JPWO2020105239A1 - 光学モジュールおよび距離測定装置 - Google Patents
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Abstract
本発明の光学モジュールにおいて、光走査部(150)は、光ビームを所定方向(垂直方向)に走査する。光変換部(161)は、走査された光ビームを走査方向と略直交する線方向(水平方向)の線状光ビームに変換する。光検出部(180)は、線状光ビームに対する対象物からの反射光を検出する。光変換部(161)は、走査方向の曲率半径(rx)が前記線方向の位置によらず走査方向の仮想走査中心点(Ox)から光学面(S1)の中心点(A)までの距離と略等しい光学面(S1)を有する。
本発明の光学モジュールは、距離測定装置に適用できる。
Description
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。)。
z=(y2/ry)/(1+(1−(1+κ)・y2/ry2)1/2)
+A・y4+B・y6+C・y8+…
+(x2/rx)/(1+(1−x2/rx2)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。
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)
[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。
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。
z=(y2/ry)/(1+(1−(1+κ)・y2/ry2)1/2)
+A・y4+B・y6+C・y8+…
+(x2/rx)/(1+(1−x2/rx2)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。
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。
[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。
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。
[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。
(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=(y2/ry)/(1+(1−(1+κ)・y2/ry2)1/2)
+A・y4+B・y6+C・y8+…
+(x2/rx)/(1+(1−x2/rx2)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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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=(y2/ry)/(1+(1−(1+κ)・y2/ry2)1/2)
+A・y4+B・y6+C・y8+…
+(x2/rx)/(1+(1−x2/rx2)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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
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