JP7002979B2 - 照射装置及び受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁波の受信及び照射に関する。

従来から、電磁波であるレーザ光を用いたライダ（ＬＩＤＡＲ：Ｌａｓｅｒ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ、Ｌａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ または ＬｉＤＡＲ：Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）などの計測装置が知られている。例えば、特許文献１には、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーを用いたライダが開示されている。

特開２０１６－１８４０１８号公報

一般的に、ウォブリング型のＭＥＭＳミラーを、水平方向を走査するライダに適用した場合には、出射光を水平方向に変換する為に回転対象な光学系を用いるため、受光素子に向けて外界からの入射光を集光する光学系は、サジタル方向の瞳倍率が小さくなるという問題があった。

本発明の解決しようとする課題としては、上記のものが一例として挙げられる。本発明は、電磁波の照射範囲を拡大可能な照射装置、及び、受光範囲を好適に拡大可能な受信装置を提供することを目的とする。

請求項に記載の発明は、照射部により照射された電磁波を所定の方向に向けて照射する照射装置であって、照射部によって照射された電磁波を透過するフィルタ部と、枠部に対して揺動し、前記フィルタ部によって透過された前記電磁波を第１反射波として反射する第１反射部と、を備え、前記フィルタ部は、前記フィルタ部を透過した前記電磁波の前記第１反射部への入射角よりも大きな角度で前記第１反射部に入射するように、前記第１反射波を前記第１反射部に反射し、前記第１反射部は、前記フィルタ部によって反射された前記第１反射波を、前記フィルタ部を透過する第２反射波として反射する。

また、請求項に記載の発明は、照射部により照射された電磁波が物体によって反射された反射波を受信する受信装置であって、前記反射波を透過するフィルタ部と、枠部に対して揺動し、前記フィルタ部によって透過された前記反射波を第１反射波として反射する第１反射部と、を備え、前記フィルタ部は、前記フィルタ部を透過した前記電磁波の前記第１反射部への入射角よりも小さな角度で前記第１反射部に入射するように、前記第１反射波を前記第１反射部に反射し、前記第１反射部は、前記フィルタ部によって反射された前記第１反射波を、前記フィルタ部を透過して受信部へ入射する第２反射波として反射する。

第１実施例に係る照射装置の概略構成を示す。 ＭＥＭＳミラーの動作範囲を概略的に示した図である。 透過率角度依存フィルタの光学的作用を説明する図である。 透過率角度依存フィルタの入射角に基づく透過率の特性を表すグラフである。 ＭＥＭＳミラーにより３回反射する場合の透過率角度依存フィルタの光学的作用を示した図である。 第２実施例に係る受信装置の概略構成を示す。 ＭＥＭＳミラーにより３回反射する場合の透過率角度依存フィルタの光学的作用を示した図である。 第３実施例に係る計測装置の概略構成を示す。 ＭＥＭＳミラーデバイスの一構成例を示した上面図である。 光学部材の構成例を示す。

本発明の好適な実施形態では、照射部により照射された電磁波を所定の方向に向けて照射する照射装置であって、照射部によって照射された電磁波を透過するフィルタ部と、枠部に対して揺動し、前記フィルタ部によって透過された前記電磁波を第１反射波として反射する第１反射部と、を備え、前記フィルタ部は、前記フィルタ部を透過した前記電磁波の前記第１反射部への入射角よりも大きな角度で前記第１反射部に入射するように、前記第１反射波を前記第１反射部に反射し、前記第１反射部は、前記フィルタ部によって反射された前記第１反射波を、前記フィルタ部を透過する第２反射波として反射する。この態様によれば、照射装置は、第１反射部の傾き角度が制限される場合であっても、見た目の第１反射部の傾き角度を大きくして電磁波の照射範囲を好適に拡大させることができる。

上記照射装置の一態様では、前記フィルタ部は、透過率角度依存性を有する光学部材である。この態様によれば、フィルタ部は、照射部によって照射された電磁波を透過しつつ、第１反射波を第１反射部に反射し、かつ、第２反射波を透過して外部へ射出することができる。

上記照射装置の他の一態様では、前記フィルタ部は、当該フィルタ部への入射角度が第１角度から前記第１角度より大きい第２角度までの角度となる電磁波を反射し、前記入射角度が前記第１角度未満となる第３角度以下又は前記第２角度より大きい第４角度以上となる電磁波を透過し、前記照射部によって照射された電磁波は、前記入射角度が前記第３角度以下となり、前記第１反射波は、前記入射角度が前記第１角度から前記第２角度までの角度となり、前記第２反射波は、前記入射角度が前記第４角度以上となる。フィルタ部は、このような透過率の角度依存性を有することにより、照射部によって照射された電磁波を透過しつつ、第１反射波を第１反射部に反射し、かつ、第２反射波を透過して外部へ射出することができる。

上記照射装置の他の一態様では、前記第１反射部は、前記枠部に対する傾き角が所定角度範囲内で変動し、前記傾き角が前記所定角度範囲内の任意の角度となる場合に、前記フィルタ部は、前記第１反射波を前記第１反射部に反射し、前記第１反射部は、前記フィルタ部によって反射された前記第１反射波を前記第２反射波として反射する。この態様により、照射装置は、第１反射部の傾き角を変調させて主走査方向と垂直な方向についても走査を行う場合に、垂直方向の走査角度（垂直視野角）を好適に拡大させることができる。

上記照射装置の他の一態様では、前記第１反射部は、前記フィルタ部に対して傾いている。これにより、フィルタ部は、フィルタ部を透過した電磁波の第１反射部への入射角よりも大きな角度で第１反射部に入射するように、第１反射波を第１反射部に反射することが可能となる。好適には、前記フィルタ部は、前記枠部と平行に設けられているとよい。第１反射部は枠部に対して揺動するため、この態様により、第１反射部は、フィルタ部に対して好適に傾く。

上記照射装置の他の一態様では、前記第１反射部は、前記フィルタ部により反射された前記第１反射波を前記第１反射波として再反射した後、前記第１反射波を前記第２反射波として前記フィルタ部に反射する。この態様により、照射装置は、見た目の第１反射部の傾き角度を大幅に拡大することができる。例えば、前記第１反射部が、フィルタ部により反射された第１反射波を１回再反射する場合は、見た目の第１反射部の傾き角度を、フィルタ部を配置しない場合における第１反射部の傾き角度の２倍にすることができる。すなわち、再反射させる回数を増やすと、それに応じて見た目の第１反射部の傾き角度を、２倍、３倍、…と増倍させることができる。

本発明の他の実施形態では、照射部により照射された電磁波が物体によって反射された反射波を受信する受信装置であって、前記反射波を透過するフィルタ部と、枠部に対して揺動し、前記フィルタ部によって透過された前記反射波を第１反射波として反射する第１反射部と、を備え、前記フィルタ部は、前記フィルタ部を透過した前記電磁波の前記第１反射部への入射角よりも小さな角度で前記第１反射部に入射するように、前記第１反射波を前記第１反射部に反射し、前記第１反射部は、前記フィルタ部によって反射された前記第１反射波を、前記フィルタ部を透過して受信部へ入射する第２反射波として反射する。この態様によれば、受信装置は、第１反射部の傾き角度の制限により、第１反射部に入射した反射波を直接受光部に反射できない反射波についても、フィルタ部を介することで受信部に好適に導くことができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な第１～第３実施例について説明する。以後において、「照射」及び「射出」は、共に、光が出力されることを指し、主に、反射部や対象物などの光が当たる対象の存在を前提とした説明では「照射」、光が当たる対象の存在を特に前提としない（意識しない）説明では「射出」を以下の説明において便宜上用いるものとする。

＜第１実施例＞
図１は、第１実施例に係る照射装置１０の概略構成を示す。照射装置１０は、電磁波（例えば、波長９０５ｎｍの赤外線）であるレーザ光（「射出光Ｌｔ」とも呼ぶ。）を外界へ射出する。照射装置１０は、主に、射出光Ｌｔを射出する光源部１と、ＭＥＭＳミラー２と、透過率角度依存フィルタ９とを備える。

以後では、光源部１から射出された射出光ＬｔがＭＥＭＳミラー２に入射する方向（即ちＭＥＭＳミラー２が傾いていない時の法線方向）を「ｚ軸方向」、ｚ軸に垂直となる方向をそれぞれ「ｘ軸方向」、「ｙ軸方向」とし、これらの各正方向を図示のように定める。図１は、照射装置１０のｘ－ｚ断面を表しており、ＭＥＭＳミラー２は、ｙ軸回りにチルト角度「ψ」だけ傾いている。なお、チルト角度ψは、ＭＥＭＳミラー２の法線方向がｚ軸に対してなす角度に等しい。図１の二点鎖線は、ＭＥＭＳミラー２の法線方向を示している。

ＭＥＭＳミラー２は、図示しない枠部に対して揺動することで、光源部１から入射するレーザ光を透過率角度依存フィルタ９に向けて反射し、透過率角度依存フィルタ９により反射された光を再び反射して外界へ向けて反射する。ＭＥＭＳミラー２は、例えば静電駆動方式のミラーであり、図示しない制御部により動作が制御されるウォブリング（揺動）型のミラーである。ＭＥＭＳミラー２は、本発明における「第１反射部」の一例である。

透過率角度依存フィルタ９は、ＭＥＭＳミラー２の反射面と対向し、かつ、ｘｙ平面（即ち図示しないＭＥＭＳミラー２の枠部）と平行な状態で載置され、ＭＥＭＳミラー２へ入射する光及びＭＥＭＳミラー２により反射される光の光路上に設けられている。そして、透過率角度依存フィルタ９は、光の入射角によってその光の透過率が変化するフィルタである。図１の例では、透過率角度依存フィルタ９は、光源部１から射出された射出光Ｌｔを透過させた後、ＭＥＭＳミラー２により反射された射出光Ｌｔを反射し、ＭＥＭＳミラー２により再反射された射出光Ｌｔを透過させている。なお、透過率角度依存フィルタ９は、例えば、ＭＥＭＳミラー２の窓板に代えて設けられてもよい。透過率角度依存フィルタ９は、本発明における「フィルタ部」の一例である。

図２は、ＭＥＭＳミラー２の動作範囲を概略的に示した図である。図２の例では、ＭＥＭＳミラー２は、矢印９０に示すように、チルト角ψが角度「ψ_０」を保ちながらｚ軸回りに回転する。また、好適には、ＭＥＭＳミラー２のチルト角ψは、角度ψ_０を中心として角度「Δψ」だけ変調自在である。この場合、ＭＥＭＳミラー２のチルト角ψについて以下の式（１）が成立する。
ψ_０－Δψ ≦ ψ ≦ ψ_０＋Δψ （１）
なお、一般的に、製造方法等の理由から、角度ψ_０及び角度Δψを大きな角度とするのは困難となっている。そして、本実施例では、ＭＥＭＳミラー２の反射面と対向する位置に透過率角度依存フィルタ９を設けることで、チルト角度に制限があるウォブリング型のＭＥＭＳミラー２の見た目（見かけ上）のチルト角度ψを大きくし、走査角を好適に拡大する。

図３は、図１に示す透過率角度依存フィルタ９の光学的作用を説明する図である。まず、射出光Ｌｔは、ｚ軸に沿って透過率角度依存フィルタ９に対して垂直に（即ち入射角０°により）入射して透過率角度依存フィルタ９を透過した後、ＭＥＭＳミラー２のチルト角ψに等しい入射角ψによりＭＥＭＳミラー２へ入射する。その後、射出光Ｌｔは、ＭＥＭＳミラー２で反射することで、入射角２ψにより透過率角度依存フィルタ９に入射し、透過率角度依存フィルタ９により反射されることによりＭＥＭＳミラー２へ再入射する。そして、ＭＥＭＳミラー２へ再入射した射出光Ｌｔは、ＭＥＭＳミラー２で反射後、入射角４ψにより透過率角度依存フィルタ９に入射し、透過率角度依存フィルタ９を透過する。なお、ＭＥＭＳミラー２により最初に反射された射出光Ｌｔは、本発明における「第１反射波」の一例であり、ＭＥＭＳミラー２により最後（２回目）に反射された射出光Ｌｔは、本発明における「第２反射波」の一例である。

このように、図３の例では、透過率角度依存フィルタ９は、入射角０°及び入射角４ψの光を高い１００％に近い透過率により透過し、かつ、入射角２ψの光を０％に近い透過率により反射するような透過率の入射角依存性を有する。この入射角依存性については、図４を参照して後述する。

また、図３の例では、ＭＥＭＳミラー２が射出光Ｌｔを最初に反射したときの反射光がｚ軸となす角度は「２ψ」であるのに対し、ＭＥＭＳミラー２が射出光Ｌｔを２回目に反射したときの反射光（即ち外界へ射出される射出光Ｌｔ）がｚ軸となす角度は２倍の「４ψ」となっている。このように、照射装置１０は、透過率角度依存フィルタ９を備えることで、透過率角度依存フィルタ９を備えない構成と比較し、ＭＥＭＳミラー２のチルト角度ψを２倍にしたときと同じ角度により射出光Ｌｔを射出することができる。よって、本実施例に係る照射装置１０によれば、一般的にチルト角度に制限があるウォブリング型のＭＥＭＳミラー２の見た目（見かけ上）のチルト角度ψを大きくし、走査角を好適に拡大することができる。

また、ＭＥＭＳミラー２のチルト角が式（１）により表される場合、照射装置１０は、外界へ射出される射出光Ｌｔを、ｚ軸に対して傾き角４ψ_０を中心に「±４Δψ」で変調させることが可能となる。なお、照射装置１０は、仮に透過率角度依存フィルタ９を備えない場合には、外界へ射出される射出光Ｌｔを、ｚ軸に対して傾き角２ψ_０を中心に「±２Δψ」で変調させることになる。従って、照射装置１０は、透過率角度依存フィルタ９を備えることで、変調角を実質的に倍増し、水平方向（即ち主走査方向）に対して垂直な走査角度である垂直視野角を好適に倍増することもできる。

次に、透過率角度依存フィルタ９の透過率の入射角依存性について、図４を参照して説明する。

図４は、透過率角度依存フィルタ９の入射角に基づく透過率の特性を表すグラフである。図４の例では、入射角０°～３°、かつ、入射角４３°～６９°の帯域は、約１００％（ここでは９８％以上）の透過率となる帯域（「透過帯域」とも呼ぶ。）となる。一方、入射角２１°～３５°の帯域においては、約０％（ここでは２％以下）の透過率となる帯域（「反射帯域」とも呼ぶ。）となっている。なお、当該反射帯域では、誘電体多層膜などのフィルタ９自体の吸収を無視できる場合は、「反射率＝１－透過率」となるため、反射帯域では約１００％の反射率となる。

例えば、透過率角度依存フィルタ９が図４に示す特性を有する場合であって、角度ψ_０が「１４°」、角度Δψが「３°」となる場合、式（１）に基づき、「２２°≦２ψ≦３４°」、かつ、「４４°≦４ψ≦６８°」が成立する。よって、この場合、透過率角度依存フィルタ９は、入射角０°及び入射角４ψの光を１００％に近い透過率により透過し、かつ、入射角２ψの光を０％に近い透過率により反射するため、図１及び図３に示す光学的作用を好適に実現することが可能である。

なお、角度Δψの理論上の上限値は、図４に示す透過帯域と反射帯域とが重ならないようにするため、
Δψ ＜ ψ_０／（２Ｎ－１）
となる必要がある。

また、透過率と入射角との関係を示すグラフにおいてリップルの少ない透過率角度依存フィルタ９を製造するため、透過率角度依存フィルタ９は、例えば、ルゲート型フィルタや、各層の膜厚を調整して製膜した誘電体多層膜により構成されるとよい。

なお、図４における入射角２１°は、本発明における「第１角度」の一例であり、入射角３５°は、本発明における「第２角度」の一例である。また、入射角３°は、本発明における「第３角度」の一例であり、入射角度４３°は、本発明における「第４角度」の一例である。

図１及び図３の例では、透過率角度依存フィルタ９は、射出光ＬｔをＭＥＭＳミラー２に２回反射させるように構成されていた。これに代えて、透過率角度依存フィルタ９は、射出光Ｌｔを３回以上ＭＥＭＳミラー２に反射させるように構成されてもよい。

すなわち、透過率角度依存フィルタ９は、光源部１からのレーザ光をＮ回（Ｎは３以上の整数）反射させることにより、ｚ軸となす角度が「２ψ・Ｎ」となる射出光Ｌｔを照射装置１０外へ射出させる。

図５は、「Ｎ＝３」となる場合の透過率角度依存フィルタ９の光学的作用を示した図である。図５の例では、透過率角度依存フィルタ９は、入射角０°及び入射角６ψの光を１００％に近い透過率により透過し、かつ、入射角２ψ及び４ψの光を０％に近い透過率により反射するような透過率の入射角依存性を有する。そして、ＭＥＭＳミラー２が射出光Ｌｔを最初に反射したときの反射光がｚ軸となす角度は２ψであるのに対し、ＭＥＭＳミラー２が射出光Ｌｔを最後（即ち３回目）に反射したときの反射光（即ち外界へ射出される射出光Ｌｔ）がｚ軸となす角度は「６ψ」となっている。なお、ＭＥＭＳミラー２により最初及び２回目に反射された射出光Ｌｔは、本発明における「第１反射波」の一例であり、ＭＥＭＳミラー２により最後に反射された射出光Ｌｔは、本発明における「第２反射波」の一例である。

このように、図５の例によれば、透過率角度依存フィルタ９は、ＭＥＭＳミラー２の見た目のチルト角度を３倍にし、走査角を好適に拡大することができる。なお、実際には、射出光Ｌｔは、所定長の光束径を有し、透過率角度依存フィルタ９で反射された射出光Ｌｔの光束全体若しくは大部分がＭＥＭＳミラー２へ入射する必要がある。一方、ＭＥＭＳミラー２での反射回数Ｎが大きいほど、ＭＥＭＳミラー２に照射される射出光Ｌｔの照射範囲は広がる。よって、ＭＥＭＳミラー２の大きさの制限等を勘案すると、現実的には、「Ｎ≦３」が好ましい。

以上説明したように、本実施例に係る照射装置１０は、光源部１により照射された電磁波である射出光Ｌｔを所定の方向に向けて照射するものであって、光源部１により射出された射出光Ｌｔを透過する透過率角度依存フィルタ９と、透過率角度依存フィルタ９により透過された射出光Ｌｔを第１反射波として反射するＭＥＭＳミラー２とを備える。そして、透過率角度依存フィルタ９は、透過率角度依存フィルタ９を透過した射出光ＬｔのＭＥＭＳミラー２への入射角よりも大きな角度でＭＥＭＳミラー２に入射するように、第１反射波をＭＥＭＳミラー２に反射し、ＭＥＭＳミラー２は、透過率角度依存フィルタ９によって反射された第１反射波を、透過率角度依存フィルタ９を透過する第２反射波として反射する。これにより、照射装置１０は、チルト角度に制限があるウォブリング型のＭＥＭＳミラー２の見た目のチルト角度を大きくし、走査角を好適に拡大することができる。

＜第２実施例＞
図６は、第２実施例に係る受信装置１１の概略構成を示す。第２実施例は、第１実施例の照射装置１０が備える透過率角度依存フィルタ９をレーザ受信光学系に適用した例であって、第２実施例に係る受信装置１１は、図示しない光源から射出されたレーザ光が外界の物体によって反射された光（「戻り光Ｌｒ」とも呼ぶ。）を受光する。図６に示す受信装置１１は、ＭＥＭＳミラー２と、アバランシェフォトダイオード（Ａｖａｌａｎｃｈｅ ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）などの受光部４と、透過率角度依存フィルタ９とを備える。なお、第２実施例では、受光部４に入射する戻り光ＬｒがＭＥＭＳミラー２から射出される方向をｚ軸としている。

ここで、ＭＥＭＳミラー２は、図１～図３に示した照射装置１０のＭＥＭＳミラー２と同様、傾き（即ち光走査の角度）が所定の範囲内で変化するウォブリング（揺動）型のミラーである。また、透過率角度依存フィルタ９は、第１実施例と同様、ＭＥＭＳミラー２の反射面と対向し、かつ、ｘｙ平面と平行な状態で載置され、ＭＥＭＳミラー２へ入射する戻り光Ｌｒ及びＭＥＭＳミラー２を反射する戻り光Ｌｒの光路上に設けられている。そして、透過率角度依存フィルタ９は、透過率の入射角度依存性を有し、外界から入射した戻り光Ｌｒを透過させた後、ＭＥＭＳミラー２により反射された戻り光Ｌｒを反射し、ＭＥＭＳミラー２により再反射された戻り光Ｌｒを透過させることで、戻り光Ｌｒを受光部４へ導く。

図６の例では、まず、戻り光Ｌｒは、入射角４ψにより透過率角度依存フィルタ９に入射して透過率角度依存フィルタ９を透過した後、入射角４ψによりＭＥＭＳミラー２に入射する。その後、戻り光Ｌｒは、ＭＥＭＳミラー２で反射されることにより、入射角２ψにより透過率角度依存フィルタ９に入射する。そして、戻り光Ｌｒは、透過率角度依存フィルタ９に再び反射されることにより入射角２ψによりＭＥＭＳミラー２へ再入射し、その後ＭＥＭＳミラー２で反射されて入射角０°により透過率角度依存フィルタ９に入射し、透過率角度依存フィルタ９を透過することにより受光部４へ到達する。なお、ＭＥＭＳミラー２により最初に反射された戻り光Ｌｒは、本発明における「第１反射波」の一例であり、ＭＥＭＳミラー２により最後（２回目）に反射された戻り光Ｌｒは、本発明における「第２反射波」の一例である。

このように、図６の例では、透過率角度依存フィルタ９は、第１実施例の図１の例と同様、入射角０°及び入射角４ψの光を１００％に近い透過率により透過し、かつ、入射角２ψの光を０％に近い透過率により反射するような透過率の入射角依存性を有する。従って、透過率角度依存フィルタ９は、例えば、図４に示すような透過率の入射角依存性を有するとよい。

そして、第２実施例に係る受信装置１１によれば、チルト角度ψに制限があるウォブリング型のＭＥＭＳミラー２の見た目のチルト角度を大きくすることができる。また、一般的に、見た目のチルト角度ψが大きいほど、サジタル方向の瞳倍率が拡大する。そして、本実施例に係る受信装置１１の構成によれば、見た目のチルト角度を拡大することができるため、見た目のＭＥＭＳミラー２のミラー径を拡大させ、受信光量を好適に増やすことができる。

なお、受信装置１１に用いられる透過率角度依存フィルタ９は、第１実施例の照射装置１０に用いられる透過率角度依存フィルタ９と同様、外部から入射する光を３回以上ＭＥＭＳミラー２に反射させる（即ちＭＥＭＳミラー２での反射回数Ｎが３以上となる）ように構成されてもよい。

図７は、「Ｎ＝３」となる透過率角度依存フィルタ９の光学的作用を示した図である。図７の例では、透過率角度依存フィルタ９は、入射角０°及び入射角６ψの光を１００％に近い透過率により透過し、かつ、入射角２ψ及び４ψの光を０％に近い透過率により反射するような透過率の入射角依存性を有する。そして、この例によれば、受信装置１１は、入射角６ψでＭＥＭＳミラー２に入射した戻り光Ｌｒを、好適に受光部４へ導くことができる。なお、ＭＥＭＳミラー２により最初及び２回目に反射された戻り光Ｌｒは、本発明における「第１反射波」の一例であり、ＭＥＭＳミラー２により最後に反射された戻り光Ｌｒは、本発明における「第２反射波」の一例である。

このように、図７の例によれば、透過率角度依存フィルタ９は、ＭＥＭＳミラー２の見た目のチルト角度を３倍にし、見た目のＭＥＭＳミラー２のミラー径を拡大させ、受信光量を好適に増やすことができる。なお、第１実施例と同様、戻り光Ｌｒの光束の一部が欠けることなく受光部４へ入射するには、現実的には「Ｎ≦３」が好ましい。

以上説明したように、第２実施例に係る受信装置１１は、物体によって反射された戻り光Ｌｒを受信する受信装置であって、戻り光Ｌｒを透過する透過率角度依存フィルタ９と、透過率角度依存フィルタ９により透過された戻り光Ｌｒを第１反射波として反射するＭＥＭＳミラー２とを備える。そして、透過率角度依存フィルタ９は、透過率角度依存フィルタ９を透過した戻り光ＬｒのＭＥＭＳミラー２への入射角よりも小さな角度でＭＥＭＳミラー２に入射するように、第１反射波をＭＥＭＳミラー２に反射し、ＭＥＭＳミラー２は、透過率角度依存フィルタ９によって反射された第１反射波を、透過率角度依存フィルタ９を透過して受光部４へ入射する第２反射波として反射する。これにより、受信装置１１は、チルト角度ψに制限があるウォブリング型のＭＥＭＳミラー２の見た目のチルト角度を大きくすることができる。

＜第３実施例＞
第３実施例は、第１実施例の照射装置１０及び第２実施例の受信装置１１をライダに適用した例を示す。

図８は、第３実施例に係る計測装置１００の概略構成を示す。計測装置１００は、計測対象物ＯＢに対して電磁波である赤外線（例えば、波長９０５ｎｍ）の射出光Ｌｔを射出し、その戻り光Ｌｒを受光して計測対象物ＯＢまでの距離を計測する。計測装置１００は、例えば車両に搭載され、車両から所定距離以内となる領域を計測範囲とするライダである。図示のように、計測装置１００は、光源部１と、ＭＥＭＳミラー２を有するＭＥＭＳミラーデバイス２０と、光学部材３と、受光部４と、制御部５とを備える。

光源部１は、赤外線の射出光ＬｔをＭＥＭＳミラーデバイス２０のＭＥＭＳミラー２へ向けて射出する。受光部４は、受光した戻り光Ｌｒの光量に対応する検出信号を生成して制御部５へ送る。

ＭＥＭＳミラーデバイス２０は、ＭＥＭＳミラー２を有し、光源部１から入射する射出光Ｌｔを光学部材３に向けて反射する。また、ＭＥＭＳミラーデバイス２０は、光学部材３から入射する戻り光Ｌｒを、受光部４へ向けて反射する。ＭＥＭＳミラーデバイス２０は、例えば、水平方向において３６０度の範囲で射出光Ｌｔを反射させる。

光学部材３は、ＭＥＭＳミラー２から入射する射出光Ｌｔを計測装置１００の外へ射出させると共に、計測対象物ＯＢにおいて反射された戻り光Ｌｒを、ＭＥＭＳミラー２へ入射させる。また、光学部材３は、第１及び第２実施例で説明した透過率角度依存フィルタ９を有する。透過率角度依存フィルタ９は、射出光Ｌｔ及び戻り光ＬｒをＭＥＭＳミラー２へ向けて反射することで、射出光Ｌｔ及び戻り光ＬｒをそれぞれＭＥＭＳミラー２により複数回反射させ、ＭＥＭＳミラー２の見た目のチルト角度を拡大させる。

制御部５は、光源部１からの射出光Ｌｔの射出を制御するとともに、受光部４から供給された検出信号を処理して計測対象物ＯＢまでの距離を算出する。また、制御部５は、ＭＥＭＳミラー２の傾きに関する制御信号をＭＥＭＳミラー２に送信することで、射出光Ｌｔの照射方向をＭＥＭＳミラー２により徐変させる。

図９は、ＭＥＭＳミラーデバイス２０の一構成例を示した上面図である。図９に示すように、ＭＥＭＳミラーデバイス２０は、主に、ＭＥＭＳミラー２と、フレーム部１２と、固定枠１３と、磁石１４Ａ～１４Ｄと、Ｘ軸トーションバー１５Ａ、１５Ｂと、Ｙ軸トーションバー１６Ａ、１６Ｂと、歪ゲージ１７Ｖ、１７Ｈとを有する。

固定枠１３は、フレーム部１２を支持するための構造体であり、金属材料またはシリコンなどの半導体材料によって形成される。固定枠１３は、内部に空隙を備える枠形状を有している。フレーム部１２は、内部に空隙を備える枠形状を有している。フレーム部１２は、Ｘ軸トーションバー１５Ａ、１５Ｂを介し固定枠１３に接続されており、固定枠１３に対してＸ軸トーションバー１５Ａ、１５Ｂを回転軸として揺動（回転）自在となっている。固定部１１及びフレーム部１２は、本発明における「枠部」の一例である。ＭＥＭＳミラー２は、フレーム部１２に対してＹ軸トーションバー１６Ａ、１６Ｂを回転軸として揺動自在となっている。固定枠１３及びフレーム部１２の表面には、凸パターンが形成されており、固定枠１３からＸ軸トーションバー１５Ａ、１５Ｂを経由して延びる配線パターンは、フレーム部１２の枠形状に沿って、フレーム部１２の表面上にコイル１８を形成する。磁石１４Ａ～１４Ｄは、フレーム部１２の周辺に配置され、フレーム部１２に形成されるコイル１８が存在する領域に、水平（Ｈ）方向及び垂直（Ｖ）方向の磁界を発生させる。また、Ｘ軸トーションバー１５Ｂ付近には、歪ゲージ１７Ｖが設けられ、Ｙ軸トーションバー１６Ｂ付近には、歪ゲージ１７Ｈが設けられている。歪ゲージ１７Ｖは、ＭＥＭＳミラー２の垂直（Ｖ）方向の位置を検出するセンサであり、Ｘ軸トーションバー１５Ｂのねじれ量とねじれ方向に対応する電圧を出力する。歪ゲージ１７Ｈは、ＭＥＭＳミラー２の水平（Ｈ）方向の位置を検出するセンサであり、Ｙ軸トーションバー１６Ｂのねじれ量とねじれ方向に対応する電圧を出力する。

図１０は、光学部材３の構成例を示す。図１０に示す光学部材３は、光サーキュレータ７と、全方位レンズ８と、透過率角度依存フィルタ９とを有する。

光サーキュレータ７は、光源部１が射出した射出光Ｌｔを平行光にしてｚ軸負方向に存在するＭＥＭＳミラー２に向けて射出すると共に、ＭＥＭＳミラー２で反射した戻り光Ｌｒを集光してｚ軸正方向に存在する受光部４へ導く。

全方位レンズ８は、ｚ軸について回転対称な形状を有し、ＭＥＭＳミラー２が反射した射出光Ｌｔの視野を３６０度の水平方向に変換すると共に、３６０度の水平方向から入射した戻り光ＬｒをＭＥＭＳミラー２に入射させる。また、全方位レンズ８は、例えばｚ軸に沿って中心に孔が形成され、光サーキュレータ７からＭＥＭＳミラー２に向けて射出された射出光Ｌｔを孔を介してＭＥＭＳミラー２へ導くと共に、ＭＥＭＳミラー２で反射された戻り光Ｌｒを孔を介して光サーキュレータ７へ導く。

透過率角度依存フィルタ９は、ＭＥＭＳミラーデバイス２０と平行な状態で載置され、ＭＥＭＳミラー２へ入射する射出光Ｌｔ及び戻り光Ｌｒの光路上であって、ＭＥＭＳミラー２により反射される射出光Ｌｔ及び戻り光Ｌｒの光路上に設けられている。そして、透過率角度依存フィルタ９は、透過率の入射角度依存性を有し、光源部１から射出された射出光Ｌｔを透過させ、かつ、ＭＥＭＳミラー２により反射された射出光Ｌｔを１又は複数回反射後、所定角度以上の入射角となった射出光Ｌｔを透過させて全方位レンズ８へ導く。同様に、透過率角度依存フィルタ９は、全方位レンズ８から入射した戻り光Ｌｒを透過させ、ＭＥＭＳミラー２により反射された戻り光Ｌｒを１又は複数回反射後、所定角度以下の入射角となった戻り光Ｌｒを透過させて受光部４へ導く。

そして、図１０で示される光学部材３及び透過率角度依存フィルタ９を有する計測装置１００の構成によれば、ＭＥＭＳミラー２のチルト角度ψが増倍した事と同じ効果を得ることができ、全方位レンズのサジタル方向の瞳倍率を大きくとることができる。これにより、受光系については、受光部はより径の太い戻り光を受光することが可能となり、射出系については、より径が太いレーザ光を外部に射出することができる。延いては、透過率角度依存フィルタ９を用いずにＭＥＭＳミラー２を単体で用いる構成と比較して、受光部４で受光する受光量を好適に増やし、かつ、計測装置１００から射出する射出光Ｌｔの広がり角を小さくし、計測の角度分解能を上げることが可能となる。

なお、光学部材３の構成は、視野を水平に変換する光学系であればよく、図１０に示す構成に限られない。例えば、光学部材３は、反射屈折素子やミラー単体からなるものであってもよい。また、光学部材３に適用される透過率角度依存フィルタ９は、ＭＥＭＳミラー２で射出光Ｌｔ及び戻り光Ｌｒをそれぞれ２回反射させるように構成されたものに限らず、図５及び図７に示されるように、ＭＥＭＳミラー２で射出光Ｌｔ及び戻り光Ｌｒをそれぞれ３回以上反射させるように構成されてもよい。

一般的に、ウォブリング型のＭＥＭＳミラーを、上述のような水平走査するライダに適用する場合は、通常は回転対称な光学系を用いる為、受光素子に向けて外界からの入射光を集光する光学系はサジタル方向の瞳倍率が小さくなる。なお、一般的に、光学的不変量がこの回転対称光学系で保存されることから、ＭＥＭＳの機械チルト角をψとおくと、一般的にサジタル瞳倍率はｓｉｎ２ψ倍になることが導かれる。また、ＭＥＭＳミラーのチルト角は一般的に、１５°程度以下と小さい為、サジタル瞳倍率は１より小さな値になり、ターゲットからの反射光の受光量もそれに応じて減ってしまう。

そこで、上述した構成にすることにより、ＭＥＭＳミラーでの反射光の光学チルト角ψを実質的に大きくすることが可能になり、瞳倍率を大きくすることができる。これにより、ライダのターゲットからの反射光の受光量を増やすことができることとなる。また、式（１）に示すように、チルト角ψを角度ψ_０から角度Δψだけ変調可能とした場合には、変調角についても倍増することができ、水平方向（即ち主走査方向）と垂直な方向の走査角度（垂直視野角）についても好適に倍増させることができる。

また、第１～第３実施例では、透過率角度依存フィルタ９は、ＭＥＭＳミラー２の窓板に代えて設けられてもよいため、ミラーやレンズなどの光学素子を挿入する場合と比較して、部品点数の増加が好適に抑制される。また、透過率角度依存フィルタ９を用いることで、量産時の部材費の上昇抑制、及び省スペース等を好適に実現することができ、光学系を精度よく配置して固定するような手間も不要となる。

１ 光源部
２ ＭＥＭＳミラー
３ 光学部材
４ 受光部
５ 制御部
９ 透過率角度依存フィルタ
ＯＢ 計測対象物
１００ 計測装置

Claims (8)

1. 照射部により照射された電磁波を所定の方向に向けて照射する照射装置であって、
   照射部によって照射された電磁波を透過するフィルタ部と、
   枠部に対して揺動し、前記フィルタ部によって透過された前記電磁波を第１反射波として反射する第１反射部と、
   を備え、
   前記フィルタ部は、前記フィルタ部を透過した前記電磁波の前記第１反射部への入射角よりも大きな角度で前記第１反射部に入射するように、前記第１反射波を前記第１反射部に反射し、
   前記第１反射部は、前記フィルタ部によって反射された前記第１反射波を、前記フィルタ部を透過する第２反射波として反射する、照射装置。
2. 前記フィルタ部は、透過率角度依存性を有する光学部材である請求項１に記載の照射装置。
3. 前記フィルタ部は、当該フィルタ部への入射角度が第１角度から前記第１角度より大きい第２角度までの角度となる電磁波を反射し、前記入射角度が前記第１角度未満となる第３角度以下又は前記第２角度より大きい第４角度以上となる電磁波を透過し、
   前記照射部によって照射された電磁波は、前記入射角度が前記第３角度以下となり、
   前記第１反射波は、前記入射角度が前記第１角度から前記第２角度までの角度となり、
   前記第２反射波は、前記入射角度が前記第４角度以上となる請求項２に記載の照射装置。
4. 前記第１反射部は、前記枠部に対する傾き角が所定角度範囲内で変動し、
   前記傾き角が前記所定角度範囲内の任意の角度となる場合に、前記フィルタ部は、前記第１反射波を前記第１反射部に反射し、前記第１反射部は、前記フィルタ部によって反射された前記第１反射波を前記第２反射波として反射する請求項１～３のいずれか一項に記載の照射装置。
5. 前記第１反射部は、前記フィルタ部に対して傾いている請求項１～４のいずれか一項に記載の照射装置。
6. 前記フィルタ部は、前記枠部と平行に設けられている請求項５に記載の照射装置。
7. 前記第１反射部は、前記フィルタ部により反射された前記第１反射波を前記第１反射波として再反射した後、前記第１反射波を前記第２反射波として前記フィルタ部に反射する請求項１～６のいずれか一項に記載の照射装置。
8. 照射部により照射された電磁波が物体によって反射された反射波を受信する受信装置であって、
   前記反射波を透過するフィルタ部と、
   枠部に対して揺動し、前記フィルタ部によって透過された前記反射波を第１反射波として反射する第１反射部と、
   を備え、
   前記フィルタ部は、前記フィルタ部を透過した前記電磁波の前記第１反射部への入射角よりも小さな角度で前記第１反射部に入射するように、前記第１反射波を前記第１反射部に反射し、
   前記第１反射部は、前記フィルタ部によって反射された前記第１反射波を、前記フィルタ部を透過して受信部へ入射する第２反射波として反射する、受信装置。

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