JP2023091926A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも１つの光学ユニットから出射されたビームの散乱光が他の少なくとも１つの光学ユニットに照射されることを抑制する。【解決手段】上方から見て、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３は、可動反射面２０２に互いに異なる入射角で入射している。遮光部３００Ａは、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３の光学ユニット群１００Ａと可動反射部２００との間の光路に設けられている。遮光部３００Ａは、開口３０２Ａを画定している。第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３は、開口３０２Ａを通過している。【選択図】図１

Description

本発明は、光学装置に関する。

近年、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）等の様々な光学装置が開発されている。光学装置は、レーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子と、発光素子から出射されたビームを反射するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー等の可動反射部と、を備えている。例えば特許文献１～３に記載の光学装置では、複数の発光素子から出射された複数のビームを同一の可動反射部によって反射している。

米国特許第１１０８５９９７号明細書 国際公開第２０１８／０９１９７０号 国際公開第２０２０／０９８７７１号

例えば特許文献１～３に記載されているように、複数の発光素子等の複数の光学ユニットから出射されたビームを同一の可動反射部によって反射することがある。この場合、可動反射部の反射面に傷や埃が存在する等、一定の条件下において、光学ユニットから出射された光が可動反射部において散乱することがある。可動反射部によって散乱されたこの光は、他の光学ユニットにとって迷光となり得る。

本発明が解決しようとする課題としては、少なくとも１つの光学ユニットから出射されたビームの散乱光が他の少なくとも１つの光学ユニットに照射されることを抑制することが一例として挙げられる。

請求項１に記載の発明は、
複数の光学ユニットと、
前記複数の光学ユニットから出射された少なくとも２つのビームが異なる入射角で入射する可動反射部と、
前記少なくとも２つのビームの前記複数の光学ユニットと前記可動反射部との間の光路に設けられ、前記少なくとも２つのビームが通過する開口と、
を備える光学装置である。

請求項７に記載の発明は、
複数の光学ユニットと、
前記複数の光学ユニットから出射された少なくとも２つのビームが異なる入射角で入射する可動反射部と、
前記少なくとも２つのビームの前記複数の光学ユニットと前記可動反射部との間の光路に設けられ、前記少なくとも２つのビームを反射する反射部と、
を備える光学装置である。

実施形態１に係る光学装置を示す図である。 実施形態１に係る第１光学ユニットの構成の一例を示す図である。 実施形態２に係る光学装置を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、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。

図１は、実施形態１に係る光学装置１０Ａを示す図である。

実施形態では、説明のため、図１の紙面の奥から手前に向かう方向が光学装置１０Ａの下方から上方に向かう方向となっており、図１の紙面の手前から奥に向かう方向が光学装置１０Ａの上方から下方に向かう方向となっている。以下、必要に応じて、図１の紙面に垂直な方向を、光学装置１０Ａの高さ方向という。なお、光学装置１０Ａの実際の配置はこの例に限定されない。例えば、図１の紙面の手前から奥に向かう方向が光学装置１０Ａの上方から下方に向かう方向となって、図１の紙面の奥から手前に向かう方向が光学装置１０Ａの上方から下方に向かう方向となっていてもよい。また、図１の紙面に平行な任意の一方向が鉛直方向に平行な状態で光学装置１０Ａが配置されていてもよい。

実施形態１に係る光学装置１０Ａは、ＬｉＤＡＲ等の光計測装置となっている。光学装置１０Ａは、光学ユニット群１００Ａ、可動反射部２００及び遮光部３００Ａを備えている。光学ユニット群１００Ａは、第１光学ユニット１１０Ａ、第２光学ユニット１２０Ａ及び第３光学ユニット１３０Ａを有している。

上方から見て、第１光学ユニット１１０Ａ、第２光学ユニット１２０Ａ及び第３光学ユニット１３０Ａは、互いにずれて位置している。また、光学装置１０Ａの高さ方向における第１光学ユニット１１０Ａ、第２光学ユニット１２０Ａ及び第３光学ユニット１３０Ａの位置は、例えば、互いに揃っている。ただし、光学装置１０Ａの高さ方向における各光学ユニットの位置はこの例に限定されない。例えば、光学装置１０Ａの高さ方向における第１光学ユニット１１０Ａ、第２光学ユニット１２０Ａ及び第３光学ユニット１３０Ａのうちの少なくとも２つの位置が、光学装置１０Ａの高さ方向に互いにずれていてもよい。

第１光学ユニット１１０Ａ、第２光学ユニット１２０Ａ及び第３光学ユニット１３０Ａは、それぞれ、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３を出射している。第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３の波長帯域は、特に限定されない。また、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３の波長は、互いに同一となっていてもよいし、又は第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３のうちの任意の少なくとも２つのビームの波長は互いに異なっていてもよい。

可動反射部２００は、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーである。この例において、可動反射部２００は、例えば、互いに直交する所定の２つの回転軸の周りに揺動可能になっている。或いは、可動反射部２００は、ポリゴンミラー、ガルバノミラー等であってもよい。可動反射部２００は、可動反射面２０２を有している。可動反射面２０２は、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３を反射している。したがって、可動反射面２０２によって反射された第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３によって、光学装置１０Ａの外部に存在する物体を走査することができる。

上方から見て、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３は、可動反射面２０２に互いに異なる入射角で入射している。具体的には、上方から見て、第３ビームＢ３の可動反射面２０２への入射角は、第２ビームＢ２の可動反射面２０２への入射角より大きくなっており、第２ビームＢ２の可動反射面２０２への入射角は、第１ビームＢ１の可動反射面２０２への入射角より大きくなっている。

遮光部３００Ａは、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３の光学ユニット群１００Ａと可動反射部２００との間の光路に設けられている。遮光部３００Ａは、開口３０２Ａを画定している。実施形態において、開口３０２Ａは、ピンホールとなっている。ただし、開口３０２Ａの形状はピンホールに限定されず、例えばスリットや任意形状の開口などであってもよい。第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３は、開口３０２Ａを通過している。図１に示す例では、上方から見て、遮光部３００Ａは、光学ユニット群１００Ａと可動反射部２００との間に位置している。また、上方から見て、各光学ユニットから出射された各ビームの光路は、各光学ユニットから可動反射面２０２にかけて直線形状となっている。しかしながら、光学装置１０Ａの光学系はこの例に限定されない。例えば、各ユニットから出射された各ビームは、各ビームの各光学ユニットと可動反射面２０２との間の光路において、ミラー等の偏向部によって偏向されてもよい。

図１に示す例では、光学装置１０Ａの高さ方向に垂直な所定平面への第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３の光路の投影が当該光路の少なくとも一部分において交差している。このため、可動反射面２０２の第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３が照射される位置が互いに異なっている。また、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３のうちのいずれか２つのビームの間の距離が、開口３０２Ａと可動反射面２０２との間の領域の少なくとも一部分において開口３０２Ａから可動反射面２０２に向かうにつれて増加している。当該２つのビームの間の距離は、例えば、当該２つのビームのうちの一方の光路に垂直なスクリーン等の平面に投影される当該２つのビームのスポットの間の距離である。

実施形態１では、可動反射面２０２に傷や埃が存在する等、一定の条件下において、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２又は第３ビームＢ３が可動反射面２０２において散乱することがある。例えば図１において可動反射面２０２の第３ビームＢ３の照射位置から延びる複数の矢印は、可動反射面２０２における第３ビームＢ３の散乱光を模式的に示している。

実施形態１では、遮光部３００Ａが設けられていない場合と比較して、光学ユニット群１００Ａに含まれる少なくとも１つの光学ユニットから出射されたビームの可動反射面２０２における散乱光が光学ユニット群１００Ａに含まれる他の少なくとも１つの光学ユニットに照射されることを抑制することができる。例えば、第３ビームＢ３が可動反射面２０２において散乱した場合を検討する。この例では、第３ビームＢ３の散乱光のうち遮光部３００Ａに照射された光は、遮光部３００Ａによって遮られて、第１光学ユニット１１０Ａ及び第２光学ユニット１２０Ａへ照射されないようにすることができる。同様にして、第１ビームＢ１の散乱光のうち遮光部３００Ａに照射された光は、遮光部３００Ａによって遮られて、第２光学ユニット１２０Ａ及び第３光学ユニット１３０Ａへ照射されないようにすることができる。同様にして、第２ビームＢ２の散乱光のうち遮光部３００Ａに照射された光は、遮光部３００Ａによって遮られて、第１光学ユニット１１０Ａ及び第３光学ユニット１３０Ａへ照射されないようにすることができる。

第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３の散乱光を遮光部３００Ａによって遮る観点からすると、開口３０２Ａの面積は、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３を通過させることができる範囲で可能な限り小さいことが好ましい。例えば、開口３０２Ａの面積は、可動反射面２０２の面積より小さくてもよい。

また、開口３０２Ａの面積を小さくする観点からすると、光学装置１０Ａの高さ方向に垂直な所定平面への第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３の光路の投影は、上方から見て、開口３０２Ａと重なる位置、又は開口３０２Ａと重なる位置の比較的近傍で交差していることが好ましい。ただし、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３の当該投影は、上方から見て開口３０２Ａと重なる位置から比較的離れた位置で交差していてもよい。この場合においても、開口３０２Ａの面積を適切な面積に設定することで、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３の散乱光を遮光部３００Ａによって遮ることができる。

なお、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３のすべての上記投影が１点で交差していなくてもよい。例えば、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３のうちの２つのみの上記投影が１点で交差していてもよい。また、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３のうちの少なくとも２つの光路は、図１の紙面に平行な方向から見て、交差していなくてもよい。すなわち、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３のうちの少なくとも２つの光路は、ねじれの位置にあってもよい。

図２は、実施形態１に係る第１光学ユニット１１０Ａの構成の一例を示す図である。一例において、第１光学ユニット１１０Ａは、図２を用いて説明する以下の構成を有している。第２光学ユニット１２０Ａ及び第３光学ユニット１３０Ａも、第１光学ユニット１１０Ａの以下の構成と同様の構成を有していてもよい。

第１光学ユニット１１０Ａは、発光素子１１２Ａ、受光素子１１４Ａ及びビームスプリッタ１１６Ａを有している。

発光素子１１２Ａは、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）である。発光素子１１２Ａは、第１ビームＢ１を出射している。第１ビームＢ１は、発光素子１１２Ａから出射されてビームスプリッタ１１６Ａを透過して、第１光学ユニット１１０Ａから出射されている。図１を用いて説明したように、第１ビームＢ１は、第１光学ユニット１１０Ａから出射された後、開口３０２Ａを通過して、可動反射面２０２によって反射されている。

第１ビームＢ１は、可動反射面２０２によって反射された後、光学装置１０Ａの外部に存在する物体に照射されて、当該物体によって反射又は散乱される。第１ビームＢ１の当該物体からの反射光又は散乱光は、可動反射面２０２によって反射されて、第１光学ユニット１１０Ａに照射される。図２において、当該反射光又は散乱光は、受信光Ｒとして図示されている。受信光Ｒは、ビームスプリッタ１１６Ａによって反射されて受光素子１１４Ａに照射されている。受光素子１１４Ａは、例えば、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）である。このようにして、受信光Ｒは、受光素子１１４Ａによって受信されている。

光学装置１０Ａの構成は、実施形態１において説明した構成に限定されない。

例えば、実施形態１において、光学ユニット群１００Ａは、３つの光学ユニットを有している。しかしながら、光学ユニット群１００Ａは、２つ又は４つ以上の光学ユニットを有していてもよい。

また、実施形態１では、複数の光学ユニットから出射されるすべてのビームが互いに異なる角度で可動反射面２０２に入射している。しかしながら、複数の光学ユニットのうちの少なくとも２つの光学ユニットから出射される少なくとも２つのビームが同じ入射角で可動反射面２０２に入射してもよい。

図３は、実施形態２に係る光学装置１０Ｂを示す図である。実施形態２に係る光学装置１０Ｂは、以下の点を除いて、実施形態１に係る光学装置１０Ａと同様である。

実施形態２に係る光学装置１０Ｂは、実施形態１に係る遮光部３００Ａに代えて、反射部３００Ｂを備えている。反射部３００Ｂは、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３の光学ユニット群１００Ｂと可動反射部２００との間の光路に設けられている。また、反射部３００Ｂは、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３を可動反射部２００に向けて反射している。実施形態２においても、実施形態１と同様にして、上方から見て、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３は、可動反射面２０２に互いに異なる入射角で入射している。

図３に示す例では、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３の反射面３０２Ｂへの入射角が互いに異なっている。このため、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３が可動反射面２０２に照射される位置が互いに異なっている。また、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３のうちのいずれか２つのビームの間の距離が、反射面３０２Ｂと可動反射面２０２との間の領域の少なくとも一部分において反射面３０２Ｂから可動反射面２０２に向かうにつれて増加している。

実施形態２では、反射部３００Ｂが設けられてない状態で複数の光学ユニットから出射されたビームが可動反射面２０２に直接入射すると比較して、光学ユニット群１００Ａに含まれる少なくとも１つの光学ユニットから出射されたビームの可動反射面２０２における散乱光が光学ユニット群１００Ａに含まれる他の少なくとも１つの光学ユニットに照射されることを抑制することができる。例えば、第３ビームＢ３が可動反射面２０２において散乱した場合を検討する。この例では、第３ビームＢ３の散乱光のうち反射部３００Ｂから逸れた光は、第１光学ユニット１１０Ｂ及び第２光学ユニット１２０Ｂへ照射されないようにすることができる。同様にして、第１ビームＢ１の散乱光のうち反射部３００Ｂから逸れた光は、第２光学ユニット１２０Ｂ及び第３光学ユニット１３０Ｂへ照射されないようにすることができる。同様にして、第２ビームＢ２の散乱光のうち反射部３００Ｂから逸れた光は、第１光学ユニット１１０Ｂ及び第３光学ユニット１３０Ｂへ照射されないようにすることができる。

第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３の散乱光を反射部３００Ｂから逸らせる観点からすると、反射面３０２Ｂの面積は、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３を反射することができる範囲で可能な限り小さいことが好ましい。例えば、反射部３００Ｂの面積は、可動反射面２０２の面積より小さくてもよい。

反射部３００Ｂの周辺領域の態様は、特に限定されない。例えば、反射部３００Ｂの周辺領域は、中空となっている。この例において、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３の散乱光のうち反射部３００Ｂから逸れた光は、反射部３００Ｂの中空領域を通過することができる。或いは、反射部３００Ｂの周辺領域には、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３の散乱光を透過させる透光性部材が設けられていてもよい。

反射面３０２Ｂの面積を小さくする観点からすると、光学装置１０Ｂの高さ方向に垂直な所定平面への第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３の光路の投影は、上方から見て、反射面３０２Ｂと重なる位置、又は反射面３０２Ｂと重なる位置の比較的近傍で交差していることが好ましい。ただし、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３の当該投影は、上方から見て反射面３０２Ｂと重なる位置から比較的離れた位置で交差していてもよい。この場合においても、反射面３０２Ｂの面積を適切な面積に設定することで、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２及び第３ビームＢ３の散乱光を反射部３００Ｂから逸らせることができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、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。

１０Ａ 光学装置
１０Ｂ 光学装置
１００Ａ 光学ユニット群
１００Ｂ 光学ユニット群
１１０Ａ 第１光学ユニット
１１０Ｂ 第１光学ユニット
１１２Ａ 発光素子
１１４Ａ 受光素子
１１６Ａ ビームスプリッタ
１２０Ａ 第２光学ユニット
１２０Ｂ 第２光学ユニット
１３０Ａ 第３光学ユニット
１３０Ｂ 第３光学ユニット
２００ 可動反射部
２０２ 可動反射面
３００Ａ 遮光部
３００Ｂ 反射部
３０２Ａ 開口
３０２Ｂ 反射面
Ｂ１ 第１ビーム
Ｂ２ 第２ビーム
Ｂ３ 第３ビーム
Ｒ 受信光

Claims (12)

1. 複数の光学ユニットと、
   前記複数の光学ユニットから出射された少なくとも２つのビームが異なる入射角で入射する可動反射部と、
   前記少なくとも２つのビームの前記複数の光学ユニットと前記可動反射部との間の光路に設けられ、前記少なくとも２つのビームが通過する開口と、
   を備える光学装置。
2. 請求項１に記載の光学装置において、
   前記複数の光学ユニットから出射されたいずれか２つの前記ビームの間の距離が、前記開口と前記可動反射部との間の領域の少なくとも一部分において前記開口から前記可動反射部に向かうにつれて増加している、光学装置。
3. 請求項１又は２に記載の光学装置において、
   前記可動反射部の前記少なくとも２つのビームに照射される位置が互いに異なる、光学装置。
4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の光学装置において、
   所定平面への前記少なくとも２つのビームの前記光路の投影が、前記光路の少なくとも一部分において交差している、光学装置。
5. 請求項１～４のいずれか一項に記載の光学装置において、
   前記開口の面積が前記可動反射部の反射面の面積より小さい、光学装置。
6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の光学装置において、
   前記可動反射部が、前記光学装置の外部に存在する物体からの前記ビームの反射光又は散乱光を反射し、
   前記光学ユニットが、前記可動反射部によって反射された前記反射光又は前記散乱光を受信する、光学装置。
7. 複数の光学ユニットと、
   前記複数の光学ユニットから出射された少なくとも２つのビームが異なる入射角で入射する可動反射部と、
   前記少なくとも２つのビームの前記複数の光学ユニットと前記可動反射部との間の光路に設けられ、前記少なくとも２つのビームを反射する反射部と、
   を備える光学装置。
8. 請求項７に記載の光学装置において、
   前記複数の光学ユニットから出射されたいずれか２つの前記ビームの間の距離が、前記反射部と前記可動反射部との間の領域の少なくとも一部分において前記反射部から前記可動反射部に向かうにつれて増加している、光学装置。
9. 請求項７又は８に記載の光学装置において、
   前記可動反射部の前記少なくとも２つのビームに照射される位置が互いに異なる、光学装置。
10. 請求項７～９のいずれか一項に記載の光学装置において、
    前記少なくとも２つのビームの前記反射部への入射角が互いに異なっている、光学装置。
11. 請求項７～１０のいずれか一項に記載の光学装置において、
    前記反射部の反射面の面積が前記可動反射部の反射面の面積より小さい、光学装置。
12. 請求項７～１１のいずれか一項に記載の光学装置において、
    前記可動反射部が、前記光学装置の外部に存在する物体からの前記ビームの反射光又は散乱光を反射し、
    前記光学ユニットが、前記可動反射部によって反射された前記反射光又は前記散乱光を受信する、光学装置。

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