすべき光線３１を、前記の何千万本、何億本に変化させるためのパラメータとなる。光源１１２の表面１１２２（図７参照）は平面であり、光軸３１１は表面１１２２に垂直となる。なお、光源１１２を点光源と考える場合は、光線３１は、所定の拡がり角を持って各角度θに均等な強度で放射される。しかしながら、光線３１の強度が均等でない場合、第２の設定部４２は、ＣＡＤ装置４８から、光源１１２の放射特性（発光強度分布）のデータを取得することが望ましい。
【0026】
第１の判定部４３は、第１の設定部４１で設定されたアライメント関係のデータから、第２の設定部４２で設定された追跡すべき光線３１が、マイクロレンズアレイ１１３におけるどのマイクロレンズに最初に入射するのかを計算（推定）する。図５では、図２と同様に、光線３１は、ナンバー９２４３の第１のマイクロレンズに入射している。ここで、同じ放射方向の角度θの光線３１であっても、マイクロレンズが光源１１２に近くなる、すなわち距離ｚが小さくなる場合は、光線３１は、ナンバー９２４３よりも光軸３１１に近い側のナンバー９２４２、９２４１、・・・のマイクロレンズに入射する。逆に、マイクロレンズアレイ１１３が光源１１２から遠くなる、すなわち距離ｚが大きくなる場合は、光線３１は、ナンバー９２４３よりも光軸３１１から遠い側のナンバー９２４４、９２４５、・・・のマイクロレンズに入射する。第１の判定部４３は、こうして、光源１１２とマイクロレンズアレイ１１３とのアライメントの関係から、光線３１が、マイクロレンズアレイ１１３におけるどのマイクロレンズに最初に入射するのかを判定する入射判定ステップを実現する。
【0027】
第２の判定部４４は、第１の判定部４３で入射が判定された第１のマイクロレンズに対して、光線追跡法により、実際に光線３１が入射するか否かの精緻な面交差判定ステップを行う。第２の判定部４４において実際に光線３１が入射すると判定された第１のマイクロレンズに対しては、継続追跡部４６が、光線追跡法により、マイクロレンズ１１３２の表面１１３３での屈折から、マイクロレンズ１１３２内の透過、裏面１１３４での屈折から出射を、追跡する。追跡された光線は、裏面１１３４の、どの位置から、どの方向に、幾らの強度で出射されるのかが計算されている。このような各部４１～４６による光線追跡処理を、制御部４５が、第２の設定部４２における角度θを他の角度に設定変更させながら繰返し、追跡結果が、照度分布演算部４７に入力されて纏められることで、前述の仮想スクリーン上での照度分布が求められる。求められた照度分布は、表示装置４０に表示され、また適宜、ＣＡＤ装置４８にフィードバックされて、設計に反映されることで、適切なマイクロレンズアレイ１１３および発光部１１の設計が可能になる。
【0028】
したがって、本実施形態の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法およびそれを用いるシミュレータ４は、第２の判定部４４で精緻な面交差判定を行うにあたって、第１の判定部４３で粗い入射判定を事前に行うようにする。そのため、本実施形態の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法およびそれを用いるシミュレータ４は、実際に光線３１が最初に入射する可能性のある第１のマイクロレンズにだけ面交差判定を行うことになる。このように本実施形態の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法およびそれを用いるシミュレータ４は、面交差判定で解無しとなる可能性の有る判定を無くし、解有りとなる可能性の有る判定だけを行う。そうすることで、本実施形態の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法およびそれを用いるシミュレータ４は、精緻な面交差判定の回数を減らし、光線追跡法による計算量を削減することができる。
【0029】
上述のように、第２の判定部４４において精緻な面交差判定を行うにあたって、第１の判定部４３は、入射判定ステップにおいて粗い入射判定を事前に行い、実際に光線３１が最初に入射する可能性のある第１のマイクロレンズだけ面交差判定に抽出している。しかしながら、光線３１の角度θとマイクロレンズ１１３２の形状、間隔Ｗ（図５参照）とによっては、光線３１が、最初に入射すると判定された第１のマイクロレンズの前に、他のマイクロレンズに入射してしまうこともある。そこで、第１の判定部４３は、入射判定ステップにおいて、入射判定部４３１が上述のように第１のマイクロレンズを判定するとともに、隣接判定部４３２が、隣接する第２のマイクロレンズを判定し、精緻な面交差判定に加えてもよい。
【0030】
図６は、その隣接判定の様子を模式的に示すマイクロレンズアレイ１１３の正面図である。図６の例では、マイクロレンズ１１３２の配列は、説明を理解し易いように正方格子（行列状）で説明しているが、三角格子や六角格子などであってもよい。図６の例では、簡略化して、（ｘ、ｙ）座標で、（１、１、）（１、２）、・・・、（２、１）、・・・、（５、５）の計２５個のマイクロレンズ１１３２を示している。その内、実際に光線３１が最初に入射する可能性のある第１のマイクロレンズは、座標（３、３）に位置している。この場合、第１の判定部４３は、入射判定ステップで、隣接する座標（２、２）、（２、３）、（２、４）、（３、２）、（３、４）、（４、２）、（４、３）、（４、４）の計８個のマイクロレンズ１１３２を、第２のマイクロレンズとして、面交差判定に加える。
【0031】
図７に、図６の一部の断面を切出している。マイクロレンズアレイ１１３は、前述のように、平板の基板１１３１に、多数のマイクロレンズ１１３２を、面方向に配列したものである。第２の判定部４４における精緻な面交差判定は、マイクロレンズ１１３２の形状（本実施形態では砲弾型）を考慮して行われる。しかしながら、第１の判定部４３における入射判定ステップでは、入射判定部４３１は、マイクロレンズ１１３２の形状は考慮せず、基板１１３１の入射面、すなわちマイクロレンズ１１３２の基底面の高さを基準にして行うことで、判定が容易になる。図７では、この入射面および基底面を参照符号１１３５の仮想線で示し、以後、基底面１１３５と言う。なお、基板１１３１をエッチングなどで彫り込んでマイクロレンズ１１３２が形成される場合、マイクロレンズ１１３２の天頂部分が、ほぼ基板１１３１の表面と同じ高さになる。
【0032】
したがって、入射判定部４３１が、図７の例のように基底面１１３５で判断すれば、図６のように座標（３、３）のレンズに入射判定を行ってしまうのに対して、光線３１は光軸３１１に近い座標（２、３）のマイクロレンズに先に入射してしまう可能性がある。図７では、座標（３、３）のマイクロレンズに交点Ｐ１で接するよりも前に、座標（２、３）のマイクロレンズに交点Ｐ２で接している。そのため、本実施形態では、第１の判定部４３には、入射判定部４３１に加えて、隣接判定部４３２を設けている。隣接判定部４３２は、第２の判定部４４に、第１のマイクロレンズに隣接する第２のマイクロレンズについても、面交差判定で実際の入射判定を行わせる。そうすることで、本実施形態のシミュレータ４は、光源１１２とマイクロレンズアレイ１１３とのアライメント、すなわち配置の誤差、マイクロレンズ１１３２の形成（特に高さ）の誤差などがあっても、より正確に、シミュレーションを行うことができる。
【0033】
ここで、単純に、第１のマイクロレンズ（図６の例では座標（３、３）に隣接する総てのマイクロレンズ（座標（２、２）～（４、４））を第２のマイクロレンズと判定するのであれば、隣接判定部４３２のアルゴリズムの作成は比較的容易である。たとえば、各マイクロレンズ１１３２が図６のように行列状に配列されている場合、隣接判定部４３２は、入射判定部４３１で判定された第１のマイクロレンズに隣接する第２のマイクロレンズを８個判定すればよい。
【0034】
しかしながら、第１および第２のマイクロレンズが合わせて９個の内、実際に光線３１が入射する可能性が有るマイクロレンズは、図６のように光線３１をマイクロレンズアレイ１１３上に投影したとき、光線３１と交差するマイクロレンズである。図６および図７では、第１のマイクロレンズを、座標（３、３）のレンズとしているので、第２のマイクロレンズは、座標（２、３）のレンズとなる。つまり、光源１１２から第１のマイクロレンズ（座標（３、３））までの直線（３１）が光軸３１１と成す角度を、たとえばθとすると、角度θが、小さい側に隣接するマイクロレンズ（座標（２、３））に、実際に光線３１が入射する可能性がある。換言すれば、隣接するマイクロレンズ（座標（２、３））は、第１のマイクロレンズ（座標（３、３））よりも光源１１２に近い側にあり、第１のマイクロレンズ（座標（３、３））よりも先に光線が入射する可能性が高い。
【0035】
そこで、本実施形態の第１の判定部４３は、隣接除外判定部４３３をさらに備える。隣接除外判定部４３３は、角度θが小さい側に隣接するマイクロレンズ（図６の座標（２、３）のレンズ）を、隣接判定部４３２に、第２のマイクロレンズとして第２の判定部４４での面交差判定に加えさせる。一方、隣接除外判定部４３３は、第１のマイクロレンズ（座標（３、３）のレンズ）よりも光源１１２に近い側ではない、単に隣接しているだけのマイクロレンズは、隣接判定部４３２が、第２の判定部４４での面交差判定に加えることを許容しない。図６の例では、単に隣接しているだけと判定されるマイクロレンズは、座標（２、２）、（２、４）、（３、２）、（３、４）、（４、２）、（４、３）、（４、４）のレンズである。
【0036】
このようして、シミュレータ４の第１の判定部４３において、隣接除外判定部４３３が除外させる分だけ、第２のマイクロレンズを判定するアルゴリズムが増加するが、第２の判定部４４において実際に面交差判定を行うべきマイクロレンズを少なくできる。図６の例では、隣接判定部４３２において単に隣接判定されるレンズは、前記の８個である。これに対して、隣接除外判定部４３３を設けることで、隣接判定されるレンズを、多くても３個程度、少なくて１個まで削減することができる。したがって、第２の判定部４４における不要な面交差判定を、より少なくすることができる。
【0037】
また、隣接判定部４３２が第２のマイクロレンズであるか否かの隣接判定を行うにあたって、光軸３１１と光線３１との成す角度θが予め定める角度以上の場合は、第１のマイクロレンズの手前に、第２のマイクロレンズの存在する可能性がある。つまり、角度θが予め定める角度より小さい、すなわち浅い角度の場合は、たとえば図７において、座標（１、３）のレンズに示すように、光線３１は、マイクロレンズ１１３２の頂部領域Ｔから入射する可能性が高い。そのため、光線３１が隣接するマイクロレンズに入射してしまう可能性は低い。一方、角度θが予め定める角度以上、すなわち深い角度の場合は、光線３１は、マイクロレンズ１１３２の側部領域Ｓから入射する可能性が高い。そのため、光線３１が隣接するマイクロレンズに入射してしまう可能性が高い。
【0038】
そこで、本実施形態の第１の判定部４３は、角度判定部４３４をさらに備える。角度判定部４３４は、隣接判定部４３２に、光軸３１１と光線３１との成す角度θが大きい（深い）場合にだけ、隣接する第２のマイクロレンズの抽出判定を行わせ、小さい（浅い）角度では抽出判定は行わせない。そうすることで、隣接判定部４３２での第２のマイクロレンズの抽出回数をさらに削減し、第２の判定部４４での面交差判定の回数をより削減することができる。
【0039】
また、第１の判定部４３での入射判定ステップにおいて、前述のように、入射判定部４３１は、基底面１１３５を基準として、光線３１が最初に入射するマイクロレンズであるか否かを判定している。したがって、光線３１が最初に入射すると判定される第１のマイクロレンズについて、実際は、光線３１の入射部位が、第１のマイクロレンズの中央寄りか、辺縁寄りかは、シミュレーションすべき光線３１によって異なる。たとえば、今回シミュレーションする光線の角度をθ（ｉ）するとき、前回の光線θ（ｉ－１）も、次回の光線θ（ｉ＋１）も、同じマイクロレンズに入射することもある。その場合、入射判定部４３１は、光線θ（ｉ－１）、θ（ｉ）、θ（ｉ＋１）が、同じ第１のマイクロレンズに入射すると判定することになる。
【0040】
しかしながら、たとえば今回の光線θ（ｉ）が第１のマイクロレンズの中央寄りに入射するとき、前回の光線θ（ｉ－１）および次回の光線θ（ｉ＋１）は、第１のマイクロレンズの辺縁寄りに入射する可能性がある。前述の図７において、座標（１、３）のレンズに当てはめると、中央寄りは頂部領域Ｔであり、辺縁寄りは側部領域Ｓである。そして光線３１が頂部領域Ｔに入射する場合、第１のマイクロレンズは光線３１上で光源１１２に最も近い可能性が高い。したがって、光線３１が、座標（１、３）のマイクロレンズに隣接する座標（２、３）のマイクロレンズに入射する可能性は低く、隣接判定部４３２が第２のマイクロレンズを抽出する必要性は低い。一方、光線３１が側部領域Ｓに入射する場合、光線３１が隣接する座標（２、３）のマイクロレンズに入射してしまう可能性があり、隣接判定部４３２が第２のマイクロレンズを抽出する必要性は高くなる。
【0041】
そこで本実施形態の第１の判定部４３は、入射部位判定部４３５をさらに備える。入射部位判定部４３５は、隣接判定部４３２に、光線３１が第１のマイクロレンズの辺縁寄り（側部領域Ｓ）に入射する場合にだけ隣接判定を行わせ、中央寄り（頂部領域Ｔ）に入射する場合は隣接判定を行わせない。そうすることで、隣接判定部４３２による第２のマイクロレンズの抽出数を減らし、第２の判定部４４での面交差判定の回数をより削減することができる。
【0042】
ここで、入射判定部４３１および隣接判定部４３２での入射判定ステップにおけるアライメント計算について述べる。ＣＡＤ装置４８は、マイクロレンズアレイ１１３の詳細な形状のデータを格納しているが、マイクロレンズアレイ１１３に関しては、多くの場合、マイクロレンズ１１３２は、基板１１３１の一部または全部に、同じ形状のマイクロレンズが、規則的に配列されている。
【0043】
したがって、光線３１の角度θおよび光源１１２とマイクロレンズアレイ１１３との距離Ｚが分かると、光線３１の照射位置が、マイクロレンズアレイ１１３の表面（基底面１１３５）上で、光軸３１１からどれだけの距離を離れているのか、計算可能である。そして、マイクロレンズ１１３２が、間隔Ｗで等間隔に配置されているのであれば、光軸３１１上のレンズから、何番（幾つ）離れたレンズに光線３１が入射するのかを判定することができる。したがって、シミュレータ４において、入射判定部４３１は、多数が配列されるマイクロレンズ１１３２の内、第１のマイクロレンズとして、追跡すべき光線が最初に何番目のマイクロレンズに入射するのかを判定すればよい。隣接判定部４３２も、そのナンバーの前後（周辺）のマイクロレンズを第２のマイクロレンズと判定すればよい。
【0044】
これによって、マイクロレンズ１１３２を、図５のようにナンバー管理できるので、シミュレータ４による設計および工作機械での加工などが容易になる。特に、多数のマイクロレンズ１１３２の一部にでも、規則性の無い配列が行われている場合、隣接判定部４３２は、単純に、入射判定部４３１での第１のマイクロレンズの前後のナンバーのマイクロレンズを指定するだけでよくなる。
【0045】
図８は、実施形態に係る空間認識装置１の概略的構成を示すブロック図である。空間認識装置１は、目標物２に光線３１を照射して、目標物２による反射光線３２を検出し、得られた飛行時間から空間認識を行うものである。空間認識装置１は、発光部１１と、受光部１２と、演算部１３とを備える。光モジュールに構成される発光部１１は、受光部１２および演算部１３と共に、図示しないマザー基板上に実装され、その際、筐体１１５の底面または底付近の周縁部に露出した電極１１５１が、マザー基板に半田付けされる。
【0046】
受光部１２は、反射光３２を受光するレンズ１２１と、イメージセンサ１２２とを備える。空間認識装置１は、図８の例では、目標物２として、人物の全身を捉え、ジェスチャなどを検出する例を示している。他にも、空間認識装置１は、図９で示すスマートフォン５１等の顔認証装置、および図１０で示す無人搬送装置（ロボット）５２の空間認識装置などとして使用される。そのような用途に応じて、イメージセンサ１２２のチップサイズ、解像度（画素数）、レンズ１２１の画角（焦点距離）などが適宜設定される。なお、イメージのような精細なものでなく、単純なセンサで反射光を検出することで、測距装置も実現でき、本願の明細書では、そのような測距装置も空間認識装置の範疇とする。
【0047】
そして、演算部１３は、図示しないスイッチング素子を介して、光源１１２を極短パルス、たとえば１０ｎｓｅｃ以内で発光させ、光線３１を発生させる。光線３１の目標物２による反射光線３２はイメージセンサ１２２で検出され、演算部１３は、発光から受光迄の光線３１，３２の飛行時間から、３次元で空間認識を行う。スイッチング素子は、マザー基板上に搭載され、或いは光モジュールを構成する発光部１１に内蔵されてもよい。演算部１３は、例えば、マイクロコントローラが備えるCPU(Central Processing Unit：中央処理装置)を用いて実現可能である。
【0048】
このような空間認識装置１において、目標物２は、たとえば図９のスマートフォン５１における顔認証装置では比較的近距離に存在し、図８のジェスチャの検出、図１０の無人搬送装置（ロボット）５２に用いられる空間認識装置では比較的遠距離に存在する。そうすると、図９の顔認証装置よりも、図８および図１０の空間認識装置の方が、光線３１の照射範囲が広くなり、発光部１１には、より大きな光量が要求される。つまり、光源１１２を構成する発光素子の面積を大きくしたり、密度を増やしたり、電流値を高めたりする必要がある。また、スマートフォン５１における顔認証装置においても、イメージセンサ１２２のチップサイズおよび各素子の感度が一定のまま、より高精度な認証を行うために画素数を高めた場合にも、同様により大きな光量が要求される。
【0049】
そのため、スマートフォン５１、無人搬送装置（ロボット）５２など、光モジュールである発光部１１の組込み用途及び仕様に応じて、発光部１１を設計する必要がある。発光部１１において、光源１１２の面積、密度は、必要な光量を主な要素として、適宜選択される。また、光源１１２の素子構造及び特性は、極短パルスの発光時間などに応じて、適宜選択される。素子構造及び特性の比較例としては、発光ダイオードより半導体レーザの方が、短パルス発光に好適である。また、半導体レーザとしては、ファブリペロー型レーザダイオード、VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting LASER（垂直共振器面発光レーザ）、フォトニック結晶レーザダイオードが挙げられる。これらの半導体レーザは、端面出射型の半導体レーザのようなほぼ平行な光線ではなく、所定の拡がり角を持った光線を出射する。また上記した順で、高出力（大光量）になる一方、光線３１が狭ビーム化する。狭ビーム化すると、マイクロレンズアレイ１１３には、より高い拡散性が要求される。こうして、前述のように、発光部１１の組込み用途及び仕様に応じて、都度、マイクロレンズアレイ１１３を設計しなければならず、その設計にあたっては、シミュレータ４で、シミュレーションしなければならない。
【0050】
本開示から把握できる技術的思想を以下に記載する。なお、限定する意図ではなく理解の補助のために、付記に記載される構成要素には、実施形態中の対応する構成要素の参照符号が付されている。参照符号は、理解の補助のために例として示すものであり、各付記に記載された構成要素は、参照符号で示される構成要素に限定されるべきではない。
【0051】
＜付記１＞
光拡散用マイクロレンズアレイの作成および作成のための設計などに際し、光線追跡法で拡散具合などをシミュレーションするにあたって、先ず、入射判定ステップは、光源１１２から一の角度θで出射された光線３１を追跡すべき光線に設定する。次に、入射判定ステップは、既知のアライメントの関係から、光線３１がマイクロレンズアレイ１１３のアレイ面（１１３５）に到達した時点で、どのマイクロレンズに最初に入射することになるか（ナンバー９２４３）を計算（推定）する。続いて、入射判定ステップで、最初に光線３１が入射すると推定されたマイクロレンズ（ナンバー９２４３）に対して、面交差判定ステップは、光線追跡法による面交差判定を行う。交差（入射）すると判定された光線３１については、さらに、マイクロレンズ１１３２を透過して、スクリーンに投影されるまでの追跡を行ってもよい。そして、光源１１２から出射される光線３１は、所定の拡がりを持って出射されるので、その拡がりの範囲内で、逐次角度θを変えて、入射判定ステップおよび面交差判定ステップを繰返してゆく。
光拡散用マイクロレンズアレイの作成および作成のための設計などに際し、光線追跡法で拡散具合などをシミュレーションするにあたって、先ず、入射判定ステップは、光源１１２から一の角度θで出射された光線３１を追跡すべき光線に設定する。次に、入射判定ステップは、既知のアライメントの関係から、光線３１がマイクロレンズアレイ１１３のアレイ面（１１３５）に到達した時点で、どのマイクロレンズに最初に入射することになるか（ナンバー９２４３）を計算（推定）する。続いて、入射判定ステップで、最初に光線３１が入射すると推定されたマイクロレンズ（ナンバー９２４３）に対して、面交差判定ステップは、光線追跡法による面交差判定を行う。交差（入射）すると判定された光線３１については、さらに、マイクロレンズ１１３２を透過して、スクリーンに投影されるまでの追跡を行ってもよい。そして、光源１１２から出射される光線３１は、所定の拡がりを持って出射されるので、その拡がりの範囲内で、逐次角度θを変えて、入射判定ステップおよび面交差判定ステップを繰返してゆく。
【0052】
したがって、面交差判定ステップにおいて精緻な面交差判定を行うにあたって、入射判定ステップで粗い入射判定を事前に行い、実際に光線３１が最初に入射する可能性のあるマイクロレンズ（ナンバー９２４３）にだけ面交差判定を行うことになる。このようにして、面交差判定で、解無となる可能性の有る判定を無くし、解有りとなる可能性の有る判定だけを行うことで、精緻な面交差判定の回数を減らし、光線追跡法による計算量を削減することができる。
【0053】
＜付記２＞
付記１に記載の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法において、入射判定ステップでは、面交差判定ステップによる精緻な面交差判定を行うにあたって、粗い入射判定を事前に行う。そして、入射判定ステップは、光線３１が最初に入射する可能性のある第１のマイクロレンズ（座標（３、３））だけ面交差判定に抽出する。しかしながら、光線３１の角度θとマイクロレンズ１１３２の形状および間隔などによっては、光線３１が、最初に入射すると判定された第１のマイクロレンズ（座標（３、３））の前に、他のマイクロレンズ（座標（２、３））に入射してしまうこともある。そこで、入射判定ステップは、隣接する第２のマイクロレンズ（座標（２、２）（２、３）（２、４）（３、２）（３、４）（４、２）（４、３）（４、４）も精緻な面交差判定に加える。
付記１に記載の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法において、入射判定ステップでは、面交差判定ステップによる精緻な面交差判定を行うにあたって、粗い入射判定を事前に行う。そして、入射判定ステップは、光線３１が最初に入射する可能性のある第１のマイクロレンズ（座標（３、３））だけ面交差判定に抽出する。しかしながら、光線３１の角度θとマイクロレンズ１１３２の形状および間隔などによっては、光線３１が、最初に入射すると判定された第１のマイクロレンズ（座標（３、３））の前に、他のマイクロレンズ（座標（２、３））に入射してしまうこともある。そこで、入射判定ステップは、隣接する第２のマイクロレンズ（座標（２、２）（２、３）（２、４）（３、２）（３、４）（４、２）（４、３）（４、４）も精緻な面交差判定に加える。
【0054】
これによって、光源１１２とマイクロレンズアレイ１１３とのアライメント（配置）誤差およびマイクロレンズの形成（特に高さ）の誤差などがあっても、より正確に、シミュレーションを行うことができる。
【0055】
＜付記３＞
付記２に記載の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法において、たとえば、各マイクロレンズ１１３２が行列状に配列されている場合、入射判定ステップは、隣接する第２のマイクロレンズを、上記のような８個判定すればよい。しかしながら、第１および第２のマイクロレンズを合わせて９個の内、実際に光線３１が入射する可能性が有るマイクロレンズは、光線３１をマイクロレンズアレイ上に投影したとき、光線３１と交差する座標（３、３）（２、３）のマイクロレンズである。つまり、光源１１２から第１のマイクロレンズ（座標（３、３））までの直線（３１）が光軸３１１と成す角度を、たとえばθとすると、角度θが、小さい側に隣接するマイクロレンズ（座標（２、３））が、実際に光線３１が入射する可能性がある。そこで、入射判定ステップは、角度θが、小さい側に隣接するマイクロレンズ（座標（２、３））を第２のマイクロレンズとして、面交差判定ステップでの面交差判定に加える。これに対して、入射判定ステップは、第１のマイクロレンズ（座標（３、３））よりも光源１１２に近い側とはならない、単に隣接しているだけのマイクロレンズは、第２のマイクロレンズとは判定しない。
付記２に記載の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法において、たとえば、各マイクロレンズ１１３２が行列状に配列されている場合、入射判定ステップは、隣接する第２のマイクロレンズを、上記のような８個判定すればよい。しかしながら、第１および第２のマイクロレンズを合わせて９個の内、実際に光線３１が入射する可能性が有るマイクロレンズは、光線３１をマイクロレンズアレイ上に投影したとき、光線３１と交差する座標（３、３）（２、３）のマイクロレンズである。つまり、光源１１２から第１のマイクロレンズ（座標（３、３））までの直線（３１）が光軸３１１と成す角度を、たとえばθとすると、角度θが、小さい側に隣接するマイクロレンズ（座標（２、３））が、実際に光線３１が入射する可能性がある。そこで、入射判定ステップは、角度θが、小さい側に隣接するマイクロレンズ（座標（２、３））を第２のマイクロレンズとして、面交差判定ステップでの面交差判定に加える。これに対して、入射判定ステップは、第１のマイクロレンズ（座標（３、３））よりも光源１１２に近い側とはならない、単に隣接しているだけのマイクロレンズは、第２のマイクロレンズとは判定しない。
【0056】
これによって、第２のマイクロレンズ（座標（２、３））を判定するアルゴリズムは多少複雑になるが、実際に面交差判定を行うべきマイクロレンズを、少なくすることができる。たとえば、各マイクロレンズ１１３２が行列状に配列されているとき、第２のマイクロレンズ（座標（２、３））と判定されるレンズは、８個から、多くても３個程度、少なくて１個まで削減することができる。したがって、不要な面交差判定を、より少なくすることができる。
【0057】
＜付記４＞
付記２または３記載の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法では、入射判定ステップは、第１のマイクロレンズ（座標（３、３））に加えて、第２のマイクロレンズを抽出する。その際、入射判定ステップは、第２のマイクロレンズの抽出を、光軸３１１と光線３１との成す角度θが予め定める角度以上の場合にだけ、つまり角度θが深い場合にだけ行う。これによって、第２のマイクロレンズの抽出数を減らし、面交差判定の回数をより削減することができる。
付記２または３記載の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法では、入射判定ステップは、第１のマイクロレンズ（座標（３、３））に加えて、第２のマイクロレンズを抽出する。その際、入射判定ステップは、第２のマイクロレンズの抽出を、光軸３１１と光線３１との成す角度θが予め定める角度以上の場合にだけ、つまり角度θが深い場合にだけ行う。これによって、第２のマイクロレンズの抽出数を減らし、面交差判定の回数をより削減することができる。
【0058】
＜付記５＞
付記２～４の何れか１項に記載の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法では、入射判定ステップは、第１のマイクロレンズ（座標（３、３））に加えて、第２のマイクロレンズを抽出する。その際、入射判定ステップは、追跡すべき光線が最初に入射すると判定した第１のマイクロレンズ（座標（３、３））において、入射部位が第１のマイクロレンズの頂部領域Ｔか、側部領域Ｓか、をさらに判定する。側部領域Ｓの場合に、入射判定ステップは、第２のマイクロレンズを抽出する。これによって、第２のマイクロレンズの抽出数を減らし、面交差判定の回数をより削減することができる。
付記２～４の何れか１項に記載の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法では、入射判定ステップは、第１のマイクロレンズ（座標（３、３））に加えて、第２のマイクロレンズを抽出する。その際、入射判定ステップは、追跡すべき光線が最初に入射すると判定した第１のマイクロレンズ（座標（３、３））において、入射部位が第１のマイクロレンズの頂部領域Ｔか、側部領域Ｓか、をさらに判定する。側部領域Ｓの場合に、入射判定ステップは、第２のマイクロレンズを抽出する。これによって、第２のマイクロレンズの抽出数を減らし、面交差判定の回数をより削減することができる。
【0059】
＜付記６＞
付記１～５の何れか１項に記載の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法において、光源１１２が複数設けられる場合は、入射判定ステップおよび面交差判定ステップの繰返しを、光源１１２毎に行う。したがって、より計算量を削減することができる。
付記１～５の何れか１項に記載の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法において、光源１１２が複数設けられる場合は、入射判定ステップおよび面交差判定ステップの繰返しを、光源１１２毎に行う。したがって、より計算量を削減することができる。
【0060】
＜付記７＞
付記２～５の何れか１項に記載の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法において、入射判定ステップは、光源からの光線が最初に入射することになる第１のマイクロレンズを判定する。その際、入射判定ステップは、マイクロレンズの配置間隔と、光線の角度と、光源とマイクロレンズアレイとの距離とから、第１のマイクロレンズを配列ナンバーで算出し、隣接する第２のマイクロレンズを、前後のナンバーのマイクロレンズとする。これによって、マイクロレンズをナンバー管理でき、設計および加工などが容易である。
付記２～５の何れか１項に記載の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法において、入射判定ステップは、光源からの光線が最初に入射することになる第１のマイクロレンズを判定する。その際、入射判定ステップは、マイクロレンズの配置間隔と、光線の角度と、光源とマイクロレンズアレイとの距離とから、第１のマイクロレンズを配列ナンバーで算出し、隣接する第２のマイクロレンズを、前後のナンバーのマイクロレンズとする。これによって、マイクロレンズをナンバー管理でき、設計および加工などが容易である。
【0061】
＜付記８＞
光拡散用のマイクロレンズアレイ１１３を光線追跡法でシミュレーションするシミュレータ４であって、第１の設定部４１と、第２の設定部４２と、第１の判定部４３と、第２の判定部４４と、制御部４５と、を含む。第１の設定部４１は、光源１１２とマイクロレンズアレイ１１３とのアライメントの関係を設定する。第２の設定部４２は、光源１１２が出射する光線３１の内、光源３１の光軸３１１に対して、一の角度θで出射された光線３１を追跡すべき光線として設定する。第１の判定部４３は、第１の設定部４１で設定されたアライメントの関係から、第２の設定部４２で設定された光線３１が、マイクロレンズアレイ１１３におけるどのマイクロレンズに最初に入射するのかを判定する。第２の判定部４４は、第１の判定部４３で入射が判定された第１のマイクロレンズに対して、光線追跡法による面交差判定を行う。制御部４５は、第２の設定部４２に、追跡すべき光線３１を、光源１１２が他の角度で出射する光線へ設定変更させて、第１および第２の判定部４３、４４での判定を行わせる動作を繰返えさせる。したがって、精緻な面交差判定の回数を減らし、光線追跡法による計算量を削減することができる。
光拡散用のマイクロレンズアレイ１１３を光線追跡法でシミュレーションするシミュレータ４であって、第１の設定部４１と、第２の設定部４２と、第１の判定部４３と、第２の判定部４４と、制御部４５と、を含む。第１の設定部４１は、光源１１２とマイクロレンズアレイ１１３とのアライメントの関係を設定する。第２の設定部４２は、光源１１２が出射する光線３１の内、光源３１の光軸３１１に対して、一の角度θで出射された光線３１を追跡すべき光線として設定する。第１の判定部４３は、第１の設定部４１で設定されたアライメントの関係から、第２の設定部４２で設定された光線３１が、マイクロレンズアレイ１１３におけるどのマイクロレンズに最初に入射するのかを判定する。第２の判定部４４は、第１の判定部４３で入射が判定された第１のマイクロレンズに対して、光線追跡法による面交差判定を行う。制御部４５は、第２の設定部４２に、追跡すべき光線３１を、光源１１２が他の角度で出射する光線へ設定変更させて、第１および第２の判定部４３、４４での判定を行わせる動作を繰返えさせる。したがって、精緻な面交差判定の回数を減らし、光線追跡法による計算量を削減することができる。
【0062】
＜付記９＞
光モジュール（１１）は、光源１１２と、付記１～８の何れか１項に記載の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法を用いて設計されたマイクロレンズアレイ１１３とを備える。
光モジュール（１１）は、光源１１２と、付記１～８の何れか１項に記載の光拡散用マイクロレンズアレイの光線追跡方法を用いて設計されたマイクロレンズアレイ１１３とを備える。
【0063】
＜付記１０＞
空間認識装置１は、発光部１１と、受光部１２と、演算部１３とを備える。発光部１１は、付記９記載の光モジュールを備え、光源１１２から発生した光線３１をマイクロレンズアレイ１１３で拡散させて目標物２に照射する。受光部１２は、イメージセンサ１２２を備え、イメージセンサ１２２は、光線３１の目標物２による反射光線３２を検出する。演算部１３は、光線３１が反射光線３２となって戻り、イメージセンサ１２２の各センサ素子で検出されることで得られた飛行時間から空間認識を行う。
空間認識装置１は、発光部１１と、受光部１２と、演算部１３とを備える。発光部１１は、付記９記載の光モジュールを備え、光源１１２から発生した光線３１をマイクロレンズアレイ１１３で拡散させて目標物２に照射する。受光部１２は、イメージセンサ１２２を備え、イメージセンサ１２２は、光線３１の目標物２による反射光線３２を検出する。演算部１３は、光線３１が反射光線３２となって戻り、イメージセンサ１２２の各センサ素子で検出されることで得られた飛行時間から空間認識を行う。
【0064】
顔認証装置（５１）又は産業用ロボット（５２）などで広く使用される空間認識装置１では、被照射対象物である目標物２に照射する光線３１の光量が、多く、均一になる程、高精度なセンシングが可能になる。そこで、上述のような光線追跡方法を用いて設計された光拡散用マイクロレンズアレイ１１３を有する光モジュールを発光部１１に備えることで、高精度なセンシングが可能になる空間認識装置１を、短時間で設計することができる。
【0065】
＜付記１１＞
付記１０の空間認識装置において、光源１１２は、垂直共振器面発光レーザである。垂直共振器面発光レーザは、ビームが狭く、より高出力にでき、また短パルスの発光に好適であるので、光源１１２として用いることで、高精度なセンシングが可能な空間認識装置１を実現することができる。
付記１０の空間認識装置において、光源１１２は、垂直共振器面発光レーザである。垂直共振器面発光レーザは、ビームが狭く、より高出力にでき、また短パルスの発光に好適であるので、光源１１２として用いることで、高精度なセンシングが可能な空間認識装置１を実現することができる。
【0066】
＜付記１２＞
顔認証装置（５１）は、付記１０または１１記載の空間認識装置１を備える。したがって、高精度なセンシングが可能な顔認証装置（５１）を実現することができる。
顔認証装置（５１）は、付記１０または１１記載の空間認識装置１を備える。したがって、高精度なセンシングが可能な顔認証装置（５１）を実現することができる。
【0067】
＜付記１３＞
ロボット（５２）は、付記１０または１１記載の空間認識装置１を備える。したがって、高精度なセンシングが可能なロボット（５１）を実現することができる。
ロボット（５２）は、付記１０または１１記載の空間認識装置１を備える。したがって、高精度なセンシングが可能なロボット（５１）を実現することができる。
【符号の説明】
【0068】
１ 空間認識装置
１１ 発光部（光モジュール）
１１２ 光源
１１２１ 発光点
１１２２ 表面
１１３ マイクロレンズアレイ
１１３１ 基板
１１３２ マイクロレンズ
１１３３ 表面
１１３４ 裏面
１１３５ 基底面
１１４ 基板
１１５ 筐体
１１５１ 電極
１２ 受光部
１２１ レンズ
１２２ イメージセンサ
１３ 演算部
２ 目標物
３１ 光線
３１１ 光軸
３２ 反射光線
４ シミュレータ
４０ 表示装置
４１ 第１の設定部
４２ 第２の設定部
４３ 第１の判定部
４３１ 入射判定部
４３２ 隣接判定部
４３３ 隣接除外判定部
４３４ 角度判定部
４３５ 入射部位判定部
４４ 第２の判定部
４５ 制御部
４６ 継続追跡部
４７ 照度分布演算部
４８ ＣＡＤ装置
４９ 入力装置
５１ スマートフォン
５２ 無人搬送装置
１１ 発光部（光モジュール）
１１２ 光源
１１２１ 発光点
１１２２ 表面
１１３ マイクロレンズアレイ
１１３１ 基板
１１３２ マイクロレンズ
１１３３ 表面
１１３４ 裏面
１１３５ 基底面
１１４ 基板
１１５ 筐体
１１５１ 電極
１２ 受光部
１２１ レンズ
１２２ イメージセンサ
１３ 演算部
２ 目標物
３１ 光線
３１１ 光軸
３２ 反射光線
４ シミュレータ
４０ 表示装置
４１ 第１の設定部
４２ 第２の設定部
４３ 第１の判定部
４３１ 入射判定部
４３２ 隣接判定部
４３３ 隣接除外判定部
４３４ 角度判定部
４３５ 入射部位判定部
４４ 第２の判定部
４５ 制御部
４６ 継続追跡部
４７ 照度分布演算部
４８ ＣＡＤ装置
４９ 入力装置
５１ スマートフォン
５２ 無人搬送装置
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】