JP2021156793A - センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストかつ低温度依存性で可動反射部の振れ角を測定する。【解決手段】受信系２００は、レンズ２２０を含む第１光学系と、レンズ２２０、第１反射部２３２及び第２反射部２２４を含む第２光学系と、を有している。第１光学系は、センサ装置１０の外部に存在する対象物によって反射又は散乱された電磁波を受信部２１０に結像させる。第２光学系は、構造体３００によって反射又は散乱された電磁波を受信部２１０に結像させる。【選択図】図２

Description

本発明は、センサ装置に関する。

近年、様々なレーザ測距装置が開発されている。特に、レーザ測距装置の一種として、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）が開発されている。ＬｉＤＡＲは、ＬＤ（レーザダイオード）等の出射部から出射された電磁波を２軸ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー等の可動反射部によって反射して、ＬｉＤＡＲの外部に向けてこの電磁波を出射する。ＬｉＤＡＲから出射されたこの電磁波は、ＬｉＤＡＲの外部に存在する物体等の対象物によって反射又は散乱される。当該対象物によって反射又は散乱された電磁波は、ＬｉＤＡＲに戻り、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）等の受信部によって受信される。ＬｉＤＡＲは、出射部から電磁波が出射されてから、対象物によって反射又は散乱された電磁波が受信部によって受信されるまでの時間に基づいて、対象物までの距離を測定する。

特許文献１には、ＦＡ（ファクトリーオートメーション）等に用いられるレーザ測距装置について記載されている。このレーザ測距装置では、測距光学系に用いられる反射体と、基準光学系に用いられる反射体と、が共有されている。

特開平６−１７４８４４号公報

ＬｉＤＡＲ等のセンサ装置における２軸ＭＥＭＳミラー等の可動反射部の振れ角を測定するため、可動反射部に振れ角センサを設ける場合がある。しかしながら、可動反射部に振れ角センサを設けることは、コストの増加につながる可能性がある。また、可動反射部に設けられた振れ角センサには概して温度依存性があり、センサ装置の使用温度によっては温度センサでは可動反射部の振れ角を正確に検出することが難しい場合がある。また、可動反射部に設けられた振れ角センサに代えて、センサ装置による対象物の測定のための出射部及び受信部に加えて可動反射部の振れ角の測定のための他の出射部及び他の受信部を設けることがある。しかしながら、このような他の出射部及び他の受信部を設けることは、コストの増加につながる可能性がある。

本発明が解決しようとする課題としては、低コストかつ低温度依存性で可動反射部の振れ角を測定することが一例として挙げられる。

請求項１に記載の発明は、
電磁波を出射する出射部と、
所定の走査範囲内に向けて前記電磁波を反射する可動反射部と、
前記走査範囲内に存在する対象物と、前記走査範囲内において前記対象物よりも前記可動反射部の近くに位置する構造体と、の少なくとも一方によって反射又は散乱された前記電磁波を受信する少なくとも１つの受信素子を含む受信部と、
前記対象物によって反射又は散乱された前記電磁波を前記受信部に結像させる第１光学系と、
前記構造体によって反射又は散乱された前記電磁波を前記受信部に結像させる第２光学系と、
を備えるセンサ装置である。

実施形態に係るセンサ装置を示す図である。 図１に示した受信系の詳細を示す図である。 構造体の第１例を示す図である。 構造体によって反射又は散乱された電磁波の受信部による受信結果に基づいて、測定部が可動反射部の振れ角を測定する方法の一例を説明するための図である。 図３の変形例を示す図である。 構造体と、構造体に照射される電磁波のスポットと、の関係の一例を説明するための図である。 構造体の第２例を示す図である。 構造体の第３例を示す図である。 構造体の第４例を示す図である。 構造体の第５例を示す図である。 構造体の第６例を示す図である。 構造体の第７例を示す図である。 構造体の第８例を示す図である。 構造体の第９例を示す図である。 構造体の第１０例を示す図である。 対象物によって反射又は散乱された電磁波によって受信部に発生した受信信号と、構造体によって反射又は散乱された電磁波によって受信部に発生した受信信号と、の関係の一例を示すグラフである。 図２の第１の変形例を示す図である。 図１の第２の変形例を示す図である。 実施形態２に係る受信系を説明するための図である。 実施形態３に係る受信系を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１は、実施形態に係るセンサ装置１０を示す図である。

図１において、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙは、互いに交差、具体的には直交している。第１方向Ｘは水平方向を示しており、第２方向Ｙは垂直方向を示している。また、第１方向Ｘを示す矢印の方向である第１方向Ｘの正方向は、後述する可動反射部１２０側から後述する構造体３００側に向かって見て左方向である。第１方向Ｘを示す矢印の反対方向である第１方向Ｘの負方向は、可動反射部１２０側から構造体３００側に向かって見て右方向である。第２方向Ｙを示す矢印の方向である第２方向Ｙの正方向は、上方向である。第２方向Ｙを示す矢印の反対方向である第２方向Ｙの負方向は、下方向である。後述する図３〜１５においても同様である。なお、以下の説明から明らかなように、第１方向Ｘは水平方向と異なる方向であってもよいし、第２方向Ｙは垂直方向と異なる方向であってもよい。

センサ装置１０は、出射部１１０、可動反射部１２０、測定部１２２、コリメータレンズ１３２、ビームスプリッタ１３４及び受信系２００を備えている。

以下に示す説明において、測定部１２２は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。測定部１２２は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされたプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶メディア、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置には様々な変形例がある。

出射部１１０は、赤外線等の電磁波を出射する。出射部１１０は、例えばレーザダイオード（ＬＤ）等、電流等の電気的エネルギーを光等の電磁波に変換可能な素子である。出射部１１０から出射された電磁波は、コリメータレンズ１３２を透過して、ビームスプリッタ１３４によって反射されて、可動反射部１２０に入射する。

可動反射部１２０は、例えば、２軸ＭＥＭＳミラーである。可動反射部１２０は、出射部１１０から出射された電磁波を所定の走査範囲Ｓに向けて反射する。例えば、可動反射部１２０は、第１方向Ｘに沿って、例えば正弦波状に駆動されており、第２方向Ｙに沿って、例えば鋸歯状波状に第１方向Ｘに沿った正弦波より低い周波数で駆動されている。すなわち、第１方向Ｘは、可動反射部１２０の共振駆動の方向であり、第２方向Ｙは、可動反射部１２０の線型駆動の方向となっている。これによって、可動反射部１２０によって反射される電磁波は、第１方向Ｘに沿って折り返しながら第２方向Ｙに延びる走査軌跡を辿る。

可動反射部１２０によって反射された電磁波は、走査範囲Ｓ内に存在する物体等の対象物と、走査範囲Ｓ内において当該対象物よりも可動反射部１２０の近くに位置する構造体３００と、の少なくとも一方によって反射又は散乱される。当該反射又は散乱された電磁波は、可動反射部１２０に戻って可動反射部１２０によって反射され、ビームスプリッタと１３４の透過を経て受信系２００の後述する受信部２１０によって受信される。

測定部１２２は、構造体３００によって反射又は散乱された電磁波の後述する受信部２１０による受信結果に基づいて、可動反射部１２０の振れ角を測定する。

センサ装置１０は、構造体３００を備えていてもよい。或いは、構造体３００は、センサ装置１０の外部に設けられていてもよい。センサ装置１０が構造体３００を備えている場合、構造体３００は、例えば、出射部１１０、可動反射部１２０、コリメータレンズ１３２、ビームスプリッタ１３４、受信系２００等センサ装置１０を構成する部材を収容する筐体の窓部、すなわち、筐体の内部と外部との間で電磁波が透過する部分に設けることができる。しかしながら、構造体３００が設けられる場所は、窓部に限定されない。

図２は、図１に示した受信系２００の詳細を示す図である。以下の図２の説明では、受信系２００によって受信される電磁波が光であるとして説明を行う。なお、受信系２００について以下で説明する事項は、光以外の電磁波であっても成り立つ。図２では、レンズ２２０と構造体３００との間の可動反射部１２０及びビームスプリッタ１３４が２本の斜めスラッシュによって模式的に省略された領域内に位置している。

図２を用いて、受信系２００の概要を説明する。

受信系２００は、受信部２１０、レンズ２２０、第１反射部２３２及び第２反射部２３４を有している。

受信部２１０は、例えばアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）等、光等の電磁波を電流等に変換可能な受信素子である。

第１反射部２３２は、第２反射部２３４よりも、受信部２１０が位置する側に位置している。具体的には、第１反射部２３２は、受信部２１０の周囲に位置している。第１反射部２３２は、例えばミラーである。

第２反射部２３４は、第１反射部２３２よりも、レンズ２２０が位置する側に位置している。具体的には、第２反射部２３４は、レンズ２２０のうち受信部２１０側の面に設けられている。第２反射部２３４は、例えば、レンズ２２０の表面にコーティングされた部分反射膜である。なお、第２反射部２３４は、部分反射膜を有していなくてもよい。第２反射部２３４が部分反射膜を有しない場合であっても、レンズ２２０の屈折率と空気の屈折率との差から生じる部分反射光を利用することができる。

図２において、構造体３００側からレンズ２２０に互いに平行に延伸し、レンズ２２０から受信部２１０にかけて収束している実線は、センサ装置１０の外部に存在する対象物によって反射又は散乱されてレンズ２２０によって受信部２１０に結像された光線を示している。また、構造体３００からレンズ２２０に向かうにつれて広がり、第１反射部２３２と第２反射部２３４との間を往復して受信部２１０に達する破線は、構造体３００によって反射又は散乱されてレンズ２２０、第１反射部２３２及び第２反射部２３４によって受信部２１０に結像された光線を示している。さらに、受信部２１０に対してレンズ２２０の反対側でレンズ２２０から距離ｆ２離れた位置に収束している破線は、第１反射部２３２が設けられていない場合に、構造体３００によって反射又は散乱され、レンズ２２０を透過した光線を示している。さらに、構造体３００側から受信部２１０側にかけて伸びる一点鎖線は、レンズ２２０の光軸を示している。さらに、上記２本の斜めスラッシュ側から構造体３００側に向けて伸びるハッチング領域は、構造体３００によって反射され、構造体３００、又はセンサ装置１０の外部に向けて照射された電磁波を示している。さらに、部位Ｐは、構造体３００と、レンズ２２０の光軸と、の交点を示している。

受信系２００は、レンズ２２０を含む第１光学系と、レンズ２２０、第１反射部２３２及び第２反射部２２４を含む第２光学系と、を有している。第１光学系は、センサ装置１０の外部に存在する対象物によって反射又は散乱された電磁波を受信部２１０に結像させる。第２光学系は、構造体３００によって反射又は散乱された電磁波を受信部２１０に結像させる。図１に示した測定部１２２は、第２光学系によって受信部２１０に結像された電磁波を用いて、可動反射部１２０の振れ角を測定する。

本実施形態では、第１光学系に用いられる出射部と、第２光学系に用いられる出射部とが、図１に示した出射部１１０として共有されている。したがって、第１光学系に用いられる出射部と、第２光学系に用いられる他の出射部と、を用いる場合と比較して、低コストで可動反射部１２０の振れ角を測定することができる。

また、本実施形態では、可動反射部１２０に振れ角センサを設けることなく、第２光学系を用いて、可動反射部１２０の振れ角を測定することができる。第２光学系の温度依存性は、振れ角センサの温度依存性より概して低い。したがって、本実施形態では、可動反射部１２０に振れ角センサを設ける場合と比較して、低温度依存性で可動反射部１２０の振れ角を測定することができる。なお、センサ装置１０は、第２光学系に加えて、振れ角センサを備えていてもよい。

さらに、本実施形態では、レンズ２２０が、第１光学系と、第２光学系と、によって共有されている。したがって、第１光学系に用いられるレンズと、第２光学系に用いられる他のレンズと、を用いる場合と比較して、低コストで可動反射部１２０の振れ角を測定することができる。

さらに、本実施形態では、第１光学系によって電磁波が受信される受信素子と、第２光学系によって電磁波が受信される受信素子と、が受信部２１０として共有されている。したがって、第１光学系によって電磁波が受信される受信素子と、第２光学系によって電磁波が受信される他の受信素子と、を用いる場合と比較して、低コストで可動反射部１２０の振れ角を測定することができる。

図２を用いて、受信系２００の詳細を説明する。

センサ装置１０の外部に存在する対象物は受信系２００の無限遠に存在している。したがって、上記対象物によって反射又は散乱された光線は、レンズ２２０に入射するまで実質的に平行光となっている。この光は、レンズ２２０を透過した後、第１反射部２３２及び第２反射部２３４による反射を経ることなく、レンズ２２０からレンズ２２０の焦点距離ｆだけ離れた位置にある受信部２１０に結像されている。

図１に示した出射部１１０から出射されて可動反射部１２０によって反射された光は、レンズ２２０の光軸上において構造体３００によって反射又は散乱されている。構造体３００によって反射又は散乱され、かつレンズ２２０を透過した電磁波は、第１反射部２３２による反射と、第２反射部２３４による反射と、を経て、受信部２１０に結像されている。

仮に、第１反射部２３２が設けられていない場合、構造体３００によって反射又は散乱された電磁波は、レンズ２２０から距離ｆ２離れた位置に結像される。レンズ２２０の焦点距離ｆと、レンズ２２０と構造体３００との間の距離ｆ１と、距離ｆ２と、は以下の式（１）の関係を満たす。
１／ｆ１＋１／ｆ２＝１／ｆ （１）
式（１）よりｆ２＞ｆとなる。この場合であっても、本実施形態では、第１反射部２３２による反射と、第２反射部２３４による反射と、によって、構造体３００によって反射又は散乱された電磁波であっても、レンズ２２０からレンズ２２０の焦点距離ｆだけ離れた位置にある受信部２１０に結像させることができる。

なお、構造体３００によって反射又は散乱され、かつレンズ２２０を透過した電磁波は、少なくとも２つの反射部による反射を経て、受信部２１０に結像されてもよい。すなわち、図２に示すように、この電磁波は、２つの反射部による反射、すなわち、第１反射部２３２による反射と、第２反射部２３４による反射と、を経て受信部２１０に結像されてもよいし、又は３つ以上の反射部による反射を経て受信部２１０に結像されてもよい。

また、第２光学系におけるレンズ２２０から受信部２１０までの光学的距離ｆ２が第１光学系におけるレンズ２２０から受信部２１０までの光学的距離、すなわち、レンズ２２０の焦点距離ｆの１．５倍以上である場合、レンズ２２０から構造体３００までの距離ｆ１は焦点距離ｆの３倍以下となる。例えば、構造体３００がセンサ装置１０を構成する部材を収容する筐体の窓に取り付けられている場合、センサ装置１０を小型化する観点からすると、例えば、距離ｆ２は焦点距離ｆ１の１．５倍以上にすることができる。

図３は、構造体３００の第１例を示す図である。図３に示す例では、構造体３００が配置されている領域における走査範囲Ｓが、二点鎖線で囲まれた領域として示されている。後述する図７〜図１５についても同様である。

図３に示す例では、可動反射部１２０によって反射された電磁波と、対象物によって反射又は散乱された電磁波と、が透過可能な複数の透過領域３１０が第１方向Ｘに沿ってストライプ状に並ぶように構造体３００が設けられている。また、複数の透過領域３１０がストライプ状に配置されている領域では、構造体３００の一部分と、複数の透過領域３１０とが交互に並んでいて、構造体３００のストライプ部が形成されている。構造体３００の複数のストライプ部は、例えば、第１方向Ｘに沿って可動反射部１２０の振れ角の正接に従う間隔に並んでいる。

構造体３００は、構造体３００に照射される電磁波について異なる反射率を有する部位を有していてもよい。例えば、図３に示す例では、構造体３００の各ストライプ部における反射率が第２方向Ｙにおいて異なっていてもよい。詳細には、構造体３００の各ストライプ部の反射率は、構造体３００の上方から下方に向かうにつれて、高くなってもよいし、又は低くなってもよい。その反射率の違いにより、測定部１２２は、可動反射部１２０の第２方向Ｙに沿った振れ角を測定することができる。なお、図３に示す例では、構造体３００の各ストライプ部の第１方向Ｘにおける幅は、構造体３００内の第２方向Ｙにおける位置によらず、一定となっている。

図４は、構造体３００によって反射又は散乱された電磁波の受信部２１０による受信結果に基づいて、測定部１２２が可動反射部１２０の振れ角を測定する方法の一例を説明するための図である。

図４において、「ｉＦＯＩ（ｔａ）」が付された丸、「ｉＦＯＩ（ｔｂ）」が付された丸及び「ｉＦＯＩ（ｔｃ）」が付された丸は、それぞれ、構造体３００の位置においての、時刻ｔａ、時刻ｔｂ及び時刻ｔｃにおけるセンサ装置１０のｉＦＯＩ（ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）を示している。「ｉＦＯＶ（ｔａ）」が付された丸、「ｉＦＯＶ（ｔｂ）」が付された丸及び「ｉＦＯＶ（ｔｃ）」が付された丸は、それぞれ、時刻ｔａ、時刻ｔｂ及び時刻ｔｃにおけるセンサ装置１０の第２光学系のｉＦＯＶ（ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ）を示している。ここで、時刻ｔａ、ｔｂ及びｔｃは、ｔａ＜ｔｂ＜ｔｃとなっている。

図４に示す例では、図３に示す例と同様にして、構造体３００は、第１方向Ｘに並ぶ複数のストライプ部を有している。時刻ｔａにおける第２光学系のｉＦＯＶの一部分、時刻ｔｂにおける第２光学系のｉＦＯＶの一部分及び時刻ｔｃにおける第２光学系のｉＦＯＶの一部分の各々は、構造体３００の複数のストライプ部のうちの一のストライプ部３００ａと重なっている。時刻ｔａにおける第２光学系のｉＦＯＶのうちストライプ部３００ａと重なる部分の面積、時刻ｔｂにおける第２光学系のｉＦＯＶのうちストライプ部３００ａと重なる部分の面積、及び時刻ｔｃにおける第２光学系のｉＦＯＶのうちストライプ部３００ａと重なる部分の面積は、この順で大きくなっている。このため、時刻ｔａにおける第２光学系のｉＦＯＶ、時刻ｔｂにおける第２光学系のｉＦＯＶ及び時刻ｔｃにおける第２光学系のｉＦＯＶの各々によって受信部２１０に発生する信号の強度は、時刻ｔａにおける第２光学系のｉＦＯＶ、時刻ｔｂにおける第２光学系のｉＦＯＶ及び時刻ｔｃにおける第２光学系のｉＦＯＶの順に大きくなる。したがって、測定部１２２は、第２光学系のｉＦＯＶによって受信部２１０に発生する信号の強度に基づいて、可動反射部１２０の振れ角を測定することができる。

図５は、図３の変形例を示す図である。

図５に示す例では、図３に示す例と同様にして、構造体３００は、第１方向Ｘに並ぶ複数のストライプ部を有している。さらに、図５に示す例では、構造体３００の少なくとも一部分の幅が、構造体３００内の位置に応じて異なっている。具体的には、構造体３００の各ストライプ部の第１方向Ｘにおける幅は、構造体３００内の第２方向Ｙにおける位置に応じて異なっている。具体的には、構造体３００の各ストライプ部の第１方向Ｘにおける幅は、構造体３００上方から下方に向かうにつれて広くなっている。したがって、構造体３００の各ストライプ部の反射率は、構造体３００の上方から下方に向かうにつれて、高くなっている。なお、構造体３００の各ストライプ部の第１方向Ｘにおける幅は、構造体３００上方から下方に向かうにつれて狭くなっていてもよい。

図６は、構造体３００と、構造体３００に照射される電磁波のスポットと、の関係の一例を説明するための図である。

図６において、「ｉＦＯＩ」が付された実線丸は、出射部１１０およびコリメータレンズ１３２によって生成されるｉＦＯＩ、すなわち、可動反射部１２０によって反射されて構造体３００に照射された電磁波のスポットを示している。「ｉＦＯＶ（２）」が付された実線丸は、第２光学系のｉＦＯＶ、すなわち、第２光学系の視野を示している。「ｉＦＯＶ（１）」が付され、上記ｉＦＯＶの外側の破線丸は、第１光学系のｉＦＯＶを示している。第２光学系のｉＦＯＶは、第２光学系のｉＦＯＩより小さくなっている。

図６に示す例では、図３に示す例と同様にして、構造体３００は、第１方向Ｘに並ぶ複数のストライプ部を有している。構造体３００の各ストライプ部の第１方向Ｘにおける幅は、第２光学系のｉＦＯＶの第１方向Ｘにおける幅とほぼ等しい。この場合、第２光学系によって、第２光学系のｉＦＯＶのサイズに応じて構造体３００の小さな形状を検出することができる。また、構造体３００の各ストライプ部の第１方向Ｘにおける幅は、第１光学系のｉＦＯＶの第１方向Ｘにおける幅より、はるかに小さい。例えば、構造体３００の各ストライプ部の第１方向Ｘにおける幅は、第１光学系のｉＦＯＶの第１方向Ｘにおける間隔の１０％以下となっている。従って第１光学系しか持たない従来例では構造体３００のストライプ部の構造を検出することは難しい。

図７は、構造体３００の第２例を示す図である。この例では、可動反射部１２０によって反射された電磁波と、対象物によって反射された電磁波と、が透過可能な複数の透過領域３１０が第２方向Ｙに沿ってストライプ状に並ぶように構造体３００が設けられている。

図８は、構造体３００の第３例を示す図である。この例では、可動反射部１２０によって反射された電磁波と、対象物によって反射された電磁波と、が透過可能な複数の透過領域３１０が第１方向Ｘ及び第２方向Ｙの双方に対して斜め方向に沿ってストライプ状に並ぶように構造体３００が設けられている。

図９は、構造体３００の第４例を示す図である。この例では、略四角形、具体的には略長方形の走査範囲Ｓの隣り合う２辺に沿って複数の構造体３００が配置されている。走査範囲Ｓ内のその他の領域は、透過領域３１０となっている。

図１０は、構造体３００の第５例を示す図である。この例では、略四角形、具体的には略長方形の走査範囲Ｓの隣り合う全４辺に沿って複数の構造体３００が配置されている。走査範囲Ｓ内のその他の領域は、透過領域３１０となっている。

図３〜図１０において透過領域３１０とした領域は、構造体３００の低反射率領域と置き換えてもよい。一例として、低反射領域は、光を透過してわずかに反射するガラスでもよい。

図１１は、構造体３００の第６例を示す図である。図１１に示す例では、構造体３００が、ガラス等の基材に形成された傷等の光散乱部によって構成されている。また、図１１に示す例では、第１方向Ｘに沿って線状に延伸する複数の光散乱部が第２方向Ｙに並んでいる。或いは、構造体３００は、ガラス等の基材の表面又は内部に設けられた別の物質等の光散乱部であってもよい。例えば、この物質は、ガラス等の基材に貼り付け、印刷、塗布又は埋め込むことができる。

図１２は、構造体３００の第７例を示す図である。この例では、図１１を用いて説明した複数の構造体３００が第１方向Ｘに沿ってストライプ状に並んでいる。

図１３は、構造体３００の第８例を示す図である。この例では、図１１を用いて説明した複数の構造体３００が第１方向Ｘ及び第２方向Ｙの双方に対して斜め方向に沿ってストライプ状に並んでいる。

図１４は、構造体３００の第９例を示す図である。この例では、図１１を用いた説明した構造体３００が、格子状、具体的には四角格子状、より具体的には正方格子状に配置されている。なお、構造体３００は、四角格子状と異なる格子状、例えば、三角格子状、六角格子状に配置されていてもよい。

図１５は、構造体３００の第１０例を示す図である。図１５に示す例では、構造体３００は、ミアンダ状に延伸している。具体的には、構造体３００は、第１方向Ｘに折り返しながら第２方向Ｙに延びている。なお、構造体３００は、第２方向Ｙに折り返しながら第１方向Ｘに延びていてもよい。黒丸によって示される構造体３００の両端間に電圧を加えることで構造体３００に電流を流し、構造体３００を発熱させてもよい。すなわち、構造体３００は電熱線であってもよい。なお、構造体３００は、図１１を用いて説明した光散乱部であってもよい。

図１６は、対象物によって反射又は散乱された電磁波によって受信部２１０に発生した受信信号と、構造体３００によって反射又は散乱された電磁波によって受信部２１０に発生した受信信号と、の関係の一例を示すグラフである。図１６のグラフにおいて、横軸は時刻を示しており、縦軸は受信部２１０による受信信号の強度を示している。

図１６に示すように、時刻ｔ２では、対象物によって反射又は散乱された電磁波の受信部２１０による受信信号Ｓ１が発生している。また、時刻ｔ２より早い時刻ｔ１では、構造体３００のうち比較的高い反射率を有する部分によって反射又は散乱された電磁波の受信振動による信号Ｓ２１と、構造体３００のうち比較的低い反射率を有する部分によって反射又は散乱された電磁波の受信振動による信号Ｓ２２と、が発生している。時刻ｔ１と時刻ｔ２との差は、可動反射部１２０から対象物までの距離と、可動反射部１２０から構造体３００までの距離と、の差に起因している。すなわち、対象物によって反射又は散乱された電磁波の受信部２１０による受信信号Ｓ１と、構造体３００によって反射又は散乱された電磁波の受信部２１０による受信信号Ｓ２１及びＳ２２と、は、時間的に分離可能になっている。

図１７は、図２の第１の変形例を示す図である。図１７に示す例は、以下の点を除いて、図２に示した例と同様である。

図１７において、構造体３００側から後述する第２受信素子２１４側にかけて伸びる点線は、当該点線と構造体３００との交点において構造体３００によって反射又は散乱された光がレンズ２２０の中心を通過した場合に辿る光路、すなわち第２光学系の光軸を示している。また、部位Ｐは、構造体３００と、第１光学系の光軸と、の交点を示している。第１光学系の光軸は、第１受信素子２１２の中心とレンズ２２０の中心とを結ぶ線である。部位Ｑは、構造体３００と、第２光学系の光軸と、の交点を示している。

受信部２１０は、第１受信素子２１２及び第２受信素子２１４を含んでいる。第１受信素子２１２及び第２受信素子２１４の各々は、例えば、ＡＰＤである。第１光学系は、対象物によって反射又は散乱された電磁波を第１受信素子２１２に結像させる。第２光学系は、構造体３００によって反射又は散乱された電磁波を第２受信素子２１４に結像させる。本変形例においても、第１光学系と、第２光学系と、によってレンズ２２０が共有されている。

図１７に示す例において、第１受信素子２１２の中心とレンズ２２０の中心とを結ぶ線、すなわち第１光学系の光軸と、第２光学系の光軸とは角度をもって配置されている。そのため第２光学系の光軸と構造体３００との交点、すなわち第２受信素子２１４で検出される信号に対応する構造体の部位Ｑは、第１光学系の光軸と構造体３００との交点、すなわち部位Ｐからずれた位置となる。しかしながら出射部１１０から出射されて可動反射部１２０によって反射された光は、構造体３００上の部位Ｑをも照明しているため、第２受信素子２１４はその反射又は散乱された光を検出することができる。

なお、構造体３００によって反射又は散乱されて第２受信素子２１４に結像される光は、レンズ２２０の透過後、ミラー等の反射部による反射を少なくとも１回経て、第２受信素子２１４に達してもよい。当該反射部によってこの光の光路をレンズ２２０の光軸に交わる方向に向けることができる。この場合、第２受信素子２１４を第１受信素子２１２の後方に代えて、例えば、レンズ２２０と受信部２１０との間におけるレンズ２２０の光軸の側方に配置することができる。この例においては、図１７に示す例と比較して、レンズ２２０の光軸方向における受信系２００のサイズを小さくすることができる。

図１８は、図２の第２の変形例を示す図である。図１８に示す例は、以下の点を除いて、図２に示した例と同様である。

図１８において、構造体３００側から後述する受信部２１０側にかけて伸びる点線は、当該点線と構造体３００との交点において構造体３００によって反射又は散乱された光がレンズ２２０の中心を通過した場合に辿る光路、すなわち第２光学系の光軸を示している。

第１反射部２３２は、受信部２１０に対して、レンズ２２０が位置する側にずれて位置している。第２反射部２３４は、レンズ２２０に対して、受信部２１０が位置する側にずれて位置している。本変形例においても、第１反射部２３２は、第２反射部２３４よりも、受信部２１０側に位置している。また、第２反射部２３４は、第１反射部２３２よりも、レンズ２２０側に位置している。本変形例においても、第１光学系によって電磁波が受信される受信素子と、第２光学系によって電磁波が受信される受信素子と、が受信部２１０として共有されている。

（実施形態２）
図１９は、実施形態２に係る受信系２００Ａを説明するための図である。実施形態２に係る受信系２００Ａは、以下の点を除いて、実施形態１に係る受信系２００と同様である。

図１９では、図１に示した可動反射部１２０及びビームスプリッタ１３４を図示していない。図１９において、構造体３００側から後述する第１レンズ２２２Ａに互いに平行に延伸し、第１レンズ２２２Ａから受信部２１０にかけて収束している実線は、センサ装置１０の外部に存在する対象物によって反射又は散乱されて第１レンズ２２２Ａによって受信部２１０に結像された光線を示している。また、構造体３００から第２レンズ２２４Ａに向かうにつれて広がり、後述する第２レンズ２２４Ａから受信部２１０に向かうにつれて収束している破線は、構造体３００によって反射又は散乱されて第２レンズ２２４Ａによって受信部２１０に結像された光線を示している。

第１光学系は、第１レンズ２２２Ａを有している。第１レンズ２２２Ａは、対象物によって反射又は散乱された電磁波を受信部２１０に結像させる。第２光学系は、第２レンズ２２４Ａを有している。第２レンズ２２４Ａは、第１レンズ２２２Ａの周囲に位置している。第２レンズ２２４Ａは、構造体３００によって反射又は散乱された電磁波を受信部２１０に結像させる。

図１９に示す例では、対象物によって反射又は散乱された電磁波のうち、第１レンズ２２２Ａへ到達するものは、受信部２１０に結像されている。対象物によって反射又は散乱された電磁波のうち、第２レンズ２２４Ａへ到達するものは、受信部２１０へ結像せず、いわゆるぼけた状態となるため受信部２１０の受信信号へ影響を与えない。これに対して、構造体３００によって反射又は散乱された電磁波のうち、第２レンズ２２４Ａへ到達するものは、受信部２１０に結像されるため、構造体３００の反射率違いの構造に応じて、受信部２１０の受信信号の強度変化を生じさせる。構造体３００によって反射又は散乱された電磁波のうち、第１レンズ２２２Ａへ到達するものは受信部２１０に結像せず、いわゆるぼけた状態となるため、構造体３００の部位による反射率違いの構造に応じて、受信部２１０の受信信号の強度変化を生じさせない。

（実施形態３）
図２０は、実施形態３に係る受信系２００Ｂを説明するための図である。実施形態３に係る受信系２００Ｂは、以下の点を除いて、実施形態１に係る受信系２００と同様である。なお、図２０において、後述する第１レンズ２２２Ｂの中心を通過する一点鎖線は、第１レンズ２２２Ｂの光軸を示している。

図２０では、図１に示した可動反射部１２０及びビームスプリッタ１３４を図示していない。図２０において、構造体３００側から後述する第１レンズ２２２Ｂに互いに平行に延伸し、レンズ２２０から受信部２１０にかけて収束している実線は、センサ装置１０の外部に存在する対象物によって反射又は散乱されて第１レンズ２２２Ｂによって受信部２１０に結像された光線を示している。また、構造体３００から第１レンズ２２２Ｂ及び後述する第２レンズ２２４Ｂを経由して受信部２１０に達する破線は、構造体３００によって反射又は散乱されて第１レンズ２２２Ｂ及び第２レンズ２２４Ｂによって受信部２１０に結像された光線を示している。

第１光学系は、第１レンズ２２２Ｂを有している。第１レンズ２２２Ｂは、対象物によって反射又は散乱された電磁波を受信部２１０に結像させる。第２光学系は、第２レンズ２２４Ｂを有している。第２レンズ２２４Ｂは、第１レンズ２２２Ｂの光軸方向において、第１レンズ２２２Ｂからずれて配置されている。具体的には、第２レンズ２２４Ｂは、第１レンズ２２２Ｂに対して、受信部２１０が位置する側に位置している。また、第２レンズ２２４Ｂは、第１レンズ２２２Ｂの光軸方向において第１レンズ２２２Ｂの一部分と重なる領域を欠いている。第２レンズ２２４Ｂは、構造体３００によって反射又は散乱されて第１レンズ２２２Ｂを透過した電磁波を受信部２１０に結像させる。

図２０に示す例では、対象物によって反射又は散乱された電磁波のうち、第１レンズ２２２Ｂへ到達して第２レンズ２２４Ｂを透過しないものは、受信部２１０に結像されている。対象物によって反射又は散乱された電磁波のうち、第１レンズ２２２Ｂへ到達して第２レンズ２２４Ｂを透過するものは、受信部２１０へ結像せず、いわゆるぼけた状態となるため受信部２１０の受信信号へ影響を与えない。これに対して、構造体３００によって反射又は散乱された電磁波のうち、第１レンズ２２２Ｂへ到達して第２レンズ２２４Ｂを透過するものは、受信部２１０に結像されるため、構造体３００の反射率違いの構造に応じて、受信部２１０の受信信号の強度変化を生じさせる。構造体３００によって反射又は散乱された電磁波のうち、第１レンズ２２２Ｂへ到達して第２レンズ２２４Ｂを透過しないものは、受信部２１０に結像せず、いわゆるぼけた状態となるため、構造体３００の部位による反射率違いの構造に応じて、受信部２１０の受信信号の強度変化を生じさせない。

以上、図面を参照して実施形態及び変形例について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

例えば、実施形態１では、センサ装置１０は、コアキシャル型ＬｉＤＡＲとなっている。しかしながら、センサ装置１０は、バイアキシャル型ＬｉＤＡＲであってもよい。

１０ センサ装置
１１０ 出射部
１２０ 可動反射部
１２２ 測定部
１３２ コリメータレンズ
１３４ ビームスプリッタ
２００ 受信系
２００Ａ 受信系
２００Ｂ 受信系
２１０ 受信部
２１２ 第１受信素子
２１４ 第２受信素子
２２０ レンズ
２２２Ａ 第１レンズ
２２２Ｂ 第１レンズ
２２４ 第２反射部
２２４Ａ 第２レンズ
２２４Ｂ 第２レンズ
２３２ 第１反射部
２３４ 第２反射部
３００ 構造体
３００ａ ストライプ部
３１０ 透過領域

Claims (12)

1. 電磁波を出射する出射部と、
   所定の走査範囲内に向けて前記電磁波を反射する可動反射部と、
   前記走査範囲内に存在する対象物と、前記走査範囲内において前記対象物よりも前記可動反射部の近くに位置する構造体と、の少なくとも一方によって反射又は散乱された前記電磁波を受信する少なくとも１つの受信素子を含む受信部と、
   前記対象物によって反射又は散乱された前記電磁波を前記受信部に結像させる第１光学系と、
   前記構造体によって反射又は散乱された前記電磁波を前記受信部に結像させる第２光学系と、
   を備えるセンサ装置。
2. 請求項１に記載のセンサ装置において、
   前記第１光学系と、前記第２光学系と、によってレンズが共有されている、センサ装置。
3. 請求項２に記載のセンサ装置において、
   前記第２光学系は、少なくとも２つの反射部を有し、
   前記構造体によって反射又は散乱され、かつ前記レンズを透過した前記電磁波は、前記少なくとも２つの反射部による反射を経て、前記受信部に結像される、センサ装置。
4. 請求項３に記載のセンサ装置において、
   前記少なくとも２つの反射部は、第１反射部と、第２反射部と、を含み、
   前記第１反射部は、前記第２反射部よりも、前記受信部が位置する側に位置しており、
   前記第２反射部は、前記第１反射部よりも、前記レンズが位置する側に位置している、センサ装置。
5. 請求項２〜４のいずれか一項に記載のセンサ装置において、
   前記第２光学系における前記レンズから前記受信部までの光学的距離は、前記第１光学系における前記レンズから前記受信部までの光学的距離の１．５倍以上である、センサ装置。
6. 請求項１に記載のセンサ装置において、
   前記第１光学系は、前記対象物によって反射又は散乱された前記電磁波を前記受信部に結像させる第１レンズを有し、
   前記第２光学系は、前記第１レンズの周囲に位置していて前記構造体によって反射又は散乱された前記電磁波を前記受信部に結像させる第２レンズを有する、センサ装置。
7. 請求項１に記載のセンサ装置において、
   前記第１光学系は、前記対象物によって反射又は散乱された前記電磁波を前記受信部に結像させる第１レンズを有し、
   前記第２光学系は、前記第１レンズの光軸方向に沿って前記第１レンズからずれて配置され、前記第１レンズの前記光軸方向において前記第１レンズの一部分と重なる領域を欠き、前記構造体によって反射又は散乱されて前記第１レンズを透過した前記電磁波を前記受信部に結像させる第２レンズを有する、センサ装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のセンサ装置において、
   前記受信部は、前記第１光学系によって前記電磁波が結像される受信素子と、前記第２光学系によって前記電磁波が結像される受信素子と、を共有している、センサ装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のセンサ装置において、
   前記構造体は、前記構造体に照射される前記電磁波について異なる反射率を有する部位を有する、センサ装置。
10. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のセンサ装置において、
    前記構造体の少なくとも一部分の幅が、前記構造体内の位置に応じて異なっている、センサ装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載のセンサ装置において、
    前記構造体の少なくとも一部分の幅が、前記構造体に照射される前記電磁波のスポットより小さい、センサ装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載のセンサ装置において、
    前記構造体によって反射又は散乱された前記電磁波の前記受信部による受信結果に基づいて前記可動反射部の振れ角を測定する測定部をさらに備えるセンサ装置。

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