JP2022059924A - Ｌｉｄａｒシステム - Google Patents

Abstract

【課題】照野の歪曲を低減可能なＬＩＤＡＲシステムを提供する。【解決手段】ＬＩＤＡＲシステムは、レーザ発振機２２と、コリメータレンズ２３と、走査装置２５と、プリズム２６と、を備える。前記レーザ発振機２２は、レーザ光Ｌを出射する。前記コリメータレンズ２３は、前記レーザ光Ｌを平行光に変換する。前記走査装置２５は、前記コリメータレンズ２３を通過した前記レーザ光Ｌを反射する反射面３１ａと、前記反射面３１ａを回転軸Ａｘまわりに回転させる回転装置３２と、を有する。前記プリズム２６は、第１の面５１と第２の面５２とを有し、前記反射面３１ａから反射して前記第１の面５１に入射した前記レーザ光Ｌを前記第２の面５２から出射する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、ＬＩＤＡＲシステムに関する。

ＬＩＤＡＲシステムは、自動運転のような種々の技術に利用される。ＬＩＤＡＲシステムは、例えば、対象の表面をパルスレーザ光で走査し、対象から反射された当該パルスレーザ光を受光するまでの時間から、対象の形状及び対象までの距離を測定する。

特表２０２０－５０６４３７号公報

ＬＩＤＡＲシステムは、例えば、レーザ光を鏡で反射させ、当該鏡の向きを変化させることで、対象をレーザ光で走査する。一般的に、ＬＩＤＡＲシステムでは、鏡は、当該鏡へのレーザ光の入射方向に対して斜めに傾いている。このため、レーザ光が走査する範囲（照野）が歪曲する虞がある。

本発明が解決する課題の一例は、照野の歪曲を低減可能なＬＩＤＡＲシステムを提供することである。

一つの実施形態に係るＬＩＤＡＲシステムは、レーザ発振機と、コリメータレンズと、走査装置と、プリズムと、を備える。前記レーザ発振機は、レーザ光を出射する。前記コリメータレンズは、前記レーザ光を平行光に変換する。前記走査装置は、前記コリメータレンズを通過した前記レーザ光を反射する反射面と、前記反射面を回転軸まわりに回転させる回転装置と、を有する。前記プリズムは、第１の面と第２の面とを有し、前記反射面から反射して前記第１の面に入射した前記レーザ光を前記第２の面から出射する。

図１は、第１の実施形態に係るＬＩＤＡＲシステムを模式的に示す例示的な平面図である。 図２は、第１の実施形態の照明光学系を模式的に示す例示的な側面図である。 図３は、第１の実施形態の照明光学系の一部を模式的に示す例示的な平面図である。 図４は、第１の実施形態のレーザ光の配光分布を模式的に示す例示的なグラフである。 図５は、比較例におけるレーザ光の配光分布を模式的に示す例示的なグラフである。 図６は、第１の実施形態の変形例に係る照明光学系を模式的に示す例示的な側面図である。 図７は、第２の実施形態に係る照明光学系を模式的に示す例示的な側面図である。 図８は、第２の実施形態のレーザ光の配光分布を模式的に示す例示的なグラフである。

（第１の実施形態）
以下に、第１の実施形態について、図１乃至図６を参照して説明する。なお、本明細書において、実施形態に係る構成要素及び当該要素の説明が、複数の表現で記載されることがある。構成要素及びその説明は、一例であり、本明細書の表現によって限定されない。構成要素は、本明細書におけるものとは異なる名称でも特定され得る。また、構成要素は、本明細書の表現とは異なる表現によっても説明され得る。

図１は、第１の実施形態に係るＬＩＤＡＲシステム１０を模式的に示す例示的な平面図である。ＬＩＤＡＲシステム１０（ｌｉｇｈｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒａｎｇｉｎｇシステム、又はｌａｓｅｒ ｉｍａｇｉｎｇ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒａｎｇｉｎｇシステム）は、対象の形状及び対象までの距離を測定する。ＬＩＤＡＲシステム１０は、例えば、自動運転車に搭載され、道路、建物、歩行者、他の車、及び障害物のような、種々の対象を測定する。なお、ＬＩＤＡＲシステム１０はこの例に限られない。

各図面に示されるように、本明細書において、便宜上、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸が定義される。Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とは、互いに直交する。Ｘ軸及びＹ軸は、例えば、略水平方向に延びる。Ｚ軸は、略鉛直方向に延びる。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸が延びる方向は、この例に限られない。

さらに、本明細書において、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向が定義される。Ｘ方向は、Ｘ軸に沿う方向であって、Ｘ軸の矢印が示す＋Ｘ方向と、Ｘ軸の矢印の反対方向である－Ｘ方向とを含む。Ｙ方向は、Ｙ軸に沿う方向であって、Ｙ軸の矢印が示す＋Ｙ方向と、Ｙ軸の矢印の反対方向である－Ｙ方向とを含む。Ｚ方向は、Ｚ軸に沿う方向であって、Ｚ軸の矢印が示す＋Ｚ方向と、Ｚ軸の矢印の反対方向である－Ｚ方向とを含む。

図１に示すように、ＬＩＤＡＲシステム１０は、照明光学系１１と、受光光学系１２と、制御装置１３とを有する。なお、ＬＩＤＡＲシステム１０は、他の装置をさらに有しても良い。

図２は、第１の実施形態の照明光学系１１を模式的に示す例示的な側面図である。図２に示すように、照明光学系１１は、筐体２１と、レーザ発振器２２と、コリメータレンズ２３と、シリンドリカルレンズ２４と、走査装置２５と、プリズム２６とを有する。なお、照明光学系１１は、この例に限られず、例えば他の部品をさらに有しても良い。

筐体２１は、当該筐体２１の内部に設けられた内部空間２１ａに、レーザ発振器２２、コリメータレンズ２３、シリンドリカルレンズ２４、走査装置２５、及びプリズム２６を収容する。筐体２１は、出射窓２１ｂを有する。出射窓２１ｂは、内部空間２１ａを覆うとともに、光が通過可能な部材である。なお、出射窓２１ｂは、この例に限られず、例えば、内部空間２１ａを外部に開放する孔であっても良い。出射窓２１ｂは、例えば、Ｙ方向に向いている。

レーザ発振器２２は、例えば、パルス発振可能なレーザダイオードである。レーザ発振器２２は、発振することで、例えばＸ軸と直交する出射方向ＤＥにレーザ光Ｌを出射する。レーザ光Ｌは、例えば、可視光である。なお、レーザ光Ｌは、赤外線、紫外線、又はＸ線であっても良い。

コリメータレンズ２３は、レーザ発振器２２から出射方向ＤＥに離間している。コリメータレンズ２３は、レーザ発振器２２から出射するとともに当該コリメータレンズ２３に入射したレーザ光Ｌを、平行光に変換し、走査装置２５へ向かって出射する。言い換えると、コリメータレンズ２３は、当該コリメータレンズ２３を通過する光を、焦点が無限遠に位置する光に変換する。

シリンドリカルレンズ２４は、コリメータレンズ２３と走査装置２５との間に位置する。シリンドリカルレンズ２４は、Ｘ方向に延びる柱状に形成される。このため、シリンドリカルレンズ２４の母線（ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｌｉｎｅ）はＸ方向に延びている。母線は、シリンドリカルレンズ２４の曲面を形成するとともに、平行に延びる複数の直線である。

シリンドリカルレンズ２４は、コリメータレンズ２３を通過したレーザ光Ｌを、Ｘ方向と直交する帯状の光（シート光）に変換し、走査装置２５へ向かって出射する。なお、本実施形態における直交は、完全な直交に限られず、若干傾いた交差をも含む。

図３は、第１の実施形態の照明光学系１１の一部を模式的に示す例示的な平面図である。図３に示すように、走査装置２５は、ＭＥＭＳミラー３０を有する。ＭＥＭＳミラー３０は、ＭＥＭＳの一例である。

ＭＥＭＳミラー３０は、基板上に種々の部品及び回路が搭載された、ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ（ＭＥＭＳ）である。なお、走査装置２５は、ＭＥＭＳに限られない。図２に示すように、ＭＥＭＳミラー３０は、ミラー３１と、回転装置３２とを有する。

ミラー３１は、反射面３１ａを有する。反射面３１ａは、レーザ光Ｌを反射可能な略平面である。本実施形態の反射面３１ａは、可視光を反射する。レーザ光Ｌが赤外線、紫外線、又はＸ線である場合、反射面３１ａは、対応する赤外線、紫外線、又はＸ線を反射する。

回転装置３２は、ミラー３１を回転軸Ａｘまわりに回転させることで、反射面３１ａを回転軸Ａｘまわりに回転させる。回転軸Ａｘは、反射面３１ａの回転の仮想的な中心軸である。

本実施形態において、回転軸Ａｘが延びる方向は、シリンドリカルレンズ２４の母線と直交する。言い換えると、回転軸Ａｘは、シリンドリカルレンズ２４の母線が延びるＸ方向と直交する方向に延びている。このため、回転軸Ａｘは、シリンドリカルレンズ２４から出射される帯状のレーザ光Ｌに平行に延びている。また、本実施形態において、回転軸Ａｘが延びる方向は、出射方向ＤＥに対して約６７．５°傾斜する。なお、回転軸Ａｘは、この例に限られない。

回転装置３２は、例えば、支持軸４１と、コイル４２と、磁石４３とを有する。支持軸４１は、回転軸Ａｘに沿って延び、ミラー３１を支持する。コイル４２は、ミラー３１に設けられる。磁石４３は、コイル４２を通過する磁界を発生させる。回転装置３２は、コイル４２に電流を流すことで、ミラー３１に回転軸Ａｘまわりのローレンツ力を作用させる。これにより、回転装置３２は、ミラー３１を回転軸Ａｘまわりに回転させる。なお、回転装置３２はこの例に限られず、例えば、モータ又は圧電素子によりミラー３１を回転軸Ａｘまわりに回転させても良い。

プリズム２６は、例えば、Ｘ方向に延びる略三角柱形状の光学プリズムである。なお、プリズム２６は、他の形状であっても良い。例えば、プリズム２６は、三角柱の一部を除いた、略台形状の断面を有する柱であっても良い。

プリズム２６は、第１の面５１と、第２の面５２とを有する。第１の面５１及び第２の面５２は、略三角柱の側面である。このため、第１の面５１に直交する方向と、第２の面５２に直交する方向とは、互いに交差する。本実施形態において、第１の面５１と第２の面５２との間の角度（頂角）θは、例えば、２０±１０°に設定される。なお、角度θは、この例に限られない。

第１の面５１及び第２の面５２は、共通の仮想平面Ｐと直交する平面である。仮想平面Ｐは、Ｘ軸と直交する仮想的な平面である。すなわち、第１の面５１及び第２の面５２は、Ｘ方向に延びている。なお、第１の面５１及び第２の面５２は、Ｘ方向における長さが他の方向における長さより短くても良い。

走査装置２５の回転軸Ａｘは、仮想平面Ｐに平行な方向に延びている。また、第１の面５１及び第２の面５２は、シリンドリカルレンズ２４の母線と平行に延びている。このため、シリンドリカルレンズ２４から出射される帯状のレーザ光Ｌも、仮想平面Ｐに平行となる。なお、本実施形態における平行は、完全な平行に限られない。

本実施形態のプリズム２６は、シリンドリカルレンズ２４と走査装置２５との間に位置し、且つ走査装置２５と筐体２１の出射窓２１ｂとの間に位置する。第１の面５１は、走査装置２５に向く。第２の面５２は、シリンドリカルレンズ２４及び出射窓２１ｂに向く。

プリズム２６は、コリメータレンズ２３及びシリンドリカルレンズ２４を通過して第２の面５２に入射したレーザ光Ｌを、第１の面５１から走査装置２５の反射面３１ａに向かって出射する。プリズム２６は、第２の面５２及び第１の面５１において、レーザ光Ｌを屈折させる。ただし、プリズム２６は、第１の面５１又は第２の面５２に垂直に入射したレーザ光Ｌを屈折させなくても良い。

走査装置２５の反射面３１ａは、コリメータレンズ２３、シリンドリカルレンズ２４、及びプリズム２６を通過したレーザ光Ｌを、プリズム２６の第１の面５１に向かって反射する。回転軸Ａｘが出射方向ＤＥに対して約６７．５°傾斜するため、反射面３１ａの法線は、出射方向ＤＥに対して約２２．５°傾斜している。このため、反射面３１ａは、出射方向ＤＥに対して約４５°傾斜する方向にレーザ光Ｌを反射する。なお、反射面３１ａにおけるレーザ光Ｌの反射角は、この例に限られない。

プリズム２６は、反射面３１ａから反射して第１の面５１に入射したレーザ光Ｌを、第２の面５２から出射窓２１ｂに向かって出射する。プリズム２６は、第１の面５１及び第２の面５２において、レーザ光Ｌを屈折させる。

第２の面５２から出射したレーザ光Ｌは、出射窓２１ｂから、ＬＩＤＡＲシステム１０の外部へ出射する。レーザ光Ｌは、例えば、測定の対象に照射され、当該対象から反射される。

図１に示すように、受光光学系１２は、例えば、照明光学系１１とＸ方向に隣接する。なお、受光光学系１２は、この例に限られず、例えば照明光学系１１から離間していても良い。受光光学系１２は、筐体６１と、結像レンズ６２と、光学センサ６３とを有する。なお、受光光学系１２は、この例に限られず、例えば他の部品をさらに有しても良い。

筐体６１は、当該筐体６１の内部に設けられた内部空間６１ａに、結像レンズ６２及び光学センサ６３を収容する。筐体６１は、入射窓６１ｂを有する。入射窓６１ｂは、内部空間６１ａを覆うとともに光が通過可能な部材である。なお、入射窓６１ｂは、この例に限られず、内部空間６１ａを外部に開放する孔であっても良い。入射窓６１ｂは、例えば、Ｙ方向に向いている。筐体６１は、例えば、照明光学系１１の筐体２１と一体に形成される。

結像レンズ６２は、測定の対象から反射されて入射窓６１ｂを通過したレーザ光Ｌを集光する。結像レンズ６２は、例えば、光学センサ６３の受光素子に焦点が配置されるように、レーザ光Ｌを集光する。

光学センサ６３は、Ｘ方向及びＺ方向に配置された複数の受光素子を有する。受光素子は、例えば、フォトダイオードである。すなわち、複数の受光素子は、矩形の格子状に配置される。なお、受光素子の配置は、この例に限られない。光学センサ６３は、受光素子に入射した光に基づき、電気信号を生成する。

制御装置１３は、例えば、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）のようなプロセッサと、ＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｒｙ）、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、及びフラッシュメモリのような記憶装置と、これらを接続するバスとを有するコンピュータである。制御装置１３は、照明光学系１１及び受光光学系１２に電気的に接続される。

制御装置１３のプロセッサは、ＲＯＭ又はフラッシュメモリから読み出したプログラムを実行することにより、照明光学系１１及び受光光学系１２を制御する。例えば、制御装置１３は、レーザ発振器２２をパルス発振させ、レーザ発振器２２にレーザ光Ｌを出射させる。制御装置１３は、コイル４２に電流を流し、回転装置３２にミラー３１を回転させる。制御装置１３は、光学センサ６３が生成した電気信号を取得する。

制御装置１３は、例えば、レーザ発振器２２がレーザ光Ｌを出射した時間と、対象から反射されたレーザ光Ｌを光学センサ６３が受光した時間と、の差分から、対象の形状及び対象までの距離を算出する。なお、制御装置１３は、この例に限られない。

以下、便宜上、図３に実線で示すように、反射面３１ａから反射された帯状のレーザ光Ｌがプリズム２６の第１の面５１と直交する場合の反射面３１ａの向き（角度）が、０°と定義される。言い換えると、反射面３１ａから反射された帯状のレーザ光Ｌが仮想平面Ｐと平行になる場合の反射面３１ａの向きが、０°と定義される。

回転装置３２は、ミラー３１を、回転軸Ａｘまわりに図３の時計回り方向又は反時計回り方向に回転させる。図３は、回転軸Ａｘまわりに所定の角度回転させられたミラー３１を二点鎖線で示す。

以下、０°のミラー３１の反射面３１ａから反射されたレーザ光Ｌが、レーザ光Ｌ１と称される。図２は、レーザ光Ｌ１を一点鎖線で示す。また、所定の角度回転させられたミラー３１の反射面３１ａから反射されたレーザ光Ｌが、レーザ光Ｌ２と称される。図２は、レーザ光Ｌ２を二点鎖線で示す。なお、レーザ光Ｌ１，Ｌ２に共通する説明は、レーザ光Ｌの説明として記載される。

ＬＩＤＡＲシステム１０は、例えば、以下のように対象の形状及び対象までの距離を測定する。なお、ＬＩＤＡＲシステム１０による測定は、以下に説明されるものに限られない。

まず、図２に示すように、制御装置１３がパルス発振させたレーザ発振器２２が、レーザ光Ｌを出射する。レーザ光Ｌは、コリメータレンズ２３を通過することで平行光に変換される。

コリメータレンズ２３を通過したレーザ光Ｌは、シリンドリカルレンズ２４を通過することで、Ｘ方向と直交する帯状の光に変換される。帯状のレーザ光Ｌは、例えば、一度収束してから発散する。なお、帯状のレーザ光Ｌは、収束することなく発散しても良い。

シリンドリカルレンズ２４を通過したレーザ光Ｌは、プリズム２６の第２の面５２に入射し、プリズム２６を通過し、第１の面５１から出射される。レーザ光Ｌは、第２の面５２に入射する際、及び第１の面５１から出射される際に、屈折する。

帯状のレーザ光Ｌは、第１の面５１及び第２の面５２と直交する。このため、帯状のレーザ光Ｌは、Ｘ方向と直交するＹ－Ｚ平面（図２の紙面上）においては屈折するが、例えばＸ－Ｙ平面（図３の紙面上）においてはほぼ屈折しない。なお、レーザ光Ｌは、Ｘ－Ｙ平面において屈折しても良い。

プリズム２６を通過したレーザ光Ｌは、走査装置２５の反射面３１ａに反射させられる。反射面３１ａから反射したレーザ光Ｌは、プリズム２６の第１の面５１に入射し、プリズム２６を通過し、第２の面５２から出射される。レーザ光Ｌは、第１の面５１に入射する際、及び第２の面５２から出射される際に、屈折する。

図３に示すように、０°のミラー３１の反射面３１ａから反射されたレーザ光Ｌ１は、第１の面５１及び第２の面５２と直交する。このため、帯状のレーザ光Ｌ１は、図２のようにＸ方向と直交するＹ－Ｚ平面においては屈折するが、図３のようにＸ－Ｙ平面においてはほぼ屈折しない。なお、レーザ光Ｌ１は、Ｘ方向において屈折しても良い。

一方、所定の角度回転させられたミラー３１の反射面３１ａから反射されたレーザ光Ｌ２は、第１の面５１及び第２の面５２と斜めに交差する。このため、帯状のレーザ光Ｌ２は、Ｙ－Ｚ平面においても、Ｘ－Ｙ平面においても屈折する。

また、プリズム２６を通過したレーザ光Ｌが反射面３１ａに入射する角度（入射角）は、反射面３１ａの向きによって異なる。このため、図２に示すように、レーザ光Ｌ１が反射面３１ａから反射される角度（反射角）と、レーザ光Ｌ２が反射面３１ａから反射される角度（反射角）とは、互いに異なる。

反射角の差異により、レーザ光Ｌ１が第１の面５１及び第２の面５２に入射する角度は、レーザ光Ｌ２が第１の面５１及び第２の面５２に入射する角度と異なる。このため、プリズム２６におけるレーザ光Ｌ１の屈折の仕方と、プリズム２６におけるレーザ光Ｌ２の屈折の仕方とは、互いに異なる。

プリズム２６を通過したレーザ光Ｌは、筐体２１の出射窓２１ｂから、ＬＩＤＡＲシステム１０の外部へ出射する。帯状のレーザ光Ｌは、おおよそＺ方向（略鉛直方向）に延びている。回転装置３２が反射面３１ａを回転軸Ａｘまわりに回転させることにより、Ｚ方向に延びる帯状のレーザ光Ｌが、おおよそＸ方向に移動する。これにより、Ｚ方向における所定の範囲に一括して結像するレーザ光Ｌが、対象をおおよそＸ方向に走査する。

以上のように、ＬＩＤＡＲシステム１０は、Ｘ－Ｚ平面の所定の範囲をレーザ光Ｌにより走査できる。以下、Ｘ－Ｚ平面においてレーザ光Ｌが走査する範囲が、レーザ光Ｌの照野ＡＬと称される。また、Ｘ方向が主走査方向、Ｚ方向が副走査方向と称される。

図１に示すように、対象から反射されたレーザ光Ｌが、結像レンズ６２により光学センサ６３で集光する。光学センサ６３は、受光したレーザ光Ｌに基づき、電気信号を生成する。

次に、制御装置１３が、光学センサ６３が生成した電気信号を取得する。制御装置１３は、当該電気信号に基づき、レーザ発振器２２がレーザ光Ｌを出射した時間と、光学センサ６３が対象から反射されたレーザ光Ｌを受光した時間と、の差分から、対象の形状及び対象までの距離を算出する。

図４は、第１の実施形態のレーザ光Ｌの配光分布を模式的に示す例示的なグラフである。図５は、比較例におけるレーザ光Ｌの配光分布を模式的に示す例示的なグラフである。図５は、例えば、ＬＩＤＡＲシステム１０からプリズム２６が省略された場合のレーザ光Ｌの配光分布を、比較例として示す。

図４及び図５の横軸は、回転軸Ａｘまわりの反射面３１ａの向きを示す。また、図４及び図５の横軸は、照野ＡＬのＸ方向における座標に対応する。図４及び図５の縦軸は、帯状のレーザ光Ｌが発散する角度（発散角）を示す。また、図４及び図５の縦軸は、照野ＡＬのＺ方向における座標に対応する。

図４及び図５は、反射面３１ａが所定の五つの角度に向いている場合における、レーザ光Ｌが照射される領域ＡＥを示す。各領域ＡＥにおいて、内側の領域ＡＥＩは光度が比較的高い領域であり、外側の領域ＡＥＯは光度が比較的低い領域である。

反射面３１ａは、当該反射面３１ａへのレーザ光Ｌの入射方向に対して斜めに傾いている。このため、図５に示すように、プリズム２６が無い場合、反射面３１ａから反射したレーザ光Ｌが照射される領域ＡＥの、Ｚ方向（副走査方向）における位置は、反射面３１ａの回転に応じて変位する。副走査方向における領域ＡＥの変位は、レーザ光Ｌの照野ＡＬを、例えば略Ｕ字状に歪曲させる。

上述のように、光学センサ６３の受光素子が矩形の格子状に配置される。このため、図４及び図５に破線で示されるように、光学センサ６３が利用可能な照野ＡＡは略矩形となる。照野ＡＬ及び照野ＡＡは、照野ＡＡがレーザ光Ｌの照野ＡＬに収まるように設定される。

図５に示すように、プリズム２６が無い場合、レーザ光Ｌの照野ＡＬが歪曲するため、照野ＡＬの形状と照野ＡＡの形状との差異が大きくなる。この場合、一般的には、照野ＡＡを照野ＡＬに収めるため、副走査方向においてレーザ光Ｌが大きく発散させられる。この場合、照野ＡＬのうち照野ＡＡの外にあって利用されない無駄な部分が大きくなる。また、発散のためにレーザ光Ｌの照度が低下するため、ＬＩＤＡＲシステム１０により対象を測定可能な距離が短くなってしまう虞がある。

一方、上述のように、プリズム２６におけるレーザ光Ｌ１の屈折の仕方と、プリズム２６におけるレーザ光Ｌ２の屈折の仕方とは、互いに異なる。プリズム２６は、反射面３１ａの回転に対する副走査方向における領域ＡＥの位置の変位を低減するように、レーザ光Ｌ（レーザ光Ｌ１，Ｌ２）を屈折させる。

プリズム２６が上述のようにレーザ光Ｌを屈折させるため、図４に示すように、レーザ光Ｌの照野ＡＬの歪曲が低減され、照野ＡＬの形状が照野ＡＡの形状に近づく。このため、照野ＡＬのうち無駄になる部分が低減され、副走査方向におけるレーザ光Ｌの発散がより小さく設定され得る。従って、レーザ光Ｌの照度が低下することが抑制され、ＬＩＤＡＲシステム１０は、対象を測定可能な距離を長くすることができる。

以上説明された第１の実施形態に係るＬＩＤＡＲシステム１０において、走査装置２５は、レーザ光Ｌを反射する反射面３１ａと、反射面３１ａを回転軸Ａｘまわりに回転させる回転装置３２と、を有する。走査装置２５は、反射面３１ａを回転軸Ａｘまわりに回転させることで、反射面３１ａから反射するレーザ光Ｌで対象の表面を回転軸Ａｘと略直交するＸ方向（主走査方向）に走査する。一般的に、ＬＩＤＡＲシステム１０では、反射面３１ａは、当該反射面３１ａへのレーザ光Ｌの入射方向に対して斜めに傾いている。このため、主走査方向と直交するＺ方向（副走査方向）における、反射面３１ａから反射したレーザ光Ｌが照射される領域ＡＥは、反射面３１ａの回転に応じて変位する虞がある。副走査方向における領域ＡＥの変位は、レーザ光Ｌが走査する照野ＡＬを歪曲させる。光学センサ６３が利用可能な照野ＡＡは矩形であるため、ＬＩＤＡＲシステム１０は、歪曲する照野ＡＬが当該矩形の照野ＡＡよりも大きくなるようにレーザ光Ｌを発散させる。発散したレーザ光Ｌは、遠距離まで届きにくく、ＬＩＤＡＲシステム１０が対象を測距可能な距離を短くする虞がある。一方、本実施形態では、プリズム２６が、第１の面５１と第２の面５２とを有し、反射面３１ａから反射して第１の面５１に入射したレーザ光Ｌを第２の面５２から出射する。このため、反射面３１ａから反射したレーザ光Ｌは、プリズム２６によって屈折させられる。例えば、副走査方向における変位が相対的に小さいレーザ光Ｌと、副走査方向における変位が相対的に大きいレーザ光Ｌとでは、プリズム２６への入射角が異なる。そして、プリズム２６におけるレーザ光Ｌの入射角と屈折角との差は、プリズム２６へのレーザ光Ｌの入射角によって異なる。このため、プリズム２６は、副走査方向における領域ＡＥの変位を低減するようにレーザ光Ｌを屈折させる。例えばこのようなプリズム２６の光学的特性により、本実施形態のＬＩＤＡＲシステム１０は、副走査方向における領域ＡＥの変位を低減し、照野ＡＬの歪曲を低減することができる。従って、ＬＩＤＡＲシステム１０は、光学センサ６３が利用する照野ＡＡを超えてレーザ光Ｌを発散させる必要が無いため、測距可能な距離を向上させることができる。

第１の面５１と第２の面５２とは、共通の仮想平面Ｐと直交する。第１の面５１に直交する方向は、第２の面５２に直交する方向と交差する。すなわち、プリズム２６は、仮想平面Ｐと直交する長手方向に延びる角柱状に形成される。これにより、例えば、プリズム２６におけるレーザ光Ｌの屈折の計算が単純化し得るため、照野ＡＬの調整が容易となる。

回転装置３２の回転軸Ａｘは、仮想平面Ｐに平行な方向に延びる。これにより、例えば、反射面３１ａの向きとレーザ光Ｌのプリズム２６への入射角との関係が単純化し得るため、照野ＡＬの調整が容易となる。

シリンドリカルレンズ２４は、コリメータレンズ２３と走査装置２５との間に位置する。シリンドリカルレンズ２４の母線は、回転軸Ａｘが延びる方向と直交する。これにより、シリンドリカルレンズ２４を通過したレーザ光Ｌは、回転軸Ａｘに沿う帯状の光（シート光）に変換される。当該シート光は、副走査方向において長い。従って、本実施形態のＬＩＤＡＲシステム１０は、レーザ光Ｌを主走査方向に走査することで、主走査方向と副走査方向とに広がる照野ＡＬにレーザ光Ｌを照射することができる。また、当該ＬＩＤＡＲシステム１０においては、二つの回転軸まわりに反射面３１ａを回転させる回転装置が不要となる。一般的に、ＭＥＭＳミラーのような走査装置２５では、反射面３１ａの大きさが回転軸の数と反比例する。このため、本実施形態のＬＩＤＡＲシステム１０は、反射面３１ａの大きさを大きくすることができる。加えて、反射面３１ａの向きの変化に対する、反射面３１ａにレーザ光Ｌが入射する面積の変化が小さくなる。このため、本実施形態のＬＩＤＡＲシステム１０は、レーザ光Ｌの利用効率の低下を抑制できる。

第１の面５１及び第２の面５２は、シリンドリカルレンズ２４の母線と平行に延びる。これにより、例えば、照野ＡＬの形状が略鏡面対称になるため、照野ＡＬの調整が容易となる。

プリズム２６は、コリメータレンズ２３を通過して第２の面５２に入射したレーザ光Ｌを、第１の面５１から反射面３１ａへ向かって出射する。言い換えると、レーザ光Ｌが、反射面３１ａに入射する前にプリズム２６で屈折する。これにより、反射面３１ａに入射するレーザ光Ｌの発散がプリズム２６により低減され、第１の面５１にレーザ光Ｌが入射する面積が小さくなる。従って、プリズム２６を小型化することができる。

走査装置２５は、反射面３１ａと回転装置３２とを有するＭＥＭＳミラー３０を有する。これにより、本実施形態のＬＩＤＡＲシステム１０は小型化し得る。

図６は、第１の実施形態の変形例に係る照明光学系１１を模式的に示す例示的な側面図である。図２の例において、シリンドリカルレンズ２４は、コリメータレンズ２３とプリズム２６との間に位置した。しかし、図６の変形例では、シリンドリカルレンズ２４は、プリズム２６と走査装置２５の反射面３１ａとの間に位置する。図６の変形例においても、シリンドリカルレンズ２４は、コリメータレンズ２３と走査装置２５との間に位置する。

本変形例において、コリメータレンズ２３を通過したレーザ光Ｌは、プリズム２６の第２の面５２に入射し、プリズム２６を通過し、第１の面５１からシリンドリカルレンズ２４に向かって出射される。レーザ光Ｌは、第２の面５２に入射する際、及び第１の面５１から出射される際に、屈折する。第１の面５１及び第２の面５２を通過するレーザ光Ｌは平行光であるため、レーザ光Ｌは、平行光のまま第１の面５１から出射される。

第１の面５１から出射されたレーザ光Ｌは、シリンドリカルレンズ２４を通過することで、Ｘ方向と直交する帯状の光に変換される。帯状のレーザ光Ｌは、発散し、走査装置２５の反射面３１ａに反射させられる。

以上説明された変形例のＬＩＤＡＲシステム１０では、平行光としてのレーザ光Ｌは、シリンドリカルレンズ２４により発散させられる前に、プリズム２６を通過する。これにより、レーザ光Ｌの発散角がプリズム２６により低減されることが抑制される。

（第２の実施形態）
以下に、第２の実施形態について、図７及び図８を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明において、既に説明された構成要素と同様の機能を持つ構成要素は、当該既述の構成要素と同じ符号が付され、さらに説明が省略される場合がある。また、同じ符号が付された複数の構成要素は、全ての機能及び性質が共通するとは限らず、各実施形態に応じた異なる機能及び性質を有していても良い。

図７は、第２の実施形態に係る照明光学系１１を模式的に示す例示的な側面図である。図７に示すように、第２の実施形態におけるプリズム２６は、コリメータレンズ２３とシリンドリカルレンズ２４との間にも、シリンドリカルレンズ２４と走査装置２５との間にも位置しない。言い換えると、プリズム２６は、コリメータレンズ２３と走査装置２５との間におけるレーザ光Ｌの経路（光路）から離間している。

第２の実施形態において、第１の面５１と第２の面５２との間の角度（頂角）θは、例えば、３０±１０°に設定される。なお、角度θは、この例に限られない。

第２の実施形態では、コリメータレンズ２３を通過したレーザ光Ｌは、シリンドリカルレンズ２４を通過することで、Ｘ方向と直交する帯状の光に変換され、発散する。シリンドリカルレンズ２４を通過したレーザ光Ｌは、走査装置２５の反射面３１ａに反射させられる。

反射面３１ａから反射したレーザ光Ｌは、プリズム２６の第１の面５１に入射し、プリズム２６を通過し、第２の面５２から出射される。レーザ光Ｌは、第１の面５１に入射する際、及び第２の面５２から出射される際に、屈折する。

第２の実施形態では、シリンドリカルレンズ２４を通過して発散するレーザ光Ｌは、プリズム２６で屈折することなく反射面３１ａに反射させられる。これにより、レーザ光Ｌの発散角がプリズム２６により低減されることが抑制される。

図８は、第２の実施形態のレーザ光Ｌの配光分布を模式的に示す例示的なグラフである。図８に示すように、プリズム２６がコリメータレンズ２３と走査装置２５との間でレーザ光Ｌの発散角を低減しないため、副走査方向においてレーザ光Ｌが照射される領域ＡＥが長くなる。このため、レーザ光Ｌの照野ＡＬが副走査方向において大きくなる。従って、ＬＩＤＡＲシステム１０は、例えば、照野ＡＡが大きい光学センサ６３を採用することができ、ひいては比較的近距離の対象を測定しやすくなる。

以上説明された第２の実施形態のＬＩＤＡＲシステム１０において、プリズム２６は、コリメータレンズ２３と走査装置２５との間におけるレーザ光Ｌの経路（光路）から離間している。これにより、シリンドリカルレンズ２４を通過して発散するレーザ光Ｌの発散角がプリズム２６により低減されることが抑制される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…ＬＩＤＡＲシステム、２２…レーザ発振器、２３…コリメータレンズ、２４…シリンドリカルレンズ、２５…走査装置、２６…プリズム、３０…ＭＥＭＳミラー、３１ａ…反射面、５１…第１の面、５２…第２の面、Ｌ，Ｌ１，Ｌ２…レーザ光、Ｐ…仮想平面、Ａｘ…回転軸。

Claims (7)

1. レーザ光を出射するレーザ発振器と、
   前記レーザ光を平行光に変換するコリメータレンズと、
   前記コリメータレンズを通過した前記レーザ光を反射する反射面と、前記反射面を回転軸まわりに回転させる回転装置と、を有する走査装置と、
   第１の面と第２の面とを有し、前記反射面から反射して前記第１の面に入射した前記レーザ光を前記第２の面から出射する、プリズムと、
   を具備するＬＩＤＡＲシステム。
2. 前記第１の面と前記第２の面とは、共通の仮想平面と直交し、
   前記第１の面に直交する方向は、前記第２の面に直交する方向と交差する、
   請求項１のＬＩＤＡＲシステム。
3. 前記回転軸は、前記仮想平面に平行な方向に延びる、請求項２のＬＩＤＡＲシステム。
4. 前記コリメータレンズと前記走査装置との間に位置し、前記回転軸が延びる方向と直交する母線を有する、シリンドリカルレンズ、
   をさらに具備する請求項１乃至請求項３のいずれか一つのＬＩＤＡＲシステム。
5. 前記第１の面及び前記第２の面は、前記シリンドリカルレンズの前記母線と平行に延びる、請求項４のＬＩＤＡＲシステム。
6. 前記プリズムは、前記コリメータレンズを通過して前記第２の面に入射した前記レーザ光を前記第１の面から前記反射面に向かって出射する、請求項１乃至請求項５のいずれか一つのＬＩＤＡＲシステム。
7. 前記走査装置は、前記反射面と前記回転装置とを有するＭＥＭＳを有する、請求項１乃至請求項６のいずれか一つのＬＩＤＡＲシステム。

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