TWI804861B - 光掃描裝置、對象物辨識裝置及光掃描方法 - Google Patents

光掃描裝置、對象物辨識裝置及光掃描方法 Download PDF

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Abstract

本發明之空間相位調變元件22為藉由使條片221位移而對光執行相位調變之所謂的柵狀光閥。若使測定光束Lm(測定光)入射至該空間相位調變元件22，則測定光束Lm朝向與條片221之位移態樣相應之方向射出。即，可藉由控制條片221之位移態樣，變更射出測定光束Lm之方向，而朝對象物J掃描測定光束Lm。此時，將由空間相位調變元件22執行相位調變後之測定光束Lm成形為直線狀後投影至對象物J。即，將直線狀之測定光束Lm朝對象物J掃描。

Description

光掃描裝置、對象物辨識裝置及光掃描方法
該發明係關於一種藉由掃掠投影至對象物之光之波長且檢測由對象物反射之光來辨識對象物之技術，關於例如LiDAR(Light Detection and Ranging(光偵測及測距)､Laser Imaging Detection and Ranging(雷射成像偵測及測距))等所使用之技術。
先前，於藉由例如LiDAR等辨識對象物時，使用FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave：頻率調變連續波)。該FMCW基於將掃掠波長之光投影至對象物且由光偵測器檢測自對象物反射之光之結果而計測至對象物之距離。
使用該技術，例如為了辨識存在於車輛等周圍之對象物，而需朝對象物二維掃描光。此種光之二維掃描可藉由例如日本專利特開2020-016481號公報所揭示之MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微機電系統)鏡執行。該MEMS鏡可繞正交之2個軸之各者轉動。藉由使MEMS鏡以一軸為中心轉動且使MEMS鏡反射光，而光沿主掃描方向掃描(主掃描)。於該主掃描，入射至對象物之光向MEMS鏡反射，進而藉由MEMS鏡向光探測器反射，並藉由光探測器檢測。且，藉由使MEMS鏡繞另一軸轉動使光之位置於副掃描方向上位移且重複主掃描，可二維掃描光。
[發明所欲解決之問題]
於使用此種MEMS鏡之光之二維掃描中，使光之位置向副掃描方向位移且重複主掃描。因此，掃描需要時間。
該發明係鑑於上述問題而完成者，其目的在於提供一種可減少光之二維掃描所需之時間之技術。 [解決問題之技術手段]
本發明之光掃描裝置具備：波長掃掠光產生部，其產生波長連續變化之基準光及測定光；空間相位調變元件，其具有反射測定光之複數個格柵要件，藉由使格柵要件位移而對測定光執行相位調變；投影光學系統，其將由空間相位調變元件執行相位調變後之測定光成形為直線狀，而將直線狀延伸之測定光投影至對象物；及受光部，其具有直線狀排列之複數個光探測器，將由對象物反射之測定光引導至複數個光探測器；且受光部將與基準光重疊之測定光引導至複數個光探測器；複數個光探測器檢測重疊之基準光及測定光；空間相位調變元件藉由控制複數個格柵要件各者之位移，而朝對象物掃描測定光。
本發明之光掃描方法具備以下步驟：產生波長連續變化之基準光及測定光；藉由使具有反射測定光之複數個格柵要件之空間相位調變元件的格柵要件位移，而對測定光執行相位調變；藉由將經執行相位調變之測定光成形為直線狀，而將直線狀延伸之測定光投影至對象物；使由對象物反射之測定光與基準光重疊；及藉由直線狀排列之複數個光探測器檢測重疊之測定光與基準光；且藉由控制空間相位調變元件之複數個格柵要件各者之位移，而朝對象物掃描測定光。
於如此構成之本發明(光掃描裝置及光掃描方法)中，使用具有複數個格柵要件之空間相位調變元件。該空間相位調變元件藉由使格柵要件位移而對光執行相位調變。若使測定光入射至該空間相位調變元件，則測定光朝向與格柵要件之位移態樣相應之方向射出。即，可藉由控制格柵要件之位移態樣，變更射出測定光之方向，而朝對象物掃描測定光。此時，將由空間相位調變元件執行相位調變後之測定光成形為直線狀後投影至對象物。即，將直線狀之測定光朝對象物掃描。與此對應地，設置有直線狀排列之複數個光探測器，藉由複數個光探測器，檢測由對象物反射之直線狀之測定光。因此，可對具有直線狀之測定光之長度與掃描測定光之寛度的範圍同時掃描並檢測測定光。如此，可減少光之二維掃描所需之時間。
又，藉由利用空間光調變元件掃描光，可期待如下之優點。即，若要使用MEMS鏡掃描光，則因MEMS鏡於測定光之波長連續變化之期間轉動，推想恐難以執行適當之光之掃描。對此，空間光調變元件可以所期望之位移量準確地使格柵要件靜止，無此種疑慮。又，因格柵要件之位移量可相對高速地變更，故可瞬時變更格柵要件之位移態樣並高速掃描測定光。其結果，可期待可更確實地減少光之二維掃描所需之時間。
又，亦可如下構成光掃描裝置：投影光學系統藉由於延設方向擴展測定光且在從延設方向觀察之視點下調準測定光，而將沿延設方向直線狀延伸之測定光投影至對象物。藉此，可將由調準光構成之直線狀之測定光朝對象物掃描。
又，亦可如下構成光掃描裝置：受光部具有分別與複數個光探測器對應且直線狀排列之複數個透鏡，由對象物反射之測定光入射至複數個透鏡，透鏡將入射而來之測定光引導至對應之光探測器。於該構成中，可將由對象物反射之直線狀之測定光準確地引導至複數個光探測器之各者。
又，亦可如下構成光掃描裝置：受光部進而具有分別與複數個光探測器對應且直線狀排列之複數個光合成器，且光合成器使基準光重疊於透過與同一個光探測器對應之透鏡之測定光後，將測定光及基準光引導至對應之光探測器。於該構成中，可使由對象物反射之直線狀之測定光與基準光重疊，且將其準確地引導至複數個光探測器各者。
又，亦可如下構成光掃描裝置：進而具備設置於波長掃掠光產生部與空間相位調變元件之間的照射光學系統，且複數個格柵要件排列於排列方向，格柵要件具有沿與排列方向正交之長條方向延伸之形狀，照射光學系統使測定光於長條方向上相對於空間相位調變元件收斂，且在從長條方向觀察之視點下相對於空間相位調變元件調準測定光。於該構成中，使測定光相對於空間相位調變元件之複數個格柵要件收斂。因此，可將測定光限制在格柵要件中以相對高精度控制其位移之範圍，可自空間相位調變元件向所期望之方向準確地射出測定光。
本發明之對象物辨識裝置具備：上述光掃描裝置；及控制部，其基於光掃描裝置所具備之複數個光探測器之檢測結果而算出與對象物之位置關係。因此，可減少光之二維掃描所需之時間。 [發明之效果]
如以上，根據本發明，可減少光之二維掃描所需之時間。
圖1係顯示本發明之對象物辨識裝置之方塊圖。圖1之對象物辨識裝置1藉由掃描周圍而測定至存在於周圍之對象物J之距離，以之辨識對象物J之存在範圍。該對象物辨識裝置1具備：發送單元2，其朝對象物J發送測定光束Lm；接收單元6，其接收由對象物J反射之測定光束Lm；及控制部9，其控制發送單元2及接收單元6。
發送單元2具有：波長掃掠光源21，其射出波長連續變化之光束；及空間相位調變元件22，其對自波長掃掠光源21射出之測定光束Lm執行相位調變。朝對象物J發送由空間相位調變元件22執行相位調變後之測定光束Lm。
接收單元6具有由排列成一行之複數個光探測器構成之光探測器陣列61，由對象物J反射之測定光束Lm藉由光探測器陣列61檢測。更詳細而言，接收單元6使自發送單元2接收之基準光束Lr、與由對象物J反射之測定光束Lm重疊而產生合成波，光探測器陣列61檢測該合成波。該合成波包含因測定光束Lm與基準光束Lr之干涉而產生之差拍。
控制部9由CPU(Central Processing Unit：中央處理單元)之類的處理器或FPGA(Field Programmable Gate Array：場可程式化閘陣列)等構成。該控制部9控制來自波長掃掠光源21之測定光束Lm及基準光束Lr之射出、或空間相位調變元件22之相位調變。再者，控制部9基於光探測器陣列61檢測出之測定光束Lm與基準光束Lr之合成波所包含之差拍，算出至對象物J之距離。
該對象物辨識裝置1所使用之空間相位調變元件22為例如圖2A、圖2B及圖2C所示之柵狀光閥。此處，圖2A係模式性顯示柵狀光閥之構成之俯視圖，圖2B係模式性顯示柵狀光閥之構成之側視圖，圖2C係模式性顯示柵狀光閥之動作之圖。
空間相位調變元件22具有排列於方向Gx之複數個條片221。如圖2A所示於俯視下，構成要件即條片221具有於方向Gx較短且於方向Gy較長之矩形狀。此處，方向Gy與方向Gx正交。條片221具有可撓性，其表面作為正反射光束之反射面發揮功能。於圖2B，一併記載未彎曲之條片221、與彎曲之條片221(虛線)。如此，條片221藉由彎曲而於方向Gz位移。此處，方向Gz與方向Gx及方向Gy正交。空間相位調變元件22藉由利用與來自控制部9之信號相應之靜電力使條片221彎曲，而使條片221僅位移該信號顯示之位移量。藉此，可以多個態樣使複數個條片221位移。
針對該點，使用圖2C之例進行說明。於模式M1，複數個條片221之位移量皆為零，空間相位調變元件22作為鏡子發揮功能。於模式M2、M3，條片221之位移量於方向Gx週期性變化，空間相位調變元件22作為閃耀繞射格柵發揮功能。即，空間相位調變元件22向與條片221之位移量之週期相應之角度反射測定光束Lm。另，於模式M2與模式M3，條片221之位移之週期不同，藉由空間相位調變元件22反射測定光束Lm光之角度不同。因此，空間相位調變元件22藉由使複數個條片221位移之週期變化，而可沿掃描方向掃描測定光束Lm。
圖3係模式性顯示發送單元之構成之立體圖，圖4A係模式性顯示與掃描方向正交之正交方向之發送單元之光學動作之光線圖，圖4B係模式性顯示掃描方向之發送單元之光學動作之光線圖。另，於圖4A一併記載接收單元之構成。
首先，對正交方向Dr之動作進行說明。波長掃掠光源21根據來自控制部9之指令，射出波長連續變化之波長掃掠光束Lo。於圖4A所示之從掃描方向Ds觀察之視點下(換言之，於正交方向Dr上)，自波長掃掠光源21射出之波長掃掠光束Lo由柱狀透鏡C予以調準。將如此經調準之波長掃掠光束Lo，藉由分束器S1分割為基準光束Lr與測定光束Lm。藉此，產生與測定光束Lm同樣為波長連續變化之基準光束Lr。將該基準光束Lr自發送單元2發送至接收單元6，用於產生稍後敘述之差拍。
另一方面，測定光束Lm於圖4A所示之從掃描方向Ds觀察之視點下，藉由透鏡Fa1成像於空間相位調變元件22。於此處之例中，掃描方向Ds與方向Gx對應，正交方向Dr與方向Gy對應(圖2、圖4A、圖4B)。因此，測定光束Lm於方向Gy上聚光，成像於各條片221之中央。
順帶一提，如圖3所示，於透鏡Fa1與空間相位調變元件22之間，配置有偏光分束器S2與1/4波長板P。因此，自透鏡Fa1射出之測定光束Lm藉由偏光分束器S2而反射，朝向空間相位調變元件22以直角彎曲。如此由偏光分束器S2反射之測定光束Lm隨著通過1/4波長板P而旋轉1/4波長後，入射至空間相位調變元件22。
入射至空間相位調變元件22之測定光束Lm藉由空間相位調變元件22，向1/4波長板P及偏光分束器S2反射。因此，測定光束Lm隨著通過1/4波長板P而進一步旋轉1/4波長後，入射至偏光分束器S2。測定光束Lm因2次通過1/4波長板P而旋轉1/2波長，故入射至偏光分束器S2之測定光束Lm通過偏光分束器S2，朝向由透鏡Fa2、Fa3構成之投影光學系統Fa23。另，於圖4A、圖4B中，為了簡化說明，故省略反射型之空間光調變元件22之光線折返之圖示。
於圖4A所示之從掃描方向Ds觀察之視點下，由空間相位調變元件22反射之測定光束Lm藉由透鏡Fa2調準之後，藉由透鏡Fa3成像。藉由透鏡Fa3將測定光束Lm成像之成像點，位於透鏡Fa3與對象物J之間。因此，測定光束Lm於正交方向Dr上擴展且入射至對象物J。如此，投影光學系統Fa23成形出正交方向Dr上擴展之測定光束Lm，並照射至對象物J。
接著，對掃描方向Ds之動作進行說明。柱狀透鏡C於掃描方向Ds上不具有屈光率，於圖4B所示之從正交方向Dr觀察之視點下(換言之，於掃描方向Ds上)，自波長掃掠光源21射出之波長掃掠光束Lo不會藉由柱狀透鏡C折射，而乃行進並作為測定光束Lm入射至透鏡Fa1。
在從正交方向Dr觀察之視點下，入射至透鏡Fa1之測定光束Lm藉由透鏡Fa1調準後入射至空間相位調變元件22。即，測定光束Lm以於掃描方向Ds上經調準且如上所述於正交方向Dr上成像之狀態，入射至空間相位調變元件22。因此，與方向Gx平行延伸之測定光束Lm成像於空間相位調變元件22之方向Gy之中央。
另一方面，空間相位調變元件22以與來自控制部9之指令相應之態樣使複數個條片221位移，對測定光束Lm執行相位調變。因此，入射至空間相位調變元件22之測定光束Lm以與複數個條片221之位移態樣相應之角度由空間相位調變元件22反射。於圖4B，一併記載藉由空間相位調變元件22向4個不同之角度反射之測定光束Lm。如此，藉由空間相位調變元件22反射之測定光束Lm入射至透鏡Fa2。
順帶一提，如上所述，於透鏡Fa1與空間相位調變元件22之間，配置有偏光分束器S2與1/4波長板P。因此，測定光束Lm自偏光分束器S2經由1/4波長板P入射至空間相位調變元件22。進而，測定光束Lm自空間相位調變元件22經由1/4波長板P入射至偏光分束器S2。該等偏光分束器S2及1/4波長板P之功能之細節如以上說明般。
於圖4B所示之從正交方向Dr觀察之視點下，由空間相位調變元件22反射之測定光束Lm於藉由透鏡Fa2成像之後，藉由透鏡Fa3調準。如圖4B所示，由透鏡Fa2、Fa3構成之投影光學系統Fa23使自空間相位調變元件22射出之測定光束Lm之寛度變窄。又，如上所述，投影光學系統Fa23於正交方向Dr上擴展測定光束Lm。即，投影光學系統Fa23以正交方向Dr上較寬且掃描方向Ds上較窄之直線狀成形測定光束Lm，並照射至對象物J。
於該構成，若空間相位調變元件22變更反射測定光束Lm之角度，則沿正交方向Dr直線狀延伸之測定光束Lm相對於對象物J沿掃描方向Ds掃描。另，如圖4B所示，投影光學系統Fa23擴展空間相位調變元件22之測定光束Lm之反射角。藉此，確保測定光束Lm之掃描範圍較廣。
以上為發送單元2之細節。接著，對接收單元6進行說明。由對象物J反射之測定光束Lm不返回至發送單元2，而入射至與發送單元2分開設置之接收單元6。該接收單元6具有光探測器陣列61、光合成元件陣列63、微透鏡陣列65及相機透鏡67。由對象物J反射之測定光束Lm藉由相機透鏡67引導至微透鏡陣列65。且，透過微透鏡陣列65之測定光束Lm經由光合成元件陣列63入射至光探測器陣列61。
光探測器陣列61具有於陣列方向A排列成一行之複數個光探測器611。與此相對，光合成元件陣列63具有與複數個光探測器611對應且於陣列方向A排列成一行之複數個光合成元件631，微透鏡陣列65具有與複數個光探測器611對應且於陣列方向A排列成一行之複數個微透鏡651。另，當然光探測器陣列61之個數並非限定於圖4A所示之個數。
陣列方向A對應於正交方向Dr，由對象物J反射之直線狀之測定光束Lm沿陣列方向A照射至複數個微透鏡651。且，透過複數個微透鏡651之測定光束Lm經由複數個光合成元件631到達複數個光探測器611。
詳細而言，微透鏡651將入射而來之測定光束Lm向對應之光探測器陣列61成像。又，對各光合成元件631，發送由分束器S1自波長掃掠光束Lo分割之基準光束Lr，光合成元件631使向對應之光探測器611成像之測定光束Lm與基準光束Lr重疊，向光探測器611射出。如此，光探測器611檢測測定光束Lm與基準光束Lr之合成波。該合成波包含因測定光束Lm與基準光束Lr之干涉而產生之差拍，控制部9基於該差拍算出至對象物J之距離。
順帶一提，如上所述，對測定光束Lm及基準光束Lr，執行使波長連續變化之波長掃掠。該波長掃掠為使波長自長波長向短波長連續變化、或使波長自短波長向長波長連續變化之動作。於執行波長掃掠之期間，空間相位調變元件22以與反射測定光束Lm之角度(掃描角)相應之位移態樣使複數個條片221靜止。且，藉由於該波長掃掠結束並開始下一個波長掃掠之期間，使複數個條片221之位移態樣變化而執行掃描角之變更。
於以上說明之實施形態中，使用具有複數個條片221之空間相位調變元件22。該空間相位調變元件22為藉由使條片221位移而對光執行相位調變之所謂的柵狀光閥。若使測定光束Lm(測定光)入射至該空間相位調變元件22，則測定光束Lm向與條片221之位移態樣相應之方向射出。即，可藉由控制條片221之位移態樣，變更射出測定光束Lm之方向，而朝對象物J掃描測定光束Lm。此時，將由空間相位調變元件22執行相位調變後之測定光束Lm成形為直線狀後投影至對象物J。即，將直線狀之測定光束Lm朝對象物J掃描。與此對應地，設置有直線狀排列之複數個光探測器611，藉由複數個光探測器611，檢測由對象物J反射之直線狀之測定光束Lm。因此，可對具有直線狀之測定光束Lm之長度、與掃描測定光束Lm之寛度之範圍同時掃描並檢測測定光束Lm。如此，可減少光之二維掃描所需之時間。
又，藉由利用柵狀光閥掃描光，而可期待如下之優點。即，如要使用MEMS鏡掃描測定光束Lm，則因MEMS鏡於測定光束Lm之波長連續變化之期間轉動，推想恐難以執行適當之測定光束Lm之掃描。對此，柵狀光閥可於掃掠測定光束Lm之波長之期間，以與掃描角相應之位移態樣使條片221準確地靜止，而無此種疑慮。又，因條片221能以100 kHz以上進行動作，並可相對高速地變更，故可瞬時變更條片221之位移態樣並高速掃描測定光束Lm。其結果，可期待可更確實地減少測定光束Lm之二維掃描所需之時間。
又，投影光學系統Fa23藉由於正交方向Dr(延設方向)擴展測定光束Lm且在從正交方向Dr觀察之視點下調準測定光束Lm，而將沿正交方向Dr直線狀延伸之測定光束Lm投影至對象物J。藉此，可將由調準光構成之直線狀之測定光束Lm朝對象物J掃描。
又，接收單元6(接收部)具有分別與複數個光探測器611對應且直線狀排列之複數個微透鏡651(透鏡)，將由對象物J反射之測定光束Lm入射至複數個微透鏡651。且，微透鏡651將入射而來之測定光束Lm引導至對應之光探測器611。於該構成中，可將由對象物J反射之直線狀之測定光束Lm準確地引導至複數個光探測器611各者。
又，接收單元6進而具有分別與複數個光探測器611對應且直線狀排列之複數個光合成元件631(光合成器)。該光合成元件631使基準光束Lr(基準光)重疊於透過與同一個光探測器611對應之微透鏡651之測定光束Lm後，將測定光束Lm及基準光束Lr引導至對應之光探測器611。於該構成中，可使由對象物J反射之直線狀之測定光束Lm與基準光束Lr重疊，且將其準確地引導至複數個光探測器611各者。
又，於空間相位調變元件22中，複數個條片221排列於方向Gx(排列方向)，條片221具有沿方向Gy(長條方向)延伸之形狀。對此，於波長掃掠光源21與空間相位調變元件22之間，配置有透鏡Fa1(照射光學系統)。該透鏡Fa1使測定光束Lm於方向Gy上相對於空間相位調變元件22收斂，且在從方向Gy觀察之視點下相對於空間相位調變元件22調準測定光束Lm。如此，因使測定光束Lm相對於空間相位調變元件22之複數個條片221收斂，故可將測定光束Lm限制在條片221中以相對高精度控制其位移之範圍(中央部)，可自空間相位調變元件22向所期望之方向準確地射出測定光束Lm。
於以上說明之實施形態，對象物辨識裝置1相當於本發明之「對象物辨識裝置」之一例，發送單元2及接收單元6構成本發明之「光掃描裝置」，波長掃掠光源21及分束器S1構成本發明之「波長掃掠光產生部」，空間相位調變元件22相當於本發明之「空間相位調變元件」之一例，條片221相當於本發明之「格柵要件」之一例，接收單元6相當於本發明之「受光部」之一例，光探測器611相當於本發明之「光探測器」之一例，光合成元件631相當於本發明之「光合成器」之一例，微透鏡651相當於本發明之「透鏡」之一例，控制部9相當於本發明之「控制部」之一例，正交方向Dr相當於本發明之「延設方向」之一例，透鏡Fa1相當於本發明之「照射光學系統」之一例，投影光學系統Fa23相當於本發明之「投影光學系統」之一例，方向Gx相當於本發明之「排列方向」之一例，方向Gy相當於本發明之「長條方向」之一例，對象物J相當於本發明之「對象物」之一例，基準光束Lr相當於本發明之「基準光」之一例，測定光束Lm相當於本發明之「測定光」之一例。
另，本發明並非限定於上述實施形態者，只要不脫離其主旨則除上述以外亦可進行各種變更。例如，上述投影光學系統Fa23藉由於對象物J之前將測定光束Lm成像，而擴展測定光束Lm之掃描角。然而，亦可如圖5所示構成投影光學系統。此處，圖5係模式性顯示投影光學系統之變化例之光學動作之光線圖。於該圖，分別一併記載投影至4個不同之掃描角之測定光束Lm。該投影光學系統Fb14由分別擴展測定光束Lm之角度之4個透鏡Fb1～Fb4構成。
又，偏光分束器S2及1/4波長板P並非必須之構成。因此，亦可不設置偏光分束器S2及1/4波長板P地構成發送單元2。
又，基準光束Lr之產生方法並不限定於上述之例。例如於圖4B所示之從正交方向Dr觀察之視點下，亦可藉由自測定光束Lm分割基準光束Lr之分束器產生基準光束Lr。
又，於上述之例，雖使用柵狀光閥作為空間相位調變元件22之一例進行說明，但並非限定於此者，亦可採用平面光閥。針對平面光閥，使用圖6進行說明。
圖6係概略性顯示平面光閥作為空間相位調變元件22之構成之其他例之圖。平面光閥22具備與省略圖示之基板上相鄰且矩陣狀配置之複數個大致矩形之反射元件223(格柵要件)。該等複數個反射元件223之表面成為調變面。於圖6所示之例，於圖中之縱方向配置M個且於橫方向配置N個反射元件223。
各反射元件223具備固定構件224、與可動構件225。固定構件224係固定於上述基板之平面狀之大致矩形之構件，於中央設置大致圓形之開口。可動構件225係設置於固定構件224之該開口之大致圓形之構件。於固定構件224之上表面(即，與圖6中之紙面垂直之方向之近前側之面)設置固定反射面。於可動構件225之上表面設置可動反射面。可動構件225可沿與圖6之紙面垂直之方向移動。
於反射元件223，固定構件224與可動構件225之相對位置僅位移來自控制部9之信號顯示之位移量。此時，沿縱方向排列之各反射元件223之可動構件225之位移量相同。即，以1行單位(縱方向之單位)控制位移量。因此，於上述模式M2、M3之情形時，藉由以行單位使可動構件225之位移量沿橫方向週期性變化而作為閃耀繞射格柵發揮功能。
另，於應用此種平面光閥之情形時，搭載將入射至空間相位調變元件22之光成形為成為M×N之尺寸之矩形狀之光之光學系統、及累計來自沿縱方向排列成1行之反射元件223之反射光並予成形為直線狀之測定光束之光學系統。
以上，如說明所述，即便應用平面光閥作為空間相位調變元件22之情形時，仍可對具有直線狀之測定光之長度與掃描測定光之寛度之範圍同時掃描並檢測測定光。如此，可減少光之二維掃描所需之時間。 [產業上之可利用性]
本發明可應用於使光掃描之光掃描技術之整體。
1:對象物辨識裝置 2:發送單元(光掃描裝置) 6:接收單元(光掃描裝置、受光部) 9:控制部 21:波長掃掠光源(波長掃掠光產生部) 22:空間相位調變元件 61:光探測器陣列 63:光合成元件陣列 65:微透鏡陣列 67:相機透鏡 221:條片(格柵要件) 223:反射元件(格柵要件) 224:固定構件 225:可動構件 611:光探測器 631:光合成元件(光合成器) 651:微透鏡(透鏡) A:陣列方向 C:柱狀透鏡 Dr:正交方向(延設方向) Ds:掃描方向 Fa1:透鏡(照射光學系統) Fa2:透鏡(照射光學系統) Fa3:透鏡(照射光學系統) Fa23:投影光學系統 Fb1:透鏡(照射光學系統) Fb2:透鏡(照射光學系統) Fb3:透鏡(照射光學系統) Fb4:透鏡(照射光學系統) Fb14:投影光學系統 Gx:方向(排列方向) Gy:方向(長條方向) Gz:方向 J:對象物 Lm:測定光束(測定光) Lo:波長掃掠光束 Lr:基準光束(基準光) M1:模式 M2:模式 M3:模式 P:1/4波長板 S1:分束器(波長掃掠光產生部) S2:偏光分束器
圖1係顯示本發明之對象物辨識裝置之方塊圖。 圖2A係模式性顯示柵狀光閥之構成之俯視圖。 圖2B係模式性顯示柵狀光閥之構成之側視圖。 圖2C係模式性顯示柵狀光閥之動作之圖。 圖3係模式性顯示發送單元之構成之立體圖。 圖4A係模式性顯示與掃描方向正交之正交方向之發送單元之光學動作之光線圖。 圖4B係模式性顯示掃描方向之發送單元之光學動作之光線圖。 圖5係模式性顯示投影光學系統之變化例之光學動作之光線圖。 圖6係概略性顯示空間相位調變元件之構成之其他例之圖。
2:發送單元
21:波長掃掠光源
22:空間相位調變元件
C:柱狀透鏡
Dr:正交方向
Ds:掃描方向
Fa1:透鏡
Fa2:透鏡
Fa3:透鏡
Fa23:投影光學系統
J:對象物
Lm:測定光束
Lo:波長掃掠光束
P:1/4波長板
S2:偏光分束器

Claims (9)

  1. 一種光掃描裝置，其具備：波長掃掠光產生部，其產生波長連續變化之基準光及測定光；空間相位調變元件，其具有反射上述測定光之複數個格柵要件，藉由使上述格柵要件位移而對上述測定光執行相位調變；投影光學系統，其將由上述空間相位調變元件執行相位調變後之上述測定光成形為直線狀，而將直線狀延伸之上述測定光投影至對象物；及受光部，其具有直線狀排列之複數個光探測器，將由上述對象物反射之上述測定光引導至上述複數個光探測器；且上述受光部將與上述基準光重疊之上述測定光引導至上述複數個光探測器；上述複數個光探測器檢測重疊之上述基準光及上述測定光；上述空間相位調變元件係：藉由控制上述複數個格柵要件各者之位移而變更上述測定光自上述空間相位調變元件射出之方向，藉此對上述對象物掃描上述測定光。
  2. 如請求項1之光掃描裝置，其中上述投影光學系統藉由於延設方向擴展上述測定光且在從上述延設方向觀察之視點下調準上述測定光，而將沿上述延設方向直線狀延伸之上述測定光投影至上述對象物。
  3. 如請求項1之光掃描裝置，其中上述受光部具有分別與上述複數個光探測器對應且直線狀排列之複數個透鏡，且 由上述對象物反射之上述測定光入射至上述複數個透鏡，上述透鏡將入射而來之上述測定光引導至對應之上述光探測器。
  4. 如請求項3之光掃描裝置，其中上述受光部進而具有分別與上述複數個光探測器對應且直線狀排列之複數個光合成器，且上述光合成器使上述基準光重疊於透過與同一個上述光探測器對應之上述透鏡之上述測定光後，將上述測定光及上述基準光引導至對應之上述光探測器。
  5. 如請求項1至4中任一項之光掃描裝置，其進而具備設置於上述波長掃掠光產生部與上述空間相位調變元件之間的照射光學系統，且上述複數個格柵要件排列於排列方向，上述格柵要件具有沿與上述排列方向正交之長條方向延伸之形狀，上述照射光學系統使上述測定光於上述長條方向上相對於上述空間相位調變元件收斂，且在從上述長條方向觀察之視點下相對於上述空間相位調變元件調準上述測定光。
  6. 如請求項1之光掃描裝置，其中上述空間相位調變元件係：上述測定光之波長連續變化之波長掃掠執行之期間，使上述格柵要件靜止。
  7. 如請求項1之光掃描裝置，其中上述投影光學系統係構成為：將由上述空間相位調變元件所致之上述測定光之反射角擴展。
  8. 一種對象物辨識裝置，其具備：請求項1至7中任一項之光掃描裝置；及控制部，其基於上述光掃描裝置所具備之複數個光探測器之檢測結果而算出與對象物之位置關係。
  9. 一種光掃描方法，其具備以下步驟：產生波長連續變化之基準光及測定光；藉由使具有反射上述測定光之複數個格柵要件之空間相位調變元件的上述格柵要件位移，而對上述測定光執行相位調變；藉由將經執行相位調變之上述測定光成形為直線狀，而將直線狀延伸之上述測定光投影至對象物；使由上述對象物反射之上述測定光與上述基準光重疊；及藉由直線狀排列之複數個光探測器檢測重疊之上述測定光與上述基準光；且藉由控制上述空間相位調變元件之上述複數個格柵要件各者之位移而變更上述測定光自上述空間相位調變元件射出之方向，藉此對上述對象物掃描上述測定光。
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