KR20190077032A - 레이저 조명 장치 및 이것을 구비한 주변 감시 센서 - Google Patents

레이저 조명 장치 및 이것을 구비한 주변 감시 센서 Download PDF

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KR20190077032A
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Abstract

레이저 조명 장치(10)는, 광원부(11), 미소 요소 렌즈(12), 메니스커스 렌즈(13)를 구비하고 있다. 광원부(11)는, 레이저광(B1)을 출사한다. 미소 요소 렌즈(12)는, 레이저광(B1)을 확산시킨다. 메니스커스 렌즈(13)는, 미소 요소 렌즈(12)로부터 레이저광(B1)이 입사해 오는 입사면(13a)과, 입사면(13a)과는 반대측에 마련되어 볼록 형상을 포함하는 출사면(13b)을 갖고 있으며, 미소 요소 렌즈(12)로부터 입사하는 레이저광(B1)을 확산시키는 부의 파워를 갖는다.

Description

레이저 조명 장치 및 이것을 구비한 주변 감시 센서
본 발명은, 레이저 조명 장치 및 이것을 구비한 주변 감시 센서에 관한 것이다.
근년, 예를 들어 차량 탑재용 주변 감시 센서나, 병원, 공장, 시설 등에 있어서 사람의 감시를 행하는 감시 센서의 조명으로서, 레이저광을 광원으로 하는 레이저 조명 장치가 사용되고 있다.
이러한 레이저 조명 장치에는, 하나의 광원으로부터 출사되는 레이저광에 의해 가능한 한 넓은 범위를 감시하기 위해서, 레이저광의 빔의 확산을 크게 하여 광각(예를 들어, 140도)으로 조사할 것이 요구된다. 이 때문에, 종래는, 레이저광을 확산시키는 수단으로서, 예를 들어 광을 확산시키는 확산판이나 렌즈 어레이 등의 확산체가 사용되고 있었다.
그러나, 확산체를 사용한 구성으로는, 효율적으로 레이저광을 광각화하는 데 한계가 있었다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 레이저광을 광각으로 확산시키는 구성으로서, 미소 요소 렌즈, 광 확산 소자 등을 구비한 레이저 조명 장치에 대해서 개시되어 있다.
국제 공개 제2008/114502호 공보
그러나, 상기 종래의 레이저 조명 장치에서는, 이하에 나타내는 바와 같은 문제점을 갖고 있다.
즉, 상기 공보에 개시된 레이저 조명 장치에서는, 레이저 광원으로부터 출사된 레이저광을, 주로, 미소 요소 렌즈와 광 확산 소자를 이용하여 확산시키고 있기 때문에, 레이저광의 조사 범위를 광각화하기에는 한계가 있었다.
레이저광은, 망막에 결상되었을 때 망막에 대미지를 준다는 점에서, 레이저 제품에 대해서 안전성 기준이 존재한다. 이 안전성 기준은, 예를 들어 JIS C6802(JIS: 일본 공업 규격(Japanese Industrial Standards)), IEC60825(IEC: 국제전기 표준 회의(International Electro-technical Commission)), FDA1040(FDA: (US Food & Drug Administration) 등에서 규정되어 있다.
레이저 조명 장치를 차량 탑재용 주변 감시 센서에 적용하는 경우, 옥외에서 넓은 범위에 레이저광을 조사한다는 점에서, 사용 중이어도 인체에 영향을 주지 않을 것이 요구된다.
상기 종래의 레이저 조명 장치는, 프로젝터 등의 화상 표시 장치에 탑재되어, 광 변조 소자를 통해 영사막에 영상을 투사하는 구성으로 되어 있다. 즉, 레이저광을 영사막에 조사하는 것이 목적이며, 레이저광이 사람에 대해서 조사되는 것은 상정되어 있지 않다는 점에서, 레이저광에 대한 사람 눈의 안전성에 관해서 전혀 고려되어 있지 않다.
본 발명의 과제는, 조사되는 레이저광을 보다 광각으로 확산시킴과 함께 주위 사람의 눈의 안전성을 확보하는 것이 가능한 레이저 조명 장치 및 이것을 구비한 주변 감시 센서를 제공하는 데 있다.
제1 발명에 관한 레이저 조명 장치는, 광원부와, 미소 요소 렌즈와, 렌즈부를 구비하고 있다. 광원부는, 레이저광을 출사한다. 미소 요소 렌즈는, 레이저광을 확산시킨다. 렌즈부는, 미소 요소 렌즈로부터 레이저광이 입사해 오는 입사면과, 입사면과는 반대측에 마련되어 볼록 형상을 포함하는 출사면을 갖고 있으며, 미소 요소 렌즈로부터 입사하는 레이저광을 확산시키는 부의 파워를 갖는다.
여기에서는, 예를 들어 주변 감시 센서 등에 탑재되는 레이저 조명 장치에 있어서, 광원부로부터 출사된 레이저광을, 미소 요소 렌즈와 렌즈부를 사용하여, 예를 들어 대략 수평 방향에 있어서 100도 이상의 광각으로 레이저광을 조사함과 함께, 주위에 있는 사람의 눈의 망막 상에 결상되는 겉보기 광원의 사이즈를 크게 하고 있다.
구체적으로는, 미소 요소 렌즈와, 미소 요소 렌즈에 의해 확산된 레이저광을 더욱 확산시켜서 광각으로 조사하는 렌즈부를 조합함으로써, 레이저광을 효과적으로 확산시켜서 광각으로 조사함과 함께, 사람의 눈에 손상을 줄 위험성을 저감시킨다.
또한, 레이저광은, 저레벨의 파워여도 눈이나 피부에 심각한 손상을 야기할 위험이 있고, 레이저광을 사용한 제품에 대해서는 충분히 안전 관리할 것이 요구된다. 레이저광이, 인체, 특히 눈에 대한 영향을 없애는 문제는 아이 세이프라 불리고 있다.
여기서, 본 발명의 레이저 조명 장치는, 예를 들어 차량 탑재용 주변 감시 장치, AGV(Automatic Guided Vehicle(자동 반송 차))의 주변 감시 장치, 병원이나 공장, 시설 등에 있어서의 사람의 감시(돌봄)를 행하는 각종 장치의 조명 장치로서 사용된다.
상기 광원부는, 예를 들어 소정의 파장(850nm)을 갖는 대략 평행인 레이저광을 출사하는 LD(레이저 다이오드)이며, 미소 요소 렌즈 및 렌즈부를 통해 레이저광을 확산시켜서 광각으로 레이저광을 조사한다.
상기 미소 요소 렌즈는, 예를 들어 동일면 상에 복수 배치된 미소 렌즈를 포함하는 렌즈 어레이이며, 광원부로부터 대략 평행하게 출사된 레이저광을 확산시킨다.
또한, 미소 요소 렌즈에 포함되는 미소 렌즈로서, 광축에 평행인 단면으로 본 구면 형상 또는 비구면 형상의 볼록 부분을 갖는 렌즈나, 광축에 수직인 XY 평면에 있어서 X 방향과 Y 방향으로 초점 거리가 상이한 실린드리컬 렌즈 등을 사용해도 된다. 또한, 미소 요소 렌즈에 포함되는 미소 렌즈는, 광원부로부터 레이저광이 입사해 오는 입사측의 평면 상에 배치되어 있어도 되고, 출사측의 볼록형의 곡면 상에 배치되어 있어도 되고, 또한 그 양쪽에 배치되어 있어도 된다.
상기 렌즈부는, 미소 요소 렌즈에 있어서 확산된 상태로 입사해 오는 레이저광을 더욱 확산시켜서 광각으로 조사하기 위해서 볼록형 출사면을 갖고 부의 파워를 갖는 렌즈이며, 예를 들어 메니스커스 렌즈 등이 사용된다. 또한, 렌즈부로서는, 복수의 렌즈를 조합하여 부의 파워를 갖게 한 렌즈군을 사용해도 된다.
상기의 구성에 따르면, 미소 요소 렌즈와 렌즈부를 조합하여 사용함으로써 레이저광을 확산시켜서, 예를 들어 100도 이상의 광각으로 조사할 수 있다. 또한, 출사면이 볼록 형상이며 부의 파워를 갖는 렌즈부를 사용함으로써 볼록 형상인 출사면의 전체로부터 레이저광이 조사되기 때문에, 주위에 있는 사람이 어느 각도로부터 보아도 눈의 망막 상에 결상되는 겉보기 광원 사이즈가 작아지는 것을 억제할 수 있다.
이 결과, 레이저광을 보다 효과적으로 확산시켜서 광각으로 조사할 수 있음과 함께, 주위에 있는 사람의 눈의 망막에 손상을 끼쳐 버리는 것을 저감시켜, 안전성을 확보할 수 있다.
제2 발명에 관한 레이저 조명 장치는, 제1 발명에 관한 레이저 조명 장치이며, 미소 요소 렌즈는, 동일면 상에 배치된 복수의 미소 렌즈를 갖고 있다.
여기에서는, 동일면 상에 배치된 복수의 미소 렌즈를 갖는 미소 요소 렌즈를 사용하고 있다.
이에 의해, 광원부로부터 출사된 레이저광을 확산시켜서, 렌즈부에 입사시킬 수 있다.
제3 발명에 관한 레이저 조명 장치는, 제2 발명에 관한 레이저 조명 장치이며, 미소 요소 렌즈에 포함되는 미소 렌즈는, 광축과 평행인 단면으로 본 볼록 부분의 곡률이 큰 형상을 갖고 있다.
여기에서는, 미소 요소 렌즈에 포함되는 미소 렌즈로서, 볼록 부분의 곡률이 큰 형상을 갖는 렌즈를 사용하고 있다.
여기서, 볼록 부분의 곡률이 큰 렌즈란, 광축에 평행인 단면으로 보아 광축 방향에 있어서의 선단부가 주위보다도 큰 곡률을 갖는 렌즈를 의미하고 있다.
이에 의해, 이러한 비구면의 형상을 갖는 미소 렌즈를 포함하는 미소 요소 렌즈를 사용함으로써 레이저광의 각도 강도 분포에 있어서, 중심 부분이 밝고 주변이 어두워지는 것을 방지하여, 중심에 비해서 주변을 밝게 할 수 있다.
이 결과, 레이저광의 조사 범위의 전체에 걸쳐서 충분한 광량의 레이저광을 조사하여, 예를 들어 주위에 있는 장해물이나 사람 등을 고정밀도로 검출할 수 있다.
제4 발명에 관한 레이저 조명 장치는, 제2 또는 제3 발명에 관한 레이저 조명 장치이며, 미소 요소 렌즈에 포함되는 미소 렌즈는, 실린드리컬 렌즈이다.
여기에서는, 미소 요소 렌즈에 포함되는 미소 렌즈로서, 광축에 평행인 평면에 있어서의 일방향으로 곡률을 갖고, 이것에 직교하는 방향으로는 곡률을 갖지 않는 실린드리컬 렌즈를 사용하고 있다.
이에 의해, 본 레이저 조명 장치가, 예를 들어 차량의 주변 감시를 행하는 센서의 조명 장치로서 사용되는 경우에 있어서, 대략 수평 방향에 있어서만 레이저광을 확산시켜서 광각으로 조사함과 함께, 대략 연직 방향으로는 레이저광을 확산시키지 않도록 할 수 있다.
제5 발명에 관한 레이저 조명 장치는, 제1 내지 제4 발명 중 어느 하나에 관한 레이저 조명 장치이며, 렌즈부의 입사면은, 오목형의 형상을 갖고 있다.
여기에서는, 입사면측이 오목형으로 형성된 렌즈부를 사용하고 있다.
이에 의해, 렌즈부의 오목형 입사면에 의해, 미소 요소 렌즈에 의해 확산된 레이저광을 더욱 확산시켜서 광각화할 수 있음과 함께, 렌즈부의 볼록형 출사면에 의해, 주위의 어느 각도로부터 보아도 사람의 눈의 망막 상에 결상되는 겉보기 광원 사이즈를 크게 하여 주위 사람의 눈의 안전성을 확보할 수 있다.
제6 발명에 관한 레이저 조명 장치는, 제1 내지 제5 발명 중 어느 하나에 관한 레이저 조명 장치이며, 렌즈부는, 메니스커스 렌즈이다.
여기에서는, 출사면측에 볼록 형상을 갖고 부의 파워를 갖는 렌즈부로서, 메니스커스 렌즈를 사용한다.
이에 의해, 입사측에 오목 형상, 출사측에 볼록 형상을 갖고, 부의 파워를 갖는 메니스커스 렌즈를 사용하여, 미소 요소 렌즈로부터 입사해 오는 레이저광을 더욱 확산시켜서 광각화함과 함께, 주위에 있는 사람의 눈의 안전성을 확보할 수 있다.
제7 발명에 관한 레이저 조명 장치는, 제1 내지 제6 발명 중 어느 하나에 관한 레이저 조명 장치이며, 광원부와 미소 요소 렌즈의 사이에 배치된 복수의 렌즈를 조합하여 구성되어 있고, 광원부로부터 출사된 레이저광의 빔 직경을 확대한 빔 익스팬더를, 추가로 구비하고 있다.
여기에서는, 광원부로부터 출사된 대략 평행인 레이저광을 확산시켜서 빔 직경을 확대한 대략 평행광으로 하는 빔 익스팬더를, 광원부와 미소 요소 렌즈의 사이에 마련하고 있다.
여기서, 빔 익스팬더는, 예를 들어 광원부로부터 출사된 대략 평행인 레이저광을 확산시키는 제1 렌즈와, 제1 렌즈에 의해 확산된 레이저광을 다시 대략 평행인 레이저광으로 변환하는 제2 렌즈에 의해 구성되어 있다.
이에 의해, 대략 평행을 유지한 채로 레이저광의 빔 직경을 확대하여 미소 요소 렌즈에 입사시킬 수 있기 때문에, 보다 효과적으로 레이저광을 광각으로 조사할 수 있고, 또한 사람의 눈의 망막 상에 결상되는 겉보기 광원 사이즈를 크게 할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 빔 익스팬더를 추가함으로써, 미소 요소 렌즈에 입사되는 레이저광의 빔 직경이 커진다. 이 때문에, 동일한 조사 범위(각도)로 레이저광을 조사하는 경우에는, 광로 길이를 짧게 하여 광학계를 소형화할 수 있다.
제8 발명에 관한 레이저 조명 장치는, 제1 내지 제7 발명 중 어느 하나에 관한 레이저 조명 장치이며, 미소 요소 렌즈는, 입사해 온 레이저광을 확산시키는 확산 입자를 포함한다.
여기에서는, 확산 입자를 포함하는 미소 요소 렌즈를 사용한다.
이에 의해, 미소 요소 렌즈에 입사해 온 레이저광을, 렌즈의 형상에 기인하는 확산 효과에 더하여, 확산 입자에 의한 확산 효과도 얻고, 보다 효과적으로 확산시켜서 광각으로 조사할 수 있다.
또한, 미소 요소 렌즈에 있어서의 레이저광의 확산 효과가 증대되기 때문에, 동일한 조사 범위(각도)로 레이저광을 조사하는 경우에는, 하류측에 배치된 렌즈부의 볼록형 출사면의 곡률을 작게 할 수 있다.
제9 발명에 관한 레이저 조명 장치는, 제1 내지 제8 발명 중 어느 하나에 관한 레이저 조명 장치이며, 렌즈부는, 입사해 온 레이저광을 확산시키는 확산 입자를 포함한다.
여기에서는, 확산 입자를 포함하는 렌즈부를 사용한다.
이에 의해, 렌즈부에 입사해 온 레이저광을, 렌즈의 형상에 기인하는 확산 효과에 더하여, 확산 입자에 의한 확산 효과도 얻고, 보다 효과적으로 확산시켜서 광각으로 조사할 수 있다.
제10 발명에 관한 레이저 조명 장치는, 제1 내지 제9 발명 중 어느 하나에 관한 레이저 조명 장치이며, 미소 요소 렌즈와 렌즈부의 사이에 배치되어 있고, 입사해 온 레이저광을 확산시키는 확산체를, 추가로 구비하고 있다.
여기에서는, 입사해 온 레이저광을 확산시키는 확산체를, 미소 요소 렌즈와 렌즈부의 사이에 배치하고 있다.
여기서, 확산체의 형상으로서는, 예를 들어 판형이어도 되고, 구형, 직육면체 형상이어도 된다.
이에 의해, 미소 요소 렌즈로부터 출사된 레이저광을 확산체에 있어서 더욱 확산시킨 후, 렌즈부로 입사시킬 수 있다.
이 결과, 미소 요소 렌즈로부터 출사된 레이저광을 더욱 확산시켜서 렌즈부에 입사시킬 수 있기 때문에, 보다 효과적으로 레이저광을 광각으로 조사할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 확산체를 추가함으로써, 렌즈부를 통해 입사되는 레이저광이 더욱 광각으로 조사된다. 이 때문에, 동일한 조사 범위(각도)로 레이저광을 조사하는 경우에는, 하류측에 배치된 렌즈부의 볼록형 출사면의 곡률을 작게 할 수 있다.
제11 발명에 관한 레이저 조명 장치는, 광원부와, 렌즈부와, 미소 요소 렌즈를 구비하고 있다. 광원부는, 레이저광을 출사한다. 렌즈부는, 광원부로부터 레이저광이 입사해 오는 입사면과, 입사면과는 반대측에 마련되어 볼록 형상을 포함하는 출사면을 갖고 있으며, 레이저광을 확산시키는 부의 파워를 갖는다. 미소 요소 렌즈는, 렌즈부의 출사면에 배치된 복수의 미소 렌즈를 갖고, 레이저광을 확산시킨다.
여기에서는, 예를 들어 주변 감시 센서 등에 탑재되는 레이저 조명 장치에 있어서, 광원부로부터 출사된 레이저광을, 렌즈부와 미소 요소 렌즈를 사용하여, 예를 들어 대략 수평 방향에 있어서 100도 이상의 광각으로 레이저광을 조사함과 함께, 주위에 있는 사람의 눈의 망막 상에 결상되는 겉보기 광원의 사이즈를 크게 하고 있다.
구체적으로는, 광원부로부터 출사된 레이저광을 확산시켜서 광각화하는 렌즈부와, 렌즈부의 출사면 상에 배치된 복수의 미소 렌즈를 갖고 레이저광을 더욱 확산시키는 미소 요소 렌즈를 조합함으로써, 레이저광을 광각으로 조사함과 함께, 사람의 눈에 손상을 줄 위험성을 저감시킨다.
또한, 사람의 눈의 망막 상에 결상되는 겉보기 광원 사이즈가 작아지지 않도록 하는, 소위 아이 세이프에 관해서는, 상기 IEC60825 등에 레이저 제품의 안전성 규격으로서 규정되어 있다.
여기서, 본 발명의 레이저 조명 장치는, 예를 들어 차량 탑재용 주변 감시 장치, AGV(Automatic Guided Vehicle(자동 반송 차))의 주변 감시 장치, 병원이나 공장, 시설 등에 있어서의 사람의 감시(돌봄)를 행하는 각종 장치의 조명 장치로서 사용된다.
상기 광원부는, 예를 들어 소정의 파장(850nm)을 갖는 대략 평행인 레이저광을 출사하는 LD(레이저 다이오드)이며, 미소 요소 렌즈 및 렌즈부를 통해 레이저광을 확산시켜서 광각으로 레이저광을 출사한다.
상기 렌즈부는, 광원부로부터 출사된 레이저광을 더욱 확산시켜서 광각으로 조사하기 위해서 볼록형 출사면을 갖고 부의 파워를 갖는 렌즈이며, 예를 들어 메니스커스 렌즈 등이 사용된다. 또한, 렌즈부로서는, 복수의 렌즈를 조합하여 부의 파워를 갖게 한 렌즈군을 사용해도 된다.
상기 미소 요소 렌즈는, 예를 들어 렌즈부의 출사면 상에 복수 배치된 미소 렌즈를 포함하는 렌즈 어레이이며, 부의 파워를 갖는 렌즈부에 의해 확산된 레이저광을 더욱 확산시킨다. 또한, 미소 요소 렌즈에 포함되는 미소 렌즈로서, 광축에 평행인 단면으로 본 구면 형상 또는 비구면 형상의 볼록 부분을 갖는 렌즈나, 광축에 수직인 XY 평면에 있어서 X 방향과 Y 방향으로 초점 거리가 상이한 실린드리컬 렌즈나 애너모픽 렌즈 등을 사용해도 된다.
상기 구성에 따르면, 렌즈부와 미소 요소 렌즈를 조합하여 사용함으로써, 예를 들어 레이저광을 확산시켜서 100도 이상의 광각으로 조사할 수 있다. 또한, 출사면이 볼록 형상이며 부의 파워를 갖는 렌즈부를 사용함으로써 볼록 형상을 포함하는 출사면에 배치된 미소 요소 렌즈 전체로부터 레이저광이 조사되기 때문에, 주위에 있는 사람이 어느 각도로부터 보아도 눈의 망막 상에 결상되는 겉보기 광원 사이즈가 작아지는 것을 억제할 수 있다.
이 결과, 레이저광을 보다 효과적으로 확산시켜서 광각으로 조사할 수 있음과 함께, 주위에 있는 사람의 눈의 망막에 대미지를 줘 버리는 것을 저감시켜, 안전성을 확보할 수 있다.
제12 발명에 관한 주변 감시 센서는, 제1 내지 제11 발명 중 어느 하나에 관한 레이저 조명 장치와, 수광부와, 검출부를 구비하고 있다. 수광부는, 레이저 조명 장치로부터 조사된 레이저광의 반사광을 복수의 방향으로부터 수광한다. 검출부는, 수광부에 있어서 수광된 반사광의 방향과 수광량에 기초하여 주위의 물체를 검출한다.
여기에서는, 상술한 레이저 조명 장치와, 레이저광의 반사광을 복수의 방향으로부터 수광하는 수광부와, 반사광의 방향과 수광량에 기초하여 주위의 물체(장해물, 사람 등)를 검출하는 검출부를 구비한 주변 감시 센서를 구성하고 있다.
여기서, 상기 수광부로서는, 예를 들어 레이저 조명 장치로부터 조사된 레이저광의 반사광을 수광하는 이미지 센서 등을 사용할 수 있다.
이에 의해, 상기 구성에 의해, 조사되는 레이저광을 보다 효과적으로 확산시켜서 광각으로 조사함과 함께 주위의 사람의 눈의 안전성을 확보하는 것이 가능한 주변 감시 센서를 얻을 수 있다.
본 발명에 관한 레이저 조명 장치에 따르면, 조사되는 레이저광을 보다 효과적으로 확산시켜서 광각으로 조사함과 함께 주위의 사람의 눈의 안전성을 확보할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 레이저 조명 장치를 탑재한 주변 감시 센서의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는, 도 1의 주변 감시 센서로부터 조사되는 레이저광의 범위를 나타내는 평면도이다.
도 3은, 도 1의 주변 감시 센서에 탑재된 레이저 조명 장치의 개략적인 구성을 나타내는 평면도이다.
도 4의 (a)는, 도 3의 레이저 조명 장치에 포함되는 미소 요소 렌즈의 구성을 나타내는 측면도이다. (b)는, (a)의 A1 부분의 확대도이다.
도 5의 (a)는, 도 4의 미소 요소 렌즈를 구성하는 미소 렌즈이며, 단면으로 본 곡률이 큰 볼록형 부분을 통과하는 레이저광을 나타내는 단면도이다. (b)는, (a)의 미소 렌즈를 통과한 레이저광의 광 강도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 도 3의 레이저 조명 장치에 포함되는 메니스커스 렌즈의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 7은, 도 3의 레이저 조명 장치로부터 조사된 레이저광이 확산되어서 광각으로 조사됨과 함께, 주위에 있는 사람의 망막 상에 결상되는 겉보기 광원 사이즈가 확대된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 8은, 도 3의 레이저 조명 장치를 구성하는 미소 요소 렌즈와 메니스커스 렌즈를 통과한 레이저광이, 어느 각도로부터 보아도 소정의 피폭 방출 한계 이하가 됨을 나타내는 개념도이다.
도 9의 (a)는, 도 8에 나타내는 기울기 70도 방향으로부터 본 겉보기 광원 사이즈를 나타내는 그래프이다. (b)는, 도 8에 나타내는 정면으로부터 본 겉보기 광원 사이즈를 나타내는 그래프이다.
도 10은, 본 발명의 실시 형태 2에 관한 레이저 조명 장치의 개략적인 구성을 나타내는 평면도이다.
도 11은, 본 발명의 실시 형태 3에 관한 레이저 조명 장치의 개략적인 구성을 나타내는 평면도이다.
도 12는, 본 발명의 실시 형태 4에 관한 레이저 조명 장치의 개략적인 구성을 나타내는 평면도이다.
도 13은, 본 발명의 실시 형태 5에 관한 레이저 조명 장치의 개략적인 구성을 나타내는 평면도이다.
도 14는, 본 발명의 실시 형태 6에 관한 레이저 조명 장치의 개략적인 구성을 나타내는 평면도이다.
도 15는, 본 발명의 실시 형태 7에 관한 레이저 조명 장치의 개략적인 구성을 나타내는 평면도이다.
도 16의 (a)는, 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 레이저 조명 장치에 포함되는 미소 요소 렌즈의 구성을 나타내는 측면도이다. (b)는, (a)의 A2 부분의 확대도이다.
(실시 형태 1)
본 발명의 일 실시 형태에 관한 레이저 조명 장치에 대해서, 도 1 내지 도 9의 (b)를 사용하여 설명하면 이하와 같다.
본 실시 형태에 관한 레이저 조명 장치(10)는, TOF(Time of Flight) 방식을 채용한 차량 탑재용 주변 감시 센서(100)에 탑재되어 있다. 또한, TOF 방식을 채용한 센서는, 투광한 광의 반사광을 수광할 때까지의 시간(광의 비행 시간)에 의해 대상물까지의 거리를 측정한다.
주변 감시 센서(100)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 레이저 조명 장치(10)와, 수광 소자(102)와, 제어부(검출부)(103)를 구비하고 있다. 그리고, 주변 감시 센서(100)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 차량(C)의 측면에 마련되어 있고, 예를 들어 차량(C)의 좌우 양측에 있어서의 약 140도의 레이저광 조사 범위 Z1, Z2에 레이저광(B1)을 조사하여, 장해물이나 사람 등이 없는지를 감시한다.
레이저 조명 장치(10)는, 주변 감시 센서(100)의 조명으로서 탑재되어 있고, 제어부(103)에 의해 제어되고 있다. 그리고, 레이저 조명 장치(10)는, 제어부(103)로부터 투광 명령 신호를 수신하여 원하는 범위(약 140도)에 광각으로 레이저광(B1)을 조사한다. 또한, 레이저 조명 장치(10)의 상세한 구성에 대해서는, 후단에서 상세하게 설명한다.
수광 소자(102)는, 레이저 조명 장치(10)로부터 조사된 후, 대상물(101)에서 반사한 레이저광(B1)을 수광한다. 그리고, 수광 소자(102)는, 수광한 반사광의 광량 등의 데이터를, 제어부(103)에 송신한다.
수광 소자(102)로서는, CMOS(Complementary MOS) 이미지 센서를 사용하여, 복수의 반사광을 수광한다. 이 외에, 어레이화된, PD(Photo Diode), APD(Avalanche Photo Diode)나 SPAD(Single Photon Avalanche Diode)를 이미지 센서로서 사용해도 된다. 또한, 수광 소자(102)는, 적절한 기하학 설계에 의해, 이미지 센서 상의 수광한 위치에 기초하여, 복수의 반사광이 입사한 방향을 산출할 수 있도록 구성되어 있다.
제어부(103)는, 수광 소자(102)에 있어서 수광한 광의 광량 변화에 기초하여, 그 광이 레이저광(B1)의 반사광이라고 판단한다. 또한, 제어부(103)는, 레이저 조명 장치(10)로부터 조사된 레이저광(B1)의 반사광을 수광할 때까지의 시간에 기초하여, 주변의 물체까지의 거리를 산출하고, 주변의 장해물이나 사람 등의 유무를 검출할 수 있다.
또한, 제어부(103)는, 수광한 반사광의 입사 방향과 산출한 주변의 물체까지의 거리에 기초하여 얻어지는 복수의 삼차원 점군 데이터를 분석함으로써, 주변에 존재하는 물체의 종류나 위치를 검출한다.
(레이저 조명 장치(10))
본 실시 형태의 레이저 조명 장치(10)는, 상술한 주변 감시 센서(100)의 조명 장치로서 탑재되어 있고, 차량(C)의 좌우의 측면에 있어서 광각으로 레이저광(B1)을 조사한다. 그리고, 레이저 조명 장치(10)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 광원부(11)와, 미소 요소 렌즈(12)와, 메니스커스 렌즈(렌즈부)(13)를 구비하고 있다.
(광원부(11))
광원부(11)는, 미소 요소 렌즈(12)에 대해서 대략 평행인 레이저광을 출사한다. 또한, 광원부(11)로서는, 에너지 집중도 및 지향성이 우수한 레이저광을 출사하는 레이저 다이오드(LD) 등을 사용할 수 있다.
(미소 요소 렌즈(12))
미소 요소 렌즈(12)는, 광원부(11)로부터 입사한 레이저광(B1)을 발산시켜서 광각으로 조사시키기 때문에, 도 3에 나타내는 바와 같이, 광원부(11)와 메니스커스 렌즈(13)의 사이에 마련되어 있다. 그리고, 미소 요소 렌즈(12)는, 비교적 굴절률이 높은 수지를 사용하여 성형되어 있다. 또한, 미소 요소 렌즈(12)는, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 광원부(11)측(레이저광(B1)의 입사측)에 있어서, 미소 렌즈(12a)가 동일면 상에 연속적으로 복수 배치되어서 구성되어 있다.
또한, 미소 요소 렌즈(12)에는, 예를 들어 복수의 미소 렌즈(12a)에 의해 구성되는 렌즈 어레이, 실린드리컬 렌즈 어레이 등이 포함된다.
미소 렌즈(12a)는, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 단면으로 보아, 볼록형 부분이, 광축과 평행인 단면으로 본 광축 방향의 선단부가 주위보다도 큰 곡률을 갖는 렌즈이며, 곡률 반경 0.07, 코닉 상수 -0.97을 갖고 있다.
이와 같이, 미소 렌즈(12a)의 볼록 부분이, 곡률이 큰 비구면 형상으로 되어 있음으로써, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 미소 요소 렌즈(12)를 통과한 레이저광(B1)의 각도 강도 분포가, 중심부보다도 주변이 강해지도록 배광할 수 있다.
구체적으로는, 본 실시 형태의 레이저 조명 장치(10)에서는, 미소 요소 렌즈(12)를 통과한 레이저광(B1)은, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 중심부의 광 강도(약 0.43w/sr)에 대해서 중심으로부터 떨어짐에 따라 광 강도가 점차 커지고, 좌우 70도에 있어서 광 강도(약 1.0w/sr)가 가장 커진다.
즉, 본 실시 형태에서는, 단면으로 본 광축과 평행인 단면으로 본 광축 방향의 선단부가 주위보다도 큰 곡률을 갖는 볼록 부분을 갖는 미소 렌즈(12a)를 포함하는 미소 요소 렌즈(12)를 사용함으로써 조사 범위에 있어서의 외측(각도가 큰 측)의 강도가 중심보다도 큰 레이저광(B1)을 조사할 수 있다.
이 결과, 중심부가 가장 강하고 외측을 향해서 약해지는 강도 분포가 되는 종래의 미소 요소 렌즈와 비교해서, 레이저광(B1)의 조사 범위에 있어서의 외측의 범위에까지 충분한 광량의 레이저광(B1)을 조사할 수 있다. 따라서, 주변 감시 센서(100)에 있어서, 주위에 있는 장해물이나 사람 등을 고정밀도로 검출할 수 있다.
(메니스커스 렌즈(13))
메니스커스 렌즈(13)는, 미소 요소 렌즈(12)에 의해 확산된 레이저광을 더욱 확산시켜서 광각화하기 위해서 전체로서 부의 파워를 갖고, 도 3에 나타내는 바와 같이, 미소 요소 렌즈(12)의 출사측에 배치되어 있다. 그리고, 메니스커스 렌즈(13)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 미소 요소 렌즈(12)로부터 출사된 레이저광(B1)이 입사되는 오목형 입사면(13a)과, 확산된 레이저광(B1)을 출사하는 볼록형 출사면(13b)을 갖고 있다.
보다 상세하게는, 메니스커스 렌즈(13)의 입사면(13a)은, 곡률 반경이 15mm, 코닉 상수 -0.89인 비구면 오목 형상을 갖고 있다. 그리고, 메니스커스 렌즈(13)의 출사면(13b)은, 곡률 반경 60mm의 반구면 형상을 갖고 있다.
본 실시 형태에서는, 메니스커스 렌즈(13)는, 미소 요소 렌즈(12)측에 오목형으로 비구면 입사면(13a), 그 반대측에 곡률이 큰 볼록형 출사면(13b)을 갖고 있으며, 렌즈 전체로서 부의 파워를 갖는다.
이에 의해, 미소 요소 렌즈(12)를 통과하여 입사해 온 레이저광(B1)을 더욱 확산시켜서 광각으로 레이저광을 조사시킬 수 있다. 따라서, 도 7에 나타내는 바와 같이, 100도 이상(예를 들어, 140도)의 광각으로 레이저광(B1)을 조사시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 볼록형 출사면(13b)을 갖는 메니스커스 렌즈(13)를 사용함으로써, 메니스커스 렌즈(13)의 출사면(13b)으로부터 조사되는 레이저광(B1)을 주위의 어느 각도로부터 보아도, 사람의 눈의 안전성을 확보할 수 있다.
구체적으로는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 메니스커스 렌즈(13)의 출사면(13b)으로부터 조사된 레이저광(B1)은, 주위에 있는 사람의 눈의 망막 상에 결상된다. 이때, 예를 들어 비스듬히 본 경우 등과 같이 시각 α의 각도가 작아지면, 망막 상에 결상되는 겉보기 광원 사이즈가 작아져서 망막에 대미지를 줄 우려가 있다.
그래서, 본 실시 형태의 레이저 조명 장치(10)에서는, 볼록형 출사면(13b)을 갖는 메니스커스 렌즈(13)를 사용하고 있다.
이에 의해, 도 8에 나타내는 바와 같이, 주위의 사람이 어느 각도로부터 레이저광(B1)을 본 경우에도, 눈에 입사해 오는 레이저광(B1)의 시각이 100mrad 이상이 되도록 할 수 있다. 따라서, 주위에 있는 사람의 눈의 안전성을 확보할 수 있다.
구체적으로는, 레이저 조명 장치(10)의 정면으로부터 본 경우에 눈에 입사해 오는 레이저광(B1)의 시각은 104mrad, 정면으로부터 70도의 경사 방향으로부터 본 경우에 눈에 입사해 오는 레이저광(B1)의 시각은 100mrad(5.73도)였다. 즉, 어느 각도로부터 보아도 눈에 입사해 오는 레이저광(B1)의 각도는 100mrad 이상으로 할 수 있다.
이 결과, 사람의 눈의 망막 상에 결상되는 겉보기 광원 사이즈의 크기를 확대하여, 레이저광(B1)이 눈의 망막에 대미지를 주는 것을 방지할 수 있다.
이상으로부터, 메니스커스 렌즈(13)의 출사면(13b)을, 구면보다도 곡률이 큰 볼록형으로 함으로써, 비스듬히 보았을 때의 겉보기 광원 사이즈를 크게 하여, 사람의 눈의 안전성을 확보한 상태에서 레이저광(B1)을 광각으로 조사할 수 있다.
또한, IEC(국제 전기 표준 회의(International Electro-technical Commission))60825에서, 안전하다고 생각되는 시각 값의 기준으로서, 그 이상의 크기이면 MPE 및 AEL이 광원의 크기에 의존하지 않게 되는 겉보기 광원의 시각 값인 최대 시각 αmax가 규정되어 있다.
즉, 사람의 눈의 망막의 단위 면적당 수광 허용량은 일정값이라는 점에서, 망막 상에 결상되는 겉보기 광원 사이즈(면적)를 크게 함으로써, 조사되는 레이저광(B1)의 광량 허용값을 크게 할 수 있다.
상기 사항은 시뮬레이션에 의해 계산된 값으로부터 설명할 수 있다.
도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는, 도 8에 나타내는 두 위치로부터 본 실시 형태의 레이저 조명 장치(10)를 보았을 때, 미소 요소 렌즈(12) 및 메니스커스 렌즈(13)를 경유하여 눈의 위치에 집광되는 레이저광(B1)이 메니스커스 렌즈(13)의 출사면(13b) 상에서 형성되는 광원 상의 에너지 분포를 나타낸 것이다. 레이저광의 에너지 분포는 가우스 분포라 간주할 수 있기 때문에, 그 중심 피크값의 1/e(e는 자연대수의 밑)가 되는 직경이 레이저광의 빔 직경에 대응한다.
도 9의 (a)는, 기울기 70도 방향으로부터 레이저광(B1)을 본 경우이고, 에너지가 중심 피크값의 1/e가 되는 빔 직경(광원 상의 사이즈)는 7.0mm가 된다.
여기서, 레이저 조명 장치(10)와 눈의 거리는 70mm로 설정하였다는 점에서, 시각은 100mrad가 된다. 마찬가지로, 도 9의 (b)는, 정면으로부터 레이저광(B1)을 본 경우이고, 에너지가 중심 피크값의 1/e가 되는 빔 직경은 7.3mm가 되고, 시각은 104mrad가 된다.
또한, 메니스커스 렌즈(13)는, 광축에 평행인 평면에 있어서의 일방향(대략 수평 방향)으로 곡률을 갖고, 이것에 직교하는 방향(대략 연직 방향)으로는 곡률을 갖지 않는 실린드리컬 렌즈가 사용되고 있다.
즉, 본 실시 형태에서는, 메니스커스 렌즈(13)로서 실린드리컬 렌즈를 사용함으로써 주변 감시를 행하는 대략 수평 방향에 있어서만 레이저광(B1)을 광각화하고, 대략 연직 방향에 있어서는 레이저광(B1)을 광각화하지 않는 구성으로 할 수 있다.
또한, 필요에 따라, 적절히, 대략 연직 방향으로도 곡률을 갖게 하는 것도 가능하다.
<주된 특징>
본 실시 형태의 레이저 조명 장치(10)에서는, 이상과 같은 미소 요소 렌즈(12)와 메니스커스 렌즈(13)를 조합하여 사용함으로써, 도 7에 나타내는 바와 같이, 140도의 광각으로 레이저광(B1)을 조사할 수 있다.
또한, 상기 조합에 의해, 메니스커스 렌즈(13)에 있어서의 볼록형 출사면(13b) 전체로부터 레이저광(B1)을 출사할 수 있다.
즉, 본 실시 형태의 레이저 조명 장치(10)에서는, 미소 요소 렌즈(12)의 출사측에 오목형 메니스커스 렌즈(13)를 배치함으로써, 미소 요소 렌즈(12)와 메니스커스 렌즈(13)에 있어서, 각각 레이저광(B1)을 확산시켜서 2단계로 광각화시킬 수 있다.
이 결과, 종래보다도 효과적으로 레이저광(B1)을 확산시켜서 광각으로 조사 시킬 수 있음과 함께, 주위의 사람이 어느 각도로부터 레이저광(B1)을 본 경우에도 망막 상에 결상되는 겉보기 광원 사이즈를 크게 함으로써, 레이저광(B1)이 망막에 대미지를 주는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 미소 요소 렌즈(12)를 구성하는 미소 렌즈(12a)로서, 볼록 부분의 곡률이 큰 뾰족한 비구면 형상의 렌즈를 사용하고 있다.
이에 의해, 조사 범위에 있어서의 외측(각도가 큰 측)의 강도가 중심부보다도 큰 레이저광(B1)을 조사할 수 있다.
이 결과, 중심부가 가장 강하고 외측을 향해서 약해지는 강도 분포가 되는 종래의 미소 요소 렌즈와 비교해서, 레이저광(B1)의 조사 범위에 있어서의 외측의 범위에까지 충분한 광량의 레이저광(B1)을 조사할 수 있다.
(실시 형태 2)
본 발명의 실시 형태 2에 관한 레이저 조명 장치에 대해서, 도 10을 사용하여 설명하면 이하와 같다.
본 실시 형태에 관한 레이저 조명 장치(210)는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 광원부(11)와 미소 요소 렌즈(12)의 사이에, 레이저광(B1)의 빔 직경을 확장하기 위한 빔 익스팬더(214)를 마련하고 있다는 점에 있어서, 상기 실시 형태 1의 레이저 조명 장치(10)와는 상이하다.
또한, 레이저 조명 장치(210)의 기타의 구성에 대해서는, 상기 실시 형태 1의 레이저 조명 장치(10)와 마찬가지라는 점에서, 여기에서는 그것의 구성에 대해서 상세한 설명은 생략한다.
빔 익스팬더(214)는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 광원부(11)로부터 출사된 레이저광(B1)의 빔 직경을 확장하기 위해서, 복수의 렌즈를 조합하여 구성되어 있다. 구체적으로는, 빔 익스팬더(214)는, 제1 렌즈(214a)와 제2 렌즈(214b)를 갖고 있다.
제1 렌즈(214a)는, 볼록 렌즈이며, 광원부(11)측에 배치되어 있고, 광원부(11)로부터 출사된 레이저광(B1)을 확장시킨다.
제2 렌즈(214b)는, 볼록 렌즈이며, 미소 요소 렌즈(12)측에 배치되어 있고, 제1 렌즈(214a)에 의해 확장된 레이저광(B1)을 평행광화한다.
이에 의해, 광원부(11)로부터 출사된 레이저광(B1)을, 빔 익스팬더(214)에 의해 빔 직경을 크게(콜리메이트)하여, 미소 요소 렌즈(12)에 입사시킬 수 있다.
이 결과, 소정의 각도로 광각으로 레이저광(B1)을 조사하는 경우에는, 미소 요소 렌즈(12)와 메니스커스 렌즈(13)의 사이의 거리(광로 길이)를 짧게 해서, 광학계를 소형화할 수 있다. 또한, 광로 길이가 일정하고 소정의 각도로 광각으로 레이저광(B1)을 조사하는 경우에는, 메니스커스 렌즈(13)의 곡률을 작게 할 수 있다.
(실시 형태 3)
본 발명의 실시 형태 3에 관한 레이저 조명 장치에 대해서, 도 11을 사용하여 설명하면 이하와 같다.
본 실시 형태에 관한 레이저 조명 장치(310)에서는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 확산 입자를 혼입시켜서 형성된 미소 요소 렌즈(312) 및 메니스커스 렌즈(313)를 포함한다는 점에 있어서, 상기 실시 형태 1, 2와는 상이하다.
또한, 레이저 조명 장치(310)의 기타의 구성에 대해서는, 상기 실시 형태 1의 레이저 조명 장치(10)와 마찬가지라는 점에서, 여기에서는 그것의 구성에 대해서 상세한 설명은 생략한다.
본 실시 형태의 레이저 조명 장치(310)에서는, 상술한 바와 같이, 성형 시에 확산 입자를 혼입시켜서, 미소 요소 렌즈(312) 및 메니스커스 렌즈(313)를 형성하고 있다.
이에 의해, 미소 요소 렌즈(312) 및 메니스커스 렌즈(313)에 혼입된 확산 입자의 효과에 의해, 미소 요소 렌즈(312) 및 메니스커스 렌즈(313)를 통과하는 레이저광(B1)을 효과적으로 확산시킴으로써, 에너지 분포의 균일성을 높인 상태에서, 주위의 사람의 눈의 망막 상에 결상되는 겉보기 광원 사이즈를 크게 하면서, 광각으로 조사할 수 있다.
그리고, 확산 입자의 효과에 의해 레이저광(B1)의 확산을 예상할 수 있기 때문에, 예를 들어 메니스커스 렌즈의 볼록 부분의 곡률을 작게 해도, 상기 실시 형태 1과 마찬가지로, 광각으로 레이저광(B1)을 조사할 수 있다.
(실시 형태 4)
본 발명의 실시 형태 4에 관한 레이저 조명 장치에 대해서, 도 12를 사용하여 설명하면 이하와 같다.
본 실시 형태에 관한 레이저 조명 장치(410)는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 미소 요소 렌즈(12)와 메니스커스 렌즈(13)의 사이에, 확산 입자를 포함하는 판형의 확산체(401)가 배치되어 있다는 점에 있어서, 상기 실시 형태 1과는 상이하다.
또한, 레이저 조명 장치(410)의 기타의 구성에 대해서는, 상기 실시 형태 1의 레이저 조명 장치(10)와 마찬가지라는 점에서, 여기에서는 그것의 구성에 대해서 상세한 설명은 생략한다.
본 실시 형태의 레이저 조명 장치(410)에서는, 상술한 바와 같이, 성형 시에 확산 입자가 혼입된 확산체(401)가, 미소 요소 렌즈(312)와 메니스커스 렌즈(313)의 사이에 배치되어 있다.
이에 의해, 확산체(401)에 혼입된 확산 입자의 효과에 의해, 미소 요소 렌즈(312)를 통과하여 입사해 온 레이저광(B1)을 확산시켜서, 메니스커스 렌즈(313)에 입사시킬 수 있다. 따라서, 레이저광(B1)을 효과적으로 확산시킴으로써, 에너지 분포의 균일성을 높인 상태에서, 주위의 사람의 눈의 망막 상에 결상되는 겉보기 광원 사이즈를 크게 하면서, 광각으로 조사할 수 있다.
그리고, 확산체(401)에 의해 레이저광(B1)의 확산을 예상할 수 있기 때문에, 예를 들어 메니스커스 렌즈의 볼록 부분의 곡률을 작게 해도, 상기 실시 형태 1과 마찬가지로, 광각으로 레이저광(B1)을 조사할 수 있다.
(실시 형태 5)
본 발명의 실시 형태 5에 관한 레이저 조명 장치에 대해서, 도 13을 사용하여 설명하면 이하와 같다.
본 실시 형태에 관한 레이저 조명 장치(510)는, 도 13에 나타내는 바와 같이, 미소 렌즈(512a)가 곡면 상에 복수 배치된 미소 요소 렌즈(512)를 사용하고 있다는 점에 있어서, 미소 렌즈(12a)가 평면 상에 배치된 미소 요소 렌즈(12)를 사용한 실시 형태 1 내지 4의 구성과는 상이하다.
또한, 레이저 조명 장치(510)의 기타의 구성에 대해서는, 상기 실시 형태 1의 레이저 조명 장치(10)와 마찬가지라는 점에서, 여기에서는 그것의 구성에 대해서 상세한 설명은 생략한다.
본 실시 형태의 레이저 조명 장치(510)에서는, 출사면측의 곡면 상에 복수의 미소 렌즈(512a)가 배치된 미소 요소 렌즈(512)를 사용함으로써 레이저광(B1)을 효과적으로 확산시킴으로써, 에너지 분포의 균일성을 높이고 나서, 주위의 사람의 눈의 망막 상에 결상되는 겉보기 광원 사이즈를 크게 하면서, 광각으로 조사할 수 있는 등, 상기 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(실시 형태 6)
본 발명의 실시 형태 7에 관한 레이저 조명 장치에 대해서, 도 14를 사용하여 설명하면 이하와 같다.
본 실시 형태에 관한 레이저 조명 장치(610)는, 출사면이 볼록형이고 전체로서 부의 파워를 갖는 렌즈부로서, 도 14에 나타내는 바와 같이, 두 렌즈를 조합한 렌즈군(613)을 사용하고 있다는 점에 있어서, 1매의 메니스커스 렌즈(13)를 사용한 상기 실시 형태 1 등과는 상이하다.
또한, 레이저 조명 장치(610)의 기타의 구성에 대해서는, 상기 실시 형태 1의 레이저 조명 장치(10)와 마찬가지라는 점에서, 여기에서는 그것의 구성에 대해서 상세한 설명은 생략한다.
본 실시 형태의 레이저 조명 장치(610)에서는, 상술한 바와 같이, 렌즈부로서, 2매의 렌즈를 조합한 렌즈군(613)을 사용하고 있다.
렌즈군(613)은, 전체로서 부의 파워를 갖고 있으며, 도 14에 나타내는 바와 같이, 제3 렌즈(613a)와 제4 렌즈(613b)라는 2매의 렌즈를 조합하여 구성되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 렌즈군(613)에, 전체로서 부의 파워를 갖게 하기 위해서, 제3 렌즈(613a)의 입사측 및 출사측의 적어도 하나의 면은 오목형으로 한다.
제4 렌즈(613b)는, 출사측의 면이 볼록형으로 되도록 형성되어 있다. 그리고, 제4 렌즈(613b)의 입사측의 면은, 광축에 대해서 대략 수직인 평면으로 형성되어 있다.
또한, 제4 렌즈(613b)의 입사측의 면에 대해서는, 볼록형으로 형성되어 있어도 된다.
렌즈군(613)은, 제3 렌즈(613a)의 오목형 비구면 형상에 의해 광을 더욱 발산시킴과 함께, 제4 렌즈(613b)의 출사측의 볼록형의 형상에 의해, 비스듬히 보았을 때의 시각 α를 크게 할(겉보기 광 확산면 사이즈를 크게) 수 있다.
이에 의해, 복수의 렌즈(제3·제4 렌즈(613a, 613b))를 조합한 렌즈군(613)을, 메니스커스 렌즈의 대체로서 사용함으로써 레이저광(B1)을 효과적으로 확산시킴으로써, 에너지 분포의 균일성을 높이고 나서, 주위의 사람의 눈의 망막 상에 결상되는 겉보기 광원 사이즈를 크게 하면서, 광각으로 조사할 수 있는 등, 상기 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(실시 형태 7)
본 발명의 실시 형태 7에 관한 레이저 조명 장치에 대해서, 도 15를 사용하여 설명하면 이하와 같다.
본 실시 형태에 관한 레이저 조명 장치(710)는, 도 15에 나타내는 바와 같이, 미소 요소 렌즈(712)가 메니스커스 렌즈(13)의 출사면(13b) 상에 배치되어 있다는 점에 있어서, 상기 실시 형태 1 등과는 상이하다.
또한, 레이저 조명 장치(710)의 기타의 구성에 대해서는, 상기 실시 형태 1의 레이저 조명 장치(10)와 마찬가지라는 점에서, 여기에서는 그것의 구성에 대해서 상세한 설명은 생략한다.
본 실시 형태의 레이저 조명 장치(710)에서는, 도 15에 나타내는 바와 같이, 메니스커스 렌즈(13)의 출사면(13b)측에 배치된 복수의 미소 렌즈(712a)에 의해, 미소 요소 렌즈(712)를 구성하고 있다.
이에 의해, 광원부(11)로부터 출사된 레이저광(B1)을, 메니스커스 렌즈(13) 및 미소 요소 렌즈(712)에 의해, 효과적으로 확산시켜서 광각으로 조사함과 함께, 주위의 사람의 눈의 망막 상에 결상되는 겉보기 광원 사이즈를 크게 하여 눈의 안전성을 확보할 수 있는 등, 상기 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
[다른 실시 형태]
이상, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
(A)
상기 실시 형태 1에서는, 도 4의 (b) 등에 나타내는 바와 같이, 레이저 조명 장치(10)에 포함되는 미소 요소 렌즈(12)가, 단면으로 본 광축과 평행인 단면으로 본 광축 방향의 선단부가 주위보다도 큰 곡률을 갖는 미소 렌즈(12a)가 복수 배치되어서 구성되어 있는 예를 들어서 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 도 16의 (a) 및 도 16의 (b)에 나타내는 바와 같이, 단면이 광축과 평행인 단면으로 본 광축 방향의 선단부가 주위보다도 큰 곡률을 갖는 미소 렌즈(112a)가 평면형으로 복수 배치된 미소 요소 렌즈(112)를 포함하는 레이저 조명 장치여도 된다.
이 경우에도, 미소 요소 렌즈(112)와 메니스커스 렌즈(13)를 조합함으로써, 레이저광(B1)을 종래보다도 광각으로 조사함과 함께, 주위의 사람의 눈의 안전성을 확보할 수 있다는, 상기와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(B)
상기 실시 형태에서는, 도 3 등에 나타내는 바와 같이, 광원부(11)로부터 레이저광(B1)이 대략 평행으로 출사되는 예를 들어서 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 확산을 갖는 레이저광을 출사하는 광원부를 사용해도 된다.
(C)
상기 실시 형태 3에서는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 미소 요소 렌즈(312) 및 메니스커스 렌즈(313) 양쪽에, 확산 입자를 혼입되게 한 예를 들어서 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 확산 입자를 혼입시키는 것은, 미소 요소 렌즈 및 메니스커스 렌즈(313) 중 어느 한쪽이어도 된다.
이 경우에도, 혼입된 확산 입자의 효과에 의해, 통과하는 레이저광을 확산시켜서 광각으로 조사할 수 있다.
(D)
상기 실시 형태 4에서는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 미소 요소 렌즈(12)와 메니스커스 렌즈(13)의 사이에, 판형의 확산체(401)를 배치한 예를 들어서 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 확산체의 형상으로서는, 판형으로 한정되는 것은 아니며, 블록 형의 확산체를 사용해도 된다.
(E)
상기 실시 형태 5에서는, 도 13에 나타내는 바와 같이, 미소 요소 렌즈(512)에 있어서, 곡면 상에 배치된 미소 렌즈(512a)가, 출사면측(메니스커스 렌즈(13)측)에 배치된 예를 들어서 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 도 13에 나타내는 구성과는 반대로, 미소 렌즈가 입사측의 곡면 상에 배치된 구성이어도 된다.
(F)
상기 실시 형태에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 승용차 등의 차량에 탑재된 주변 감시 센서(100)에 탑재되는 레이저 조명 장치(10)에 대해서, 본 발명을 적용한 예를 들어서 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 공장 등에서 사용되는 AGV(Automatic Guided Vehicle)에 탑재된 주변 감시 센서, 공장이나 병원, 시설, 가정 등에 있어서 사람의 감시(돌봄)를 행하는 감시 센서에 탑재되는 레이저 조명 장치에 대해서, 본 발명을 적용해도 된다.
본 발명의 레이저 조명 장치는, 조사되는 레이저광을 보다 효과적으로 확산시켜서 광각으로 조사함과 함께 주위의 사람의 눈의 안전성을 확보할 수 있다는 효과를 발휘한다는 점에서, 각종 레이저 조명 장치로서 널리 적용 가능하다.
10: 레이저 조명 장치
11: 광원부
12: 미소 요소 렌즈
12a: 미소 렌즈
13: 메니스커스 렌즈(렌즈부)
13a: 입사면
13b: 출사면
100: 주변 감시 센서
101: 대상물(장해물, 사람)
102: 수광 소자
103: 제어부(검출부)
112: 미소 요소 렌즈
112a: 미소 렌즈
210: 레이저 조명 장치
214: 빔 익스팬더
214a: 제1 렌즈
214b: 제2 렌즈
310: 레이저 조명 장치
312: 미소 요소 렌즈
312a: 미소 렌즈
313: 메니스커스 렌즈(렌즈부)
313a: 입사면
313b: 출사면
410: 레이저 조명 장치
401: 확산체
510: 레이저 조명 장치
512: 미소 요소 렌즈
512a: 미소 렌즈
610: 레이저 조명 장치
613: 렌즈군(렌즈부)
613a: 제3 렌즈
613b: 제4 렌즈
710: 레이저 조명 장치
712: 미소 요소 렌즈
712a: 미소 렌즈
B1: 레이저광
C: 차량
Z1, Z2: 레이저광 조사 범위

Claims (12)

  1. 레이저광을 출사하는 광원부와,
    상기 레이저광을 확산시키는 미소 요소 렌즈와,
    상기 미소 요소 렌즈로부터 상기 레이저광이 입사해 오는 입사면과, 상기 입사면과는 반대측에 마련되어 볼록 형상을 포함하는 출사면을 갖고 있으며, 상기 미소 요소 렌즈로부터 입사하는 상기 레이저광을 확산시키는 부의 파워를 갖는 렌즈부,
    를 구비하고 있는, 레이저 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미소 요소 렌즈는, 동일면 상에 배치된 복수의 미소 렌즈를 갖고 있는,
    레이저 조명 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 미소 요소 렌즈에 포함되는 상기 미소 렌즈는, 광축과 평행인 단면으로 본 볼록 부분의 곡률이 큰 형상을 갖고 있는,
    레이저 조명 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 미소 요소 렌즈에 포함되는 상기 미소 렌즈는, 실린드리컬 렌즈인,
    레이저 조명 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈부의 상기 입사면은, 오목형 형상을 갖고 있는,
    레이저 조명 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈부는, 메니스커스 렌즈인,
    레이저 조명 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원부와 상기 미소 요소 렌즈의 사이에 배치된 복수의 렌즈를 조합하여 구성되어 있고, 상기 광원부로부터 출사된 상기 레이저광의 빔 직경을 확대한 빔 익스팬더를, 추가로 구비하고 있는,
    레이저 조명 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미소 요소 렌즈는, 입사해 온 상기 레이저광을 확산시키는 확산 입자를 포함하는,
    레이저 조명 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈부는, 입사해 온 상기 레이저광을 확산시키는 확산 입자를 포함하는,
    레이저 조명 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미소 요소 렌즈와 상기 렌즈부의 사이에 배치되어 있고, 입사해 온 상기 레이저광을 확산시키는 확산체를, 추가로 구비하고 있는,
    레이저 조명 장치.
  11. 레이저광을 출사하는 광원부와,
    상기 광원부로부터 상기 레이저광이 입사해 오는 입사면과, 상기 입사면과는 반대측에 마련되어 볼록 형상을 포함하는 출사면을 갖고 있으며, 상기 레이저광을 확산시키는 부의 파워를 갖는 렌즈부와,
    상기 렌즈부의 상기 출사면에 배치된 복수의 미소 렌즈를 갖고, 상기 레이저광을 확산시키는 미소 요소 렌즈,
    를 구비하고 있는, 레이저 조명 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 레이저 조명 장치와,
    상기 레이저 조명 장치로부터 조사된 상기 레이저광의 반사광을 복수의 방향으로부터 수광하는 수광부와,
    상기 수광부에 있어서 수광된 상기 반사광의 방향과 수광량에 기초하여 주위의 물체를 검출하는 검출부,
    를 구비한, 주변 감시 센서.
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