JP2023073072A

JP2023073072A - optical device

Info

Publication number: JP2023073072A
Application number: JP2021185894A
Authority: JP
Inventors: 充佐藤; Mitsuru Sato
Original assignee: Pioneer Electronic Corp; Pioneer Smart Sensing Innovations Corp
Current assignee: Pioneer Corp; Pioneer Smart Sensing Innovations Corp
Priority date: 2021-11-15
Filing date: 2021-11-15
Publication date: 2023-05-25

Abstract

To increase the size of a spot generated on a light-receiving element.SOLUTION: Transmission light T emitted from a light-emitting element 110 is reflected by a beam splitter 400 and radiated onto a movable reflection unit 200. The transmission light T is reflected by the movable reflection unit 200 and radiated onto a measurement target O. Reception light R reflected by the movable reflection unit 200 passes through the beam splitter 400, a first receiving lens 332, an aperture 320, and a second receiving lens 334, and is radiated onto a light-receiving surface 312 of a light-receiving element 310 on a positive direction side in a third direction Z. The movable reflection unit 200 and the light-receiving element 310 are practically optically conjugate.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光学装置に関する。 The present invention relates to optical devices.

近年、ＬｉＤＡＲ（ＬｉｇｈｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎＡｎｄＲａｎｇｉｎｇ）等の光学装置が開発されている。光学装置は、発光素子、可動反射部及び受光素子を備えている。可動反射部は、発光素子から出射された送信光を反射する。可動反射部によって反射された送信光は、測定対象に照射されて、測定対象によって反射又は散乱される。送信光の反射光及び散乱光の少なくとも一部は、可動反射部に照射される。可動反射部に照射された反射光及び散乱光の少なくとも一部は、受信光として、可動反射部によって反射されて受光素子に照射される。受信光が受光素子に照射されることで、受光素子にはスポットが生成される。 In recent years, optical devices such as LiDAR (Light Detection And Ranging) have been developed. The optical device includes a light emitting element, a movable reflector and a light receiving element. The movable reflector reflects the transmission light emitted from the light emitting element. The transmitted light reflected by the movable reflector irradiates the object to be measured, and is reflected or scattered by the object to be measured. At least a part of the reflected light and the scattered light of the transmitted light is irradiated onto the movable reflector. At least a part of the reflected light and scattered light applied to the movable reflector is reflected by the movable reflector and applied to the light receiving element as received light. A spot is generated on the light-receiving element by irradiating the light-receiving element with the received light.

特許文献１には、光学装置の一例について記載されている。この例では、受光素子に照射される受信光が受信レンズによって結像されている。受光素子には、受信レンズによって結像された受信光が照射されている。 Patent Literature 1 describes an example of an optical device. In this example, the received light irradiated to the light receiving element is imaged by the receiving lens. The light receiving element is irradiated with the received light imaged by the receiving lens.

特開２０１９－１２０６１６号公報JP 2019-120616 A

受光素子に生成されるスポットの大きさを大きくすることが要請されることがある。例えば、受光素子が、ＳｉＰＭ（ＳｉｌｉｃｏｎＰｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）である等、行列状に配置された複数のセルを有する場合、受光素子に生成されるスポットの大きさが大きくなるほど、受光素子に発生する信号のレベルを高くすることができる。一方、例えば特許文献１に記載されているように受光素子に照射される受信光が受信レンズによって結像されることがある。しかしながら、この場合、受光素子に生成されるスポットの大きさが比較的小さくなる。 It is sometimes requested to increase the size of the spot generated on the light receiving element. For example, when the light-receiving element has a plurality of cells arranged in a matrix, such as SiPM (Silicon Photomultiplier), the larger the size of the spot generated on the light-receiving element, the higher the level of the signal generated in the light-receiving element. can be raised. On the other hand, as described in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-100000, for example, the received light irradiated to the light-receiving element may be imaged by the receiving lens. However, in this case, the size of the spot generated on the light receiving element is relatively small.

本発明が解決しようとする課題としては、受光素子に生成されるスポットの大きさを大きくすることが一例として挙げられる。 One example of the problem to be solved by the present invention is to increase the size of the spot generated on the light receiving element.

請求項１に記載の発明は、
可動反射部と、
前記可動反射部によって反射された光が照射される受光素子と、
を備え、
前記可動反射部と前記受光素子とが実質的に光学的に共役な位置にある、光学装置である。 The invention according to claim 1,
a movable reflector;
a light-receiving element irradiated with the light reflected by the movable reflector;
with
In the optical device, the movable reflector and the light receiving element are substantially optically conjugate.

実施形態に係る光学装置を示す図である。It is a figure which shows the optical apparatus which concerns on embodiment. 実施形態に係るアパーチャを可動反射部が位置する側から見た図である。It is the figure which looked at the aperture which concerns on embodiment from the side in which the movable reflection part is located. 実施形態に係る受光素子を可動反射部が位置する側から見た図である。It is the figure which looked at the light receiving element which concerns on embodiment from the side in which the movable reflection part is located. 比較例に係る光学装置を示す図である。It is a figure which shows the optical apparatus which concerns on a comparative example. 比較例に係る受光素子を可動反射部が位置する側から見た図である。It is the figure which looked at the light receiving element which concerns on a comparative example from the side in which the movable reflection part is located. 実施例に係る光学装置を示す図である。1 is a diagram showing an optical device according to an example; FIG. 実施例に係る制御部のハードウェア構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the hardware constitutions of the control part which concerns on an Example.

以下、本発明の実施形態及び実施例について、図面を用いて説明する。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。 Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate.

図１は、実施形態に係る光学装置１０を示す図である。図２は、実施形態に係るアパーチャ３２０を可動反射部２００が位置する側から見た図である。図３は、実施形態に係る受光素子３１０を可動反射部２００が位置する側から見た図である。 FIG. 1 is a diagram showing an optical device 10 according to an embodiment. FIG. 2 is a view of the aperture 320 according to the embodiment viewed from the side where the movable reflecting section 200 is located. FIG. 3 is a view of the light receiving element 310 according to the embodiment viewed from the side where the movable reflecting section 200 is located.

図１～図３において、第１方向Ｘ、第２方向Ｙ及び第３方向Ｚは、光学装置１０の内部における方向を示している。第１方向Ｘ、第２方向Ｙ又は第３方向Ｚを示す矢印は、当該矢印の基端から先端に向かう方向が当該矢印によって示される方向の正方向であり、当該矢印の先端から基端に向かう方向が当該矢印によって示される方向の負方向であることを示している。第２方向Ｙ又は第３方向Ｚを示す黒点付き白丸は、紙面の奥から手前に向かう方向が当該白丸によって示される方向の正方向であり、紙面の手前から奥に向かう方向が当該白丸によって示される方向の負方向であることを示している。 1 to 3, a first direction X, a second direction Y, and a third direction Z indicate directions inside the optical device 10. FIG. Arrows indicating the first direction X, the second direction Y, or the third direction Z indicate that the direction from the proximal end to the distal end of the arrow is the positive direction of the direction indicated by the arrow, and the direction from the distal end to the proximal end of the arrow is the positive direction. It indicates that the heading direction is the negative direction of the direction indicated by the arrow. For white circles with black dots indicating the second direction Y or the third direction Z, the direction from the back to the front of the paper surface is the positive direction of the direction indicated by the white circles, and the direction from the front to the back of the paper surface is indicated by the white circles. indicates that it is in the negative direction.

第１方向Ｘは、後述する受信光Ｒの変位方向に平行な方向となっている。第２方向Ｙは、第１方向Ｘに直交している。第３方向Ｚは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙの双方に直交している。第３方向Ｚの正方向は、受光素子３１０が位置する側から可動反射部２００が位置する側に向かう方向である。第３方向Ｚの負方向は、可動反射部２００が位置する側から受光素子３１０が位置する側に向かう方向である。 The first direction X is a direction parallel to the displacement direction of received light R, which will be described later. The second direction Y is orthogonal to the first direction X. As shown in FIG. The third direction Z is orthogonal to both the first direction X and the second direction Y. As shown in FIG. The positive direction of the third direction Z is the direction from the side where the light receiving element 310 is positioned toward the side where the movable reflecting section 200 is positioned. The negative direction of the third direction Z is the direction from the side where the movable reflector 200 is positioned toward the side where the light receiving element 310 is positioned.

図１を参照して、光学装置１０の光学系について説明する。 The optical system of the optical device 10 will be described with reference to FIG.

光学装置１０は、発光素子１１０、可動反射部２００、受光素子３１０、アパーチャ３２０、第１受信レンズ３３２、第２受信レンズ３３４及びビームスプリッタ４００を備えている。 The optical device 10 includes a light emitting element 110 , a movable reflector 200 , a light receiving element 310 , an aperture 320 , a first receiving lens 332 , a second receiving lens 334 and a beam splitter 400 .

発光素子１１０は、所定の繰返し周期で送信光Ｔを出射している。発光素子１１０は、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）である。実施形態において、発光素子１１０は、３つのライン状の発光部を有する３スタックレーザとなっている。このため、送信光Ｔの光軸に垂直な断面における送信光Ｔの形状は、３本のライン状になっている。したがって、後述するフットプリントＦの形状及び後述する仮想スポットＩＳの形状は、送信光Ｔの形状と実質的に相似となっている。なお、送信光Ｔの光軸に垂直な断面における送信光Ｔの形状は、実施形態に係る形状に限定されない。 The light emitting element 110 emits transmission light T at a predetermined repetition period. The light emitting element 110 is, for example, a laser diode (LD). In the embodiment, the light-emitting element 110 is a 3-stack laser having three linear light-emitting portions. Therefore, the shape of the transmission light T in the cross section perpendicular to the optical axis of the transmission light T is three lines. Therefore, the shape of the footprint F (described later) and the shape of the virtual spot IS (described later) are substantially similar to the shape of the transmitted light T. The shape of the transmission light T in the cross section perpendicular to the optical axis of the transmission light T is not limited to the shape according to the embodiment.

発光素子１１０から出射された送信光Ｔは、ビームスプリッタ４００によって反射されて可動反射部２００に照射されている。ビームスプリッタ４００によって反射されて可動反射部２００に照射される送信光Ｔは、第３方向Ｚに実質的に平行となっている。送信光Ｔは、可動反射部２００よって反射されて、測定対象Ｏに照射されている。測定対象Ｏは、光学装置１０の外部に存在している。送信光Ｔが測定対象Ｏに照射されることで、測定対象ＯにはフットプリントＦが生成されている。測定対象Ｏに照射された送信光Ｔは、測定対象Ｏによって反射又は散乱されている。送信光Ｔの反射光及び散乱光の少なくとも一部は、可動反射部２００に照射されている。可動反射部２００に照射された反射光及び散乱光の少なくとも一部分は、受信光Ｒとして可動反射部２００によって反射されている。 The transmission light T emitted from the light emitting element 110 is reflected by the beam splitter 400 and is applied to the movable reflector 200 . The transmission light T reflected by the beam splitter 400 and applied to the movable reflector 200 is substantially parallel to the third direction Z. As shown in FIG. The transmission light T is reflected by the movable reflector 200 and is irradiated onto the object O to be measured. A measurement object O exists outside the optical device 10 . A footprint F is generated on the measurement object O by irradiating the measurement object O with the transmission light T. FIG. The transmission light T with which the object O to be measured is irradiated is reflected or scattered by the object O to be measured. At least part of the reflected light and the scattered light of the transmission light T is applied to the movable reflector 200 . At least part of the reflected light and the scattered light applied to the movable reflecting section 200 is reflected as received light R by the movable reflecting section 200 .

可動反射部２００によって反射された受信光Ｒは、ビームスプリッタ４００、第１受信レンズ３３２、アパーチャ３２０及び第２受信レンズ３３４を通過して、受光素子３１０の第３方向Ｚの正方向側の受光面３１２に照射されている。 The received light R reflected by the movable reflector 200 passes through the beam splitter 400, the first receiving lens 332, the aperture 320 and the second receiving lens 334, and is received by the light receiving element 310 on the positive side in the third direction Z. The surface 312 is illuminated.

第１受信レンズ３３２は、可動反射部２００から第３方向Ｚの負方向に第１受信レンズ３３２の焦点距離ｆ１離れた位置にある。アパーチャ３２０は、第１受信レンズ３３２から第３方向Ｚの負方向に第１受信レンズ３３２の焦点距離ｆ１離れた位置にある。第２受信レンズ３３４は、アパーチャ３２０から第３方向Ｚの負方向に第２受信レンズ３３４の焦点距離ｆ２離れた位置にある。受光面３１２は、第２受信レンズ３３４から第３方向Ｚの負方向に第２受信レンズ３３４の焦点距離ｆ２離れた位置にある。 The first receiving lens 332 is located at a position separated from the movable reflector 200 in the negative direction of the third direction Z by the focal length f1 of the first receiving lens 332 . The aperture 320 is located at a position separated from the first receiving lens 332 in the negative direction of the third direction Z by the focal length f1 of the first receiving lens 332 . The second receiving lens 334 is located at a position separated from the aperture 320 in the negative direction of the third direction Z by the focal length f2 of the second receiving lens 334 . The light-receiving surface 312 is separated from the second receiving lens 334 in the negative direction of the third direction Z by the focal length f2 of the second receiving lens 334 .

図１を参照して、可動反射部２００の詳細について説明する。 Details of the movable reflector 200 will be described with reference to FIG.

実施形態において、可動反射部２００は、可動反射部２００から無限遠又は有限の距離にある物体に対して光学的に共役な位置からずれて位置している。実施形態において、可動反射部２００は、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）ミラーである。可動反射部２００は、互いに直交する第１回転軸及び第２回転軸の周りに揺動可能となっている。具体的には、可動反射部２００は、第１回転軸の周りに所定の共振周波数で揺動している。また、可動反射部２００は、第２回転軸の周りに共振周波数よりも低い基本周波数で揺動している。可動反射部２００は、第１回転軸の周りの揺動によって、主走査方向の走査を行っている。可動反射部２００は、第２回転軸の周りの揺動によって、副走査方向の走査を行っている。実施形態において、主走査方向は水平方向であり、副走査方向は鉛直方向である。ただし、主走査方向、副走査方向、水平方向及び鉛直方向の関係は、実施形態に係る関係に限定されない。 In an embodiment, the movable reflector 200 is offset from being optically conjugate to an object at infinity or a finite distance from the movable reflector 200 . In an embodiment, the movable reflector 200 is a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror. The movable reflector 200 can swing around a first rotation axis and a second rotation axis that are perpendicular to each other. Specifically, the movable reflector 200 oscillates around the first rotation axis at a predetermined resonance frequency. Also, the movable reflector 200 oscillates around the second rotation axis at a fundamental frequency lower than the resonance frequency. The movable reflector 200 performs scanning in the main scanning direction by swinging around the first rotation axis. The movable reflector 200 performs scanning in the sub-scanning direction by swinging about the second rotation axis. In the embodiment, the main scanning direction is horizontal and the sub-scanning direction is vertical. However, the relationship between the main scanning direction, the sub-scanning direction, the horizontal direction, and the vertical direction is not limited to the relationship according to the embodiment.

実施形態において、可動反射部２００の第１回転軸は、第２方向Ｙに実質的に平行となっている。以下、可動反射部２００の順方向の回転とは、第２方向Ｙの正方向から見て可動反射部２００が第１回転軸の周りに時計回り方向に回転していることをいう。また、以下、可動反射部２００の逆方向の回転とは、第２方向Ｙの正方向から見て可動反射部２００が第１回転軸の周りに反時計回り方向に回転していることをいう。 In an embodiment, the first rotation axis of the movable reflector 200 is substantially parallel to the second Y direction. Hereinafter, forward rotation of the movable reflecting section 200 means that the movable reflecting section 200 rotates clockwise around the first rotation axis when viewed from the positive direction of the second Y direction. Further, hereinafter, the reverse rotation of the movable reflecting section 200 means that the movable reflecting section 200 rotates counterclockwise around the first rotation axis when viewed from the positive direction of the second direction Y. .

可動反射部２００は、可動反射部２００の順方向の回転及び可動反射部２００の逆方向の回転のいずれにおいても、可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動の中心付近において比較的速い角速度で回転している。したがって、図１において第１受信光Ｒ１、第２受信光Ｒ２及び第３受信光Ｒ３によって例示されるように、受信光Ｒは、可動反射部２００によって異なる方向に向けて反射されることがある。 The movable reflecting section 200 is relatively stable near the center of the swing about the first rotation axis of the movable reflecting section 200 in both the forward rotation of the movable reflecting section 200 and the reverse rotation of the movable reflecting section 200 . rotating at a high angular velocity. Therefore, as exemplified by the first received light R1, the second received light R2 and the third received light R3 in FIG. 1, the received light R may be reflected in different directions by the movable reflector 200. .

受信光Ｒが第１受信光Ｒ１となる場合を説明する。この場合、可動反射部２００から測定対象Ｏまでの距離が比較的近距離となっている。すなわち、測定対象Ｏは、可動反射部２００から所定距離未満の距離に存在している。また、可動反射部２００によって送信光Ｔが反射されるタイミングにおいて、可動反射部２００は、可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動の中心付近において順方向又は逆方向に回転している。このため、可動反射部２００によって第１受信光Ｒ１が反射されるタイミングにおける可動反射部２００の第１回転軸の周りの変位角は、可動反射部２００によって送信光Ｔが反射されるタイミングにおける可動反射部２００の第１回転軸の周りの変位角からほとんど変動していない。したがって、可動反射部２００から受光素子３１０までの第１受信光Ｒ１は、第３方向Ｚに実質的に平行となっている。 A case where the received light R becomes the first received light R1 will be described. In this case, the distance from the movable reflector 200 to the object O is relatively short. That is, the measurement target O is present at a distance less than the predetermined distance from the movable reflector 200 . Further, at the timing when the transmission light T is reflected by the movable reflector 200, the movable reflector 200 rotates in the forward direction or the reverse direction near the center of the swing about the first rotation axis of the movable reflector 200. there is Therefore, the displacement angle of the movable reflecting section 200 about the first rotation axis at the timing when the first received light R1 is reflected by the movable reflecting section 200 is the same as the displacement angle at the timing when the transmitting light T is reflected by the movable reflecting section 200. There is little variation from the displacement angle of the reflector 200 around the first rotation axis. Therefore, the first received light R1 from the movable reflector 200 to the light receiving element 310 is substantially parallel to the third direction Z. As shown in FIG.

受信光Ｒが第２受信光Ｒ２となる場合を説明する。この場合、可動反射部２００から測定対象Ｏまでの距離が比較的遠距離となっている。すなわち、測定対象Ｏは、可動反射部２００から上記所定距離以上の距離に存在している。また、可動反射部２００によって送信光Ｔが反射されるタイミングにおいて、可動反射部２００は、可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動の中心付近において順方向に回転している。このため、可動反射部２００によって第２受信光Ｒ２が反射されるタイミングにおける可動反射部２００の第１回転軸の周りの変位角は、可動反射部２００によって送信光Ｔが反射されるタイミングにおける可動反射部２００の第１回転軸の周りの変位角から第２方向Ｙの正方向から見て時計回りに変動している。したがって、第２受信光Ｒ２は、第１受信光Ｒ１に対して第１方向Ｘの正方向側にずれている。 A case where the received light R becomes the second received light R2 will be described. In this case, the distance from the movable reflector 200 to the measurement object O is relatively long. That is, the measurement target O is present at a distance equal to or greater than the predetermined distance from the movable reflecting section 200 . Further, at the timing when the transmission light T is reflected by the movable reflector 200, the movable reflector 200 rotates in the forward direction near the center of the swing of the movable reflector 200 about the first rotation axis. Therefore, the displacement angle of the movable reflecting section 200 about the first rotation axis at the timing when the second received light R2 is reflected by the movable reflecting section 200 is the same as the displacement angle at the timing when the transmitting light T is reflected by the movable reflecting section 200. The displacement angle around the first rotation axis of the reflecting part 200 varies clockwise when viewed from the positive direction of the second direction Y. As shown in FIG. Therefore, the second received light R2 is shifted in the positive direction in the first direction X with respect to the first received light R1.

受信光Ｒが第３受信光Ｒ３となる場合を説明する。この場合、可動反射部２００から測定対象Ｏまでの距離が比較的遠距離となっている。すなわち、測定対象Ｏは、可動反射部２００から上記所定距離以上の距離に存在している。また、可動反射部２００によって送信光Ｔが反射されるタイミングにおいて、可動反射部２００は、可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動の中心付近において逆方向に回転している。このため、可動反射部２００によって第３受信光Ｒ３が反射されるタイミングにおける可動反射部２００の第１回転軸の周りの変位角は、可動反射部２００によって送信光Ｔが反射されるタイミングにおける可動反射部２００の第１回転軸の周りの変位角から第２方向Ｙの正方向から見て反時計回りに変動している。したがって、第３受信光Ｒ３は、第１受信光Ｒ１に対して第１方向Ｘの負方向側にずれている。 A case where the received light R becomes the third received light R3 will be described. In this case, the distance from the movable reflector 200 to the measurement object O is relatively long. That is, the measurement target O is present at a distance equal to or greater than the predetermined distance from the movable reflecting section 200 . Further, at the timing when the transmission light T is reflected by the movable reflector 200, the movable reflector 200 rotates in the opposite direction near the center of the swing of the movable reflector 200 around the first rotation axis. Therefore, the displacement angle of the movable reflecting section 200 about the first rotation axis at the timing when the third received light R3 is reflected by the movable reflecting section 200 is the same as the displacement angle at the timing when the transmitting light T is reflected by the movable reflecting section 200. From the displacement angle of the reflection part 200 about the first rotation axis, it fluctuates counterclockwise when viewed from the positive direction of the second direction Y. As shown in FIG. Therefore, the third received light R3 is shifted in the negative direction in the first direction X with respect to the first received light R1.

なお、可動反射部２００は、ＭＥＭＳミラーに限定されない。例えば、可動反射部２００は、ポリゴンミラー等、順方向及び逆方向の一方のみに回転可能なミラーであってもよい。また、可動反射部２００の順方向の回転期間と、可動反射部２００の逆方向の回転期間と、の一方のみにおいて可動反射部２００によって送信光Ｔを反射していてもよい。例えば、可動反射部２００が比較的速い角速度で順方向に回転しているタイミングで可動反射部２００によって送信光Ｔを反射した場合、可動反射部２００によって反射される受信光Ｒは、可動反射部２００から測定対象Ｏまでの距離が長くなるほど第１方向Ｘの正方向に向けて変位する。これに対して、可動反射部２００が比較的速い角速度で逆方向に回転しているタイミングで可動反射部２００によって送信光Ｔを反射した場合、可動反射部２００によって反射される受信光Ｒは、可動反射部２００から測定対象Ｏまでの距離が長くなるほど第１方向Ｘの負方向に向けて変位する。 Note that the movable reflector 200 is not limited to the MEMS mirror. For example, the movable reflector 200 may be a mirror that can rotate only in one of the forward direction and the reverse direction, such as a polygon mirror. Further, the transmission light T may be reflected by the movable reflector 200 only during one of the forward rotation period of the movable reflector 200 and the reverse rotation period of the movable reflector 200 . For example, when the transmitting light T is reflected by the movable reflecting section 200 at the timing when the movable reflecting section 200 rotates in the forward direction at a relatively high angular velocity, the received light R reflected by the movable reflecting section 200 is reflected by the movable reflecting section As the distance from 200 to the measurement target O increases, the displacement moves in the positive direction of the first direction X. As shown in FIG. On the other hand, when the transmitting light T is reflected by the movable reflecting section 200 at the timing when the movable reflecting section 200 is rotating in the opposite direction at a relatively high angular velocity, the received light R reflected by the movable reflecting section 200 is The longer the distance from the movable reflector 200 to the measurement object O, the more the displacement is in the negative direction of the first direction X.

以下、特に断りがない限り、受信光Ｒに関する説明は、第１受信光Ｒ１、第２受信光Ｒ２及び第３受信光Ｒ３のいずれについても共通している。 Hereinafter, unless otherwise specified, the description regarding the received light R is common to all of the first received light R1, the second received light R2, and the third received light R3.

図１及び図２を参照して、アパーチャ３２０の詳細について説明する。 Details of the aperture 320 will be described with reference to FIGS. 1 and 2 .

実施形態において、アパーチャ３２０は、第１受信レンズ３３２から無限遠の物体に対して実質的に光学的に共役な位置にある。第１受信レンズ３３２から無限遠とは、例えば、第１受信レンズ３３２から十分に遠いことを意味している。しかしながら、アパーチャ３２０が設けられる位置は、この位置に限定されるものではない。例えば、アパーチャ３２０は、第１受信レンズ３３２から有限の距離にある物体に対して実質的に光学的に共役な位置にあってもよい。図１に示すように、アパーチャ３２０には、第１受信レンズ３３２によって受信光Ｒが結像されている。したがって、図２に示すように、第３方向Ｚの正方向から見てアパーチャ３２０には仮想スポットＩＳを生成することができる。仮想スポットＩＳは、アパーチャ３２０を通過して第３方向Ｚに垂直な仮想平面にフットプリントＦを結像することで生成されている。仮想スポットＩＳは、アパーチャ３２０における受信光Ｒの照射位置を示している。仮想スポットＩＳは、フットプリントＦと実質的に相似となっている。 In an embodiment, aperture 320 is positioned substantially optically conjugate to an object at infinity from first receive lens 332 . Infinity from the first receiving lens 332 means, for example, sufficiently far from the first receiving lens 332 . However, the position where aperture 320 is provided is not limited to this position. For example, aperture 320 may be positioned substantially optically conjugate to objects at a finite distance from first receive lens 332 . As shown in FIG. 1, the received light R is imaged on the aperture 320 by the first receiving lens 332 . Therefore, as shown in FIG. 2, a virtual spot IS can be generated at the aperture 320 when viewed from the positive direction of the third direction Z. FIG. The virtual spot IS is generated by imaging the footprint F on a virtual plane perpendicular to the third direction Z through the aperture 320 . A virtual spot IS indicates the irradiation position of the received light R in the aperture 320 . The virtual spot IS is substantially similar to the footprint F.

なお、アパーチャ３２０がある距離の物体に対して実質的に光学的に共役な位置にあるとは、アパーチャ３２０がある距離の物体に対して厳密に光学的に共役な位置にあることだけを意味するのでなく、アパーチャ３２０がある距離の物体に対して厳密に光学的に共役な位置から公差等の要因によってずれていてもよいことを意味している。 Note that the phrase “the aperture 320 is substantially optically conjugate with respect to an object at a certain distance” only means that the aperture 320 is at a strictly optically conjugate position with respect to the object at a certain distance. Rather, it means that the aperture 320 may deviate from the strictly optically conjugate position with respect to an object at a certain distance due to factors such as tolerances.

図２には、第１受信光Ｒ１によって生成される第１仮想スポットＩＳ１と、第２受信光Ｒ２によって生成される第２仮想スポットＩＳ２と、第３受信光Ｒ３によって生成される第３仮想スポットＩＳ３と、が図示されている。図１において第１受信光Ｒ１、第２受信光Ｒ２及び第３受信光Ｒ３によって例示されるように、受信光Ｒは、可動反射部２００によって第１方向Ｘに変位することがある。したがって、受信光Ｒが第１方向Ｘに変位することで、仮想スポットＩＳも、図２において第１仮想スポットＩＳ１、第２仮想スポットＩＳ２及び第３仮想スポットＩＳ３によって例示されるように、第１方向Ｘに変位することがある。 FIG. 2 shows a first virtual spot IS1 generated by the first received light R1, a second virtual spot IS2 generated by the second received light R2, and a third virtual spot IS2 generated by the third received light R3. IS3 and are shown. The received light R may be displaced in the first direction X by the movable reflector 200, as exemplified by the first received light R1, the second received light R2, and the third received light R3 in FIG. Therefore, by displacing the received light R in the first direction X, the virtual spot IS is also shifted to the first direction X, as exemplified by the first virtual spot IS1, the second virtual spot IS2 and the third virtual spot IS3 in FIG. It may be displaced in direction X.

以下、特に断りがない限り、仮想スポットＩＳに関する説明は、第１仮想スポットＩＳ１、第２仮想スポットＩＳ２及び第３仮想スポットＩＳ３のいずれについても共通している。 Unless otherwise specified, the description of the virtual spot IS is common to the first virtual spot IS1, the second virtual spot IS2, and the third virtual spot IS3.

図２に示すように、第３方向Ｚの正方向から見て、受信光Ｒは、アパーチャ３２０と重なる領域に照射されている。したがって、受信光Ｒは、アパーチャ３２０を第３方向Ｚに通過することができる。これに対して、第３方向Ｚの正方向から見てアパーチャ３２０と重なる領域の周囲は遮光性を有している。したがって、第３方向Ｚの正方向から見てアパーチャ３２０と重なる領域の周囲に太陽光等の背景光等が照射されても、背景光を遮ることができる。したがって、実施形態では、アパーチャ３２０が設けられていない場合と比較して、背景光等のノイズ光が受光面３１２に照射されることを抑制することができる。 As shown in FIG. 2 , when viewed from the positive direction of the third direction Z, the received light R illuminates a region overlapping the aperture 320 . Therefore, the received light R can pass through the aperture 320 in the third direction Z. FIG. On the other hand, the periphery of the region overlapping with the aperture 320 when viewed from the positive direction of the third direction Z has a light shielding property. Therefore, even if background light such as sunlight is irradiated around the area overlapping with the aperture 320 when viewed from the positive direction of the third direction Z, the background light can be blocked. Therefore, in the embodiment, compared to the case where the aperture 320 is not provided, it is possible to suppress the irradiation of the light receiving surface 312 with noise light such as background light.

また、実施形態では、第１受信レンズ３３２から無限遠の物体に対して光学的に共役な位置にアパーチャ３２０が設けられている。このため、第１受信レンズ３３２から無限遠の物体からの反射光又は散乱光によって、この物体と実質的に光学的に共役な位置においてこの物体のスポットが生成されている。また、この物体のスポットの大きさ、すなわち受信光Ｒの大きさは、この物体と実質的に光学的に共役な位置において最小となる。このため、実施形態では、第１受信レンズ３３２から無限遠の物体に対して実質的に光学的に共役な位置にアパーチャ３２０を設けることで、第１受信レンズ３３２から無限遠の物体に対して実質的に光学的に共役な位置から第３方向Ｚにずれた位置にアパーチャ３２０が設けられている場合と比較して、第３方向Ｚの正方向から見て、アパーチャ３２０の大きさを小さくすることができる。したがって、第１受信レンズ３３２から無限遠の物体に対して実質的に光学的に共役な位置に対して第３方向Ｚにずれた位置にアパーチャ３２０が設けられている場合と比較して、背景光等のノイズ光が受光面３１２に照射されることを抑制することができる。 Also, in the embodiment, an aperture 320 is provided at a position optically conjugate to an object at infinity from the first receiving lens 332 . Thus, reflected or scattered light from an object at infinity from the first receiving lens 332 produces a spot on this object at a position substantially optically conjugate with this object. Also, the size of the spot on the object, that is, the size of the received light R is minimized at a position substantially optically conjugate with the object. For this reason, in the embodiment, by providing the aperture 320 at a position substantially optically conjugate to the object at infinity from the first receiving lens 332, the object at infinity from the first receiving lens 332 is Compared to the case where the aperture 320 is provided at a position shifted in the third direction Z from the substantially optically conjugate position, the size of the aperture 320 is reduced when viewed from the positive direction of the third direction Z. can do. Therefore, compared to the case where the aperture 320 is provided at a position shifted in the third direction Z with respect to a position substantially optically conjugate to the object at infinity from the first receiving lens 332, the background It is possible to suppress the irradiation of the light receiving surface 312 with noise light such as light.

なお、アパーチャ３２０が設けられる位置は、実施形態に係る位置に限定されない。例えば、アパーチャ３２０は、第１受信レンズ３３２から無限遠の物体に対して実質的に光学的に共役な位置に対して第３方向Ｚにずれた位置に設けられていてもよい。また、光学装置１０は、アパーチャ３２０を備えていなくてもよい。例えば、屋内等、太陽光等の背景光が比較的少ない場所で光学装置１０が用いられる場合、アパーチャ３２０によって背景光等のノイズ光を低減しなくてもよい。 Note that the position where the aperture 320 is provided is not limited to the position according to the embodiment. For example, the aperture 320 may be provided at a position offset in the third direction Z from a position substantially optically conjugate to an object at infinity from the first receiving lens 332 . Also, the optical device 10 may not include the aperture 320 . For example, when the optical device 10 is used in a place such as indoors where there is relatively little background light such as sunlight, noise light such as background light may not be reduced by the aperture 320 .

図２に示す例において、アパーチャ３２０は、第１方向Ｘに長手方向を有している。すなわち、アパーチャ３２０は、アパーチャ３２０における受信光Ｒの照射位置の変位方向に長手方向を有している。具体的には、第３方向Ｚの正方向から見て、アパーチャ３２０は、第１方向Ｘに長さｄｘの長辺及び第２方向Ｙに長さｄｙの短辺を有する実質的に長方形形状となっている。図２における第１仮想スポットＩＳ１、第２仮想スポットＩＳ２及び第３仮想スポットＩＳ３によって例示されるように、仮想スポットＩＳは、可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動によって第１方向Ｘに変位することがある。これに対して、仮想スポットＩＳは、第２方向Ｙにほとんど変位しない。したがって、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さは、仮想スポットＩＳの第１方向Ｘの変位を考慮して、仮想スポットＩＳの第１方向Ｘの長さより長くする必要がある。これに対して、アパーチャ３２０の第２方向Ｙの長さは、仮想スポットＩＳの第２方向Ｙの長さとほとんど等しくすることができる。アパーチャ３２０の第２方向Ｙの長さが仮想スポットＩＳの第２方向Ｙの長さとほとんど等しい場合、アパーチャ３２０の第２方向Ｙの長さが仮想スポットＩＳの第２方向Ｙの長さより長い場合と比較して、背景光等のノイズ光が受光面３１２に照射されることを抑制することができる。したがって、図２に示す例では、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さがアパーチャ３２０の第２方向Ｙの長さくなっている。 In the example shown in FIG. 2, the aperture 320 has a longitudinal direction in the first direction X. In the example shown in FIG. That is, the aperture 320 has a longitudinal direction in the displacement direction of the irradiation position of the received light R in the aperture 320 . Specifically, when viewed from the positive direction of the third direction Z, the aperture 320 has a substantially rectangular shape having a long side of length dx in the first direction X and a short side of length dy in the second direction Y. It has become. As exemplified by the first virtual spot IS1, the second virtual spot IS2 and the third virtual spot IS3 in FIG. X may be displaced. On the other hand, the virtual spot IS is hardly displaced in the second direction Y. Therefore, the length of the aperture 320 in the first direction X should be longer than the length of the virtual spot IS in the first direction X considering the displacement of the virtual spot IS in the first direction X. In contrast, the length of the aperture 320 in the second direction Y can be almost equal to the length of the virtual spot IS in the second direction Y. FIG. When the length of the aperture 320 in the second direction Y is almost equal to the length of the virtual spot IS in the second direction Y, and when the length of the aperture 320 in the second direction Y is longer than the length of the virtual spot IS in the second direction Y , it is possible to suppress irradiation of the light receiving surface 312 with noise light such as background light. Therefore, in the example shown in FIG. 2, the length of the aperture 320 in the first direction X is the length of the aperture 320 in the second direction Y. As shown in FIG.

なお、アパーチャ３２０の形状は、上述した例に限定されない。例えば、第３方向Ｚの正方向から見て、アパーチャ３２０は、長方形形状でなく、第１方向Ｘの長軸及び第２方向Ｙの短軸を有する楕円形状であってもよい。或いは、第３方向Ｚの正方向から見て、アパーチャ３２０は、実質的に正方形形状となっていてもよい。 Note that the shape of the aperture 320 is not limited to the example described above. For example, when viewed from the positive direction of the third direction Z, the aperture 320 may have an elliptical shape having a major axis in the first direction X and a minor axis in the second direction Y instead of a rectangular shape. Alternatively, when viewed from the positive third direction Z, the aperture 320 may have a substantially square shape.

受信光Ｒに対するアパーチャ３２０の透過率は、仮想スポットＩＳの位置に応じて異なっていてもよい。例えば、図２に示す例では、アパーチャ３２０の所定位置における透過率が、アパーチャ３２０の当該所定位置の第１方向Ｘの両側の位置における透過率より低くなっていてもよい。アパーチャ３２０の当該所定位置は、例えば、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの中央位置である。具体的には、第１仮想スポットＩＳ１は、可動反射部２００から比較的近距離に存在する測定対象Ｏによって反射又は散乱された第１受信光Ｒ１によって生成されている。これに対して、第２仮想スポットＩＳ２及び第３仮想スポットＩＳ３は、可動反射部２００から比較的遠距離に存在する測定対象Ｏによって反射又は散乱された第２受信光Ｒ２及び第３受信光Ｒ３によってそれぞれ生成されている。したがって、第１受信光Ｒ１の強度は、第２受信光Ｒ２の強度及び第３受信光Ｒ３の強度より高くなっている。このため、第１仮想スポットＩＳ１が生成される位置におけるアパーチャ３２０の透過率が、第２仮想スポットＩＳ２が生成される位置におけるアパーチャ３２０の透過率及び第３仮想スポットＩＳ３が生成される位置におけるアパーチャ３２０の透過率より低くなっていてもよい。これによって、受光素子３１０によって出力される信号のレベルが第１受信光Ｒ１によって飽和することを抑制することができる。 The transmittance of the aperture 320 with respect to the received light R may differ depending on the position of the virtual spot IS. For example, in the example shown in FIG. 2 , the transmittance at a predetermined position of the aperture 320 may be lower than the transmittance at positions on both sides of the predetermined position of the aperture 320 in the first direction X. The predetermined position of the aperture 320 is the center position of the aperture 320 in the first direction X, for example. Specifically, the first virtual spot IS1 is generated by the first received light R1 reflected or scattered by the measurement target O existing at a relatively short distance from the movable reflector 200. FIG. On the other hand, the second virtual spot IS2 and the third virtual spot IS3 are the second received light R2 and the third received light R3 reflected or scattered by the measurement object O existing at a relatively long distance from the movable reflector 200. are generated respectively by Therefore, the intensity of the first received light R1 is higher than the intensity of the second received light R2 and the intensity of the third received light R3. Therefore, the transmittance of the aperture 320 at the position where the first virtual spot IS1 is generated is the transmittance of the aperture 320 at the position where the second virtual spot IS2 is generated, and the transmittance of the aperture 320 at the position where the third virtual spot IS3 is generated. It may be lower than the 320 transmittance. This can prevent the level of the signal output from the light receiving element 310 from being saturated by the first received light R1.

アパーチャ３２０の第１方向Ｘの透過率分布は、特に限定されない。例えば、アパーチャ３２０の透過率は、第１仮想スポットＩＳ１が生成される位置から、第２仮想スポットＩＳ２が生成される位置及び第３仮想スポットＩＳ３が生成される位置にかけて、連続的に減少してもよいし、又は階段状に減少してもよい。 The transmittance distribution of the aperture 320 in the first direction X is not particularly limited. For example, the transmittance of the aperture 320 decreases continuously from the position where the first virtual spot IS1 is generated to the position where the second virtual spot IS2 and the third virtual spot IS3 are generated. or may decrease stepwise.

また、アパーチャ３２０の所定位置の透過率は、アパーチャ３２０の当該所定位置から第１方向Ｘの正方向又は負方向にずれた位置における透過率より低くてもよい。例えば、可動反射部２００が順方向に回転しているタイミングにおいてのみ送信光Ｔが可動反射部２００によって反射される場合、アパーチャ３２０の所定位置の透過率が、アパーチャ３２０の当該所定位置から第１方向Ｘの正方向にずれた位置における透過率より低くなっていてもよい。アパーチャ３２０の当該所定位置には、例えば、可動反射部２００から比較的近距離に存在する測定対象Ｏによって反射又は散乱された受信光Ｒが照射される。この場合、受光素子３１０によって出力される信号のレベルがアパーチャ３２０の当該所定位置に照射された受信光Ｒによって飽和することを抑制することができる。或いは、可動反射部２００が逆方向に回転しているタイミングにおいてのみ送信光Ｔが可動反射部２００によって反射される場合、アパーチャ３２０の所定位置の透過率が、アパーチャ３２０の当該所定位置から第１方向Ｘの負方向にずれた位置における透過率より低くなっていてもよい。アパーチャ３２０の当該所定位置には、例えば、可動反射部２００から比較的近距離に存在する測定対象Ｏによって反射又は散乱された送信光Ｔが照射される。この場合、受光素子３１０によって出力される信号のレベルがアパーチャ３２０の当該所定位置に照射された受信光Ｒによって飽和することを抑制することができる。 Also, the transmittance at a predetermined position of the aperture 320 may be lower than the transmittance at a position shifted in the positive or negative direction in the first direction X from the predetermined position of the aperture 320 . For example, when the transmission light T is reflected by the movable reflector 200 only at the timing when the movable reflector 200 rotates in the forward direction, the transmittance at the predetermined position of the aperture 320 is the first It may be lower than the transmittance at a position shifted in the positive direction of direction X. The predetermined position of the aperture 320 is irradiated with, for example, the received light R reflected or scattered by the measurement object O existing at a relatively short distance from the movable reflector 200 . In this case, it is possible to prevent the level of the signal output from the light receiving element 310 from being saturated by the received light R applied to the predetermined position of the aperture 320 . Alternatively, when the transmission light T is reflected by the movable reflector 200 only at the timing when the movable reflector 200 rotates in the opposite direction, the transmittance at the predetermined position of the aperture 320 is the first It may be lower than the transmittance at a position shifted in the negative direction of direction X. The predetermined position of the aperture 320 is irradiated with, for example, the transmission light T reflected or scattered by the measurement target O existing at a relatively short distance from the movable reflector 200 . In this case, it is possible to prevent the level of the signal output from the light receiving element 310 from being saturated by the received light R applied to the predetermined position of the aperture 320 .

なお、アパーチャ３２０の透過率分布は、上述した例に限定されない。例えば、アパーチャ３２０の透過率は、第１方向Ｘの位置によらず一定であってもよい。 Note that the transmittance distribution of the aperture 320 is not limited to the example described above. For example, the transmittance of the aperture 320 may be constant regardless of the position in the first direction X.

次に、図１及び図３を参照して受光素子３１０の詳細について説明する。 Next, the details of the light receiving element 310 will be described with reference to FIGS. 1 and 3. FIG.

受光素子３１０は、受光面３１２に照射された受信光Ｒを光電変換によって検出している。図３に示す例において、第３方向Ｚの正方向から見て、受光面３１２は、直径ｄの円形状となっている。ただし、受光面３１２の形状は、この例に限定されない。実施形態において、受光素子３１０は、ＳｉＰＭ（ＳｉｌｉｃｏｎＰｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）である。受光面３１２は、第３方向Ｚの正方向から見て、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙの２方向に配列された複数のセルを有している。各セルは、フォトンの入射により所定の確率で励起する性質を有している。各セルは、例えば、ガイガーモードＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）である。各セルは、入射したフォトンの数に関わらず、励起している（出力１）か、していない（出力０）かで２値の出力を行う。受光素子３１０は、光が照射されたセルの数に応じた信号を出力する。具体的には、受光素子３１０の出力は、励起したセルの数に比例する。このため、受光素子３１０は、受光面３１２に生成されるスポットＳが大きいほど高レベルの信号を出力することが可能になっている。 The light receiving element 310 detects the received light R with which the light receiving surface 312 is irradiated by photoelectric conversion. In the example shown in FIG. 3, the light receiving surface 312 has a circular shape with a diameter d when viewed from the positive direction of the third direction Z. As shown in FIG. However, the shape of the light receiving surface 312 is not limited to this example. In an embodiment, the light receiving element 310 is SiPM (Silicon Photomultiplier). The light-receiving surface 312 has a plurality of cells arranged in two directions, the first direction X and the second direction Y, when viewed from the positive direction of the third direction Z. As shown in FIG. Each cell has the property of being excited by incident photons with a predetermined probability. Each cell is, for example, a Geiger mode APD (avalanche photodiode). Each cell outputs a binary value depending on whether it is excited (output 1) or not (output 0) regardless of the number of incident photons. The light receiving element 310 outputs a signal corresponding to the number of cells irradiated with light. Specifically, the output of photodetector 310 is proportional to the number of excited cells. Therefore, the light receiving element 310 can output a higher level signal as the spot S generated on the light receiving surface 312 is larger.

実施形態において、可動反射部２００と受光素子３１０とは、実質的に光学的に共役な位置にある。したがって、図３に示すように、第３方向Ｚの正方向から見て、受光面３１２にはスポットＳを生成することができる。スポットＳは、可動反射部２００の第３方向Ｚの負方向側の面を第３方向Ｚに垂直な仮想平面に第３方向Ｚの負方向に平行に射影することで形成される影と実質的に相似となっている。この影は、可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動又は第２回転軸の周りの揺動によって変形する。しかしながら、当該影の変形は、僅かなものである。このため、スポットＳの大きさは、可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動及び第２回転軸の周りの揺動によらず、ほとんど一定にすることができる。 In the embodiment, the movable reflector 200 and the light receiving element 310 are substantially optically conjugate. Therefore, as shown in FIG. 3, a spot S can be generated on the light receiving surface 312 when viewed from the positive direction of the third direction Z. FIG. The spot S is a shadow formed by projecting the surface of the movable reflecting part 200 on the negative direction side in the third direction Z onto a virtual plane perpendicular to the third direction Z parallel to the negative direction in the third direction Z and a substance are relatively similar. This shadow is deformed by swinging the movable reflector 200 around the first rotation axis or swinging around the second rotation axis. However, the deformation of the shadow is slight. Therefore, the size of the spot S can be kept almost constant regardless of the swinging of the movable reflecting section 200 about the first rotation axis and the swinging about the second rotation axis.

なお、可動反射部２００と受光素子３１０とが実質的に光学的に共役な位置にあるとは、可動反射部２００と受光素子３１０とが厳密に光学的に共役な位置にあることだけを意味するのでなく、可動反射部２００と受光素子３１０とが厳密に光学的に共役な位置から公差等の要因によってずれていてもよいことを意味している。 Note that the fact that the movable reflecting section 200 and the light receiving element 310 are substantially optically conjugate only means that the movable reflecting section 200 and the light receiving element 310 are strictly at optically conjugate positions. Instead, it means that the movable reflector 200 and the light receiving element 310 may be shifted from the strictly optically conjugate position due to factors such as tolerance.

図３に示す例において、第３方向Ｚの正方向から見て、スポットＳの形状は、受光面３１２の形状と近似している。このため、第３方向Ｚの正方向から見て、受光面３１２のほとんど部分にスポットＳを照射することができる。したがって、第３方向Ｚの正方向から見て受光面３１２の僅かな一部分にしかスポットＳが照射されない場合と比較して、スポットＳによって受光素子３１０に発生する信号のレベルを高くすることができる。 In the example shown in FIG. 3, the shape of the spot S is similar to the shape of the light receiving surface 312 when viewed from the positive direction of the third direction Z. As shown in FIG. Therefore, most of the light receiving surface 312 can be irradiated with the spot S when viewed from the positive direction of the third direction Z. FIG. Therefore, the level of the signal generated in the light-receiving element 310 by the spot S can be increased compared to the case where only a small part of the light-receiving surface 312 is irradiated with the spot S when viewed from the positive direction of the third direction Z. .

図４は、比較例に係る光学装置１０Ｋを示す図である。図５は、比較例に係る受光素子３１０Ｋを可動反射部２００Ｋが位置する側から見た図である。比較例に係る光学装置１０Ｋは、以下の点を除いて、実施形態に係る光学装置１０と同様である。 FIG. 4 is a diagram showing an optical device 10K according to a comparative example. FIG. 5 is a view of a light-receiving element 310K according to a comparative example viewed from the side where the movable reflecting portion 200K is positioned. The optical device 10K according to the comparative example is the same as the optical device 10 according to the embodiment except for the following points.

比較例に係る光学装置１０Ｋにおいて、測定対象Ｏと受光素子３１０Ｋとは、実質的に光学的に共役な位置にある。比較例に係る光学装置１０Ｋは、実施形態に係るアパーチャ３２０を備えていない。図４に示すように、可動反射部２００Ｋによって反射された受信光ＲＫは、ビームスプリッタ４００を通過して受信レンズ３３０Ｋに入射している。受信レンズ３３０Ｋを通過した受信光ＲＫは、受光素子３１０Ｋの第３方向Ｚの正方向側の受光面３１２Ｋに照射されている。受光面３１２Ｋは、受信レンズ３３０Ｋから第３方向Ｚの負方向に受信レンズ３３０Ｋの焦点距離ｆ離れた位置にある。 In the optical device 10K according to the comparative example, the measurement object O and the light receiving element 310K are substantially optically conjugate. An optical device 10K according to the comparative example does not include the aperture 320 according to the embodiment. As shown in FIG. 4, the reception light RK reflected by the movable reflector 200K passes through the beam splitter 400 and enters the reception lens 330K. The receiving light RK that has passed through the receiving lens 330K is applied to the light receiving surface 312K on the positive side in the third direction Z of the light receiving element 310K. The light-receiving surface 312K is located at a distance of the focal length f of the receiving lens 330K in the negative direction of the third direction Z from the receiving lens 330K.

図４には、図１と同様にして、第１受信光Ｒ１Ｋ、第２受信光Ｒ２Ｋ及び第３受信光Ｒ３Ｋが例示的に図示されている。以下、特に断りがない限り、比較例に係る受信光ＲＫに関する説明は、比較例に係る第１受信光Ｒ１Ｋ、第２受信光Ｒ２Ｋ及び第３受信光Ｒ３Ｋのいずれについても共通している。 Similar to FIG. 1, FIG. 4 exemplifies the first received light R1K, the second received light R2K, and the third received light R3K. Unless otherwise specified, the description of the received light RK according to the comparative example is common to the first received light R1K, the second received light R2K, and the third received light R3K according to the comparative example.

図５に示すように、第３方向Ｚの正方向から見て、比較例に係る受光面３１２ＫにはスポットＳＫが生成されている。比較例に係るスポットＳＫは、受光面３１２ＫにフットプリントＦを結像することで生成されている。図５には、比較例に係る第１受信光Ｒ１Ｋによって生成される第１スポットＳ１Ｋと、比較例に係る第２受信光Ｒ２Ｋによって生成される第２スポットＳ２Ｋと、比較例に係る第３受信光Ｒ３Ｋによって生成される第３スポットＳ３Ｋと、が図示されている。以下、特に断りがない限り、比較例に係るスポットＳＫに関する説明は、比較例に係る第１スポットＳ１Ｋ、第２スポットＳ２Ｋ及び第３スポットＳ３Ｋのいずれについても共通している。 As shown in FIG. 5, spots SK are generated on the light receiving surface 312K according to the comparative example when viewed from the positive direction of the third direction Z. As shown in FIG. The spot SK according to the comparative example is generated by forming an image of the footprint F on the light receiving surface 312K. FIG. 5 shows a first spot S1K generated by the first received light R1K according to the comparative example, a second spot S2K generated by the second received light R2K according to the comparative example, and a third received light R2K according to the comparative example. A third spot S3K produced by light R3K is shown. Unless otherwise specified, the description of the spot SK according to the comparative example is common to the first spot S1K, the second spot S2K, and the third spot S3K according to the comparative example.

実施形態に係る光学装置１０と、比較例に係る光学装置１０Ｋと、を比較する。 The optical device 10 according to the embodiment and the optical device 10K according to the comparative example are compared.

図５に示すように、比較例に係る受光面３１２Ｋに生成されるスポットＳＫは、フットプリントＦと実質的に相似となっている。また、比較例に係る光学装置１０Ｋでは、第１スポットＳ１Ｋ、第２スポットＳ２Ｋ及び第３スポットＳ３Ｋが第１方向Ｘにずれて位置している。したがって、比較例では、受信光ＲＫの第１方向Ｘの変位を考慮して、受光面３１２Ｋの直径ｄに対するスポットＳＫの第１方向Ｘの幅の比を比較的小さくする必要がある。これに対して、図３に示すように、実施形態に係る受光面３１２に生成されるスポットＳは、可動反射部２００の第３方向Ｚの負方向側の面を第３方向Ｚに垂直な仮想平面に第３方向Ｚの負方向に平行に射影することで形成される影と実質的に相似となっている。したがって、実施形態において、スポットＳの大きさは、可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動及び第２回転軸の周りの揺動によらず、ほとんど一定にすることができる。このため、実施形態では、第３方向Ｚの正方向から見て、受光面３１２のほとんどの部分にスポットＳを生成することができる。したがって、実施形態に係る受光面３１２に生成されるスポットＳの大きさは、比較例に係る受光面３１２Ｋに生成されるスポットＳＫの大きさより大きくすることができる。このため、実施形態に係る受光素子３１０から出力される信号のレベルは、比較例に係る受光素子３１０Ｋから出力される信号のレベルより高くすることができる。 As shown in FIG. 5, the spot SK generated on the light receiving surface 312K according to the comparative example is substantially similar to the footprint F. Further, in the optical device 10K according to the comparative example, the first spot S1K, the second spot S2K, and the third spot S3K are shifted in the first direction X. Therefore, in the comparative example, it is necessary to make the ratio of the width of the spot SK in the first direction X to the diameter d of the light receiving surface 312K relatively small in consideration of the displacement of the received light RK in the first direction X. On the other hand, as shown in FIG. 3 , the spot S generated on the light receiving surface 312 according to the embodiment is formed such that the surface of the movable reflecting section 200 on the negative direction side in the third direction Z is perpendicular to the third direction Z. It is substantially similar to the shadow formed by projecting parallel to the negative direction of the third direction Z onto the virtual plane. Therefore, in the embodiment, the size of the spot S can be made substantially constant regardless of the swinging of the movable reflector 200 about the first rotation axis and the swinging about the second rotation axis. Therefore, in the embodiment, the spot S can be generated on most of the light receiving surface 312 when viewed from the positive direction of the third Z direction. Therefore, the size of the spot S generated on the light receiving surface 312 according to the embodiment can be made larger than the size of the spot SK generated on the light receiving surface 312K according to the comparative example. Therefore, the level of the signal output from the light receiving element 310 according to the embodiment can be made higher than the level of the signal output from the light receiving element 310K according to the comparative example.

図６は、実施例に係る光学装置１０Ａを示す図である。実施例に係る光学装置１０Ａは、以下の点を除いて、実施形態に係る光学装置１０と同様である。 FIG. 6 is a diagram showing an optical device 10A according to an example. The optical device 10A according to the example is the same as the optical device 10 according to the embodiment except for the following points.

実施例に係る光学装置１０Ａは、制御部５００を備えている。制御部５００は、第１方向Ｘのアパーチャ３２０の長さを制御している。例えば、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さがスリットの幅で決定されている場合、制御部５００は、スリットの幅を機械的に変化させることでアパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さを制御することができる。 The optical device 10A according to the embodiment includes a control section 500. FIG. The control unit 500 controls the length of the aperture 320 in the first direction X. FIG. For example, when the length of the aperture 320 in the first direction X is determined by the width of the slit, the controller 500 mechanically changes the width of the slit to change the length of the aperture 320 in the first direction X. can be controlled.

一例において、制御部５００は、可動反射部２００の第１回転軸の周りの回転の角速度に応じて、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さを制御してもよい。例えば、可動反射部２００の第１回転軸の周りの共振周波数を一定に維持したまま可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動の振れ角を変化させた場合について説明する。この場合、可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動の振れ角が小さくなるほど、可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動の中心付近における角速度が小さくなる。可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動の中心付近における角速度が比較的小さい場合、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さは比較的短くてもよい。これに対して、可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動の振れ角が大きくなるほど、可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動の中心付近における角速度が大きくなる。可動反射部２００の第１回転軸の周りの揺動の中心付近における角速度が比較的大きい場合、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さが比較的長くする必要がある。したがって、制御部５００は、可動反射部２００の第１回転軸の周りの回転の角速度が所定速度未満である場合、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さを所定長さ未満にし、可動反射部２００の第１回転軸の周りの回転の角速度が上記所定速度以上である場合、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さを上記所定長さ以上にする。 In one example, the controller 500 may control the length of the aperture 320 in the first direction X according to the angular velocity of rotation of the movable reflector 200 around the first rotation axis. For example, a case will be described in which the swing angle of the movable reflector 200 about the first rotation axis is changed while the resonance frequency about the first rotation axis of the movable reflector 200 is kept constant. In this case, the smaller the swing angle of the swing of the movable reflecting section 200 about the first rotation axis, the smaller the angular velocity near the center of the swing of the movable reflecting section 200 about the first rotation axis. If the angular velocity near the center of swinging of the movable reflector 200 about the first rotation axis is relatively small, the length of the aperture 320 in the first direction X may be relatively short. On the other hand, as the swing angle of the swing of the movable reflecting section 200 about the first rotation axis increases, the angular velocity near the center of the swing of the movable reflecting section 200 about the first rotation axis increases. When the angular velocity in the vicinity of the center of swinging of the movable reflector 200 about the first rotation axis is relatively large, the length of the aperture 320 in the first direction X needs to be relatively long. Therefore, when the angular velocity of the rotation of the movable reflector 200 around the first rotation axis is less than the predetermined speed, the controller 500 sets the length of the aperture 320 in the first direction X to less than the predetermined length, When the angular velocity of the rotation of 200 about the first rotation axis is equal to or greater than the predetermined velocity, the length of aperture 320 in the first direction X is set equal to or greater than the predetermined length.

他の例において、制御部５００は、可動反射部２００が搭載されている物体の移動速度に応じて、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さを制御してもよい。制御部５００は、例えば、当該物体に搭載された加速度センサによって、当該物体の移動速度を検出している。例えば、光学装置１０が自動車に搭載されている場合について説明する。自動車が生活道路を走っている等して比較的低速で移動している場合、光学装置１０Ａは、可動反射部２００から比較的近距離に存在する測定対象Ｏを測定する。可動反射部２００から比較的近距離に存在する測定対象Ｏを測定する場合、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さは比較的短くしてもよい。これに対して、自動車が高速道路を走っている等して比較的高速で移動している場合、光学装置１０Ａは、可動反射部２００から比較的遠距離に存在する測定対象Ｏを測定する。可動反射部２００から比較的遠距離に存在する測定対象Ｏを測定する場合、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さが比較的長くする必要がある。したがって、制御部５００は、可動反射部２００が搭載されている物体の移動速度が所定速度未満である場合、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さを所定長さ未満にし、可動反射部２００が搭載されている物体の移動速度が当該所定速度未満である場合、アパーチャ３２０の第１方向Ｘの長さを当該所定長さ以上にする。 In another example, the controller 500 may control the length of the aperture 320 in the first direction X according to the moving speed of the object on which the movable reflector 200 is mounted. The control unit 500 detects the moving speed of the object using, for example, an acceleration sensor mounted on the object. For example, a case where the optical device 10 is mounted in an automobile will be described. When the automobile is moving at a relatively low speed, such as when the automobile is running on a community road, the optical device 10A measures the measurement object O existing at a relatively short distance from the movable reflector 200 . When measuring an object O existing at a relatively short distance from the movable reflector 200, the length of the aperture 320 in the first direction X may be relatively short. On the other hand, when the automobile is traveling at a relatively high speed such as on a highway, the optical device 10A measures the measurement object O which is relatively far away from the movable reflector 200 . When measuring an object O existing at a relatively long distance from the movable reflector 200, the length of the aperture 320 in the first direction X needs to be relatively long. Therefore, when the moving speed of the object on which the movable reflecting unit 200 is mounted is less than the predetermined speed, the control unit 500 sets the length of the aperture 320 in the first direction X to less than the predetermined length so that the movable reflecting unit 200 If the moving speed of the mounted object is less than the predetermined speed, the length of the aperture 320 in the first direction X is set to the predetermined length or more.

図７は、実施例に係る制御部５００のハードウェア構成の一例を示す図である。 FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the hardware configuration of the control unit 500 according to the embodiment.

制御部５００の主な構成は、集積回路を用いて実現される。この集積回路は、制御部５００を備える制御装置となっている。この集積回路は、バス５０２、プロセッサ５０４、メモリ５０６、ストレージデバイス５０８、入出力インタフェース５１０及びネットワークインタフェース５１２を有する。 A main configuration of the control unit 500 is realized using an integrated circuit. This integrated circuit serves as a control device having a control section 500 . The integrated circuit has a bus 502 , processor 504 , memory 506 , storage device 508 , input/output interface 510 and network interface 512 .

バス５０２は、プロセッサ５０４、メモリ５０６、ストレージデバイス５０８、入出力インタフェース５１０及びネットワークインタフェース５１２が、相互にデータを送受信するためのデータ伝送路である。ただし、プロセッサ５０４等を互いに接続する方法は、バス接続に限定されない。 The bus 502 is a data transmission path through which the processor 504, memory 506, storage device 508, input/output interface 510 and network interface 512 exchange data with each other. However, the method of connecting the processors 504 and the like to each other is not limited to bus connection.

プロセッサ５０４は、マイクロプロセッサ等を用いて実現される演算処理装置である。 The processor 504 is an arithmetic processing device implemented using a microprocessor or the like.

メモリ５０６は、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等を用いて実現されるメモリである。 The memory 506 is a memory implemented using a RAM (Random Access Memory) or the like.

ストレージデバイス５０８は、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）やフラッシュメモリ等を用いて実現されるストレージデバイスである。 The storage device 508 is a storage device implemented using a ROM (Read Only Memory), flash memory, or the like.

入出力インタフェース５１０は、制御部５００を周辺デバイスと接続するためのインタフェースである。図７において、入出力インタフェース５１０にはアパーチャ３２０が接続されている。 The input/output interface 510 is an interface for connecting the control unit 500 with peripheral devices. In FIG. 7, an aperture 320 is connected to the input/output interface 510 .

ネットワークインタフェース５１２は、制御部５００を通信網に接続するためのインタフェースである。ネットワークインタフェース５１２が通信網に接続する方法は、無線接続であってもよいし、有線接続であってもよい。 A network interface 512 is an interface for connecting the control unit 500 to a communication network. A method for connecting the network interface 512 to the communication network may be a wireless connection or a wired connection.

ストレージデバイス５０８は、制御部５００の各機能要素を実現するためのプログラムモジュールを記憶している。プロセッサ５０４は、このプログラムモジュールをメモリ５０６に読み出して実行することで、制御部５００の各機能を実現する。 The storage device 508 stores program modules for realizing each functional element of the control unit 500 . The processor 504 implements each function of the control unit 500 by reading this program module into the memory 506 and executing it.

なお、上記した集積回路のハードウェア構成は図７に示した構成に限定されない。例えば、プログラムモジュールはメモリ５０６に格納されてもよい。この場合、集積回路は、ストレージデバイス５０８を備えていなくてもよい。 Note that the hardware configuration of the integrated circuit described above is not limited to the configuration shown in FIG. For example, program modules may be stored in memory 506 . In this case, the integrated circuit may not include storage device 508 .

以上、図面を参照して本発明の実施形態及び実施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。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described above with reference to the drawings, these are examples of the present invention, and various configurations other than those described above can be adopted.

１０光学装置
１０Ａ光学装置
１０Ｋ光学装置
１１０発光素子
２００可動反射部
２００Ｋ可動反射部
３１０受光素子
３１０Ｋ受光素子
３１２受光面
３１２Ｋ受光面
３２０アパーチャ
３３０Ｋ受信レンズ
３３２第１受信レンズ
３３４第２受信レンズ
４００ビームスプリッタ
５００制御部
５０２バス
５０４プロセッサ
５０６メモリ
５０８ストレージデバイス
５１０入出力インタフェース
５１２ネットワークインタフェース
Ｆフットプリント
ＩＳ仮想スポット
ＩＳ１第１仮想スポット
ＩＳ２第２仮想スポット
ＩＳ３第３仮想スポット
Ｏ測定対象
Ｒ受信光
Ｒ１第１受信光
Ｒ１Ｋ第１受信光
Ｒ２第２受信光
Ｒ２Ｋ第２受信光
Ｒ３第３受信光
Ｒ３Ｋ第３受信光
ＲＫ受信光
Ｓスポット
Ｓ１Ｋ第１スポット
Ｓ２Ｋ第２スポット
Ｓ３Ｋ第３スポット
ＳＫスポット
Ｔ送信光
Ｘ第１方向
Ｙ第２方向
Ｚ第３方向 10 Optical Device 10A Optical Device 10K Optical Device 110 Light Emitting Element 200 Movable Reflector 200K Movable Reflector 310 Light Receiving Element 310K Light Receiving Element 312 Light Receiving Surface 312K Light Receiving Surface 320 Aperture 330K Receiving Lens 332 First Receiving Lens 334 Second Receiving Lens 400 Beam Splitter 500 control unit 502 bus 504 processor 506 memory 508 storage device 510 input/output interface 512 network interface F footprint IS virtual spot IS1 first virtual spot IS2 second virtual spot IS3 third virtual spot O measurement object R received light R1 first reception Light R1K First received light R2 Second received light R2K Second received light R3 Third received light R3K Third received light RK Received light S Spot S1K First spot S2K Second spot S3K Third spot SK Spot T Transmitted light X 1st direction Y 2nd direction Z 3rd direction

Claims

a movable reflector;
a light-receiving element irradiated with the light reflected by the movable reflector;
with
An optical device, wherein the movable reflector and the light-receiving element are substantially optically conjugate.

An optical device according to claim 1, wherein
The optical device further comprising an aperture through which the light reflected by the movable reflector and irradiated onto the light receiving element passes.

3. The optical device according to claim 2, wherein
further comprising a receiving lens for imaging reflected or scattered light from an object at infinity or at a finite distance onto the aperture;
An optical device, wherein the aperture is substantially optically conjugate with respect to the object.

4. The optical device according to claim 2 or 3,
The irradiation position of the light in the aperture is displaced by the rotation of the movable reflector,
The optical device, wherein the aperture has a longitudinal direction in the direction of displacement of the irradiation position.

In the optical device according to any one of claims 2 to 4,
An optical device, wherein a transmittance at a predetermined position of the aperture is lower than a transmittance at a position shifted from the predetermined position of the aperture in a displacement direction of the irradiation position of the light on the aperture.

In the optical device according to any one of claims 2 to 5,
An optical device, wherein the transmittance at a predetermined position of the aperture is lower than the transmittance at positions on both sides of the predetermined position of the aperture in a displacement direction of the irradiation position of the light in the aperture.

In the optical device according to any one of claims 2 to 6,
An optical apparatus further comprising a control unit that controls the length of the aperture in the displacement direction of the irradiation position of the light in the aperture.

An optical device according to claim 7, wherein
The optical device, wherein the controller controls the length of the aperture according to the angular velocity of rotation of the movable reflector in the direction of displacing the irradiation position in the displacement direction.

9. The optical device according to claim 7 or 8,
The optical device, wherein the control section controls the length of the aperture according to a moving speed of an object on which the movable reflecting section is mounted.

In the optical device according to any one of claims 1 to 9,
The optical device, wherein the light receiving element has a plurality of cells and outputs a signal corresponding to the number of the cells irradiated with the light.

In the optical device according to any one of claims 1 to 10,
further comprising a light emitting element,
The optical device, wherein the movable reflector reflects the light emitted from the light emitting element.