JP2022111802A - Optical device, and on-vehicle system and moving device including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照明した対象物からの反射光を受光することで、対象物を検出する光学装置に関する。 The present invention relates to an optical device for detecting an object by receiving reflected light from an illuminated object.
対象物までの距離を計測する測距装置として、光源からの照明光を偏向部により偏向することで対象物を走査し、対象物からの反射光を受光するまでの時間やその反射光の位相に基づいて対象物までの距離を算出するものが知られている。 As a distance measuring device that measures the distance to an object, the illumination light from the light source is deflected by the deflector to scan the object, and the time it takes to receive the reflected light from the object and the phase of the reflected light. There is known a method for calculating the distance to an object based on .
特許文献1には、偏向部よりも対象物の側に配置された光学系により、照明光及び反射光の径を変化させることができる測距装置が記載されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-200001 describes a distance measuring device that can change the diameters of illumination light and reflected light by an optical system arranged closer to an object than a deflection unit.
特許文献1に記載の測距装置では、光学系にレンズアレイを採用することで測距精度の向上を図っている。しかしながら、特許文献1のようにレンズアレイを用いる場合、光学系の構成が複雑になり各部材の配置誤差が生じやすく、測距装置の製造難易度が増加してしまう。
In the distance measuring device described in
本発明は、簡素な構成でありながら良好な光学性能を有する光学装置の提供を目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical device having a simple structure and yet having good optical performance.
上記目的を達成するための、本発明の一側面としての光学装置は、光源からの照明光を偏向して物体を走査するとともに、該物体からの反射光を偏向する偏向部と、前記光源からの前記照明光を前記偏向部に導光するとともに、前記偏向部からの前記反射光を受光素子に導光する導光部と、前記偏向部からの前記照明光を前記物体に導光するとともに、前記物体からの前記反射光を前記偏向部に導光する光学系とを備え、前記光学系は、前記物体の中間像を形成し、該中間像よりも物体側に配置されたレンズからなる前群と、該中間像よりも偏向部側に配置されたレンズからなる後群とを有し、前記前群は、1枚以上の正レンズと1枚以上の負レンズを含み、前記前群における正レンズの焦点距離の平均値をffPave、前記前群における負レンズの焦点距離の平均値をffNaveとするとき、-1.0<ffPave/ffNave<-0.2なる条件式を満足することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an optical device as one aspect of the present invention includes a deflecting section that deflects illumination light from a light source to scan an object, and deflects reflected light from the object; a light guide section for guiding the illumination light from the deflection section to the deflection section and guiding the reflected light from the deflection section to a light receiving element; and a light guide section for guiding the illumination light from the deflection section to the object and an optical system for guiding the reflected light from the object to the deflection unit, the optical system forming an intermediate image of the object and comprising a lens arranged closer to the object than the intermediate image. a front group and a rear group consisting of lenses arranged closer to the deflector than the intermediate image, the front group including one or more positive lenses and one or more negative lenses; where ffPave is the average focal length of the positive lens in the front group and ffNave is the average focal length of the negative lens in the front group, the conditional expression −1.0<ffPave/ffNave<−0.2 is satisfied. characterized by
本発明によれば、簡素な構成でありながら良好な光学性能を有する光学装置の提供が可能になる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical device having a simple configuration and yet having good optical performance.
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図面は、便宜的に実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。また、各図面において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that each drawing may be drawn on a scale different from the actual scale for the sake of convenience. Moreover, in each drawing, the same reference numerals are given to the same members, and redundant explanations are omitted.
図1は、本発明の実施形態に係る光学装置1の光軸を含む断面(YZ断面)における要部概略図(模式図)である。光学装置1は、光源部10、導光部(分岐部)20、偏向部30、光学系40、受光部50、及び制御部60を備える。図1においては、光源部10から対象物(物体)100に向かう照明光の光路(照明光路)を実線で示し、対象物100から受光部50に向かう反射光の光路(受光光路)を破線で示している。
FIG. 1 is a schematic diagram (schematic diagram) of a main part in a cross section (YZ cross section) including the optical axis of an
光学装置1は、対象物100からの反射光を受光することで、対象物100を検出(撮像)する検出装置(撮像装置)や、対象物100までの距離(距離情報)を取得する測距装置として用いることができる。本実施形態に係る光学装置1は、対象物100からの反射光を受光するまでの時間やその反射光の位相に基づいて対象物100までの距離を算出する、LiDAR(Light Detection And Ranging)という技術を用いている。
The
光源部10は、光源11、光学素子12、及び絞り13を有する。光源11としては、エネルギー集中度が高く指向性のよいレーザである半導体レーザなどを用いることができる。後述するように光学装置1を車載システムに適用する場合などは、対象物100に人間が含まれる可能性がある。よって、光源11としては人間の目に対する影響が少ない赤外光を射出するものを採用することが望ましい。本実施形態に係る光源11が射出する照明光の波長は、近赤外域に含まれる905nmである。
The
光学素子12は、光源11から射出された照明光の収束度を変化させる機能を有する。本実施形態に係る光学素子12は、光源11から出射する発散光束を平行光束に変換(コリメート)するコリメータレンズ(集光素子)である。なお、ここでの平行光束は、厳密な平行光束だけではなく、弱発散光束や弱収束光束などの略平行光束を含むものである。
The
絞り13は、開口が設けられた遮光部材であり、光学素子12からの照明光を制限することでその光束径(光束幅)を決定している。本実施形態に係る絞り13の開口の形状は、照明光の形状に合わせて楕円になっているが、必要に応じて楕円以外の形状としてもよい。本実施形態に係る絞り13の開口の径は、X方向(長軸方向)において1.60mm、Z方向(短軸方向)において1.30mmである。
The
導光部20は、照明光路と受光光路とを分岐させ、光源部10からの照明光を偏向部30に導光すると共に、偏向部30からの反射光を受光部50に導光するための部材である。本実施形態に係る導光部20は、透光部材21、有孔(穴あき)ミラー22、光源用受光素子23を備える。透光部材21は、絞り13の開口を通過した照明光の一部を反射して光源用受光素子23に導光するための部材であり、例えばガラス基板などを用いることができる。
The
有孔ミラー22は、光源部10からの照明光を通過させる開口部(穴部)が設けられた反射部材であり、開口部以外の反射領域(反射部)によって偏向部30からの反射光を受光部50に向けて反射させている。本実施形態に係る有孔ミラー22の開口部は、図1に示すように空孔であるが、開口部には透光部材が設けられていてもよい。また、照明光と反射光とを分岐させるための導光部材(分岐部材)としては、有孔ミラーに限らず、ビームスプリッタやプリズム、ハーフミラーなどを用いてもよい。
The
光源用受光素子23は、光源部10からの照明光を光電変換して信号を出力するための素子であり、例えば後述する受光部50における受光素子53と同様のセンサを用いることができる。光源用受光素子23から出力される信号は、後述する制御部60によって光源部10を制御する際に用いられる。なお、必要に応じて、透光部材21と光源用受光素子23との間に、透光部材21からの光を光源用受光素子23の受光面に導光するための光学素子(フィルタやレンズなど)を配置してもよい。
The light source
偏向部30は、導光部20からの照明光を偏向して対象物100を走査すると共に、対象物100からの反射光を偏向して導光部20に導光するための部材である。本実施形態に係る偏向部30は、折返しミラー31(第1の偏向素子)と駆動ミラー32(可動ミラー、第2の偏向素子)で構成されている。
The
駆動ミラー32は、対象物100の2次元走査を可能にするために、少なくとも二軸回りに揺動可能(二軸駆動ミラー)であることが望ましい。例えば、駆動ミラー32としてガルバノミラーやMEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラーなどを採用することができる。本実施形態に係る駆動ミラー32は、X軸回りの揺動角度(振れ角)が±7.5°、Y軸回りの揺動角度が±15.0°、揺動周波数が1kHz程度のMEMSミラーである。なお、駆動ミラー32のX軸回りの揺動角度はYZ断面における視野角(走査画角)に対応し、駆動ミラー32のY軸回りの揺動角度はZX断面における視野角に対応する。
In order to enable two-dimensional scanning of the
光学系40は、偏向部30からの照明光を対象物100に導光すると共に、対象物100からの反射光を偏向部30に導光するための部材である。本実施形態に係る光学系40は、屈折力(パワー)を有する複数のレンズで構成され、かつ全系では屈折力を持たない光学系(アフォーカル系)である。具体的には、光学系40は、偏向部30からの照明光の径をβ倍に拡大すると共に、対象物100からの反射光の径を1/β倍に縮小するテレスコープである。
The
本実施形態に係る光学系40は、対象物100の側(物体側)から偏向部30の側(偏向部側)へ順に配置された、複数のレンズを有する前群41と、複数のレンズを有する後群42とを有する。前群41は、対象物100からの反射光を集光して対象物100の中間像43を形成するように構成されている。後群42は、前群41からの反射光を平行光束に変換して駆動ミラー32に入射させるように構成されている。この構成により、光学系40は偏向部30からの照明光及び対象物100からの反射光の径を変換することができる。なお、光学系40は、前群41と後群42以外に絞りやフィルタ、カバーガラスなどの他の部材を有していてもよい。
The
本実施形態に係る駆動ミラー32の偏向面は、対象物100の側を入射側としたときの光学系40の入射瞳と共役な位置に配置されている。言い換えると、駆動ミラー32の偏向面は、偏向部30の側を入射側としたときの光学系40の入射瞳の位置に配置されている。また、本実施形態に係る光学系40の光学倍率(横倍率)βの絶対値は1よりも大きい(|β|>1)。これにより、駆動ミラー32によって偏向されて光学系40に入射する照明光の主光線の偏向角に対して、光学系40から出射する照明光の主光線の偏向角の方が小さくなり、対象物を検出する際の分解能を向上させることができる。
The deflection surface of the driving
光源部10からの照明光は、導光部20を介して偏向部30により偏向され、光学系40によって光学倍率βに応じて拡大され、対象物100を照明する。そして、対象物100からの反射光は、光学系40によって光学倍率1/βに応じて縮小され、偏向部30により偏向され、受光部50に到達する。これにより、照明光の径をさらに拡大して拡がり角をより低減することができるため、対象物が遠方にある場合においても十分な照度及び分解能を確保することができる。また、光学系40によって瞳径を拡大することで、対象物からの反射光をより多く取り込むことができ、測距距離や測距精度を向上させることが可能になる。
Illumination light from the
受光部(測距用受光部)50は、光学フィルタ51、集光部52、及び受光素子(測距用受光素子)53を有する。光学フィルタ51は、所望の光のみを通過させ、それ以外の不要光を遮光(吸収)するための部材である。本実施形態に係る光学フィルタ51は、光源11から出射する照明光に対応する波長帯域の光のみを透過させるバンドパスフィルタである。集光部52は、光学フィルタ51を通過した光を受光素子53の受光面に集光するための部材であり、本実施形態では単一の光学素子(集光レンズ)で構成されている。なお、光学フィルタ51及び集光部52の構成は本実施形態に限られるものではなく、必要に応じて各部材の配置の順を入れ替えたり各部材を複数配置したりしてもよい。例えば、集光部52を複数の集光レンズで構成してもよい。
The light receiving section (light receiving section for distance measurement) 50 has an
受光素子(測距用受光素子)53は、集光部52からの光を受光し、光電変換して信号を出力するための素子(センサ)である。受光素子53としては、PD(Photo Diode)、APD(Avalanche Photo Diode)、SPAD(Singel Photon Avalanche Diode)などで構成されたものを採用することができる。照明光により照明された対象物100からの反射光は、偏向部30により偏向されて有孔ミラー22により反射され、光学フィルタ51及び集光部52を介して受光素子53に入射する。
The light-receiving element (range-finding light-receiving element) 53 is an element (sensor) for receiving light from the
制御部60は、光源11、光源用受光素子23、駆動ミラー32、及び受光素子53などを制御する。制御部60は、例えばCPU(Central Processing Unit)などの処理装置(プロセッサ)、又はそれを備える演算装置(コンピュータ)である。制御部60は、光源11及び駆動ミラー32の夫々を所定の駆動電圧や所定の駆動周波数で駆動したり、光源用受光素子23からの信号に応じて光源11の出力(照明光の光量)を制御したりしている。制御部60は、例えば光源11を制御することで照明光をパルス光としたり、照明光の強度変調を行って信号光を生成したりすることもできる。
The
また、制御部60は、光源11から照明光が出射した時刻(発光時刻)から、受光素子53が対象物100からの反射光を受光した時刻(受光時刻)までの時間に基づいて、対象物100の距離情報を取得することができる。このとき、制御部60は、受光素子53からの信号を特定の周波数で取得してもよい。なお、対象物100からの反射光を受光するまでの時間ではなく、対象物100からの反射光の位相に基づいて距離情報を取得してもよい。具体的には、光源11の信号の位相と受光素子53から出力される信号の位相との差分(位相差)を求め、その位相差に光速を乗じることで、対象物100の距離情報を取得してもよい。
Further, the
このようなLiDARを用いた測距装置としての光学装置1は、車両や歩行者、障害物等の対象物100を識別し、その対象物100の距離情報に応じて自車両を制御する車載システムに好適なものである。なお、LiDARを用いる場合、光源部10及び受光部50の光軸の一部が互いに一致する同軸系か、各光軸が互いに一致しない非同軸系を採用することができる。本実施形態に係る光学装置1は、導光部20を備えることで装置全体を小型化しつつ同軸系を実現している。
The
車載システムなどにおいては、光学装置1に対して近距離(1m程度)にある物体から遠距離(300m程度)にある物体までを対象物100として検出することが求められる。しかし、対象物100からの反射光(信号光)の強度は非常に微弱であり、例えば光源11から発せられる照明光のパワーを1としたとき、反射光は10-7~10-8程度である。また、対象物100からの反射光の強度は、光学装置1から対象物100までの距離が長ければ長いほど小さくなる。例えば、光学装置1から対象物100までの距離が10倍になった場合、光学装置1が受光する反射光の強度は1/100程度まで低下してしまう。
In an in-vehicle system or the like, it is required to detect, as the
ここで、光学装置1の内部の各部材において意図せず生じた反射光(散乱光)が、不要光(迷光)として受光素子53に到達してしまうと、測距精度に大きな影響を与えてしまう。例えば、受光素子53が受光する信号光に対する不要光の割合が大きくなると、S/N比が低下して信号光と不要光とを区別することが困難になり、測距精度が大きく低下してしまう。なお、対象物100までの距離の増大に応じて照明光の光量(光源11の出力)を増加させる方法も考えられるが、対象物100としての人間の目に対する影響が大きくなってしまうため好ましくない。
Here, if the reflected light (scattered light) unintentionally generated in each member inside the
このような不要光は、特に導光部20以降に配置されるレンズ面によって生じやすい。本実施形態においては、導光部20よりも対象物100の側に配置される光学系40が複数のレンズを有しているため、その各レンズ面において照明光が反射(散乱)することで不要光となってしまう可能性がある。よって、光学系40の各レンズ面における不要光の発生を抑制するために、照明光に含まれる光線(照明光線)が各レンズ面に垂直入射しないように光学装置1を設計することが望ましい。このことについて図2を用いて説明する。
Such unnecessary light is likely to be generated particularly by the lens surfaces arranged after the
図2は、偏向部30よりも対象物100の側に配置されるレンズ面4に入射する照明光を示した模式図である。レンズ面4に対しては、駆動ミラー32の揺動によって偏向された照明光が入射する。すなわち、レンズ面4には様々な入射角で照明光が入射することになる。実線で示した照明光のうち一部の照明光線Aは、レンズ面4の曲率中心Cを通過しているため、レンズ面4に対して垂直に入射する。この場合、光線Aはレンズ面4で反射して照明光路とは逆向きである反射光路を進行するため、不要光として対象物100からの反射光線と共に受光素子53に入射してしまう可能性がある。仮に反射率が0.1%程度の反射防止膜をレンズ面4に設けたとしても、一部の光線はこのような不要光となり得る。
FIG. 2 is a schematic diagram showing illumination light incident on the lens surface 4 arranged closer to the
一方、点線で示した照明光線Bは、曲率中心Cを通過しないため、レンズ面4に対してある程度の入射角で入射する。すなわち、レンズ面4における照明光線Bの入射点での法線Dと照明光線Bとは、互いに非平行である(互いに重ならない)。よって、照明光線Bがレンズ面4で反射したとしても、反射光路とは異なる光路を進行するため、不要光は発生しない。したがって、光学系40において不要光の発生を抑制するためには、各レンズ面に入射する各照明光線が各レンズ面の曲率中心を通過しないように(各レンズ面に垂直入射しないように)偏向部30及び光学系40を配置すればよい。
On the other hand, the illuminating light ray B indicated by the dotted line does not pass through the center of curvature C, so it is incident on the lens surface 4 at a certain angle of incidence. That is, the normal D at the incident point of the illumination light beam B on the lens surface 4 and the illumination light beam B are non-parallel to each other (do not overlap each other). Therefore, even if the illuminating light beam B is reflected by the lens surface 4, it travels along an optical path different from the reflected light path, so that unnecessary light is not generated. Therefore, in order to suppress the generation of unnecessary light in the
具体的には、光学系40の各レンズ面の夫々における照明光線の入射点での法線と該照明光線とが互いに非平行となるように、言い換えると各照明光線が各レンズ面に垂直入射しないように、光学系40における各レンズを設計することが望ましい。例えば、周知の光学シミュレーションソフトウェアなどを用いて、光学系40における各レンズ面に対する各照明光線の入射角を確認しながら各レンズを設計することで、各レンズ面に対して照明光線が垂直入射しないようにすることができる。各レンズの設計パラメータとしては、曲率(曲率半径)、肉厚(光軸方向の厚さ)、面形状、光軸に垂直な方向における位置(偏心)などであるが、これらに限られるものではない。なお、各レンズ面の形状については、非球面としてもよいが、成形のしやすさなどを考慮すると球面とすることが望ましい。
Specifically, the normal line at the incident point of the illumination light beam on each lens surface of the
なお、各レンズ面に対して垂直入射する照明光線を低減するために、偏向部30及び光学系40をY方向において互いにずらして(シフトさせて)配置してもよい。この構成を実現するには、照明光路と反射光路とを含む断面(YZ断面)において、駆動ミラー32の走査範囲における中心画角での照明光の主光線の光路と光学系40の光軸とが一致しないように偏向部30を配置すればよい。また、偏向部30及び光学系40を互いにシフトさせるのではなく、偏向部30の走査範囲を光学系40の光軸に対して非対称に設定する(チルトさせる)ことでも同様の効果を得ることができる。なお、該シフトとチルトを組み合わせてもよい。さらに、上述した各レンズの設計に加えて上記シフトとチルトの少なくとも一方を組み合わせてもよい。
In addition, in order to reduce the illumination light beams that are perpendicularly incident on each lens surface, the
ここで、光学系40においては、不要光の発生を抑制するだけでなく諸収差を良好に補正することが求められる。しかし、上述したように不要光の発生を抑制するための構成を採用する場合、これを採用しない場合と比較して光学系40の設計の自由度が低下する。特に、偏向部30からの照明光が最初に入射する後群42においては、各レンズの形状や配置などの設計の自由度が大幅に低下する。そのため、光学系40を小型化しつつ諸収差を良好に補正するためには、後群42と比較して設計の自由度が高い前群41を適切に設計することが必要になる。
Here, in the
そこで、本実施形態においては、前群41を1枚以上の正レンズと1枚以上の負レンズを有する構成としている。さらに、本実施例においては、前群41における正レンズの焦点距離の平均値をffPave、前群41における負レンズの焦点距離の平均値をffNaveとするとき、以下の条件式(1)を満足するように光学系40を構成している。
-1.0<ffPave/ffNave<-0.2 (1)
Therefore, in this embodiment, the
−1.0<ffPave/ffNave<−0.2 (1)
条件式(1)を満足することで、前群41を構成する正レンズの屈折力と負レンズの屈折力との関係を適切にすることができ、正レンズにおいて生じた収差を負レンズにより良好に補正することが可能になる。これにより、光学系40を小型化しつつペッツバール和や球面収差を良好に補正することができる。条件式(1)の上限を上回ると、前群41における負の屈折力が大きくなり過ぎてしまい、前群41の焦点距離が長くなって光学系40の小型化が難しくなるため好ましくない。条件式(1)の下限を下回ると、前群41における正の屈折力が大きくなり過ぎてしまい、前群41で生じる球面収差や後群42で生じる諸収差の補正が難しくなるため好ましくない。
By satisfying conditional expression (1), the relationship between the refracting power of the positive lens and the refracting power of the negative lens that constitute the
さらに、以下の条件式(1a)を満足することが好ましく、以下の条件式(1b)を満足することがより好ましい。
-0.8<ffPave/ffNave<-0.3 (1a)
-0.75<ffPave/ffNave<-0.40 (1b)
Furthermore, it is preferable to satisfy the following conditional expression (1a), and it is more preferable to satisfy the following conditional expression (1b).
−0.8<ffPave/ffNave<−0.3 (1a)
−0.75<ffPave/ffNave<−0.40 (1b)
また、前群41を2枚以上の正レンズと2枚以上の負レンズで構成することが好ましい。この構成によれば、正の屈折力及び負の屈折力の各々を複数のレンズで分担することができるため、各レンズ面の曲率を小さくして各レンズの製造を容易にすることができる。また、レンズごとに光束の入射位置を異ならせることで、各レンズで分担して複数の収差を容易に補正することができる。
Moreover, it is preferable that the
前群41が複数の正レンズ及び複数の負レンズを有する場合、少なくとも1枚の正レンズと少なくとも1枚の負レンズを交互に配置することが好ましい。例えば、前群41を、物体側から順に配置された少なくとも1枚の正レンズ、少なくとも1枚の負レンズ、少なくとも1枚の正レンズ、少なくとも1枚の負レンズからなる構成とすることが好ましい。この場合、前群41はトリプレットと同様の機能を有するレンズ群(トリプレット群)の偏向部側に負レンズが配置された構成となるため、球面収差や非点隔差をより良好に補正することができる。
When the
前群41における正レンズ及び負レンズの枚数は特に限定されるものではないが、前群41の簡素化と良好な収差補正を両立するためには、前群41を2枚の正レンズと2枚の負レンズで構成することが好ましい。さらに、前群41を、物体側から偏向部側へ順に配置された正レンズ、負レンズ、正レンズ、負レンズで構成することがより好ましい。
The number of positive and negative lenses in the
また、後群42を3枚以上かつ5枚以下の正レンズにより構成することが望ましい。この構成によれば、不要光の発生を抑制するための構成を採用して後群42の設計の自由度が低下した場合においても、光学系40の簡素化と良好な光学性能との両立が可能になる。具体的には、後群42を正レンズのみで構成することで、光学系40を小型化しつつ収差を良好に補正することができる。後群42に負レンズを加えた場合、収差を良好に補正するためには、後群42を正レンズのみで構成する場合と比較して後群42が大型化してしまうため好ましくない。
Moreover, it is desirable to configure the
さらに、後群42を構成する正レンズの枚数を3枚以上かつ5枚以下とすることで、光学系40を小型化しつつ不要光の発生を抑制することができる。正レンズの枚数を2枚以下とした場合、後群42の全体の焦点距離が長くなり過ぎてしまい、光学系40の小型化が難しくなるため好ましくない。また、後群42における各レンズ面に入射する各光線と各レンズ面の入射点での法線とを非平行にすることが難しくなり、不要光を十分に低減することが難しくなるため好ましくない。
Furthermore, by setting the number of positive lenses that constitute the
一方、正レンズの枚数を6枚以上とした場合、後群42の全体の焦点距離が短くなり、中間像43が後群42のレンズ面に近づき過ぎてしまい、各レンズ面における傷やごみの影響を大きく受けて良好な光学性能を得ることが難しくなるため好ましくない。また、正レンズの枚数が多くなるにつれて、中間像43がレンズ面に干渉しないように後群42を設計することが難しくなる。
On the other hand, if the number of positive lenses is six or more, the overall focal length of the
なお、後群42を構成する正レンズの枚数は、光学系40の小型化と不要光の低減の何れを優先するのかによって選択すればよい。例えば、光学系40をより小型化するためには、後群42を構成する正レンズの枚数を4枚又は5枚とすることが好ましい。また、光学系40の小型化と不要光の低減のバランスを最適にするためには、後群42を構成する正レンズの枚数を4枚とすることが好ましい。
The number of positive lenses constituting the
また、前群41の焦点距離をff、後群42の焦点距離をfrとするとき、光学系40は以下の条件式(2)を満足することが望ましい。
1.8<ff/fr<8.0 (2)
Further, when the focal length of the
1.8<ff/fr<8.0 (2)
条件式(2)を満足することで、対象物100が遠方にある場合においても対象物100を高精度に検出することが可能になる。条件式(2)の上限を上回ると、光学系40の光学倍率が大きくなり過ぎてしまい、全系の大型化を招くとともに不要光が生じやすくなってしまうため好ましくない。条件式(2)の下限を下回ると、光学系40の光学倍率が小さくなり過ぎてしまい、遠方の対象物100からの反射光が受光しづらくなってしまうため好ましくない。
By satisfying the conditional expression (2), it is possible to detect the
さらに、以下の条件式(2a)を満足することが好ましく、以下の条件式(2b)を満足することがより好ましく、以下の条件式(2c)を満足することがさらに好ましい。
2.0<ff/fr<7.0 (2a)
2.5<ff/fr<6.0 (2b)
3.0<ff/fr<5.0 (2c)
Furthermore, it is preferable to satisfy the following conditional expression (2a), more preferably to satisfy the following conditional expression (2b), and further preferably to satisfy the following conditional expression (2c).
2.0<ff/fr<7.0 (2a)
2.5<ff/fr<6.0 (2b)
3.0<ff/fr<5.0 (2c)
また、後群42における最も偏向部側のレンズについて、物体側のレンズ面の曲率半径をR1B1、偏向部側のレンズ面の曲率半径をR2B1とするとき、光学系40は以下の条件式(3)を満足することが望ましい。
-12.0<(R1B1+R2B1)/(R1B1-R2B1)<-2.0 (3)
Further, regarding the lens closest to the deflector in the
-12.0<(R1B1+R2B1)/(R1B1-R2B1)<-2.0 (3)
条件式(3)は、後群42を構成する正レンズのうち最も偏向部側のレンズのシェイプファクタに関する式である。条件式(3)を満足することで、当該レンズを適切なメニスカス形状とすることができ、当該レンズの製造を容易にしつつ不要光の発生を抑制することができる。条件式(3)の上限を上回ると、当該レンズが平凸形状又は両凸形状に近づいてしまう。この場合、偏向部側のレンズ面における法線の方向と光線の方向とが一致しないようにするためには、当該レンズ面において光線を非常に大きな角度で屈折させることが必要になり、収差の補正が難しくなるため好ましくない。条件式(3)の下限を下回ると、各レンズ面の曲率が大きくなり過ぎてしまい、当該レンズの製造が難しくなるため好ましくない。
Conditional expression (3) relates to the shape factor of the lens closest to the deflection unit among the positive lenses forming the
さらに、以下の条件式(3a)を満足することが好ましく、以下の条件式(3b)を満足することがより好ましい。
-10.0<(R1B1+R2B1)/(R1B1-R2B1)<-4.0 (3a)
-8.0<(R1B1+R2B1)/(R1B1-R2B1)<-6.0 (3b)
Furthermore, it is preferable to satisfy the following conditional expression (3a), and it is more preferable to satisfy the following conditional expression (3b).
-10.0<(R1B1+R2B1)/(R1B1-R2B1)<-4.0 (3a)
-8.0<(R1B1+R2B1)/(R1B1-R2B1)<-6.0 (3b)
また、後群42における最も偏向部側のレンズに隣接するレンズについて、物体側のレンズ面の曲率半径をR1B2、偏向部側のレンズ面の曲率半径をR2B2とするとき、光学系40は以下の条件式(4)を満足することが望ましい。
-6.0<(R1B2+R2B2)/(R1B2-R2B2)<-0.5 (4)
For the lens closest to the deflector side lens in the
-6.0<(R1B2+R2B2)/(R1B2-R2B2)<-0.5 (4)
条件式(4)は、後群42を構成する正レンズのうち最も偏向部側から数えて2番目のレンズのシェイプファクタに関する式である。条件式(4)を満足することで、当該レンズを適切なメニスカス形状とすることができ、当該レンズの製造を容易にしつつ不要光の発生を抑制することができる。条件式(4)の上限を上回ると、当該レンズが両凸形状に近づいてしまい、各レンズ面で生じる球面収差の補正が難しくなるため好ましくない。条件式(4)の下限を下回ると、各レンズ面における法線の方向と光線の方向とが一致しないように設計することが難しくなるため好ましくない。
Conditional expression (4) relates to the shape factor of the second lens counted from the side closest to the deflection unit among the positive lenses forming the
さらに、以下の条件式(4a)を満足することが好ましく、以下の条件式(4b)を満足することがより好ましい。
-5.0<(R1B2+R2B2)/(R1B2-R2B2)<-1.0 (4a)
-4.0<(R1B2+R2B2)/(R1B2-R2B2)<-2.0 (4b)
Furthermore, it is preferable to satisfy the following conditional expression (4a), and it is more preferable to satisfy the following conditional expression (4b).
-5.0<(R1B2+R2B2)/(R1B2-R2B2)<-1.0 (4a)
-4.0<(R1B2+R2B2)/(R1B2-R2B2)<-2.0 (4b)
また、後群42における最も物体側のレンズ面から最も偏向部側のレンズ面までの光軸上での距離をLr、前群41における最も偏向部側のレンズ面から後群42における最も物体側のレンズ面までの光軸上での距離をLiとする。このとき、光学系40は以下の条件式(5)を満足することが望ましい。
0.1<Lr/Li<4.0 (5)
In addition, Lr is the distance on the optical axis from the lens surface closest to the object side in the
0.1<Lr/Li<4.0 (5)
条件式(5)を満足することで、前群41と後群42の間隔を適切に保ちつつ光学系40の全長を短くすることができる。条件式(5)の上限を上回ると、前群41と後群42との距離が短くなって各々のレンズ面に中間像43が近づき過ぎてしまい、各レンズ面における傷やごみの影響を大きく受けて良好な光学性能を得ることが難しくなるため好ましくない。条件式(5)の下限を下回ると、前群41と後群42とが離れ過ぎて光学系40の全長が長くなり、各レンズの配置の自由度が低下するとともに、各レンズを保持する鏡筒の大型化による製造コストの増大に繋がってしまうため好ましくない。
By satisfying the conditional expression (5), the overall length of the
さらに、以下の条件式(5a)を満足することが好ましく、以下の条件式(5b)を満足することがより好ましい。
0.15<Lr/Li<3.00 (5a)
0.2<Lr/Li<2.0 (5b)
Furthermore, it is preferable to satisfy the following conditional expression (5a), and it is more preferable to satisfy the following conditional expression (5b).
0.15<Lr/Li<3.00 (5a)
0.2<Lr/Li<2.0 (5b)
また、光学系40における正レンズのd線に対する屈折率の平均値をNPave、光学系40における負レンズのd線に対する屈折率の平均値をNNaveとするとき、光学系40は以下の条件式(6)を満足することが望ましい。
1.2<NPave/NNave<1.5 (6)
Further, when the average value of the refractive indices for the d-line of the positive lenses in the
1.2<NPave/NNave<1.5 (6)
本実施形態において照明光の波長は特に限定されるものではないが、特に光学装置1を測距装置として用いる場合は、照明光を人体への影響が少ない赤外光とすることや、指向性を上げるために照明光の波長帯域を狭くすることが求められる。よって、光学系40を構成する各レンズの材料は、色収差の補正よりもペッツバール和の補正を優先して選択することが好ましい。具体的には、正レンズについては高い屈折率の材料を採用し、負レンズについては低い屈折率の材料を採用することが好ましい。
In this embodiment, the wavelength of the illumination light is not particularly limited, but especially when the
条件式(6)を満たすことで、光学系40のペッツバール和を良好に補正し、像面湾曲や非点隔差の発生を抑制することができる。条件式(6)の上限を上回ると、各レンズの材料の選択の自由度が低下し、各レンズの製造難易度が高くなったり内部透過率が低下したりする可能性が生じるため好ましくない。条件式(6)の下限を下回ると、光学系40のペッツバール和が増大してしまい、像面湾曲や非点隔差の補正が難しくなるため好ましくない。
By satisfying conditional expression (6), the Petzval sum of the
さらに、以下の条件式(6a)を満足することが好ましく、以下の条件式(6b)を満足することがより好ましい。
1.25<NPave/NNave<1.45 (6a)
1.3<NPave/NNave<1.4 (6b)
Furthermore, it is preferable to satisfy the following conditional expression (6a), and it is more preferable to satisfy the following conditional expression (6b).
1.25<NPave/NNave<1.45 (6a)
1.3<NPave/NNave<1.4 (6b)
なお、光学系40を構成する全てのレンズは、光軸方向において互いに離間していることが望ましい。言い換えると、光学系40が接合レンズを有しておらず、光学系40における全てのレンズが単レンズであることが望ましい。光学系40が接合レンズを有する場合、当該接合レンズを構成する各レンズが温度変化によって剥がれたり偏心したりする可能性が生じる。そこで、光学系40を単レンズのみで構成することで、温度変化が生じた場合にも良好な光学性能を保つことができる。この効果は、特に光学系40が車載システムに搭載された場合など、温度変化が激しい環境に光学系40が配置された場合において顕著になる。
In addition, it is desirable that all the lenses constituting the
以上、本実施形態に係る光学装置1によれば、光学系40の小型化と不要光の低減を両立することができ、簡素な構成でありながら良好な光学性能を得ることができる。これにより、光学装置1を測距装置に適用した場合に良好な測距精度を実現することができる。
As described above, according to the
[実施例1]
以下、本発明の実施例1に係る光学系40について説明する。本実施例は後述する数値実施例1に対応している。本実施例に係る光学系40において、上述した実施形態に係る光学系40と同等の構成については説明を省略する。
[Example 1]
The
図3は、本実施例に係る光学系40の光軸OALを含む断面(YZ断面)を示す図である。図3においては、物体側(+Z側)を左側、偏向部側(-Z側)を右側とし、駆動ミラー32の複数の角度に対応する複数の反射光路を示している。本実施例に係る光学系40は、屈折力を有する複数のレンズL111~L118で構成され、かつ全系では屈折力を持たないテレスコープである。本実施例においてはレンズL111~L118の各レンズ面の全てを球面としており、これにより各レンズの製造を容易にしている。また、本実施例においてはレンズL111~L118の全てを単レンズとしており、これにより光学系40の良好な耐環境性を実現している。
FIG. 3 is a diagram showing a cross section (YZ cross section) including the optical axis OAL of the
図3に示すように、本実施例においては、駆動ミラー32の中心軸OAMと光学系40の光軸OALとが一致しないように、駆動ミラー32をY方向へシフトして配置している。なお、ここでの中心軸OAMは、駆動ミラー32で偏向された直後の照明光のうち走査範囲における中心画角での主光線Rc(不図示)の光路と一致する。すなわち、駆動ミラー32は、偏向面における主光線Rcの入射点(偏向面と主光線Rcの光路との交点)と光軸OALとが互いに離間するように配置されている。さらに、中心軸OAMが光軸OALに対して傾くように(非平行になるように)駆動ミラー32の走査範囲が設定されている。これらの構成により、主光線Rcが各レンズ面に垂直入射しないようにして不要光を低減することができる。さらに本実施例においては、主光線Rc以外の照明光線も各レンズ面に垂直入射しないように各レンズを設計することで、不要光の更なる低減を可能にしている。
As shown in FIG. 3, in this embodiment, the
本実施例に係る前群41は、物体側から偏向部側へ順に配置された正レンズL111、負レンズL112、正レンズL113、負レンズL114からなる。この構成により、前群41を簡素にしつつ球面収差や非点隔差を良好に補正することができる。具体的には、通過する光束の径が比較的大きいレンズL111~L113で構成されたトリプレット群により主に球面収差を補正し、画角に応じた光束の通過位置の差(光束分離の度合い)が比較的大きい負レンズL114により主に非点隔差を補正している。
The
また、本実施例に係る後群42は、物体側から偏向部側へ順に配置された正レンズL115、正レンズL116、正レンズL117、正レンズL118からなる。すなわち、後群42は4枚の正レンズからなる。この構成により、光学系40の全系の小型化と良好な光学性能との両立を実現している。
Also, the
[実施例2]
以下、本発明の実施例2に係る光学系40について説明する。本実施例は後述する数値実施例2に対応している。本実施例に係る光学系40において、上述した実施例1に係る光学系40と同等の構成については説明を省略する。
[Example 2]
An
図4は、本実施例に係る光学系40の光軸OALを含む断面を示す図である。本実施例に係る光学系40は、レンズL121~L129で構成され、かつ全系では屈折力を持たないテレスコープである。本実施例に係る光学系40は、実施例1と同様に各照明光線が各レンズ面に垂直入射しないように設計されている。
FIG. 4 is a diagram showing a cross section including the optical axis OAL of the
本実施例に係る前群41は、物体側から偏向部側へ順に配置された正レンズL121、負レンズL122、正レンズL123、負レンズL124からなる。また、本実施例に係る後群42は、物体側から偏向部側へ順に配置された正レンズL125、正レンズL126、正レンズL127、正レンズL128、正レンズL129からなる。すなわち、後群42は5枚の正レンズからなる。実施例1と比較すると、本実施例に係る後群42における正レンズの枚数は1枚多いため、それにより後群42の正の屈折力を強め、さらにそれに追従して前群LF41の正の屈折力も強めることができるため、光学系40をより小型化することが可能になる。
The
[実施例3]
以下、本発明の実施例3に係る光学系40について説明する。本実施例は後述する数値実施例3に対応している。本実施例に係る光学系40において、上述した実施例1に係る光学系40と同等の構成については説明を省略する。
[Example 3]
An
図5は、本実施例に係る光学系40の光軸OALを含む断面を示す図である。本実施例に係る光学系40は、レンズL131~L137で構成され、かつ全系では屈折力を持たないテレスコープである。本実施例に係る光学系40は、実施例1と同様に各照明光線が各レンズ面に垂直入射しないように設計されている。
FIG. 5 is a diagram showing a cross section including the optical axis OAL of the
本実施例に係る前群41は、物体側から偏向部側へ順に配置された正レンズL131、負レンズL132、正レンズL133、負レンズL134からなる。また、本実施例に係る後群42は、物体側から偏向部側へ順に配置された正レンズL135、正レンズL136、正レンズL137からなる。すなわち、後群42は3枚の正レンズからなる。実施例1と比較すると、本実施例に係る後群42における正レンズの枚数は1枚少ないため、後群42をより簡素化できるとともに、前群41と後群42との間隔を広げて中間像43とその前後のレンズ面との間隔をより十分に確保することができる。
The
[実施例4]
以下、本発明の実施例4に係る光学系40について説明する。本実施例は後述する数値実施例4に対応している。本実施例に係る光学系40において、上述した実施例1に係る光学系40と同等の構成については説明を省略する。
[Example 4]
An
図6は、本実施例に係る光学系40の光軸OALを含む断面を示す図である。本実施例に係る光学系40は、レンズL141~L149で構成され、かつ全系では屈折力を持たないテレスコープである。本実施例に係る光学系40は、実施例1と同様に各照明光線が各レンズ面に垂直入射しないように設計されている。
FIG. 6 is a diagram showing a cross section including the optical axis OAL of the
本実施例に係る前群41は、物体側から偏向部側へ順に配置された正レンズL141、負レンズL142、正レンズL143、正レンズL144、負レンズL145からなる。また、本実施例に係る後群42は、物体側から偏向部側へ順に配置された正レンズL146、正レンズL147、正レンズL148、正レンズL149からなる。すなわち、後群42は4枚の正レンズからなる。
The
本実施例に係る光学系40の光学倍率(β=2.0)は、実施例1~3に係る光学系40の光学倍率(β≧3.5)よりも低い。そのため、本実施例に係る光学系40は、実施例1~3に係る光学系40と比較して近距離にある対象物100の検出に適している。このような構成においても、上述した条件式(1)を満足することにより、光学系40の小型化と良好な光学性能とを両立することができる。
The optical magnification (β=2.0) of the
[数値実施例]
以下、上述した実施例1~4に対応する光学系40の数値実施例1~4を示す。面データにおいて、面番号は物体側から数えたときのレンズ面の順番を示し、rはレンズ面の曲率半径[mm]を示し、dは隣接するレンズ面間の光軸上での距離[mm]を示す。ndは隣接するレンズ面間の媒質のd線(波長587.6nm)に対する屈折率を示し、νdは隣接するレンズ面間の媒質のd線を基準としたアッベ数を示す。
[Numerical example]
Numerical examples 1 to 4 of the
各種データにおいて、光学倍率βは光学系40の拡大倍率(照明時)を示し、入射瞳径は対象物100の側を入射側としたとき(受光時)の光学系40の入射瞳の直径[mm]を示す。また、シフト量はYZ断面における中心軸OAMと光軸OALとの距離[mm]を示し、チルト量はYZ断面における中心軸OAMと光軸OALとのなす角度[度]を示す。 [ mm]. The shift amount indicates the distance [mm] between the central axis OAM and the optical axis OAL on the YZ cross section, and the tilt amount indicates the angle [degree] formed between the central axis OAM and the optical axis OAL on the YZ cross section.
光線角度データは、駆動ミラー32の走査範囲における中心画角での照明光により照明された対象物100からの反射光のうち、主光線(中心光線)及びマージナル光線(上光線及び下光線)の夫々と光軸OALとのなす角度[度]を示したものである。ここでは、光学系40における最も物体側のレンズ面に入射する直前の各光線の角度と、光学系40における最も偏向器側のレンズ面から出射した直後の各光線の角度と、それらの差分とを示している。
The ray angle data is the principal ray (central ray) and marginal ray (upper and lower rays) of the reflected light from the
(数値実施例1)
面データ
レンズ 面番号 r d nd νd
L111 1 41.107 6.30 2.001 29.139
2 119.720 10.91
L112 3 -60.247 2.00 1.516 64.141
4 1918.293 25.88
L113 5 -654.854 3.20 2.001 29.139
6 -55.770 15.63
L114 7 -17.579 1.30 1.516 64.141
8 -46.620 28.47
L115 9 -495.348 3.10 2.001 29.139
10 -68.368 4.50
L116 11 82.093 3.50 2.001 29.139
12 -1551.590 0.30
L117 13 35.125 4.10 2.001 29.139
14 67.954 0.30
L118 15 23.198 3.80 2.001 29.139
16 31.108
各種データ
光学倍率β 3.8
入射瞳径[mm] 14.8
シフト量[mm] 4.1
チルト量[度] 9.6
光線角度データ
物体側 偏向器側 差分
上光線 0.041 0.050 0.009
主光線 0.035 0.000 -0.035
下光線 0.028 -0.052 -0.080
(Numerical example 1)
Surface data Lens Surface number rd nd νd
2 119.720 10.91
L112 3 -60.247 2.00 1.516 64.141
4 1918.293 25.88
L113 5 -654.854 3.20 2.001 29.139
6 -55.770 15.63
L114 7 -17.579 1.30 1.516 64.141
8 -46.620 28.47
L115 9 -495.348 3.10 2.001 29.139
10 -68.368 4.50
L116 11 82.093 3.50 2.001 29.139
12 -1551.590 0.30
14 67.954 0.30
L118 15 23.198 3.80 2.001 29.139
16 31.108
Various data Optical magnification β 3.8
Entrance pupil diameter [mm] 14.8
Shift amount [mm] 4.1
Tilt amount [degree] 9.6
ray angle data
Object side Deflector side Difference Upper ray 0.041 0.050 0.009
Chief ray 0.035 0.000 -0.035
Lower ray 0.028 -0.052 -0.080
(数値実施例2)
面データ
レンズ 面番号 r d nd νd
L121 1 39.383 7.25 2.001 29.139
2 202.116 9.86
L122 3 -52.981 2.00 1.516 64.141
4 -401.197 24.46
L123 5 -228.481 3.16 2.001 29.139
6 -40.023 10.55
L124 7 -13.435 1.30 1.516 64.141
8 363.802 13.05
L125 9 -28.664 2.80 2.001 29.139
10 -26.765 5.12
L126 11 -343.608 3.38 2.001 29.139
12 -63.244 0.30
L127 13 85.978 3.54 2.001 29.139
14 -523.346 0.30
L128 15 34.916 4.10 2.001 29.139
16 70.744 0.30
L129 17 23.759 3.72 2.001 29.139
18 32.157
各種データ
光学倍率β 3.5
入射瞳径[mm] 14.8
シフト量[mm] 4.3
チルト量[度] 9.4
光線角度データ
物体側 偏向器側 差分
上光線 0.039 0.069 0.030
主光線 0.033 0.000 -0.033
下光線 0.028 0.103 0.075
(Numerical example 2)
Surface data Lens Surface number rd nd νd
2 202.116 9.86
L122 3 -52.981 2.00 1.516 64.141
4 -401.197 24.46
L123 5 -228.481 3.16 2.001 29.139
6 -40.023 10.55
L124 7 -13.435 1.30 1.516 64.141
8 363.802 13.05
L125 9 -28.664 2.80 2.001 29.139
10 -26.765 5.12
L126 11 -343.608 3.38 2.001 29.139
12 -63.244 0.30
14 -523.346 0.30
L128 15 34.916 4.10 2.001 29.139
16 70.744 0.30
L129 17 23.759 3.72 2.001 29.139
18 32.157
Various data Optical magnification β 3.5
Entrance pupil diameter [mm] 14.8
Shift amount [mm] 4.3
Tilt amount [degree] 9.4
ray angle data
Object side Deflector side Difference Upper ray 0.039 0.069 0.030
Chief ray 0.033 0.000 -0.033
Lower ray 0.028 0.103 0.075
(数値実施例3)
面データ
レンズ 面番号 r d nd νd
L131 1 55.792 4.65 2.001 29.139
2 199.307 8.49
L132 3 -110.557 2.00 1.516 64.141
4 2336.958 63.19
L133 5 -717.748 2.60 2.001 29.139
6 -57.176 3.76
L134 7 -27.455 1.30 1.516 64.141
8 -46.650 44.86
L135 11 73.363 3.67 2.001 29.139
12 10121.070 0.30
L136 13 34.226 4.19 2.001 29.139
14 64.311 0.30
L137 15 24.042 3.75 2.001 29.139
16 31.557
各種データ
光学倍率β 3.5
入射瞳径[mm] 14.8
シフト量[mm] 4.1
チルト量[度] 9.5
光線角度データ
物体側 偏向器側 差分
上光線 0.038 -0.014 -0.052
主光線 0.032 0.000 -0.032
下光線 0.026 0.068 0.042
(Numerical example 3)
Surface data Lens Surface number rd nd νd
2 199.307 8.49
L132 3 -110.557 2.00 1.516 64.141
4 2336.958 63.19
L133 5 -717.748 2.60 2.001 29.139
6 -57.176 3.76
L134 7 -27.455 1.30 1.516 64.141
8 -46.650 44.86
L135 11 73.363 3.67 2.001 29.139
12 10121.070 0.30
14 64.311 0.30
L137 15 24.042 3.75 2.001 29.139
16 31.557
Various data Optical magnification β 3.5
Entrance pupil diameter [mm] 14.8
Shift amount [mm] 4.1
Tilt amount [degree] 9.5
ray angle data
Object side Deflector side Difference Upper ray 0.038 -0.014 -0.052
Chief ray 0.032 0.000 -0.032
Lower ray 0.026 0.068 0.042
(数値実施例4)
面データ
レンズ 面番号 r d nd νd
L141 1 34.971 5.10 2.001 29.139
2 153.153 9.60
L142 3 -31.435 3.50 1.516 64.141
4 -157.459 12.40
L143 5 -131.553 4.60 1.516 64.141
6 -32.263 1.70
L144 7 179.847 3.30 2.001 29.139
8 -85.115 8.30
L145 9 -19.306 6.50 1.516 64.141
10 -31.578 21.60
L146 11 -290.125 3.40 2.001 29.139
12 -69.894 5.00
L147 13 133.185 3.60 2.001 29.139
14 -361.726 0.30
L148 15 50.144 4.20 2.001 29.139
16 112.513 0.30
L149 17 25.536 5.00 2.001 29.139
18 36.897
各種データ
光学倍率β 2.0
入射瞳径[mm] 14.8
シフト量[mm] 6.0
チルト量[度] 15.6
光線角度データ
物体側 偏向器側 差分
上光線 0.080 0.138 0.058
主光線 0.073 0.000 -0.073
下光線 0.066 -0.226 -0.292
(Numerical example 4)
Surface data Lens Surface number rd nd νd
2 153.153 9.60
L142 3 -31.435 3.50 1.516 64.141
4 -157.459 12.40
L143 5 -131.553 4.60 1.516 64.141
6 -32.263 1.70
L144 7 179.847 3.30 2.001 29.139
8 -85.115 8.30
L145 9 -19.306 6.50 1.516 64.141
10 -31.578 21.60
L146 11 -290.125 3.40 2.001 29.139
12 -69.894 5.00
14 -361.726 0.30
L148 15 50.144 4.20 2.001 29.139
16 112.513 0.30
L149 17 25.536 5.00 2.001 29.139
18 36.897
Various data Optical magnification β 2.0
Entrance pupil diameter [mm] 14.8
Shift amount [mm] 6.0
Tilt amount [degree] 15.6
ray angle data
Object side Deflector side Difference Upper ray 0.080 0.138 0.058
Chief ray 0.073 0.000 -0.073
Lower ray 0.066 -0.226 -0.292
数値実施例1~4における種々の数値を表1に示す。表1に示すように、数値実施例1~4に係る光学系40は何れも上述した条件式(1)~(6)を満足している。
Various numerical values in Numerical Examples 1-4 are shown in Table 1. As shown in Table 1, the
[車載システム]
図7は、本実施形態に係る光学装置1及びそれを備える車載システム(運転支援装置)1000の構成図である。車載システム1000は、自動車(車両)等の移動可能な移動体(移動装置)により保持され、光学装置1により取得した車両の周囲の障害物や歩行者などの対象物の距離情報に基づいて、車両の運転(操縦)を支援するための装置である。図8は、車載システム1000を含む車両500の模式図である。図8においては、光学装置1の測距範囲(検出範囲)を車両500の前方に設定した場合を示しているが、測距範囲を車両500の後方や側方などに設定してもよい。
[In-vehicle system]
FIG. 7 is a configuration diagram of an
図7に示すように、車載システム1000は、光学装置1と、車両情報取得装置200と、制御装置(ECU:エレクトロニックコントロールユニット)300と、警告装置(警告部)400とを備える。車載システム1000において、光学装置1が備える制御部60は、距離取得部(取得部)及び衝突判定部(判定部)としての機能を有する。ただし、必要に応じて、車載システム1000において制御部60とは別体の距離取得部や衝突判定部を設けてもよく、夫々を光学装置1の外部(例えば車両500の内部)に設けてもよい。あるいは、制御装置300を制御部60として用いてもよい。
As shown in FIG. 7 , the in-
図9は、本実施形態に係る車載システム1000の動作例を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って車載システム1000の動作を説明する。
FIG. 9 is a flowchart showing an operation example of the in-
まず、ステップS1では、光学装置1の光源部10により車両の周囲の対象物を照明し、対象物からの反射光を受光することで受光部40が出力する信号に基づいて、制御部60により対象物の距離情報を取得する。また、ステップS2では、車両情報取得装置200により車両の車速、ヨーレート、舵角などを含む車両情報の取得を行う。そして、ステップS3では、制御部60によって、ステップS1で取得された距離情報やステップS2で取得された車両情報を用いて、対象物までの距離が予め設定された設定距離の範囲内に含まれるか否かの判定を行う。
First, in step S1, an object around the vehicle is illuminated by the
これにより、車両の周囲の設定距離内に対象物が存在するか否かを判定し、車両と対象物との衝突可能性を判定することができる。なお、ステップS1及びS2は、上記の順番とは逆の順番で行われてもよいし、互いに並列して処理を行われてもよい。制御部60は、設定距離内に対象物が存在する場合は「衝突可能性あり」と判定し(ステップS4)、設定距離内に対象物が存在しない場合は「衝突可能性なし」と判定する(ステップS5)。
Accordingly, it is possible to determine whether or not an object exists within a set distance around the vehicle, and to determine the possibility of collision between the vehicle and the object. It should be noted that steps S1 and S2 may be performed in the reverse order of the above order, or may be performed in parallel with each other. The
次に、制御部60は、「衝突可能性あり」と判定した場合、その判定結果を制御装置300や警告装置400に対して通知(送信)する。このとき、制御装置300は制御部60での判定結果に基づいて車両を制御し(ステップS6)、警告装置400は制御部60での判定結果に基づいて車両のユーザ(運転者)への警告を行う(ステップS7)。なお、判定結果の通知は、制御装置300及び警告装置400の少なくとも一方に対して行えばよい。
Next, when determining that there is a possibility of collision, the
制御装置300は、車両に対して、例えばブレーキをかける、アクセルを戻す、ハンドルを切る、各輪に制動力を発生させる制御信号を生成してエンジンやモータの出力を抑制するなどの制御を行う。また、警告装置400は、運転者に対して、例えば警告音を発する、カーナビゲーションシステムなどの画面に警告情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどの警告を行う。
The
以上、本実施形態に係る車載システム1000によれば、上記の処理により対象物の検出及び測距を行うことができ、車両と対象物との衝突を回避することが可能になる。特に、上述した各実施例に係る光学装置1を車載システム1000に適用することで、高い測距精度を実現することができるため、対象物の検出及び衝突判定を高精度に行うことが可能になる。
As described above, according to the in-
なお、本実施形態では、車載システム1000を運転支援(衝突被害軽減)に適用したが、これに限らず、車載システム1000をクルーズコントロール(全車速追従機能付を含む)や自動運転などに適用してもよい。また、車載システム1000は、自動車等の車両に限らず、例えば船舶や航空機、産業用ロボットなどの移動体に適用することができる。また、移動体に限らず、高度道路交通システム(ITS)や監視システム等の物体認識を利用する種々の機器に適用することができる。
In the present embodiment, the in-
また、車載システム1000や移動装置500は、万が一移動装置500が障害物に衝突した場合に、その旨を車載システムの製造元(メーカー)や移動装置の販売元(ディーラー)などに通知するための通知装置(通知部)を備えていてもよい。例えば、通知装置としては、移動装置500と障害物との衝突に関する情報(衝突情報)を予め設定された外部の通知先に対して電子メールなどによって送信するもの採用することができる。
Further, in the event that the
このように、通知装置によって衝突情報を自動通知する構成を採ることにより、衝突が生じた後に点検や修理などの対応を速やかに行うことができる。なお、衝突情報の通知先は、保険会社、医療機関、警察などや、ユーザーが設定した任意のものであってもよい。また、衝突情報に限らず、各部の故障情報や消耗品の消耗情報を通知先に通知するように通知装置を構成してもよい。衝突の有無の検知については、上述した受光部2からの出力に基づいて取得された距離情報を用いて行ってもよいし、他の検知部(センサ)によって行ってもよい。 In this way, by adopting a configuration in which collision information is automatically notified by the notification device, it is possible to promptly take measures such as inspection and repair after the occurrence of a collision. Note that the notification destination of the collision information may be an insurance company, a medical institution, the police, or any other party set by the user. Further, the notification device may be configured to notify the notification destination not only of the collision information but also of failure information of each part and consumption information of consumables. The presence or absence of collision may be detected using distance information acquired based on the output from the light receiving section 2 described above, or may be performed by another detection section (sensor).
[変形例]
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。
[Modification]
Although preferred embodiments and examples of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments and examples, and various combinations, modifications, and changes are possible within the scope of the gist.
例えば、各実施例に係る光学系40は、対象物100からの反射光の径を縮小するテレスコープでなくてもよく、必要に応じて対象物からの反射光の径を拡大する光学系であってもよい。また、光学系40は、アフォーカル系でなくてもよく、必要に応じて全系で屈折力を有する光学系であってもよい。
For example, the
また、各実施例においては各部材が一体化(一体的に保持)されているが、必要に応じて各部材を別体として構成してもよい。例えば、導光部20又は偏向部30に対して光源部10や受光部50を着脱可能としてもよい。その場合、各部材を保持する保持部材(筐体)に、互いに接続するための接続部(結合部)を設ければよい。このとき、光源部10と導光部20との位置決めの精度を向上させるために、絞り13を導光部20内に設け、導光部材と共通の保持部材により保持してもよい。
Further, although each member is integrated (integrally held) in each embodiment, each member may be configured as a separate body if necessary. For example, the
1 光学装置
11 光源
20 導光部
30 偏向部
40 光学系
41 前群
42 後群
43 中間像
53 受光素子
100 対象物
Claims (24)
前記光源からの前記照明光を前記偏向部に導光するとともに、前記偏向部からの前記反射光を受光素子に導光する導光部と、
前記偏向部からの前記照明光を前記物体に導光するとともに、前記物体からの前記反射光を前記偏向部に導光する光学系とを備え、
前記光学系は、前記物体の中間像を形成し、該中間像よりも物体側に配置されたレンズからなる前群と、該中間像よりも偏向部側に配置されたレンズからなる後群とを有し、
前記前群は、1枚以上の正レンズと1枚以上の負レンズを含み、
前記前群における正レンズの焦点距離の平均値をffPave、前記前群における負レンズの焦点距離の平均値をffNaveとするとき、
-1.0<ffPave/ffNave<-0.2
なる条件式を満足することを特徴とする光学装置。 a deflection unit that deflects illumination light from a light source to scan an object and deflects reflected light from the object;
a light guide section that guides the illumination light from the light source to the deflection section and guides the reflected light from the deflection section to a light receiving element;
an optical system that guides the illumination light from the deflection unit to the object and guides the reflected light from the object to the deflection unit;
The optical system forms an intermediate image of the object, and includes a front group consisting of a lens arranged closer to the object than the intermediate image, and a rear group consisting of a lens arranged closer to the deflector than the intermediate image. has
The front group includes one or more positive lenses and one or more negative lenses,
When the average value of the focal lengths of the positive lenses in the front group is ffPave, and the average value of the focal lengths of the negative lenses in the front group is ffNave,
−1.0<ffPave/ffNave<−0.2
An optical device characterized by satisfying the following conditional expression:
1.8<ff/fr<8.0
なる条件式を満足することを特徴とする請求項1に記載の光学装置。 When the focal length of the front group is ff and the focal length of the rear group is fr,
1.8<ff/fr<8.0
2. The optical device according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
-12.0<(R1B1+R2B1)/(R1B1-R2B1)<-2.0
なる条件式を満足することを特徴とする請求項1又は2に記載の光学装置。 Regarding the lens closest to the deflection section in the rear group, when the radius of curvature of the lens surface on the object side is R1B1 and the radius of curvature of the lens surface on the deflection section side is R2B1,
-12.0<(R1B1+R2B1)/(R1B1-R2B1)<-2.0
3. The optical device according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
-6.0<(R1B2+R2B2)/(R1B2-R2B2)<-0.5
なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の光学装置。 Regarding the lens closest to the lens closest to the deflection section in the rear group, when the radius of curvature of the lens surface on the object side is R1B2 and the radius of curvature of the lens surface on the deflection section side is R2B2,
-6.0<(R1B2+R2B2)/(R1B2-R2B2)<-0.5
4. The optical device according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
0.1<Lr/Li<4.0
なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の光学装置。 Lr is the distance on the optical axis from the lens surface closest to the object side in the rear group to the lens surface closest to the deflection section, and the lens surface closest to the object side in the rear group from the lens surface closest to the deflection section in the front group When the distance on the optical axis to the surface is Li,
0.1<Lr/Li<4.0
5. The optical device according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
1.2<NPave/NNave<1.5
なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の光学装置。 Let NPave be the average value of the refractive index for the d-line of the positive lens in the optical system, and NNave be the average value of the refractive index for the d-line of the negative lens in the optical system,
1.2<NPave/NNave<1.5
6. The optical device according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
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