JP2020056656A - 照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メカニカル部品を削減し、同じ角度、同じ間隔で光ビームを出射する照射装置を提供する。【解決手段】照射装置１は、Ｓ偏光の光を反射し、Ｐ偏光の光を透過させる複数のＰＢＳ４と、光の偏光状態を制御する複数の偏光切替素子３と、光を屈折させて光の進行方向を変化させる複数のプリズム５と、を備えている。そして、ＰＢＳ４は、光の偏光状態に応じて、複数の光出射領域Ａ１〜Ａ５のいずれかから光を出射させ、あるいは他のＰＢＳ４に光を入射させ、偏光切替素子３は、複数のＰＢＳ４のそれぞれに入射する光の状態を制御可能なように、光源システム２から光出射領域Ａ１〜Ａ５までの経路上に配置されており、複数の光出射領域Ａ１〜Ａ５から出射される光のそれぞれについて、光路を出射方向と逆向きに延長した仮想線ＶＬ１〜ＶＬ５が仮想発光点ＶＰで交わるように、ＰＢＳ４とプリズム５とが配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、光源から照射された光を複数の方向に向けて選択的に出射する照射装置に関する。

遠距離にある対象までの距離を測定する技術の一つに、Light Detection and Ranging（ＬｉＤＡＲ）技術があり、それを実現する装置としてレーザレーダ装置がある。レーザレーダ装置は、対象物に向かってレーザ光を出射するレーザ光源を含む投光光学系と、対象物に当たって反射したレーザ光の反射光を受光する受光光学系を含む（例えば、特許文献１）。

従来のＬｉＤＡＲ技術を用いたレーザレーダ装置は、ポリゴンミラー等のメカニカル部品を駆動させることでレーザ光を複数の方向に向けて選択的に出射している。このようなレーザレーダ装置を車両等の移動体に搭載する場合、走行時等の振動で内部の機構に共振や破損が生じないようにメカニカル部品に十分な対策が必要とされる。このため、メカニカル部品を削減したいという要望がある。

例えば、メカニカル部品を削減したレーザ光を複数の方向に向けて選択的に出射する方法としては、特許文献２に記載の方法が挙げられる。特許文献２には、光学系に液晶素子と偏光グレーティングを用いて、レーザ光を複数の方向に向けて選択的に出射することが記載されている。

特開２０１４−１１５１８２号公報 国際公開２０１６／１７５０７１号公報

特許文献２に記載した方法の場合、積層した光ビーム偏光素子の最後のエレメントから出射する光ビームが散け、異なった位置から偏光するため、散けたビーム間の距離であるｗａｌｋ−ｏｆｆが存在してしまう。つまり、特許文献２に記載の方法は、仮想発光点が一つではないので、同じ角度、同じ間隔で光ビームを出射するのが困難である。

本発明が解決しようとする課題としては、メカニカル部品を削減し、同じ角度、同じ間隔で光ビームを出射することが一例として挙げられる。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、光源からの光を複数の光出射領域から選択的に出射する照射装置であって、第１状態の光の進行方向を変化させ、第２状態の光を透過させる複数の第１光学素子と、前記光の状態を制御する複数の第２光学素子と、前記光の進行方向を変化させる複数の第３光学素子と、を備え、前記第１光学素子は、前記光の状態に応じて、前記複数の光出射領域のいずれかから前記光を出射させ、あるいは他の前記第１光学素子に前記光を入射させ、前記複数の第２光学素子は、前記複数の第１光学素子のそれぞれに入射する光の状態を制御可能なように、前記光源から前記光出射領域までの経路上に配置されており、前記複数の光出射領域から出射される光のそれぞれについて、光路を出射方向と逆向きに延長した仮想線が一点で交わるように、前記第１光学素子と前記第３光学素子とが配置されている、ことを特徴とする。

本発明の第１の実施例にかかる照射装置の構成図である。 図１に示された光源システム、偏光切替素子、ＰＢＳ、プリズムの配置についての説明図である。 図２の一部を抜粋した図である。 光出射領域Ａ１から光を出射する場合の説明図である。 光出射領域Ａ２から光を出射する場合の説明図である。 光出射領域Ａ３から光を出射する場合の説明図である。 光出射領域Ａ４から光を出射する場合の説明図である。 光出射領域Ａ５から光を出射する場合の説明図である。 図１に示された偏光切替素子の切り替え制御についてまとめた表である。 本発明の一実施例にかかるレーザレーダ装置の概略構成図である。 図１の変形例である。 本発明の第２の実施例にかかる照射装置の構成図である。

以下、本発明の一実施形態にかかる照射装置を説明する。本発明の一実施形態にかかる照射装置は、第１状態の光の進行方向を変化させ、第２状態の光を透過させる複数の第１光学素子と、光の状態を制御する複数の第２光学素子と、光の進行方向を変化させる複数の第３光学素子と、を備えている。そして、第１光学素子は、光の状態に応じて、複数の光出射領域のいずれかから光を出射させ、あるいは他の第１光学素子に光を入射させ、複数の第２光学素子は、複数の第１光学素子のそれぞれに入射する光の状態を制御可能なように、光源から光出射領域までの経路上に配置されており、複数の光出射領域から出射される光のそれぞれについて、光路を出射方向と逆向きに延長した仮想線が一点で交わるように、第１光学素子と第３光学素子とが配置されている。このようにすることにより、第１光学素子と第２光学素子とでメカニカル部品を削減して光を複数の方向に向けて選択的に出射する構成を実現することができる。また、第１光学素子と第３光学素子が、複数の光出射領域から出射される光のそれぞれについて、光路を出射方向と逆向きに延長した仮想線が一点で交わるように配置されているので、同じ角度、同じ間隔で光ビームを出射することができる。

また、第３光学素子は、隣接する光出射領域にそれぞれ対応する仮想線がなす角度を二等分する位置に配置されていてもよい。このようにすることにより、第３光学素子の配置位置を容易に求めることができる。

また、第３光学素子は、プリズムで構成されていてもよい。このようにすることにより、光を屈折させることにより容易に光の進行方向を変化させることができる。

また、光の状態は光の偏光であり、第２光学素子は、光の状態をＰ偏光とＳ偏光とに選択的に変化させてもよい。このようにすることにより、偏光状態によって外部へ出射する光出射領域を選択することができる。

また、第１光学素子に入射する光の状態を変化させるように第２光学素子を制御する状態制御部を更に備えていてもよい。このようにすることにより、外部へ光を出射する第１光学素子を順次切り替えて、光を走査することができる。また、出射される光を、電子的制御により走査することができる。

また、状態制御部は、第２光学素子を制御することによって、光の空間的な出射間隔を変化させてもよい。このようにすることにより、例えば走査範囲について粗く走査したり細かく走査したりといった走査密度を変化させることが可能となる。

また、第１光学素子、第２光学素子及び第３光学素子は、所定の基板上に形成された導波路の一部として形成されていてもよい。このようにすることにより、これらの光学素子の位置決めを容易にし、さらに、これらの光学素子が形成されたユニットとして量産することが容易となる。

また、本発明の一実施形態にかかる距離測定装置は、上述した照射装置と、その照射装置が照射した光が対象物により反射された反射光を受光する受光部と、光の照射から受光部による反射光の受光までに要した時間に基づき、対象物までの距離を測定する測定部と、を備えている。このようにすることにより、距離測定装置において、メカニカル部品を削減することができ、同じ角度、同じ間隔で光ビームを出射することができる。

本発明の第１の実施例にかかる照射装置を図１〜図１１を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例における照射装置を示す構成図である。照射装置１は、光源システム２と、偏光切替素子３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）と、プリズム５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）と、ミラー６（６ａ、６ｂ）と、制御部７と、を備えている。

光源システム２は、例えば、レーザ照射装置（光源）、コリメートレンズ等を含むシステムである。なお、本実施例では、光源システム２からはＰ偏光の光が照射されるように調整されている。

第２光学素子としての偏光切替素子３は、光源システム２から照射された光の状態を選択的に変化させる（制御する）素子であり、例えば、光の偏光方向をＰ偏光またはＳ偏光に偏光する。Ｐ偏光は、入射面（入射面は、界面の法線ベクトルと入射光の波動ベクトルを含む面）内で電界が振動する偏光である。Ｓ偏光は、入射面に垂直に電界が振動する偏光である。偏光切替素子３の例としては、例えば、電気光学素子や液晶材料を用いた液晶デバイス等が挙げられる。電気光学素子の例としては、ＬｉＮｂＯ_３が挙げられる。

偏光切替素子３が電気光学素子である場合、電気光学素子に半波長電圧を印加した状態で（半波長電圧ＯＮ）、電気光学素子に光が入射すると、偏光状態が変化した光が出射される。

例えば、電気光学素子に半波長電圧を印加した状態で（半波長電圧ＯＮ）、電気光学素子にＰ偏光の光が入射すると、Ｓ偏光に変化した光が出射される。また、電気光学素子に半波長電圧を印加した状態で（半波長電圧ＯＮ）、電気光学素子にＳ偏光の光が入射すると、Ｐ偏光に変化した光が出射される。

一方、電気光学素子に半波長電圧を印加しないで（半波長電圧ＯＦＦ）、電気光学素子に光が入射すると、光はそのまま電気光学素子を素通りし（光の偏光状態に変化はなし）、出射される。

液晶デバイスは、例えば、液晶材料を両側から配向膜、透明電極、及びガラス基板で挟んだデバイスである。配向膜は、一定方向に微細な溝がある板であり、２つの配向膜の溝の向きが９０度異なるように、液晶材料を挟んだ２つの配向膜は配置される。

偏光切替素子３が液晶デバイスである場合、液晶デバイスに電圧を印加した状態で（電圧ＯＮ）、液晶デバイスに光が入射すると、光はそのまま液晶デバイスを素通りし（光の偏光状態に変化はなし）、出射される。一方、液晶デバイスに電圧を印加しない状態で（電圧ＯＦＦ）、液晶デバイスにＳ偏光の光が入射すると、Ｐ偏光に変化した光が出射される。また、液晶デバイスに電圧を印加しない状態で（電圧ＯＦＦ）、液晶デバイスにＰ偏光の光が入射すると、Ｓ偏光に変化した光が出射される。

第１光学素子としてのＰＢＳ４は、入射した光を、その光の偏光状態によって透過させたり、反射させたりする光学素子である。ミラー６は、入射した光を全反射する光学素子である。本実施例では、ＰＢＳ４は、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射するように調整しているが、仕様によってはＳ偏光の光を透過し、Ｐ偏光の光を反射するように調整してもよい。なお、ミラー６に代えてＰＢＳ４を設けてもよい。その場合は、必要に応じてミラー６に代えて設置したＰＢＳ４の前段に偏光切替素子３を設ける。

第３光学素子としてのプリズム５は、入射した光を所定の角度に屈折させる光学素子である。プリズム５としては例えばウエッジプリズムを用いることができるが、他の種類のプリズムであってもよい。

状態制御部としての制御部７は、偏光切替素子３ａ〜３ｄへの電圧印加を切り替えて各偏光切替素子３ａ〜３ｄから出射する光の偏光状態を制御する。制御部７は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等を有するマイクロコンピュータ等で構成すればよい。

図１に示したように、偏光切替素子３は、ＰＢＳ４の前段に配置される。例えば、偏光切替素子３ａはＰＢＳ４ａの前段に配置されている。偏光切替素子３ｂはＰＢＳ４ｂの前段に配置されている。偏光切替素子３ｃはＰＢＳ４ｃの前段に配置されている。偏光切替素子３ｄはＰＢＳ４ｄの前段に配置されている。なお、偏光切替素子３ｂとＰＢＳ４ｂとの間にはプリズム５ａが配置されており、偏光切替素子３ｄとＰＢＳ４ｄとの間にはプリズム５ｃが配置されているように、前段とは直前に配置することに限らない。

また、ＰＢＳ４ａは、入射した光がＰ偏光の場合は、当該光をそのまま偏光切替素子３ｃ向けて透過する。一方、ＰＢＳ４ａは、入射した光がＳ偏光の場合は、当該光を偏光切替素子３ｂへ向けて反射する。ＰＢＳ４ｂは、入射した光がＰ偏光の場合は、当該光をそのままプリズム５ｂ向けて透過する。一方、ＰＢＳ４ｂは、入射した光がＳ偏光の場合は、当該光を光出射領域Ａ４へ向けて反射する（図２を参照）。ＰＢＳ４ｃは、入射した光がＰ偏光の場合は、当該光をそのまま光出射領域Ａ３向けて透過する（図２を参照）。一方、ＰＢＳ４ｃは、入射した光がＳ偏光の場合は、当該光を偏光切替素子３ｄへ向けて反射する。ＰＢＳ４ｄは、入射した光がＰ偏光の場合は、当該光をそのままプリズム５ｄ向けて透過する。一方、ＰＢＳ４ｄは、入射した光がＳ偏光の場合は、当該光を光出射領域Ａ２へ向けて反射する（図２を参照）。

次に、上述した光源システム２、偏光切替素子３、ＰＢＳ４、プリズム５の配置について図２を参照して説明する。図２のミラー６ｂから伸びる矢印は光出射領域Ａ１から出射される出射光、ＰＢＳ４ｄから伸びる矢印は光出射領域Ａ２から出射される出射光、ＰＢＳ４ｃから伸びる矢印は光出射領域Ａ３から出射される出射光、ＰＢＳ４ｂから伸びる矢印は光出射領域Ａ４から出射される出射光、ミラー６ａから伸びる矢印は光出射領域Ａ５から出射される出射光である。光出射領域とは、例えば光を出射するために開口している出射口等に限らない。例えば透明な板でもよいし、各領域がそれぞれ仕切られずに１つの大きな開口や１枚の透明な板等であってもよい。要するに照射装置１から光が出射される部分（領域）であればよい。

そして、この光出射領域Ａ１〜Ａ５へ向かう矢印をそれぞれ出射方向と逆向きに伸ばした仮想線をそれぞれＶＬ１〜ＶＬ５とすると、これらの仮想線ＶＬ１〜ＶＬ５が一点である仮想発光点ＶＰで交わるように偏光切替素子３、プリズム５及びミラー６が配置されている。仮想発光点ＶＰとは、照射装置１から出射させる光が発光したと見做せる点である。プリズム５及びミラー６の配置と仮想発光点ＶＰの関係について図３を参照して説明する。

図３は、図１や図２に示したＰＢＳ４ｄ、プリズム５ｄ、ミラー６ｂを抜粋した図であるが、他のＰＢＳ４やプリズム５、ミラー６についても同様の考え方で配置することができる。図３において、仮想線ＶＬ１とＶＬ２とがなす角度を２θとすると、プリズム５ｄはこの角度２θを二等分する角度の位置に配置するのが好ましい。即ち、プリズム５（第３光学素子）は、隣接する光出射領域にそれぞれ対応する仮想線がなす角度を二等分する位置に配置されている。

また、ミラー６ｂの入射光の入射角とミラー６ｂで反射された反射光の反射角とは、反射の法則により同じ角度となる。ミラー６ｂへの入射光は、反射光が仮想線ＶＬ１の方向、つまり光出射領域Ａ１の方向へ向かうようにプリズム５ｄで光の進行方向を変化させる必要がある。

ここで、図３において、ＰＢＳ４ｄから出射した光とその光を屈折させるプリズム５ｄの面とがなす角度は、ＰＢＳ４ｄから出射した光と仮想線ＶＬ２がなす角度が９０°であることから９０°−θとなる。同様に、この光が屈折する面とプリズム５ｄからミラー６ｂへの出射光とがなす角度も９０°−θとなる。したがって、プリズム５ｄにおける光の屈折角（偏角）σは２θとなる。つまり、図３の場合、プリズム５ｄは光の進行方向を角度２θだけ変化させる。

このときのプリズム５ｄがウエッジプリズムである場合、スネルの法則により上記した偏角σはウエッジ角αと以下の（１）式の関係になる。（１）式においてｎはウエッジプリズムの屈折率である。
σ＝ｓｉｎ^-1（ｎｓｉｎα）−α≒（ｎ―１）α・・・・（１）

このように（１）式から、偏角σと屈折率ｎが求まればプリズム５ｄのウエッジ角αを求めることができる。つまり、照射装置１から出射する光の空間的な間隔を定める角度となる２θ（＝σ）が決まればプリズム５ｄのウエッジ角αを求めることができる。

なお、プリズム５の配置位置は図３の例に限らない。例えば照射装置１から出射する光の空間的な間隔を定める角度が２θであればその２θとなるように光を出射できるように配置すればよい。その場合は上記した偏角やウエッジ角も適宜変更されることとなる。

このように構成された照射装置１は、上述したように制御部７により偏光切替素子３への電圧印加が切り替えられる。照射装置１の動作原理について図４〜図８を参照して説明する。なお、図４〜図８において、実線矢印はＰ偏光を示し、破線矢印はＳ偏光を示している。また、以下の説明では、偏光切替素子３は電気光学素子で構成されており、ＰＢＳ４は、Ｐ偏光の光を通過させ、Ｓ偏光の光を反射させるように調整されている。

図４は、光出射領域Ａ１から光を出射する場合の図である。この場合、制御部７は、偏光切替素子３ａ、３ｂへ半波長電圧を印加せず（ＯＦＦ）、偏光切替素子３ｃ、３ｄへ半波長電圧を印加する（ＯＮ）。すると、光源システム２から照射されたＰ偏光の光は、偏光切替素子３ａをそのまま通過し（偏光状態に変化なし）、ＰＢＳ４ａに入射する。ＰＢＳ４ａに入射したＰ偏光の光はそのまま透過し、偏光切替素子３ｃに入射する。

偏光切替素子３ｃに入射したＰ偏光の光はＳ偏光に変化して出射されＰＢＳ４ｃに入射する。ＰＢＳ４ｃに入射したＳ偏光の光は反射され、偏光切替素子３ｄに入射する。偏光切替素子３ｄに入射したＳ偏光の光はＰ偏光に変化して出射されプリズム５ｃで所定の角度だけ光の進行方向を変化させてＰＢＳ４ｄに入射する。ＰＢＳ４ｄに入射したＰ偏光の光はそのまま透過し、プリズム５ｄで所定の角度だけ光の進行方向を変化させてミラー６ｂに入射する。ミラー６ｂに入射したＰ偏光の光は光出射領域Ａ１へ反射されて外部へ出射される。

図５は、光出射領域Ａ２から光を出射する場合の図である。この場合、制御部７は、偏光切替素子３ａ、３ｂ、３ｄへ半波長電圧を印加せず、偏光切替素子３ｃへ半波長電圧を印加する。すると、光源システム２から照射されたＰ偏光の光は、偏光切替素子３ａをそのまま通過し（偏光状態に変化なし）、ＰＢＳ４ａに入射する。ＰＢＳ４ａに入射したＰ偏光の光はそのまま透過し、偏光切替素子３ｃに入射する。

偏光切替素子３ｃに入射したＰ偏光の光はＳ偏光に変化して出射されＰＢＳ４ｃに入射する。ＰＢＳ４ａに入射したＳ偏光の光は反射され、偏光切替素子３ｄに入射する。偏光切替素子３ｄに入射したＳ偏光の光はそのまま通過し（偏光状態に変化なし）、プリズム５ｃで所定の角度だけ光の進行方向を変化させてＰＢＳ４ｄに入射する。ＰＢＳ４ｄに入射したＳ偏光の光は光出射領域Ａ２へ反射されて外部へ出射される。

図６は、光出射領域Ａ３から光を出射する場合の図である。この場合、制御部７は、偏光切替素子３ａ〜３ｄへ半波長電圧を印加しない。すると、光源システム２から照射されたＰ偏光の光は、偏光切替素子３ａをそのまま通過し（偏光状態に変化なし）、ＰＢＳ４ａに入射する。ＰＢＳ４ａに入射したＰ偏光の光はそのまま透過し、偏光切替素子３ｃに入射する。

偏光切替素子３ｃに入射したＰ偏光の光はそのまま透過し（偏光状態に変化なし）、ＰＢＳ４ｃに入射する。ＰＢＳ４ａに入射したＰ偏光の光はそのまま透過して光出射領域Ａ３から外部へ出射される。

図７は、光出射領域Ａ４から光を出射する場合の図である。この場合、制御部７は、偏光切替素子３ｂ、３ｃ、３ｄへ半波長電圧を印加せず、偏光切替素子３ａへ半波長電圧を印加する。すると、光源システム２から照射されたＰ偏光の光は、偏光切替素子３ａでＳ偏光に変化してＰＢＳ４ａに入射する。ＰＢＳ４ａに入射したＳ偏光の光は反射され、偏光切替素子３ｂに入射する。

偏光切替素子３ｂに入射したＳ偏光の光はそのまま通過し（偏光状態に変化なし）、プリズム５ａで所定の角度だけ光の進行方向を変化させてＰＢＳ４ｂに入射する。ＰＢＳ４ｂに入射したＳ偏光の光は光出射領域Ａ４へ反射され外部へ出射される。

図８は、光出射領域Ａ５から光を出射する場合の図である。この場合、制御部７は、偏光切替素子３ｃ、３ｄへ半波長電圧を印加せず、偏光切替素子３ａ、３ｂへ半波長電圧を印加する。すると、光源システム２から照射されたＰ偏光の光は、偏光切替素子３ａでＳ偏光に変化してＰＢＳ４ａに入射する。ＰＢＳ４ａに入射したＳ偏光の光は反射され、偏光切替素子３ｂに入射する。

偏光切替素子３ｂに入射したＳ偏光の光はＰ偏光に変化して、プリズム５ａで所定の角度だけ光の進行方向を変化させてＰＢＳ４ｂに入射する。ＰＢＳ４ｂに入射したＰ偏光の光はそのまま透過し、プリズム５ｂで所定の角度だけ光の進行方向を変化させてミラー６ａに入射する。ミラー６ａに入射したＰ偏光の光は光出射領域Ａ５へ反射されて外部へ出射される。

上述した偏光切替素子３ａ〜３ｄの切り替え制御について図９に示した表にまとめる。図９に示したように、光出射領域Ａ１から光を出射したい場合は、偏光切替素子３ａをＯＦＦ、偏光切替素子３ｂをＯＦＦ、偏光切替素子３ｃをＯＮ、偏光切替素子３ｄをＯＮにする。光出射領域Ａ２から光を出射したい場合は、偏光切替素子３ａをＯＦＦ、偏光切替素子３ｂをＯＦＦ、偏光切替素子３ｃをＯＮ、偏光切替素子３ｄをＯＦＦにする。光出射領域Ａ３から光を出射したい場合は、偏光切替素子３ａをＯＦＦ、偏光切替素子３ｂをＯＦＦ、偏光切替素子３ｃをＯＦＦ、偏光切替素子３ｄをＯＦＦにする。光出射領域Ａ４から光を出射したい場合は、偏光切替素子３ａをＯＮ、偏光切替素子３ｂをＯＦＦ、偏光切替素子３ｃをＯＦＦ、偏光切替素子３ｄをＯＦＦにする。光出射領域Ａ５から光を出射したい場合は、偏光切替素子３ａをＯＮ、偏光切替素子３ｂをＯＮ、偏光切替素子３ｃをＯＦＦ、偏光切替素子３ｄをＯＦＦにする。

つまり、図９に示した切替制御を上の行から下の行へ向けて順次切り替えることで、光出射領域Ａ１〜Ａ５から光を順次照射することができる。したがって、光源システム２からの光を複数の光出射領域Ａ１〜Ａ５から選択的に出射することができる。また、例えば、図９の１行目、３行目、５行目の順に切り替えることで、走査領域について粗く走査することができる。このように、偏光切替素子３（第２光学素子）を制御することによって、光の空間的な出射間隔を変化させることができる。この場合、得られる点群の密度は粗くなるが走査速度を速めることができる。即ち、走査速度や点群の密度を可変にすることができる。

以上の説明から明らかなように、ＰＢＳ４（第１光学素子）は、光の偏光状態に応じて、複数の光出射領域Ａ１〜Ａ５のいずれかから光を出射させ、あるいは他のＰＢＳ４（第１光学素子）に光を入射させている。また、複数の偏光切替素子３（第２光学素子）は、複数のＰＢＳ４（第１光学素子）のそれぞれに入射する光の状態を制御可能なように、光源システム２から光出射領域Ａ１〜Ａ５までの経路上に配置されている。そして、複数の光出射領域Ａ１〜Ａ５から出射される光のそれぞれについて、光路を出射方向と逆向きに延長した仮想線ＶＬ１〜ＶＬ５が仮想発光点ＶＰ（一点）で交わるように、ＰＢＳ４（第１光学素子）とプリズム５（第３光学素子）とが配置されている。

図１０に照射装置１を備えた距離測定装置としてのレーザレーダ装置２０の概略構成例を示す。図１０に示したように、レーザレーダ装置２０は、照射装置１と、凹面鏡１１と、受光素子１２と、測定部１３と、を備えている。

凹面鏡１１は、照射装置１が照射した光のうち認識したい物体１００で反射された反射光を収集して受光素子１２へ反射する凹面鏡である。凹面鏡１１は、例えばハーシェルタイプの凹面鏡を用いることができる。

受光部としての受光素子１２は、凹面鏡１１で反射された反射光を受光する受光素子である。受光素子１２は、例えばアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を用いることができる。

測定部１３は、照射装置１による光の照射から受光素子１２による反射光の受光までに要した時間に基づき、認識したい物体１００までの距離を測定する。また、照射装置１のどの光出射領域から光が照射されるかによって反射光の方位を判定する。これは、制御部７が行う偏光切替素子３の切替制御（図９）の情報を測定部１３が取得することで行えばよい。測定部１３は、例えばマイクロコンピュータ等で構成すればよい。また、測定部１３は、その機能を制御部７が有するようにしてもよい。

本実施例によれば、照射装置１は、Ｓ偏光の光を反射し、Ｐ偏光の光を透過させる複数のＰＢＳ４（４ａ〜４ｄ）と、光の偏光状態を制御する複数の偏光切替素子３（３ａ〜３ｄ）と、光を屈折させて光の進行方向を変化させる複数のプリズム５（５ａ〜５ｄ）と、を備えている。そして、ＰＢＳ４は、光の偏光状態に応じて、複数の光出射領域Ａ１〜Ａ５のいずれかから光を出射させ、あるいは他のＰＢＳ４に光を入射させ、偏光切替素子３は、複数のＰＢＳ４のそれぞれに入射する光の状態を制御可能なように、光源システム２から光出射領域Ａ１〜Ａ５までの経路上に配置されており、複数の光出射領域Ａ１〜Ａ５から出射される光のそれぞれについて、光路を出射方向と逆向きに延長した仮想線ＶＬ１〜ＶＬ５が仮想発光点ＶＰで交わるように、ＰＢＳ４とプリズム５とが配置されている。

このようにすることにより、ＰＢＳ４と偏光切替素子３とでメカニカル部品を削減して光を複数の方向に向けて選択的に出射する構成を実現することができる。また、ＰＢＳ４とプリズム５が、複数の光出射領域Ａ１〜Ａ５から出射される光のそれぞれについて、光路を出射方向と逆向きに延長した仮想線ＶＬ１〜ＶＬ５が一点で交わるように配置されているので、同じ角度、同じ間隔で光ビームを出射することができる。

また、仮想発光点ＶＰを変更することで設計の自由度を高めることができる。例えば、図２において、仮想発光点ＶＰを光源システム２に近づければ、照射装置１を小型化できる。

また、プリズム５は、隣接する光出射領域にそれぞれ対応する仮想線がなす角度を二等分する位置に配置されている。このようにすることにより、プリズム５の配置位置を容易に求めることができる。

また、第３光学素子としてプリズムで構成されているので、光を屈折させることにより容易に光の進行方向を変化させることができる。

また、偏光切替素子３は、光の状態をＰ偏光とＳ偏光とに選択的に変化させているので、偏光状態によって外部へ出射する光出射領域を選択することができる。

また、ＰＢＳ４に入射する光の偏光状態を変化させるように偏光切替素子３を制御する制御部７を備えているので、外部へ光を出射するＰＢＳ４を順次切り替えて、光を走査することができる。また、出射される光を、電子的制御により走査することができる。

また、レーザレーダ装置２０は、照射装置１と、その照射装置１が照射した光が認識したい物体１００により反射された反射光を受光する受光素子１２と、光の照射から受光素子１２による反射光の受光までに要した時間に基づき、認識したい物体１００までの距離を測定する測定部１３と、を備えている。このようにすることにより、レーザレーダ装置２０において、メカニカル部品を削減することができ、同じ角度、同じ間隔で光ビームを出射することができる。

なお、図１に示した構成は、中央に光源システム２を配置して、偏光切替素子３やＰＢＳ４により光の進行方向を左右に変化させることで光出射領域Ａ１〜Ａ５から光を出射させていたが、図１１に示したように、左端や右端に光源システム２を配置する構成であってもよい。

次に、本発明の第２の実施例にかかる照射装置を図１２を参照して説明する。なお、前述した第１の実施例と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

本実施例にかかる照射装置１Ａは、基板上に形成された導波路の一部としてＰＢＳや偏光切替素子等が形成されている。

図１２に示したように、基板３１には、導波路３７が形成され、その一部として偏光切替素子３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ、３３ｇ、３３ｈ）と、偏光分離膜３４（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ、３４ｈ）と、プリズム３５（３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅ、３５ｆ）と、が形成されている。そして、基板３１には、導波路４７からの光出射領域にレンズ３６（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ、３６ｆ、３６ｇ）が取り付けられている。

導波路３７は、周知のように基板上に形成されたコアとクラッドからなり、コアを光路して光が進行する。

偏光切替素子３３としては、第１の実施例で示した電気光学素子や液晶デバイス導波路３７の途中に形成することができる。偏光分離膜３４は、第１の実施例におけるＰＢＳ４に相当するものであり、入射光の偏光状態により反射特性や透過特性が異なる多層膜である。この偏光分離膜３４も導波路３７の途中に形成することができる。プリズム３５は、導波路３７中に曲がり導波路として形成することができる。レンズ３６は、出射光をコリメート光にするものでありマイクロレンズアレイを用いることができる。

基板４１には、一方の端部が基板３１の導波路３７と接続される導波路４６が形成され、導波路４６の他方の端部にレンズ４５が形成されている。このレンズ４５は、導波路４６となるコアと一体に形成されている。

また、基板４１のレンズ４５と対向する位置に発光素子（レーザダイオード）４３が実装されている。電極４２、４４は発光素子４３に給電するための電極である。

なお、図１２に示した構成では基板３１と基板４１の２つの基板に分けたが１つの基板に発光素子４３と、偏光切替素子３３、偏光分離膜３４、プリズム３５等を形成してもよい。

本実施例によれば、偏光分離膜３４、偏光切替素子３３及びプリズム３５は、基板３１上に形成された導波路３７の一部として形成されている。このようにすることにより、これらの光学素子の位置決めを容易にし、さらに、これらの光学素子が形成されたユニットとして量産することが容易となる。

また、上記実施例ではＰ偏光とＳ偏光の光が交互に出射するような構成であるが、最終出射ポートに１／４λ板を配置することで、すべてを円偏光出射にすることも可能であり、さらに、一つおきのポート出射位置に１／４λ、−１／４λまたは３／４λ板を配置することで、すべて同じ特性の円偏光（右回り統一か左回り統一）にすることも可能である。同じ特性の偏光にすることで、偏光違いによる反射率入射角度依存性がなくなる。また、逆に一つ置きの偏光が異なることで、目標物体の偏光度の測定を行うこともできる。偏光度を測定することで白線の検出が容易になる効果を得られる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の照射装置を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

１ 照射装置
２ 光源システム
３、３３ 偏光切替素子（第２光学素子）
４ ＰＢＳ（第１光学素子）
５、３５ プリズム（第３光学素子）
６ ミラー
７ 制御部（状態制御部）
１１ 凹面鏡
１２ 受光素子（受光部）
１３ 測定部
２０ レーザレーダ装置（距離測定装置）
３１、４１ 基板
３４ 偏光分離膜（第２光学素子）
３６ レンズ
３７、４６ 導波路
４２ 発光素子
Ａ１〜Ａ５ 光出射領域
ＶＬ１〜ＬＶ５ 仮想線
ＶＰ 仮想発光点（一点）

Claims (8)

1. 光源からの光を複数の光出射領域から選択的に出射する照射装置であって、
   第１状態の光の進行方向を変化させ、第２状態の光を透過させる複数の第１光学素子と、
   前記光の状態を制御する複数の第２光学素子と、
   前記光の進行方向を変化させる複数の第３光学素子と、を備え、
   前記第１光学素子は、前記光の状態に応じて、前記複数の光出射領域のいずれかから前記光を出射させ、あるいは他の前記第１光学素子に前記光を入射させ、
   前記複数の第２光学素子は、前記複数の第１光学素子のそれぞれに入射する光の状態を制御可能なように、前記光源から前記光出射領域までの経路上に配置されており、
   前記複数の光出射領域から出射される光のそれぞれについて、光路を出射方向と逆向きに延長した仮想線が一点で交わるように、前記第１光学素子と前記第３光学素子とが配置されている、
   ことを特徴とする照射装置。
2. 前記第３光学素子は、隣接する前記光出射領域にそれぞれ対応する前記仮想線がなす角度を二等分する位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照射装置。
3. 前記第３光学素子は、プリズムで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の照射装置。
4. 前記光の状態は光の偏光であり、
   前記第２光学素子は、前記光の状態をＰ偏光とＳ偏光とに選択的に変化させる、
   ことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載の照射装置。
5. 前記第１光学素子に入射する光の状態を変化させるように前記第２光学素子を制御する状態制御部を更に備えていることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載の照射装置。
6. 前記状態制御部は、前記第２光学素子を制御することによって、光の空間的な出射間隔を変化させることを特徴とする請求項５に記載の照射装置。
7. 前記第１光学素子、前記第２光学素子及び前記第３光学素子は、所定の基板上に形成された導波路の一部として形成されていることを特徴とする請求項１から６のうちいずれか一項に記載の照射装置。
8. 請求項１から７のうちいずれか一項に記載の照射装置と、
   前記照射装置が照射した光が対象物により反射された反射光を受光する受光部と、
   前記光の照射から前記受光部による前記反射光の受光までに要した時間に基づき、前記対象物までの距離を測定する測定部と、
   を備えることを特徴とする距離測定装置。

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