WO2022097467A1 - 光検出装置 - Google Patents
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Definitions
- the disclosure in this specification relates to a photodetector.
- Patent Document 1 discloses a distance measuring device that scans an irradiation area outside the device by reflecting a laser beam emitted from a plurality of one-dimensionally arranged end face emitting lasers or surface emitting lasers by a rotating deflection mirror. ing. This distance measuring device measures the distance to an object existing in the irradiation area by receiving the reflected light of the laser light irradiated to the irradiation area.
- the object of the present disclosure is to provide a photodetector capable of increasing the resolution of detection.
- one disclosed embodiment scans a light emitting unit in which a plurality of light emitting parts emitting a beam are arranged in a specific arrangement direction at intervals from each other, and a beam emitted from the light emitting unit.
- the optical unit includes a scanning unit that projects light into the measurement area, a light receiving unit that receives the return light of the beam from the measurement area, and an optical unit located on the optical path of the beam from the light emitting unit to the scanning unit.
- the first optical element having positive power in the transmission direction of the beam from the light emitting unit to the scanning unit, and the positive in the transmission direction in the specific cross section located behind the first optical element and spreading in the transmission direction and the specific arrangement direction.
- It is a light detection device including a second optical element having power.
- a light emitting unit in which a plurality of light emitting parts emitting a beam are arranged in a specific arrangement direction at intervals from each other, and a beam emitted from the light emitting unit is scanned and projected onto a measurement region.
- the scanning unit includes a light receiving unit that receives the return light of the beam from the measurement area, and an optical unit located on the optical path of the beam from the light emitting unit to the scanning unit.
- the optical unit is a scanning unit from the light emitting unit.
- a first optical element having a positive power in the transmission direction of the beam toward the direction, and a second optical element located behind the first optical element and generating diffracted light in a specific cross section extending in the transmission direction and the specific arrangement direction. It is said to be an optical detection device including.
- each beam emitted from a plurality of light emitting parts arranged in a specific arrangement direction is adjusted in the traveling direction by the first optical element, and then the positive power or diffracted light of the second optical element. Due to the generational action of, it is spread in a specific arrangement direction within a specific cross section. Therefore, even if an unlight-emitting part exists between a plurality of light-emitting parts in the light-emitting unit, a gap that causes an undetected region is unlikely to occur between the beams projected on the measurement area. Become. Therefore, it is possible to increase the detection resolution of the photodetector.
- one aspect disclosed is a light emitting unit in which a plurality of light emitting parts emitting a beam are arranged in a specific arrangement direction at intervals from each other, and a beam emitted from the light emitting unit is scanned and projected onto a measurement region.
- the scanning unit includes a light receiving unit that receives the return light of the beam from the measurement area, and an optical unit located on the optical path of the beam from the light emitting unit to the scanning unit.
- the optical unit is a scanning unit from the light emitting unit.
- the first optical element which forms a first cylindrical lens surface having a positive power in the transmission direction of the beam toward the light, and is arranged in a posture in which the bus direction of the first cylindrical lens surface is aligned with a specific arrangement direction, and the first It is located behind the optical element and forms a second cylindrical lens surface with positive or negative power in the transmission direction, and is arranged in a posture perpendicular to the bus of the second cylindrical lens surface along a specific arrangement direction.
- It is a light detection device including a second optical element.
- each beam emitted from a plurality of light emitting parts arranged in a specific arrangement direction is adjusted in the traveling direction by the first cylindrical lens surface, and then the positive or negative power of the second cylindrical lens surface is adjusted.
- Spreads in a specific arrangement direction Therefore, even if an unlight-emitting part exists between a plurality of light-emitting parts in the light-emitting unit, a gap that causes an undetected region is unlikely to occur between the beams projected on the measurement area. Become. Therefore, it is possible to increase the detection resolution of the photodetector.
- one aspect disclosed is a light emitting unit in which a plurality of light emitting parts emitting a beam are arranged in a specific arrangement direction at intervals from each other, and a beam emitted from the light emitting unit is scanned and projected onto a measurement region.
- a homogenizer that equalizes the intensity of each emitted beam in at least a specific arrangement direction, and a shaping optical element that is located after the homogenizer and shapes the beam formed by the homogenizer into a line extending in the specific arrangement direction. It is an optical detection device including.
- each beam emitted from a plurality of light emitting parts arranged in a specific arrangement direction is a line extending in the specific arrangement direction by a shaping optical element after the intensity is leveled in the specific arrangement direction by a homogenizer. It is shaped into a shape. Therefore, even if an unlight-emitting part exists between a plurality of light-emitting parts in the light-emitting unit, a gap that causes an undetected region is unlikely to occur between the beams projected on the measurement area. Become. Therefore, it is possible to increase the detection resolution of the photodetector.
- FIG. 1st Embodiment of this disclosure It is a figure which shows the structure of the rider apparatus by 1st Embodiment of this disclosure. It is a figure explaining the optical action of an optical unit in a sub-scanning surface. It is a figure explaining the optical action of an optical unit in a main scanning plane. It is a figure explaining the structure of the optical unit in the sub-scanning surface. It is a figure explaining the structure of the optical unit in the main scanning surface. It is a figure explaining the optical action on the sub-scanning surface of the optical unit of the comparative example. It is a figure explaining the optical action in the sub-scanning plane of the optical unit by the 2nd Embodiment of this disclosure.
- FIG. 1 It is a figure explaining the optical action in the sub-scanning plane of the optical unit by 7th Embodiment of this disclosure. It is a figure explaining the optical action in the main scanning plane of the optical unit by 7th Embodiment of this disclosure. It is a figure explaining the optical action in the sub-scanning plane of the optical unit by 8th Embodiment of this disclosure. It is a figure explaining the optical action in the main scanning plane of the optical unit by 8th Embodiment of this disclosure. It is a figure explaining the optical action in the sub-scanning plane of the optical unit by the modification 1.
- FIG. 1 It is a figure explaining the optical action in the sub-scanning plane of the optical unit by 7th Embodiment of this disclosure. It is a figure explaining the optical action in the main scanning plane of the optical unit by 7th Embodiment of this disclosure. It is a figure explaining the optical action in the sub-scanning plane of the optical unit by 8th Embodiment of this disclosure. It is a figure explaining
- 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, or the roof.
- 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 roads. It is 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 that is stationary on a horizontal plane. 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 laser oscillation elements 22. Each laser oscillator 22 is electrically connected to the controller 50. Each laser oscillating element 22 emits a beam SB from each laser emission window 24 at a light emission timing corresponding to an electric signal from the controller 50.
- a laser diode (Laser Diode) is adopted for each laser oscillation element 22.
- Each laser oscillator 22 has a resonator structure.
- the cavity structure includes an active layer bonded between a P-type semiconductor and an N-type semiconductor, and a pair of mirrors arranged on both end faces of the active layer.
- electrons and holes are supplied to the active layer by applying a voltage to each semiconductor.
- Electrons and holes emit light by recombination within the active layer.
- the light generated in the active layer is amplified by stimulated emission, and is repeatedly reflected by a pair of mirrors arranged so as to sandwich the active layer, resulting in coherent laser light with a uniform phase.
- the cavity structure radiates the laser beam in the in-phase state through the half-mirror-shaped laser emission window 24 provided on one of the mirrors.
- This beam-shaped laser beam (hereinafter referred to as beam SB) forms a part of the projected beam PB. That is, the aggregate of the beams SB oscillated from the plurality of laser oscillating elements 22 becomes the floodlight beam PB.
- an edge emitter type element that emits a beam SB from the side surface of the resonator structure is adopted.
- a vertical cavity surface emitting laser (Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL) having a resonator structure perpendicular to the semiconductor substrate may be adopted for the laser oscillation element 22.
- the VCSEL emits the beam SB in the direction perpendicular to the semiconductor substrate.
- the plurality of laser oscillating elements 22 are arranged on the main substrate of the light emitting unit 20 in a long rectangular light emitting region 21 having the specific light source arrangement direction ADs as the longitudinal direction.
- the light emitting region 21 is a region on which the laser oscillator 22 is mounted on the main substrate.
- the light emitting region 21 may be a plane region along the ZZ plane (described later) as long as it has a longitudinal shape having the light source arrangement direction ADs as its length, and the light emitting region 21 may be a plane region along the XY plane (described later). It may be a region or a spatial region in three dimensions.
- the shape of the light emitting region 21 may be, for example, an ellipse.
- the plurality of laser oscillation elements 22 are arranged in the light emitting region 21 at intervals in the light source arrangement direction ADs.
- the plurality of laser oscillation elements 22 may be arranged in a single row (one row) or may be arranged in a plurality of rows.
- the above-mentioned laser emission window 24 is formed in a rectangular shape in each laser oscillation element 22.
- Each laser oscillation element 22 is mounted on the main substrate with the longitudinal direction of the laser emission window 24 oriented along the light source arrangement direction ADs.
- a strip-shaped laser emission opening 25 extending in the light source arrangement direction ADs is formed in the emission region 21.
- the normal at the center of the laser emission aperture 25 is the optical axis of the beam SB radiated from the laser emission aperture 25 (hereinafter referred to as the beam optical axis BLA).
- the dimension of the laser emission aperture 25 in the light source arrangement direction ADs is, for example, 100 times or more the dimension in the width direction perpendicular to the light source arrangement direction ADs.
- a light source structure in which a strip-shaped laser emission window is formed in one laser oscillation element is assumed.
- the above configuration in which a plurality of laser oscillators 22 are arranged in an array is suitable for forming a pseudo elongated laser emission opening 25 while ensuring the overall output of the beam SB.
- a predetermined gap is secured between the elements of the plurality of laser oscillation elements 22, for example, in order to secure cooling property, manufacturability, luminous efficiency, and the like.
- a non-light emitting portion 23x (see FIG. 2) caused by the gap of the laser oscillating element 22 is inevitably generated in the laser emitting opening 25.
- the scanning unit 30 scans the beam SB radiated from each laser oscillation element 22 and projects the light beam PB into the measurement region. 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 of the laser oscillation element 22, and defines the rotation axis AS of the scanning mirror 33.
- the rotation axis AS has a posture along the light source arrangement direction ADs and 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 moving the projection beam PB irradiated toward the measurement area by 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 to the measurement region 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 from 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 emission 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.
- 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 laser oscillator 22 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 laser oscillator 22, the drive motor 31, and the 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 laser oscillation element 22 so that the beam SB is emitted from each laser oscillation element 22 at the emission timing linked with the beam scanning by the scanning mirror 33.
- the light emission control unit 51 oscillates the beam SB from each laser oscillation element 22 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 laser oscillation elements 22 so as to be substantially simultaneous, or may sequentially oscillate each laser oscillation element 22 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 the beam oscillation by the laser oscillation element 22 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 (TimeOfFlight, TOF) of the light 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
- the optical unit 60 is 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 radiated from each laser oscillation element 22 and causes the beam SB to be incident on the reflection surface 36.
- the optical unit 60 includes a collimator lens 61, a beam shaping lens 66, a lens barrel 70 (see FIGS. 4 and 5), and the like.
- 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 light emitting region 21 to 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 toward the scanning unit 30.
- the ZX plane of the optical unit 60 coincides with the main scanning surface MS of the rider device 100 (see FIG. 3).
- the YZ plane of the optical unit 60 coincides with the sub-scanning surface SS of the rider device 100 (see FIG. 2).
- the collimator lens 61 is made of a translucent material having excellent optical properties, such as synthetic quartz glass or synthetic resin.
- An aspherical biconvex lens is used for the collimator lens 61.
- the collimator lens 61 has a convex incident surface 62 having a convex shape on the light emitting unit 20 side and a convex injection surface 63 having a convex shape on the scanning unit 30 side.
- the collimator lens 61 is arranged on the optical path of the beam SB so that the beam optical axis BLA passes through each optical center of the convex incident surface 62 and the convex ejection surface 63.
- the normals at the optical centers of the convex incident surface 62 and the convex ejection surface 63, that is, the lens optical axis of the collimator lens 61 substantially coincide with the beam optical axis BLA.
- the collimator lens 61 has a positive power in the transmission direction (Z direction) of the beam SB from the light emitting unit 20 to the scanning unit 30.
- the collimator lens 61 collects the traveling direction of the beam SB on the beam optical axis BLA side by the optical action of refracting the beam SB of the convex incident surface 62 and the convex ejection surface 63, and the beam optical axis is at least in the main scanning surface MS. Generates parallel light along the BLA.
- the collimator lens 61 is located in front of the beam shaping lens 66, and causes the beam SB, which is parallel to the beam optical axis BLA, to be incident on the beam shaping lens 66.
- the beam shaping lens 66 is located after the collimator lens 61.
- the beam shaping lens 66 has a positive power in the transmission direction (Z direction) in the sub-scanning surface SS extending in the transmission direction of the beam SB and the light source arrangement direction ADs.
- a cylindrical lens 166 is adopted as the beam shaping lens 66.
- the cylindrical lens 166 is formed of a translucent material such as synthetic quartz glass or synthetic resin.
- the cylindrical lens 166 is an optical element having an optical action of astigmatism.
- the cylindrical lens 166 has an incident plane 165 and a cylindrical ejection surface 167.
- the incident plane 165 is a smooth plane and is substantially orthogonal to the beam optical axis BLA.
- the cylindrical injection surface 167 is a spherical partial cylindrical surface or an aspherical partial cylindrical surface, and has a shape that is convexly curved in the Z direction on the injection side on the sub-scanning surface SS.
- the cylindrical lens 166 is arranged so that the cross section of the lens having a positive power is parallel to the sub-scanning surface SS.
- the position of the cylindrical lens 166 is adjusted along the XY plane so that the optical center of the cylindrical ejection surface 167 is on the beam optical axis BLA.
- the cylindrical lens 166 stretches the beam SB substantially only in one direction within the sub-scanning surface SS by the optical action of refracting the beam SB of the incident plane 165 and the cylindrical ejection surface 167 (see FIG. 2).
- the cylindrical lens 166 substantially does not exhibit the optical action of deflecting the beam SB in the main scanning surface MS (see FIG. 3).
- the lens barrel 70 shown in FIGS. 4 and 5 is formed in a cylindrical shape as a whole with a light-shielding synthetic resin, metal, or the like.
- the lens barrel 70 houses the collimator lens 61 and the cylindrical lens 166.
- a cover glass 27 is attached to the lens barrel 70.
- the cover glass 27 is a member that protects the laser oscillation element 22.
- the cover glass 27 may have a configuration included in the light emitting unit 20 or may have a configuration included in the optical unit 60.
- the lens barrel 70 defines the positional relationship between each laser oscillator 22, the collimator lens 61, and the beam shaping lens 66 with high accuracy.
- the lens barrel 70 is held in a configuration such as a housing. Thereby, the positional relationship between the collimator lens 61 and the cylindrical lens 166 and the reflecting surface 36 is defined.
- the lens barrel 70 includes a cylindrical main body 71, an incident side member 72, an intermediate member 75, and an injection side member 77.
- the tubular main body 71 is formed in a cylindrical shape.
- the tubular main body 71 holds the incident side member 72, the intermediate member 75, and the injection side member 77 by an inner peripheral wall surface.
- the incident side member 72 is formed in a bottomed cylindrical shape.
- the incident side member 72 is fitted inside the inner peripheral wall surface of the cylindrical main body 71 in a posture in which the bottom wall faces the light emitting unit 20 side.
- the incident side member 72 is located on the light emitting unit 20 side of the collimator lens 61, and restricts the movement of the collimator lens 61 toward the light emitting unit 20 side.
- a field diaphragm 73 is formed on the bottom wall of the incident side member 72.
- the field diaphragm 73 partitions the incident side opening 74 in the center of the bottom wall of the incident side member 72.
- the incident side opening 74 is formed in a substantially rectangular shape with the light source arrangement direction ADs as the longitudinal direction.
- the incident side opening 74 is provided in the vicinity of the combined focal plane FPF of the optical unit 60 in the main scanning surface MS.
- the light emitting unit 20 attached to the bottom wall of the incident side member 72 causes the beam SB emitted from each laser emission window 24 to enter the lens barrel 70 through the incident side opening 74.
- the field diaphragm 73 is located in the front stage on the incident side of the collimator lens 61, and adjusts (limits) the angle of the beam SB emitted from the laser emission window 24.
- the intermediate member 75 is formed in an annular shape and is arranged between the collimator lens 61 and the cylindrical lens 166.
- the intermediate member 75 restricts the movement of the collimator lens 61 to the scanning unit 30 side and restricts the movement of the cylindrical lens 166 to the light emitting unit 20 side.
- the injection side member 77 is formed in a bottomed cylindrical shape.
- the injection side member 77 is fitted inside the inner peripheral wall surface of the cylindrical main body 71 in a posture in which the bottom wall faces the scanning unit 30 side.
- the ejection side member 77 is located on the scanning unit 30 side of the cylindrical lens 166, and restricts the movement of the cylindrical lens 166 to the scanning unit 30 side.
- An opening diaphragm 78 is formed on the bottom wall of the injection side member 77.
- the opening diaphragm 78 partitions the injection side opening 79 in the center of the bottom wall of the injection side member 77.
- the injection side opening 79 is formed in a substantially rectangular shape with the direction along the X axis as the longitudinal direction.
- the ejection side opening 79 is provided at a position where the beam SB converges most in the sub-scanning surface SS.
- the ejection side opening 79 ejects the beam SB transmitted through the cylindrical lens 166 toward the scanning unit 30.
- the aperture stop 78 is located at the rear stage on the emission side of the cylindrical lens 166, and uniformly adjusts the amount of light of the beam SB emitted to the scanning unit 30 regardless of the emission angle of the beam SB.
- the beam shaping lens 66 is omitted. Therefore, the transmitted beam SB of the collimator lens 61 cannot be spread in the light source arrangement direction ADs. Therefore, the non-light emitting portion 23x generated between the laser emission windows 24 in the light emitting region 21 remains as a gap between the beam SBs even in the projected beam PB.
- the floodlight beam PB composed of the plurality of beam SBs has a discontinuous line shape divided into a plurality of pieces in the light source arrangement direction ADs. The gap generated between the beams SB becomes an undetected region NDA in which the test object cannot be detected.
- the collimator lens 61 and the synthetic focal plane FPF on the incident side of the cylindrical lens 166 are located in the sub-scanning surface SS (YZ plane) rather than the light emitting region 21. It is located on the side (Z direction). That is, the light emitting region 21 is provided at a position farther from the optical unit 60 than the synthetic focal plane FPF. Therefore, in the sub-scanning surface SS, the collimator lens 61 and the cylindrical lens 166 exert an optical action of stretching the strip-shaped beam SB along the Y axis while defocusing the laser emission aperture 25.
- the floodlight beam PB composed of the plurality of beam SBs has a line shape continuously extended in the light source arrangement direction ADs.
- the combined focal plane FPF of the collimator lens 61 and the cylindrical lens 166 intersects the light emitting region 21.
- the light emitting region 21 is defined by the distance from the optical unit 60 according to the position of the synthetic focal plane FPF.
- Each laser emission window 24 arranged in the light emitting region 21 may be located slightly deviated from the combined focal plane FPF. Specifically, each laser emission window 24 may be slightly displaced in the Z direction with respect to the combined focal plane FPF, or may be slightly displaced in the ⁇ Z direction with respect to the combined focal plane FPF.
- the cylindrical lens 166 since the cylindrical lens 166 does not have a positive power in the main scanning surface MS, the beam SB which becomes parallel light in the collimator lens 61 is along the beam optical axis BLA. It passes through the cylindrical lens 166 as it is. As a result, the collimator lens 61 and the cylindrical lens 166 can form a line-shaped floodlight beam PB that maintains a narrow beam width by suppressing the spread of the width of the strip-shaped beam SB.
- each beam SB radiated from the plurality of laser oscillating elements 22 arranged in the specific light source arrangement direction ADs is adjusted by the collimator lens 61. Further, each beam SB is expanded in the sub-scanning surface SS in the light source arrangement direction ADs by the positive power of the beam shaping lens 66. Therefore, even if the unlighted portion 23x exists between the plurality of laser oscillation elements 22 in the light emitting unit 20, an undetected region NDA is generated between the beam SBs projected on the measurement region. Gap is less likely to occur. Therefore, it is possible to increase the detection resolution of the rider device 100.
- the position of the combined focal plane FPF by the collimator lens 61 and the beam shaping lens 66 is closer to the collimator lens 61 than the laser oscillation element 22 in the sub-scanning surface SS.
- each beam SB radiated from each laser oscillating element 22 receives the positive power of the beam shaping lens 66 by passing through the optical unit 60.
- It can be a continuous line shape with no gaps.
- the undetected region NDA can be substantially eliminated from the projected beam PB projected on the measurement region, so that the lidar device 100 with high resolution can be realized more reliably.
- the plurality of laser oscillation elements 22 are arranged in the light emitting region 21 having a longitudinal shape having the ADs in the light source arrangement direction as the longitudinal direction.
- the projected beam PB on which the beam SB transmitted through the optical unit 60 is superimposed is formed into a continuous line shape by the optical action of the beam shaping lens 66, and is formed along the light source arrangement direction ADs. It becomes an elongated and elongated shape. As a result, it becomes easy to secure the resolution in the direction along the sub-scanning surface SS.
- the light emitting region 21 is formed by the beam shaping lens 66 and the beam shaping lens 66. It is arranged at the position of the synthetic focal plane FPF. In this way, if the light emitting region 21 in which the laser oscillation element 22 is arranged is defined at the position of the synthetic focal plane FPF, the spread of the beam in the main scanning plane MS is suppressed. As a result, the spread of the projected light beam projected on the measurement region is suppressed, so that even if the beam shaping lens 66 is added on the optical path, the detection resolution is unlikely to be lowered.
- the optical unit 60 of the first embodiment has a field diaphragm 73 located in front of the collimator lens 61.
- the field diaphragm 73 forms an incident side opening 74 having ADs in the light source arrangement direction as a longitudinal axis. If the incident side opening 74 having such a shape is formed in the field diaphragm 73, the incident of the collimator lens 61 of the beam SB, which is stray light in the package of the laser oscillator 22 and the cover glass 27, can be effectively suppressed. Therefore, the noise generated in the floodlight beam PB is reduced.
- the optical unit 60 of the first embodiment has an aperture diaphragm 78 located behind the beam shaping lens 66.
- the aperture diaphragm 78 forms an injection side opening 79 having a longitudinal direction along the X axis perpendicular to both the ADs in the light source arrangement direction and the Z direction.
- the ejection side opening 79 having such a shape is generated in each lens 61, 66, etc. in the sub-scanning surface SS while transmitting the beam SB which is parallel light to the beam optical axis BLA in the main scanning surface MS.
- the emission of stray light can be suppressed. As a result, the noise generated in the projected beam PB is reduced.
- 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.
- a scanning mirror 33 that rotates around a rotation axis AS along the light source arrangement direction ADs.
- the cylindrical lens 166 having the cylindrical ejection surface 167 convexly curved toward the ejection side in the sub-scanning surface SS is included in the optical unit 60 as the beam shaping lens 66.
- the cylindrical lens 166 By adopting the cylindrical lens 166, it is possible to exert positive power only in the sub-scanning surface SS. As a result, it becomes easy to achieve both the optical action in the sub-scanning surface SS that stretches the beam SB and the optical action in the main scanning surface MS that forms an image of the beam SB. As a result, it becomes easier to realize a high-resolution photodetector.
- a cylindrical lens 166 having the same kind of positive power is arranged after the collimator lens 61 having a positive power. With such an arrangement, it is possible to reduce the curvature of the cylindrical injection surface 167. Therefore, it is easy to secure the manufacturability of the cylindrical lens 166 and the shape accuracy at the same time.
- the reflecting surface 36 is formed on one side surface of the main body 35 of the scanning mirror 33, and the projection beam PB is scanned by the swinging motion of reciprocating the scanning mirror 33.
- the projection beam is prevented from hitting the edge of the reflection surface.
- the undetected period as described above does not substantially occur. Therefore, scanning in which the scanning mirror 33 is reciprocated is advantageous for increasing the resolution of the rider device 100.
- the laser oscillation element 22 corresponds to the "light emitting unit”
- the scanning mirror 33 corresponds to the "rotating mirror”
- the collimator lens 61 corresponds to the "first optical element”
- beam shaping corresponds to the "second optical element”.
- the field diaphragm 73 corresponds to the "front diaphragm portion”
- the incident side opening 74 corresponds to the "front stage opening”
- the aperture diaphragm 78 corresponds to the "rear stage diaphragm portion”
- the injection side opening 79 corresponds to the "rear stage opening”.
- the cylindrical injection surface 167 corresponds to the “injection surface”.
- the light source arrangement direction ADs correspond to the "specific arrangement direction”
- the main scanning surface MS corresponds to the “orthogonal cross section”
- the sub scanning surface SS corresponds to the "specific cross section”
- the Z direction corresponds to "(beam SB). )
- the reflected beam RB corresponds to the "return light”
- the rider device 100 corresponds to the "photodetector”.
- the second embodiment of the present disclosure shown in FIG. 7 is a modification of the first embodiment.
- a lenticular lens 266 is adopted as the beam shaping lens 66.
- the lenticular lens 266 is made of a translucent material such as synthetic quartz glass or synthetic resin.
- the lenticular lens 266 includes a large number of minute plano-convex lens portions 268.
- the lenticular lens 266 is an optical element in which a large number of plano-convex lens portions 268 are continuously arranged.
- Each plano-convex lens portion 268 extends linearly along the X axis.
- the plano-convex lens portions 268 are continuously arranged along the light source arrangement direction ADs (Y-axis).
- Each plano-convex lens portion 268 has a minute incident surface 265 and a minute ejection surface 267, respectively.
- the micro-incident surface 265 is formed in a smooth planar shape.
- Each minute incident surface 265 of the plurality of plano-convex lens portions 268 is continuously arranged without a step in the light source arrangement direction ADs, and forms an incident surface of the lenticular lens 266.
- the lenticular lens 266 is arranged so that the incident plane is orthogonal to the beam optical axis BLA.
- the minute injection surface 267 is a spherical or aspherical partial cylindrical surface, and has a shape convexly curved in the Z direction on the injection side on the sub-scanning surface SS.
- the plurality of minute ejection surfaces 267 form the ejection surfaces of the lenticular lens 266 by continuously arranging them in the light source arrangement direction ADs.
- the lenticular lens 266 has a positive power in the sub-scanning surface SS.
- the lenticular lens 266 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 265 and each minute ejection surface 267, and throws a continuous line. Form an optical beam PB.
- the lenticular lens 266 substantially does not exhibit the optical action of spreading the beam SB in the main scanning surface MS.
- the second embodiment described so far also has the same effect as that of the first embodiment, and is composed of a plurality of beam SBs even if the non-light emitting portion 23x exists between the laser oscillation elements 22 arranged in the light emitting region 21.
- the floodlight beam PB is shaped into a continuous line. Therefore, high resolution detection is realized.
- the lenticular lens 266 as in the second embodiment, it is possible to exert positive power only in the sub-scanning surface SS.
- the optical action in the sub-scanning surface SS that stretches the beam SB and the optical action in the main scanning surface MS that forms an image of the beam SB can be easily compatible with each other.
- the lenticular lens 266 is adopted as the beam shaping lens 66, the misalignment of the lenticular lens 266 is easily allowed.
- the minute injection surface 267 corresponds to the “injection surface”.
- the third embodiment of the present disclosure shown in FIG. 8 is another modification of the first embodiment.
- a Fresnel lens 366 is adopted as the beam shaping lens 66.
- the Fresnel lens 366 is made of a translucent material such as synthetic quartz glass or synthetic resin.
- the Fresnel lens 366 has a Fresnel incident surface 365 and a Fresnel ejection surface 367.
- the Fresnel incident surface 365 has a smooth planar shape and is substantially orthogonal to the beam optical axis BLA.
- a plurality of divided injection surface portions 368 that are convexly curved toward the injection side on the sub-scanning surface SS as a whole are arranged.
- the split injection surface portion 368 has a shape extending along the X-axis and is intermittently arranged in the light source arrangement direction ADs.
- the Fresnel lens 366 is arranged on the optical path of the beam SB so that the beam optical axis BLA passes through each optical center of the Fresnel incident surface 365 and the Fresnel ejection surface 367.
- the third embodiment described so far has the same effect as that of the first embodiment, and even if the non-light emitting portion 23x exists between the laser oscillating elements 22 arranged in the light emitting region 21, it has a continuous line shape.
- the floodlight beam PB can be shaped. Therefore, high resolution detection is realized.
- the beam shaping lens 66 can be made thinner. Therefore, the optical unit 60 can be made compact.
- the fourth embodiment of the present disclosure shown in FIG. 9 is still another modification of the first embodiment.
- the optical unit 460 of the fourth embodiment includes a diffractive optical element 466 as an optical element that replaces the beam shaping lens 66 (see FIG. 2).
- the diffractive optical element 466 is formed in a flat plate shape as a whole.
- the diffractive optical element 466 is arranged at the rear stage of the collimator lens 61 in a posture in which both sides are aligned with the XY plane.
- the diffractive optical element 466 exerts an optical action of spatially branching the transmitted beam SB, and generates diffracted light on the sub-scanning surface SS.
- each beam SB whose traveling direction is adjusted by the collimator lens 61 is spread in the light source arrangement direction ADs in the sub-scanning surface SS by the action of generating diffracted light by the diffractive optical element 466. Be done. Therefore, even if the unlighted portion 23x exists between the plurality of laser oscillation elements 22 in the light emitting unit 20, an undetected region NDA is generated between the beam SBs projected on the measurement region. Gap is less likely to occur. Therefore, it is possible to increase the detection resolution of the rider device 400.
- the diffractive optical element 466 is likely to be displaced in the XY plane.
- the diffractive optical element 466 corresponds to the "second optical element”
- the rider device 400 corresponds to the "photodetector”.
- the fifth embodiment of the present disclosure shown in FIGS. 10 and 11 is still another modification of the first embodiment.
- the optical unit 560 of the fifth embodiment is composed of optical elements such as a first cylindrical lens 561 and a second cylindrical lens 566.
- the first cylindrical lens 561 is a plano-convex cylindrical lens formed of a translucent material such as synthetic quartz glass or synthetic resin.
- the first cylindrical lens 561 is formed with an incident plane 562 and a convex cylindrical injection surface 563.
- the incident plane 562 is a smooth plane and is substantially orthogonal to the beam optical axis BLA.
- the convex cylindrical injection surface 563 is a spherical partial cylindrical surface or an aspherical partial cylindrical surface, and has a shape that is convexly curved in the Z direction on the injection side in the main scanning surface MS.
- the convex cylindrical injection surface 563 has a positive power in the transmission direction (Z direction) of the beam SB.
- the first cylindrical lens 561 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 562 and the convex cylindrical ejection surface 563.
- the first cylindrical lens 561 is arranged on the beam optical axis BLA in a posture in which the generatrix direction (no power direction) of the convex cylindrical injection surface 563 is aligned with the light source arrangement direction ADs.
- the first cylindrical lens 561 exerts an optical action of refracting each beam SB in the main scanning surface MS, and functions as a collimator that generates parallel light along the beam optical axis BLA.
- the second cylindrical lens 566 is a plano-concave cylindrical lens formed of a translucent material such as synthetic quartz glass or synthetic resin.
- the second cylindrical lens 566 is located after the first cylindrical lens 561 and away from the first cylindrical lens 561.
- the second cylindrical lens 566 is formed with a concave cylindrical incident surface 565 and an ejection plane 567.
- the concave cylindrical incident surface 565 is a spherical partial cylindrical surface or an aspherical partial cylindrical surface, and has a shape concavely curved toward the incident side on the sub-scanning surface SS.
- the concave cylindrical incident surface 565 has a negative power in the transmission direction (Z direction) of the beam SB.
- the emission plane 567 is a smooth plane and is substantially orthogonal to the beam optical axis BLA.
- the second cylindrical lens 566 is arranged on the optical path of the beam SB so that the beam optical axis BLA passes through each optical center of the concave cylindrical incident surface 565 and the emission plane 567.
- the second cylindrical lens 566 is arranged on the beam optical axis BLA in a posture in which the direction (power direction) perpendicular to the generatrix of the concave cylindrical incident surface 565 is along the light source arrangement direction ADs.
- the second cylindrical lens 566 exerts an optical action of refracting each beam SB in the sub-scanning surface SS, and stretches each beam SB in the light source arrangement direction ADs to form a line-shaped projection beam PB.
- the combined focal plane (slow axis focal plane) FPB of the first cylindrical lens 561 and the second cylindrical lens 566 is different from that of the second cylindrical lens 566. Is also specified on the injection side (Z direction).
- the combined focal plane (fast axis focal plane) FPF by each cylindrical lens 561,566 is defined on the incident side (-Z direction) with respect to the first cylindrical lens 561. It overlaps with the light emitting region 21.
- the convex cylindrical injection surface 563 and the concave cylindrical incident surface 565 may be formed in a spherical shape or an aspherical shape.
- the first cylindrical lens 561 may be a plano-convex cylindrical lens having a cylindrical lens surface that is convexly curved toward the incident side.
- the second cylindrical lens 566 may be a plano-concave cylindrical lens having a cylindrical lens surface that is concavely curved on the ejection side.
- the first cylindrical lens 561 and the second cylindrical lens 566 may be a cylindrical lens having curvatures on both the incident surface and the ejection surface.
- each beam SB radiated from the plurality of laser oscillators 22 arranged in the specific light source arrangement direction ADs is The traveling direction is adjusted by the convex cylindrical injection surface 563. Further, each beam SB is spread in the sub-scanning surface SS in the light source arrangement direction ADs by the negative power of the concave cylindrical incident surface 565. Therefore, even if the unlighted portion 23x exists between the plurality of laser oscillating elements 22 in the light emitting unit 20, there is a gap that causes an undetected region between the beam SBs projected on the measurement region. Is less likely to occur. Therefore, it is possible to increase the detection resolution of the rider device 500.
- the first cylindrical lens 561 corresponds to the "first optical element”
- the convex cylindrical injection surface 563 corresponds to the "first cylindrical lens surface”
- the concave cylindrical incident surface 565 corresponds to the "second”.
- the second cylindrical lens 566 corresponds to the "second optical element”
- the rider device 500 corresponds to the "photodetector”.
- the sixth embodiment of the present disclosure shown in FIG. 12 is a modification of the fifth embodiment.
- the optical unit 560 of the sixth embodiment is composed of optical elements such as a first cylindrical lens 561 and a second cylindrical lens 666.
- the second cylindrical lens 666 is a plano-convex cylindrical lens formed of a translucent material such as synthetic quartz glass or synthetic resin.
- the second cylindrical lens 666 is an optical element corresponding to the concave cylindrical incident surface 565 (see FIG. 10) of the fifth embodiment, and is located after the first cylindrical lens 561.
- the second cylindrical lens 666 is formed with an incident plane 665 and a convex cylindrical injection surface 667.
- the incident plane 665 is a smooth plane and is substantially orthogonal to the beam optical axis BLA.
- the convex cylindrical injection surface 667 is a spherical partial cylindrical surface or an aspherical partial cylindrical surface, and has a shape that is convexly curved toward the injection side on the sub-scanning surface SS.
- the convex cylindrical injection surface 667 may be formed in a spherical shape or may be formed in an aspherical shape.
- the convex cylindrical injection surface 667 has a positive power in the transmission direction (Z direction) of
- the second cylindrical lens 666 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 665 and the convex cylindrical ejection surface 667.
- the second cylindrical lens 666 is arranged on the beam optical axis BLA in a posture in which the direction (power direction) perpendicular to the generatrix of the convex cylindrical injection surface 667 is along the light source arrangement direction ADs.
- the second cylindrical lens 666 exerts an optical action of refracting each beam SB in the sub-scanning surface SS, and stretches each beam SB in the light source arrangement direction ADs to form a line-shaped projection beam PB.
- the combined focal plane (slow axis focal plane) FPF of the first cylindrical lens 561 and the second cylindrical lens 666 is defined on the incident side (-Z direction) with respect to the first cylindrical lens 561. ..
- the light emitting region 21 is located farther from the first cylindrical lens 561 than the synthetic focal plane FPF.
- the sixth embodiment described so far also has the same effect as that of the fifth embodiment, and it is possible to increase the detection resolution by forming the projection beam PB having a continuous line shape.
- the convex cylindrical injection surface 667 corresponds to the "second cylindrical lens surface”
- the second cylindrical lens 666 corresponds to the "second optical element”.
- the seventh embodiment of the present disclosure shown in FIGS. 13 and 14 is still another modification of the first embodiment.
- the optical unit 760 of the seventh embodiment has a configuration including a homogenizer 80, a collimator lens 761, and the like.
- the homogenizer 80 is located between the light emitting unit 20 and the collimator lens 761, and exhibits a function of leveling the intensity of each beam SB radiated from the plurality of laser oscillation elements 22 at least in the light source arrangement direction ADs.
- the homogenizer 80 includes an optical element such as a first lenticular lens 81, a second lenticular lens 84, and a lens 87 having a positive power.
- Each optical element constituting the homogenizer 80 may have a spherical lens surface or may have an aspherical lens surface.
- the first lenticular lens 81 and the second lenticular lens 84 are substantially the same optical elements as each other, and are optical elements in which a large number of plano-convex lens portions are continuously arranged.
- the first lenticular lens 81 and the second lenticular lens 84 are arranged in front of the lens 87 having a positive power so that the planar lens surfaces face each other.
- the first lenticular lens 81 has a large number of convex incident surface portions 82 and an ejection plane 83.
- the convex incident surface portion 82 is formed in a partially cylindrical shape, and is convexly curved toward the incident side on the sub-scanning surface SS.
- Each convex incident surface portion 82 is continuously arranged in the light source arrangement direction ADs in a posture in which the power direction perpendicular to the bus is along the light source arrangement direction ADs to form the incident surface of the first lenticular lens 81. ..
- the convex incident surface portion 82 has a positive power and refracts each beam SB incident from each laser oscillating element 22 in a converging direction.
- the injection plane 83 is a smooth plane, and the beam SB refracted by each convex incident surface portion 82 is transmitted therethrough.
- the second lenticular lens 84 is arranged after the first lenticular lens 81.
- the second lenticular lens 84 has an incident plane 85 and a large number of convex ejection surface portions 86.
- the incident plane 85 is a smooth flat surface, and is arranged to face the ejection plane 83 at a position away from the second lenticular lens 84.
- the convex injection surface portion 86 is formed in a partially cylindrical shape substantially the same as the convex incident surface portion 82, and is convexly curved toward the injection side on the sub-scanning surface SS.
- Each convex injection surface portion 86 is continuously arranged in the light source arrangement direction ADs in a posture in which the power direction perpendicular to the bus is along the light source arrangement direction ADs to form the injection surface of the second lenticular lens 84. ..
- the positions of the convex injection surface portions 86 on the XY plane are substantially aligned with the positions of the convex incident surface portions 82.
- the convex ejection surface portion 86 has a positive power and further refracts each beam SB incident on the incident plane 85 in the direction of convergence.
- the lens 87 having positive power is arranged after the second lenticular lens 84.
- the lens 87 having a positive power is formed with, for example, a convex incident surface 88 and a convex ejection surface 89.
- the lens 87 having a positive power exerts a positive power both in the main scanning surface MS and in the sub-scanning surface SS.
- the lens 87 having a positive power forms an intermediate image of a line-shaped beam SB having a uniform intensity in the light source arrangement direction ADs direction in the subsequent stage of the homogenizer 80.
- the collimator lens 761 is an aspherical lens having substantially the same positive power as the collimator lens 61 (see FIG. 1) of the first embodiment, and has, for example, a convex incident surface 62 and a convex ejection surface 63.
- the collimator lens 761 is located after the homogenizer 80.
- the collimator lens 761 converts the beam SB transmitted through the homogenizer 80 into parallel light along the beam optical axis BLA.
- the focal plane FPc on the incident side of the collimator lens 761 is defined at a position where the homogenizer 80 forms an intermediate image of the beam SB.
- the collimator lens 761 is provided at a position separated by a focal length from the image formation position where the beam SB is formed in the middle.
- the collimator lens 761 shapes the beam SB intermediately imaged by the homogenizer 80 to form a projected beam PB extending in a line shape.
- each beam SB radiated from the plurality of laser oscillation elements 22 arranged in the specific light source arrangement direction ADs is.
- the homogenizer 80 equalizes the intensity in the light source arrangement direction ADs.
- each beam SB is shaped into a line extending in the light source arrangement direction ADs by the collimator lens 761. Therefore, even if the unlighted portion 23x exists between the plurality of laser oscillating elements 22 in the light emitting unit 20, there is a gap that causes an undetected region between the beam SBs projected on the measurement region. Is less likely to occur. Therefore, it is possible to increase the detection resolution of the rider device 700.
- the intensity of the beam SB can be effectively uniformized.
- the intensity of the beam SB can be effectively uniformized.
- the detected beam PB having a uniform intensity as a whole can be projected. Therefore, the detection resolution of the rider device 700 can be further improved.
- the convex incident surface portion 82 corresponds to the "first injection surface”
- the convex injection surface portion 86 corresponds to the "second injection surface”
- the collimator lens 761 corresponds to the "shaping optical element”.
- the rider device 700 corresponds to a "photodetector”.
- the eighth embodiment of the present disclosure shown in FIGS. 15 and 16 is a modification of the seventh embodiment.
- the homogenizer 80 of the eighth embodiment has a first convex lens array 181 and a second convex lens array 184 together with a lens 87 having a positive power, instead of the first lenticular lens 81 and the second lenticular lens 84.
- the first convex lens array 181 and the second convex lens array 184 are optical elements that are substantially the same as each other, and are optical elements in which a large number of microlens units are continuously arranged two-dimensionally.
- the first convex lens array 181 and the second convex lens array 184 are arranged in front of the lens 87 having a positive power so that the planar lens surfaces face each other.
- the first convex lens array 181 has a large number of convex incident surface portions 82 and an ejection plane 83.
- the convex incident surface portion 82 is formed in a convex spherical shape and is convexly curved toward the incident side.
- the convex incident surface portions 82 are continuously two-dimensionally arranged along the XY plane (ejection plane 83) to form the incident surface of the first convex lens array 181.
- the convex incident surface portion 82 has a positive power and is refracted in both surfaces of the main scanning surface MS and the sub-scanning surface SS in a direction in which each beam SB incident from each laser oscillation element 22 is converged.
- the injection plane 83 is a smooth plane, and the beam SB refracted by each convex incident surface portion 82 is transmitted therethrough.
- the second convex lens array 184 is arranged after the first convex lens array 181.
- the second convex lens array 184 has an incident plane 85 and a large number of convex ejection surface portions 86.
- the incident plane 85 is a smooth flat surface, and is arranged to face the ejection plane 83 at a position away from the second convex lens array 184.
- the convex injection surface portion 86 is formed in a hemispherical shape substantially the same as the convex incident surface portion 82, and is convexly curved toward the injection side.
- Each convex ejection surface portion 86 is continuously two-dimensionally arranged along the XY plane (incident plane 85) to form the ejection surface of the second convex lens array 184.
- each convex injection surface portion 86 on the XY plane substantially coincides with the position of each convex incident surface portion 82.
- the convex ejection surface portion 86 has a positive power and further refracts each beam SB incident on the incident plane 85 in the direction of converging in both surfaces of the main scanning surface MS and the sub-scanning surface SS.
- the eighth embodiment described so far also has the same effect as that of the seventh embodiment, and the homogenizer 80 can make the intensity of the beam SB uniform in the light source arrangement direction ADs.
- the continuous line-shaped floodlight beam PB extending in the light source arrangement direction ADs is shaped, so that the resolution of detection is realized.
- the intensity of the beam SB can be effectively uniformized.
- the intensity of the beam SB can be effectively uniformized.
- the projected light beam PB having a uniform intensity as a whole can be projected, so that the detection resolution is further improved.
- the lens barrel 970 of the first modification of the embodiment shown in FIG. 17 is provided with an intermediate diaphragm 76 in addition to the field diaphragm 73 and the aperture diaphragm 78.
- the intermediate diaphragm 76 is a substantially rectangular opening formed in the intermediate member 975.
- the intermediate diaphragm 76 passes the beam SB from the convex injection surface 63 toward the incident plane 165.
- the intermediate diaphragm 76 suppresses the generation of stray light inside the lens barrel 970.
- the scanning mirror 33 common to the projected beam PB and the reflected beam RB is provided.
- the rotation axis AS of the scanning mirror 33 may be slightly tilted with respect to the Y axis of the optical unit 60.
- a scanning mirror that deflects the reflected beam RB is provided separately from the scanning mirror that deflects the projected beam PB.
- the scanning mirror that deflects the projected beam SB is omitted.
- a plurality of laser emission openings 25 are arranged along the X-axis, and each laser emission opening 25 emits a beam SB in order for the emission control unit 51.
- the scanning mirror that deflects the reflected beam RB is further omitted.
- the detection unit having a planar detection surface detects the reflected beam RB by the light receiving unit.
- 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 modification 6, 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 7, 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 beam shaping lens 66 of the modification 8 of the above embodiment has not only a positive power in the sub-scanning surface SS but also a power in the main scanning surface MS. That is, the ejection surface of the beam shaping lens 66 has a slight curvature even in the cross section along the main scanning surface MS. As in the above modification 8, the beam shaping lens 66 may have other optical characteristics appropriately changed as long as it has a positive power on 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.
- the processor and the method thereof described in the present disclosure may be realized by a discrete circuit.
- the processor and method thereof described in the present disclosure may be any processing unit of one or more computers executing a computer program, selected from one or more hardware logic circuits and one or more discrete circuits. It may be realized by the combination.
- the computer program may be stored in a computer-readable non-transitional tangible recording medium as an instruction executed by the computer.
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Abstract
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)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)を放射する複数のレーザ発振素子(22)が互いに間隔をあけて光源配列方向(ADs)に配列されている。走査ユニット(30)は、発光ユニット(20)から放射されるビーム(SB)を走査し、測定領域に投光する。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、発光ユニット(20)から走査ユニット(30)へ向かうビームの光路上に位置する。光学ユニット(60)は、ビーム(SB)の透過方向に正のパワーを有するコリメータレンズ(61)と、コリメータレンズ(61)の後段に位置し、副走査面(SS)において透過方向に正のパワーを有するビーム整形レンズ(66)と、を含んでいる。
Description
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2020-184033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、1次元配列された複数の端面発光レーザ又は面発光レーザから放射されるレーザ光を、回転する偏向ミラーによって反射させ、装置外部の照射領域を走査する距離測定装置が開示されている。この距離測定装置は、照射領域に照射したレーザ光の反射光を受光することにより、照射領域に存在する対象物との距離を測定する。
特許文献1のように、端面発光レーザ又は面発光レーザ等の発光部を配列させた構造では、複数の発光部の間に、未発光部となる隙間が不可避的に生じる。こうした未発光部が存在すると、照射領域に照射される各レーザ光の間にも未射出領域が生じる。そして、レーザ光の未射出領域は、対象物を検出できない未検出領域を生じさせてしまう。その結果、検出の解像度の低下が引き起こされ得た。
本開示は、検出の解像度を高めることが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互いに間隔をあけて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を走査し、測定領域に投光する走査ユニットと、測定領域からのビームの戻り光を受光する受光ユニットと、発光ユニットから走査ユニットへ向かうビームの光路上に位置する光学ユニットと、を備え、光学ユニットは、発光ユニットから走査ユニットへ向かうビームの透過方向に正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、透過方向及び特定配列方向に広がる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。
また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互いに間隔をあけて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を走査し、測定領域に投光する走査ユニットと、測定領域からのビームの戻り光を受光する受光ユニットと、発光ユニットから走査ユニットへ向かうビームの光路上に位置する光学ユニットと、を備え、光学ユニットは、発光ユニットから走査ユニットへ向かうビームの透過方向に正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、透過方向及び特定配列方向に広がる特定断面において回折光を発生させる第二光学素子と、を含む光検出装置とされる。
これらの態様では、特定配列方向に配列された複数の発光部から放射される各ビームは、第一光学素子にて進行方向を調整されたうえで、第二光学素子の正のパワー又は回折光の発生作用により、特定断面内において特定配列方向に広げられる。故に、発光ユニットにおいて複数の発光部の間に未発光部が存在していても、測定領域に投光される各ビームの間には、未検出領域を生じさせるような隙間は、発生し難くなる。したがって、光検出装置の検出の解像度を高めることが可能になる。
また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互いに間隔をあけて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を走査し、測定領域に投光する走査ユニットと、測定領域からのビームの戻り光を受光する受光ユニットと、発光ユニットから走査ユニットへ向かうビームの光路上に位置する光学ユニットと、を備え、光学ユニットは、発光ユニットから走査ユニットへ向かうビームの透過方向に正のパワーを有する第一シリンドリカルレンズ面を形成し、第一シリンドリカルレンズ面の母線方向を特定配列方向に沿わせた姿勢で配置される第一光学素子と、第一光学素子の後段に位置し、透過方向に正又は負のパワーを有する第二シリンドリカルレンズ面を形成し、第二シリンドリカルレンズ面の母線に垂直な方向を特定配列方向に沿わせた姿勢で配置される第二光学素子と、を含む光検出装置とされる。
この態様では、特定配列方向に配列された複数の発光部から放射される各ビームは、第一シリンドリカルレンズ面にて進行方向を調整されたうえで、第二シリンドリカルレンズ面の正又は負のパワーにより、特定配列方向に広げられる。故に、発光ユニットにおいて複数の発光部の間に未発光部が存在していても、測定領域に投光される各ビームの間には、未検出領域を生じさせるような隙間は、発生し難くなる。したがって、光検出装置の検出の解像度を高めることが可能になる。
また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互いに間隔をあけて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を走査し、測定領域に投光する走査ユニットと、測定領域からのビームの戻り光を受光する受光ユニットと、発光ユニットから走査ユニットへ向かうビームの光路上に位置する光学ユニットと、を備え、光学ユニットは、複数の発光部から放射される各ビームの強度を少なくとも特定配列方向において均すホモジナイザーと、ホモジナイザーの後段に位置し、ホモジナイザーによって結像されるビームを特定配列方向に延伸するライン状に整形する整形光学素子と、を含む光検出装置とされる。
この態様では、特定配列方向に配列された複数の発光部から放射される各ビームは、ホモジナイザーにて特定配列方向に強度を均されたうえで、整形光学素子にて特定配列方向に延伸するライン状に整形される。故に、発光ユニットにおいて複数の発光部の間に未発光部が存在していても、測定領域に投光される各ビームの間には、未検出領域を生じさせるような隙間は、発生し難くなる。したがって、光検出装置の検出の解像度を高めることが可能になる。
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。
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3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。
図1~図3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、さらにガードレール、道路標識、道路脇の構造物、道路上の落下物等の静止物体である。
尚、特に断り書きが無い限り、前後、上下、左右が示す各方向は、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、複数のレーザ発振素子22を有している。各レーザ発振素子22は、コントローラ50と電気的に接続されている。各レーザ発振素子22は、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、各レーザ放射窓24からビームSBを放射する。
各レーザ発振素子22には、レーザダイオード(Laser Diode)が採用されている。各レーザ発振素子22は、共振器構造を有している。共振器構造は、P型半導体及びN型半導体の間に接合された活性層と、当該活性層の両端面に配置された一対のミラーとを含む構成である。共振器構造では、各半導体への電圧の印加により、電子及び正孔が活性層に供給される。電子及び正孔は、活性層内での再結合により発光する。活性層内で生じた光は、誘導放出によって増幅され、活性層を挟むように配置された一対のミラーによる反射の繰り返しにより、位相の揃ったコヒーレントなレーザ光になる。共振器構造は、同相状態となったレーザ光を、一方のミラーに設けられたハーフミラー状のレーザ放射窓24を通じて放射させる。このビーム状のレーザ光(以下、ビームSB)は、投光ビームPBの一部をなす。即ち、複数のレーザ発振素子22から発振されるビームSBの集合体が投光ビームPBとなる。
以上のレーザ発振素子22には、一例として、共振器構造の側面からビームSBを射出するエッジエミッタ型の素子が採用される。また、共振器構造を半導体基板に対して垂直に構成する垂直共振器面発光レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL)が、レーザ発振素子22に採用されてもよい。VCSELは、半導体基板に対して垂直方向にビームSBを射出する。
複数のレーザ発振素子22は、発光ユニット20のメイン基板上において、特定の光源配列方向ADsを長手とする長手矩形状の発光領域21内に配列されている。発光領域21は、メイン基板上にて、レーザ発振素子22が実装された領域である。発光領域21は、光源配列方向ADsを長手とする長手形状であれば、Z-X平面(後述する)に沿った平面領域であってもよく、X-Y平面(後述する)に沿った平面領域であってもよく、3次元での空間領域であってもよい。発光領域21の形状は、例えば楕円状等であってもよい。複数のレーザ発振素子22は、発光領域21内において、光源配列方向ADsに互いに間隔をあけて配列されている。複数のレーザ発振素子22は、単列(1列)に配置されていてもよく、複列に配置されていてもよい。
各レーザ発振素子22には、上述のレーザ放射窓24が矩形形状に形成されている。各レーザ発振素子22は、レーザ放射窓24の長手方向を光源配列方向ADsに沿わせた向きで、メイン基板に実装されている。複数のレーザ放射窓24が一列に並ぶ配置により、光源配列方向ADsに延伸する細帯状のレーザ発光開口25が、発光領域21に形成される。レーザ発光開口25の中心における法線が、レーザ発光開口25から放射されるビームSBの光軸(以下、ビーム光軸BLA)となる。また、レーザ発光開口25の光源配列方向ADsにおける寸法は、光源配列方向ADsに対し垂直な幅方向の寸法に対して、例えば100倍以上とされる。
尚、複数のレーザ放射窓24によってレーザ発光開口25を構成することに替え、一つのレーザ発振素子に細帯状のレーザ放射窓を形成する光源構造が想定される。しかし、こうした光源構造では、発光効率の低下が引き起こされるため、ビームSBの出力確保が困難になる。対して、複数のレーザ発振素子22をアレイ状に配列する上記の構成は、ビームSBの全体出力を確保しつつ、擬似的な細長状のレーザ発光開口25を形成するのに好適である。但し、複数のレーザ発振素子22の素子間には、例えば冷却性、製造性及び発光効率の確保等のために、所定の隙間が確保される。その結果、レーザ発振素子22の間隙に起因した未発光部23x(図2参照)が、レーザ発光開口25には不可避的に生じる。
走査ユニット30は、各レーザ発振素子22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、レーザ発振素子22の光源配列方向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に沿った姿勢であり、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、測定領域へ向けて照射される投光ビームPBを駆動モータ31の回動によって動かすことにより、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、測定領域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、測定領域からの反射ビーム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、レーザ発光開口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る。その結果、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が実現される。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、レーザ発振素子22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、各レーザ発振素子22、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、各レーザ発振素子22からビームSBが放射されるように、各レーザ発振素子22へ向けて駆動信号を出力する。発光制御部51は、各レーザ発振素子22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、複数のレーザ発振素子22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レーザ発振素子22を順次発振させてもよい。
走査制御部52は、レーザ発振素子22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,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である。光学ユニット60は、各レーザ発振素子22から放射されたビームSBの形状を調整し、反射面36に入射させる。光学ユニット60は、コリメータレンズ61、ビーム整形レンズ66及び鏡筒70(図4及び図5参照)等を含む構成である。
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、発光領域21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、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、ライダ装置100の主走査面MSと一致する(図3参照)。また、光学ユニット60のY-Z平面は、ライダ装置100の副走査面SSと一致する(図2参照)。
コリメータレンズ61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。コリメータレンズ61には、非球面両凸レンズが採用されている。コリメータレンズ61は、発光ユニット20側に凸面状となる凸入射面62と、走査ユニット30側に凸面状となる凸射出面63とを有している。コリメータレンズ61は、凸入射面62及び凸射出面63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。凸入射面62及び凸射出面63の各光学中心での法線、即ち、コリメータレンズ61のレンズ光軸は、ビーム光軸BLAと実質的に一致している。
コリメータレンズ61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の透過方向(Z方向)に正のパワーを有する。コリメータレンズ61は、凸入射面62及び凸射出面63のビームSBを屈折させる光学作用により、ビームSBの進行方向をビーム光軸BLA側に集めて、少なくとも主走査面MS内においてはビーム光軸BLAに沿った平行光を生成する。コリメータレンズ61は、ビーム整形レンズ66の前段に位置し、ビーム光軸BLAに対し平行光となったビームSBをビーム整形レンズ66に入射させる。
ビーム整形レンズ66は、コリメータレンズ61の後段に位置する。ビーム整形レンズ66は、ビームSBの透過方向及び光源配列方向ADsに広がる副走査面SSにおいて、透過方向(Z方向)に正のパワーを有する。ビーム整形レンズ66には、シリンドリカルレンズ166が採用されている。
シリンドリカルレンズ166は、コリメータレンズ61と同様に、合成石英ガラス又は合成樹脂等の透光性材料によって形成されている。シリンドリカルレンズ166は、非点収差の光学作用を有する光学素子である。シリンドリカルレンズ166は、入射平面165及びシリンドリカル射出面167を有している。入射平面165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する。シリンドリカル射出面167は、球面状の部分円筒面又は非球面状の部分円筒面であり、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。
シリンドリカルレンズ166は、正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。シリンドリカルレンズ166は、シリンドリカル射出面167の光学中心がビーム光軸BLA上となるように、X-Y平面に沿った位置を調整される。シリンドリカルレンズ166は、入射平面165及びシリンドリカル射出面167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を引き伸ばす(図2参照)。一方で、シリンドリカルレンズ166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3参照)。
図4及び図5に示す鏡筒70は、遮光性を有する合成樹脂又は金属等により、全体として円筒状に形成されている。鏡筒70は、コリメータレンズ61及びシリンドリカルレンズ166を収容している。鏡筒70には、カバーガラス27が取り付けられている。カバーガラス27は、レーザ発振素子22を保護する部材である。カバーガラス27は、発光ユニット20に含まれる構成であってもよく、光学ユニット60に含まれる構成であってもよい。鏡筒70は、各レーザ発振素子22、コリメータレンズ61及びビーム整形レンズ66の位置関係を高精度に規定している。鏡筒70は、筐体等の構成に保持されている。これにより、コリメータレンズ61及びシリンドリカルレンズ166と、反射面36との位置関係が規定される。
鏡筒70は、筒状本体71、入射側部材72、中間部材75及び射出側部材77を備えている。筒状本体71は、円筒状に形成されている。筒状本体71は、入射側部材72、中間部材75及び射出側部材77を内周壁面によって保持している。
入射側部材72は、有底円筒状に形成されている。入射側部材72は、発光ユニット20側に底壁を向けた姿勢で、筒状本体71の内周壁面に内嵌されている。入射側部材72は、コリメータレンズ61の発光ユニット20側に位置し、発光ユニット20側へのコリメータレンズ61の移動を規制する。入射側部材72の底壁には、視野絞り73が形成されている。
視野絞り73は、入射側部材72の底壁の中央に、入射側開口74を区画している。入射側開口74は、光源配列方向ADsを長手方向とする略矩形形状に形成されている。入射側開口74は、主走査面MS内において、光学ユニット60の合成焦点面FPF付近に設けられている。入射側部材72の底壁に取り付けられた発光ユニット20は、各レーザ放射窓24から放射されるビームSBを、入射側開口74を通じて鏡筒70内に入射させる。視野絞り73は、コリメータレンズ61の入射側である前段に位置し、レーザ放射窓24から射出されるビームSBの角度を調整(制限)する。
中間部材75は、円環状に形成されており、コリメータレンズ61及びシリンドリカルレンズ166の間に配置されている。中間部材75は、走査ユニット30側へのコリメータレンズ61の移動を規制すると共に、発光ユニット20側へのシリンドリカルレンズ166の移動を規制する。
射出側部材77は、有底円筒状に形成されている。射出側部材77は、走査ユニット30側に底壁を向けた姿勢で、筒状本体71の内周壁面に内嵌されている。射出側部材77は、シリンドリカルレンズ166の走査ユニット30側に位置し、走査ユニット30側へのシリンドリカルレンズ166の移動を規制する。射出側部材77の底壁には、開口絞り78が形成されている。
開口絞り78は、射出側部材77の底壁の中央に、射出側開口79を区画している。射出側開口79は、X軸に沿う方向を長手方向とする略矩形形状に形成されている。射出側開口79は、副走査面SS内において、ビームSBが最も収束する位置に設けられている。射出側開口79は、シリンドリカルレンズ166を透過したビームSBを、走査ユニット30へ向けて射出する。開口絞り78は、シリンドリカルレンズ166の射出側である後段に位置し、走査ユニット30へ射出されるビームSBの光量を、当該ビームSBの射出角度を限らずに一様に調整する。
次に、コリメータレンズ61の後段にシリンドリカルレンズ166を追加した構成による光学的な効果の詳細を、さらに説明する。
図6に示す比較例の光学ユニット60cでは、ビーム整形レンズ66が省略されている。故に、コリメータレンズ61の透過したビームSBは、光源配列方向ADsに広げられない。そのため、発光領域21内にてレーザ放射窓24の間に生じた未発光部23xは、投光ビームPBにおいてもビームSB間の隙間として残存する。以上によれば、複数のビームSBからなる投光ビームPBは、光源配列方向ADsにおいて複数に分断された不連続なライン状となる。こうしたビームSB間に生じた隙間は、被検物を検出できない未検出領域NDAとなる。
対して、図2に示す光学ユニット60では、コリメータレンズ61及びシリンドリカルレンズ166による入射側の合成焦点面FPFが、副走査面SS(Y-Z平面)内において、発光領域21よりもコリメータレンズ61側(Z方向)に位置している。即ち、発光領域21は、合成焦点面FPFよりも光学ユニット60から遠い位置に設けられている。故に、副走査面SS内において、コリメータレンズ61及びシリンドリカルレンズ166は、レーザ発光開口25の焦点をぼかしつつ、細帯状のビームSBをY軸に沿って引き伸ばす光学作用を発揮する。その結果、複数のレーザ放射窓24の間に未発光部23xが生じていても、光学ユニット60を透過した各ビームSBは、互いに重なり合うことにより未検出領域NDAを消失させる。以上により、複数のビームSBからなる投光ビームPBは、光源配列方向ADsに連続的に延伸したライン状となる。
一方、図3に示す主走査面MS(Z-X平面)内では、コリメータレンズ61及びシリンドリカルレンズ166の合成焦点面FPFが、発光領域21と交差している。言い替えれば、発光領域21は、合成焦点面FPFの位置に合わせて、光学ユニット60からの距離を規定されている。尚、発光領域21内に配置された各レーザ放射窓24は、合成焦点面FPFから僅かにずれて位置してよい。具体的に、各レーザ放射窓24は、合成焦点面FPFに対しZ方向に僅かにずれていてもよく、合成焦点面FPFに対し-Z方向に僅かにずれていてもよい。
以上の配置によれば、主走査面MS内では、シリンドリカルレンズ166が正のパワーを有していないので、コリメータレンズ61にて平行光となったビームSBは、ビーム光軸BLAに沿って、実質そのままシリンドリカルレンズ166を透過する。その結果、コリメータレンズ61及びシリンドリカルレンズ166は、細帯状のビームSBの幅の広がりを抑えて、狭いビーム幅を維持した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によれば、特定の光源配列方向ADsに配列された複数のレーザ発振素子22から放射される各ビームSBは、コリメータレンズ61にて進行方向を調整される。さらに、各ビームSBは、ビーム整形レンズ66の正のパワーにより、副走査面SS内において光源配列方向ADsに広げられる。故に、発光ユニット20において複数のレーザ発振素子22の間に未発光部23xが存在していても、測定領域に投光される各ビームSBの間には、未検出領域NDAを生じさせるような隙間は、発生し難くなる。したがって、ライダ装置100の検出の解像度を高めることが可能になる。
加えて第一実施形態では、副走査面SS内において、コリメータレンズ61及びビーム整形レンズ66による合成焦点面FPFの位置は、レーザ発振素子22よりもコリメータレンズ61側である。こうした合成焦点面FPFとレーザ発振素子22との位置関係によれば、各レーザ発振素子22から放射された各ビームSBは、光学ユニット60の通過により、ビーム整形レンズ66の正のパワーを受けて、隙間の消失した連続したライン形状となり得る。その結果、測定領域に投光される投光ビームPBから未検出領域NDAを実質的に無くすことができるため、高解像度なライダ装置100がより確実に実現される。
また第一実施形態において、複数のレーザ発振素子22は、光源配列方向ADsを長手とする長手形状の発光領域21内に配列されている。こうした構成であれば、光学ユニット60を透過したビームSBを重ね合わせた投光ビームPBは、ビーム整形レンズ66の光学的作用によって連続的なライン状とされ、且つ、光源配列方向ADsに沿って細長く延伸した形状になる。その結果、副走査面SSに沿った方向の解像度が確保され易くなる。
さらに第一実施形態では、副走査面SSに直交し、且つ、ビームSBの透過方向であるZ方向に沿った主走査面MS内において、発光領域21は、ビーム整形レンズ66及びビーム整形レンズ66の合成焦点面FPFの位置に配置されている。このように、レーザ発振素子22が配列される発光領域21を合成焦点面FPFの位置に規定すれば、主走査面MS内におけるビームの広がりが抑制される。その結果、測定領域に投光される投光ビームの広がりが抑制されるので、ビーム整形レンズ66を光路上に追加しても、検出解像度の低下が引き起こされ難い。
加えて第一実施形態の光学ユニット60は、コリメータレンズ61の前段に位置する視野絞り73を有している。視野絞り73は、光源配列方向ADsを長手とする入射側開口74を形成している。こうした形状の入射側開口74が視野絞り73に形成されていれば、レーザ発振素子22のパッケージ及びカバーガラス27等で迷光となったビームSBのコリメータレンズ61の入射が効果的に抑制され得る。したがって、投光ビームPBに生じるノイズの低減が実現される。
また第一実施形態の光学ユニット60は、ビーム整形レンズ66の後段に位置する開口絞り78を有している。開口絞り78は、光源配列方向ADs及びZ方向の両方に対し垂直なX軸に沿う方向を長手とする射出側開口79を形成している。こうした形状の射出側開口79は、主走査面MS内においてはビーム光軸BLAに対して平行光となるビームSBを透過させつつ、副走査面SS内においては各レンズ61,66等で発生した迷光の射出を抑制できる。その結果、投光ビームPBに生じるノイズの低減が実現される。
加えて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、連続的なラインビームを投光ビームPBとして利用した測定領域の走査が実現される。したがって、ライダ装置100を高解像度化する効果が、いっそう発揮され易くなる。
さらに第一実施形態では、副走査面SSにおいて射出側に凸湾曲したシリンドリカル射出面167を有するシリンドリカルレンズ166が、ビーム整形レンズ66として光学ユニット60に含まれている。シリンドリカルレンズ166の採用によれば、副走査面SS内に限定して正のパワーを発揮させることが可能になる。その結果、ビームSBを引き伸ばす副走査面SS内での光学作用と、ビームSBを結像させる主走査面MS内での光学作用とが、両立容易となる。その結果、高解像度な光検出装置がいっそう実現され易くなる。
加えて第一実施形態では、正のパワーを有するコリメータレンズ61の後段に、同種の正のパワーをもったシリンドリカルレンズ166が配置される。こうした配置によれば、シリンドリカル射出面167の曲率を小さくすることが可能になる。故に、シリンドリカルレンズ166の製造性の確保と形状精度の確保とが両立容易となる。
また第一実施形態の走査ユニット30では、走査ミラー33の本体部35の片側面に反射面36を形成し、走査ミラー33を往復回動させる揺動運動により、投光ビームPBの走査が実施される。比較例として、走査ミラーの両面を反射面とし、この走査ミラーを回転させる構成を想定すると、当該比較例では、反射面の縁部に投光ビームPBが当たらないようにするため、投光ビームPBの照射を中断する未検出期間が生じる。対して、走査ミラー33を揺動運動させる形態であれば、上記のような未検出期間は、実質的に生じない。したがって、走査ミラー33を往復回動させる走査は、ライダ装置100の高解像度化に有利となる。
尚、第一実施形態では、レーザ発振素子22が「発光部」に相当し、走査ミラー33が「回動ミラー」に相当し、コリメータレンズ61が「第一光学素子」に相当し、ビーム整形レンズ66が「第二光学素子」に相当する。また、視野絞り73が「前段絞り部」に相当し、入射側開口74が「前段開口」に相当し、開口絞り78が「後段絞り部」に相当し、射出側開口79が「後段開口」に相当し、シリンドリカル射出面167が「射出面」に相当する。さらに、光源配列方向ADsが「特定配列方向」に相当し、主走査面MSが「直交断面」に相当し、副走査面SSが「特定断面」に相当し、Z方向が「(ビームSBの)透過方向」に相当する。そして、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7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、ビーム整形レンズ66として、レンチキュラーレンズ266が採用されている。レンチキュラーレンズ266は、コリメータレンズ61と同様に、合成石英ガラス又は合成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266は、微小な平凸レンズ部268を多数含んでいる。レンチキュラーレンズ266は、多数の平凸レンズ部268を連続的に配列してなる光学素子である。
図7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、ビーム整形レンズ66として、レンチキュラーレンズ266が採用されている。レンチキュラーレンズ266は、コリメータレンズ61と同様に、合成石英ガラス又は合成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266は、微小な平凸レンズ部268を多数含んでいる。レンチキュラーレンズ266は、多数の平凸レンズ部268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268は、X軸に沿って線状に延伸している。各平凸レンズ部268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。各平凸レンズ部268は、微小入射面265及び微小射出面267をそれぞれ有している。微小入射面265は、平滑な平面状に形成されている。複数の平凸レンズ部268の各微小入射面265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266の入射面を形成している。レンチキュラーレンズ266は、ビーム光軸BLAに対して入射面を直交させた姿勢で配置されている。微小射出面267は、球面状又は非球面状の部分円筒面であり、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267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266の射出面を形成している。
レンチキュラーレンズ266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266は、各微小入射面265及び各微小射出面267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。対して、レンチキュラーレンズ266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。
ここまで説明した第二実施形態でも、第一実施形態と同一の効果を奏し、発光領域21に並ぶレーザ発振素子22の間に未発光部23xが存在していても、複数のビームSBからなる投光ビームPBが連続的なライン状に整形される。したがって、高解像度な検出が実現される。
加えて第二実施形態のようなレンチキュラーレンズ266の採用によれば、副走査面SS内に限定して正のパワーを発揮させることが可能になる。その結果、ビームSBを引き伸ばす副走査面SS内での光学作用と、ビームSBを結像させる主走査面MS内での光学作用とが、容易に両立可能となる。
さらに、コリメータレンズ61に対するレンチキュラーレンズ266の相対位置がX-Y平面に沿ってずれたとしても、ビームSBへの光学作用は変化し難い。このように、レンチキュラーレンズ266をビーム整形レンズ66として採用した形態では、レンチキュラーレンズ266の位置ずれが許容され易くなる。尚、第二実施形態では、微小射出面267が「射出面」に相当する。
(第三実施形態)
図8に示す本開示の第三実施形態は、第一実施形態の別の変形例である。第三実施形態の光学ユニット60には、ビーム整形レンズ66として、フレネルレンズ366が採用されている。フレネルレンズ366は、コリメータレンズ61と同様に、合成石英ガラス又は合成樹脂等の透光性材料によって形成されている。フレネルレンズ366は、フレネル入射面365及びフレネル射出面367を有している。
図8に示す本開示の第三実施形態は、第一実施形態の別の変形例である。第三実施形態の光学ユニット60には、ビーム整形レンズ66として、フレネルレンズ366が採用されている。フレネルレンズ366は、コリメータレンズ61と同様に、合成石英ガラス又は合成樹脂等の透光性材料によって形成されている。フレネルレンズ366は、フレネル入射面365及びフレネル射出面367を有している。
フレネル入射面365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する。フレネル射出面367には、全体として副走査面SSにおいて射出側に凸湾曲した複数の分割射出面部368が配列されている。分割射出面部368は、X軸に沿って延伸する形状であり、光源配列方向ADsに断続的に配列されている。
フレネルレンズ366は、フレネル入射面365及びフレネル射出面367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。フレネル入射面365及びフレネル射出面367の各光学中心での法線、即ち、フレネルレンズ366のレンズ光軸は、ビーム光軸BLAと実質的に一致している。
ここまで説明した第三実施形態でも、第一実施形態と同一の効果を奏し、発光領域21に並ぶレーザ発振素子22の間に未発光部23xが存在していても、連続的なライン状の投光ビームPBが整形可能になる。したがって、高解像度な検出が実現される。加えて第三実施形態のようなフレネルレンズ366の採用によれば、ビーム整形レンズ66の薄型化が実現される。したがって、光学ユニット60のコンパクト化が可能になる。
(第四実施形態)
図9に示す本開示の第四実施形態は、第一実施形態のさらに別の変形例である。第四実施形態の光学ユニット460は、ビーム整形レンズ66(図2参照)に替わる光学素子として、回折光学素子466を備えている。回折光学素子466は、全体として平板状に形成されている。回折光学素子466は、X-Y平面に両面を沿わせた姿勢で、コリメータレンズ61の後段に配置されている。回折光学素子466は、透過するビームSBを空間的に分岐させる光学作用を発揮し、副走査面SSにおいて回折光を発生させる。
図9に示す本開示の第四実施形態は、第一実施形態のさらに別の変形例である。第四実施形態の光学ユニット460は、ビーム整形レンズ66(図2参照)に替わる光学素子として、回折光学素子466を備えている。回折光学素子466は、全体として平板状に形成されている。回折光学素子466は、X-Y平面に両面を沿わせた姿勢で、コリメータレンズ61の後段に配置されている。回折光学素子466は、透過するビームSBを空間的に分岐させる光学作用を発揮し、副走査面SSにおいて回折光を発生させる。
ここまで説明した第四実施形態では、コリメータレンズ61にて進行方向を調整された各ビームSBは、回折光学素子466による回折光の発生作用により、副走査面SS内において光源配列方向ADsに広げられる。故に、発光ユニット20において複数のレーザ発振素子22の間に未発光部23xが存在していても、測定領域に投光される各ビームSBの間には、未検出領域NDAを生じさせるような隙間は、発生し難くなる。したがって、ライダ装置400の検出の解像度を高めることが可能になる。
加えて第四実施形態では、発光ユニット20に対する回折光学素子466の相対位置がX-Y平面に沿ってずれたとしても、ビームSBへの光学作用は変化し難い。故に、回折光学素子466は、X-Y平面における位置ずれが許容され易い。尚、第四実施形態では、回折光学素子466が「第二光学素子」に相当し、ライダ装置400が「光検出装置」に相当する。
(第五実施形態)
図10及び図11に示す本開示の第五実施形態は、第一実施形態のさらに別の変形例である。第五実施形態の光学ユニット560は、第一シリンドリカルレンズ561及び第二シリンドリカルレンズ566等の光学素子によって構成されている。
図10及び図11に示す本開示の第五実施形態は、第一実施形態のさらに別の変形例である。第五実施形態の光学ユニット560は、第一シリンドリカルレンズ561及び第二シリンドリカルレンズ566等の光学素子によって構成されている。
第一シリンドリカルレンズ561は、合成石英ガラス又は合成樹脂等の透光性材料によって形成された平凸シリンドリカルレンズである。第一シリンドリカルレンズ561には、入射平面562及び凸シリンドリカル射出面563が形成されている。入射平面562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する。凸シリンドリカル射出面563は、球面状の部分円筒面又は非球面状の部分円筒面であり、主走査面MS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。凸シリンドリカル射出面563は、ビームSBの透過方向(Z方向)に正のパワーを有する。
第一シリンドリカルレンズ561は、入射平面562及び凸シリンドリカル射出面563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。第一シリンドリカルレンズ561は、凸シリンドリカル射出面563の母線方向(ノーパワー方向)を光源配列方向ADsに沿わせた姿勢で、ビーム光軸BLA上に配置されている。第一シリンドリカルレンズ561は、主走査面MS内において各ビームSBを屈折させる光学作用を発揮し、ビーム光軸BLAに沿った平行光を生成するコリメータとして機能する。
第二シリンドリカルレンズ566は、合成石英ガラス又は合成樹脂等の透光性材料によって形成された平凹シリンドリカルレンズである。第二シリンドリカルレンズ566は、第一シリンドリカルレンズ561の後段にて、第一シリンドリカルレンズ561から離れて位置している。第二シリンドリカルレンズ566には、凹シリンドリカル入射面565及び射出平面567が形成されている。凹シリンドリカル入射面565は、球面状の部分円筒面又は非球面状の部分円筒面であり、副走査面SSにおいて入射側に凹湾曲した形状となっている。凹シリンドリカル入射面565は、ビームSBの透過方向(Z方向)に負のパワーを有する。射出平面567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する。
第二シリンドリカルレンズ566は、凹シリンドリカル入射面565及び射出平面567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。第二シリンドリカルレンズ566は、凹シリンドリカル入射面565の母線に垂直な方向(パワー方向)を光源配列方向ADsに沿わせた姿勢で、ビーム光軸BLA上に配置されている。第二シリンドリカルレンズ566は、副走査面SS内において各ビームSBを屈折させる光学作用を発揮し、各ビームSBを光源配列方向ADsに引き伸ばすことでライン状の投光ビームPBを形成する。
以上の光学ユニット560では、副走査面SS(Y-Z平面)内において、第一シリンドリカルレンズ561及び第二シリンドリカルレンズ566による合成焦点面(遅軸焦点面)FPBは、第二シリンドリカルレンズ566よりも射出側(Z方向)に規定される。一方、主走査面MS(Z-X平面)内において、各シリンドリカルレンズ561,566による合成焦点面(速軸焦点面)FPFは、第一シリンドリカルレンズ561よりも入射側(-Z方向)に規定され、発光領域21と重なっている。
また、第一シリンドリカルレンズ561及び第二シリンドリカルレンズ566において、凸シリンドリカル射出面563及び凹シリンドリカル入射面565は、球面状又は非球面形状に形成されてよい。加えて、第一シリンドリカルレンズ561は、入射側に凸湾曲するシリンドリカルレンズ面を有する平凸シリンドリカルレンズであってもよい。同様に、第二シリンドリカルレンズ566は、射出側に凹湾曲するシリンドリカルレンズ面を有する平凹シリンドリカルレンズであってもよい。さらに、第一シリンドリカルレンズ561及び第二シリンドリカルレンズ566は、入射面及び射出面の両面に曲率を有するシリンドリカルレンズであってもよい。
ここまで説明した第五実施形態のライダ装置500でも、第一実施形態と同様の効果を奏し、特定の光源配列方向ADsに配列された複数のレーザ発振素子22から放射される各ビームSBは、凸シリンドリカル射出面563にて進行方向を調整される。さらに、各ビームSBは、凹シリンドリカル入射面565の負のパワーにより、副走査面SS内において光源配列方向ADsに広げられる。故に、発光ユニット20において複数のレーザ発振素子22の間に未発光部23xが存在していても、測定領域に投光される各ビームSBの間には、未検出領域を生じさせるような隙間は、発生し難くなる。したがって、ライダ装置500の検出の解像度を高めることが可能になる。
尚、第五実施形態では、第一シリンドリカルレンズ561が「第一光学素子」に相当し、凸シリンドリカル射出面563が「第一シリンドリカルレンズ面」に相当し、凹シリンドリカル入射面565が「第二シリンドリカルレンズ面」に相当する。さらに、第二シリンドリカルレンズ566が「第二光学素子」に相当し、ライダ装置500が「光検出装置」に相当する。
(第六実施形態)
図12に示す本開示の第六実施形態は、第五実施形態の変形例である。第六実施形態の光学ユニット560は、第一シリンドリカルレンズ561及び第二シリンドリカルレンズ666等の光学素子によって構成されている。
図12に示す本開示の第六実施形態は、第五実施形態の変形例である。第六実施形態の光学ユニット560は、第一シリンドリカルレンズ561及び第二シリンドリカルレンズ666等の光学素子によって構成されている。
第二シリンドリカルレンズ666は、合成石英ガラス又は合成樹脂等の透光性材料によって形成された平凸シリンドリカルレンズである。第二シリンドリカルレンズ666は、第五実施形態の凹シリンドリカル入射面565(図10参照)に対応する光学素子であり、第一シリンドリカルレンズ561の後段に位置している。第二シリンドリカルレンズ666には、入射平面665及び凸シリンドリカル射出面667が形成されている。入射平面665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する。凸シリンドリカル射出面667は、球面状の部分円筒面又は非球面状の部分円筒面であり、副走査面SSにおいて射出側に凸湾曲した形状となっている。凸シリンドリカル射出面667は、球面状に形成されていてもよく、非球面状に形成されていてもよい。凸シリンドリカル射出面667は、ビームSBの透過方向(Z方向)に正のパワーを有する。
第二シリンドリカルレンズ666は、入射平面665及び凸シリンドリカル射出面667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。第二シリンドリカルレンズ666は、凸シリンドリカル射出面667の母線に垂直な方向(パワー方向)を光源配列方向ADsに沿わせた姿勢で、ビーム光軸BLA上に配置されている。第二シリンドリカルレンズ666は、副走査面SS内において各ビームSBを屈折させる光学作用を発揮し、各ビームSBを光源配列方向ADsに引き伸ばすことでライン状の投光ビームPBを形成する。
以上の光学構成によれば、第一シリンドリカルレンズ561及び第二シリンドリカルレンズ666による合成焦点面(遅軸焦点面)FPFは、第一シリンドリカルレンズ561よりも入射側(-Z方向)に規定される。発光領域21は、合成焦点面FPFよりも、第一シリンドリカルレンズ561から離れて位置している。
ここまで説明した第六実施形態でも、第五実施形態と同様の効果を奏し、連続したライン形状の投光ビームPBの形成により、検出解像度を高めることが可能になる。尚、第六実施形態では、凸シリンドリカル射出面667が「第二シリンドリカルレンズ面」に相当し、第二シリンドリカルレンズ666が「第二光学素子」に相当する。
(第七実施形態)
図13及び図14に示す本開示の第七実施形態は、第一実施形態のさらに別の変形例である。第七実施形態の光学ユニット760は、ホモジナイザー80及びコリメータレンズ761等を含む構成である。
図13及び図14に示す本開示の第七実施形態は、第一実施形態のさらに別の変形例である。第七実施形態の光学ユニット760は、ホモジナイザー80及びコリメータレンズ761等を含む構成である。
ホモジナイザー80は、発光ユニット20とコリメータレンズ761との間に位置し、複数のレーザ発振素子22から放射される各ビームSBの強度を少なくとも光源配列方向ADsにおいて均す機能を発揮する。ホモジナイザー80は、第一レンチキュラーレンズ81、第二レンチキュラーレンズ84及び正のパワーを持つレンズ87等の光学素子を含む構成である。ホモジナイザー80を構成する各光学素子は、球面状のレンズ面を有していてもよく、非球面状のレンズ面を有していてもよい。
第一レンチキュラーレンズ81及び第二レンチキュラーレンズ84は、互いに実質同一の光学素子であり、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81及び第二レンチキュラーレンズ84は、正のパワーを持つレンズ87の前段にて、平面状のレンズ面同士を向かい合わせた姿勢で対向配置されている。
第一レンチキュラーレンズ81は、多数の凸入射面部82及び射出平面83を有している。凸入射面部82は、部分円筒状に形成され、副走査面SSにおいて入射側に凸湾曲している。各凸入射面部82は、母線に垂直なパワー方向を光源配列方向ADsに沿わせた姿勢で、光源配列方向ADsに連続的に配列されて、第一レンチキュラーレンズ81の入射面を形成している。凸入射面部82は、正のパワーを有しており、各レーザ発振素子22から入射する各ビームSBを収束させる方向に屈折させる。射出平面83は、平滑な平面状であり、各凸入射面部82にて屈折されたビームSBを透過させる。
第二レンチキュラーレンズ84は、第一レンチキュラーレンズ81の後段に配置されている。第二レンチキュラーレンズ84は、入射平面85及び多数の凸射出面部86を有している。入射平面85は、平滑な平面状であり、第二レンチキュラーレンズ84から離れた位置にて、射出平面83と対向配置されている。凸射出面部86は、凸入射面部82と実質同一の部分円筒状に形成され、副走査面SSにおいて射出側に凸湾曲している。各凸射出面部86は、母線に垂直なパワー方向を光源配列方向ADsに沿わせた姿勢で、光源配列方向ADsに連続的に配列されて、第二レンチキュラーレンズ84の射出面を形成している。各凸射出面部86のX-Y平面における位置は、各凸入射面部82の位置と実質的に揃えられている。凸射出面部86は、正のパワーを有しており、入射平面85に入射した各ビームSBを収束させる方向にさらに屈折させる。
正のパワーを持つレンズ87は、第二レンチキュラーレンズ84の後段に配置されている。正のパワーを持つレンズ87には、例えば,凸入射面88及び凸射出面89が形成されている。正のパワーを持つレンズ87は、主走査面MS内及び副走査面SS内の両方において正のパワーを発揮する。正のパワーを持つレンズ87は、ホモジナイザー80の後段に、光源配列方向ADs方向の強度が均一化されたライン状のビームSBを中間結像させる。
コリメータレンズ761は、第一実施形態のコリメータレンズ61(図1参照)と実質同一の正のパワーを持つ非球面レンズであり、例えば,凸入射面62及び凸射出面63を有している。コリメータレンズ761は、ホモジナイザー80の後段に位置している。コリメータレンズ761は、ホモジナイザー80を透過したビームSBを、ビーム光軸BLAに沿った平行光に変換する。コリメータレンズ761の入射側の焦点面FPcは、ホモジナイザー80がビームSBを中間結像させる位置に規定されている。言い替えれば、コリメータレンズ761は、ビームSBが中間結像される結像位置から焦点距離だけ離れた位置に設けられている。コリメータレンズ761は、ホモジナイザー80によって中間結像されるビームSBを整形し、ライン状に延伸する投光ビームPBを形成する。
ここまで説明した第七実施形態のライダ装置700でも、第一実施形態と同様の効果を奏し、特定の光源配列方向ADsに配列された複数のレーザ発振素子22から放射される各ビームSBは、ホモジナイザー80によって光源配列方向ADsに強度を均される。さらに、各ビームSBは、コリメータレンズ761にて光源配列方向ADsに延伸するライン状に整形される。故に、発光ユニット20において複数のレーザ発振素子22の間に未発光部23xが存在していても、測定領域に投光される各ビームSBの間には、未検出領域を生じさせるような隙間は、発生し難くなる。したがって、ライダ装置700の検出の解像度を高めることが可能になる。
加えて第七実施形態のように、一対のレンチキュラーレンズ81,84をホモジナイザー80に用いる構成によれば、ビームSBの強度は、効果的に均一化され得る。その結果、単に未検出領域が消失するだけでなく、全体的に強度の均一化された投光ビームPBが投光可能になる。したがって、ライダ装置700の検出解像度は、いっそう向上可能になる。
尚、第七実施形態では、凸入射面部82が「第一射出面」に相当し、凸射出面部86が「第二射出面」に相当し、コリメータレンズ761が「整形光学素子」に相当し、ライダ装置700が「光検出装置」に相当する。
(第八実施形態)
図15及び図16に示す本開示の第八実施形態は、第七実施形態の変形例である。第八実施形態のホモジナイザー80は、第一レンチキュラーレンズ81及び第二レンチキュラーレンズ84に替えて、第一凸レンズアレイ181及び第二凸レンズアレイ184を、正のパワーを持つレンズ87と共に有している。第一凸レンズアレイ181及び第二凸レンズアレイ184は、互いに実質同一の光学素子であり、多数のマイクロレンズ部を連続的に2次元配列してなる光学素子である。第一凸レンズアレイ181及び第二凸レンズアレイ184は、正のパワーを持つレンズ87の前段にて、平面状のレンズ面同士を向かい合わせた姿勢で対向配置されている。
図15及び図16に示す本開示の第八実施形態は、第七実施形態の変形例である。第八実施形態のホモジナイザー80は、第一レンチキュラーレンズ81及び第二レンチキュラーレンズ84に替えて、第一凸レンズアレイ181及び第二凸レンズアレイ184を、正のパワーを持つレンズ87と共に有している。第一凸レンズアレイ181及び第二凸レンズアレイ184は、互いに実質同一の光学素子であり、多数のマイクロレンズ部を連続的に2次元配列してなる光学素子である。第一凸レンズアレイ181及び第二凸レンズアレイ184は、正のパワーを持つレンズ87の前段にて、平面状のレンズ面同士を向かい合わせた姿勢で対向配置されている。
第一凸レンズアレイ181は、多数の凸入射面部82及び射出平面83を有している。凸入射面部82は、凸球面状に形成され、入射側に凸湾曲している。各凸入射面部82は、X-Y平面(射出平面83)に沿って連続的に2次元配列され、第一凸レンズアレイ181の入射面を形成している。凸入射面部82は、正のパワーを有しており、主走査面MS及び副走査面SSの両面内にて、各レーザ発振素子22から入射する各ビームSBを収束させる方向に屈折させる。射出平面83は、平滑な平面状であり、各凸入射面部82にて屈折されたビームSBを透過させる。
第二凸レンズアレイ184は、第一凸レンズアレイ181の後段に配置されている。第二凸レンズアレイ184は、入射平面85及び多数の凸射出面部86を有している。入射平面85は、平滑な平面状であり、第二凸レンズアレイ184から離れた位置にて、射出平面83と対向配置されている。凸射出面部86は、凸入射面部82と実質同一の半球面状に形成され、射出側に凸湾曲している。各凸射出面部86は、X-Y平面(入射平面85)に沿って連続的に2次元配列され、第二凸レンズアレイ184の射出面を形成している。各凸射出面部86のX-Y平面における位置は、各凸入射面部82の位置と実質的に一致している。凸射出面部86は、正のパワーを有しており、主走査面MS及び副走査面SSの両面内にて、入射平面85に入射した各ビームSBを収束させる方向にさらに屈折させる。
ここまで説明した第八実施形態でも、第七実施形態と同様の効果を奏し、ホモジナイザー80は、光源配列方向ADsにおいてビームSBの強度を均一化できる。その結果、光源配列方向ADsに延伸する連続的なライン状の投光ビームPBが整形されるため、検出の解像度化が実現される。
加えて第八実施形態のように、一対の凸レンズアレイ181,184をホモジナイザー80に用いる構成によれば、ビームSBの強度は、効果的に均一化され得る。その結果、単に未検出領域が消失するだけでなく、全体的に強度の均一化された投光ビームPBが投光可能になるので、検出解像度のいっそう向上が実現される。
(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。
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17に示す上記実施形態の変形例1の鏡筒970には、視野絞り73及び開口絞り78に加えて、中間絞り76が設けられている。中間絞り76は、中間部材975に形成された略矩形形状の開口である。中間絞り76は、凸射出面63から入射平面165に向かうビームSBを通過させる。中間絞り76は、鏡筒970内部における迷光の発生を抑制する。
上記実施形態では、投光ビームPB及び反射ビームRBに共通する走査ミラー33が設けられていた。こうした走査ミラー33の回動軸ASは、光学ユニット60のY軸に対して僅かに傾斜していてもよい。また、上記実施形態の変形例2では、投光ビームPBを偏向する走査ミラーとは別に、反射ビームRBを偏向する走査ミラーが設けられている。加えて、上記実施形態の変形例3では、投影ビームSBを偏向する走査ミラーが省略されている。変形例3では、複数のレーザ発光開口25がX軸に沿って複数並べられており、発光制御部51にとって、各レーザ発光開口25が順にビームSBを放射する。さらに、上記実施形態の変形例4では、反射ビームRBを偏向する走査ミラーがさらに省略されている。変形例4では、平面状の検出面を有する検出部が、受光ユニットにて反射ビームRBを検出する。
上記実施形態の変形例5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5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6,7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6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7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8のビーム整形レンズ66は、副走査面SS内における正のパワーだけでなく、主走査面MS内においてもパワーを有している。即ち、ビーム整形レンズ66の射出面は、主走査面MSに沿った断面においても、僅かに曲率を有している。以上の変形例8のように、ビーム整形レンズ66は、副走査面SSにおいて正のパワーを有していれば、他の光学特性を適宜変更されてよい。
上記実施形態の変形例9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10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11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12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 (15)
- ビーム(SB)を放射する複数の発光部(22)が互いに間隔をあけて特定配列方向(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を走査し、測定領域に投光する走査ユニット(30)と、
前記測定領域からの前記ビームの戻り光(RB)を受光する受光ユニット(40)と、
前記発光ユニットから前記走査ユニットへ向かう前記ビームの光路上に位置する光学ユニット(60)と、を備え、
前記光学ユニットは、
前記発光ユニットから前記走査ユニットへ向かう前記ビームの透過方向に正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、前記透過方向及び前記特定配列方向に広がる特定断面(SS)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(66)と、を含む光検出装置。 - 前記特定断面内において、前記第一光学素子及び前記第二光学素子による入射側の合成焦点の位置は、前記発光部よりも前記第一光学素子側である請求項1に記載の光検出装置。
- 複数の前記発光部は、前記特定配列方向を長手とする長手形状の発光領域(21)内に配列される請求項1又は2に記載の光検出装置。
- 前記特定断面に直交し前記透過方向に沿う直交断面(MS)内において、前記発光領域は、前記第一光学素子及び前記第二光学素子による入射側の合成焦点の位置に配置される請求項3に記載の光検出装置。
- 前記光学ユニットは、前記第一光学素子の前段に位置する前段絞り部(73)を有し、
前記前段絞り部は、矩形形状の前段開口(74)を形成する請求項1~4のいずれか一項に記載の光検出装置。 - 前記光学ユニットは、前記第二光学素子の後段に位置する後段絞り部(78)を有し、
前記後段絞り部は、矩形形状の後段開口(79)を形成する請求項1~5のいずれか一項に記載の光検出装置。 - 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1~6のいずれか一項に記載の光検出装置。
- 前記光学ユニットは、前記特定断面において射出側に凸湾曲した射出面(167)を有するシリンドリカルレンズ(166)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。
- 前記光学ユニットは、前記特定断面において射出側に凸湾曲した複数の射出面(267)を連続的に配列してなるレンチキュラーレンズ(266)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。
- 前記光学ユニットは、前記特定断面において射出側に凸湾曲した分割射出面部(368)が断続的に配列されてなるフレネルレンズ(366)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。
- ビーム(SB)を放射する複数の発光部(22)が互いに間隔をあけて特定配列方向(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を走査し、測定領域に投光する走査ユニット(30)と、
前記測定領域からの前記ビームの戻り光(RB)を受光する受光ユニット(40)と、
前記発光ユニットから前記走査ユニットへ向かう前記ビームの光路上に位置する光学ユニット(460)と、を備え、
前記光学ユニットは、
前記発光ユニットから前記走査ユニットへ向かう前記ビームの透過方向に正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、前記透過方向及び前記特定配列方向に広がる特定断面(SS)において回折光を発生させる第二光学素子(466)と、を含む光検出装置。 - ビーム(SB)を放射する複数の発光部(22)が互いに間隔をあけて特定配列方向(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を走査し、測定領域に投光する走査ユニット(30)と、
前記測定領域からの前記ビームの戻り光(RB)を受光する受光ユニット(40)と、
前記発光ユニットから前記走査ユニットへ向かう前記ビームの光路上に位置する光学ユニット(560)と、を備え、
前記光学ユニットは、
前記発光ユニットから前記走査ユニットへ向かう前記ビームの透過方向に正のパワーを有する第一シリンドリカルレンズ面(563)を形成し、前記第一シリンドリカルレンズ面の母線方向を前記特定配列方向に沿わせた姿勢で配置される第一光学素子(561)と、
前記第一光学素子の後段に位置し、前記透過方向に正又は負のパワーを有する第二シリンドリカルレンズ面(565,667)を形成し、前記第二シリンドリカルレンズ面の母線に垂直な方向を前記特定配列方向に沿わせた姿勢で配置される第二光学素子(566,666)と、を含む光検出装置。 - ビーム(SB)を放射する複数の発光部(22)が互いに間隔をあけて特定配列方向(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を走査し、測定領域に投光する走査ユニット(30)と、
前記測定領域からの前記ビームの戻り光(RB)を受光する受光ユニット(40)と、
前記発光ユニットから前記走査ユニットへ向かう前記ビームの光路上に位置する光学ユニット(760)と、を備え、
前記光学ユニットは、
複数の前記発光部から放射される各前記ビームの強度を少なくとも前記特定配列方向において均すホモジナイザー(80)と、
前記ホモジナイザーの後段に位置し、前記ホモジナイザーによって結像される前記ビームを前記特定配列方向に延伸するライン状に整形する整形光学素子(761)と、を含む光検出装置。 - 前記ホモジナイザーは、
前記ビームの透過方向及び前記特定配列方向に広がる特定断面において凸湾曲した複数の第一射出面(82)を前記特定配列方向に連続的に配列してなる第一レンチキュラーレンズ(81)と、81
前記第一レンチキュラーレンズの後段に位置し、前記特定断面において凸湾曲した複数の第二射出面(86)を前記特定配列方向に連続的に配列してなる第二レンチキュラーレンズ(84)と、を含む請求項13に記載の光検出装置。 - 前記ホモジナイザーは、
凸湾曲した複数の第一射出面(82)を連続的に2次元配列してなる第一凸レンズアレイ(181)と、
前記第一凸レンズアレイの後段に位置し、凸湾曲した複数の第二射出面(86)を連続的に2次元配列してなる第二凸レンズアレイ(184)と、を含む請求項13に記載の光検出装置。
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