CN116997840A - 光反射装置、传感器装置以及照明装置 - Google Patents

Abstract

一种光反射装置、传感器装置以及照明装置。光反射部件(11)具有反射光的镜面(111)。偏转机构以在沿镜面(111)的方向上延伸的摆动轴(A)为中心使光反射部件(11)摆动。第一限制部件(131)在与镜面(111)交叉的方向上隔着间隙与光反射部件(11)的包含摆动轴(A)的部分相对，限制摆动轴(A)向与镜面(111)交叉的方向的位移。

Description

光反射装置、传感器装置以及照明装置

技术领域

本公开涉及一种光反射装置，其将从光源射出的光向所希望的方向反射。本公开还涉及具有该光反射装置的传感器装置和照明装置。

背景技术

专利文献1公开了搭载在车辆上的LiDAR系统。LiDAR系统具有周期性地变更从光源射出的光的行进方向，以检测车辆外部的物体的光反射装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特许出愿公表2020-519891号公报

发明内容

发明要解决的课题

要求抑制光反射装置的光反射方向的精度降低。

用于解决课题的技术方案

本公开的一方面提供一种光反射装置，其具有：光反射部件，其具有反射光的镜面；偏转机构，其以在沿所述镜面的方向上延伸的摆动轴为中心使所述光反射部件摆动；限制部件，其在与所述镜面交叉的方向上隔着间隙与所述光反射部件的包含所述摆动轴的部分相对，限制所述摆动轴向与所述镜面交叉的方向的位移。

本公开的另一方面提供一种光反射装置，其具有：光反射部件，其具有反射光的镜面；偏转机构，其以在沿所述镜面的方向上延伸的摆动轴为中心使所述光反射部件摆动；一对限制部件，其相对于所述摆动轴呈轴对称地配置，在与所述镜面交叉的方向上隔着间隙与所述光反射部件相对，并且限制所述光反射部件向与所述镜面交叉的方向的位移。

本申请发明人注意到，光反射装置的光反射方向有时会随着光反射部件的摆动而偏离规定的方向。本申请发明人通过研究和分析发现，随着光反射部件的摆动，摆动轴的位置有时会向与镜面交叉的方向位移，以及光反射方向的自规定方向的偏移量的变化与摆动轴的位移之间存在相关性。结果，本申请发明人得到这样的构思：通过限制摆动轴随着光反射部件的摆动的位移，能够抑制光反射方向自规定方向偏移。

根据上述各方式的结构，当摆动轴随着光反射部件的摆动而向与镜面交叉的方向位移时，限制部件与光反射部件的一部分抵接。由此，限制摆动轴随着光反射部件的摆动向与镜面交叉的方向的位移。因此，能够抑制光反射装置的光反射方向的精度的降低。

本公开又一方面提供一种传感器装置，其具有：上述任一方面的光反射装置；发光元件，其射出非可见光；受光元件，其输出与入射的非可见光的强度对应的信号；所述光反射装置的所述镜面将从所述发光元件射出的非可见光向检测区域反射，并且将反射到位于该检测区域内的物体的非可见光向所述受光元件反射。

根据这样的结构，抑制光反射部件的摆动轴向与镜面交叉的方向位移引起的光反射方向的精度的降低，所以还能够抑制利用该镜面的传感器装置对物体的检测精度的降低。

本公开的再一方面提供一种照明装置，具有上述任一方面所述的光反射装置和射出可见光的光源，所述光反射装置的所述镜面将所述可见光向照明区域反射。

根据这样的结构，抑制光反射部件的摆动轴向与镜面交叉的方向的位移引起的光反射方向的精度的降低，因此还能够抑制利用该镜面由照明装置形成的配光图案的配置及形状所涉及的精度的降低。

附图说明

图1示例一实施方式的光反射装置的一部分构成。

图2表示从镜面的法线方向观察到的图1的光反射装置的结构。

图3示例从沿着摆动轴的方向观察到的图1的光反射装置的结构。

图4是用于说明图3的第一限制部件的功能的图。

图5示例图1的光反射装置的动作。

图6表示图1的光反射装置的结构的另一例。

图7表示图1的光反射装置的结构的另一例。

图8表示图1的光反射装置的结构的另一例。

图9示例从沿摆动轴的方向观察到的图8的光反射装置的结构。

图10示例图8的光反射装置的动作。

图11示例可搭载图1的光反射装置的传感器装置的结构。

图12示例可搭载图1的光反射装置的照明装置的结构。

图13示例可搭载上述的传感器装置和照明装置的车辆。

图14表示图1的光反射装置的结构的另一例。

图15示例上述的传感器装置和照明装置搭载于交通基础设施的情况。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明实施方式的例子。在用于以下说明的各附图中，为了使各部件成为能够识别的大小而适当变更比例。

图1至图3示例了一实施方式的光反射装置10的结构。光反射装置10具有光反射部件11和偏转机构12。

光反射部件11具有反射光L的镜面111。偏转机构12以在沿镜面111的方向上延伸的摆动轴A为中心使光反射部件11摆动而构成。

偏转机构12包括框架121、扭杆122和线圈123。光反射部件11经由扭杆122支承在框架121上。通过在由未图示的磁铁产生的磁场内配置线圈123使电流流动，产生以扭杆122为中心使光反射部件11摆动的力。即，摆动轴A沿着扭杆122延伸。随着光反射部件11的摆动，光L的反射方向周期性地变化。

如图2和图3所示例，光反射装置10包括第一限制部件131。第一限制部件131在与镜面111交叉的方向上隔着间隙与光反射部件11中的包含摆动轴A的部分相对。

本申请发明人注意到，如图4所示例，有时光L的反射方向随着光反射部件1的摆动而从规定的方向偏离。本申请发明人通过研究和分析发现，随着光反射部件11的摆动，摆动轴A的位置有时会向与镜面111交叉的方向位移，以及光L的反射方向自规定方向的偏移量的变化与摆动轴A的位移之间存在相关性。结果，本申请发明人得到这样的构思：通过限制摆动轴A伴随着光反射部件11的摆动的位移，能够抑制光L的反射方向偏离规定方向。

如图5所示，根据本实施方式的结构，若摆动轴A随着光反射部件11的摆动而向与镜面111交叉的方向位移，则第一限制部件131与光反射部件11的一部分抵接。由此，限制摆动轴A随着光反射部件11的摆动而向与镜面111交叉的方向的位移。因此，能够抑制光反射装置10引起的光反射方向的精度下降。

另一方面，在摆动轴A处于规定位置的状态下，在光反射部件11与第一限制部件131之间形成有间隙，因此，通过第一限制部件131不会阻碍光反射部件11的摆动。即，间隙的大小被规定为，允许光反射部件11进行规定的摆动，并且摆动轴A向与镜面111交叉的方向的位移量不超过允许范围。

在本例中，形成有第一限制部件131的材料的硬度被规定为比在光反射部件11中形成有与第一限制部件131相对的部分的材料的硬度低。第一限制部件131例如可以由硅形成。在该情况下，在光反射部件11中与第一限制部件131相对的部分由硬度比硅高的材料形成。

根据这样的结构，能够抑制第一限制部件131与光反射部件11抵接而引起的光反射部件11的损伤。

如图6和图7所示例，第一限制部件131的前端的形状可适当地变更。在任一例中，以在第一限制部件131与光反射部件11抵接时两者线接触或点接触的方式定义形状。

在图6所示的例子中，第一限制部件131的前端呈具有在沿摆动轴A的方向上延伸的轴的半圆柱形状、或者具有在沿摆动轴A的方向上排列的多个半球状突起的形状。在图7所示的例子中，第一限制部件131的前端呈具有在沿摆动轴A的方向上延伸的轴的三角柱形状、或者具有在沿摆动轴A的方向上排列的多个三角锥状突起的形状。

根据这样的结构，能够降低光反射部件11与第一限制部件131的接触面积，因此能够抑制限制时的光反射部件11和第一限制部件131的静电吸附的发生。由此，能够抑制光反射部件11的摆动被第一限制部件131阻碍的情况的发生。

如图3所示例，在第一限制部件131的表面可形成几何学且微细的凹凸图案。在凹凸图案P1的情况下，排列有多个直线的槽。各槽的宽度和深度可以分别为数μm级。在凹凸图案P2的情况下，二维地排列有多个三角锥状的突起。各突起的宽度和高度可分别为数μm级。

通过这样的结构，也能够降低光反射部件11和第一限制部件131的接触面积，因此能够抑制限制时的光反射部件11和第一限制部件131的静电吸附的发生。

另外，凹凸图案P1和凹凸图案P2分别可通过反应性离子蚀刻、光蚀刻等蚀刻技术形成。在该情况下，能够用比较简单的方法正确地形成几何学且微细的凹凸图案。用于形成第一限制部件131的材料和表面的凹凸图案形状根据所应用的蚀刻技术适当地确定。

如图3所示例，光反射装置10可包括激振装置14。激振装置14构成为，在光反射部件11与第一限制部件131之间产生静电吸附的情况下，对光反射部件11和第一限制部件131的至少一方施加超声波振动。超声波振动的频率和施加时间适当地设定为能够消除在光反射部件11与第一限制部件131之间产生的静电吸附的程度。

根据这样的结构，即使在意外地在光反射部件11与第一限制部件131之间产生静电吸附的情况下，也能够在不对光反射部件11施加过大的应力，实现向两者隔着间隙相对的状态的恢复。

如图8和图9所示例，光反射装置10具有一对第二限制部件132。一对第二限制部件132以相对于摆动轴A呈轴对称的方式配置。各第二限制部件132在与镜面111交叉的方向上隔着间隙与光反射部件11相对。

根据这样的结构，如图10所示例，当摆动轴A随着光反射部件11的摆动而向与镜面111交叉的方向位移时，一对第二限制部件132的至少一方与光反射部件11的一部分抵接。由此，能够容易地限制光反射部件11追随摆动轴A向与镜面111交叉的方向的位移向相同方向的位移。

另一方面，在摆动轴A处于规定位置的状态下，由于在光反射部件11与各第二限制部件132之间形成有间隙，所以通过第二限制部件132不阻碍光反射部件11的摆动。即，间隙的大小被规定为，允许光反射部件11进行规定的摆动，并且光反射部件11向与镜面11交叉的方向的位移量不超过允许范围。

在本例中，形成有各第二限制部件132的材料的硬度被规定为比在光反射部件11中形成与各第二限制部件132相对的部分的材料的硬度低。各第二限制部件132例如可由硅形成。在该情况下，在光反射部件11中与各第二限制部件132相对的部分由硬度比硅高的材料形成。

根据这样的结构，能够抑制由于各第二限制部件132与光反射部件11抵接而引起的光反射部件11的损伤。

各第二限制部件132的前端的形状与参照图6和图7说明的第一限制部件131的前端的形状同样，可适当地变更。另外，在各第二限制部件132的表面，与参照图3说明的第一限制部件131的表面同样地，可形成几何学且微细的凹凸图案。

在这些情况下，由于能够降低光反射部件11和各第二限制部件132的接触面积，所以能够抑制限制时的光反射部件11和各第二限制部件132的静电吸附的发生。由此，能够抑制光反射部件11的摆动被各第二限制部件132阻碍的情况的发生。

上述凹凸图案可通过反应性离子蚀刻、光蚀刻等蚀刻技术形成。该情况下，能够通过比较简单的手法正确地形成几何学且细微的凹凸图案。用于形成各第二限制部件132的材料和表面的凹凸图案形状根据适用的蚀刻技术适当地确定。

如图9所示例地，激振装置14在光反射部件11与任意的第二限制部件132之间产生静电吸附的情况下，对光反射部件11和第二限制部件132的至少一方施加超声波振动而构成。超声波振动的频率和施加时间适当规定为能够消除在光反射部件11与第二限制部件132之间可产生的静电吸附的程度。

根据这样的结构，即使在意外地在光反射部件11与任意的第二限制部件132之间产生了静电吸附的情况下，也能够不对光反射部件11施加过大的应力，实现向二者隔着间隙相对的状态的恢复。

若配置成与光反射部件11中的包含摆动轴A的部分相对，则可适当地规定第一限制部件131的数量和位置。

若相对于摆动轴A呈轴对称地配置，则可适当规定第二限制部件132的数量和位置。

如果通过利用一对第二限制部件132限制光反射部件11追随摆动轴A向与镜面111交叉的方向位移的向同方向的位移，能够抑制光反射装置10的光反射方向的精度降低，也可以省略第一限制部件131。

上述光反射装置10可搭载在图11示例的传感器装置20上。传感器装置20是用于检测位于规定的检测区域SA内的物体OB的装置。

传感器装置20具有发光元件21。发光元件21以可射出非可见光的方式构成。发光元件21可通过发光二极管、激光二极管等实现。

传感器装置20具有受光元件22。受光元件22构成为，对由发光元件21射出的非可见光IV的波长具有灵敏度，输出与入射的光的强度对应的光检测信号LS。受光元件22可由光电二极管、光电晶体管、光电寄存器等实现。

传感器装置20具有控制部23。控制部23输出使发光元件21射出非可见光IV的出射控制信号C1和使光反射装置10调节光反射部件11的姿势的反射控制信号C2。控制部23构成为接受从受光元件22输出的光检测信号LS。

控制部23通过输出出射控制信号C1，使发光元件21射出脉冲状的非可见光IV。从发光元件21射出的非可见光IV入射到光反射部件11。在发光元件21与光反射部件11之间可配置适当的光学系统。被光反射部件11的镜面111反射的非可见光IV向检测区域SA行进。

在物体OB位于非可见光IV的行进路上时，非可见光IV被物体OB反射，并向光反射部件11返回。控制部23通过输出反射控制信号C2，使光反射部件11向光反射装置10的偏转机构12摆动。由此，改变镜面111的反射角。具体而言，调节光反射部件11的姿势，以使来自物体OB的返回光向受光元件22反射。在光反射部件11与受光元件22之间可配置适当的光学系统。

被镜面111反射的来自物体OB的返回光入射到受光元件22。在受光元件22中检测脉冲状的受光强度变化。受光元件22输出与该变化对应的光检测信号LS。控制部23通过接受与脉冲状的受光强度变化对应的光检测信号LS，能够检测物体OB位于从发光元件21射出并被光反射部件11反射的非见光IV的行进路上。另外，控制部23能够基于从由发光元件21射出非可见光IV到由受光元件22检测出返回光为止的时间，检测到物体OB的距离。

控制部23一边利用反射控制信号C2变更使发光元件21射出非可见光IV的时刻的光反射部件11的姿势，一边重复上述处理。由此，在图11中点划线所示的范围内，非可见光IV的行进方向被变更。该范围对应于检测区域SA。因此，能够实现通过用从单一的发光元件21射出的非可见光IV扫描检测区域SA来检测物体OB的结构。

具有上述功能的控制部23可通过输出出射控制信号C1和反射控制信号C2的输出接口、接收光检测信号LS的输入接口、以及执行与出射控制信号C1、反射控制信号C2和光检测信号LS有关的处理的处理器来实现。该处理器可由微控制器、ASIC、FPGA等专用集成电路来实现。该处理器可以由与通用存储器协同动作的通用微处理器来实现。

上述光反射装置10可搭载在图12所示例的照明装置30上。照明装置30是用可见光V对规定的照明区域LA进行照明的装置。

照明装置30具有光源31。光源31构成为射出可见光V。光源31可由发光二极管、激光二极管、EL元件等半导体发光元件实现。

照明装置30具有控制部32。控制部32构成为输出使光源31射出可见光V的出射控制信号C3和使光反射装置10调节光反射部件11的姿势的反射控制信号C4。

控制部32通过输出出射控制信号C3，使光源31射出可见光V。从光源31射出的可见光V射入光反射部件11。在光源31与光反射部件11之间可配置适当的光学系统。被光反射部件11的镜面111反射的可见光V向照明区域LA行进。可见光V在照明区域LA中形成规定的配光图案P的一部分。

控制部32一边利用反射控制信号C4变更使光源31射出可见光V的时刻的光反射部件11的姿势，一边重复上述处理。由此，在图12中单点划线所示的范围内变更可见光V的行进方向。该范围对应于照明区域LA。通过以人眼无法识别的频率重复进行利用从单一光源31射出的可见光V进行的照明区域LA的扫描，看起来连续地形成具有比从单一光源31射出的可见光V能够照明的面积大的面积的配光图案P。

控制部32可变更出射控制信号C3和反射控制信号C4的组合，使得在光反射部件11处于能够向照明区域LA内的特定方向反射可见光V的姿势时停止光源31的可见光V的射出。在该情况下，如图12所示例，能够在照明区域LA内形成包括部分非照明区域UA的配光图案P。

具有上述功能的控制部32可以由输出出射控制信号C3和反射控制信号C4的输出接口、以及执行出射控制信号C3和反射控制信号C4的处理的处理器来实现。该处理器可由微控制器、ASIC、FPGA等专用集成电路实现。该处理器可以由与通用存储器协同动作的通用微处理器来实现。

如图13所示例，上述的传感器装置20和照明装置30的至少一方可搭载在车辆40上。车辆40是移动体的一例。在本例中，传感器装置20和照明装置30的至少一方搭载在车辆40的左前部。车辆40的左前部是比车辆40的左右方向上的中央靠左侧且比车辆40的前后方向上的中央靠前侧的部分。传感器装置20的检测区域SA和照明装置30的照明区域LA被设定在车辆40的外侧。上述的非照明区域UA是为了抑制可给位于照明区域A内的其他车辆的乘员或行人造成的眩光而形成的。

在传感器装置20和照明装置30两者搭载于车辆40的情况下，单一的光反射装置10的光反射部件11也可以由传感器装置20的发光元件21和受光元件22、及照明装置30的光源31共有。

在车辆40这样的移动体中，伴随着加减速和振动，在光反射部件11的摆动轴A上容易产生向与镜面111交叉的方向的位移。因此，到目前为止说明的各种效果变得更加显著。

上述各实施方式只不过是用于理解本发明的示例。上述各实施方式的结构如果不脱离本公开的主旨，则可以适当地进行变更或组合。

如果能够以在沿光反射部件11的镜面111的方向上延伸的摆动轴A为中心使光反射部件11摆动，则可适当地规定偏转机构12的结构。例如，如图14所示例，偏转机构12可包括第一臂构件124、第二臂构件125、第一致动器126和第二致动器127。

第一臂部件124和第二臂部件125分别以与光反射部件11的镜面111交叉的方向为长度方向而延伸。第一臂部件124的长度方向上的一端部和第二臂部件125的长度方向上的一端部分别与光反射部件11结合。

第一致动器126支承第一臂部件124。第一致动器126使第一臂部件124向与光反射部件11的镜面111交叉的方向位移。第二致动器127支承第二臂部件125。第二致动器127使第二臂部件125向与光反射部件11的镜面111交叉的方向移位。例如，第一致动器126和第二致动器127中的每一个可构成为包含根据施加的电压沿该方向伸缩的压电元件。

通过适当设定基于第一致动器126的第一臂部件124的位移量和基于第二致动器127的第二臂部件125的位移量，能够调节由光反射部件11反射的光L的行进方向。

在车辆40中，配置传感器装置20和照明装置30中至少一方的位置除了图13所示的例子之外或者替代地，根据预先设定的检测区域SA和照明区域LA的至少一方适当地确定。

搭载传感器装置20和照明装置30的至少一方的移动体不限于车辆40。作为其他移动体的例子，包括铁路、飞行体、飞机、船舶等。搭载传感器装置20和照明装置30的至少一方的移动体也可以不需要驾驶员。

传感器装置20和照明装置30的至少一方不需要搭载在移动体上。例如，传感器装置20也可应用于设置在住宅或设施等中检测进入检测区域内的物体的防范系统。照明装置30也可适用于在特定的路面或墙面上暂时显示规定的图形、文字、标识等的装置。

例如，如图15所示，传感器装置20和照明装置30的至少一方也可搭载在路灯50或交通信号灯60等交通基础设施中。

在传感器装置20搭载在路灯50或交通信号灯60的情况下，能够检测出位于区域A1内的行人70或车辆等。即，图11所示例的检测区域SA设定在区域A1内。例如，如果检测到行人70或车辆要进入交叉路口，则该信息可以通过通信向从另一方向要进入该交叉路口的车辆40通知。或者，通过照明装置30在区域A2描画提醒欲从另一方向进入该交叉路口的车辆40注意的信息(文字、标识、闪烁的警示色等)。即，图12所示例的照明区域LA设定在区域A2内。

作为构成本公开的一部分的内容，引用2021年3月17日提交的日本专利申请2021-043885号的内容。

Claims (16)

1.一种光反射装置，其中，具有：

光反射部件，其具有反射光的镜面；

偏转机构，其以在沿所述镜面的方向上延伸的摆动轴为中心使所述光反射部件摆动；

第一限制部件，其在与所述镜面交叉的方向上隔着间隙与所述光反射部件的包含所述摆动轴的部分相对，限制所述摆动轴向与所述镜面交叉的方向的位移。

2.如权利要求1所述的光反射装置，其中，

形成所述第一限制部件的材料的硬度比形成所述光反射部件中的与所述第一限制部件相对的部分的材料的硬度低。

3.如权利要求1或2所述的光反射装置，其中，

在所述第一限制部件形成有几何学的凹凸图案。

4.如权利要求3所述的光反射装置，其中，

所述凹凸图案通过蚀刻技术形成。

5.如权利要求1～4中任一项所述的光反射装置，其中，

具备对所述光反射部件和所述第一限制部件的至少一方施加超声波振动的激振装置。

6.如权利要求1～5中任一项所述的光反射装置，其中，

具有一对第二限制部件，其相对于所述摆动轴呈轴对称地配置，在与所述镜面交叉的方向上隔着间隙与所述光反射部件相对，并且限制所述光反射部件向与所述镜面交叉的方向的位移。

7.如权利要求6所述的光反射装置，其中，

形成有所述一对第二限制部件材料的硬度比形成所述光反射部件中的与所述一对第二限制部件相对的部分的材料的硬度低。

8.如权利要求6或7所述的光反射装置，其中，

在所述一对第二限制部件的每一个上形成有几何学的凹凸图案。

9.如权利要求8所述的光反射装置，其中，

所述凹凸图案通过蚀刻技术形成。

10.如权利要求6～9中任一项所述的光反射装置，其中，

具备对所述光反射部件和所述一对第二限制部件中的至少一方施加超声波振动的激振装置。

11.一种光反射装置，其中，具有：

光反射部件，其具有反射光的镜面；

偏转机构，其以在沿所述镜面的方向上延伸的摆动轴为中心使所述光反射部件摆动；

一对限制部件，其相对于所述摆动轴呈轴对称地配置，在与所述镜面交叉的方向上隔着间隙与所述光反射部件相对，并且限制所述光反射部件向与所述镜面交叉的方向的位移。

12.一种传感器装置，其中，具有：

权利要求1～11中任一项所述的光反射装置；

发光元件，其射出非可见光；

受光元件，其输出与入射的非可见光的强度对应的光检测信号；

所述光反射装置的所述镜面将从所述发光元件射出的非可见光向检测区域反射，并且将反射到位于该检测区域内的物体的非可见光向所述受光元件反射。

13.如权利要求12所述的传感器装置，其中，

搭载在移动体上而构成。

14.一种照明装置，其中，具有：

权利要求1～11中任一项所述的光反射装置；

光源，其射出可见光，

所述光反射装置的所述镜面将所述可见光向照明区域反射。

15.如权利要求14所述的照明装置，其中，具有：

发光元件，其射出非可见光；

受光元件，其输出与入射的非可见光的强度对应的光检测信号；

所述镜面将从所述发光元件射出的非可见光向检测区域反射，并且将反射到位于该检测区域内的物体的非可见光向所述受光元件反射。

16.如权利要求14或15所述的照明装置，其中，

搭载在移动体上而构成。