JP7356452B2 - 光学モジュールおよび距離測定装置 - Google Patents

Description

本技術は、光学モジュールに関する。詳しくは、光ビームを対象物に照射する光学モジュール、および、その光学モジュールを利用した距離測定装置に関する。

光ビームを対象物に照射する光学モジュールは、光の空間伝搬時間計測（ＴｏＦ：Time
of Flight）による距離の測定や、物体の形状認識などの用途に利用される。そのような光学モジュールとして、光ビームを走査して、それぞれの走査位置に対応する物体からの反射光を検出するものが知られている。例えば、走査光としてスリット光を用いた装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２－０３９７１６号公報

上述の従来技術では、測定対象範囲全面に照射する場合と比べて、発光部の光出力を低減でき、外光によるノイズの発生を抑制することができる。しかしながら、この従来技術では、スリット光（線状の光ビーム）を生成するためにシリンドリカルレンズが用いられており、走査した光ビームを入射した際に、その入射角度が垂直入射からずれるに従って、線状の光ビームは直線から曲線に歪むという現象が生じる。光ビームが直線から歪んだ場合、２次元状に配列された受光部の１つの列で、ある走査位置に応じた物体からの反射光を検出することは難しくなる。具体的には、１列の受光部の端の方では、反射光の位置がずれ、検出できる光量が減少してしまい、距離精度の低下が生じる。これに対し、複数の列で検出するようにした場合、外光によるノイズの影響を受けやすくなる。また、線状の光ビームの幅を広げた場合、その分、発光部の光出力を上げる必要があり、消費電力が増加してしまう。しかも、目への安全規定により光出力を上げることができない場合もある。

本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、光ビームを対象物に照射してその反射光を検出する光学モジュールにおいて、走査した光ビームの入射角度によらずに、歪のない線状の光ビームを照射することを目的とする。

本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の側面は、光ビームを所定の走査方向に走査する光走査部と、上記走査された光ビームを光学面によって上記走査方向と略直交する線方向の線状光ビームに変換する光変換部と、上記線状光ビームに対する対象物からの反射光を検出する光検出部とを具備し、上記光学面は、上記走査方向の曲率半径が上記線方向の位置によらず上記走査方向の仮想走査中心点から上記光学面の中心点までの距離と略等しい光学モジュールおよび距離測定装置である。これにより、歪みのない線状の光ビームを出射させるという作用をもたらす。

また、この第１の側面において、上記光変換部は、上記線方向の曲率半径により上記線状光ビームを生成するようにしてもよい。これにより、走査された光ビームと直交する線状光ビームを生成するという作用をもたらす。

また、この第１の側面において、上記光学面は、上記走査方向を示すＸ軸および上記線方向を示すＹ軸に直交するＺ軸に沿って上記光学面におけるＸ＝０の面上のＺ位置から上記走査方向の曲率半径だけ離れた位置を中心としてＹ軸に平行な軸で回転させた形状を備えてもよい。これにより、光学面に対して垂直方向に直交した角度で光ビームを入射させるという作用をもたらす。

また、この第１の側面において、上記光学面は、以下の条件式を満足するようにしてもよい。光学面に対して垂直方向に直交した角度で光ビームを入射させて、歪みのない線状の光ビームを出射させるという作用をもたらす。
ｚ＝（ｙ^２／ｒｙ）／（１＋（１－（１+κ）・ｙ^２／ｒｙ^２）^１／２）
＋Ａ・ｙ^４＋Ｂ・ｙ^６＋Ｃ・ｙ^８＋…
＋（ｘ^２／ｒｘ）／（１＋（１－ｘ^２／ｒｘ^２）^１／２）
ただし、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸上の座標であり、κはコーニック定数であり、Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ第４次、第６次、第８次の非球面係数であり、ｒｘは上記走査方向の曲率半径であり、ｒｙは上記線方向の曲率半径である。

また、この第１の側面において、上記光変換部は、光学レンズ、上記走査方向に対して鋸歯形状の格子を有する回折格子、または、上記走査方向に対して湾曲した拡散板の何れかであってもよい。

また、この第１の側面において、上記光走査部は、ＭＥＭＳミラーを備えてもよい。これにより、光学モジュールを小型化するという作用をもたらす。

また、この第１の側面において、上記光検出部は、複数の受光部を備え、上記複数の受光部のうち、上記線状光ビームの走査位置に応じた物体からの反射光を検出するもののみを選択的に動作させるようにしてもよい。これにより、不要光の受光を抑止して、不要光に伴うノイズを低減させるという作用をもたらす。

また、この第１の側面において、光を発する発光部と、上記発光部からの光を所定の角度幅の上記光ビームとして照射する光照射部とをさらに具備してもよい。この場合において、上記発光部は、レーザ光源であってもよい。

本技術の第１の実施の形態における距離測定装置１００の構成例を示す図である。 本技術の第１の実施の形態における光学レンズ１６１の光学面（Ｓ１）の面形状の例を示す図である。 本技術の第１の実施の形態における光学レンズ１６１により形成される出射光ビーム１１の形状の比較例を示す図である。 本技術の第１の実施の形態におけるＭＥＭＳミラー１５０の構造の例を示す図である。 本技術の第１の実施の形態における光検出器１８０の構造の例を示す図である。 本技術の第２の実施の形態における距離測定装置１００の構成例を示す図である。 本技術の第２の実施の形態における回折格子１６２の第１の例を示す図である。 本技術の第２の実施の形態における回折格子１６２の第２の例を示す図である。 本技術の第２の実施の形態における回折格子１６２の第３の例を示す図である。 本技術の第３の実施の形態における距離測定装置１００の構成例を示す図である。 本技術の第３の実施の形態における拡散板１６３の形状の例を示す図である。

以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）について説明する。説明は以下の順序により行う。
１．第１の実施の形態（光変換部として光学レンズを用いた例）
２．第２の実施の形態（光変換部として回折格子を用いた例）
３．第３の実施の形態（光変換部として拡散板を用いた例）

＜１．第１の実施の形態＞
［距離測定装置］
図１は、本技術の第１の実施の形態における距離測定装置１００の構成例を示す図である。

距離測定装置１００は、光ビームを対象物に照射してその反射光を検出する光学モジュールの一例であり、光の飛行時間を計測して対象物との距離を測定する装置である。この距離測定装置１００は、半導体レーザ１１０と、コリメータレンズ１２０と、偏光光分割プリズム１３０と、１／４波長板１４０と、ＭＥＭＳミラー１５０と、光学レンズ１６１と、集光レンズ１７０と、光検出器１８０と、制御部１９０とを備える。

半導体レーザ１１０は、光ビームを出射するレーザ光源である。ライン状の光ビームをより細いラインにするためには、端面発光型の半導体レーザ１１０を用いることが望ましい。また、半導体レーザ１１０に設けられたストライプ状の光閉じ込め部の光縦閉じ込め方向がラインの幅方向（走査方向）となっていることが望ましい。なお、この半導体レーザ１１０として、ライン状に配列された面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）を利用してもよい。なお、半導体レーザ１１０は、特許請求の範囲に記載の発光部の一例である。

コリメータレンズ１２０は、半導体レーザ１１０から出射された光ビームを、略平行な光ビームにするレンズである。このコリメータレンズ１２０を通過した光ビームは、偏光光分割プリズム１３０に入射される。厳密には、このコリメータレンズ１２０を通過した光ビームは、距離に応じて所定の角度幅のビームが広がる一方で、距離によらずにある１つのライン状の受光部が検出する範囲に相当する被対象物体のライン状の範囲全体に照射される状況となっていることが望ましい。なお、コリメータレンズ１２０は、特許請求の範囲に記載の光照射部の一例である。

偏光光分割プリズム１３０は、入射光をＰ（parallel：平行）偏光成分とＳ（senkrecht：垂直）偏光成分とに分割する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Polarizing Beam Splitter）である。この偏光光分割プリズム１３０は、Ｓ偏向成分の光ビームを主に反射して、ＭＥＭＳミラー１５０に導く。

半導体レーザ１１０として端面発光型の半導体レーザを利用した場合、光ビームは直線偏光となっており、ＴＥ（Transverse Electric wave）モード発光の場合には偏光方向が光縦閉じ込め方向と直交する偏光光となる。そのため、偏光光分割プリズム１３０でほぼ全ての光ビームは反射することになる。光縦閉じ込め方向と直交する光横閉じ込め方向は、縦方向に比べて広い幅ストライプとなっていることが一般的である。この関係を利用して、出射方向（光軸）を軸として半導体レーザ１１０を回転させることにより、ライン幅を調整することも可能である。

また、図示しないが、偏光光分割プリズム１３０を透過した光ビームを、別途設けた光検出器により検出し、その光強度を測定することで、半導体レーザ１１０に供給する電力を制御して、出射される光ビームの強度を最適に制御することも可能である。

なお、偏光光分割の実現例として、プリズム（偏光光分割プリズム１３０）を用いた例を示したが、例えば平行平板を利用するようにしてもよい。また、ＭＥＭＳミラー１５０への入射方向とＭＥＭＳミラー１５０からの出射方向とを異なる方向にすることにより、光分割プリズムや光分割平板を用いずに構成してもよい。

１／４波長板１４０は、入射された光の偏光面に１／４波長の位相差を与える光学機能素子である。この例では、１／４波長板１４０は、偏光光分割プリズム１３０によって反射された光ビームを円偏光ビームに変えてＭＥＭＳミラー１５０に出射する。また、１／４波長板１４０は、ＭＥＭＳミラー１５０によって反射された光ビームをＰ偏光の直線偏光ビームに変えて偏光光分割プリズム１３０に出射する。これにより、ほぼすべての光ビームは偏光光分割プリズム１３０を透過し、光学レンズ１６１に入射される。

ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー１５０は、微細加工された電気機械式のミラーである。このＭＥＭＳミラー１５０は、１／４波長板１４０から入射された円偏光ビームを反射する。その際、ＭＥＭＳミラー１５０は、回転振動することにより、光ビームを垂直方向に走査する。すなわち、垂直方向が走査方向となる。走査された光ビームは、再び１／４波長板１４０に入射されるが、上述の通り、ほぼすべての光ビームは偏光光分割プリズム１３０を透過し、光学レンズ１６１に入射される。なお、ＭＥＭＳミラー１５０は、特許請求の範囲に記載の光走査部の一例である。

光学レンズ１６１は、ＭＥＭＳミラー１５０によって走査された光ビームを、出射光ビーム１１として出射するレンズである。この光学レンズ１６１は、光入射側の光学面（Ｓ０）は、光学平面となっている。光出射側の光学面（Ｓ１）は、垂直（Ｘ）方向、および、水平（Ｙ）方向にそれぞれ異なる曲率半径（ｒｘおよびｒｙ）を有する。水平（Ｙ）方向の曲率は、所望の水平方向ライン広がり（ＨＦＯＶ：Horizontal Field of View）を得るための光学面形状となっている。すなわち、線状光ビームが形成される線方向は、水平方向になる。この光学面は、球面に限定されず、自由曲面形状や非球面形状であってもよい。また、この光学面（Ｓ１）の面形状が、入射されたガウス形状の強度分布を、光強度が均一化されたトップフラット形状の強度分布をもつ光ビームに変換する機能を有してもよい。

垂直（Ｘ）方向の曲率半径ｒｘは、水平方向の位置によらず、同図に示す仮想走査中心点Ｏｘから出射側光学面（Ｓ１）までの長さと略等しく設定されていることが望ましい。なお、仮想走査中心点とは、被照射物体側からみた走査された出射光ビームを、それぞれ距離測定装置１００の奥行方向に延長したときに集まる点の位置であり、仮想回転中心点とも呼称される。また、光学的には、仮想発光点である。

光学レンズ１６１による出射光ビーム１１は、測距の対象物に照射され、反射散乱される。出射光ビーム１１に対する対象物からの反射光は、反射光ビーム１２として距離測定装置１００に入射される。なお、光学レンズ１６１は、特許請求の範囲に記載の光変換部の一例である。

集光レンズ１７０は、対象物からの反射光ビーム１２を集光するレンズである。この集光レンズ１７０により集光された反射光ビーム１２は、光検出器１８０に導かれる。

光検出器１８０は、対象物からの反射光ビーム１２を検出するものである。この光検出器１８０は、後述するように、集光レンズ１７０に対する面に複数のライン状の受光部を備えており、これらを順次有効にすることにより光を検出する。なお、光検出器１８０は、特許請求の範囲に記載の光検出部の一例である。

制御部１９０は、距離測定装置１００における測距動作を制御するものである。すなわち、この制御部１９０は、半導体レーザ１１０の発光タイミング、ＭＥＭＳミラー１５０による走査位置、光検出器１８０における受光部選択の同期制御、光検出タイミングの計測を行う。これにより、発光した光が被対象物で反射されて、反射光として検出されるまでに要した飛行時間が計測され、被対象物体までの距離が測定される。その際、反射波を観測する直接的な手法（ダイレクトＴｏＦ）や、矩形波の移相の変化による間接的な手法（インダイレクトＴｏＦ）などの様々な手法を用いることができる。なお、制御部１９０は、特許請求の範囲に記載の測定部の一例である。

なお、この例では、水平方向に広がったライン状の光ビームをＭＥＭＳミラー１５０によって垂直方向に走査する例を示した。ただし、垂直方向に広がったライン状の光ビームをＭＥＭＳミラー１５０によって水平方向に走査するようにしてもよい。

［光学レンズ］
図２は、本技術の第１の実施の形態における光学レンズ１６１の光学面（Ｓ１）の面形状の例を示す図である。

同図におけるａに示すように、Ｘ＝０のＹＺ平面において、Ｚ軸上を中心とする任意の曲率半径ｒｙで描かれる曲線がある。この曲線上の任意の点からＺ軸に平行にｒｘ離れた位置を中心に、ＸＺ平面と平行に（すなわち、Ｙ軸に平行な軸を中心に）回転することによって、曲面が描かれる。このようにして描かれた曲面が、同図におけるｂに示す光学面（Ｓ１）となる。すなわち、光学面（Ｓ１）は、走査方向を示すＸ軸および線方向を示すＹ軸に直交するＺ軸に沿って、仮想走査中心点Ｏｘから走査方向の曲率半径ｒｘだけ離れた位置を中心として、Ｙ軸に平行な軸で回転させた形状を有する。

同図におけるｂに示すように、ＹＺ平面に平行な面で切り取った断面から得られる曲線は、常に曲率半径ｒｙ０で作られる同一の曲線となる。また、ＸＺ平面に平行な面で切り取った断面から得られる曲線は、常に曲率半径ｒｘ０となる。なお、ＹＺ平面に平行な面で切り取った断面から得られる曲線は、上述のように、所望の水平方向ライン広がり（ＨＦＯＶ）を得るために必要な光学面形状であり、球面に限定されず、自由曲面形状や非球面形状であってもよい。

この光学面形状は、以下の条件式で表すことができる。
ｚ＝（ｙ^２／ｒｙ）／（１＋（１－（１+κ）・ｙ^２／ｒｙ^２）^１／２）
＋Ａ・ｙ^４＋Ｂ・ｙ^６＋Ｃ・ｙ^８＋…
＋（ｘ^２／ｒｘ）／（１＋（１－ｘ^２／ｒｘ^２）^１／２）
ただし、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸上の座標であり、κはコーニック定数であり、Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ第４次、第６次、第８次の非球面係数であり、ｒｘは走査方向の曲率半径であり、ｒｙは線方向の曲率半径である。変数ｙで表される第１項およびその高次項までが、ライン状の光ビームを生成するためのｙ方向のレンズ面形状を表す項であり、変数ｘで表される最終項が、走査された光ビームと直交する面を作るためのｘ方向のレンズ形状を表す項となる。

図３は、本技術の第１の実施の形態における光学レンズ１６１により形成される出射光ビーム１１の形状の比較例を示す図である。

ここまで説明したように、光学レンズ１６１の光学面形状、および、垂直（Ｘ）方向の曲率半径ｒｘが光学面から仮想走査中心点Ｏｘまでの長さと略一致していることにより、走査された光ビームは、常に光学面に対して垂直方向に直交した角度で入射されることとなる。これにより、同図におけるａに示すように、Ｙ方向の曲率半径ｒｙによってのみ光ビームが広げられ（または、狭められ）、光学レンズを出射したライン状の光ビームは、その走査位置によらずに、歪むことなく直線状の光ビームとなる。

一方、同図におけるｂに示すように、例えばシリンドリカルレンズなどのＸＹトロイダル面の面形状を用いた場合には、上述の実施の形態とは異なり、歪みのない直線状の光ビームを得ることは困難である。このトロイダル面は、Ｙ方向の曲率半径ｒｙを有し、Ｙ軸と平行な、光学面のＺ軸上の位置から曲率半径ｒｘの位置を軸とする回転対称な面で形成されたものである。

なお、上述の実施の形態では、光学レンズの光入射側の光学面（Ｓ０）を光学平面としたが、これに限定されるものではない。例えば、この光入射側の光学面も上述の出射側の光学面（Ｓ１）と同様に形成して、入射側および出射側両方の光学面によって、歪みのない直線状の光ビームを生成することも可能である。

［ＭＥＭＳミラー］
図４は、本技術の第１の実施の形態におけるＭＥＭＳミラー１５０の構造の例を示す図である。

ＭＥＭＳミラー１５０は、ミラー部１５１と、保持部１５２と、ヒンジ部１５３とを備える。ミラー部１５１は、１／４波長板１４０から入射された円偏光ビームを反射する数ミリ角のミラーである。保持部１５２は、ＭＥＭＳミラー１５０の（図示しない）固定部に固定する部材である。ヒンジ部１５３は、ミラー部１５１を支持して保持部１５２につなげる部材である。

ミラー部１５１は、２か所のヒンジ部１５３によって保持部１５２とつながっており、図示された破線を軸として、電磁力または静電容量によって回転振動する。図１の例では、ミラー部１５１が垂直方向に回転振動することにより、ミラー部１５１において反射された光ビームが垂直方向に走査される。

［光検出器］
図５は、本技術の第１の実施の形態における光検出器１８０の構造の例を示す図である。

光検出器１８０は、垂直方向および水平方向に分割された複数の受光部１８１を備える。ある位置に走査された光ビームは、被対象物で反射散乱され、水平に並んだライン状の受光部１８１に導かれる。ここで得られるライン状の光ビームは、歪みがなく直線状であるため、その反射光の検出のために必要なラインの受光部１８２のみを選択的にオンにして、他のラインの受光部１８１をオフにすることが容易である。これによって、太陽光などの外光からの不要光の影響により発生するノイズを低減することが可能となる。

なお、この光検出器１８０において検出される反射光ビーム１２は、出射光ビーム１１とは上下関係が逆になる。したがって、ＭＥＭＳミラー１５０による走査が上から下に行われた場合には、光検出器１８０においては下から上に受光部１８１を有効にしていくよう制御する必要がある。

このように、本技術の第１の実施の形態によれば、光学レンズ１６１の光学面形状を利用して、走査された光ビームと直交させて、ライン状の光ビームを形成することにより、歪みのない直線状の出射光ビーム１１を生成することができる。

＜２．第２の実施の形態＞
［距離測定装置］
図６は、本技術の第２の実施の形態における距離測定装置１００の構成例を示す図である。

上述の第１の実施の形態では光学レンズ１６１を用いてライン状の光ビームを生成していたが、この第２の実施の形態では回折格子１６２を用いてライン状の光ビームを生成する。したがって、第１の実施の形態における光学レンズ１６１に代えて回折格子１６２を備える点以外は上述の第１の実施の形態と同様であるため、他の構成については詳細な説明を省略する。

回折格子１６２は、走査方向に対して鋸歯形状の格子を有する光学素子である。走査方向については、フレネルレンズが形成されている状態であり、その光学面形状は上述の第１の実施の形態の面形状に準ずるものとなる。この回折格子１６２の素材としては、ガラスまたは樹脂が想定される。なお、回折格子１６２は、特許請求の範囲に記載の光変換部の一例である。

また、走査方向に直交する方向の面形状は、光学平面に対して加工が可能である様々な形状を適用することができる。以下に、その具体例を示す。

［回折格子］
図７は、本技術の第２の実施の形態における回折格子１６２の第１の例を示す図である。

この回折格子１６２の第１の例は、走査方向および走査方向に直交する方向の両者に、階段状（ステップ状）の格子を備えるフレネルレンズである。すなわち、上述の第１の実施の形態の光学面をフレネルレンズにより実現したものと等価である。鋸歯形状の作製においては、切削加工により、文字通り鋸歯の形状にしたものでもよく、また、半導体リソグラフィプロセスにより、階段状（ステップ状）の形状にしたものでもよい。同図では、鋸歯形状の一例として、階段状（８レベル）の形状の例を示している。これにより、所望の広がり角のライン状の光ビームを生成する。

図８は、本技術の第２の実施の形態における回折格子１６２の第２の例を示す図である。

この回折格子１６２の第２の例は、走査方向に鋸歯形状の格子を備えるとともに、走査方向に直交する方向に矩形形状の格子を備えるフレネルレンズである。これにより、±１次光を利用して、所望の広がり角のライン状の光ビームを生成する。

図９は、本技術の第２の実施の形態における回折格子１６２の第３の例を示す図である。

この回折格子１６２の第３の例は、走査方向に鋸歯形状の格子を備えるフレネルレンズであるとともに、走査方向に直交する方向には線状の拡散板を設け、水平方向のみに所望の広がり角のライン状の光ビームを生成する。

なお、これら第１乃至第３の例における形状が曲面に対して加工可能である場合、レンズ面形状に適用することも可能であるが、加工の容易性やウエハレベルでの加工によるバッチ生産を考慮すると、光学平面への加工の方がより望ましい。

このように、本技術の第２の実施の形態によれば、回折格子１６２を利用して、走査された光ビームと直交させて、ライン状の光ビームを形成することにより、歪みのない直線状の出射光ビーム１１を生成することができる。

＜３．第３の実施の形態＞
［距離測定装置］
図１０は、本技術の第３の実施の形態における距離測定装置１００の構成例を示す図である。

上述の第１の実施の形態では光学レンズ１６１を用いてライン状の光ビームを生成していたが、この第３の実施の形態では拡散板１６３を用いてライン状の光ビームを生成する。したがって、第１の実施の形態における光学レンズ１６１に代えて拡散板１６３を備える点以外は上述の第１の実施の形態と同様であるため、他の構成については詳細な説明を省略する。

拡散板１６３は、仮想走査中心点から見て曲率半径ｒｘとなるように湾曲した拡散板である。この湾曲した拡散板１６３の垂直（Ｘ）方向の曲率半径ｒｘは、水平方向の位置によらず仮想走査中心点から出射側光学面までの長さと略等しく設定されていることが望ましい。これにより、走査された光ビームは、常に光学面に対して垂直方向に直交した角度で入射されることになり、拡散板１６３の線状の部分によって走査方向に対して垂直な方向のみに光ビームが広げられる。したがって、拡散板１６３を出射したライン状の光ビームは、その走査位置によらずに、歪むことなく直線状の光ビームとなる。この例においては、仮想走査中心点は、ＭＥＭＳミラー１５０の回転中心位置と一致している。なお、拡散板１６３は、特許請求の範囲に記載の光変換部の一例である。

図１１は、本技術の第３の実施の形態における拡散板１６３の形状の例を示す図である。

この例では、拡散板１６３は、垂直方向に湾曲している一方で、垂直方向に直交した方向は直線状の形状を備える。したがって、シリンドリカルレンズなどのＸＹトロイダル面の面形状と異なり、歪むことなく直線状の光ビームを生成することができる。

このように、本技術の第３の実施の形態によれば、拡散板１６３を利用して、走査された光ビームと直交させて、ライン状の光ビームを形成することにより、歪みのない直線状の出射光ビーム１１を生成することができる。

すなわち、本技術の実施の形態によれば、生成された線状の光ビームが歪みをもたないため、その光ビームの走査位置に相当する物体からの反射光を検出するラインの受光部１８１で検出される光強度が高く維持される。また、受光部１８１の位置に寄らない検出効率とすることができる。光の受光部１８１での検出効率が高められることから、発光部である半導体レーザ１１０の光出力を抑制することができる。これは、半導体レーザ１１０の信頼性向上や、距離測定装置１００としての低消費電力化につながる。また、目に対する安全性の向上にもつながる。線状の光ビーム生成のための光学素子に加えて、そこで発生する歪みを補正する光学素子を付加する必要がなく、距離測定装置１００の小型化および低コスト化を図ることできる。また、歪み補正光学素子の追加により発生する光学調整の手間や、その環境によるずれの課題も発生しない。

なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。

なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって、限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。

なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）光ビームを所定の走査方向に走査する光走査部と、
前記走査された光ビームを光学面によって前記走査方向と略直交する線方向の線状光ビームに変換する光変換部と、
前記線状光ビームに対する対象物からの反射光を検出する光検出部と
を具備し、
前記光学面は、前記走査方向の曲率半径が前記線方向の位置によらず前記走査方向の仮想走査中心点から前記光学面の中心点までの距離と略等しい
光学モジュール。
（２）前記光変換部は、前記線方向の曲率半径により前記線状光ビームを生成する
前記（１）に記載の光学モジュール。
（３）前記光学面は、前記走査方向を示すＸ軸および前記線方向を示すＹ軸に直交するＺ軸に沿って前記光学面におけるＸ＝０の面上のＺ位置から前記走査方向の曲率半径だけ離れた位置を中心としてＹ軸に平行な軸で回転させた形状を備える
前記（２）に記載の光学モジュール。
（４）前記光学面は、以下の条件式を満足する前記（３）に記載の光学モジュール。
ｚ＝（ｙ^２／ｒｙ）／（１＋（１－（１+κ）・ｙ^２／ｒｙ^２）^１／２）
＋Ａ・ｙ^４＋Ｂ・ｙ^６＋Ｃ・ｙ^８＋…
＋（ｘ^２／ｒｘ）／（１＋（１－ｘ^２／ｒｘ^２）^１／２）
ただし、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸上の座標であり、κはコーニック定数であり、Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ第４次、第６次、第８次の非球面係数であり、ｒｘは前記走査方向の曲率半径であり、ｒｙは前記線方向の曲率半径である。
（５）前記光変換部は、光学レンズである
前記（１）から（４）のいずれかに記載の光学モジュール。
（６）前記光変換部は、前記走査方向に対して鋸歯形状の格子を有する回折格子である
前記（１）から（４）のいずれかに記載の光学モジュール。
（７）前記光変換部は、前記走査方向に対して湾曲した拡散板である
前記（１）から（４）のいずれかに記載の光学モジュール。
（８）前記光走査部は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを備える前記（１）から（７）のいずれかに記載の光学モジュール。
（９）前記光検出部は、複数の受光部を備え、
前記複数の受光部のうち、前記線状光ビームの走査位置に応じた物体からの反射光を検出するもののみを選択的に動作させる
前記（１）から（８）のいずれかに記載の光学モジュール。
（１０）光を発する発光部と、
前記発光部からの光を所定の角度幅の前記光ビームとして照射する光照射部と
をさらに具備する前記（１）から（９）のいずれかに記載の光学モジュール。
（１１）前記発光部は、レーザ光源である
前記（１０）に記載の光学モジュール。
（１２）光を発する発光部と、
前記発光部からの光を所定の角度幅の光ビームとして照射する光照射部と、
前記光ビームを所定方向に走査する光走査部と、
前記走査された光ビームを前記走査方向と略直交する線方向の線状光ビームに変換する光変換部と、
前記線状光ビームに対する対象物からの反射光を検出する光検出部と、
前記光照射部が光を照射してから前記光検出部が前記反射光を検出するまでの時間である飛行時間を計測して前記対象物との距離を測定する測定部と
を具備し、
前記光変換部は、前記走査方向の曲率半径が前記線方向の位置によらず前記走査方向の仮想走査中心点から前記光学面の中心点までの距離と略等しい光学面を有する
距離測定装置。

１１ 出射光ビーム
１２ 反射光ビーム
１００ 距離測定装置
１１０ 半導体レーザ
１２０ コリメータレンズ
１３０ 偏光光分割プリズム
１４０ １／４波長板
１５０ ＭＥＭＳミラー
１５１ ミラー部
１５２ 保持部
１５３ ヒンジ部
１６１ 光学レンズ
１６２ 回折格子
１６３ 拡散板
１７０ 集光レンズ
１８０ 光検出器
１８１ 受光部
１９０ 制御部

Claims (12)

1. 光ビームを所定の走査方向に走査する光走査部と、
   前記走査された光ビームを光学面によって前記走査方向と略直交する線方向の線状光ビームに変換する光変換部と、
   前記線状光ビームに対する対象物からの反射光を検出する光検出部と
   を具備し、
   前記光学面は、前記走査方向の曲率半径が前記線方向の位置によらず前記走査方向の仮想走査中心点から前記光学面の中心点までの距離と略等しい
   光学モジュール。
2. 前記光変換部は、前記線方向の曲率半径により前記線状光ビームを生成する
   請求項１記載の光学モジュール。
3. 前記光学面は、前記走査方向を示すＸ軸および前記線方向を示すＹ軸に直交するＺ軸に沿って前記光学面におけるＸ＝０の面上のＺ位置から前記走査方向の曲率半径だけ離れた位置を中心としてＹ軸に平行な軸で回転させた形状を備える
   請求項２記載の光学モジュール。
4. 前記光学面は、以下の条件式を満足する請求項３記載の光学モジュール。
   ｚ＝（ｙ^２／ｒｙ）／（１＋（１－（１+κ）・ｙ^２／ｒｙ^２）^１／２）
   ＋Ａ・ｙ^４＋Ｂ・ｙ^６＋Ｃ・ｙ^８＋…
   ＋（ｘ^２／ｒｘ）／（１＋（１－ｘ^２／ｒｘ^２）^１／２）
   ただし、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸上の座標であり、κはコーニック定数であり、Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ第４次、第６次、第８次の非球面係数であり、ｒｘは前記走査方向の曲率半径であり、ｒｙは前記線方向の曲率半径である。
5. 前記光変換部は、光学レンズである
   請求項１記載の光学モジュール。
6. 前記光変換部は、前記走査方向に対して鋸歯形状の格子を有する回折格子である
   請求項１記載の光学モジュール。
7. 前記光変換部は、前記走査方向に対して湾曲した拡散板である
   請求項１記載の光学モジュール。
8. 前記光走査部は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを備える
   請求項１記載の光学モジュール。
9. 前記光検出部は、複数の受光部を備え、
   前記複数の受光部のうち、前記線状光ビームの走査位置に応じた物体からの反射光を検出するもののみを選択的に動作させる
   請求項１記載の光学モジュール。
10. 光を発する発光部と、
    前記発光部からの光を所定の角度幅の前記光ビームとして照射する光照射部と
    をさらに具備する請求項１記載の光学モジュール。
11. 前記発光部は、レーザ光源である
    請求項１０記載の光学モジュール。
12. 光を発する発光部と、
    前記発光部からの光を所定の角度幅の光ビームとして照射する光照射部と、
    前記光ビームを所定方向に走査する光走査部と、
    前記走査された光ビームを前記走査方向と略直交する線方向の線状光ビームに変換する光変換部と、
    前記線状光ビームに対する対象物からの反射光を検出する光検出部と、
    前記光照射部が光を照射してから前記光検出部が前記反射光を検出するまでの時間である飛行時間を計測して前記対象物との距離を測定する測定部と
    を具備し、
    前記光変換部は、前記走査方向の曲率半径が前記線方向の位置によらず前記走査方向の仮想走査中心点から光学面の中心点までの距離と略等しい前記光学面を有する
    距離測定装置。

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