JP2019124649A - 光放射装置、物体情報検知装置、光路調整方法、物体情報検知方法、及び、光変調ユニット - Google Patents
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Abstract
Description
これにより、コストを抑えた簡便な構成で、光放射角度の高精度な調整を要することなく、広い角度範囲に光を放射することができる。
本発明の物体情報検知装置は、第1受光部における受光結果に基づいて、反射体の状態を検知する状態検知部と、状態検知部による検知結果に基づいて、座標系を設定する座標系設定部とを備え、物体情報検知部は、第2受光部における受光結果に基づいて、座標系設定部が設定した座標系における対象物の位置を検知することが好ましい。
これにより、コストを抑えた簡便な構成で、広い角度範囲において、高い精度で物体情報検知を実行することができる。
これにより、コストを抑えた簡便な構成で、広い角度範囲において、放射光の光路を精度良く調整することが可能となる。
これにより、コストを抑えた簡便な構成で、広い角度範囲において、高い精度で物体情報検知を実行することができる。
本発明の光変調ユニットにおいて、透過部は、入射光のうち透過率が高い成分に対して80〜95%の透過率を有することが好ましい。また、透過部は、入射光に対して3〜20%の反射率を有することが好ましい。
これにより、コストを抑えた簡便な構成で、光放射角度を容易に調整することができ、かつ、広い角度範囲に変調光を放射することができる。
さらに、このような光放射装置に用いられる、又は、このような光放射装置を用いた、物体情報検知装置、光路調整方法、物体情報検知方法、及び、光変調ユニットを提供することができる。
図1は、本実施形態に係る光放射装置及び物体情報検知装置の構成を概念的に示すブロック図である。図1に示すように、本実施形態に係る光放射装置は、光源11、光変調ユニット20、反射体30、及び、第1受光部12を備える。さらに、この光放射装置は、状態検知部13と変調光調整部14を備えることが好ましい。
光変調ユニット20の1つの態様としては、光変調部22を、入射光を変調して出射する空間光変調器とし、透過部21を、空間光変調器の入射面上に配置されたカバーガラスとする構成がある。
本実施形態に係る物体検知装置は、上述の光放射装置に加えて、第2受光部41と物体情報検知部42を備える。この物体検知装置は、さらに座標系設定部43を備えることが好ましい。
本実施形態の光路調整方法は、以下の各ステップにより、光変調ユニット20において変調された変調光を反射体30で反射させて対象物S側へ放射するときに、放射される変調光の光路を調整する。
光源11から光変調ユニット20へコヒーレント光を与えると、光変調ユニット20では、光変調部22で変調された変調光と、変調されずに主として透過部21で反射された非変調光とが反射体30側へ放射される。変調光調整部14による調整によって光変調部22から放射される変調光の進行方向は、透過部21における反射光を含む非変調光の進行方向とは異なるように設定される。このため、光変調ユニット20から放射される変調光は主として第1反射面31に入射し、非変調光は主として第2反射面32に入射する(入射ステップ)。さらに、第1反射面31で反射された変調光は対象物S側へ放射され、第2反射面32で反射された非変調光は、第1受光部12で受光される。
第1受光部12には、反射体30の第2反射面32で反射された非変調光が入射し、その入射光強度が検知される。この検知結果は状態検知部13へ出力され、状態検知部13では、検知結果に基づいて反射体30の状態が検知される(状態検知ステップ)。状態検知部13による検知結果は、変調光調整部14及び座標系設定部43へ出力される。
変調光調整部14においては、状態検知部13によって検知された、反射体30の状態に基づいて、光変調部22に対して制御信号が出力される(変調光制御ステップ)。制御信号を受けた光変調部22では、構成する部材の角度の調整によって変調光の光路、出射角度、出射範囲などが調整される。また、光路の調整のほか、例えば、光変調部22では、変調光の出射光強度を調整することもできる。
本実施形態の物体情報検知方法では、上述の光路調整方法のステップ(1)〜(3)に加えて、以下のステップ(4)、(5)を実行することにより、対象物Sの物体情報を検知する。
上記状態検知ステップにおける状態検知部13による検知結果は座標系設定部43へ出力され、座標系設定部43においては、状態検知部13による検知結果に基づいて座標系を設定する。設定された座標系の情報は、物体情報検知部42へ出力される。
第2受光部41には、対象物Sで反射された変調光が入射し、その入射光強度が検知される。この検知結果は物体情報検知部42へ出力される。物体情報検知部42には、座標系設定ステップにおいて設定された座標系の情報が記憶されており、第2受光部41における検知結果に基づいて、座標系設定部43で設定された座標系における対象物Sの位置、向き、形状、色などが検知される。
<実施例1>
図2は、実施例1に係る光放射装置の構成を示す図である。表1と表2は、実施例1に係る光放射装置の構成によるシミュレーション結果を示す表である。
図2に示すように、実施例1に係る光放射装置は、光変調ユニット120、反射体130、第1受光部112、平面ミラー115、及び、図示しない光源を備える。反射体130は、第1反射面131と第2反射面132を有する。光源からの出射光L100は、平面ミラー115で反射されて光変調ユニット120に入射する。光変調ユニット120からは、変調光L110と非変調光L120が出射される。変調光L110は、反射体130の第1反射面131に入射して反射光L111として対象物側へ放射される。非変調光L120は、反射体130の第2反射面132に入射して反射光L121として第1受光部112へ入射する。
反射体130は、1つの樹脂材料の別の領域に第1反射面131と第2反射面132をそれぞれ設けた構成を有する。第1反射面131の表面形状は、半径4mmの球面の一部の半球面とし、第2反射面132は、上記球面の球中心A1を通る平面とした。そして、第1反射面131と第2反射面132の表面に金属メッキを施して、鏡面とした。
光源から出射され、平面ミラー115で反射されるガウシアンビームは、その中心が原点へ向かうように、ベクトル(0.087,0,−0.996)で光変調ユニット120へ入射させた。
図3は、実施例2に係る光放射装置の構成を示す図である。表3は、実施例2に係る光放射装置の構成によるシミュレーション結果を示す表である。
図3に示すように、実施例2に係る光放射装置は、光変調ユニット220、反射体230、第1受光部212、及び、図示しない光源を備える。反射体230は、第1反射面231と第2反射面232を有する。光源からの出射光L200は光変調ユニット220に入射し、光変調ユニット220からは、変調光L210と非変調光L220が出射される。変調光L210は、反射体230の第1反射面231に入射して反射光L211として対象物側へ放射される。非変調光L220は、反射体230の第2反射面232に入射して反射光L221として第1受光部212へ入射する。ここで、第1受光部212と光変調ユニット220は同一の平面上に設置した。
反射体230は、樹脂材料で形成された、第1反射面231と第2反射面232を備えている。第1反射面231は半径4mmの球面の一部として形成され、第2反射面232は、第1反射面231を構成する球面と中心A2を共有する半径3mmの球面の一部とした。さらに、第1反射面231と第2反射面232の表面に金属メッキを施して、鏡面とした。
光源から出射されたガウシアンビームは、その中心が原点へ向かうように、ベクトル(0.087,0,−0.996)で光変調ユニット220へ入射させた。
図4は、実施例3に係る光放射装置の構成を示す図である。表4は、実施例3に係る光放射装置の構成によるシミュレーション結果を示す表である。
図4に示すように、実施例3に係る光放射装置は、光変調ユニット320、反射体330、第1受光部312、及び、図示しない光源を備える。反射体330は、第1反射面331と第2反射面332を有する。光源からの出射光L300は光変調ユニット320に入射し、光変調ユニット320からは、変調光L310と非変調光L320が出射される。変調光L310は、反射体330の第1反射面331に入射して反射光L311として対象物側へ放射される。非変調光L320は、反射体330の第2反射面332に入射して反射光L321として第1受光部312へ入射する。ここで、第1受光部312と光変調ユニット320は同一の平面上に設置した。
反射体330は、樹脂材料で形成された、第1反射面331と第2反射面332を備えている。第1反射面331は、半径4mmの球面の一部として形成されている。第2反射面332は、半径4mm、高さ3mmの円柱の一方の円形端面を半径3mm(中心A32)で丸めたものである。第2反射面332は、第1反射面331を構成する球の中心A31が、円柱状の第2反射面332の中心軸上に位置するように、第1反射面331に対して接合される。この接合は、第2反射面332の円柱形状の両端の円形端面のうち、半径3mmで丸めた端面ではない方の端面を第1反射面331に接合している。さらに、第1反射面331と第2反射面332の表面に金属メッキを施して、鏡面とした。
光源から出射されたガウシアンビームは、その中心が原点へ向かうように、ベクトル(0.087,0,−0.996)で光変調ユニット320へ入射させた。
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
12、112、212、312 第1受光部
13 状態検知部
14 変調光検知部
20、120、220、320 光変調ユニット
21 透過部
22 光変調部
30、130、230、330 反射体
31、131、231、331 第1反射面
32、132、232、332 第2反射面
41 第2受光部
42 物体情報検知部
43 座標系設定部
115 平面ミラー
L100、L200、L300 出射光
L110、L210、L310 変調光
L111、L211、L311 反射光
L120、L220、L320 非変調光
L121、L221、L321 反射光
S 対象物
Claims (23)
- コヒーレント光を出射する光源と、光変調ユニットと、反射体と、第1受光部とを備えた光放射装置であって、
前記反射体は、球面の一部である第1反射面と、前記第1反射面とは別の第2反射面とを備え、
前記第1反射面には、前記光変調ユニットで変調された変調光が入射し、その反射光が対象物へ放射され、
前記第2反射面には、前記光変調ユニットで変調されずに反射された非変調光が入射し、その反射光が前記第1受光部で受光されることを特徴とする光放射装置。 - 前記第2反射面が、平面、又は、第1反射面と曲率が異なる曲面である請求項1に記載の光放射装置。
- 前記第1反射面と前記第2反射面は曲率中心の位置が同一である請求項2に記載の光放射装置。
- 前記第2反射面は、前記第1反射面を形成する球面の一部であって、前記第1反射面とは別の領域に設けられている請求項1に記載の光放射装置。
- 前記光変調ユニットは、前記光源からの出射光の光路において、前記光源側から順に配置された、透過部と光変調部とを備え、
前記第1反射面には、前記光変調部で変調された変調光が入射し、
前記第2反射面には、前記光変調部で変調されずに、前記透過部又は前記光変調部で反射された非変調光が入射する請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の光放射装置。 - 前記光変調部は、入射光を変調して出射する空間光変調器であって、
前記透過部は前記空間光変調器の入射面上に配置されたカバーガラスである請求項5に記載の光放射装置。 - 前記光変調ユニットは、液晶層を有する、液晶パネル又はLCOS(Liquid Crystal On Silicon)であって、前記透過部は、前記液晶層よりも前記光源側に配置された、1又は2以上の透過性を有する板材を含む請求項5又は請求項6に記載の光放射装置。
- 前記光変調ユニットは、複数の可動鏡を含む微小電気機械システムであって、前記透過部は、前記可動鏡よりも前記光源側に配置された、1又は2以上の透過性を有する板材を含む請求項5又は請求項6に記載の光放射装置。
- 前記透過部は、入射光のうち透過率が高い成分に対して80〜95%の透過率を有する請求項5から請求項8のいずれか1項に記載の光放射装置。
- 前記透過部は、空気との界面で入射光に対して3〜20%の反射率を有する請求項5から請求項9のいずれか1項に記載の光放射装置。
- 前記球面は、前記対象物側に凸面を向けた凸面鏡の一部、又は、前記対象物側に凹面を向けた凹面鏡の一部である請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の光放射装置。
- 前記光源はレーザー光源である請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の光放射装置。
- 前記レーザー光源からの出射光をコリメート光とし、前記光変調ユニットへ出射するコリメート光学系を備える請求項12に記載の光放射装置。
- 前記第1受光部における受光結果に基づいて、前記反射体の状態を検知する状態検知部と、
前記状態検知部による検知結果に基づいて、前記変調光を制御する変調光調整部とを備える請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の光放射装置。 - 前記変調光調整部は、前記状態検知部による検知結果に基づいて、前記光変調部からの前記変調光の出射方向を変更するように前記光変調部を制御する請求項14に記載の光放射装置。
- 前記変調光調整部は、前記状態検知部による検知結果に基づいて、前記第1反射面における前記変調光の反射方向を変更するように前記反射体の向きを調整する請求項14又は請求項15に記載の光放射装置。
- 請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の光放射装置と、
前記対象物で反射された前記変調光を受光する第2受光部と、
前記第2受光部における受光結果に基づいて、前記対象物の物体情報を検知する物体情報検知部とを備えることを特徴とする物体情報検知装置。 - 前記第1受光部における受光結果に基づいて、前記反射体の状態を検知する状態検知部と、
前記状態検知部による検知結果に基づいて、座標系を設定する座標系設定部とを備え、
前記物体情報検知部は、前記第2受光部における受光結果に基づいて、前記座標系設定部が設定した座標系における前記対象物の位置を検知する請求項17に記載の物体情報検知装置。 - 光変調ユニットにおいて変調された変調光を反射体で反射させて対象物へ放射するときに、前記反射体で反射されて放射される変調光の光路を調整する光路調整方法であって、
前記反射体は、球面の一部である第1反射面と、前記第1反射面とは別の第2反射面とを備え、
前記光変調ユニットにコヒーレント光を与え、前記光変調ユニットで変調された変調光を前記第1反射面に入射させるとともに、前記光変調ユニットで変調されずに反射された非変調光を前記第2反射面に入射させる入射ステップと、
前記第2反射面における反射光に基づいて、前記反射体の状態を検知する状態検知ステップと、
前記状態検知ステップにおいて検知された前記反射体の状態に基づいて、前記変調光を制御するステップとを有することを特徴とする光路調整方法。 - 光変調ユニットにおいて変調された変調光を反射体で反射させて対象物へ放射し、
前記反射体は、球面の一部である第1反射面と、前記第1反射面とは別の第2反射面とを備え、
前記光変調ユニットにコヒーレント光を与え、前記光変調ユニットで変調された変調光を前記第1反射面に入射させるとともに、前記光変調ユニットで変調されずに反射された非変調光を前記第2反射面に入射させ、
前記第1反射面における反射光を前記対象物へ放射させ、
前記第2反射面における反射光に基づいて、前記反射体の状態を検知するとともに、座標系を設定し、
前記対象物で反射された前記変調光の受光結果に基づいて、前記対象物の物体情報を検知することを特徴とする物体情報検知方法。 - コヒーレント光を出射する光源からの出射光の光路において、前記光源側から順に配置された、透過部と光変調部とを備えた光変調ユニットであって、
前記光変調部で変調された変調光と、前記光変調部で変調されずに、前記透過部又は前記光変調部で反射された非変調光とを出射し、
前記変調光と、前記非変調光の少なくとも一部とは、前記光変調ユニットの出射面に対して互いに異なる出射角で出射されることを特徴とする光変調ユニット。 - 前記透過部は、入射光のうち透過率が高い成分に対して、に対して80〜95%の透過率を有する請求項21に記載の光変調ユニット。
- 前記透過部は、入射光に対して3〜20%の反射率を有する請求項21又は請求項22に記載の光変調ユニット。
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