JP2024017519A

JP2024017519A - 測定装置、受光器、及び投光器

Info

Publication number: JP2024017519A
Application number: JP2022120205A
Authority: JP
Inventors: 和也本橋; Kazuya Motohashi; 喜吉村; Yoshi Yoshimura
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2022-07-28
Filing date: 2022-07-28
Publication date: 2024-02-08

Abstract

【課題】適用先のシステムが要求する仕様に柔軟に対応することが可能な測定装置を提供する。【解決手段】測定装置は、投光器と、投光器が測定対象に向けて投光することにより生じる反射光を受光する受光器と、を備え、受光器は、受光部と、透過型の光学素子と、を含み、光学素子は、第１の視野範囲からの第１の反射光が入射する第１の入射面と、第１の入射面に連続して形成され、第１の視野範囲に連続する第２の視野範囲からの第２の反射光が入射する第２の入射面と、第１の反射光及び第２の反射光を、受光部の方向に出射する出射面と、を有し、第１の入射面、第２の入射面、及び出射面は、いずれも平坦面であり、第２の入射面は、第１の入射面に対して第１の入射面との境界線を折り目として傾斜している。【選択図】図３

Description

本発明は、測定装置、受光器、及び投光器に関し、とくに測定装置の視野範囲を拡張する技術に関する。

ＡＤ（Autonomous Driving：自動運転）やＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System：先進運転支援システム）の進展に伴い、車両の走行時における周囲環境の把握や自己位置推定に用いる測定装置の一つとして、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）の開発／研究が進められている。ＬｉＤＡＲは、測定対象にレーザ光を投光（照射）する投光器と、レーザ光が測定対象に反射して戻ってくる反射光を受光する受光器とを備え、投光器がレーザ光を出射したタイミングと受光器が反射光を受光したタイミングとの差に基づき測定対象までの距離を測定することにより測定対象に関する情報を提供する。

特許文献１には、車両への実装を目的として構成されたＬｉＤＡＲシステムについて記載されている。ＬｉＤＡＲシステムは、複数の光学ビームを生成する、複数の光エミッタ（ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）デバイス等）を含む。ＬｉＤＡＲシステムは、第１のレンズにより、複数の光学ビームをビームウェストを有する収束された光学ビームに収束させ、第２のレンズにより、収束された光学ビームを標的範囲に投影する。

特表２０２０－５２７７２４号公報

ＬｉＤＡＲの種別の一つとして、投光器が視野範囲にレーザ光を拡散照射する方式を採用するフラッシュＬｉＤＡＲ（Flash LiDAR）がある。フラッシュＬｉＤＡＲは、モータやＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）のような機械的な構成を含まないため、車載目的で利用される場合など、耐久性が要求される分野におけるＬｉＤＡＲの有力候補として注目されている。

フラッシュＬｉＤＡＲの受光器や投光器の視野範囲（ＦＯＶ（Field Of View）：視野角、ビームプロファイル、配光サイズ）は、受光部や発光部のサイズ（面積）と光学系（受光光学系、投光光学系）の焦点距離とによって決まる。このため、フラッシュＬｉＤＡＲを車両用の測距センサ等の個々のシステムに適用する際は、視野範囲が適用先のシステムが要求する仕様を満たすように構成する必要がある。

車載時などにおけるＬｉＤＡＲの視野範囲を拡張する方法として、例えば、複数のＬｉＤＡＲを並設することが考えられる。しかしその場合、部品点数やコストの増大が課題となる。

本発明はこのような背景に鑑みてなされたものであり、適用先のシステムが要求する仕様に柔軟に対応することが可能な、測定装置、投光器、及び受光器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一つは、測定装置であって、投光器と、前記投光器が視野範囲に向けて投光することにより生じる反射光を受光する受光器と、を備え、前記受光器は、受光部と、透過型の光学素子と、を含み、前記光学素子は、第１の視野範囲からの第１の反射光が入射する第１の入射面と、前記第１の入射面に連続して形成され、前記第１の視野範囲に連続する第２の視野範囲からの第２の反射光が入射する第２の入射面と、前記第１の反射光及び前記第２の反射光を、前記受光部の方向に出射する出射面と、を有し、前記第１の入射面、前記第２の入射面、及び前記出射面は、いずれも平坦面であり、前記第２の入射面は、前記第１の入射面に対して前記第１の入射面との境界線を折り目として傾斜している。

また、本発明の他の一つは、測定装置であって、投光器と、前記投光器が測定対象に向けて投光することにより生じる反射光を受光する受光器と、を備え、前記投光器は、発光部と、透過型の光学素子と、を含み、前記光学素子は、前記発光部からの光が入射する入射面と、前記入射面に入射する光を第１の視野範囲に向けて出射する第１の出射面と、前記入射面に入射する光を第２の視野範囲に向けて出射する第２の出射面と、を有し、前記入射面、前記第１の出射面、及び前記第２の出射面は、いずれも平坦面であり、前記第２の出射面は、前記第１の出射面に対して前記第２の出射面との境界線を軸として傾斜している。

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、適用先のシステムが要求する仕様に柔軟に対応することが可能な測定装置、投光器、及び受光器を提供することができる。

測定装置の概略的な構成を示す図である。受光部及び受光光学系と視野範囲との関係を説明する図である。発光部及び投光光学系と視野範囲との関係を説明する図である。受光器と視野範囲との関係を説明する図である。受光器に適用する光学素子の外観斜視図である。受光器に適用する光学素子の側面図である。いずれの視野範囲からの反射光であるかを区別できるようにするための測定装置の構成の一態様を説明する図である。図５Ａの構成に用いる光学素子の外観斜視図である。図５Ａに示す構成における視野範囲と受光像との関係を示す図である。図５Ａに対する比較例であり、図４Ｂに示す光学素子を用いた場合における視野範囲と受光像との関係を示す図である。投光器と視野範囲との関係を説明する図である。投光器に適用する光学素子の外観斜視図である。投光器に適用する光学素子の側面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。尚、以下の説明において、同一の又は類似する構成に同一の符号を付して重複した説明を省略することがある。また以下の説明において、同種の構成を区別する必要がある場合、構成を総称する符号の後に識別子（アルファベット等）を付すことがある。

図１に、本発明の一実施形態として示す測定装置１００の概略的な構成（ブロック図）を示している。測定装置１００は、投光光（照射光、光ビーム（レーザ光））を測定対象に投光（照射）する投光器と、投光光が測定対象に反射して戻ってくる反射光（戻り光）を受光する受光器とを備え、フラッシュＬｉＤＡＲ（Flash Light Detection and Ranging）として機能する。測定装置１００は、投光器が投光光を出射したタイミングと受光器が反射光を受光したタイミングとの差（レーザ光の飛行時間。以下、「ＴＯＦ」（Time Of Flight）と称する。）を測定して測定対象に関する情報を取得する。

測定装置１００は、例えば、ＡＤ（Autonomous Driving：自動運転システム）やＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System：先進運転支援システム）が実装される車両に搭載される。測定装置１００は、例えば、車両の走行中における、人、他の車両、物体の検出を補助するとともに、車両の運転者や車両の周囲に存在する者の安全確保、車両の運転中に周囲に存在する物体に与える損傷を低減するために有用な各種の情報を他の装置やユーザに提供する。

同図に示すように、例示する測定装置１００は、発光部１１、投光制御装置１１２、電流源１１３、投光光学系１４、受光光学系１５、受光部１６、ＴＯＦ測定装置１１７、演算装置１５０、及び通信Ｉ／Ｆ１６０（I/F:Interface）を含む。このうち、発光部１１、投光制御装置１１２、電流源１１３、及び投光光学系１４は投光器を構成し、受光光学系１５及び受光部１６は受光器を構成する。

投光器を構成する発光部１１は、一つ以上の発光素子、もしくは一つ以上の発光素子アレイ（例えば、発光素子が線状（一次元的）や面状（二次元的）に配置されたもの）を用いて構成される。発光素子は、例えば、レーザダイオード、面発光タイプのレーザ発光素子（例えば、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）。以下、「面発光素子」と称する。））、複数の面発光素子が一次元的又は二次元的に基板（半導体基板、セラミック基板等）に配置された面発光素子アレイ（例えば、ＶＣＳＥＬアレイ）等である。

投光制御装置１１２は、発光部１１を構成する発光素子の駆動電流を供給する電流源１１３の制御信号を生成して電流源１１３に入力することにより、電流源１１３から発光素子に供給される電流（駆動電流）を制御する。投光制御装置１１２は、発光素子が発光したタイミング（投光光が発光素子から出射したタイミング。以下、「投光タイミング」と称する。）を示す信号をＴＯＦ測定装置１１７に入力する。投光制御装置１１２は、例えば、発光素子の夫々に流す電流のオンオフを周期的に繰り返す制御を行うことにより、発光素子を周期的に繰り返し発光させる。

電流源１１３は、投光制御装置１１２から入力される制御信号に応じた電流を発光素子に供給する。電流源１１３は、例えば、発光素子の夫々に流す電流をオンオフするための周期的な方形波の電流を発光素子に供給する。

投光光学系１４は、例えば、発光部１１から出射する投光光に光学的な作用（屈折、散乱、回折等）を与えることにより投光光の配光を調節する。投光光学系１４は、例えば、コリメートレンズ等の各種レンズ、反射鏡（ミラー）等の光学部品を用いて構成される。

受光光学系１５は、投光器により投光した光が測定対象５０等で反射して戻ってくる反射光（戻り光）を受光部１６に集光する。受光光学系１５は、例えば、集光レンズ等の各種レンズ、波長フィルタ等の各種フィルタ、反射鏡（ミラー）等の光学部品を用いて構成される。

受光部１６は、一つ以上の受光素子、もしくは一つ以上の受光素子アレイ（例えば、受光素子が線状（一次元的）や面状（二次元的）に配置されたもの）により構成される。上記の受光素子は、例えば、フォトダイオード、ＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）、バランス型光検出器等である。受光部１６は、受光光学系１５から入射する反射光を光電変換することにより、反射光の強度に応じた電流（以下、「受光電流」と称する。）を生成する。受光部１６は、受光部１６を構成する個々の受光素子が反射光を受光したタイミング（以下、「受光タイミング」と称する。）を示す信号や、個々の受光素子が生成した受光電流をＴＯＦ測定装置１１７に入力する。

ＴＯＦ測定装置１１７は、投光制御装置１１２から入力される投光タイミングを示す信号と受光部１６から入力される受光タイミングを示す信号とに基づきＴＯＦを求める。ＴＯＦ測定装置１１７は、例えば、ＴＤＣ（Time to Digital Converter）回路を搭載した時間測定ＩＣ（集積回路：Integrated Circuit）を用いて構成される。ＴＯＦ測定装置１１７は、求めたＴＯＦと受光部１６から入力された受光電流を、演算装置１５０に入力する。

演算装置１５０は、プロセッサ（ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等）を用いて構成される。演算装置１５０は、ＴＯＦ測定装置１１７から入力される受光電流やＴＯＦに基づき、測定対象５０の検出や測距等の各種測定に用いる情報を生成する。上記情報は、例えば、時間相関単一光子計数法（Time Correlated Single Photon Counting）で用いるヒストグラム（histogram）、測定対象５０の各点（ポイント）までの距離、ポイントクラウド（点群情報:point cloud）等である。また、演算装置１５０は、投光制御装置１１２や受光部１６を制御する。演算装置１５０は、例えば、投光制御装置１１２や受光部１６を制御することにより、ヒストグラムの生成にかかる処理が高速化もしくは最適化されるように、前述した投光タイミングや受光タイミングを制御する。演算装置１５０によって生成された情報は、通信Ｉ／Ｆ１６０を介して当該情報を利用する装置（以下、「各種利用装置４０」と称する。）に提供（送信）される。

各種利用装置４０は、例えば、ポイントクラウドによる環境地図の作成、スキャンマッチングアルゴリズム（ＮＤＴ（Normal Distributions Transform）、ＩＣＰ(Iterative Closest Point)等）を用いた自己位置推定（ＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping））等を行う。

図２Ａは、受光部１６及び受光光学系１５と視野範囲５１との関係を説明する模式図である。視野範囲５１は、受光部１６のサイズ（形状、大きさ、受光面積）と、受光光学系１５の焦点距離とによって決まる。

図２Ｂは、発光部１１及び投光光学系１４と視野範囲５１との関係を説明する模式図である。視野範囲５１は、発光部１１のサイズ（形状、大きさ、受光面積）と、投光光学系１４の焦点距離とによって決まる。

このように、視野範囲５１のサイズは、受光部１６のサイズや発光部１１のサイズによって制約される。そのため、受光部１６や発光部１１として、例えば、既製品を利用した場合における視野範囲は、必ずしも測定装置１００が適用されるシステムの目的や用途に一致しない。また、測定装置１００の目的や用途によっては、特定の視野範囲の測定精度を他の視野範囲よりも高めたい（例えば、フラッシュＬｉＤＡＲをＡＤやＡＤＡＳに適用した場合に対向車線の遠方等の特定の視野範囲における測定精度を高めたい場合等）といったニーズがあり、こうしたニーズに柔軟に対応する必要がある。

そこで、本実施形態の測定装置１００では、受光器の受光光学系１５、もしくは投光器の投光光学系１４の要素として、プリズム構造を有する光学素子を用いることにより、上記の課題やニーズへの対応を図っている。以下、そのための具体的な構成について説明する。

＜受光光学系に光学素子を用いる場合＞
図３は、プリズム構造を有する光学素子１５１を受光器の受光光学系１５に用いた場合における、受光器と、受光器の視野範囲５１（同図において＋ｘの方向に並ぶ、第１の視野範囲５１ａ、第２の視野範囲５１ｂ、第３の視野範囲５１ｃ）との関係を説明する図である。尚、同図では、受光器の要素（受光光学系１５、受光部１６）については、これらを受光部１６の光軸に垂直な方向から眺めた図（＋ｙ側から眺めた図）として描いており、また、視野範囲については、上記光軸の方向から眺めた図（－ｚ側から眺めた図）として描いている。同図に示す矢線は、各視野範囲から受光器に入射する、投光器が（第１の視野範囲５１ａ、第２の視野範囲５１ｂ、第３の視野範囲５１ｃ）に向けて投光することにより生じる反射光を表す。同図では、受光器のサイズを誇張して描いている。

同図に示すように、受光光学系１５は、プリズム構造を有する光学素子１５１と、他の光学系１５２（各種レンズ、各種フィルタ等）とを含む。

図４Ａに、光学素子１５１の外観斜視図を示す。同図に示すように、光学素子１５１は、その上面側（同図では＋ｚ側）に、第１の視野範囲５１ａからの第１の反射光が入射する第１の入射面１５１ａ、第１の入射面１５１ａに連続して形成され、第１の視野範囲５１ａに連続する第２の視野範囲５１ｂからの第２の反射光が入射する第２の入射面１５１ｂ、及び、第２の入射面１５１ｂに連続して形成され、第２の視野範囲５１ｂに連続する第３の視野範囲５１ｃからの第３の反射光が入射する第３の入射面１５１ｃを有する。また、光学素子１５１は、その下面側（同図では－ｚ側）に、第１の反射光の屈折光、第２の反射光の透過光、及び第３の反射光の屈折光を受光部１６の方向に出射する出射面１５１ｏを有する。第１の入射面１５１ａ、第２の入射面１５１ｂ、第３の入射面１５１ｃ、及び出射面１５１ｏは、いずれも平坦面である。

図４Ｂは、光学素子１５１を図４Ａの＋ｙ側から眺めた側面図である。第２の入射面１５１ｂは、出射面１５１ｏと平行になっている。第１の入射面１５１ａは、第２の入射面１５１ｂに対して第２の入射面１５１ｂとの第１の境界線１５１１を折り目として傾斜角θ1で＋ｚ側に傾斜し、それにより光学素子１５１の一端側（－ｘ側）にプリズム構造が形成されている。また、第３の入射面１５１ｃは、第２の入射面１５１ｂに対して第２の入射面１５１ｂとの第２の境界線１５１２を折り目として傾斜角θ２で＋ｚ側に傾斜し、それにより光学素子１５１の他端側（＋ｘ側）にプリズム構造が形成されている。

図３に戻り、光学素子１５１は、その光軸（第２の入射面１５１ｂの中央線を通り出射面１５１ｏに垂直な線（出射面１５１ｏの法線）。図４Ｂにおいて符号１５１５で示す軸）を、他の光学系１５２や受光部１６の光軸と一致させて配置される。

同図に示すように、第１の視野範囲５１ａからの第１の反射光は、光学素子１５１の第１の入射面１５１ａに入射して屈折した後、出射面１５１ｏから出射して他の光学系１５２を通過し、受光部１６に集光される。また、第２の視野範囲５１ｂからの第２の反射光は、光学素子１５１の第２の入射面１５１ｂに入射した後、出射面１５１ｏから出射し、他の光学系１５２を通過して受光部１６に集光される。また、第３の視野範囲５１ｃからの第３の反射光は、光学素子１５１の第３の入射面１５１ｃに入射して屈折した後、出射面１５１ｏから出射して他の光学系１５２を通過し、受光部１６に集光される。

このように、受光光学系１５の要素として光学素子１５１を用いることで、各視野範囲５１（第１の視野範囲５１ａ、第２の視野範囲５１ｂ、第３の視野範囲５１ｃ）からの反射光をいずれも受光部１６に集光することができる。このため、受光部１６の受光面積を拡大することなく（受光素子の数を増やすことなく）、受光器の視野範囲（ＦＯＶ）を拡張することができる。

尚、同図に示すように、この構成では、各視野範囲５１（第１の視野範囲５１ａ、第２の視野範囲５１ｂ、第３の視野範囲５１ｃ）からの反射光がいずれも受光部１６の同じ受光素子に入射してしまう。このため、測定装置１００への実装に際しては、いずれの視野範囲５１からの反射光を受光したのかを区別するための何らかの仕組みが必要になる。

上記の仕組みは、例えば、投光器から各視野範囲５１（第１の視野範囲５１ａ、第２の視野範囲５１ｂ、第３の視野範囲５１ｃ）への投光を、視野範囲５１ごとに異なるタイミングで行うようにすることで実現できる。この場合、例えば、演算装置１５０が、投光器からの投光が視野範囲５１ごとに異なるタイミングで行われるように投光制御装置１１２を制御するとともに、受光部１６の受光素子が反射光を受光したタイミングに基づき、いずれの視野範囲５１からの反射光であるかを区別するようにする（以下、「第１の方法」と称する。）。

また、例えば、第１の視野範囲５１ａ、第２の視野範囲５１ｂ、及び第３の視野範囲５１ｃの夫々からの反射光が同じ受光部１６の同じ受光素子に入射しないように、投光器が各視野範囲５１の一部（同じ受光素子に入射しない関係となるような、第１の視野範囲５１ａの一部の領域、第２の視野範囲５１ｂの一部の領域、及び第３の視野範囲５１ｃの一部の領域）を選択し、選択した各領域について同時に投光するようにしてもよい（以下、「第２の方法」と称する。）。第２の方法によれば、上記の各視野範囲５１の領域について同時に受光することができるため、全ての視野範囲５１（第１の視野範囲５１ａ、第２の視野範囲５１ｂ、第３の視野範囲５１ｃ）の投光に要する時間（スキャンスピード）を短縮することができる。

また、例えば、図５Ａに示すように、投光器が、第１の視野範囲５１ａ、第２の視野範囲５１ｂ、及び第３の視野範囲５１ｃに亘る帯状の領域５５について同時に投光するようにし、一方、受光器を、図５Ｂに示すように、第１の入射面１５１ａを、更に、第２の入射面１５１ｂに対し、第１の境界線１５１１に沿って傾斜角φ１で傾斜させるとともに、第３の入射面１５１ｃを、更に、第２の入射面１５１ｂに対し、第２の境界線１５２２に沿って、第１の入射面１５１ａとは逆の方向に傾斜角φ２で傾斜させるようにしてもよい（以下、「第３の方法」と称する。）。

尚、この場合、第１の入射面１５１ａは、第１の入射面１５１ａの面内に設定したｘ軸に平行な軸１５１６ａを中心として回転させることにより傾斜させてもよいし、ｘ軸と同じ方向に延伸する軸１５１７ａを中心として回転させることにより傾斜させてもよい。同様に、第３の入射面１５１ｃは、第３の入射面１５１ｃの面内に設定したｘ軸に平行な軸１５１６ｂを中心として回転させることにより傾斜させてもよいし、ｘ軸と同じ方向に延伸する軸１５１７ｂを中心として回転させることにより傾斜させてもよい。

上記の帯状の領域５５の太さ（同図ではｙ方向の距離（幅））は、異なる視野範囲５１からの反射光が同時に受光部１６に入射しないよう、隣接する視野範囲５１とのずれ幅（同図の例ではｙ方向のずれ量（段差））よりも短くなるように設定する。

図６Ａは、受光器を図５Ａ及び図５Ｂに示す構成とした場合における、視野範囲５１並びに受光部１６に集光される反射光の像（受光像）の例である。同図に示すように、各視野範囲５１からの反射光は、受光部１６の異なる受光素子に集光される。

尚、ちなみに光学素子１５１として図４Ａに示す構成のものを用いて同様の投光（第１の視野範囲５１ａから第３の視野範囲に亘る帯状の領域５５を同時に投光）を行った場合には、図６Ｂに示すように、受光部１６の同じ受光素子に各視野範囲５１からの反射光（各視野範囲５１の帯状の領域５５からの反射光）が同時に重なって集光されてしまう。

以上の第３の方法によれば、第１の視野範囲５１ａから第３の視野範囲５１ｃに亘る帯状の領域５５について同時に投光及び受光することができ、視野範囲５１の全体の投光に要する時間（スキャンスピード）の短縮を図ることができる。

以上のように、受光光学系１５の要素として簡素な構成からなる光学素子１５１を用いることで、受光部１６の受光面積を拡大することなく（受光素子の数を増やすことなく）、受光器の視野範囲（ＦＯＶ）を、第１の視野範囲５１ａから第３の視野範囲５１ｃに亘る範囲に容易に拡張することができる。また、傾斜角θ１，θ２や傾斜角φ１，φ２を調節することで、受光範囲（第１の視野範囲５１ａや第３の視野範囲５ｃ）を調節することができ、適用先のシステムが要求する仕様に柔軟に対応することができる。

＜投光光学系に光学素子を用いる場合＞
図７は、測定装置１００の投光器の投光光学系１４に、前述した光学素子１５１と同様の構成の光学素子１４１を用いた場合における、投光器と、投光器の視野範囲５１（投光範囲）（第１の視野範囲５１ａ、第２の視野範囲５１ｂ、第３の視野範囲５１ｃ）との関係を説明する図である。尚、同図では、投光器の要素（投光光学系１４、及び発光部１１）についてはこれらを発光部１１の光軸に垂直な方向から眺めた図（＋ｙ側から眺めた図）として描いており、また、各視野範囲５１については、上記光軸の方向から眺めた図（－ｚ側から眺めた図）として描いている。同図に示す矢線は、光学素子１４１から出射する光と各視野範囲５１（第１の視野範囲５１ａ、第２の視野範囲５１ｂ、第３の視野範囲５１ｃ）との対応を表している。尚、同図では、投光器のサイズを誇張して描いている。

同図に示すように、投光光学系１４は、プリズム構造を有する光学素子１４１と、他の光学系１４２（各種レンズ、各種フィルタ等）とを含む。

図８Ａに、光学素子１４１の外観斜視図を示す。同図に示すように、光学素子１４１は、その下面側（同図では－ｚ側）に発光部１１からの光が入射する入射面１４１ｉを有する。また、光学素子１４１は、その上面側（同図では＋ｚ側）に、発光部１１から入射面１４１ｉに入射する光を第１の視野範囲５１ａに向けて出射する第１の出射面１４１ａ、第１の出射面１４１ａに連続して形成され、発光部１１から入射面１４１ｉに入射する光を第２の視野範囲５１ｂに向けて出射する第２の出射面１４１ｂ、及び、第２の出射面１４１ｂに連続して形成され、発光部１１から入射面１４１ｉに入射する光を第３の視野範囲５１ｃに向けて出射する第３の出射面１４１ｃを有する。入射面１４１ｉ、第１の出射面１４１ａ、第２の出射面１４１ｂ、及び第３の出射面１４１ｃは、いずれも平坦面である。

図８Ｂは、光学素子１４１を図４Ａの－ｙ側から眺めた側面図である。入射面１４１ｉは、第２の出射面１４１ｂと平行になっている。また、第１の出射面１４１ａは、第２の出射面１４１ｂに対して第２の出射面１４１ｂとの第１の境界線１４１１を折り目として傾斜角θ１で＋ｚ側に傾斜し、それにより光学素子１４１の一端側（－ｘ側）にプリズム構造が形成されている。また、第３の出射面１４１ｃは、第２の出射面１４１ｂに対して第２の出射面１４１ｂとの第２の境界線１４１２を折り目として傾斜角θ２で＋ｚ側に傾斜し、それにより光学素子１４１の他端側（＋ｘ側）にプリズム構造が形成されている。

図７に戻り、光学素子１４１は、その光軸（第２の出射面１４１ｂの中央線を通り入射面１４１ｉに垂直な線（入射面１４１ｉの法線）。図８Ｂにおいて符号１４１５で示す軸）を、他の光学系１４２や発光部１１の光軸と一致させて配置している。

同図に示すように、発光部１１から出射した光は、他の光学系１４２を通過して光学素子１４１に入射し、それにより光学素子１４１から、第１の出射面１４１ａで屈折して第１の視野範囲５１ａに向かう第１の透過光、第２の出射面１４１ｂを透過して第２の視野範囲５１ｂに向かう第２の透過光、及び、第３の出射面１４１ｃで屈折して第３の視野範囲５１ｃに向かう第３の透過光が出射する。

このように、投光光学系１４の要素として光学素子１４１を用いることで、発光部１１の発光面積を拡大することなく（発光素子の数を増やすことなく）、投光器の視野範囲（ＦＯＶ）を、第１の視野範囲５１ａから第３の視野範囲５１ｃに亘る広い範囲に容易に拡張することができる。また、傾斜角θ１，θ２を調節することで投光範囲（第１の視野範囲５１ａや第３の視野範囲５ｃ）を調節することができ、測定装置１００の適用先のシステムが要求する仕様に柔軟に対応することができる。

以上、本発明の実施形態につき詳述したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために構成を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の実施形態の構成の一部について、他の構成に追加、削除、置換することが可能である。

例えば、以上では、視野範囲（投光範囲、受光範囲）が３つ（第１の視野範囲５１ａ、第２の視野範囲５１ｂ、第３の視野範囲５１ｃ）の場合を例として説明したが、本発明は、視野範囲を２つとした場合や、４つ以上とした場合にも適用することができる。

また、例えば、以上に説明した投光器及び受光器の構成（光学素子１５１を受光光学系１５の要素として用いる構成、光学素子１４１を投光光学系１４の要素として用いる構成）は、これらの双方を測定装置１００に適用するようにしてもよいし、いずれか一方のみを適用するようにしてもよい。

５０測定対象、５１ａ第１の視野範囲、５１ｂ第２の視野範囲、５１ｃ第３の視野範囲５１、１００測定装置、１１発光部、１１２投光制御装置、１１３電流源、１４投光光学系、１４１光学素子、１４２他の光学系、１５受光光学系、１５１光学素子、１５２他の光学系、１６受光部、１１７ＴＯＦ測定装置、１５０演算装置

Claims

投光器と、前記投光器が視野範囲に向けて投光することにより生じる反射光を受光する受光器と、を備え、
前記受光器は、受光部と、透過型の光学素子と、を含み、
前記光学素子は、
第１の視野範囲からの第１の反射光が入射する第１の入射面と、
前記第１の入射面に連続して形成され、前記第１の視野範囲に連続する第２の視野範囲からの第２の反射光が入射する第２の入射面と、
前記第１の反射光及び前記第２の反射光を、前記受光部の方向に出射する出射面と、
を有し、
前記第１の入射面、前記第２の入射面、及び前記出射面は、いずれも平坦面であり、
前記第２の入射面は、前記第１の入射面に対して前記第１の入射面との境界線を折り目として傾斜している、
測定装置。
請求項１に記載の測定装置であって、
前記投光器は、前記第１の視野範囲と前記第２の視野範囲を、夫々異なるタイミングで投光する、
測定装置。
請求項１に記載の測定装置であって、
前記受光部は、複数の受光素子を含み、
前記投光器は、前記第１の反射光及び前記第２の反射光が夫々異なる前記受光素子に入射するように、前記第１の視野範囲と前記第２の視野範囲を投光する、
測定装置。
請求項１に記載の測定装置であって、
前記受光部は、面状に配置された複数の受光素子を含み、
前記第２の入射面は、更に、前記第１の入射面に対して前記境界線に沿って傾斜し、
前記投光器は、前記第１の反射光及び前記第２の反射光が夫々前記受光部の異なる前記受光素子に入射するように、前記第１の視野範囲から前記第２の視野範囲に亘る帯状の領域を同時に投光する、
測定装置。
投光器と、前記投光器が視野範囲に向けて投光することにより生じる反射光を受光する受光器と、を備え、
前記受光器は、受光部と、透過型の光学素子と、を含み、
前記光学素子は、
第１の視野範囲からの第１の反射光が入射する第１の入射面と、
前記第１の入射面に連続して形成され、第２の視野範囲からの第２の反射光が入射する第２の入射面と、
前記第２の入射面に連続して形成され、第３の視野範囲からの第３の反射光が入射する第３の入射面と、
前記第１の反射光、前記第２の反射光、及び前記第３の反射光を、前記受光部の方向に出射する出射面と、
を有し、
前記第１の入射面、前記第２の入射面、前記第３の入射面、及び前記出射面は、いずれも平坦面であり、
前記第１の入射面は、前記第２の入射面に対して前記第２の入射面との第１の境界線を折り目として傾斜し、
前記第３の入射面は、前記第２の入射面に対して前記第２の入射面との第２の境界線を折り目として傾斜している、
測定装置。
請求項５に記載の測定装置であって、
前記投光器は、前記第１の視野範囲、前記第２の視野範囲、及び前記第３の視野範囲を、夫々異なるタイミングで投光する、
測定装置。
請求項５に記載の測定装置であって、
前記受光部は複数の受光素子を含み、
前記投光器は、前記第１の反射光、前記第２の反射光、及び前記第３の反射光が夫々、異なる前記受光素子に入射するように、前記第１の視野範囲、前記第２の視野範囲、及び前記第３の視野範囲を投光する、
測定装置。
請求項５に記載の測定装置であって、
前記受光部は、面状に配設された複数の受光素子を含み、
前記第１の入射面は、更に、前記第２の入射面に対し、前記第１の境界線に沿って傾斜し、
前記第３の入射面は、更に、前記第２の入射面に対し、前記第２の境界線に沿って、前記第１の入射面とは逆の方向に傾斜し、
前記投光器は、前記第１の反射光、前記第２の反射光、及び前記第３の反射光が夫々前記受光部の異なる前記受光素子に入射するように、前記第１の視野範囲から前記第３の視野範囲に亘る帯状の領域を同時に投光する、
測定装置。
投光器が視野範囲に向けて投光することにより生じる反射光を受光する投光器が測定対象に向けて投光することにより生じる反射光を受光する受光器であって、
受光部と、透過型の光学素子と、を含み、
前記光学素子は、
第１の視野範囲からの第１の反射光が入射する第１の入射面と、
前記第１の入射面に連続して形成され、前記第１の視野範囲に連続する第２の視野範囲からの第２の反射光が入射する第２の入射面と、
前記第１の反射光及び前記第２の反射光を、前記受光部の方向に出射する出射面と、
を有し、
前記第１の入射面、前記第２の入射面、及び前記出射面は、いずれも平坦面であり、
前記第２の入射面は、前記第１の入射面に対して前記第１の入射面との境界線を折り目として傾斜している、
受光器。
請求項9に記載の受光器であって、
前記受光部は、面状に配置された複数の受光素子を含み、
前記第２の入射面は、更に、前記第１の入射面に対して前記境界線に沿って傾斜している、
受光器。
投光器が視野範囲に向けて投光することにより生じる反射光を受光する投光器が測定対象に向けて投光することにより生じる反射光を受光する受光器であって、
受光部と、透過型の光学素子と、を含み、
前記光学素子は、
第１の視野範囲からの第１の反射光が入射する第１の入射面と、
前記第１の入射面に連続して形成され、第２の視野範囲からの第２の反射光が入射する第２の入射面と、
前記第２の入射面に連続して形成され、第３の視野範囲からの第３の反射光が入射する第３の入射面と、
前記第１の反射光、前記第２の反射光、及び前記第３の反射光を、前記受光部の方向に出射する出射面と、
を有し、
前記第１の入射面、前記第２の入射面、前記第３の入射面、及び前記出射面は、いずれも平坦面であり、
前記第１の入射面は、前記第２の入射面に対して前記第２の入射面との第１の境界線を折り目として傾斜し、
前記第３の入射面は、前記第２の入射面に対して前記第２の入射面との第２の境界線を折り目として傾斜している、
受光器。
請求項１１に記載の受光器であって、
前記受光部は、面状に配設された複数の受光素子を含み、
前記第１の入射面は、更に、前記第２の入射面に対し、前記第１の境界線に沿って傾斜し、
前記第３の入射面は、更に、前記第２の入射面に対し、前記第２の境界線に沿って、前記第１の入射面とは逆の方向に傾斜する、
受光器。
投光器と、前記投光器が測定対象に向けて投光することにより生じる反射光を受光する受光器と、を備え、
前記投光器は、発光部と、透過型の光学素子と、を含み、
前記光学素子は、
前記発光部からの光が入射する入射面と、
前記入射面に入射する光を第１の視野範囲に向けて出射する第１の出射面と、
前記入射面に入射する光を第２の視野範囲に向けて出射する第２の出射面と、
を有し、
前記入射面、前記第１の出射面、及び前記第２の出射面は、いずれも平坦面であり、
前記第２の出射面は、前記第１の出射面に対して前記第２の出射面との境界線を軸として傾斜している、
測定装置。
投光器と、前記投光器が測定対象を投光することにより生じる反射光を受光する受光器と、を備え、
前記投光器は、発光部と、透過型の光学素子と、を含み、
前記光学素子は、
前記発光部からの光が入射する入射面と、
前記入射面に入射する光を第１の視野範囲に向けて出射する第１の出射面と、
前記入射面に入射する光を第２の視野範囲に向けて出射する第２の出射面と、
前記入射面に入射する光を第３の視野範囲に向けて出射する第３の出射面と、
を有し、
前記入射面、前記第１の出射面、前記第２の出射面、及び前記第３の出射面は、いずれも平坦面であり、
前記第１の出射面は、前記第２の出射面に対して前記第２の出射面との第１の境界線を折り目として傾斜し、
前記第３の出射面は、前記第２の出射面に対して前記第２の出射面との第２の境界線を折り目として傾斜している、
測定装置。
視野範囲に向けて投光する投光器であって、
発光部と、透過型の光学素子と、を含み、
前記光学素子は、
前記発光部からの光が入射する入射面と、
前記入射面に入射する光を第１の視野範囲に向けて出射する第１の出射面と、
前記入射面に入射する光を第２の視野範囲に向けて出射する第２の出射面と、
を有し、
前記入射面、前記第１の出射面、及び前記第２の出射面は、いずれも平坦面であり、
前記第２の出射面は、前記第１の出射面に対して前記第２の出射面との境界線を軸として傾斜している、
投光器。
視野範囲に向けて投光する投光器であって、
発光部と、透過型の光学素子と、を含み、
前記光学素子は、
前記発光部からの光が入射する入射面と、
前記入射面に入射する光を第１の視野範囲に向けて出射する第１の出射面と、
前記入射面に入射する光を第２の視野範囲に向けて出射する第２の出射面と、
前記入射面に入射する光を第３の視野範囲に向けて出射する第３の出射面と、
を有し、
前記入射面、前記第１の出射面、前記第２の出射面、及び前記第３の出射面は、いずれも平坦面であり、
前記第１の出射面は、前記第２の出射面に対して前記第２の出射面との第１の境界線を折り目として傾斜し、
前記第３の出射面は、前記第２の出射面に対して前記第２の出射面との第２の境界線を折り目として傾斜している、
投光器。