JP2021028594A - 投受光装置、測距装置及び回動体装置 - Google Patents

投受光装置、測距装置及び回動体装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2021028594A
JP2021028594A JP2019147467A JP2019147467A JP2021028594A JP 2021028594 A JP2021028594 A JP 2021028594A JP 2019147467 A JP2019147467 A JP 2019147467A JP 2019147467 A JP2019147467 A JP 2019147467A JP 2021028594 A JP2021028594 A JP 2021028594A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
region
diffraction grating
scanning
rotating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2019147467A
Other languages
English (en)
Inventor
加園　修
Osamu Kasono
修 加園
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pioneer Corp
Original Assignee
Pioneer Electronic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pioneer Electronic Corp filed Critical Pioneer Electronic Corp
Priority to JP2019147467A priority Critical patent/JP2021028594A/ja
Publication of JP2021028594A publication Critical patent/JP2021028594A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

【課題】回動式の光反射体を有する回動素子を有し、広範囲に亘って所望の方向に光を出射することが可能な光出射装置及び当該光出射装置を含む測距装置を提供する。【解決手段】光を出射する光源と、回動軸の周りに回動し、かつ第１の領域及び第１の領域とは異なる第２の領域を含む光反射面を有する回動体を有する回動素子１２と、光反射面の第１の領域に設けられ、光源から出射された光を回折させつつ投光する第１の回折格子２１と、光反射面の第２の領域に設けられ、第１の領域を経て投光されて対象物によって反射された光を回折させる第２の回折格子２２と、第２の回折格子によって回折された光を受光する受光素子と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、可動式の光偏向素子を用いて光を投光しかつ対象物で反射した光を受光する投受光装置及び光学的な測距を行う測距装置に関する。
従来から、光を対象物に向けて出射し、当該対象物によって反射された光を検出することで、当該対象物までの距離を測定する測距装置が知られている。また、対象物の光走査を行い、当該対象物までの距離に加えて当該対象物の形状や向きなどに関する情報を得ることができる光走査型の測距装置が知られている。例えば、特許文献１には、回転軸に対して傾いた第１ミラー面及び第２ミラー面を備えたミラーユニットと、第１ミラー面に向けて光束を出射する少なくとも１つの光源を含む投光系と、を有する走査光学系が開示されている。
国際公開第2016/056545号公報
走査型の測距装置は、例えば、パルス光を走査領域に向けて投光し、装置に戻ってきた光を受光する投受光部を有する。また、当該投受光部は、パルス光を方向可変に偏向しつつ走査領域に向けて出射する可動式のミラーを有する。当該可動式のミラーの例としては、回動式のミラーなどが挙げられる。
また、測距装置は、例えば、当該可動式のミラーの他に、投光用の光を生成する光源と、対象物から戻ってきた光を受光する受光素子と、を有する。また、測距装置内には、光整形用及び集光用のレンズなど、種々の光学系部品が設けられる。従って、例えば光学的な特性を優先して装置設計を行うと、部品点数が増大したり部品が大型化することによって装置が複雑化及び大型化してしまう。
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、可動式の光偏向素子を有し、コンパクトな投受光装置及び当該投受光装置を含む測距装置を提供することを目的の１つとしている。また、本発明は、コンパクトな走査型の投受光装置及び測距装置を構成するのに適した回動体装置を提供することを目的の１つとしている。
請求項１に記載の発明は、光を出射する光源と、回動軸の周りに回動し、かつ第１の領域及び第１の領域とは異なる第２の領域を含む光反射面を有する回動体を有する回動素子と、光反射面の第１の領域に設けられ、光源から出射された光を回折させつつ投光する第１の回折格子と、光反射面の第２の領域に設けられ、第１の領域を経て投光されて対象物によって反射された光を回折させる第２の回折格子と、第２の回折格子によって回折された光を受光する受光素子と、を有することを特徴とする。
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１に記載の投受光装置と、受光素子による第２の回折格子を経た光の受光結果に基づいて対象物までの距離を測定する測距部と、を有することを特徴とする。
また、請求項１２に記載の発明は、支持体と、回動軸の周りに回動可能なように支持体に支持され、第１の回折格子が設けられた第１の領域及び第１の回折格子とは回折特性が異なる第２の回折格子が設けられた第２の領域を含む光反射面を有する回動体と、を有することを特徴とする。
また、請求項１３に記載の発明は、光を出射する光源と、回動軸の周りに回動しかつ回動軸の軸方向を高さ方向とする多角柱形状又は多角錐台形状の回動体を有し、回動体の複数の側面の各々が第１の領域及び第１の領域とは異なる第２の領域を有する回動素子と、回動体の複数の側面の各々の第１の領域に設けられ、光源から出射された光を回折させつつ投光する反射型の第１の回折格子と、複数の側面の各々の第２の領域に設けられ、第１の領域を経て投光されて対象物によって反射された光を回折させる反射型の第２の回折格子と、第２の回折素子によって回折された光を受光する受光素子と、を有することを特徴とする。
また、請求項１８に記載の発明は、請求項１２に記載の投受光装置と、受光素子による第２の回折格子を経た光の受光結果に基づいて対象物までの距離を測定する測距部と、を有することを特徴とする。
また、請求項１９に記載の発明は、支持体と、回動軸の周りに回動可能なように支持体に支持され、回動軸の軸方向を高さ方向とする多角柱形状を有し、各々が、反射型の第１の回折格子が設けられた第１の領域及び第１の回折格子とは回折特性が異なる反射型の第２の回折格子が設けられた第２の領域を含む複数の側面を有する回動体と、を有することを特徴とする。
実施例１に係る測距装置の全体構成を示す図である。 実施例１に係る測距装置の回動素子の斜視図である。 実施例１に係る測距装置の回動素子の側面図である。 実施例１に係る測距装置の回動素子での光の反射態様を示す図である。 実施例１に係る測距装置の回動素子での光の反射態様を示す図である。 実施例１に係る測距装置の回動素子での光の反射態様を示す図である。 実施例１に係る測距装置の走査領域を示す図である。 実施例２に係る測距装置の全体構成を示す図である。 実施例２に係る測距装置の回動素子の斜視図である。 実施例２に係る測距装置の回動素子の側面図である。 実施例２に係る測距装置の回動素子での光の反射態様を示す図である。 実施例２に係る測距装置の回動素子での光の反射態様を示す図である。 実施例２に係る測距装置の回動素子の側面図である。 実施例２に係る測距装置の回動素子の側面図である。 実施例２に係る測距装置の回動素子での光の反射態様を示す図である。 実施例２に係る測距装置の回動素子での光の反射態様を示す図である。 実施例２に係る測距装置の走査領域を示す図である。
以下に本発明の実施例について詳細に説明する。
図１は、実施例１に係る測距装置１０の模式的な配置図である。本実施例においては、測距装置１０は、所定の領域（以下、走査領域と称する）Ｒ０の光走査を行い、走査領域Ｒ０内に存在する対象物ＯＢまでの距離を測定する走査型の測距装置である。図１を用いて、測距装置１０の構成について説明する。なお、図１には、走査領域Ｒ０及び対象物ＯＢを模式的に示している。
測距装置１０は、出射光Ｌ１として例えばパルス光を生成及び出射する光源１１を有する。本実施例においては、光源１１は、出射光Ｌ１として赤外領域にピーク波長を有するレーザ光を生成し、これを断続的に出射する。
測距装置１０は、回動軸ＡＹの周りに回動しかつ少なくとも出射光Ｌ１に対して反射性を有する光反射面１２Ｓを有する回動素子１２を有する。回動素子１２は、光源１１から出射された出射光Ｌ１を方向可変に反射させ、当該反射された出射光Ｌ２を走査光Ｌ２として出射する。本実施例においては、回動素子１２は、出射光Ｌ１を方向可変に偏向する偏向素子として機能する。
回動素子１２から出射される走査光Ｌ２は、その出射方向が周期的に変化する。この走査光Ｌ２の出射方向の１つの変化周期内に走査光Ｌ２が照射される領域は、走査領域Ｒ０となる。走査領域Ｒ０は、走査光Ｌ２が出射される仮想の３次元空間である。図１においては、走査領域Ｒ０の外縁を破線で模式的に示した。
例えば、走査領域Ｒ０は、回動軸ＡＹの軸方向に対応する高さ方向Ｄ１に沿った高さ方向範囲、回動軸ＡＹに垂直な方向に対応する幅方向Ｄ２に沿った幅方向範囲、及び非回動時の光反射面１２Ｓによって反射された走査光Ｌ２の光軸の軸方向に対応する奥行方向に沿った奥行方向範囲を有する錐状の空間として定義されることができる。
例えば、回動素子１２の光反射面１２Ｓの法線ベクトルは、回動素子１２の回動に応じて周期的に変化する。また、本実施例においては、光源１１は、出射光Ｌ１が回動中の回動素子１２の光反射面１２Ｓに入射するように、出射光Ｌ１を回動素子１２に向けて出射する。
従って、例えば、走査領域Ｒ０の高さ方向範囲は、回動素子１２に入射した際の出射光Ｌ１のビームにおける回動軸ＡＹの軸方向の長さ、及び回動素子１２を基準とした走査光Ｌ２の放射角によって定まる。また、例えば、走査領域Ｒ０の幅方向範囲は、光反射面１２Ｓの回動角度（変位）の変化範囲に対応する。また、走査領域Ｒ０の奥行方向範囲は、走査光Ｌ２が所定の強度（測距装置１０が検出可能な強度）を維持できる距離の範囲に対応する。
また、走査領域Ｒ０内における回動素子１２から所定の距離だけ離れた仮想の平面を走査面Ｒ１としたとき、走査面Ｒ１は、高さ方向Ｄ１及び幅方向Ｄ２に沿って広がる２次元的な領域として定義されることができる。走査光Ｌ２は、この走査面Ｒ１を走査するように、走査領域Ｒ０に向けて出射される。
また、図１に示すように、走査領域Ｒ０に対象物ＯＢ（すなわち走査光Ｌ２に対して反射性又は散乱性を有する物体又は物質）が存在する場合、走査光Ｌ２は、対象物ＯＢによって反射又は散乱される。対象物ＯＢによって反射された走査光Ｌ２は、その一部が、反射光Ｌ３として、走査光Ｌ２とほぼ同一の光路を走査光Ｌ２とは反対の方向に向かって進み、回動素子１２に戻って来る。
測距装置１０は、反射光Ｌ３を受光する受光素子１３を有する。受光素子１３は、回動素子１２を経て投光され、対象物ＯＢによって反射され、かつ回動素子１２を経た光である反射光Ｌ３を受光する。また、受光素子１３は、反射光Ｌ３を検出し、反射光Ｌ３の検出結果として例えば反射光Ｌ３の強度に応じた電気信号を生成する少なくとも１つの検出素子を有する。測距装置１０は、受光素子１３によって生成された当該電気信号を走査領域Ｒ０の走査結果として生成する。
なお、光源１１は、出射光Ｌ１を集光又は整形する光学系（図示せず）を有していてもよい。また、受光素子１３は、反射光Ｌ３を集光する光学系（図示せず）を有していてもよい。これらの光学系は、例えば、少なくとも１つのレンズを含み、フィルタを含んでいてもよい。
測距装置１０は、光源１１、回動素子１２及び受光素子１３を駆動し、また、その制御を行う制御部１４を有する。制御部１４は、光源１１の駆動及び制御を行う光源制御部１４Ａと、回動素子１２の駆動及び制御を行う回動素子制御部１４Ａと、受光素子１３の駆動及び制御を行う受光素子制御部１４Ｃと、を有する。また、制御部１４は、回動素子１２の回動振幅を検出する回動状態検出部１４Ｄを有する。
また、制御部１４は、受光素子１３による反射光Ｌ３の受光結果に基づいて対象物ＯＢまでの距離を測定する測距部１４Ｅを有する。本実施例においては、測距部１４Ｅは、受光素子１３によって生成された電気信号から反射光Ｌ３を示すパルスを検出する。また、測距部１４Ｅは、走査光Ｌ２の投光タイミングと反射光Ｌ３の受光タイミングとの間の時間差に基づくタイムオブフライト法によって、対象物ＯＢ（又はその一部の表面領域）までの距離を測定する。また、測距部１４Ｅは、測定した距離情報を示すデータ（測距データ）を生成する。
また、本実施例においては、測距部１４Ｅは、走査領域Ｒ０（走査面Ｒ１）を複数の測距点（走査点）に区別し、当該複数の測距点の各々の測距結果（距離値）を画素として示す走査領域Ｒ０の画像（測距画像）を生成する。本実施例においては、測距部１４Ｅは、測距点と回動素子１２の光反射面１２Ｓの変位とを示す情報とを対応付け、走査領域Ｒ０の２次元マップ又は３次元マップを示す画像データを生成する。
また、測距部１４Ｅは、例えば、走査光Ｌ２の出射方向の変化周期を走査領域Ｒ０を走査する周期である走査周期とし、この走査周期毎に１つの測距画像を生成する。なお、測距部１４Ｅは、測距画像を表示する表示部（図示せず）に接続されていてもよく、当該表示部に当該測距画像を送信するように構成されていてもよい。
図２は、回動素子１２の模式的な斜視図である。本実施例においては、回動素子１２は、光反射面１２Ｓが回動軸ＡＹの周りに回動するように構成されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーである。
まず、本実施例においては、回動素子１２は、支持体１２Ａと、支持体１２Ａによって支持され、回動軸ＡＹの周りに回動する回動体１２Ｂとを有する。例えば、支持体１２Ａは、環状の枠体である。
また、例えば、回動体１２Ｂは、支持体１２Ａの内周部において第１の回動軸ＡＸに周りに回動可能なように支持体１２Ａに支持された板状の部材（回動板）である。例えば、回動体１２Ｂは、回動軸ＡＹに沿って延び、かつ回動軸ＡＹの周方向の弾性を有する一対のトーションバーによって支持体１２Ａに支持されている。回動体１２Ｂは、当該トーションバーがねじれることで、回動軸ＡＹの周りに回動する。
また、回動体１２Ｂは、出射光Ｌ１に対して反射性を有する。回動体１２Ｂの表面は、光反射面１２Ｓとして機能する。なお、回動体１２Ｂの表面には金属反射膜や誘電体多層膜などが設けられていてもよい。これらの膜は、例えば、出射光Ｌ１の入射角度の変化や波長の変動に対して高い反射率を有するように設計されることができる。これによって、回動体１２Ｂの光反射特性（反射率など）を安定させることができる。
なお、回動体１２Ｂの表面には、出射光Ｌ１を波長選択的に反射させる波長選択性反射膜が設けられていてもよい。この場合、回動体１２Ｂの当該表面は、反射型のバンドパスフィルタとして機能する。この場合、例えば環境光などの出射光Ｌ１以外の光のうちの不要な波長成分の光が反射光Ｌ３に混ざって受光素子１３に入射することを抑制することができる。
また、例えば、回動素子１２は、支持体１２Ａ及び回動体１２Ｂに設けられ、制御部１４の回動素子制御部１４Ｂに接続され、回動体１２Ｂを回動させる力（駆動力）を生成する駆動力生成部（図示せず）を有する。例えば、当該駆動力生成部は、回動素子制御部１４Ｂから供給された駆動信号によって、当該駆動力として圧電力又は電磁気力などを生成する。
次に、測距装置１０は、回動素子１２における回動体１２Ｂの光反射面１２Ｓの一部の領域（以下、第１の領域と称する）１２ＳＡに設けられた反射型の回折格子（以下、第１の回折格子と称する）２１を有する。本実施例においては、第１の回折格子２１は、各々が光反射面１２Ｓ内において回動軸ＡＹに垂直な方向に沿って延び、かつ回動軸ＡＹに沿って配列された複数の格子溝２１Ａを有する。
また、測距装置１０は、光反射面１２Ｓの第１の領域とは異なる領域（以下、第２の領域と称する）１２ＳＢに設けられ、第１の回折格子２１とは回折特性が異なる反射型の回折格子（以下、第２の回折格子と称する）２２を有する。本実施例においては、第２の回折格子２２は、各々が光反射面１２Ｓ内において回動軸ＡＹに垂直な方向に沿って延び、かつ回動軸ＡＹに沿って配列された複数の格子溝２２Ａを有する。
換言すれば、本実施例においては、回動体１２Ｂの光反射面１２Ｓは、出射光Ｌ１を回折及び反射させる回折反射面として機能する。また、光反射面１２Ｓの第１及び第２の領域１２ＳＡ及び１２ＳＢのそれぞれに入射した光は、互いに異なる特性で回折されて反射する。
図３は、光反射面１２Ｓに平行でかつ回動軸ＡＹに垂直な方向に沿って回動体１２Ｂを見たときの回動体１２Ｂの模式的な側面図である。図３を用いて、第１及び第２の回折格子２１及び２２の構成について説明する。
本実施例においては、第１の回折格子２１は、回動軸ＡＹの軸方向における一方の方向ＤＹ１に波数ベクトルを有するブレーズド回折格子である。より具体的には、第１の回折格子２１は、回動体１２Ｂの光反射面１２Ｓに平行な格子面（格子溝２１Ａの頂部によって画定される面、回折格子面）２１ＳＡと、格子面２１ＳＡから方向ＤＹ１に向かって角度（ブレーズ角）θb1だけ傾斜しかつピッチ（隣接する格子溝２１Ａ間の距離）ｄ1で配列された複数のブレーズ面２１ＳＢと、を有する。
また、本実施例においては、第２の回折格子２１は、回動軸ＡＹの軸方向における方向ＤＹ１とは反対の方向ＤＹ２に波数ベクトルを有するブレーズド回折格子である。第２の回折格子２２は、回動体１２Ｂの光反射面１２Ｓに平行な格子面（格子溝２２の頂部によって画定される面、回折格子面）２２ＳＡと、格子面２２ＳＡから方向ＤＹ２に向かって角度（ブレーズ角）θb2だけ傾斜しかつピッチ（隣接する格子溝２２Ａ間の距離）ｄ2で配列されたブレーズ面２２ＳＢと、を有する。
また、本実施例においては、図２及び図３に示すように、回動体１２Ｂにおける光反射面１２Ｓの第１の領域１２ＳＡは、光反射面１２Ｓに垂直な方向から見たときに光反射面１２Ｓにおける回動軸ＡＹと重なる領域を含む領域である。また、本実施例においては、第２の領域１２ＳＢは、第１の領域１２ＳＡよりも大きい面積を有する。
また、本実施例においては、光反射面１２Ｓの第２の領域１２ＳＢは、光反射面１２Ｓにおいて第１の領域１２ＳＡを中心として回転対称に設けられている。また、本実施例においては、第２の領域１２ＳＢは、第１の領域１２ＳＡを囲むように第１の領域１２ＳＡの外側に環状に設けられている。第１及び第２の回折格子２１及び２２は、このような第１及び第２の領域１２ＳＡ及び１２ＳＢにそれぞれ設けられている。
図４は、出射光Ｌ１の回動素子１２への入射態様と、走査光Ｌ２の回動素子１２からの出射態様を模式的に示す図である。図４は、回動体１２Ｂの非回動時における光反射面１２Ｓに平行で、かつ方向ＤＹ１に垂直な方向ＤＸ１から回動素子１２を見たときの出射光Ｌ１及び走査光Ｌ２の光路を模式的に示す図である。図４を用いて、走査光Ｌ２の投光動作に関する測距装置１０の動作について説明する。
なお、図４においては、理解の容易さのため、非回動時における光反射面１２Ｓに対し、光反射面１２Ｓにおける回動軸ＡＹに垂直に交わる面ＰＬ１から方向ＤＹ１に角度θ1だけ傾斜した光軸で出射光Ｌ１が入射する場合を例に説明する。すなわち、本実施例においては、角度θ1は、光反射面１２Ｓに対する出射光Ｌ１の入射角である。
まず、出射光Ｌ１は、回動体１２Ｂにおける光反射面１２Ｓの第１の領域１２ＳＡに入射するような位置、角度及びビームサイズで、光源１１から出射される。そして、出射光Ｌ１は、第１の回折格子２１としてのブレーズド回折格子によって回折及び反射され、走査光Ｌ２として出射される。
より具体的には、ブレーズド回折格子は、所定の回折次数及び波長の回折効率を最大化し、他の回折次数及び波長の回折効率を最小化するように構成された回折格子である。従って、ブレーズド回折格子によって回折される光は、特定の次数の回折光を主成分とする光である。また、本実施例においては、当該主成分となる次数の回折光の出射方向は、ブレーズ角θb1、格子溝２１Ａのピッチｄ1、出射光Ｌ１の波長、及び出射光Ｌ１の入射角θ1によって定まる。
換言すれば、走査光Ｌ２は、回動軸ＡＹの軸方向においては、出射光Ｌ１が光反射面１２Ｓにおいて正反射する方向とは異なる方向に出射する。また、走査光Ｌ２の出射方向における回動軸ＡＹの軸方向の成分は、光反射面１２Ｓが回動軸ＡＹの周りを回動した場合でも、ほとんど変化しない。
また、例えば、図４に示す例では、出射光Ｌ１は回動軸ＡＹの軸方向の成分を持っているが、走査光Ｌ２は回動軸ＡＹの軸方向の成分を持っていない。すなわち、例えば、光反射面１２Ｓの法線方向から出射光Ｌ１を入射させなくても、光反射面１２Ｓの法線方向に沿って出射する走査光Ｌ２を生成することができる。
ここで、図４及び図５を用いて回動体１２Ｂの回動状態の検出に関する測距装置１０の動作について説明する。図５は、出射光Ｌ１の回動素子１２への入射態様と、走査光Ｌ２の回動素子１２からの出射態様を模式的に示す図である。また、図５は、方向ＤＹ１から回動素子１２を見たときの出射光Ｌ１及び走査光Ｌ２の光路を模式的に示すである。
まず、図４は回動体１２Ｂ（光反射面１２Ｓ）の非回動時を示す一方、図５は回動体１２Ｂが回動軸ＡＹの周りに回動している状態を示す。例えば、図５においては、光反射面１２Ｓの法線方向は、回動体１２Ｂが非回動時の光反射面１２Ｓの法線方向である方向ＤＺ１から方向ＤＸ１にθrotだけ傾斜している。
本実施例においては、図５に示すように、光源１１及び受光素子１３は、回動軸ＡＹの軸方向を含み、かつ方向ＤＺ１から方向ＤＸ１にθrotだけ傾斜した面ＰＬ２上に配置されている。この場合、図５に示すように、光源１１から光反射面１２Ｓに対して入射した出射光Ｌ１は、光反射面１２Ｓによって反射され、面ＰＬ２に沿った方向に進むことになる。
また、本実施例においては、受光素子１３は、出射光Ｌ１の格子面２１ＳＡでの正反射成分、すなわち、出射光Ｌ１のうちの格子面２１ＳＡによって反射した０次光（以下、回動状態検出光と称する）Ｌ２０の光路上に配置されている。
より具体的には、出射光Ｌ１は、その全てが第１の回折格子２１によって回折効率を最大化した方向に回折されるわけではなく、回折効率は低いながらも部分的に格子面２１ＳＡによって他の方向に向かって反射される。回動状態検出光Ｌ２０は、当該格子面２１ＳＡによって正反射された出射光Ｌ１の一部である。
また、本実施例においては、受光素子１３は、回動状態検出光Ｌ２０が入射する位置に配置されている。例えば、図４及び図５に示すように、受光素子１３は、面ＰＬ２上であり、かつ面ＰＬ１に関して光源１１と対称的な位置に配置されている。
従って、例えば、面ＰＬ２内に法線ベクトルを持つ位置にある光反射面１２Ｓに対して入射角θ1で入射しかつ光反射面１２Ｓで正反射された出射光Ｌ１の一部である回動状態検出光Ｌ２０は、面ＰＬ１から方向ＤＹ１の反対方向にθ1だけ傾斜した光軸で光反射面１２Ｓから出射され、受光素子１３に入射する。
換言すれば、本実施例においては、受光素子１３は、回動体１２Ｂの非回動時（光反射面１２Ｓの法線ベクトルが方向ＤＺ１に沿っている時）には回動状態検出光Ｌ２０を受光せず、回動体１２Ｂが回動することによって光反射面１２Ｓが非回動時から方向ＤＸ１にθrotだけ傾斜した時に回動状態検出光Ｌ２０を受光する位置に配置されている。
なお、図４及び図５に示すように、回動状態検出光Ｌ２０が受光素子１３に入射するタイミングにおいても、走査光Ｌ２は、光源１１と受光素子１３の間の領域から、面ＰＬ１及びＰＬ２に沿った方向に出射される。また、このタイミングにおいて対象物ＯＢによって反射された光である反射光Ｌ３も走査光Ｌ２とほぼ同一の光路を走査光Ｌ２とは反対方向に向かって進んだ後、受光素子１３に入射（到達）することとなる。
従って、回動状態検出光Ｌ２０及び反射光Ｌ３は、それぞれ異なるタイミングで受光素子１３に受光される。従って、受光素子１３は、回動状態検出光Ｌ２０を受光する素子として、かつ反射光Ｌ３を受光する素子として用いることができる。すなわち、回動状態を検出するために受光素子を追加する必要が無い。
そして、回動状態検出部１４Ｄは、受光素子１３における回動状態検出光Ｌ２０の受光結果に基づいて、回動体１２Ｂ（光反射面１２Ｓ）の回動状態を検出する。例えば、回動状態検出部１４Ｄは、受光素子１３が回動状態検出光Ｌ２０を受光したタイミングを監視することで、回動体１２Ｂの回動角が所定の角度となったタイミングを検出するように構成されている。すなわち、本実施例においては、回動状態検出部１４Ｄは、回動状態検出光Ｌ２０を用いて回動体１２Ｂの回動状態を実測する。また、回動素子制御部１４Ｂは、この回動体１２Ｂの回動状態の検出結果を、回動素子１２の駆動態様にフィードバックする。
なお、本実施例においては、１つの受光素子１３によって回動状態検出光Ｌ２０及び反射光Ｌ３の検出を行う場合について説明した。しかし、測距装置１０は、回動状態検出光Ｌ２０を検出する受光素子１３とは異なる他の受光素子を有していてもよい。この場合、当該他の受光素子は、面ＰＬ２上に配置される必要がない。
従って、例えば、光源１１及び受光素子１３の配置自由度が高まる。例えば、光源１１及び受光素子１３は、回動体１２Ｂが回動していない時の光反射面１２Ｓの法線方向である方向ＤＺ１と回動軸ＡＹを含む面内に配置され、一方、当該他の受光素子は、回動体１２Ｂが任意の回動角にある時に回動状態検出光Ｌ２０を受光する位置に配置されることができる。
図６は、反射光Ｌ３の回動素子１２及び受光素子１３への入射態様を模式的に示す図である。図６を用いて、反射光Ｌ３が回動素子１２を経て受光素子１３に受光されるまでの振る舞いについて説明する。
走査光Ｌ２は、通常、走査領域Ｒ０内の対象物ＯＢによって散乱及び反射され、対象物ＯＢから放射状に出射する。そして、対象物ＯＢを経た走査光Ｌ２のうちの走査光Ｌ２と反対の方向に進む光が反射光Ｌ３となって回動素子１２に戻って来る。従って、反射光Ｌ３は、回動素子１２の全体に入射する。図６には、回動素子１２に入射する反射光Ｌ３とみなせる光の光路の範囲を実線で示した。
反射光Ｌ３は、回動体１２Ｂの光反射面１２Ｓの全体に入射し、第１及び第２の回折格子２１及び２２によって回折される。また、第２の回折格子２２は、第１の回折格子２１とは波数ベクトルの方向が異なるブレーズド回折格子である。従って、第２の回折格子２２に入射した反射光Ｌ３は、特定の次数の回折光が主成分となるように回折され、当該主成分の回折光は、光源１１とは異なる方向に出射する。
すなわち、例えば、第２の回折格子２２を設けることで、反射光Ｌ３が光反射面１２Ｓの法線方向に沿って光反射面１２Ｓに入射した場合でも、反射光Ｌ３の一部を当該法線方向ではなくかつ光源１１から逸れる方向に出射させることができる。受光素子１３は、この第２の回折格子２２によって回折された反射光Ｌ３を受光するように配置されている。また、測距部１４Ｅは、受光素子１３によって受光された反射光Ｌ３に基づいて測距動作を行う。
なお、図４及び図６に示すように回動素子１２を配置した場合、走査領域Ｒ０から見た光反射面１２Ｓの立体角が最大化される。これによって、多くの反射光Ｌ３を受光素子１３に導くことができる。従って、反射光Ｌ３の受光感度、及び測距精度が大幅に向上する。
具体的には、回動素子１２の光反射面１２Ｓは、広い回動範囲において、出射光Ｌ１が入射し、かつ同時に反射光Ｌ３が入射するように、配置される必要がある。また、反射光Ｌ３は、対象物ＯＢによって散乱した光であり、非常に微弱な強度の光であることが想定される。従って、本実施例のように回動素子１２を介して反射光Ｌ３を受光する場合、受光素子１３での受光感度を向上させるためには、光反射面１２Ｓがより大きな有効面積で反射光Ｌ３を受光することが好ましい。
そして、仮に第１及び第２の回折格子２１及び２２が設けられていない場合、回動体１２Ｂは、走査領域Ｒ０に対して正面を向くように配置されることが難しい。従って、第１及び第２の回折格子２１及び２２を設けない場合、回動体１２Ｂの光反射面１２Ｓは、回動時において、常に走査光Ｌ２及び反射光Ｌ３の光軸に対して傾斜するように配置せざるを得ない。
これに対し、本実施例においては、回折格子２０を設け、またその回折条件（波数ベクトルの方向、ブレーズ角、格子溝のピッチなど）を調節することで、例えば、光反射面１２Ｓの法線から傾斜した光軸で出射光Ｌ１を入射させた場合でも、光反射面１２Ｓの法線方向に沿って走査光Ｌを出射させることができる。
従って、例えば走査領域Ｒ０に対して正面を向く程度まで回動体１２Ｂの配置を調節することができ、これによって対象物ＯＢから見た光反射面１２Ｓの立体角を最大化することができる。従って、受光素子１４に入射する反射光Ｌ３の光量が低下することを抑制することができる。従って、反射光Ｌ３の受光精度、また、走査領域Ｒ０の走査精度及び測距精度が向上する。
図７は、走査面Ｒ１上での走査光Ｌ２の被照射位置を模式的に示す図である。図７においては、走査面Ｒ１上における走査光Ｌ２の照射軌跡を破線で示している。
まず、本実施例においては、光源１１は、回動素子１２の回動軸ＡＹの軸方向に沿ったライン状のビーム形状を有するレーザ光を出射光Ｌ１として生成し、これを断続的に出射する場合について説明する。従って、走査面Ｒ１上において１つのタイミングにおいて走査光Ｌ２が照射される領域は、例えば、回動素子１２の回動軸ＡＹの軸方向に対応する高さ方向Ｄ１を長軸方向とする長円形状又は楕円形状を有する。例えば、図７に示す例では、走査面Ｒ１上における走査光Ｌ２の被照射領域は、トラック形又は角丸長方形の形状を有する。
また、走査光Ｌ２は、回動素子１２における回動体１２Ｂの光反射面１２Ｓの法線ベクトルに応じた方向に出射される。また、回動体１２Ｂの光反射面１２Ｓは、回動軸ＡＹの周りに周期的に回動する。従って、走査面Ｒ１上における走査光Ｌ２が照射される領域は、走査面Ｒ１上における回動軸ＡＹに垂直な方向に対応する幅方向Ｄ２に沿って、周期的に変化する。
換言すれば、本実施例においては、測距装置１０は、所定の方向（例えば高さ方向Ｄ１）を長手方向とするライン状のビーム形状のパルス光を投光し、かつその投光方向を当該パルス光のビームの短手方向（例えば幅方向Ｄ２）に沿った軌跡ＴＲに沿って周期的に変化させるような投光態様を有する。
また、出射光Ｌ１が回動素子１２によって反射される方向（すなわち走査光Ｌ２が出射される方向）における回動軸ＡＹの軸方向に対応する成分は、第１の回折格子２１によって、ほぼ一定となる。従って、走査光Ｌ２、例えば走査光Ｌ２のビーム強度の中心又は走査面Ｒ１上の被照射領域の中心は、幅方向Ｄ２の全範囲に亘って、高さ方向Ｄ１の高さが一定の軌跡ＴＲを描くように遷移する。
従って、回動素子１２の１つの回動周期内における走査光Ｌ２の投光位置は、高さ方向Ｄ１及び幅方向Ｄ２の両方で安定する。例えば、走査光Ｌ２の投光方向が当該回動周期の最初及び最後で高さ方向Ｄ１に沿って変化することがほとんどない。従って、走査光Ｌ２が照射される領域、すなわち走査面Ｒ１は、高さ方法Ｄ１及び幅方向Ｄ２に沿ったほぼ完全な矩形の領域となる。すなわち、走査領域Ｒ０のほぼ全体を有効な走査領域とし、ほぼ全ての反射光Ｌ３の受光結果を有効な走査結果として測距に用いることができる。
なお、走査光Ｌ２の投光態様は、上記に限定されない。例えば、光源１１は、高さ方向Ｄ１に沿ったライン状のビーム形状を有する出射光Ｌ１を生成する場合に限定されない。例えば、光源１１は、他の方向を長手方向とするビーム形状の出射光Ｌ１を生成してもよいし、また、ドット状のビーム形状の出射光Ｌ１を生成してもよい。光源１１が種々のビーム形状の出射光Ｌ１を出射する場合でも、受光素子１３は、例えば当該ビーム形状に応じた形状の受光面を構成するために、各々が反射光Ｌ３の強度に応じた電気信号を生成しかつ１次元又は２次元的に配列された複数の検出素子を有していればよい。
このように、本実施例においては、回動素子１２における回動体１２Ｂの光反射面１２Ｓに互いに異なる回折特性の第１及び第２の回折格子２１及び２２が設けられている。また、光源１１及び回動素子１２は、出射光Ｌ１が第１の回折格子２１に入射するように構成及び配置されている。また、受光素子１３は、第２の回折格子２２によって回折された反射光Ｌ３を受光するように構成及び配置されている。
これによって、例えば、光源１１と回動素子１２との間の出射光Ｌ１の光路上及び回動素子１２と受光素子１３との間の反射光Ｌ３の光路上に出射光Ｌ１及び反射光Ｌ３を分離する光学素子（例えばビームスプリッタ又は穴あきミラーなど）を設けることなく、光源１１から走査領域Ｒ０を経て受光素子１３に至る光路を形成することが可能となる。
また、例えば、回動体１２Ｂの光反射面１２Ｓは回折格子が設けられている以外に複雑な形状を有する必要がない。従って、回動素子１２は、例えば、一般的なＭＥＭＳミラーのミラー面に回折格子を設けることで容易に作製することができる。
また、光源１１は、例えば、受光素子１３が受光可能な種々の光を出射するように構成されていればよい。例えば、光源１１は、一般的なレーザ素子などの発光素子と、当該発光素子から放出された光を集光又は整形する一般的な光学系と、を有していればよい。
また、受光素子１３は、上記したように、少なくとも反射光Ｌ３を受光するように構成されていればよい。例えば、受光素子１３は、反射光Ｌ３を集光する一般的な光学系と、出射光Ｌ１の波長に対応する波長域の電磁波を検出可能な一般的な検出素子と、を有していればよい。
従って、可動式の光偏向素子を有する走査型の測距装置１０において、構成要素を単純化し、かつ最小限の個数に抑えることができる。また、安定して所望の位置に光を投光することができるため、広範囲に亘って正確な走査結果及び測距結果を得ることができる。従って、コンパクトかつ高性能な測距装置１０を提供することができる。
また、回動中における回動素子１２の光反射面１２Ｓの走査領域Ｒ０から見た立体角が最大化されるように、回動素子１２を配置することができる。これによって、多くの反射光Ｌ３を受光素子１３に導くことができる。従って、反射光Ｌ３の受光感度、及び測距精度が大幅に向上する。
また、本実施例においては、第１の回折格子２１が設けられる回動体１２Ｂの光反射面１２Ｓの第１の領域１２ＳＡが光反射面１２Ｓにおける回動軸ＡＹと重なる領域を含む領域である。これによって、走査光Ｌ２の投光方向における高さ方向Ｄ１の成分が回動周期内のほぼ全てで安定する。
また、本実施例においては、第２の回折格子２２が設けられる第２の領域１２ＳＢは、回動体１２Ｂの光反射面１２Ｓにおいて、第１の領域１２ＳＡを中心として回転対称に設けられている。これによって、走査光Ｌ２の投光方向が安定し、また、受光素子１３への反射光Ｌ３の入射形状及び入射位置が安定する。
また、本実施例においては、第２の領域１２ＳＢは、第１の領域１２ＳＡの外側に環状に設けられている。従って、受光素子１３への反射光Ｌ３の入射形状及び入射位置がさらに安定する。
また、本実施例においては、第２の領域１２ＳＢは、第１の領域１２ＳＡよりも大きい面積を有する。従って、受光素子１３に入射する反射光Ｌ３の光量を大きくし、かつ受光素子１３に入射せずに装置内で迷光及びノイズ光となり得る反射光Ｌ３の発生を抑制することができる。
なお、これらの第１及び第２の領域１２ＳＡ及び１２ＳＢの配置、すなわち第１及び第２の回折格子２１及び２２の配置構成は、一例に過ぎない。第１及び第２の領域１２ＳＡ及び１２ＳＢは、回動体１２Ｂの光反射面１２Ｓに設けられた互いに異なる領域であればよい。
また、本実施例においては、第１の回折格子２１は、回動軸ＡＹの軸方向における第１の方向ＤＹ１に波数ベクトルを有するブレーズド回折格子である場合について説明した。また、第２の回折格子２２は、回動軸ＡＹの軸方向における第１の方向ＤＹ１とは反対の第２の方向ＤＹ２に波数ベクトルを有するブレーズド回折格子である場合について説明した。しかし、第１及び第２の回折格子２１及び２２の構成は、これに限定されない。
例えば、第１及び第２の回折格子２１及び２２は、同一の方向に波数ベクトルを有し、互いに異なるブレーズ角を有するブレーズド回折格子であってもよい。この場合でも、例えば、第１及び第２の回折格子２１及び２２のブレーズ角θb1及びθb2、又は格子溝２１Ａ及び２１Ｂのピッチｄ1及びｄ2を調節することで、回動素子１２を介した投受光経路を分離することができる。
また、本実施例においては、第１及び第２の回折格子２１及び２２がブレーズド回折格子である場合について説明した。しかし、第１及び第２の回折格子２１及び２２の構成はこれに限定されない。例えば、第１の回折格子２１は、出射光Ｌ１を特定の次数の回折光が主成分となるように回折させる種々の回折格子であればよい。また、例えば、第２の回折格子２２は、反射光Ｌ３を特定の次数の回折光が主成分となるように回折させる種々の回折格子であればよい。
また、第１及び第２の回折格子２１及び２２は、それぞれ出射光Ｌ１及び反射光Ｌ３を回折させる回折格子であればよい。そして、測距装置１０内において、光源１１から出射された出射光Ｌ１が第１の回折格子２１に入射するように構成されていればよく、また、反射光Ｌ３が第２の回折格子２２に入射した後に受光素子１３に入射するように構成されていればよい。例えば、第１及び第２の回折格子２１及び２２は、互いに異なる回折特性を有していればよい。すなわち、投受光経路中に回折格子が挿入されていればよい。
また、本実施例においては、受光素子１３は、光源１１から第１の回折格子２１に入射した出射光Ｌ１のうち、第１の回折格子２１の格子面２１ＳＡによって反射した回動状態検出光Ｌ２０の光路上に配置されている。これによって、回動状態検出光Ｌ２０を用いた種々の動作監視を行うことができる。
また、例えば、測距装置１０は、受光素子１３による第１の回折格子２１の格子面２１ＳＡによって反射した回動状態検出光Ｌ２０の受光結果に基づいて、回動体１２Ｂの回動状態を検出する回動状態検出部１４Ｄを有する。これによって、回動体１２Ｂの実際の回動振幅を監視するために新たに受光回路又は検出回路を設ける必要がない。従って、コンパクトでありながら正確な投受光及び走査を行うことができる。
また、回動状態検出部１４Ｄは、回動状態検出光Ｌ２０を用いて回動振幅を検出するように構成されている必要はない。例えば、回動状態検出部１４Ｄは、回動体１２Ｂの回動特性及び回動素子制御部１４Ｂから供給される回動素子１２への駆動信号に基づいて、回動体１２Ｂの回動振幅を算出するように構成されていてもよい。また、回動状態検出部１４Ｄが設けられる必要もない。
このように、本実施例においては、測距装置１０は、光（出射光Ｌ１）を出射する光源１１と、回動軸ＡＹの周りに回動し、かつ第１の領域１２ＳＡ及び第１の領域１２ＳＡとは異なる第２の領域１２ＳＢを含む光反射面１２Ｓを有する回動体１２Ｂを有する回動素子１２と、を有する。
また、本実施例においては、測距装置１０は、光反射面１２Ｓの第１の領域１２ＳＡに設けられ、光源１１から出射された光を回折させつつ投光する第１の回折格子２１と、光反射面１２Ｓの第２の領域１２ＳＢに設けられ、第１の領域１２ＳＡを経て投光されて対象物ＯＢによって反射された光（反射光Ｌ３）を回折させる第２の回折格子２２と、第２の回折格子２２によって回折された光を受光する受光素子１３と、受光素子１３による第２の回折格子２２を経た光の受光結果に基づいて対象物ＯＢまでの距離を測定する測距部１４Ｅと、を有する。従って、可動式の光偏向素子を有し、コンパクトな測距装置１０を提供することができる。
また、受光素子１３による反射光Ｌ３の受光結果は、測距以外の用途、例えば走査用途や単純な検出用途に用いられることができる。この場合、例えば、測距装置１０は測距部１４Ｅを有する必要はない。測距装置１０が測距部１４Ｅを有さない場合、測距装置１０は、走査装置、検出装置又は投受光装置として機能する。
例えば、測距装置１０は、光反射面１２Ｓの第１の領域１２ＳＡに設けられ、光源１１から出射された光を回折させつつ投光する第１の回折格子２１と、光反射面１２Ｓの第２の領域１２ＳＢに設けられ、第１の領域１２ＳＡを経て投光されて対象物ＯＢによって反射された光（反射光Ｌ３）を回折させる第２の回折格子２２と、第２の回折格子２２によって回折された光を受光する受光素子１３と、を有する。従って、可動式の光偏向素子を有し、コンパクトな投受光装置を提供することができる。
また、回動素子１２は、例えば制御部１４によって動作することで、回動体装置として機能する。回動素子１２は、例えば光偏向素子として種々の投受光回路に挿入されることで、コンパクトな走査型の投受光装置又は測距装置を実現することができる。
すなわち、例えば、回動素子１２は、支持体１２Ａと、回動軸ＡＹの周りに回動可能なように支持体１２Ａに支持され、第１の回折格子２１が設けられた第１の領域１２ＳＡ及び第１の回折格子２１とは回折特性が異なる第２の回折格子２２が設けられた第２の領域１２ＳＢを含む光反射面１２Ｓを有する回動体１２Ｂと、を有する。従って、例えば、コンパクトな走査型の投受光装置及び測距装置を構成するのに適した回動体装置を提供することができる。
図８は、実施例２に係る測距装置３０の模式的な配置図である。本実施例においては、測距装置３０は、測距装置１０と同様に、走査領域Ｒ０の光走査を行い、走査領域Ｒ０内に存在する対象物ＯＢまでの距離を測定する走査型の測距装置である。測距装置３０は、回動素子１２に代えて回動素子３２を有する点を除いては、測距装置１０と同様の構成を有する。
測距装置３０は、出射光Ｌ１として例えばパルス光を生成及び出射する光源３１を有する。例えば、光源３１は、光源１１と同様に、出射光Ｌ１として赤外領域にピーク波長を有するレーザ光を生成し、これを断続的に出射する。なお、本実施例においては、光源３１がドット状のビーム形状の光を出射光Ｌ１として出射する場合について説明する。
測距装置３０は、回動軸ＡＹの周りに回動し、光源３１から出射された出射光Ｌ１を走査領域Ｒ０に向けて反射させる回動素子３２を有する。本実施例においては、回動素子３２は、出射光Ｌ１を方向可変に偏向する偏向素子として機能する。回動素子３２は、反射された出射光Ｌ１を走査光Ｌ２として出射する。
本実施例においては、回動素子３２は、回動軸ＡＹに沿った方向に設けられた複数の側面を光反射面として有する角柱形状（多角柱形状）のポリゴンミラーである。例えば、回動素子３２は、３つの側面Ｓ１、Ｓ２及びＳ３を有する三角柱形状を有する。回動素子３２の側面Ｓ１〜Ｓ３の各々は、出射光Ｌ１に対して反射性を有し、また、出射光Ｌ１の光軸上に配置されている。
回動素子３２から出射される走査光Ｌ２は、その出射方向が周期的に変化する。この走査光Ｌ２の出射方向の１つの変化周期内に走査光Ｌ２が照射される領域は、走査領域Ｒ０となる。例えば、走査領域Ｒ０は、回動軸ＡＹの軸方向に対応する高さ方向Ｄ１に沿った高さ方向範囲、回動軸ＡＹに垂直な方向に対応する幅方向Ｄ２に沿った幅方向範囲、及び走査光Ｌ２の光軸の軸方向に対応する奥行方向に沿った奥行方向範囲を有する錐状の空間として定義されることができる。
例えば、回動素子３２の側面Ｓ１〜Ｓ３の法線ベクトルは、回動素子３２の回動に応じて周期的に変化する。また、本実施例においては、光源３１は、出射光Ｌ１が回動中の回動素子３２の側面Ｓ１〜Ｓ３のいずれかに入射するように、出射光Ｌ１を回動素子３２に向けて出射する。
従って、例えば、走査領域Ｒ０の高さ方向範囲は、出射光Ｌ１の光軸の軸方向及び出射光Ｌ１が入射している回動素子３２の側面Ｓ１〜Ｓ３の法線ベクトルによって定まる走査光Ｌ２の光軸の軸方向における、回動軸ＡＹの軸方向の成分の変化範囲に対応する。また、走査領域Ｒ０の幅方向範囲は、当該走査光Ｌ２の軸方向における回動軸ＡＹに垂直な方向の成分の変化範囲に対応する。また、走査領域Ｒ０の奥行方向範囲は、走査光Ｌ２が所定の強度（測距装置３０が検出可能な強度）を維持できる距離の範囲に対応する。
また、走査領域Ｒ０内における回動素子１２から所定の距離だけ離れた仮想の平面を走査面Ｒ１としたとき、走査面Ｒ１は、高さ方向Ｄ１及び幅方向Ｄ２に沿って広がる２次元的な領域として定義されることができる。走査光Ｌ２は、この走査面Ｒ１を走査するように、走査領域Ｒ０に向けて出射される。
また、走査領域Ｒ０に対象物ＯＢ（すなわち走査光Ｌ２に対して反射性又は散乱性を有する物体又は物質）が存在する場合、走査光Ｌ２は、対象物ＯＢによって反射又は散乱される。対象物ＯＢによって反射された走査光Ｌ２は、その一部が、反射光Ｌ３として、走査光Ｌ２とほぼ同一の光路を走査光Ｌ２とは反対の方向に向かって進み、回動素子３２に戻って来る。
測距装置３０は、反射光Ｌ３を受光する受光素子３３を有する。受光素子３３は、回動素子３２を経て投光され、対象物ＯＢによって反射され、かつ回動素子３２を経た光である反射光Ｌ３を受光する。また、受光素子３３は、反射光Ｌ３を検出し、反射光Ｌ３の検出結果として例えば反射光Ｌ３の強度に応じた電気信号を生成する少なくとも１つの検出素子を有する。測距装置３０は、受光素子３３によって生成された当該電気信号を走査領域Ｒ０の走査結果として生成する。
なお、光源３１は、光源１１と同様に、出射光Ｌ１を集光及び整形する光学系（図示せず）を有していてもよい。また、受光素子３３は、受光素子１３と同様に、反射光Ｌ３を集光する光学系（図示せず）を有していてもよい。
測距装置３０は、光源３１、回動素子３２及び受光素子３３を駆動し、また、その制御を行う制御部３４を有する。制御部３４は、光源３１の駆動及び制御を行う光源制御部３４Ａと、回動素子３２の駆動及び制御を行う回動素子制御部３４Ｂと、受光素子３３の駆動及び制御を行う受光素子制御部３４Ｃと、を有する。
また、制御部３４は、受光素子３３による反射光Ｌ３の受光結果に基づいて対象物ＯＢまでの距離を測定する測距部３４Ｄを有する。測距部３４Ｄは、例えば、測距部１４Ｅと同様に、走査光Ｌ２の投光タイミングと反射光Ｌ３の受光タイミングとの間の時間差に基づくタイムオブフライト法によって、対象物ＯＢ（又はその一部の表面領域）までの距離を測定する。
また、測距部３２Ｄは、測距部１４Ｅと同様に、測距情報を示す測距データを生成する。また、例えば、測距部３４Ｄは、回動素子３２の側面Ｓ１〜Ｓ３の変位に応じて走査領域Ｒ０を複数の測距点に区別し、当該測距点の各々を画素とする測距画像を示す画像データを生成する。また、測距部３４Ｄは、例えば、走査光Ｌ２の出射方向の変化周期、例えば回動素子３２が一回転する期間を走査領域Ｒ０を走査する周期である走査周期とし、この走査周期毎に１つの測距画像を生成する。
図９は、回動素子３２の斜視図である。本実施例においては、回動素子３２は、支持体３２Ａと、回動軸ＡＹの周りに回動可能なように支持体３２Ａに支持された回動体３２Ｂと、を含む。すなわち、本実施例においては、回動素子３２は、回動体３２Ｂを有するポリゴンミラーである。
本実施例においては、回動素子３２の回動体３２Ｂは、回動軸ＡＹの軸方向を高さ方向とする直角柱形状を有する。本実施例においては、回動体３２Ｂは、３つの側面Ｓ１、Ｓ２及びＳ３を有する正三角柱形状を有する。以下においては、回動体３２Ｂの側面Ｓ１を第１の側面と称し、同様に側面Ｓ２及びＳ３をそれぞれ第２及び第３の側面と称する場合がある。
本実施例においては、回動体３２Ｂの側面Ｓ１、Ｓ２及びＳ３の各々は、回動軸ＡＹの軸方向に平行な平面の一部である。回動体３２Ｂの側面Ｓ１、Ｓ２及びＳ３は、回動軸ＡＹの軸方向に沿った方向から見たときに回動軸ＡＹから離間した位置において回動軸ＡＹを取り囲むように配置されている。
なお、本明細書においては、回動体３２Ｂが角柱形状を有するとは、例えば、回動体３２Ｂが角柱の側面をなすような外形の部分を有することをいう。例えば、回動体３２Ｂは、角柱形状の部分以外に、他の形状を有する部分を有していてもよい。また、回動体３２Ｂは、側面Ｓ１〜Ｓ３、上面又は底面に、凹凸や貫通孔などを有していてもよい。
例えば、回動素子３２の回動体３２Ｂは、角柱形状の本体部分と、当該本体部分の底面から回動軸ＡＹの軸方向に沿って突出する凸部を有する。当該凸部は、その端部において支持体３２Ａに回動可能なように結合されている。例えば、当該凸部は、当該本体部分の底面及び上面間を貫通するシャフトの一部である。
また、例えば、回動素子３２は、支持体３２Ａ内に設けられ、制御部３４に接続され、回動体３２Ｂを回動させる力（駆動力）を生成する駆動力生成部（図示せず）を有する。例えば、当該駆動力生成部は、制御部３４から供給された駆動信号によって回動するモータである。また、例えば、当該駆動力伝達部によって生成された駆動力は、軸受けなどの伝達部（図示せず）によって回動体３２Ｂに伝達される。
次に、図９を用いて、回動体３２Ｂの第１の側面Ｓ１について説明する。測距装置３０は、回動素子３２における回動体３２Ｂの第１の側面Ｓ１の一部の領域（以下、第１の領域と称する）Ｓ１１に設けられた反射型の回折格子（以下、第１の回折格子と称する）４１を有する。
また、測距装置３０は、第１の側面Ｓ１の第１の領域Ｓ１１とは異なる領域（以下、第２の領域と称する）Ｓ１２に設けられ、第１の回折格子４１とは回折特性が異なる反射型の回折格子（以下、第２の回折格子と称する）４２を有する。
換言すれば、本実施例においては、回動体３２Ｂの第１の側面Ｓ１は、出射光Ｌ１を回折及び反射させる回折反射面として機能する。また、第１の側面Ｓ１の第１及び第２の領域Ｓ１１及びＳ１２のそれぞれに入射した光は、互いに異なる特性で回折されて反射することとなる。後述するが、回動体３２Ｂの第２及び第３の側面Ｓ２及びＳ３についても、同様の構成を有する。
図１０は、第１の側面Ｓ１に平行でかつ回動軸ＡＹに垂直な方向に沿って回動体３２Ｂを見たときの回動体３２Ｂの模式的な側面図である。図１０を用いて、第１及び第２の回折格子４１及び４２の構成について説明する。
本実施例においては、第１の回折格子４１は、各々が第１の側面Ｓ１内において回動軸ＡＹに垂直な方向に沿って延び、かつ回動軸ＡＹに沿って配列された複数の格子溝４１Ａを有する。また、本実施例においては、第１の回折格子４１は、回動軸ＡＹの軸方向における一方の方向ＤＹ１に波数ベクトルを有するブレーズド回折格子である。
より具体的には、本実施例においては、第１の回折格子４１は、回動体３２Ｂの第１の側面Ｓ１に平行な格子面（格子溝４１Ａの頂部によって画定される面、回折格子面）４１ＳＡと、格子面４１ＳＡから方向ＤＹ１に向かって角度（ブレーズ角）θb11だけ傾斜しかつピッチ（隣接する格子溝４１Ａ間の距離）ｄ11で配列されたブレーズ面４１ＳＢと、を有する。
また、本実施例においては、第２の回折格子４２は、各々が第１の側面Ｓ１内において回動軸ＡＹに垂直な方向に沿って延び、かつ回動軸ＡＹに沿って配列された複数の格子溝４２Ａを有する。また、本実施例においては、第２の回折格子４２は、回動軸ＡＹの軸方向における方向ＤＹ１とは反対の方向ＤＹ２に波数ベクトルを有するブレーズド回折格子である。
本実施例においては、第２の回折格子４２は、回動体３２Ｂの第１の側面Ｓ１に平行な格子面（格子溝４２Ａの頂部によって画定される面、回折格子面）４２ＳＡと、格子面４２ＳＡから方向ＤＹ２に向かって角度（ブレーズ角）θb12だけ傾斜しかつピッチ（隣接する格子溝４２Ａ間の距離）ｄ12で配列されたブレーズ面４２ＳＢと、を有する。
また、本実施例においては、図９及び図１０に示すように、回動体３２Ｂにおける第１の側面Ｓ１の第１の領域Ｓ１１は、第１の側面Ｓ１上において回動軸ＡＹの軸方向に垂直な方向に沿って線状に設けられた領域である。また、本実施例においては、第２の領域Ｓ１２は、第１の領域Ｓ１１よりも大きい面積を有する。第１及び第２の回折格子４１及び４２は、例えばこのように区画された第１及び第２の領域Ｓ１１及びＳ１２にそれぞれ設けられている。
図１１は、出射光Ｌ１の回動素子３２における第１の側面Ｓ１への入射態様と、走査光Ｌ２１の回動素子３２からの出射態様を模式的に示す図である。図１１を用いて、走査光Ｌ２１の投光動作に関する測距装置３０の動作について説明する。なお、図１１においては、図４と同様に、第１の側面Ｓ１に対し、第１の側面Ｓ１の法線から方向ＤＹ１に角度θ11だけ傾斜した光軸で出射光Ｌ１が入射する場合を例に説明する。本実施例においては、第１の側面Ｓ１に入射する出射光Ｌ１を出射光Ｌ１１とした場合、角度θ11は、第１の側面Ｓ１に対する出射光Ｌ１１の入射角である。
出射光Ｌ１１は、回動体３２Ｂにおける第１の側面Ｓ１の第１の領域Ｓ１１に入射するような位置、角度及びビームサイズで、光源３１から出射される。そして、第１の側面Ｓ１に入射した出射光Ｌ１１は、第１の回折格子４１としてのブレーズド回折格子によって回折及び反射され、走査光Ｌ２１として出射される。
ブレーズド回折格子による光の回折効果は、例えば実施例１において図４を用いて説明した通りである。例えば、出射光Ｌ１１は、第１の回折格子４１によって特定の次数の回折光が主成分となるように回折される。また、出射光Ｌ１１によって回折された光のうち、当該主成分の光は、ブレーズ角である角度θb11に対応する角度だけ、方向ＤＹ１に向けて回折しつつ反射することとなる。
本実施例においても、走査光Ｌ２１は、回動軸ＡＹの軸方向においては、出射光Ｌ１１が第１の側面Ｓ１において正反射する方向とは異なる方向に出射する。また、走査光Ｌ２１の出射方向における回動軸ＡＹの軸方向の成分は、第１の側面Ｓ１が回動軸ＡＹの周りを回動した場合でも、ほとんど変化しない。
従って、例えば、図１１に示すように、第１の側面Ｓ１の法線方向から出射光Ｌ１１を入射させなくても、第１の側面Ｓ１の法線方向に沿って出射する走査光Ｌ２１を生成することができる。
図１２は、反射光Ｌ３の回動素子３２の第１の側面Ｓ１及び受光素子３３への入射態様を模式的に示す図である。図１２を用いて、反射光Ｌ３が回動素子３２を経て受光素子３３に受光されるまでの振る舞いについて説明する。走査光Ｌ２は対象物ＯＢによって散乱されるため、その一部の光である反射光Ｌ３は、回動素子３２の全体に入射する。
そして、第１の側面Ｓ１に入射する反射光Ｌ３である反射光Ｌ３１は、回動体３２Ｂの第１の側面Ｓ１の全体に入射し、第１及び第２の回折格子４１及び４２によって回折される。また、第２の回折格子４２は、第１の回折格子４１とは波数ベクトルの方向が異なるブレーズド回折格子である。従って、第２の回折格子４２に入射した反射光Ｌ３１は、特定の次数の回折光が主成分となるように回折され、当該主成分の回折光は、光源１１とは異なる方向に出射する。
本実施例においても、例えば、第２の回折格子４２を設けることで、反射光Ｌ３１が第１の側面Ｓ１の法線方向に沿って第１の側面Ｓ１に入射した場合でも、反射光Ｌ３１の一部を当該法線方向ではなくかつ光源１１から逸れる方向に出射させることができる。
また、受光素子３３は、この第２の回折格子４２によって回折された反射光Ｌ３１を受光するように配置されている。また、測距部３４Ｄは、受光素子３３によって受光された反射光Ｌ３１に基づいて測距動作を行う。
なお、図１１及び図１２に示すように回動素子３２を配置した場合も、回動中における回動素子３２の第１の側面Ｓ１の走査領域Ｒ０からの立体角が最大化される。これによって、反射光Ｌ３の受光精度、さらには走査領域Ｒ０の走査精度及び測距精度が大幅に向上する。この原理については、実施例１において図４及び図６を用いて説明した通りである。
図１３は、回動体３２Ｂの第２の側面Ｓ２に平行でかつ回動軸ＡＹに垂直な方向に沿って回動体３２Ｂを見たときの回動体３２Ｂの模式的な側面図である。測距装置３０は、回動体３２Ｂの第２の側面Ｓ２の一部の領域（以下、第１の領域と称する）Ｓ２１に設けられた反射型の回折格子（以下、第１の回折格子と称する）４３と、第２の側面Ｓ２の第１の領域Ｓ２１とは異なる領域（以下、第２の領域と称する）Ｓ２２に設けられ、第１の回折格子４３とは回折特性が異なる反射型の回折格子（以下、第２の回折格子と称する）４４と、を有する。
本実施例においては、第１の回折格子４３は、各々が第２の側面Ｓ２内において回動軸ＡＹに垂直な方向に沿って延び、かつ回動軸ＡＹに沿って配列された複数の格子溝４３Ａを有する。また、本実施例においては、第１の回折格子４３は、回動軸ＡＹの軸方向における一方の方向ＤＹ１に波数ベクトルを有するブレーズド回折格子である。
本実施例においては、第１の回折格子４３は、回動体３２Ｂの第２の側面Ｓ２に平行な格子面（格子溝４３Ａの頂部によって画定される面、回折格子面）４３ＳＡと、格子面４３ＳＡから方向ＤＹ１に向かって角度（ブレーズ角）θb21だけ傾斜しかつピッチ（隣接する格子溝４３Ａ間の距離）ｄ21で配列されたブレーズ面４３ＳＢと、を有する。
また、本実施例においては、第２の回折格子４４は、各々が第２の側面Ｓ２内において回動軸ＡＹに垂直な方向に沿って延び、かつ回動軸ＡＹに沿って配列された複数の格子溝４４Ａを有する。また、本実施例においては、第２の回折格子４４は、回動軸ＡＹの軸方向における方向ＤＹ１とは反対の方向ＤＹ２に波数ベクトルを有するブレーズド回折格子である。
本実施例においては、第２の回折格子４４は、回動体３２Ｂの第２の側面Ｓ２に平行な格子面（格子溝４４Ａの頂部によって画定される面、回折格子面）４４ＳＡと、格子面４４ＳＡから方向ＤＹ２に向かって角度（ブレーズ角）θb22だけ傾斜しかつピッチ（隣接する格子溝４４Ａ間の距離）ｄ22で配列されたブレーズ面４４ＳＢと、を有する。
また、本実施例においては、回動体３２Ｂにおける第２の側面Ｓ２の第１の領域Ｓ２１は、第２の側面Ｓ２上において回動軸ＡＹの軸方向に垂直な方向に沿って線状に設けられた領域である。また、本実施例においては、第２の領域Ｓ２２は、第１の領域Ｓ２１よりも大きい面積を有する。
図１４は、回動体３２Ｂの第３の側面Ｓ３に平行でかつ回動軸ＡＹに垂直な方向に沿って回動体３２Ｂを見たときの回動体３２Ｂの模式的な側面図である。測距装置３０は、回動体３２Ｂの第３の側面Ｓ３の一部の領域（以下、第１の領域と称する）Ｓ３１に設けられた反射型の回折格子（以下、第１の回折格子と称する）４５と、第３の側面Ｓ３の第１の領域Ｓ３１とは異なる領域（以下、第２の領域と称する）Ｓ３２に設けられ、第１の回折格子４５とは回折特性が異なる反射型の回折格子（以下、第２の回折格子と称する）４６と、を有する。
本実施例においては、第１の回折格子４５は、各々が第３の側面Ｓ３内において回動軸ＡＹに垂直な方向に沿って延び、かつ回動軸ＡＹに沿って配列された複数の格子溝４５Ａを有する。また、本実施例においては、第１の回折格子４５は、回動軸ＡＹの軸方向における一方の方向ＤＹ１に波数ベクトルを有するブレーズド回折格子である。
本実施例においては、第１の回折格子４５は、回動体３２Ｂの第３の側面Ｓ３に平行な格子面（格子溝４５Ａの頂部によって画定される面、回折格子面）４５ＳＡと、格子面４５ＳＡから方向ＤＹ１に向かって角度（ブレーズ角）θb31だけ傾斜しかつピッチ（隣接する格子溝４５Ａ間の距離）ｄ31で配列されたブレーズ面４５ＳＢと、を有する。
また、本実施例においては、第２の回折格子４６は、各々が第３の側面Ｓ３内において回動軸ＡＹに垂直な方向に沿って延び、かつ回動軸ＡＹに沿って配列された複数の格子溝４６Ａを有する。また、本実施例においては、第２の回折格子４６は、回動軸ＡＹの軸方向における方向ＤＹ１とは反対の方向ＤＹ２に波数ベクトルを有するブレーズド回折格子である。
本実施例においては、第２の回折格子４６は、回動体３２Ｂの第３の側面Ｓ３に平行な格子面（格子溝４６Ａの頂部によって画定される面、回折格子面）４６ＳＡと、格子面４６ＳＡから方向ＤＹ２に向かって角度（ブレーズ角）θb32だけ傾斜しかつピッチ（隣接する格子溝４６Ａ間の距離）ｄ32で配列されたブレーズ面４６ＳＢと、を有する。
また、本実施例においては、回動体３２Ｂにおける第３の側面Ｓ３の第１の領域Ｓ３１は、第３の側面Ｓ３上において回動軸ＡＹの軸方向に垂直な方向に沿って線状に設けられた領域である。また、本実施例においては、第２の領域Ｓ３２は、第１の領域Ｓ３１よりも大きい面積を有する。
換言すれば、本実施例においては、回動体３２Ｂの第１〜第３の側面Ｓ１〜Ｓ３の各々は、光を回折及び反射させる回折反射面として機能する。また、各側面における第１の領域Ｓ１１、Ｓ２１及びＳ３１、並びに第２の領域Ｓ２１、Ｓ２２及びＳ３２のそれぞれに入射した光は、互いに異なる特性で回折されて反射することとなる。
また、本実施例においては、回動体３２Ｂにおける第１〜第３の側面Ｓ１〜Ｓ３における第１の領域Ｓ１１、Ｓ２１及びＳ３１は、全体として、回動軸ＡＹを囲むように回動軸ＡＹの軸方向に垂直な方向に沿って帯状に形成される領域である。すなわち、第１の側面Ｓ１の第１の領域Ｓ１１、第２の側面Ｓ２の第１の領域Ｓ２１、及び第３の側面Ｓ３の第１の領域Ｓ３１は、各側面間に亘って連続している。
図１５は、出射光Ｌ１の回動素子３２における第２の側面Ｓ２への入射態様と、走査光Ｌ２の回動素子３２からの出射態様を模式的に示す図である。なお、図１５においては、第１の側面Ｓ１に対して出射光Ｌ１１を入射させる方向と同様の条件で、第２の側面Ｓ２の法線から方向ＤＹ１に角度θ11だけ傾斜した光軸で出射光Ｌ１が入射する場合を例に説明する。本実施例においては、角度θ11は、第２の側面Ｓ２に対する出射光Ｌ１の入射角である。
第２の側面Ｓ２に入射する出射光Ｌ１である出射光Ｌ１２は、第１の領域Ｓ２１に入射する。そして、出射光Ｌ１２は、第１の回折格子４３としてのブレーズド回折格子によって回折及び反射され、走査光Ｌ２２として出射される。
また、本実施例においては、第１の回折格子４３のブレーズ角θb21は、第１の側面Ｓ１に設けられた第１の回折格子４１のブレーズ角θb11よりも小さい。従って、図１５に示すように、例えば、第２の側面Ｓ２の第１の領域Ｓ２１から出射される走査光Ｌ２２は、回動軸ＡＹの軸方向において方向ＤＹ２の成分を持った光軸を有する。
図１６は、出射光Ｌ１の回動素子３２における第３の側面Ｓ３への入射態様と、走査光Ｌ２の回動素子３２からの出射態様を模式的に示す図である。なお、図１６においては、第１の側面Ｓ１に対して出射光Ｌ１１を入射させる方向と同様の条件で、第３の側面Ｓ３の法線から方向ＤＹ１に角度θ11だけ傾斜した光軸で出射光Ｌ１３が入射する場合を例に説明する。本実施例においては、角度θ11は、第３の側面Ｓ３に対する出射光Ｌ１の入射角である。
第３の側面Ｓ３に入射する出射光Ｌ３である出射光Ｌ１３は、第１の領域Ｓ３１に入射する。そして、出射光Ｌ１３は、第１の回折格子４５としてのブレーズド回折格子によって回折及び反射され、走査光Ｌ２３として出射される。
また、本実施例においては、第１の回折格子４５のブレーズ角θb31は、第１の側面Ｓ１に設けられた第１の回折格子４１のブレーズ角θb11よりも大きい。従って、図１６に示すように、例えば、第３の側面Ｓ３の第１の領域Ｓ３１から出射される走査光Ｌ２３は、回動軸ＡＹの軸方向において方向ＤＹ１の成分を持った光軸を有する。
図１７は、走査面Ｒ１上での走査光Ｌ２１〜Ｌ２３の被照射位置を模式的に示す図である。図１７においては、走査面Ｒ１上における走査光Ｌ２１〜Ｌ２３の照射軌跡を破線で示している。
例えば、第１の側面Ｓ１に入射した出射光Ｌ１１に対応する走査光Ｌ２１は、高さ方向Ｄ１の高さを一定に維持しつつ、幅方向Ｄ２沿った第１の軌跡ＴＲ１を描くように、順次出射される。
また、第２の側面Ｓ２に入射した出射光Ｌ１２に対応する走査光Ｌ２２は、高さ方向Ｄ１の高さを走査光Ｌ２１から離間した高さに維持しつつ、幅方向Ｄ２に沿った第２の軌跡ＴＲ２を描くように、順次出射される。
また、第３の側面Ｓ３に入射した出射光Ｌ１３に対応する走査光Ｌ２３は、高さ方向Ｄ１の高さを走査光Ｌ２１から走査光Ｌ２２とは反対方向に離間した高さに維持しつつ、幅方向Ｄ２に沿った第３の軌跡ＴＲ３を描くように、順次出射される。
また、走査光Ｌ２２が対象物ＯＢによって反射された反射光Ｌ３２は、走査光Ｌ２２とほぼ同一の光路を走査光Ｌ２２とは反対の方向に向かって進み、第２の側面Ｓ２の全体に入射する。そして、反射光Ｌ３２のうちの第２の領域Ｓ２２に入射した光は、第２の領域Ｓ２２に設けられた第２の回折格子４４によって回折され、光源３１とは異なる方向に、すなわち受光素子３３に向けて出射される。
また、走査光Ｌ２３が対象物ＯＢによって反射された反射光Ｌ３３は、走査光Ｌ２３とほぼ同一の光路を走査光Ｌ２３とは反対の方向に向かって進み、第３の側面Ｓ３の全体に入射する。そして、反射光Ｌ３３のうちの第２の領域Ｓ３２に入射した光は、第２の回折格子４６によって回折され、受光素子３３に向けて出射される。
このようにして、第１〜第３の側面Ｓ１〜Ｓ３から走査光Ｌ２が走査領域Ｒ０に向けて投光され、走査領域Ｒ０から戻ってきた反射光Ｌ３１、Ｌ３２及びＬ３３が第１〜第３の側面Ｓ１〜Ｓ３を経て受光素子３３に受光される。
換言すれば、回動体３２Ｂが一回転する際に、第１〜第３の側面Ｓ１〜Ｓ３の各々を経た走査領域Ｒ０に対する投受光が一回ずつ行われる。これによって、測距装置３０は、幅方向Ｄ２に沿った走査線を高さ方向Ｄ１に沿って複数本得るようなラスタ走査を行う。
このように、本実施例においては、光偏向素子として回動素子３２を有する測距装置３０において、回動素子３２における回動体３２Ｂの側面Ｓ１〜Ｓ３の各々に互いに異なる回折特性の回折格子が設けられている。これによって、例えばビームスプリッタを用いることなく、単純な構成で光源３１から走査領域Ｒ０を経て受光素子３３に至る光路を形成することが可能となる。
また、例えば、側面Ｓ１〜Ｓ３毎に設ける回折格子４１〜４６の回折条件（波数ベクトルの方向、ブレーズ角、格子溝のピッチなど）を変えることなどによって、単純な角柱形状のポリゴンミラーを用いて広い範囲の光走査を行うことが可能となる。例えば、回動軸ＡＹの軸方向に走査領域を広げるために、複数の光源を用意したり、複雑な形状のポリゴンミラーを用いる必要が無い。
また、本実施例においては、回折格子を経て走査光Ｌ２を出射することで、走査光Ｌ２の出射方向における回動軸ＡＹの軸方向の成分を安定させることができる。これによって、例えば、有効走査領域が小さくなることが抑制される。また、回動体３２Ｂは単純な角柱形状を有するために、容易に作製することができ、また高い回動精度を維持することが可能なため、走査光Ｌ２の出射方向が不安定になることも抑制される。従って、広い範囲の走査領域Ｒ０に対して高精度かつムラのない走査結果及び測距結果を得ることができる。
また、本実施例においては、各側面における第１の領域の各々、例えば第１の側面Ｓ１の第１の領域Ｓ１１は、回動軸ＡＹの軸方向に垂直な方向に沿って延びる線状の領域である。従って、例えば、光源３１を固定した場合に、走査光Ｌ２の出射方向を安定させることができる。
また、本実施例においては、各側面における第２の領域の各々、例えば第１の側面Ｓ１の第２の領域Ｓ１２は、第１の領域Ｓ１１よりも大きな面積を有する。これによって、微弱な反射光Ｌ３を正確に受光及び検出することができ、また反射光Ｌ３の第１の領域Ｓ１１への入射及び回折による迷光及びノイズ光の発生を抑制することができる。
なお、本実施例においても、回動素子３２の構成、並びに回折格子４１〜４６の各々の構成は上記した場合に限定されない。例えば、回動素子３２は、複数の側面を有する角柱形状の回動体３２Ｂを有していればよい。また、各側面における第１及び第２の領域Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３は、各側面内において互いに異なる領域であればよい。
また、本実施例においては、各側面の第１の回折格子、例えば第１の回折格子４１は、回動軸ＡＹの軸方向における第１の方向ＤＹ１に波数ベクトルを有するブレーズド回折格子である場合について説明した。また、各側面の第２の回折格子、例えば第２の回折格子４２は、回動軸ＡＹの軸方向における第１の方向ＤＹ１とは反対の第２の方向ＤＹ２に波数ベクトルを有するブレーズド回折格子である場合について説明した。しかし、各側面における第１及び第２の回折格子の構成は、これに限定されない。
例えば、第１及び第２の回折格子４１及び４２は、同一の方向に波数ベクトルを有し、互いに異なるブレーズ角を有するブレーズド回折格子であってもよい。この場合でも、回動素子３２を介した投受光経路を分離することができる。換言すれば、例えば、各側面の第１及び第２の回折格子、例えば第１及び第２の回折格子４１及び４２は、互いにブレーズ角が異なるブレーズド回折格子であってもよい。
また、本実施例においては、各側面の第１及び第２の回折格子がブレーズド回折格子である場合について説明した。しかし、各側面の第１及び第２の回折格子の構成はこれに限定されない。例えば、第１の回折格子４１、４３及び４５の各々は、出射光Ｌ１を特定の次数の回折光が主成分となるように回折させる種々の回折格子であればよい。また、例えば、第２の回折格子４２、４４及び４６の各々は、反射光Ｌ３を特定の次数の回折光が主成分となるように回折させる種々の回折格子であればよい。
また、各側面の第１及び第２の回折格子は、それぞれ出射光Ｌ１及び反射光Ｌ３を回折させる回折格子であればよい。そして、測距装置１０内において、光源３１から出射された出射光Ｌ１が第１の回折格子４１、４３及び４５に入射するように構成されていればよく、また、反射光Ｌ３が第２の回折格子４２、４４及び４６に入射した後に受光素子３３に入射するように構成されていればよい。例えば、各側面の第１及び第２の回折格子は、互いに異なる回折特性を有していればよい。すなわち、投受光経路中に回折格子が挿入されていればよい。
また、本実施例においては、回動素子３２を角柱形状（多角柱形状）のポリゴンミラーとして説明した。しかし回動素子３２の形状はこれに限定されない。回動素子３２を回動軸ＡＹに対して傾斜した複数の側面を光反射面として有する角錐台形状のポリゴンミラーとしてもよい。
このように、本実施例においては、測距装置３０は、光（出射光Ｌ１）を出射する光源３１と、回動軸ＡＹの周りに回動しかつ回動軸ＡＹの軸方向を高さ方向とする角柱形状の回動体３２Ｂを有し、回動体３２Ｂの複数の側面（側面Ｓ１〜Ｓ３）の各々が第１の領域（領域Ｓ１１、Ｓ２１及びＳ３１）及び第１の領域とは異なる第２の領域（領域Ｓ１２、Ｓ２２及びＳ３２）を有する回動素子３２と、を有する。
また、測距装置３０は、回動体３２Ｂの当該複数の側面の各々の第１の領域に設けられ、光源３１から出射された光を回折させつつ投光する反射型の第１の回折格子（回折格子４１、４３及び４５）と、当該複数の側面の各々の第２の領域に設けられ、当該第１の領域を経て投光されて対象物ＯＢによって反射された光（反射光Ｌ３）を回折させる反射型の第２の回折格子（回折格子４２、４４及び４６）と、当該第２の回折素子によって回折された光を受光する受光素子３３と、受光素子３３による当該第２の回折格子を経た光の受光結果に基づいて対象物ＯＢまでの距離を測定する測距部３４Ｄと、を有する。従って、可動式の光偏向素子を有し、コンパクトな測距装置３０を提供することができる。
また、受光素子３３による反射光Ｌ３の受光結果は、測距以外の用途、例えば走査用途や単純な検出用途に用いられることができる。この場合、例えば、測距装置３０は測距部３４Ｄを有する必要はない。測距装置３０が測距部３４Ｄを有さない場合、測距装置３０は、走査装置、検出装置又は投受光装置として機能する。
例えば、測距装置３０は、回動体３２Ｂの当該複数の側面の各々の第１の領域に設けられ、光源３１から出射された光を回折させつつ投光する反射型の第１の回折格子（回折格子４１、４３及び４５）と、当該複数の側面の各々の第２の領域に設けられ、当該第１の領域を経て投光されて対象物ＯＢによって反射された光（反射光Ｌ３）を回折させる反射型の第２の回折格子（回折格子４２、４４及び４６）と、当該第２の回折素子によって回折された光を受光する受光素子３３と、を有する。従って、可動式の光偏向素子を有し、コンパクトな投受光装置を提供することができる。
また、回動素子３２は、例えば制御部３４によって動作することで、回動体装置として機能する。回動素子３２は、例えば光偏向素子として種々の投受光回路に挿入されることで、コンパクトな走査型の投受光装置又は測距装置を実現することができる。
すなわち、例えば、回動素子３２は、支持体３２Ａと、回動軸ＡＹの周りに回動可能なように支持体３２Ａに支持され、回動軸ＡＹの軸方向を高さ方向とする角柱形状を有し、各々が、反射型の第１の回折格子（回折格子４１、４３及び４５）が設けられた第１の領域（領域Ｓ１１、Ｓ２１及びＳ３１）及び第１の回折格子とは回折特性が異なる反射型の第２の回折格子（回折格子４２、４４及び４６）が設けられた第２の領域（領域Ｓ１２、Ｓ２２及びＳ３２）を含む複数の側面（側面Ｓ１〜Ｓ３）を有する回動体３２Ｂと、を有する。従って、例えば、コンパクトな走査型の投受光装置及び測距装置を構成するのに適した回動体装置を提供することができる。
１０、３０ 測距装置
１２ 回動素子
１２Ｂ 回動体
２１、２２、４１〜４６ 回折格子

Claims (19)

  1. 光を出射する光源と、
    回動軸の周りに回動し、かつ第１の領域及び前記第１の領域とは異なる第２の領域を含む光反射面を有する回動体を有する回動素子と、
    前記光反射面の前記第１の領域に設けられ、前記光源から出射された光を回折させつつ投光する第１の回折格子と、
    前記光反射面の前記第２の領域に設けられ、前記第１の領域を経て投光されて対象物によって反射された光を回折させる第２の回折格子と、
    前記第２の回折格子によって回折された光を受光する受光素子と、を有することを特徴とする投受光装置。
  2. 前記第１の領域は、前記光反射面に垂直な方向から見たときに前記光反射面における前記回動軸と重なる領域を含む領域であることを特徴とする請求項１に記載の投受光装置。
  3. 前記第２の領域は、前記光反射面において前記第１の領域を中心として回転対称に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の投受光装置。
  4. 前記第２の領域は、前記第１の領域の外側に環状に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の投受光装置。
  5. 前記第２の領域は、前記第１の領域よりも大きい面積を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の投受光装置。
  6. 前記第１及び第２の回折格子は、互いにブレーズ角が異なるブレーズド回折格子であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の投受光装置。
  7. 前記第１の回折格子は、前記回動軸の軸方向における第１の方向に波数ベクトルを有するブレーズド回折格子であり、
    前記第２の回折格子は、前記回動軸の軸方向における前記第１の方向とは反対の第２の方向に波数ベクトルを有するブレーズド回折格子であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の投受光装置。
  8. 前記受光素子は、前記光源から前記第１の回折格子に入射した光のうち、前記第１の回折格子の格子面によって反射した光の光路上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の投受光装置。
  9. 前記受光素子は、前記第１の回折格子の格子面によって反射した光が、前記回動素子の非回動時には入射せず、前記回動素子の回動時に入射する位置に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の投受光装置。
  10. 前記受光素子による前記第１の回折格子の前記格子面によって反射した光の受光結果に基づいて、前記回動体の回動振幅を検出する検出部を有することを特徴とする請求項８又は９に記載の投受光装置。
  11. 請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の投受光装置と、
    前記受光素子による前記第２の回折格子を経た光の受光結果に基づいて前記対象物までの距離を測定する測距部と、を有することを特徴とする測距装置。
  12. 支持体と、
    回動軸の周りに回動可能なように前記支持体に支持され、第１の回折格子が設けられた第１の領域及び前記第１の回折格子とは回折特性が異なる第２の回折格子が設けられた第２の領域を含む光反射面を有する回動体と、を有する回動体装置。
  13. 光を出射する光源と、
    回動軸の周りに回動しかつ前記回動軸の軸方向を高さ方向とする多角柱形状又は多角錐台形状の回動体を有し、前記回動体の複数の側面の各々が第１の領域及び前記第１の領域とは異なる第２の領域を有する回動素子と、
    前記回動体の前記複数の側面の各々の前記第１の領域に設けられ、前記光源から出射された光を回折させつつ投光する反射型の第１の回折格子と、
    前記複数の側面の各々の前記第２の領域に設けられ、前記第１の領域を経て投光されて対象物によって反射された光を回折させる反射型の第２の回折格子と、
    前記第２の回折素子によって回折された光を受光する受光素子と、を有することを特徴とする投受光装置。
  14. 前記第１の領域は、前記複数の側面の各々において前記回動軸の軸方向に垂直な方向に沿って線状に設けられた領域であることを特徴とする請求項１３に記載の投受光装置。
  15. 前記第２の領域は、前記第１の領域よりも大きな面積を有することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の投受光装置。
  16. 前記第１及び第２の回折格子は、互いにブレーズ角が異なるブレーズド回折格子であることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１つに記載の投受光装置。
  17. 前記第１の回折格子は、前記回動軸の軸方向における第１に波数ベクトルを有するブレーズド回折格子であり、
    前記第２の回折格子は、前記回動軸の軸方向における前記第１の方向とは反対の第２の方向に波数ベクトルを有するブレーズド回折格子であることを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか１つに記載の投受光装置。
  18. 請求項１３乃至１７のいずれか１つに記載の投受光装置と、
    前記受光素子による前記第２の回折格子を経た光の受光結果に基づいて前記対象物までの距離を測定する測距部と、を有することを特徴とする測距装置。
  19. 支持体と、
    回動軸の周りに回動可能なように前記支持体に支持され、前記回動軸の軸方向を高さ方向とする多角柱形状を有し、各々が、反射型の第１の回折格子が設けられた第１の領域及び前記第１の回折格子とは回折特性が異なる反射型の第２の回折格子が設けられた第２の領域を含む複数の側面を有する回動体と、を有する回動体装置。
JP2019147467A 2019-08-09 2019-08-09 投受光装置、測距装置及び回動体装置 Pending JP2021028594A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019147467A JP2021028594A (ja) 2019-08-09 2019-08-09 投受光装置、測距装置及び回動体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019147467A JP2021028594A (ja) 2019-08-09 2019-08-09 投受光装置、測距装置及び回動体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2021028594A true JP2021028594A (ja) 2021-02-25

Family

ID=74667497

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019147467A Pending JP2021028594A (ja) 2019-08-09 2019-08-09 投受光装置、測距装置及び回動体装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2021028594A (ja)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101643077B1 (ko) 헤드업 디스플레이 장치
JP6124385B2 (ja) イメージプロジェクタおよび光アセンブリ
US7616379B2 (en) One-dimensional illumination apparatus and image generating apparatus
JP6026084B2 (ja) 光学位置測定装置
US20150176977A1 (en) Methods and devices for determining position or distance
US7057160B2 (en) Optical encoder and output adjustment for the same
EP2447666A2 (en) Laser surveying instrument
US20130229654A1 (en) Illumination optical system, light irradiation apparatus for spectrometory, and spectometer
JP2001021354A (ja) 光学位置検出装置
JP2021510814A (ja) レーザレーダ及びその作動方法
JP2007316640A (ja) レーザ斑点を減少させる光変調器及び光変調器モジュール
KR20140018972A (ko) 위치 탐지기 및 광 편향 장치
US20130229653A1 (en) Spectrometric optical system and spectrometer
WO2019017244A1 (ja) 光学装置
JP2008203022A (ja) 光干渉式ガス濃度測定装置
JP2023145783A (ja) 投光装置、投受光装置及び測距装置
JP2021028594A (ja) 投受光装置、測距装置及び回動体装置
JP7099514B2 (ja) 走査型光学系、およびライダー
JPWO2019239845A1 (ja) 物体検出装置および光検出器
KR100811032B1 (ko) 모노리틱 조명장치
JP4846302B2 (ja) 回転レーザ装置及びこれを用いた回転ブレ検出装置
WO2019031327A1 (ja) 光学装置
JP2022125206A (ja) 走査装置及び光検出装置
WO2021044979A1 (ja) 分光測定装置
JP2021028597A (ja) 光出射装置及び測距装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220715

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230726

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230801

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20240206