CN114556135A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

光学装置(1)具备：光源部(20)，向感知区域投射照明光(L1)；光检测器(40)，对在感知区域反射的照明光(L1)的反射光(R1)进行受光；和聚光镜(30)，使反射光(R1)聚光于光检测器(40)。聚光镜(30)具有贯通孔(30b)，所述贯通孔(30b)使从光源部(20)出射的照明光(L1)通过，使光源部(20)的光轴(A1)与聚光镜(30)的光轴(A2)相互匹配。聚光镜(30)的反射面(30a)具有通过以长轴为旋转轴的旋转椭圆面来切取在照明光(L1)的投射方向延伸的柱体而得到的形状。在相对于聚光镜(30)而朝向聚光镜(30)的第1焦点位置(FP1)的方向配置光检测器(40)，在相对于聚光镜(30)而朝向聚光镜(30)的第2焦点位置(FP2)的方向设定感知区域。

Description

光学装置

技术领域

本发明涉及具有出射光学系统以及受光光学系统的光学装置，例如，适合用于对感知区域中的水分的状态进行感知的情况。

背景技术

以往，已知对路面的状态进行感知的路面感知装置。例如，以下的专利文献1中记载了如下的路面状态感知装置，即：向路面上的感知区域照射照明光，基于其反射光，判断冰、水等的被检测物是否存在于感知区域。在该装置中，作为照明光，相互波长不同的检测光和参照光被依次切换并向被感知区域照射。此外，与各光的切换同步地，接收各光的反射光并生成电信号。并且，这些电信号被比较运算，基于其运算结果，判断水、冰等的被感知物是否存在于感知区域。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-216592号公报

发明内容

在上述专利文献1的结构中，照明光和反射光分别通过各个光学系统，在相互不同的方向，被单独地照射以及受光。因此，需要根据路面状态感知装置与感知区域的距离，调整照明光的照射角度与反射光的受光角度。上述那样的调整作业极其繁杂。

鉴于该课题，本发明的目的在于，提供一种不进行繁杂的调整作业的情况下能够适当对来自感知区域的反射光进行受光的光学装置。

-解决课题的手段-

本发明的第1方式所涉及的光学装置具备：光源部，向感知区域投射照明光；光检测器，对在所述感知区域反射的所述照明光的反射光进行受光；和聚光镜，使所述反射光聚光于所述光检测器。在此，所述聚光镜具有贯通孔，所述贯通孔使从所述光源部出射的所述照明光通过，使所述光源部的光轴与所述聚光镜的光轴相互匹配。此外，所述聚光镜的反射面具有通过以长轴为旋转轴的旋转椭圆面来切取在所述照明光的投射方向延伸的柱体而得到的形状。此外，在相对于所述聚光镜而朝向所述聚光镜的第1焦点位置的方向配置所述光检测器，在相对于所述聚光镜而朝向所述聚光镜的第2焦点位置的方向设定所述感知区域。

根据本方式所涉及的光学装置，由于光源部的光轴与聚光镜的光轴相互匹配，因此能够使在感知区域反射的反射光之中、在被匹配的光轴逆行的反射光通过聚光镜而聚光于光检测器。因此，不需要根据装置与感知区域的距离来调整照明光和反射光相对于感知区域的角度，即使不进行上述那样的调整，也能够通过光检测器来适当地对来自感知区域的反射光进行受光。

此外，由于聚光镜的反射面具有通过以长轴为旋转轴的旋转椭圆面来切取在照明光的投射方向延伸的柱体而得到的形状，因此通过在相对于聚光镜而朝向聚光镜的第1焦点位置的方向配置光检测器，在相对于聚光镜而朝向聚光镜的第2焦点位置的方向设定感知区域，能够将来自感知区域的反射光有效地导向光检测器。

本发明的第2方式所涉及的光学装置具备：光源部，向感知区域投射照明光；光检测器，对在所述感知区域反射的所述照明光的反射光进行受光；和聚光镜，使所述反射光聚光于所述光检测器。在此，所述聚光镜的反射面具有通过以与所述投射方向平行的长轴为旋转轴的旋转椭圆面来切取在所述照明光的投射方向延伸的柱体而得到的形状。此外，在相对于所述聚光镜而朝向所述聚光镜的第1焦点位置的方向配置所述光检测器，在相对于所述聚光镜而朝向所述聚光镜的第2焦点位置的方向设定所述感知区域。

根据本方式所涉及的光学装置，由于聚光镜的反射面具有通过以与投射方向平行的长轴为旋转轴的旋转椭圆面来切取在照明光的投射方向延伸的柱体而得到的形状，因此通过在相对于聚光镜而朝向聚光镜的第1焦点位置的方向配置光检测器，在相对于聚光镜而朝向聚光镜的第2焦点位置的方向设定感知区域，能够将来自感知区域的反射光高效地导向光检测器。因此，能够通过光检测器来对来自感知区域的反射光适当进行受光。

第2方式所涉及的光学装置能够具备使所述光源部的光轴与所述聚光镜的光轴相互匹配的光学元件。

根据该结构，由于光源部的光轴与聚光镜的光轴相互匹配，因此能够通过聚光镜，将在感知区域反射的反射光之中、在被匹配的光轴逆行的反射光聚光于光检测器。因此，不需要根据装置与感知区域的距离来调整照明光和反射光相对于感知区域的角度，即使不进行上述那样的调整，也能够通过光检测器来适当对来自感知区域的反射光进行受光。

-发明效果-

如以上那样，根据本发明，能够提供一种能够在不进行繁杂的调整作业的情况下适当对来自感知区域的反射光进行受光的光学装置。

本发明的效果乃至意义通过以下所示的实施方式的说明更加清楚。但是，以下所示的实施方式仅仅是将本发明实施化时的一个示例，本发明并不限定于以下的实施方式所述的方式。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的水分感知装置的外观结构的立体图。

图2是表示实施方式1所涉及的将前侧的壳体取下的状态的水分感知装置的外观结构的立体图。

图3是实施方式1所涉及的水分感知装置的剖视图。

图4的(a)、(b)分别是表示实施方式1所涉及的光源部的结构的图。

图5是表示实施方式1所涉及的水分感知装置的电路部的结构的框图。

图6是表示实施方式1所涉及的水中的光的吸收系数的图表。

图7是表示实施方式1所涉及的水分感知装置的判断处理的流程图。

图8是用于对实施方式1所涉及的反射面的形成方法进行说明的图。

图9的(a)～(c)分别是通过模拟来求取实施方式1所涉及的根据调整方法1的条件来构成反射面以及光检测器的受光面的情况下的、向光检测器的受光面入射的反射光的光线的样子的光线图。图9的(d)是表示实施方式1所涉及的根据调整方法1的条件来设定反射面以及受光面的情况下的、到感知区域为止的距离与光检测器的相对受光光量的关系的图表。

图10的(a)～(c)分别是通过模拟来求取实施方式1所涉及的根据调整方法2的条件来构成反射面以及光检测器的受光面的情况下的、向光检测器的受光面入射的反射光的光线的样子的光线图。图10的(d)是表示实施方式1所涉及的根据调整方法2的条件来设定反射面以及受光面的情况下的、到感知区域为止的距离与光检测器的相对受光光量的关系的图表。

图11的(a)～(c)分别是通过模拟来求取实施方式1所涉及的根据调整方法3的条件来构成反射面以及光检测器的受光面的情况下的、向光检测器的受光面入射的反射光的光线的样子的光线图。图11的(d)是表示实施方式1所涉及的根据调整方法3的条件来设定反射面以及受光面的情况下的、到感知区域为止的距离与光检测器的相对受光光量的关系的图表。

图12是示意性地表示实施方式1所涉及的路面信息分发系统的结构的图。

图13是表示实施方式1的变更例所涉及的将前侧的壳体取下的状态的水分感知装置的外观结构的立体图。

图14的(a)、(b)分别是实施方式1以及变更例所涉及的从照明光的出口侧观察聚光镜时的聚光镜的侧视图。图14的(c)是表示被实施方式1以及变更例的反射面聚光的反射光的遮光掩模的位置处的聚光范围的图。

图15是表示实施方式2所涉及的将前侧的壳体取下的状态的水分感知装置的外观结构的立体图。

图16是实施方式2所涉及的水分感知装置的剖视图。

图17的(a)、(b)分别是实施方式2所涉及的聚光镜的后视图以及后视立体图。

图18是表示实施方式3所涉及的水分感知装置的光学系统的结构d图。

其中，附图仅仅用于说明，并不限定本发明的范围。

具体实施方式

以下，参照附图来对本发明的实施方式进行说明。

在本实施方式中，作为本发明所涉及的光学装置的一个例子，表示对在作为感知区域的路面堆积的水分(水、雪、冰等)进行感知的水分感知装置。为了方便，各附图中，适当赋予相互正交的XYZ轴。X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向分别是水分感知装置1的宽度方向、高度方向以及前后方向。Z轴正方向是照明光的投射方向。

<装置的构造>

图1是表示水分感知装置1的外观结构的立体图。

如图1所示，水分感知装置1具有近似于长方体的箱形的形状。通过将壳体11、12前后组合，形成水分感知装置1的外廓。在壳体11的前侧面，形成大致正方形的开口11a。开口11a被窗构件13堵塞。窗构件13是遮挡可见光并透射红外光的带通滤波器。照明光L1从壳体11、12的内部，经由窗构件13，投射至路面(感知区域)。此外，该照明光L1的反射光R1经由窗构件13，被取入到壳体11、12的内部。

图2是表示将前侧的壳体11取下的状态的水分感知装置1的外观结构的立体图。图3是在X轴方向的中间位置，通过与Y-Z平面平行的平面，将图2的水分感知装置1切断时的剖视图。

参照图2以及图3，水分感知装置1具备：光源部20、聚光镜30、光检测器40、电路基板50、遮光构件60。光源部20将三种波长的红外光向Z轴正方向投射。通过这些红外光，构成照明光L1。照明光L1被投射至路面(感知区域)。

图4的(a)、(b)分别是表示光源部20的结构的图。

光源部20具备波长相互不用的3个光源21a、21b、21c。光源21a、21b、21c例如是半导体激光器等的激光光源。光源21a、21b、21c也可以由LED、带有通过特定波长的滤波器的白色光源构成。光源21a出射波长980nm(以下，称为“参照波长”)的近红外光。光源21b出射波长1450nm(以下，称为“吸收波长1”)的近红外光。光源21c出射波长1550nm(以下，称为“吸收波长2”)的近红外光。光源21a、21b、21c向相同方向(X轴正方向)出射照明光L1。光源21a、21b、21c的出射光轴包含于与X-Y平面平行的相同平面。

光源部20还具备准直透镜22a、22b、22c、反射镜23、分色镜24、25。准直透镜22a、22b、22c分别将从光源21a、21b、21c出射的照明光L1变换为平行光。反射镜23将从光源21a出射的照明光L1向Y轴正方向反射。分色镜24使从光源21a出射的照明光L1透射，将从光源21b出射的照明光L1向Y轴正方向反射。由此，光源21a的出射光轴与光源21b的出射光轴匹配。

分色镜25使从分色镜24侧入射的2个照明光L1透射，将从光源21c出射的照明光L1向Y轴正方向反射。由此，光源2Ia、21b、21c的出射光轴匹配为一个光轴A1。反射镜23与分色镜24、25构成使光源21a、21b、21c的出射光轴相互匹配的匹配光学系统20a。光轴A1通过反射镜26而向Z轴正方向折弯。由此，从光源21a、21b、21c分别出射的照明光L1从光源部20向Z轴正方向出射。

返回到图2以及图3，聚光镜30包含铝等的金属材料。聚光镜30也可以包含树脂材料。聚光镜30在与光源部20相反的一侧的面具有反射面30a。反射面30a为向聚光镜30的内侧凹陷的曲面。反射面30a通过对向内侧凹陷的曲面进行镜面加工后，将金等的高反射率的材料在该曲面蒸镀而形成。反射面30a的形状是通过以与投射方向平行的长轴为旋转轴的旋转椭圆面，将在照明光L1的投射方向延伸的四棱柱形状的柱体切取的形状。后面参照图8对反射面30a的形状的设定方法进行说明。

在聚光镜30，进一步形成用于使从光源部20出射的照明光L1通过的贯通孔30b。贯通孔30b沿着柱状部30d的中心轴而形成。照明光L1通过开口14c以及贯通孔30b，向前方的路面(感知区域)投射。聚光镜30使光源部20的光轴A1与聚光镜30本身的光轴A2在路面侧的范围(从聚光镜30的照明光L1的投射方向的范围)内相互匹配。即，这两个光轴A1、A2通过聚光镜30，被同一为共用的光轴A10。聚光镜30的光轴A2相对于光源部20的光轴A1垂直。

聚光镜30将从路面向反射面30a入射的反射光R1向Y轴负方向反射，并且将该反射光R1聚光于光检测器40的受光面。光检测器40例如包含光电二极管。作为光检测器40，能够使用在红外的波段(例如900～1800nm)具有检测灵敏度的光电二极管。在光检测器40在可见光的波段也具有检测灵敏度的情况下，也可以在光检测器40的前级配置使光源21a、21b、21c的出射波长即参照波长、吸收波长1以及吸收波长2透射、遮挡可见光的波段的滤波器。光检测器40也可以包含雪崩光电二极管。

光检测器40接受从光源21a、21b、21c出射的照明光L1被路面反射而得到的反射光R1，输出基于接受的光量的电信号。光检测器40被设置于电路基板50的上表面。光检测器40被配置于贯通孔30b的出口的下方。

在本实施方式中，光源21a、21b、21c被驱动为以时分方式进行脉冲发光。因此，光检测器40以时分方式接受基于来自光源21a、21b、21c的照明光L1的反射光R1，输出与各反射光R1的受光光量相应的电信号。基于与从光检测器40输出的各反射光R1相应的电信号，判断路面的堆积物的种类(水分的状态)。后面参照图7来对堆积物的判断处理进行说明。

遮光构件60在光检测器40的正上方位置，具有圆形状的遮光掩模60a。遮光掩模60a通过4个梁部60b而被支承于遮光构件60。俯视下，遮光掩模60a的大小与形成于聚光镜30的贯通孔30b的出口的大小大致相等。在遮光掩模60a的上表面，附设有吸收红外光的红外吸收剂60c。例如，包含红外吸收剂60c的涂料被涂敷于遮光掩模60a的上表面。或者，涂敷有红外吸收剂60c的片材被贴附于遮光掩模60a的上表面。

遮光掩模60a在从光源部20出射的照明光L1的一部分到达贯通孔30b的出口而散射的情况下，将该散射光相对于光检测器40遮光。即，从贯通孔30b的出口向光检测器40的散射光入射至遮光掩模60a的上表面，被红外吸收剂60c吸收。另外，也可以在遮光掩模60a的上表面不附设红外吸收剂60c。该情况下，从贯通孔30b的出口向光检测器40的散射光被遮光掩模60a遮挡。

支承遮光掩模60a的梁部60b形成为较细的线状为宜，以使得尽量不遮挡通过遮光掩模60a的外侧而聚光于光检测器40的受光面的反射光R1。此外，遮光掩模60a也可以不必被梁部60b支承，例如，也可以在遮光构件60的上表面配置透明板，在该透明板附设遮光掩模60a。在该情况下，优选在透明板的上表面以及下表面附加AR涂层。

在图2以及图3的结构中，聚光镜30、电路基板50以及遮光构件60被设置于固定在壳体12的支承构件14。即，聚光镜30通过背板部30c被固定于支承构件14的壁板部14a的前面，而设置于支承构件14。此外，电路基板50被固定于支承构件14的前框架14b的下表面，遮光构件60被固定于支承构件14的壁板部14a的前面。进一步地，光源部20在保持于保持架的状态下，固定于支承构件14的壁板部14a的背面。在壁板部14a，形成用于通过照明光L1的圆形的开口14c。这样，水分感知装置1的内部构造的组装完成。

<电路部的结构>

图5是表示水分感知装置1的电路部的结构的框图。

水分感知装置1除了图1所示的光源21a、21b、21c以及光检测器40，还具备控制部110、存储部120、输出部130、3个驱动部141、142、143、处理部150。

控制部110例如包含CPU、微型计算机。控制部110根据存储部120中存储的控制程序，进行水分感知装置1内的各部的控制。作为基于控制程序的功能，判断部111被设置于控制部110。判断部111基于来自光检测器40的检测信号，判断路面上的堆积物的种类(水、雪、冰)。判断部111也可以不构成为基于控制程序的功能，而构成为硬件。

存储部120具备存储器，存储控制程序，并且用作为控制处理时的工作区域。输出部130输出判断部111的判断结果。输出部130可以是配置于水分感知装置1的监视器等的显示部，或者也可以是用于将判断部111的判断结果发送给服务器等的外部处理装置的通信模块。

驱动部141、142、143分别根据来自控制部110的控制，驱动光源21a、21b、21c。处理部150将从光检测器40输入的电信号转换为数字信号并且取对数，并输出给控制部110。控制部110基于从处理部150输入的检测信号，判断路面的堆积物的种类(水分的状态)。该判断如上述那样，通过判断部111而进行。

<判断方法>

接下来，对堆积物的种类的判断方法进行说明。

图6是表示水和冰中的光的吸收系数的图表。

在图6中，分别设置于光源21a、21b、21c的出射波长的参照波长、吸收波长1以及吸收波长2分别通过箭头来表示。

如图6所示，针对水以及冰的参照波长的吸收系数比吸收波长1以及吸收波长2的吸收系数小。即，参照波长的照明光L1相比于吸收波长1以及吸收波长2的照明光L1，基于水或冰的吸收较少。因此，即使在路面上的照射区域存在水分(水、冰、雪)，从光源21a出射的照明光L1(参照波长)也容易被路面反射，光检测器40对该照明光L1(参照波长)的反射光R1的受光光量变多。另一方面，从光源21b、21c出射的吸收波长1、2的基于水或冰的吸收系数较大。因此，在照射区域存在水分的情况下，吸收波长1、2的照明光L1被水分吸收，被光检测器40受光的吸收波长1、2的反射光R1的光量变少。

因此，通过利用针对几乎不受到基于水分的影响的参照波长的照明光L1的检测信号，将针对吸收波长1、2的照明光L1的检测信号标准化，从而能够抑制基于路面的形状的散射等的噪声分量。

在本实施方式中，利用吸收波长1与吸收波长2的吸收系数的不同，进行水与冰的判别。即，在吸收波长1(1450nm)下，相对于冰中的吸收系数，水中的吸收系数较大，在吸收波长2(1550nm)下，相对于水中的吸收系数，冰中的吸收系数较大。因此，通过获取吸收波长1以及吸收波长2的检测信号的比，从而能够在照射位置存在水分的情况下，判别其是水还是冰。

图7是表示基于控制部110(判断部111)的堆积物的种类的判断处理的流程图。

首先，控制部110驱动光源部10(S11)。具体地说，控制部110经由驱动部141、142、143，以时分方式使照明光L1从光源21a、21b、21c出射。然后，控制部110经由处理部150，获取根据光源21a的驱动而从光检测器40输出的检测信号、根据光源21b的驱动而从光检测器40输出的检测信号、根据光源21c的驱动而从光检测器40输出的检测信号。

接下来，控制部110的判断部111基于参照波长的检测信号的强度、吸收波长1的检测信号的强度、以及吸收波长2的检测信号的强度，判断照射位置的状态。

具体地说，判断部111在对吸收波长1的检测信号的强度相对于参照波长的检测信号的强度的比率进行对数变换而得到的值R11为阈值Rth1以上、并且对吸收波长2的检测信号的强度相对于参照波长的检测信号的强度的比率进行对数变换而得到的值R12为阈值Rth2以上的情况下(S12：是)，判断为在照射位置不存在水分(干燥)(S13)。

在此，阈值Rth1是从针对水的参照波长(980nm)的吸收系数的值减去针对水的吸收波长1(1450nm)的吸收系数的值、并对该值乘以判断为存在水的厚度的2倍而得到的值。例如，在感知厚度10μm以上的水的情况下，Rthl的值为-0.062。此外，阈值Rth2是从针对冰的参照波长(980nm)的吸收系数的值减去针对冰的吸收波长2(1550nm)的吸收系数的值、并对该值乘以判断为存在冰的厚度的2倍而得到的值。例如，在感知厚度10μm以上的冰的情况下，Rth2的值为-0.069。

在步骤S12的判断为否的情况下，判断部111判断为在照射位置存在水分，将处理进入到步骤S14。

在步骤S14中，判断部111计算值R11与值RI2的比，判断该值是否为阈值Ri以下。在此，阈值Ri的值是从冰中的吸收波长1(1450nm)的吸收系数减去参照波长(980nm)的吸收系数而得到的值、与从冰中的吸收波长2(1550nm)的吸收系数减去参照波长(980nm)的吸收系数而得到的值的比。

在值R11与值R12的比为阈值Ri以下的情况下(S14：是)，判断部111判断为在照射位置仅存在冰或者雪，将处理进入到步骤S15。在值R11与值R12的比超过阈值Ri的情况下(S14：否)，判断部111判断为在照射位置存在水或者水以及冰，将处理进入到步骤S18。

在步骤S15中，判断部111判断参照波长的受光强度Ir是否为阈值Ith以上。在此，在受光强度Ir是阈值Ith以上的情况下(S15：是)，判断部111判断为在照射位置存在雪(S16)。另一方面，在受光强度Ir小于阈值Ith的情况下(S15：否)，判断部111判断为在照射位置存在冰(S17)。在此，控制部110也可以在判断部111判断为存在雪或者冰之后，根据参照波长和吸收波长1的检测信号的值来测定其厚度。

在步骤S18中，判断部111计算值R11与值R12的比，判断该值是否为阈值Rw以上。在值R11与值R12的比为阈值Rw以上的情况下(S18：是)，判断部111判断为在照射位置存在水(S19)。在此，在判断部111判断为在照射位置存在水之后，控制部110也可以进一步根据参照波长与吸收波长2的检测信号的值来测定水的厚度。

另一方面，在值R11与值R12的比小于阈值Rw的情况下(S18：否)，即，Ri＜R11/R12＜Rw的情况下，判断部111判断为在照射位置存在水与冰的混合物(S20)。在此，控制部110通过对(R11/R12-Ri)的值与(Rw-R11/R12)的值进行比较，从而计算存在于照射位置的水与冰的比例，根据该比例和参照波长、吸收波长1、吸收波长2的检测信号的值，也可以测定水与冰的混合物的膜厚。

<反射面的形成方法>

接下来，对聚光镜30的反射面30a的形成方法进行说明。

图8是用于对反射面30a的形成方法进行说明的图。

如图8所示，在反射面30a的一个棱线是沿着规定的椭圆E0的一部分的形状的情况下，从处于椭圆E0的长轴AX1上的第1焦点位置FP1发出的光通过反射面30a，聚光于长轴AX1上的第2焦点位置FP2。相反地，从第2焦点位置FP2发出的光通过反射面30a，聚光于第1焦点位置FP1。

在此，从反射面30a向第1焦点位置FP1的光轴A21、与从反射面30a向第2焦点位置FP2的光轴A22相互垂直。此外，根据椭圆E0的长轴AX1与短轴AX2的比，到第1焦点位置FP1为止的第1焦点距离FD1、到第2焦点位置FP2为止的第2焦点距离FD2变化。换言之，根据第1焦点距离FD1与第2焦点距离FD2的长度，长轴AX1与短轴AX2的比变化，椭圆E0的形状也变化。与此相应地，反射面30a的棱线的形状也变化。

在实施方式1中，在从反射面30a向第2焦点位置FP2的方向设定路面(感知面)，在从反射面30a向第1焦点位置FP1的方向设定光检测器40的检测面。因此，第1焦点距离FD1被设定于水分感知装置1中的反射面30a与光检测器40之间的距离附近，第2焦点距离FD2被设定于反射面30a与路面(感知区域)之间的距离附近。例如，第1焦点距离FD1被设定为50mm左右，第2焦点距离FD2被设定为几m～十几m左右。该情况下，椭圆E0相比于图8的情况，长轴AX1相对于短轴AX2的比显著变大。

在实施方式1中，反射面30a的形状被设定为：在通过以包含第1焦点位置FP1以及第2焦点位置FP2的长轴AX1为旋转轴的旋转椭圆面，切取在沿着光轴A22的方向延伸的四棱柱(柱体)P0而得到的截面形状。四棱柱P0的对置的两个侧面与包含光轴A21、A22的平面平行，四棱柱P0的对置的另两个侧面与包含光轴A21、A22的平面垂直。四棱柱P0的中心轴与朝向第2焦点位置FP2的光轴A22一致。图8的光轴A21以及光轴A22分别对应于图3的光轴A2以及光轴A10。

通过这样设定反射面30a的形状，能够使在第2焦点位置FP2附近产生的反射光R1有效地聚光于配置在第1焦点位置FP1附近的光检测器40的受光面。即，相比于反射面30a被设定在使来自无限远的平行光聚光于光检测器40的受光面的抛物面的情况，能够使更多的光量的反射光R1聚光于光检测器40。

<反射面以及受光面的调整方法>

接下来，对反射面30a以及光检测器40的受光面的调整方法进行说明。

在此，假定测量距离范围被设定为2～15m。所谓测量距离范围，是指到感知区域为止的距离的变动范围。例如，在水分感知装置1被设置于电线杆等的情况下，到根据水分感知装置1的设置状态(设置位置的高度、投射方向的朝向)而可变动的感知区域(路面)为止的距离的范围为测量距离范围。

本申请的发明人从各种观点，基于模拟研讨了相对于测量距离范围的反射面30a以及光检测器40的受光面的优选的调整方法。以下，与模拟结果一起，说明基于该研讨的反射面30a以及光检测器40的受光面的调整方法。

(1)调整方法1

在调整方法1中，图8所示的第2焦点位置FP2被设定于测量距离范围的最远距离位置(15m)与最近距离位置(2m)之间的距离位置(例如4m)，光检测器40的受光面被定位在第1焦点位置FP1的位置。此外，受光面的尺寸被设定为：在最远距离位置反射的反射光R1的受光面上的光点尺寸(Spot size)为受光面以下的尺寸。

图9的(a)～(c)是通过模拟来求取根据调整方法1的条件来构成反射面30a以及光检测器40的受光面40a的情况下的入射至光检测器40的受光面40a的反射光R1的光线的样子的光线图。

在图9的(a)～(c)中，分别表示在距反射面30a的距离为15m、4m以及2m的位置(包含图8的光轴A22的直线上的位置)的点被反射以及扩散的反射光R1之中、被反射面30a获取并聚光于光检测器40的反射光R1的光线。

在该模拟中，将图8所示的第1焦点距离FD1和第2焦点距离FD2分别设定为50mm以及4m，构成反射面30a的形状。此外，在图2中，将从Z轴正侧观察时的反射面30a的左右以及上下的宽度分别设定为52mm。即，将四棱柱的柱状部30d的4个侧面的宽度均设定为52mm。此外，将从Z轴正侧观察时的贯通孔30b的直径设定为5mm。进一步地，将光检测器40的受光面40a设定为直径1mm的圆形。此外，光检测器40的受光面40a设定在第1焦点位置FPI的位置。

在该条件下，如图9的(b)所示，来自距离4m的反射位置的反射光R1被聚焦于受光面40a。此外，该情况下，如图9的(a)所示，来自距离15m(测量距离范围的最远距离)的反射位置的反射光R1的收敛为最小光束直径的位置比受光面40a更靠近反射面30a侧，但被反射面30a获取的反射光R1的全部入射至受光面40a。进一步地，该情况下，如图9的(c)所示，来自距离2m(测量距离范围的最近距离)的反射位置的反射光R1的收敛为最小光束直径的位置比受光面40a更远离反射面30a，但被反射面30a获取的反射光R1的全部入射至受光面40a。

这样，若分别根据调整方法1的条件，设定反射面30a以及受光面40a，则在测量距离范围内的任意的距离位置设定了感知区域的情况下，都能够使被反射面30a获取的反射光R1的全部入射至受光面40a。因此，能够使反射光R1高效地聚光于受光面40a。

图9的(d)是表示根据调整方法1的条件来设定了反射面30a以及受光面40a的情况下的、基于上述模拟的到感知区域为止的距离与光检测器40的受光光量的关系的图表。

在图9的(d)中，横轴是到感知区域为止的距离(反射面30a与感知区域之间的距离)，纵轴是将到感知区域为止的距离为15m(测量距离范围的最远距离)时的受光光量设为1的情况下的反射光R1的相对受光光量。

由于照明光L1的反射光在感知区域扩散，因此被反射面30a获取的反射光R1的光量与到感知区域为止的距离的平方成反比。另一方面，根据调整方法1的条件，如图9的(a)～(c)所示，在测量距离范围内的任意的距离位置，被反射面30a获取的反射光R1的全部都入射至受光面40a。因此，入射至受光面40a的反射光R1的光量(受光光量)与到感知区域为止的距离的平方成反比。

因此，如图9的(d)所示，反射光的受光光量随着到感知区域为止的距离变短而急剧地增加。在此，最近距离位置(2m)处的相对受光光量为最远距离位置(15m)处的相对受光光量的56倍左右。因此，对来自光检测器40的信号进行处理的处理部150(参照图5)需要具备能够覆盖56倍左右的范围Rnl的检测电路。该情况下，在该检测电路中，需要包含增益的切换电路、增益调节电路等。

在此，根据调整方法1的条件，如图9的(d)所示，在近距离范围，相对受光光量显著变高，因此在水分感知装置1被用于近距离范围的情况下，相比于测定远距离范围的情况，也可以使光源21a、21b、21c的输出降低。由此，能够抑制水分感知装置1的消耗电力，并且能够压缩范围Rn1。因此，能够从检测电路省略增益的切换电路、增益调节电路。

另外，在上述检查证实中，如图9的(a)、(c)所示，第2焦点距离FD2和受光面40a的尺寸被设定为：在最近距离位置反射的反射光R1的受光面40a上的光点尺寸与在最近距离位置反射的反射光R1的受光面40a上的光点尺寸这两者为受光面40a以下的尺寸。与此相对地，也可以第2焦点距离FD2和受光面40a的尺寸被设定为：在最近距离位置反射的反射光R1的光点尺寸比受光面40a的大。这样，在近距离范围，能够使反射光R1的一部分从受光面40a脱离，能够减少近距离范围内的受光光量。由此，能够缩窄检测电路应覆盖的范围Rn1，能够实现检测电路的简单化。

(2)调整方法2

在调整方法2中，图8所示的第2焦点位置FP2被设定于测量距离范围的最远距离位置(15m)，光检测器40的受光面被定位于第1焦点位置FP1的位置。此外，受光面被设定为：受光面的尺寸比在最近距离位置反射的反射光R1的受光面上的光点尺寸小。

图10的(a)～(c)是通过模拟来求取根据调整方法2的条件来构成反射面30a以及光检测器40的受光面40a的情况下的、入射至光检测器40的受光面40a的反射光R1的光线的样子的光线图。

图10的(a)～(c)中分别表示在距反射面30a的距离为15m、4m以及2m的位置(包含图8的光轴A22的直线上的位置)的点被反射以及扩散的反射光R1之中、被反射面30a获取并聚光于光检测器40的反射光R1的光线。

在该模拟中，将图8所示的第1焦点距离FD1与第2焦点距离FD2分别设定为50mm以及15m，构成反射面30a的形状。其他模拟条件与图9的(a)～(c)的情况同样地设定。

该情况下，如图10的(a)所示，来自距离15m(测量距离范围的最远距离)的反射位置的反射光R1聚焦于受光面40a。此外，如图10的(b)所示，来自距离4m(最远距离与最近距离之间的距离)的反射位置的反射光R1的收敛为最小光束直径的位置相对于受光面40a向下方偏移，但被反射面30a获取的反射光R1全部入射至受光面40a。此外，如图10的(c)所示，来自距离2m(测量距离范围的最近距离)的反射位置的反射光R1的收敛为最小光束直径的位置相对于受光面40a进一步偏移，从而被反射面30a获取的反射光R1的一部分从受光面40a脱离。

图10的(d)是表示根据调整方法2的条件来设定反射面30a以及受光面40a的情况下的、基于上述模拟的到感知区域为止的距离与光检测器40的受光光量的关系的图表。纵轴以及横轴与图9的(d)同样。

根据调整方法2的条件，如图10的(c)所示，在反射位置是最近距离位置的情况下，被反射面30a获取的反射光R1的一部分从受光面40a脱离，因此如图10的(d)所示，近距离范围内的反射光R1的受光光量的增加程度相比于图9的(d)变缓。在此，最近距离位置(2m)处的相对受光光量压缩为最远距离位置(15m)处的相对受光光量的37倍左右。因此，对来自光检测器40的信号进行处理的处理部150(参照图5)具备能够覆盖37倍左右的范围Rn2的检测电路即可。该情况下，存在能够从检测电路省略增益的切换电路、增益调节电路等的可能性。

另外，在调整方法2的条件中，也与调整方法1的情况同样地，在水分感知装置1被用于近距离范围的情况下，也可以进行使光源21a、21b、21c的输出降低的调整。由此，能够抑制水分感知装置1的消耗电力，并且能够压缩范围Rn2。因此，能够从检测电路省略增益的切换电路、增益调节电路。

此外，在调整方法2的条件中，从最远距离位置(15m)反射的反射光R1被聚焦于光检测器40的受光面40a，因此相比于调整方法1，能够缩小受光面40a的尺寸。即，即使较小地设定受光面40a的尺寸，也能够使在远距离范围被反射且相对于受光面40a的获取量较少的反射光R1没有剩余地可靠地入射至光检测器40的受光面40a。

另外，在这样将受光面40a的尺寸调整得较小的情况下，来自近距离范围的反射光R1之中、从受光面40a脱离的反射光R1的光量增加。由此，能够使近距离范围中的相对受光光量降低，能够进一步压缩范围Rn2。因此，能够从检测电路省略增益的切换电路、增益调节电路。

此外，若减小受光面40a，则能够提高光检测器40的检测精度，并且能够减少光检测器40的成本。

(3)调整方法3

在调整方法3中，图8所示的第2焦点位置FP2被设定为测量距离范围的最远距离位置(15m)，光检测器40的受光面被定位于相对于第1焦点位置FP1向反射面30a侧偏移的位置。此外，受光面被设定为：在最远距离位置被反射的反射光R1的受光面上的光点尺寸与受光面的尺寸同等，并且受光面的尺寸比在最近距离位置被反射的反射光R1的受光面上的光点尺寸小。

图11的(a)～(c)是通过模拟来求取根据调整方法3的条件来构成反射面30a以及光检测器40的受光面40a的情况下的、入射至光检测器40的受光面40a的反射光R1的光线的样子的光线图。

图11的(a)～(c)中，分别表示在距反射面30a的距离为15m、4m以及2m的位置(包含图8的光轴A22的直线上的位置)的点反射以及扩散的反射光R1之中、被反射面30a获取并聚光于光检测器40的反射光R1的光线。

在该模拟中，相比于图10的(a)～(c)的模拟条件，光检测器40的位置不同。在图11的(a)～(c)中，图10的(a)～(c)中配置的光检测器被表示为光检测器40’。

即，在图11的(a)～(c)的模拟中，在相对于第1焦点位置FP1而向接近反射面30a的方向偏移的位置，配置有受光面40a。更详细地，将光检测器40配置为：在最远距离位置(15m)反射的反射光R1的受光面40a上的光点尺寸(光束直径)W1与受光面40a的尺寸(直径)同等。其他的模拟条件与图10的(a)～(c)的情况同样地设定。

该情况下，如图11的(a)所示，来自距离15m(测量距离范围的最远距离)的反射位置的反射光R1全部聚光于受光面40a。此外，如图11的(b)所示，随着来自距离4m(最远距离与最近距离之间的距离)的反射位置的反射光R1的收敛为最小光束直径的位置远离受光面40a，光点尺寸W1变得比受光面40a的尺寸大，被反射面30a获取的反射光R1的一部分从受光面40a脱离。此外，如图11的(c)所示，通过来自距离2m(测量距离范围的最近距离)的反射位置的反射光R1的收敛为最小光束直径的位置进一步远离受光面40a，光点尺寸W1进一步变大，被反射面30a获取的反射光R1的更多部分从受光面40a脱离。

图11的(d)是表示根据调整方法3的条件来设定了反射面30a以及受光面40a的情况下的、基于上述模拟的到感知区域为止的距离与光检测器40的受光光量的关系的图表。纵轴以及横轴与图9的(d)同样。

根据调整方法3的条件，如图11的(b)以及图11的(c)所示，随着反射位置接近最近距离位置，从受光面40a脱离的反射光R1的光量增加，因此如图11的(d)所示，近距离范围中的反射光R1的受光光量的增加程度进一步变得缓慢。在此，最近距离位置(2m)处的相对受光光量被压缩到最远距离位置(15m)处的相对受光光量的11倍左右。因此，对来自光检测器40的信号进行处理的处理部150(参照图5)具备能够覆盖11倍左右的范围Rn2的检测电路即可。该情况下，能够从检测电路省略增益的切换电路、增益调节电路等。

此外，通过调整方法3的条件，从最远距离位置(15m)反射的反射光R1的全部也聚光于光检测器40的受光面40a，因此能够使在最远距离位置反射且相对于受光面40a的获取量较少的反射光R1没有剩余地可靠地入射至光检测器40的受光面40a。因此，能够更加准确地进行最远距离位置处的水分感知。

另外，在上述模拟条件中，将光检测器40配置为：在最远距离位置(15m)反射的反射光R1的受光面40a上的光点尺寸W1与受光面40a的尺寸同等，但也可以设定光检测器40的位置或者受光面40a的尺寸，以使得在最远距离位置(15m)反射的反射光R1的受光面40a上的光点尺寸W1比受光面40a的尺寸稍小。由此，能够在远距离范围使反射光R1可靠地入射至光检测器40的受光面40a，能够准确地进行远距离范围内的水分感知。

<系统结构例>

接下来，对使用了上述实施方式1所涉及的水分感知装置1的系统结构例进行说明。

图12是示意性地表示路面信息分发系统200的结构的图。

路面信息分发系统200具备水分感知装置1和管理服务器2。在图12的例子中，道路3通过桥梁4和隧道5的出口5a，连接到隧道5的内部。

水分感知装置1除了经由杆部等而设置于道路3的侧方，还设置于在道路3的侧方设置的外灯、壁面等。水分感知装置1对道路3的路面3a的状态进行感知。图12中，表示2个水分感知装置1，跟前侧的水分感知装置1对位于桥梁4上的路面3a的感知区域3a1的状态进行感知，里侧的水分感知装置1对位于隧道5的出口5a附近的路面3a的感知区域3a2的状态进行检测。各水分感知装置1与感知区域3a1、3a2的距离相互不同。任意的距离均处于测量距离范围的范围内。水分感知装置1对路面3a的各感知对象区域的水分的状态(堆积物的种类、厚度等)进行判断，将判断结果经由基站6以及网络7来发送给管理服务器2。

基站6被设置为在可通信的范围内包含水分感知装置1，构成为能够通过无线来与水分感知装置1进行通信。该情况下，图3的输出部130包含通信模块。基站6与网络7连接。网络7例如是因特网。

管理服务器2被设置于路面状况分发中心8等，与网络7连接。管理服务器2基于通过水分感知装置1而分发的与路面状态有关的信息，生成用于报告路面3a的状态的地图信息，将生成的地图信息经由网络7以及基站6来分发给车辆等。被分发的地图信息显示于搭载在车辆的车辆导航系统的显示部。司机能够确认显示内容并掌握行驶路径的路面3a的状态。由此，能够提高在路面3a行驶时的安全性。

此外，水分感知装置1也可以搭载于车辆。该情况下，水分感知装置1被设置于车辆，以使得例如照明光L1向车辆前方，在倾斜方向朝路面照射。水分感知装置1感知车辆前方的路面状态，使感知结果显示于车辆的导航系统。路面状态的感知也在车辆行驶时进行，随时显示于导航系统。由此，司机能够可靠地掌握当前行驶中的路面的状态。

该情况下，进一步地，也可以基于水分感知装置1的路面的感知结果与表示当前的行驶位置的信息一起，从导航系统发送到图8的管理服务器2，汇总到管理服务器2。由此，管理服务器2能够基于从各车汇总的路面的感知结果，生成表示道路的状态的更微细的地图信息。司机能够更加可靠地掌握能够成为行驶路径的道路的状态。

<实施方式的效果>

通过实施方式1，其他以下的效果。

如图3所示，光源部20的光轴A1与聚光镜30的光轴A2在路面侧(感知区域侧)的范围相互匹配。因此，能够通过聚光镜30，使被路面(感知区域)反射的反射光之中、在被匹配的光轴A10逆行的反射光R1聚光于光检测器40。因此，不需要根据水分感知装置1与路面的距离，调整照明光L1和反射光R1相对于路面的角度，即使不进行这样的调整，也能够通过光检测器40来使其适当地接受来自路面的反射光R1。

此外，如参照图8来说明那样，由于聚光镜30的反射面30a具有通过以长轴为旋转轴的旋转椭圆面来切取在照明光L1的投射方向延伸的柱体(四棱柱P0)而得到的形状，因此通过在相对于聚光镜30而朝向聚光镜30的第1焦点位置FP1的方向配置光检测器40，在相对于聚光镜30而朝向聚光镜30的第2焦点位置FP2的方向设定感知区域，能够将来自感知区域的反射光R1高效地导向光检测器40。因此，能够更加精度良好地对感知区域中的水分的状态进行感知。

此外，如图3所示，在贯通孔30b的出口与光检测器40之间，设置用于对在贯通孔30b的出口散射的照明光L1进行遮光的遮光掩模60a。由此，能够抑制反射光R1以外的不需要的光入射至光检测器40，结果，能够提高水分感知精度。

此外，在图10的(a)～(d)所示的调整方法2以及图11的(a)～(d)所示的调整方法3中，第2焦点位置FP2被设定于测量距离范围的最远距离位置。由此，能够通过反射面30a，使来自受光光量微笑的最远距离位置的反射光R1高效地聚光于光检测器40的受光面40a。因此，能够提高水分感知精度。

此外，在图10的(a)～(d)所示的调整方法2中，光检测器40的受光面40a被配置于第1焦点位置FP1。由此，能够使来自最远距离位置的反射光R1的全部可靠地聚光于光检测器40的受光面40a。因此，能够提高水分感知精度。

此外，在图11的(a)～(d)所示的调整方法3中，在最远距离位置反射的反射光R1的光点尺寸W1被配置于与光检测器40的受光面40a同等尺寸的位置。由此，能够使在最远距离位置反射的反射光R1全部聚光于受光面40a，并且，随着反射位置(感知区域)接近于最近距离位置，能够增加从受光面40a脱离的反射光R1的光量。因此，如图11的(d)所示，能够显著地压缩受光光量的范围Rn3，能够使处理来自光检测器40的信号的检测电路的结构简单化。

此外，在图9的(a)～(d)所示的调整方法1中，第2焦点位置FP2被设定于测量距离范围的最远距离位置与最近距离位置之间的距离位置(在此为4m的距离位置)，光检测器40的受光面40a的尺寸被设定为：在最远距离位置(在此为15m的距离位置)反射的反射光R1的光检测器40的受光面40a上的光点尺寸为受光面40a的尺寸以下。由此，如图9的(d)所示，能够在测量距离范围的整个范围，高效地接受反射光R1。因此，在感知区域处于近距离范围的情况下，能够采取使光源21a～21c的出射功率降低的对应，能够实现消耗电力的抑制。

此外，在图10的(a)～(d)所示的调整方法2以及图11的(a)～(d)所示的调整方法3中，光检测器40的受光面40a比在测量距离范围的最近距离位置反射的反射光的受光面40a上的光点尺寸小。由此，在相对于反射面30a的获取量较多的近距离范围，反射光R1的一部分从受光面40a脱离。因此，如图10的(d)以及图11的(d)所示，能够压缩相对受光光量的范围Rn2、Rn3，能够使处理来自光检测器40的信号的检测电路的结构简单化。

此外，如图4的(a)、(b)所示，光源部20具备：对相互不同的波长的光进行出射的多个光源21a～21c、和使这些光源21a～21c的出射光轴相互匹配的匹配光学系统20a(反射镜23、分色镜24、25)。这样，通过使光源21a～21c的出射光轴与光轴A1匹配，能够通过聚光镜30，简易地使光轴A1与聚光镜30的光轴A2匹配。

此外，水分感知装置1具备基于光检测器40的检测信号来判断感知区域中的堆积物的判断部111。并且，如图7所示，判断部111基于利用针对参照波长的参照用的照明光L1的检测信号来将针对吸收波长1、2的2个检测用的照明光L1的检测信号标准化而得到的值R11、R12，判断路面上的堆积物(雪、冰、水)。这样，通过利用针对几乎不受到基于水分的影响的参照波长的照明光L1的检测信号，将针对吸收波长1、2的照明光L1的检测信号标准化，能够抑制路面的形状所导致的散射等的噪声分量。因此，能够精度优良地判断路面的水分的状态(堆积物的种类)。

<变更例>

图13是表示实施方式1的变更例所涉及的水分感知装置1的结构的立体图。

在图13的结构中，相比于图2的结构，聚光镜31的形状被变更。即，在图13的结构中，聚光镜31的柱状部31d是圆柱形状。柱状部31d向照明光L1的投射方向突出。在柱状部31d，沿着中心轴形成贯通孔31b。反射面31a与图2的结构的情况同样地，通过图8所示的方法而形成。即，通过利用以长轴AX1为旋转轴的旋转椭圆面，切取与柱状部31d同径的圆柱，从而形成反射面31a。贯通孔31b以及背板部31c的功能与图2中构成的贯通孔30b以及背板部30c的功能同样。聚光镜31以外的结构与图2的结构同样。

通过图13的结构，也与上述实施方式1同样地，通过调整方法1～3，设定反射面31a以及光检测器40的受光面40a。由此，可起到与上述实施方式1同样的效果。

此外，通过图13的结构，也与上述实施方式1同样地，光源部20的光轴A1与聚光镜30的光轴A2在路面侧(感知区域侧)的范围相互匹配。因此，能够通过聚光镜30，使被路面(感知区域)反射的反射光之中、在被匹配的光轴A10逆行的反射光R1聚光于光检测器40。因此，不需要根据水分感知装置1与路面的距离，调整照明光L1和反射光R1相对于路面的角度，即使不进行这样的调整，也能够通过光检测器40来适当地接受来自路面的反射光R1。

此外，通过图13的结构，也能够起到与图2的对应的结构同样的效果。

另外，在图13的结构中，通过利用旋转椭圆面来切取圆柱从而形成反射面31a，因此相比于如上述实施方式1那样，通过利用旋转椭圆面来切取四棱柱而形成反射面30a的情况，反射面31a的面积减少。

图14的(a)、(b)分别是从Z轴正侧观察聚光镜30、31时的聚光镜30、31的侧视图。

在图14的(a)、(b)中，柱状部30d的X轴方向的宽度以及Y轴方向的宽度和柱状部31d的X轴方向的宽度以及Y轴方向的宽度分别相互相同。在上述实施方式1中，由于柱状部30d是四棱柱形状，因此从Z轴正侧观察时的反射面30a的面积S0与将柱状部30d的Y轴方向的宽度以及X轴方向的宽度相互相乘的值大致相等。在此，由于从Z轴正侧观察时的四棱柱的截面是大致正方形，因此若将柱状部30d的X轴方向的宽度设为D，则面积S0通过下式求取。

S0＝D²...(1)

另一方面，在变更例中，由于柱状部31d是圆柱形状，因此从Z轴正侧观察时的反射面30a的面积S1与以柱状部31d的X轴方向的宽度D为直径的圆的面积大致相等。该情况下，面积S1通过下式求取。

S1＝πD²/4...(2)

根据上述式(1)、(2)，面积S0为面积S1的127％。因此，相比于图13所示的变更例的结构，在图2所示的实施方式1的结构中，能够使聚光镜30的聚光面积增加1.2倍左右。由此，在实施方式1的结构中，能够更加高效地使反射光R1聚光于光检测器40，结果，能够提高水分感知的精度。

图14的(c)是表示通过实施方式1的反射面30a以及变更例的反射面31a而聚光的反射光R1的、遮光掩模60a的位置处的聚光范围S10、S11的图。在图14的(c)中，在省略了聚光镜30、31的水分感知装置1的俯视图中，追加了聚光范围S10、S11。

如图14的(c)所示，在上述实施方式1的结构中，相比于变更例的结构，反射面30a的面积较大，因此遮光掩模60a的位置处的反射光R1的聚光范围S10比变更例的情况的聚光范围S11大。因此，在实施方式1的结构中，被遮光掩模60a遮光的反射光相对于聚光在聚光范围S10的反射光的比例小于变更例1。因此，在实施方式1的结构中，相比于变更例1的结构，能够使更多的反射光聚光于光检测器40的受光面40a。

如以上那样，优选聚光镜30的柱状部30d如上述实施方式1那样，为四棱柱形状。即，优选反射面30a是通过旋转椭圆面来切取四棱柱而得到的形状。由此，在X轴方向以及Y轴方向上的柱状部的宽度相同的情况下，能够使更多的反射光R1聚光于光检测器40的受光面40a。

换言之，在使相同的光量的反射光R1聚光于光检测器40的受光面40a的情况下，优选柱状部30d的形状是四棱柱形状。由此，能够使X轴方向以及Y轴方向的柱状部30d的宽度比柱状部是圆形的情况小，结果，能够缩小水分感知装置1的外形尺寸。

<实施方式2>

在上述实施方式1中，在贯通孔30b的出口散射的照明光L1被遮光构件60的遮光掩模60a遮光。与此相对地，在实施方式2中，通过在与光检测器40对置的贯通孔的内侧面设置切口，可抑制散射光对光检测器40的入射。

图15是表示实施方式2所涉及的将前侧的壳体11取下的状态的水分感知装置1的外观结构的立体图。图16是在X轴方向的中间位置，通过与Y-Z平面平行的平面，将图15的水分感知装置1切断时的剖视图。图17的(a)、(b)分别是实施方式2所涉及的聚光镜32的后视图以及后视立体图。

相比于实施方式1，在实施方式2中，聚光镜32的结构不同。聚光镜32以外的结构与实施方式1同样。

如图17的(a)、(b)所示，聚光镜32具有背面向Z轴正方向凹陷的方形的轮廓的凹部32e。贯通孔32b从该凹部32e向反射面32a在Z轴方向贯通。在贯通孔32b的Y轴正侧，形成在Y轴正方向延伸的切口32f。在此，如图17的(a)所示，凹部32e的底面向Z轴正方向凹陷为跑道形状，在该凹陷形成贯通孔32b和切口32f。贯通孔32b与切口32f在与Y-Z平面平行的方向连结。

与上述实施方式1同样地，柱状部32d是在Z轴正方向延伸的四棱柱被旋转椭圆面切取的形状。反射面32a与上述实施方式1同样地，是利用旋转椭圆面，将与柱状部32d相同宽度的四棱柱切取的形状。反射面32a、贯通孔32b以及背板部32c的功能分别与上述实施方式1的反射面30a、贯通孔30b以及背板部30c的功能同样。

如图16所示，在实施方式2的结构中，在贯通孔32b的出口散射的照明光L1在朝向凹部32e的方向行进。入射至凹部32e的照明光L1的散射光在被凹部32e和壁板部14a包围的空间的内侧面反复反射而衰减。也可以在被凹部32e和壁板部14a包围的空间的内侧面，涂敷红外光吸收剂。

这样，在实施方式2的结构中，通过在与光检测器40对置的贯通孔32b的内侧面设置切口32f，能够防止在贯通孔32b的出口散射的照明光L1在光检测器40的方向行进。由此，能够抑制该散射光入射至光检测器40的受光面40a。因此，如图15以及图16所示，能够省略遮光构件60，能够实现结构的简单化和成本的减少。

另外，在实施方式2中，也可以与上述实施方式1的变更例同样地，柱状部32d的形状是圆柱形状。但是，如上述那样，为了使更多的反射光R1聚光于光检测器40，优选如图15那样，柱状部32d的形状是四棱柱形状。

此外，在上述结构中，切口32f形成为在Y轴方向延伸，但切口32f的形成方法并不局限于此。只要能够防止在贯通孔30b的出口散射的照明光L1在光检测器40的方向行进，切口32f也可以形成为在相对于Y轴倾斜的方向延伸。此外，切口32f的宽度也可以不恒定，例如，也可以切口32f形成为Y轴正侧加宽。

<实施方式3>

在上述实施方式1、2中，通过在聚光镜30形成贯通孔30b，使光源部20的光轴A1与聚光镜30的光轴A2匹配。与此相对地，在实施方式3中，使用较小的反射镜，使光源部20的光轴A1与聚光镜的光轴A2匹配。

图18是表示实施方式3所涉及的水分感知装置1的光学系统的结构的图。

在图18的结构中，相比于实施方式1的结构，追加了光学元件27。光学元件27是平板状的反射镜。光学元件27的反射面27a比通过光源部20的准直透镜22a～22c而平行光化的照明光L1的光束尺寸稍大。光学元件27的形状是与入射至光学元件27的照明光L1的光束形状对应的形状。光学元件27反射照明光L1，并且将通过光学元件27的周围的反射光R1导向聚光镜33。光学元件27将光源部20的光轴A1向与聚光镜33的光轴A2平行的方向折弯，使光轴A1、A2匹配。光学元件27被配置于光源部20的光轴A1与聚光镜33的光轴A2交叉的位置。

与上述实施方式1、2同样地，聚光镜33具有通过旋转椭圆面来切取与柱状部33b相同宽度的四棱柱的形状的反射面33a。反射面33a的形成方法与参照图8而说明的方法同样。与上述实施方式1的变更例同样地，反射面33a也可以是通过旋转椭圆面来切取圆柱的形状。反射面33a以及光检测器40的受光面40a的设定方法与上述实施方式1中说明的调整方法1～3同样。

通过图18的结构，也能够利用光学元件27，使光源部20的光轴A1和聚光镜30的光轴A2匹配为共用的光轴A10。因此，与上述实施方式同样地，不需要根据水分感知装置1与路面的距离，调整照明光L1和反射光R1相对于路面的角度，即使不进行这样的调整，也能够通过光检测器40来适当地接受来自路面的反射光R1。

此外，由于聚光镜33的反射面33a是通过以长轴为旋转轴的旋转椭圆面来切取在照明光L1的投射方向延伸的四棱柱的形状，因此与上述实施方式1、2同样地，能够将来自感知区域的反射光R1高效地导向光检测器40。因此，能够更加精度良好地对感知区域中的水分的状态进行感知。

另外，在图18的结构中，也可以为了防止在光学元件27的边缘部分散射的照明光L1入射至光检测器40的受光面40a而配置遮光掩模60a。由此，能够抑制对光检测器40入射反射光R1以外的不需要的光，结果，能够提高水分感知的精度。

<其他的变更例>

在上述实施方式1～3以及变更例中，三种波长的光被用作为照明光L1，但用作为照明光L1的波长的种类并不局限于3个。例如，也可以使用分别出射参照波长的照明光L1和吸收波长的照明光L1的2个光源、和检测路面的温度的辐射温度传感器，判断堆积物的种类。该情况下，从光源部20省略分色镜24、25的任一者。

此外，在图4的(a)、(b)的结构中，使用2个分色镜24、25，使光源21a～21c的光轴匹配，但用于使光轴匹配的结构并不局限于此。例如，也可以通过将分色镜24、25的一者置换为偏振分束器，调整从各光源出射的激光的偏振光方向，从而使光源21a～21c的光轴匹配。例如，在将分色镜25置换为偏振分束器的情况下，配置光源21a～21c以使得从光源21a、21b出射的激光相对于偏振分束器为P偏振光、从光源21c出射的激光相对于偏振分束器为S偏振光即可。

此外，在上述实施方式1～3以及变更例中，从光源21a出射的参照波长的光是波长980nm的近红外光，但参照波长并不局限于980nm，也可以是基于水的吸收较少的其他波长。此外，参照波长的光并不局限于近红外光，也可以是波长750nm以下的可见光。但是，若参照波长的光是可见光，由于担心路面3a被照射妨碍道路3的交通，因此优选参照波长的光是近红外光。

此外，构成光学系统的光学部件的形状、大小并不局限于上述实施方式1～3以及变更例所示的方式，能够适当变更。

此外，测量距离范围并不局限于上述调整方法1～3所示的范围，能够适当变更。此外，用于设定反射面的形状的第1焦点距离FD1以及第2焦点距离FD2、椭圆的长轴AX1、短轴AX2也不限定于上述调整方法1～3所示的值，能够适当变更。反射面以及受光面的调整方法也不必局限于上述调整方法1～3。

此外，在图7所示的判断处理中，判断了路面的堆积物的种类，但判断对象并不局限于此，也可以进一步判断堆积物的厚度、滑行容易度等。

此外，在上述实施方式1～3以及变更例中，感知了路面的水分的状态(水、冰、雪)，但感知水分的状态的感知区域不必局限于路面。例如，本发明也可以应用于对地板、桌子的表面的水分的状态进行感知的水分感知装置、对叶子的水分进行感知的水分感知装置。该情况下，根据应感知的水分的种类等，调整感知所使用的光的数量以及种类即可。

进一步地，水分感知装置1的应用例并不局限于图8所示的路面信息分发系统200、将水分感知装置1搭载于车辆的应用例，只要是使用照明光和反射光来检测对象物的水分的状态的结构，也可以对其他结构使用水分感知装置1。

此外，在上述实施方式中，作为本发明所涉及的光学装置的一方式，示例了对感知区域的水分(水、雪、冰等)进行感知的水分感知装置，但并不局限于此，本发明所涉及的光学装置也可以是具有出射光学系统以及受光光学系统的其他方式的光学装置。

例如，本发明也可以应用于向感知区域投射光、接受在感知区域反射的光、检测感知区域处的物体的有无的激光雷达。该情况下，光源部20也可以不必将多个波长的照明光向感知区域投射，例如也可以仅将红外的波段的照明光向感知区域投射。此外，激光雷达也可以基于照明光的投射定时与反射光的受光定时的时间差，测定到存在于感知区域的物体为止的距离。

此外，本发明的实施方式能够在权利要求书所示的技术思想的范围内适当进行各种变更。

-符号说明-

1 水分感知装置

3a1、3a2 感知区域

20 光源部

20a 匹配光学系统

27 光学元件

21a、21b、21c 光源

30、31、32、33 聚光镜

30a、31a、32a、33a 反射面

30b、31b、32b 贯通孔

30d、31d、32d、33b 柱状部

32f 切口

40 光检测器

40a 受光面

60a 遮光掩模

111 判断部

FP1 第1焦点位置

FP2 第2焦点位置

AX1 长轴

A1、A2、A10 光轴

L1 照明光

R1 反射光

P0 四棱柱(柱体)。

Claims (15)

1.一种光学装置，具备：

光源部，向感知区域投射照明光；

光检测器，对在所述感知区域反射的所述照明光的反射光进行受光；和

聚光镜，使所述反射光聚光于所述光检测器，

所述聚光镜具有贯通孔，所述贯通孔使从所述光源部出射的所述照明光通过，使所述光源部的光轴与所述聚光镜的光轴相互匹配，

所述聚光镜的反射面具有通过以长轴为旋转轴的旋转椭圆面来切取在所述照明光的投射方向延伸的柱体而得到的形状，

在相对于所述聚光镜而朝向所述聚光镜的第1焦点位置的方向配置所述光检测器，在相对于所述聚光镜而朝向所述聚光镜的第2焦点位置的方向设定所述感知区域。

2.根据权利要求1所述的光学装置，其中，

所述柱体是四棱柱。

3.根据权利要求1或者2所述的光学装置，其中，

所述贯通孔在与所述光检测器对置的内侧面具有切口。

4.根据权利要求1或者2所述的光学装置，其中，

在所述贯通孔的出口与所述光检测器之间，具备用于对在所述贯通孔的出口散射的所述照明光进行遮光的遮光掩模。

5.根据权利要求1至4的任一项所述的光学装置，其中，

所述第2焦点位置被设定于测量距离范围的最远距离位置。

6.根据权利要求5所述的光学装置，其中，

所述光检测器的受光面被配置于所述第1焦点位置。

7.根据权利要求5所述的光学装置，其中，

所述光检测器被配置于在所述最远距离位置反射的所述反射光的光点尺寸为与所述光检测器的受光面同等尺寸的位置。

8.根据权利要求1至4的任一项所述的光学装置，其中，

所述第2焦点位置被设定于测量距离范围的最远距离位置与最近距离位置之间的距离位置，

所述光检测器的受光面的尺寸被设定为：在所述最远距离位置反射的所述反射光的所述光检测器的受光面上的光点尺寸为所述受光面以下的尺寸。

9.根据权利要求1至8的任一项所述的光学装置，其中，

所述光检测器的受光面比在测量距离范围的最近距离位置反射的所述反射光的所述受光面上的光点尺寸小。

10.根据权利要求1至9的任一项所述的光学装置，其中，

所述光源部具备：

多个光源，出射相互不同波长的光；和

匹配光学系统，使所述各光源的出射光轴相互匹配。

11.根据权利要求10所述的光学装置，其中，

所述光学装置具备：判断部，基于所述光检测器的检测信号来判断所述感知区域中的堆积物。

12.根据权利要求11所述的光学装置，其中，

所述光源部具备：分别出射相互不同的第1波长、第2波长以及第3波长的光的第1光源、第2光源以及第3光源，

所述第1光源、所述第2光源以及所述第3光源之中的2个光源分别出射针对水以及冰的吸收系数较高的波长的检测用的光，剩余一个的光源出射针对水以及冰的吸收系数较低的波长的参照用的光，

所述判断部基于通过针对所述参照用的光的所述检测信号来将针对2个所述检测用的光的所述检测信号标准化而得到的信号，判断所述堆积物。

13.根据权利要求12所述的光学装置，其中，

作为所述堆积物，所述判断部对水、冰以及雪进行判断。

14.一种光学装置，具备：

光源部，向感知区域投射照明光；

光检测器，对在所述感知区域反射的所述照明光的反射光进行受光；和

聚光镜，使所述反射光聚光于所述光检测器，

所述聚光镜的反射面具有通过以与所述投射方向平行的长轴为旋转轴的旋转椭圆面来切取在所述照明光的投射方向延伸的柱体而得到的形状，

在相对于所述聚光镜而朝向所述聚光镜的第1焦点位置的方向配置所述光检测器，在相对于所述聚光镜而朝向所述聚光镜的第2焦点位置的方向设定所述感知区域。

15.根据权利要求14所述的光学装置，其中，

所述光学装置具备：光学元件，使所述光源部的光轴与所述聚光镜的光轴相互匹配。

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