WO2019044823A1 - 光学装置 - Google Patents

光学装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2019044823A1
WO2019044823A1 PCT/JP2018/031758 JP2018031758W WO2019044823A1 WO 2019044823 A1 WO2019044823 A1 WO 2019044823A1 JP 2018031758 W JP2018031758 W JP 2018031758W WO 2019044823 A1 WO2019044823 A1 WO 2019044823A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
light receiving
reflected
receiving unit
irradiation
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/031758
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
亮 出田
孝典 落合
佐藤　充
柳澤　琢麿
小笠原　昌和
Original Assignee
パイオニア株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パイオニア株式会社 filed Critical パイオニア株式会社
Priority to JP2019539525A priority Critical patent/JP6876811B2/ja
Publication of WO2019044823A1 publication Critical patent/WO2019044823A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements

Definitions

  • the present invention relates to an optical device that receives reflected light obtained by reflecting emitted light from an object.
  • a sensor device using LiDAR can measure the position of an object, ie the distance between the sensor device and the object, based on the time it takes for light to be emitted and detected by the receiver.
  • the LiDAR scans the emitted light by a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror or the like.
  • the light emitted from the device is scanned with a MEMS mirror or the like to measure the distance to the object in the scanning range (see, for example, Patent Document 1).
  • the light 104 irradiated through the mirror 5 is reflected by the object to be measured 101, and is reflected by the mirror 5 to the light receiving element 8 as the reflected light 105, and the light receiving element 8 receives light. Since this mirror 5 is driven to scan a predetermined range of angles, the angle of the mirror 5 changes slightly between the time of emission of the light 104 and the time of return as the reflected light 105. There is a problem that the light receiving position is shifted according to the scanning direction, and light can not be received at an appropriate position.
  • the invention according to claim 1 made to solve the above problems is a scanning means for scanning the irradiation light irradiated by the irradiation means in a first direction and a second direction opposite to the first direction according to a change in reflection direction,
  • a light receiving unit having two light receiving units for receiving the reflected light obtained by the irradiation light reflected by the object through the scanning unit, and the irradiation unit emits the irradiation light in the scanning unit;
  • the two light receptions along a direction inclined with respect to a third direction which is a direction of light reception position change of the reflected light on the light receiving means due to a change in the reflection direction while the reflected light is incident. It is characterized in that a light sensing unit in the unit is disposed.
  • FIG. 1 It is a schematic block diagram of the optical apparatus concerning one Example of this invention. It is a schematic block diagram of the light-receiving part shown by FIG. It is explanatory drawing when the angle of the MEMS mirror shown by FIG. 1 changed.
  • An optical apparatus includes: a scanning unit configured to scan irradiation light emitted by the irradiation unit in a first direction and a second direction opposite to the first direction according to a change in a reflection direction; And light receiving means having two light receiving portions for receiving the reflected light reflected by the object via the scanning means. Then, in the scanning means, the light source is inclined with respect to the third direction which is the direction of change of the light receiving position of the reflected light on the light receiving means due to the change in the reflection direction from the emission of the irradiation light to the incidence of the reflected light.
  • the light sensing units in the two light receiving units are disposed along the direction. In this way, the two light receiving units can receive light at an appropriate position in the light receiving unit in both the first direction and the second direction. Further, the resolution of the scanning range can be improved by arranging the first light receiving unit and the second light receiving unit along the direction inclined with respect to the third direction.
  • the scanning means scans the irradiation light in the first direction
  • the light receiving means receives the reflected light by the first light receiving unit and acquires a signal related to the intensity of the received light
  • the scanning means emits the irradiation light
  • the reflected light may be received by the second light receiving unit, and a signal related to the intensity of the received light may be acquired.
  • Each of the two light receiving units has a plurality of light sensing units, and the light sensing units of the first light receiving unit of the two light receiving units and the light sensing units of the second light receiving unit are orthogonal to the third direction. It may be arranged alternately along the direction. In this way, when a so-called line beam extended in the direction orthogonal to the third direction is used as the irradiation light, the second light receiving portion reflects the reflected light corresponding to the position between the light receiving elements of the first light receiving portion. Light can be received, and the resolution of the received light can be improved.
  • the first light receiving unit and the second light receiving unit are light receiving positions of reflected light on the light receiving unit when the light receiving unit receives the reflected light while the scanning unit does not change the reflection direction of the light. You may arrange
  • it may have a stretching means for stretching the irradiation light in a direction orthogonal to the third direction.
  • a stretching means for stretching the irradiation light in a direction orthogonal to the third direction.
  • the scanning means may have a mirror that reflects the irradiation light and the reflected light. By this, light can be changed in a predetermined direction with a simple structure. In addition, it is possible to miniaturize like a MEMS mirror.
  • the distance which measures the distance to an object based on the time which it has an optical device according to any one of claims 1 to 6 and which is required from the irradiation of the irradiation light to the reception of the irradiation light by the light receiving means It may be a measuring device. In this way, in the distance measuring device, the reflected light can be received at an appropriate position, and the distance measurement accuracy can be improved.
  • the optical device 1 includes a light source 2, a line beam emitting unit 3, a beam splitter 4, a MEMS mirror 5, a light emitting and receiving lens 6, and a collecting lens 7. , And the light receiving unit 8.
  • the light source 2 as the emitting unit is configured by, for example, a laser diode.
  • the light source 2 emits (emits) pulse-like laser light of a predetermined wavelength.
  • the line beam emitting unit 3 as an expanding means converts the laser beam emitted from the light source 2 into a linear beam having a uniform intensity distribution (that is, a line beam whose light beam cross section is a band-like beam) from point to point
  • a linear beam having a uniform intensity distribution that is, a line beam whose light beam cross section is a band-like beam
  • the line beam in the present embodiment is elongated in the direction orthogonal to the direction scanned by the MEMS mirror 5 (the x direction and the x 'direction in FIG. 1).
  • the extension direction on the light receiving unit 8 of the reflected light of the line beam reflected by the object described later is the direction in which the first light receiving unit 8A and the first light receiving unit 8B described later are arranged (FIG. In the direction perpendicular to the A direction).
  • the line beam emitted from the line beam emitting unit 3 reaches the MEMS mirror 5 via the beam splitter 4 and reflects the later-described reflected light reflected by the MEMS mirror 5 toward the focusing lens 7.
  • the MEMS mirror 5 as a scanning means is a uniaxial mirror that scans the line beam toward the area where the object 100 is present in a direction orthogonal to the extension direction of the line beam. That is, by continuously changing the reflection direction of light, the irradiation light emitted by the light source 2 and converted into a line beam by the line beam emitting unit 3 is the x direction (first direction) and the x direction in FIG. It is scanned in the opposite direction x 'direction (second direction).
  • the MEMS mirror 5 reflects the irradiation light by the object 100 and reflects the reflection light incident on the light emitting and receiving lens 6 toward the beam splitter 4.
  • the MEMS mirror 5 is a mirror configured by MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), and is driven by an actuator (not shown) integrally formed with the mirror.
  • the MEMS mirror 5 may be another beam deflection means such as a galvano mirror.
  • the line beam reflected by the MEMS mirror 5 is irradiated (projected) to the area where the object 100 is present via the light emitting and receiving lens 6. Further, reflected light or the like which is a line beam reflected by the object 100 is incident (received) on the light emitting and receiving lens 6.
  • the condensing lens 7 is provided between the beam splitter 4 and the light receiving element 8, and condenses the reflected light of the line beam reflected by the beam splitter 4 onto the light receiving element 8.
  • the light receiving unit 8 receives the light collected by the collecting lens 7.
  • the light receiving unit 8 is provided with a plurality of light receiving elements, and each light receiving element outputs a signal (light receiving intensity) related to the intensity of the received light.
  • FIG. 8 A configuration example of the light receiving unit 8 is shown in FIG. As shown in FIG. 2, in the light receiving unit 8, light receiving elements (light sensing units) of the light receiving elements 82 to 89 are provided in the housing 81.
  • the light receiving elements 82 to 89 are formed of, for example, an avalanche photodiode (APD).
  • the light receiving elements 82 to 85 are arranged in a line along the extension direction of the line beam. The number of light receiving elements is determined by the resolution for the scanning range.
  • the light receiving elements 86 to 89 are arranged in a line along the extension direction of the line beam. That is, the light receiving elements 82 to 85 constitute a first light receiving portion 8A, and the light receiving elements 86 to 89 constitute a second light receiving portion 8B.
  • the first light receiving unit 8A and the second light receiving unit 8B have a so-called staggered arrangement in which light receiving elements included in each are alternately arranged. Further, the first light receiving unit 8A and the second light receiving unit 8B are arranged with the reference line L interposed therebetween.
  • the reference line L is located approximately at the center of the housing 81 in the width direction (direction indicated by the symbol A). This position is on the light receiving unit 8 when the reflected light of the laser beam emitted from the light source 2 is received by the light receiving unit 8 (light receiving unit) in a state where the MEMS mirror 5 (scanning unit) is not driven. It is the light reception position of the said reflected light in.
  • FIG. 3 is a diagram showing the optical device 1 shown in FIG. 1 in a simplified manner.
  • the line beam emitting unit 3 the light receiving and receiving lens 6, and the condensing lens 7 are omitted.
  • the laser beam emitted from the light source 2 is converted into a line beam by the line beam emitting unit 3 and then irradiated (reflected) toward the region where the object 100 is present by the MEMS mirror 5 via the beam splitter 4.
  • Reflected light in which the irradiated line beam is reflected by the object 100 is reflected toward the beam splitter 4 by the MEMS mirror 5.
  • the MEMS mirror 5 is continuously driven so as to scan a predetermined range. Therefore, when the MEMS mirror 5 reflects the line beam and emits it toward the region where the object 100 exists, and when the reflected light of the line beam reflected by the object 100 is incident on the MEMS mirror 5, The angle of the MEMS mirror 5 is changing. Therefore, the optical path from the MEMS mirror 5 to the beam splitter 4 and the optical path from the beam splitter to the MEMS mirror 5 are different, so the light receiving position in the light receiving unit 8 is based on the angle of the MEMS mirror at the time of emission. It deviates from the position.
  • the MEMS mirror 5 scans the line beam so as to reciprocate in the direction indicated by x in FIG. 1 and the direction indicated by x ′ which is the opposite direction.
  • the reflected light is incident on the MEMS mirror 5 at the time of irradiation from the MEMS mirror 5
  • the direction in which the angle of the MEMS mirror 5 changes is different between the forward pass and the return pass. Therefore, the direction of the deviation of the light receiving position in the light receiving unit 8 differs between the forward pass and the return pass (see the one-dot chain line and the two-dot chain line in FIG. 3).
  • the light receiving unit 8 receives the first light receiving 8A of the row consisting of the light receiving elements 82 to 85 capable of receiving the reflected light in the x direction and the light receiving elements 86 to 89 capable of receiving the reflected light in the x 'direction.
  • the second light receiving unit 8B By providing the second light receiving unit 8B in the following row, it is possible to appropriately receive the reflected light of the line beam in both the forward pass and the return pass.
  • the line beam is light extended in the direction orthogonal to the scanning direction (x direction, x 'direction), and in the light receiving unit 8, the reflected light of the line beam is orthogonal to the A direction in FIG.
  • the light receiving element is extended along the direction in which the light receiving elements are arranged.
  • the distance between the light receiving elements of each light receiving unit can not be made smaller than a certain distance due to the wiring from the light receiving element, and the reflected light of the line beam can not be received. .
  • the reflected light which can not be acquired by the light receiving element received at the time of scanning in the x direction is moved in the x 'direction. Can be received at the time of scanning.
  • the reflection direction of the light of the MEMS mirror 5 changes in a period from the irradiation of the irradiation light from the MEMS mirror 5 (scanning means) to the direction A in FIG. 2 until the MEMS mirror 5 receives the reflected light.
  • the first light receiving unit 8A and the second light receiving unit 8B are in the A direction. It will be arranged along the inclined direction.
  • the optical device 1 is scanned with the MEMS mirror 5 that scans the line beam emitted by the light source 2 in the x direction and the x ′ direction by continuously changing the reflection direction of light.
  • the light receiving unit 8 includes a first light receiving unit 8A and a second light receiving unit 8B for receiving the reflected light that the line beam has reflected by the object 100 through the MEMS mirror 5. Then, the line of the light receiving unit 8 resulting from the change in the reflection direction of the light of the MEMS mirror 5 in the period from the irradiation of the line beam from the MEMS mirror 5 to the reception of the reflected light of the line beam.
  • the light receiving elements 82 to 89 are disposed along a direction inclined with respect to the A direction, which is a direction in which the light receiving position of the reflected light of the beam changes. By doing this, light receiving elements 82 to 89 included in the two light receiving sections can receive light at an appropriate position in the light receiving section 8 in any scanning direction in the x direction and the opposite direction. Further, the resolution of the scanning range can be improved by arranging the light receiving elements 82 to 89 along the direction inclined with respect to the A direction.
  • the light receiving unit 8 receives the reflected light of the line beam by the first light receiving unit 8A and outputs a signal regarding the intensity of the received light.
  • the second light receiving unit 8B receives the reflected light of the line beam and acquires a signal related to the intensity of the received light. There is. By doing this, it is possible to receive light at an appropriate position by the first light receiving unit 8A or the second light receiving unit 8B according to the scanning direction, and it is possible to acquire a signal according to the intensity of the received light.
  • first light receiving unit 8A and the second light receiving unit 8B are alternately arranged along a direction orthogonal to the A direction. In this way, when a line beam extended in the direction orthogonal to the A direction is used as the irradiation light, the reflected light corresponding to the position between the light receiving elements of the first light receiving unit 8A is transmitted by the second light receiving unit 8B. Light can be received, and the resolution of the received light can be improved.
  • the first light receiving unit 8A and the second light receiving unit 8B are disposed with the reference line L interposed therebetween. By doing this, it is possible to arrange the first light receiving unit 8A and the second light receiving unit 8B at a position according to the deviation when scanning in the x direction or the x 'direction based on the reference line L.
  • the MEMS mirror 5 has a line beam emitting unit 3 for extending the irradiation light in the direction orthogonal to the A direction.
  • the present optical device can use the distance to the object for measurement. That is, the CPU or the like of the distance measuring device equipped with the present optical device measures the time from when the light source 2 emits laser light to when it is received by the light receiving unit 8 as reflected light reflected by the object 100. The distance from the optical device to the object 100 can be measured.
  • the present invention is not limited to the above embodiment. That is, those skilled in the art can carry out various modifications without departing from the gist of the present invention in accordance with conventionally known findings. As long as the configuration of the optical device of the present invention is provided even by such a modification, it is of course included in the scope of the present invention.

Abstract

受光素子における適切な受光位置で受光することができる光学装置を提供する。光学装置（１）は、光の反射方向を連続的に変化させることで、光源（２）が照射したラインビームを、ｘ方向とｘ'方向に走査させるＭＥＭＳミラー（５）と、走査されたラインビームが対象物（１００）で反射した反射光をＭＥＭＳミラー（５）を介して受光する第１受光部（８Ａ）及び第２受光部（８Ｂ）を有する受光部（８）と、を有している。そして、ＭＥＭＳミラー（５）からラインビームが照射されてからＭＥＭＳミラー（５）がラインビームの反射光を受光するまでの期間にＭＥＭＳミラー（５）の光の反射方向が変化することに起因する、受光部（８）のラインビームの反射光の受光位置が変化する方向であるＡ方向に対して傾斜した方向に沿って、受光素子（８２～８９）が配置されている。

Description

光学装置
　本発明は、出射した光が対象物で反射した反射光を受光する光学装置に関する。
　近年、ＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）を用いたセンサ装置が開発されている。ＬｉＤＡＲを用いたセンサ装置は、光が射出されて受信器に検出されるまでの時間に基づいて、対象物の位置、すなわちセンサ装置と対象物の間の距離を測定することができる。ＬｉＤＡＲはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー等によって、出射した光を走査している。
　上記したセンサ装置では、装置から出射する光をＭＥＭＳミラー等により走査することで、走査範囲における対象物までの距離を測定している（例えば特許文献１を参照）。
特開２００７‐８５８３２号公報
　特許文献１に記載の装置では、ミラー５を介して照射した光１０４を測定対象物１０１で反射させて、反射光１０５としてミラー５で受光素子８へ反射させて受光素子８が受光する。このミラー５は、所定の角度範囲を走査するように駆動されるので、光１０４の出射時と反射光１０５として戻ってきた時とでミラー５の角度が僅かに変化し、受光素子８での受光位置が走査方向に応じてずれてしまい、適切な位置で受光できないという問題があった。
　本発明が解決しようとする課題としては、上述したような受光素子における適切な受光位置での受光が一例として挙げられる。
　上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、照射手段が照射した照射光を、反射方向の変化により第１方向とその逆の第２方向に走査する走査手段と、走査された前記照射光が対象物で反射した反射光を、前記走査手段を介して受光する２つの受光部を有する受光手段と、を備え、前記走査手段において、前記照射光が出射してから前記反射光が入射するまでの間の前記反射方向の変化に起因する、前記受光手段上の前記反射光の受光位置変化の方向である第３方向に対し傾斜した方向に沿って、前記２つの受光部における光感知部が配置されていることを特徴としている。
本発明の一実施例にかかる光学装置の概略構成図である。 図１に示された受光部の概略構成図である。 図１に示されたＭＥＭＳミラーの角度が変化した場合の説明図である。
　以下、本発明の一実施形態にかかる光学装置を説明する。本発明の一実施形態にかかる光学装置は、照射手段が照射した照射光を、反射方向の変化により第１方向とその逆の第２方向に走査する走査手段と、走査された照射光が対象物で反射した反射光を、走査手段を介して受光する２つの受光部を有する受光手段と、を備えている。そして、走査手段において、照射光が出射してから反射光が入射するまでの間の反射方向の変化に起因する、受光手段上の反射光の受光位置変化の方向である第３方向に対し傾斜した方向に沿って、２つの受光部における光感知部が配置されている。このようにすることにより、２つの受光部によって、第１方向、第２方向のいずれの走査方向のときにも受光部において適切な位置で受光することができる。また、第３方向に対して傾斜した方向に沿って、第１受光部及び第２受光部が配置されていることにより、走査範囲の解像度を向上させることができる。
　また、受光手段は、走査手段が照射光を第１方向に走査しているときは、反射光を第１受光部で受光し当該受光した光の強度に関する信号を取得し、走査手段が照射光を第２方向に走査しているときは、反射光を第２受光部で受光し当該受光した光の強度に関する信号を取得するようにしてもよい。このようにすることにより、走査方向に応じて第１受光部又は第２受光部によって適切な位置で受光でき、その受光した光の強度に応じた信号を取得することができる。
　また、２つの受光部は、それぞれ光感知部を複数有し、２つの受光部の第１受光部の光感知部と第２受光部の光感知部とは、第３方向に対して直交する方向に沿って互い違いに配列されていてもよい。このようにすることにより、照射光として第３方向に直交する方向に伸長した所謂ラインビームを用いた場合に、第１受光部の受光素子間の位置に相当する反射光を第２受光部によって受光することができ、受光した光の解像度を向上させることができる。
　また、第１受光部及び第２受光部は、走査手段が光の反射方向を変化させていない状態で、受光手段が反射光を受光した場合の当該受光手段上における反射光の受光位置である基準位置を挟んで配置されていてもよい。このようにすることにより、基準位置に基づいて第１方向や第２方向に走査した際のずれに応じた位置に第１受光部及び第２受光部を配置することができる。
　また、照射光を前記第３方向に対して直交する方向に伸長させる伸長手段を有してもよい。このようにすることにより、照射光として所謂ラインビームを対象物に照射することができ、走査手段は、一次元方向への走査のみでよく構成を簡略化することができる。
　また、走査手段は、照射光及び反射光を反射するミラーを有するものであってもよい。このようにすることにより、単純な構造で光を所定の方向に変更させることができる。また、ＭＥＭＳミラーのように小型化も可能となる。
　請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の光学装置を有し、照射光の照射から、受光手段による照射光の受光までに要した時間に基づき、対象物までの距離を測定する距離測定装置としてもよい。このようにすることにより、距離測定装置において、適切な位置で反射光を受光することができ、距離の測定精度を向上させることができる。
　本発明の一実施例にかかる光学装置を図１～図３を参照して説明する。本実施例にかかる光学装置１は、図１に示したように、光源２と、ラインビーム出射部３と、ビームスプリッタ４と、ＭＥＭＳミラー５と、投受光レンズ６と、集光レンズ７と、受光部８と、を備えている。
　出射部としての光源２は、例えばレーザダイオードで構成されている。光源２は、所定の波長のレーザ光をパルス状に発光（出射）する。
　伸長手段としてのラインビーム出射部３は、光源２から出射されたレーザ光を点状から強度分布が均一な線状の光（即ち、光束断面が帯状の光であるラインビーム）にしており、例えば凸レンズとシリンドリカルレンズ等から構成されている。本実施例におけるラインビームは、ＭＥＭＳミラー５によって走査する方向（図１のｘ方向及びｘ’方向）と直交する方向に伸長される。また、当該ラインビームが後述する対象物で反射した反射光の受光部８上での伸長方向は、後述する第１受光部８Ａと第１受光部８Ｂとが配列している方向（図２のＡ方向と直交する方向）に沿ったものとなる。
　ラインビーム出射部３から出射されたラインビームはビームスプリッタ４を介してＭＥＭＳミラー５へ到達し、且つＭＥＭＳミラー５で反射された後述する反射光を集光レンズ７へ向けて反射する。
　走査手段としてのＭＥＭＳミラー５は、ラインビームを対象物１００が存在する領域へ向けてラインビームの伸長方向と直交する方向に走査する１軸のミラーである。つまり、光の反射方向を連続的に変化させることで、光源２が照射してラインビーム出射部３でラインビームにされた照射光を、図１のｘ方向（第１方向）及びｘ方向と反対方向のｘ’方向（第２方向）に走査させる。
　また、ＭＥＭＳミラー５は、照射光が対象物１００で反射し、投受光レンズ６に入射した反射光をビームスプリッタ４へ向けて反射させる。ＭＥＭＳミラー５は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）により構成されたミラーであり、ミラーと一体的に形成されたアクチュエータ（図示しない）によって駆動される。また、ＭＥＭＳミラー５はガルバノミラーなど他のビーム偏向手段でもよい。
　ＭＥＭＳミラー５で反射されたラインビームは投受光レンズ６を介して対象物１００が存在する領域へ照射（投光）される。また、投受光レンズ６には、対象物１００で反射したラインビームである反射光等が入射（受光）する。
　集光レンズ７は、ビームスプリッタ４と受光素子８との間に設けられ、ビームスプリッタ４で反射されたラインビームの反射光を受光素子８へ集光する。
　受光部８は、集光レンズ７で集光された光を受光する。受光部８には複数の受光素子が設けられており、各々の受光素子は受光した光の強度に関する信号（受光強度）を出力する。
　受光部８の構成例を図２に示す。図２に示したように受光部８は、ハウジング８１内に受光素子８２～８９の受光素子（光感知部）が設けられている。受光素子８２～８９は、例えばアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）により構成されている。受光素子８２～８５はラインビームの伸長方向に沿って一列に配列されている。なお、受光素子の数は走査範囲に対する解像度によって決定される。受光素子８６～８９はラインビームの伸長方向に沿って一列に配列されている。即ち、受光素子８２～８５は、第１受光部８Ａを構成し、受光素子８６～８９は、第２受光部８Ｂを構成している。第１受光部８Ａと第２受光部８Ｂは、それぞれに含まれる受光素子が互い違いに配列された所謂千鳥配置となっている。また、第１受光部８Ａと第２受光部８Ｂは基準線Ｌを挟んで配列されている。
　この基準線Ｌは、ハウジング８１の幅方向（符号Ａで示される方向）の略中央に位置する。この位置は、ＭＥＭＳミラー５（走査手段）が駆動されていない状態で、光源２から照射されたレーザ光の反射光が、受光部８（受光手段）で受光された場合の当該受光部８上における当該反射光の受光位置となっている。
　次に、本実施例における作用について図３を参照して説明する。図３は、図１に示した光学装置１を簡略化して示した図である。なお、図３において、ラインビーム出射部３と、投受光レンズ６と、集光レンズ７と、は省略している。
　光源２から出射されたレーザ光はラインビーム出射部３でラインビームとされた後、ビームスプリッタ４を介してＭＥＭＳミラー５で対象物１００の存在する領域に向けて照射（反射）している。
　照射されたラインビームが対象物１００で反射された反射光は、ＭＥＭＳミラー５でビームスプリッタ４へ向けて反射される。このときＭＥＭＳミラー５は、所定の範囲を走査するように連続的に駆動されている。そのため、ＭＥＭＳミラー５がラインビームを反射して対象物１００の存在する領域へ向けて出射させたときと、ラインビームが対象物１００で反射した反射光がＭＥＭＳミラー５に入射したときとでは、ＭＥＭＳミラー５の角度が変化している。したがって、ＭＥＭＳミラー５からビームスプリッタ４への光路と、ビームスプリッタからＭＥＭＳミラー５へ向かう光路とは異なってしまうため、受光部８における受光位置が出射時のＭＥＭＳミラーの角度を基準とした場合における位置とずれてしまう。
　また、ＭＥＭＳミラー５は、図１のｘで示した方向とその逆方向であるｘ’で示した方向を往復するようにラインビームを走査する。ここで、ｘ方向（往路）とｘ’方向（復路）とでは、同じ位置を狙って照射したビームであっても、ＭＥＭＳミラー５からの照射時と、反射光のＭＥＭＳミラー５への入射した時のＭＥＭＳミラー５の角度が変化する方向が往路と復路とで異なる。従って、受光部８における受光位置のずれの方向は往路と復路とで異なる（図３の一点鎖線と二点鎖線を参照）。
　そこで、本実施例では、受光部８は、ｘ方向における反射光を受光できる受光素子８２～８５からなる列の第１受光８Ａと、ｘ’方向における反射光を受光できる受光素子８６～８９からなる列の第２受光部８Ｂと、を有することで、往路も復路も適切にラインビームの反射光を受光できるようにしている。
　また、ラインビームは、走査方向（ｘ方向、ｘ’方向）と直交する方向に伸長した光であり、受光部８においては、当該ラインビームの反射光は図２のＡ方向と直交する方向（受光部において受光素子が配列されている方向）に沿って伸長されている。このラインビームの反射光を受光する受光部８において、各受光部の受光素子の間隔は、受光素子からの配線等の都合上一定以上小さくできず、ラインビームの反射光を受光することができない。そこで、本実施例のように、第１受光部８Ａと第２受光部８Ｂとを千鳥配置とすることで、ｘ方向への走査時に受光する受光素子では取得できない反射光について、ｘ’方向への走査時に受光することができるようになる。
　即ち、図２のＡ方向が、ＭＥＭＳミラー５（走査手段）から照射光が照射されてからＭＥＭＳミラー５が反射光を受光するまでの期間にＭＥＭＳミラー５の光の反射方向が変化することに起因する、受光部８上の反射光の受光位置が変化する方向である第３方向となる。そして、第１受光部８Ａと第２受光部８Ｂとを千鳥配置とすることで、第１受光部８Ａに含まれる受光素子と第２受光部８Ｂに含まれる受光素子とが、Ａ方向に対して傾斜した方向に沿って配置されることとなる。
　本実施例によれば、光学装置１は、光の反射方向を連続的に変化させることで、光源２が照射したラインビームを、ｘ方向とｘ’方向に走査させるＭＥＭＳミラー５と、走査されたラインビームが対象物１００で反射した反射光をＭＥＭＳミラー５を介して受光する第１受光部８Ａ及び第２受光部８Ｂを有する受光部８と、を有している。そして、ＭＥＭＳミラー５からラインビームが照射されてからＭＥＭＳミラー５がラインビームの反射光を受光するまでの期間にＭＥＭＳミラー５の光の反射方向が変化することに起因する、受光部８のラインビームの反射光の受光位置が変化する方向であるＡ方向に対して傾斜した方向に沿って、受光素子８２～８９が配置されている。このようにすることにより、２つの受光部に含まれる受光素子８２～８９によって、ｘ方向とその逆方向のいずれの走査方向のときにも受光部８において適切な位置で受光することができる。また、Ａ方向に対して傾斜した方向に沿って、受光素子８２～８９が配置されていることにより、走査範囲の解像度を向上させることができる。
　また、受光部８は、ＭＥＭＳミラー５が光の照射方向をｘ方向に変化させているときは、ラインビームの反射光を第１受光部８Ａで受光して当該受光した光の強度に関する信号を取得し、ＭＥＭＳミラー５が光の照射方向をｘ’方向に変化させているときは、ラインビームの反射光を第２受光部８Ｂで受光して当該受光した光の強度に関する信号を取得している。このようにすることにより、走査方向に応じて第１受光部８Ａ又は第２受光部８Ｂによって適切な位置で受光でき、その受光した光の強度に応じた信号を取得することができる。
　また、第１受光部８Ａと第２受光部８Ｂは、Ａ方向に対して直交する方向に沿って互い違いに配列されていている。このようにすることにより、照射光としてＡ方向に直交する方向に伸長したラインビームを用いた場合に、第１受光部８Ａの受光素子間の位置の相当する反射光を第２受光部８Ｂによって受光することができ、受光した光の解像度を向上させることができる。
　また、第１受光部８Ａ及び第２受光部８Ｂは、基準線Ｌを挟んで配置されている。このようにすることにより、基準線Ｌに基づいてｘ方向やｘ’方向に走査した際のずれに応じた位置に第１受光部８Ａ及び第２受光部８Ｂを配置することができる。
　また、照射光をＡ方向に対して直交する方向に伸長させるラインビーム出射部３を有している。このようにすることにより、照射光としてラインビームを対象物１００に照射することができ、ＭＥＭＳミラー５は、一次元方向への走査のみでよく構成を簡略化することができる。
　また、本光学装置は対象物までの距離を測定に用いることができる。すなわち、本光学装置を搭載した距離測定装置のＣＰＵ等により、光源２がレーザ光を出射してから対象物１００で反射した反射光として受光部８に受光されるまでの時間を測定することで、光学装置から対象物１００までの距離を測定することができる。
　なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の光学装置の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。
　　１　　　　　光学装置
　　２　　　　　光源（出射手段）
　　３　　　　　ラインビーム出射部（伸長手段）
　　４　　　　　コリメートレンズ
　　５　　　　　ＭＥＭＳミラー（走査手段、ミラー）
　　８　　　　　受光部（受光手段）
　　８Ａ　　　　第１受光部
　　８Ｂ　　　　第２受光部
　　８２～８９　受光素子
　　１００　　　対象物
　　Ｌ　　　　　基準線（基準位置）
　　ｘ　　　　　第１方向
　　ｘ’　　　　第２方向
　　Ａ　　　　　第３方向

Claims (7)

  1. 　照射手段が照射した照射光を、反射方向の変化により第１方向とその逆の第２方向に走査する走査手段と、
    　走査された前記照射光が対象物で反射した反射光を、前記走査手段を介して受光する２つの受光部を有する受光手段と、を備え、
    　前記走査手段において、前記照射光が出射してから前記反射光が入射するまでの間の前記反射方向の変化に起因する、前記受光手段上の前記反射光の受光位置変化の方向である第３方向に対し傾斜した方向に沿って、前記２つの受光部における光感知部が配置されていることを特徴とする光学装置。
  2. 　前記受光手段は、前記走査手段が前記照射光を前記第１方向に走査しているときは、前記反射光を前記第１受光部で受光し当該受光した光の強度に関する信号を取得し、前記走査手段が前記照射光を前記第２方向に走査しているときは、前記反射光を前記第２受光部で受光し当該受光した光の強度に関する信号を取得することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
  3. 　前記２つの受光部は、それぞれ前記光感知部を複数有し、
    　前記２つの受光部の第１受光部の前記光感知部と第２受光部の前記光感知部とは、前記第３方向に対して直交する方向に沿って互い違いに配列されている、
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
  4. 　前記第１受光部及び前記第２受光部は、前記走査手段が光の反射方向を変化させていない状態で、前記受光手段が前記反射光を受光した場合の当該受光手段上における前記反射光の受光位置である基準位置を挟んで配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の光学装置。
  5. 　前記照射光を前記第３方向に対して直交する方向に伸長させる伸長手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の光学装置。
  6. 　前記走査手段は、前記照射光及び前記反射光を反射するミラーを有することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の光学装置。
  7. 　請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の光学装置を有し、
    　前記照射光の照射から、前記受光手段による前記照射光の受光までに要した時間に基づき、前記対象物までの距離を測定することを特徴とする距離測定装置。
PCT/JP2018/031758 2017-08-31 2018-08-28 光学装置 WO2019044823A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019539525A JP6876811B2 (ja) 2017-08-31 2018-08-28 光学装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017167509 2017-08-31
JP2017-167509 2017-08-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019044823A1 true WO2019044823A1 (ja) 2019-03-07

Family

ID=65527196

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/031758 WO2019044823A1 (ja) 2017-08-31 2018-08-28 光学装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6876811B2 (ja)
WO (1) WO2019044823A1 (ja)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5055683A (en) * 1989-12-15 1991-10-08 Mccracken William L Line scanner
JP2001183117A (ja) * 1999-12-27 2001-07-06 Kawasaki Heavy Ind Ltd 表面形状の計測装置および計測方法
JP2003272061A (ja) * 2002-03-13 2003-09-26 Omron Corp 監視装置
JP2016219622A (ja) * 2015-05-21 2016-12-22 株式会社デンソー 受光装置
WO2017095817A1 (en) * 2015-11-30 2017-06-08 Luminar Technologies, Inc. Lidar system with distributed laser and multiple sensor heads and pulsed laser for lidar system
JP2017106754A (ja) * 2015-12-07 2017-06-15 船井電機株式会社 測定装置
WO2017110574A1 (ja) * 2015-12-24 2017-06-29 コニカミノルタ株式会社 投受光ユニット及びレーダー

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5055683A (en) * 1989-12-15 1991-10-08 Mccracken William L Line scanner
JP2001183117A (ja) * 1999-12-27 2001-07-06 Kawasaki Heavy Ind Ltd 表面形状の計測装置および計測方法
JP2003272061A (ja) * 2002-03-13 2003-09-26 Omron Corp 監視装置
JP2016219622A (ja) * 2015-05-21 2016-12-22 株式会社デンソー 受光装置
WO2017095817A1 (en) * 2015-11-30 2017-06-08 Luminar Technologies, Inc. Lidar system with distributed laser and multiple sensor heads and pulsed laser for lidar system
JP2017106754A (ja) * 2015-12-07 2017-06-15 船井電機株式会社 測定装置
WO2017110574A1 (ja) * 2015-12-24 2017-06-29 コニカミノルタ株式会社 投受光ユニット及びレーダー

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2019044823A1 (ja) 2020-09-17
JP6876811B2 (ja) 2021-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10996322B2 (en) Lidar sensor
US9285266B2 (en) Object detector including a light source with light emitting region of a first size in a first direction and a second size in a second direction
US20130188043A1 (en) Active illumination scanning imager
JP2017129573A (ja) 光電センサ及び物体検出方法
US20080024754A1 (en) Distance measurement instrument
JP6186913B2 (ja) 計測装置
JP6299500B2 (ja) 多点距離測定装置及び方法並びに形状測定装置
US20230251084A1 (en) Optical device
JP2016109517A (ja) レーザレーダ装置
CN110312947B (zh) 用于检测对象的激光雷达传感器
CN110300900B (zh) 用于感测对象的激光雷达传感器
WO2019031328A1 (ja) 光学装置
KR20120069487A (ko) 능동형 광 레이더 장치
JP6344845B2 (ja) レーザ測距装置
US11486967B2 (en) Module for a lidar sensor and lidar sensor
WO2019176749A1 (ja) 走査装置及び測定装置
WO2019031327A1 (ja) 光学装置
JP2022125206A (ja) 走査装置及び光検出装置
WO2019044823A1 (ja) 光学装置
US11940564B2 (en) Laser radar device
JP6506672B2 (ja) 光電センサ
JP2011095103A (ja) 距離測定装置
JP2020067383A5 (ja)
JP2007155472A (ja) 形状測定装置，形状測定方法
JP2020063970A (ja) 投受光装置及び測距装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18850179

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019539525

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18850179

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1