WO2019244701A1

WO2019244701A1 - 光放射装置、物体情報検知装置、光路調整方法、及び、物体情報検知方法

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Publication number: WO2019244701A1
Application number: PCT/JP2019/023013
Authority: WO
Inventors: 鉄春三輪
Original assignee: Jnc株式会社
Priority date: 2018-06-18
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2019-12-26
Also published as: JPWO2019244701A1

Abstract

コストを抑えた簡便な構成で、光放射角度の高精度な調整を要することなく、広い角度範囲に光を放射することができる光放射装置として、コヒーレント光を出射する光源と、空間光変調器と、反射体と、第１受光部と、変調光制御部とを備えた光放射装置が提供される。かかる光放射装置において、反射体は、球面の一部である第１反射面と、第１反射面とは別個の第２反射面とを備え、空間光変調器は、変調光制御部の制御により、光源からの入射光に基づいて、第１反射面側へ向かう第１変調光と、第２反射面側へ向かう第２変調光とを生成し、第１反射面で反射された反射光は対象物側へ放射され、第２反射面で反射された反射光は第１受光部側へ放射される。

Description

光放射装置、物体情報検知装置、光路調整方法、及び、物体情報検知方法

　本発明は、対象物へ所定の光を放射させる光放射装置と、対象物の物体情報を検知する物体情報検知装置と、対象物へ放射する光の光路を調整する光路調整方法と、対象物の物体情報を検知する物体情報検知方法とに関する。

　空間光変調器を用いて所望の変調光を生成し、対象物に向けて放射する光放射装置や、前記対象物からの反射光を利用して対象物の情報を検知する装置などが検討・提案されている（特許文献１、２、３、非特許文献１、２）。例えば特許文献１に記載の装置は、三次元マッピング二次元スキャニング飛行時間型ライダー測距装置に関し、複数の一次元フェーズドアレイに基づくレーザービーム成形及びステアリングフォトニック集積回路チップを含んでいる。このフォトニック集積回路チップは、レーザービームを成形し、ステアリングするものであり、少なくとも１つのオフチップレンズと少なくとも１つのオンチップ回折格子を含む。また、特許文献２に記載の状況認識センサは、コリメートされたスポットビームを生成するレーザーと、スポットビームを光軸から所定角度の方向へ導く液晶導波管と、液晶導波管へ制御信号を与えるコントローラと、光軸に沿った円錐状の固定ミラーと、スポットビームの反射成分を検出する検出器とを備える。特許文献３に記載のライダーシステムは、複数のレーザー放射器と、複数のフォトダイオード検出器と、レーザー放射器及びフォトダイオード検出器を回転させる回転部材とを備える。

米国公開特許２０１６／０４９，７６５号公報米国公開特許２０１６／３７７，７０６号公報米国特許７，９６９，５５８号公報

Ｓ．Ｓｅｒａｔｉ　ｅｔ　ａｌ．，　"Ｂｅａｍ　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｕｓｉｎｇ　ａ　Ｐｈａｓｅｄ　Ａｒｒａｙ　ｏｆ　Ｐｈａｓｅｄ　Ａｒｒａｙｓ　（ＰＡＰＡ）"，　ＩＥＥＥ　Ａｅｒｏｓｐａｃｅ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　（２００２）Ｊ．Ｋｉｍ　ｅｔ　ａｌ．，　"Ｗｉｄｅ－ａｎｇｌｅ，　ｎｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｂｅａｍ　ｓｔｅｅｒｉｎｇ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｉｎ　ｌｉｑｕｉｄ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｇｒａｔｉｎｇｓ"，　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，　Ｐｒｏｃ．　ＳＰＩＥ　７０９３，　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ　Ｃｏｎｔｒｏｌ：　Ｍｅｔｈｏｄｓ，　Ｄｅｖｉｃｅｓ，　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ＶＩ，　７０９３０２　（Ａｕｇｕｓｔ　２８，　２００８）

　しかしながら、特許文献１に記載の装置では、空間光変調器を含む複数のフォトニック集積回路チップを並べることによって、レーザービーム成形やステアリングの差異の角度を稼ぐようにしているため、コストが高くなるという問題がある。

　また、特許文献２に記載の状況認識センサでは、液晶導波管からのスポットビームを円錐状のミラー上へ走査し、ミラーからの反射光を対象物側へ放射しているが、例えばミラーの角度がθずれると、対象物から検出器への反射角度が２θずれることから、一定の検出精度を確保するためには、ミラーの角度を高い精度で調整することが必要となる。特許文献３に記載のライダーシステムにおいても、レーザー放射器の角度ずれによって、検出精度が著しく低下するため、回転部材を高精度で制御する必要がある。

　非特許文献１に記載の装置では、液晶を用いた空間光変調器を備えているが、損失を極端に増大させずに変えることができるビームの角度は３度程度であって、光放射範囲としては実用的な角度範囲とは言えない。また、非特許文献２に記載の装置では、複数の液晶パネルを重ねて走査角度を確保しているが、コストが高くなるという問題がある。

　そこで本発明は、コストを抑えた簡便な構成で、光放射角度の高精度な調整を要することなく、広い角度範囲に光を放射することができる光放射装置を提供することを目的とする。さらに本発明は、このような光放射装置に用いられる、又は、このような光放射装置を用いた、物体情報検知装置、光路調整方法、及び、物体情報検知方法を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、本発明の光放射装置は、コヒーレント光を出射する光源と、空間光変調器と、反射体と、第１受光部と、変調光制御部とを備えた光放射装置であって、反射体は、球面の一部である第１反射面と、第１反射面とは別個の第２反射面とを備え、空間光変調器は、変調光制御部の制御により、光源からの入射光に基づいて、第１反射面側へ向かう第１変調光と、第２反射面側へ向かう第２変調光とを生成し、第１反射面で反射された反射光は対象物側へ放射され、第２反射面で反射された反射光は第１受光部側へ放射されることを特徴としている。
　これにより、コストを抑えた簡便な構成で、光放射角度の高精度な調整を要することなく、広い角度範囲に光を放射することができる。

　本発明の光放射装置において、第１受光部における受光結果に基づいて、反射体の状態を検知する状態検知部を備え、第２変調光は、変調光制御部の制御により、第２反射面内における照射位置を変えていくように走査され、状態検知部は、第１受光部における受光強度の変化に基づいて、反射体に対する第２変調光の入射状態を検知することが好ましい。

　本発明の光放射装置において、状態検知部は、第１受光部における受光強度が所定値以上であるときに、第２変調光が第２反射面の所定範囲に入射していると検知することが好ましい。

　本発明の光放射装置において、第２反射面で反射された反射光は第１受光部で受光され、第１受光部における受光結果に基づいて、状態検知部が反射体の状態を検知することが好ましい。

　本発明の光放射装置において、第２反射面が平面、又は、第１反射面と曲率が異なる曲面であることが好ましい。

　本発明の光放射装置において、第１反射面と第２反射面は曲率中心の位置が同一であることが好ましい。

　本発明の光放射装置において、第２反射面は、第１反射面を形成する球面の一部であって、第１反射面とは別個の領域に設けられていることが好ましい。

　本発明の光放射装置において、第１変調光と第２変調光は、空間光変調器の同一の領域で変調されることが好ましい。

　本発明の光放射装置において、第１変調光と第２変調光は、空間光変調器の異なる領域で生成されることが好ましい。

　本発明の光放射装置において、空間光変調器は複数設けられ、第１変調光と第２変調光は、複数の空間光変調器のうちの異なる空間光変調器で生成されることが好ましい。

　本発明の光放射装置において、空間光変調器が、液晶層を有する、液晶パネル又はＬＣＯＳであることが好ましい。

　本発明の光放射装置において、空間光変調器が、複数の鏡からなる微小電気機械システムであることが好ましい。

　本発明の光放射装置において、球面は、対象物側に凸面を向けた凸面鏡の一部、又は、対象物側に凹面を向けた凹面鏡の一部であることが好ましい。

　本発明の光放射装置において、光源はレーザー光源であることが好ましい。

　本発明の光放射装置において、レーザー光源からの出射光をコリメート光とし、空間光変調器へ出射するコリメート光学系を備えることが好ましい。

　本発明の光放射装置において、変調光制御部は、状態検知部による検知結果に基づいて、第１変調光を制御することが好ましい。

　本発明の光放射装置において、変調光制御部は、状態検知部による検知結果に基づいて、第１反射面へ入射する第１変調光の出射方向を変更するように空間光変調器を制御することが好ましい。

　本発明の光放射装置において、変調光制御部は、状態検知部による検知結果に基づいて、第１反射面における第１変調光の反射方向を変更するように反射体の位置を調整することが好ましい。

　本発明の物体情報検知装置は、上述のいずれか１つの光放射装置と、対象物で反射された第１変調光を受光する第２受光部と、第２受光部における受光結果に基づいて、対象物の物体情報を検知する物体情報検知部とを備えることを特徴としている。
　これにより、コストを抑えた簡便な構成で、広い角度範囲において、高い精度で物体情報検知を実行することができる。

　本発明の物体情報検知装置においては、状態検知部による検知結果に基づいて、座標系を設定する座標系設定部を備え、物体情報検知部は、第２受光部における受光結果に基づいて、座標系設定部が設定した座標系における対象物の位置を検知することが好ましい。

　本発明の光路調整方法は、空間光変調器において変調された第１変調光を反射体で反射させて対象物へ放射するときに、反射体で反射されて放射される第１変調光の光路を調整する光路調整方法であって、反射体は、球面の一部である第１反射面と、第１反射面とは別個の第２反射面とを備え、空間光変調器にコヒーレント光を与え、第１反射面側へ向かう第１変調光、及び、第２反射面側へ向かう第２変調光を生成させる変調光生成ステップと、第２反射面における反射光に基づいて、反射体の状態を検知する状態検知ステップと、状態検知ステップにおいて検知された反射体の状態に基づいて、第１変調光を制御する第１変調光制御ステップとを有することを特徴としている。
　これにより、コストを抑えた簡便な構成で、広い角度範囲において、放射光の光路を精度良く調整することが可能となる。

　本発明の光路調整方法においては、第２反射面に対する照射位置を変えていくように第２変調光を走査する走査ステップを備え、状態検知ステップは、第１受光部における受光強度の変化に基づいて、反射体に対する第２変調光の入射状態を検知する入射状態検知ステップを含み、入射状態検知ステップにおいて、第２変調光が第２反射面の所定範囲に入射していると検知された後に、第１変調光制御ステップが実行されることが好ましい。

　本発明の物体情報検知方法は、空間光変調器において変調された変調光が反射体で反射させて対象物へ放射され、反射体は、球面の一部である第１反射面と、第１反射面とは別個の第２反射面とを備え、空間光変調器にコヒーレント光を与え、第１反射面側へ向かう第１変調光、及び、第２反射面側へ向かう第２変調光を生成させる変調光生成ステップと、第１反射面における反射光を対象物へ放射させ、第２反射面における反射光に基づいて、反射体の状態を検知するとともに、座標系を設定し、対象物で反射された第１変調光の受光結果に基づいて、対象物の物体情報を検知することを特徴としている。
　これにより、コストを抑えた簡便な構成で、広い角度範囲において、高い精度で物体情報検知を実行することができる。

　本発明によると、コストを抑えた簡便な構成で、高精度の調整を要することなく、広い角度範囲に光を放射することができる光放射装置を提供することができる。さらに、このような光放射装置に用いられる、又は、このような光放射装置を用いた、物体情報検知装置、光路調整方法、及び、物体情報検知方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る光放射装置及び物体情報検知装置の構成を概念的に示すブロック図である。本発明の第２実施形態に係る光放射装置及び物体情報検知装置の構成を概念的に示すブロック図である。実施例１に係る光放射装置の構成を示す図である。実施例２に係る光放射装置の構成を示す図である。

　以下、本発明の実施形態に係る光放射装置、物体情報検知装置、光路調整方法、及び、物体情報検知方法について図面を参照しつつ詳しく説明する。

＜第１実施形態＞
＜光放射装置＞
　図１は、第１実施形態に係る光放射装置及び物体情報検知装置の構成を概念的に示すブロック図である。図１に示すように、第１実施形態に係る光放射装置は、光源１１、空間光変調器２０、反射体３０、及び、第１受光部１２を備える。さらに、この光放射装置は、状態検知部１３と変調光制御部１４を備えることが好ましい。ここで、後述する物体検知装置としては、上記光放射装置に加えて、第２受光部４１と物体情報検知部４２を備え、さらに座標系設定部４３を備えることが好ましい。

　光源１１は、コヒーレント光を出射する光源であって、例えば、ガウシアンビームを出射するレーザー光源である。また、光源１１からの出射光をコリメート光とし、空間光変調器２０へ出射するコリメート光学系を備えることが好ましい。

　空間光変調器２０は、入射光を変調して出射する。例えば、液晶パネル、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｏｎ　Ｓｉｌｉｃｏｎ）、又は、微小電気機械システムを用いる。液晶パネルとＬＣＯＳは、液晶層を有しており、変調光を生成する領域（変調領域）としての画素を複数備える。微小電気機械システムは、変調領域として可動鏡を複数有する。

　空間光変調器２０は、変調光制御部１４の制御により、光源１１からの入射光に基づいて第１変調光と第２変調光を生成する。第１変調光と第２変調光は、同一の変調領域において、出射角が互いに異なる２つの変調光として、同時に、あるいは互いに異なるタイミングで生成される。これらの変調光は、液晶パネルやＬＣＯＳにおいては、例えば液晶分子の配向方向を変えることによって出射方向が調整される。また、微小電気機械システムにおいては、可動鏡の角度もしくは位置を変えることによって出射方向が調整される。空間光変調器２０における出射方向の調整は変調光制御部１４によって制御される。

　第１変調光は、反射体３０の第１反射面３１側へ向かう出射角度で、空間光変調器２０から出射され、一方の第２変調光は、反射体３０の第２反射面３２側へ向かう出射角度で、空間光変調器２０から出射される。

　反射体３０は、球面の一部で構成される第１反射面３１と、第１反射面３１とは別個の第２反射面３２とを備える。第１変調光は第１反射面３１に入射し、その反射光は対象物Ｓ側へ放射される。第２変調光は第２反射面３２に入射し、その反射光は第１受光部１２側へ放射される。

　第１反射面３１を構成する球面は、対象物Ｓ側に凸面を向けた凸面鏡の一部、又は、対象物Ｓ側に凹面を向けた凹面鏡の一部であるとよい。

　第２反射面３２としては、例えば、平面、第１反射面３１が設けられた曲面の一部、又は、第１反射面３１と曲率が異なる曲面とすることができる。第２反射面３２を、第１反射面３１と曲率が異なる曲面とする場合、第１反射面３１と第２反射面３２の曲率中心の位置を同一とする構成にするとよい。

　第１反射面３１を形成する曲面の一部に第２反射面３２を設ける場合は、第１反射面３１とは別個の領域に第２反射面３２を設けるとよい。

　第１受光部１２は、各種の光センサを用いることができる。第１受光部１２には、反射体３０の第２反射面３２で反射された第２変調光が入射し、その入射光強度を検知することができる。第１受光部１２による検知結果は状態検知部１３へ出力される。

　第２変調光は、変調光制御部１４の制御によって、第２反射面３２内における照射位置を変えていくように走査される。この走査は、空間光変調器２０の変調領域を制御して出射方向（出射角度）を変えることによって行われる。例えば空間光変調器２０として液晶パネルを用いる場合には、液晶分子の配向方向を制御することによって、この液晶分子において生成される第２変調光の入射方向を変更していく。ここで、第２変調光の走査範囲は、第１変調光の出射範囲と重ならないように設定される。

　上記走査によって第２反射面３２内における照射位置を変更すると、第２反射面３２からの反射光の進行方向が変化する。このため、第１受光部１２を小さなセンサで構成したとしても、照射位置を変化させていく過程で第２変調光を第１受光部１２に入射させることが可能となる。これにより、第１受光部１２を小さな構成、例えばアレイではない単体のセンサ構成とすることができ、また、第１受光部１２の配置の自由度も上がることから、装置全体の小型化を図ることが可能となる。

　状態検知部１３は、第１受光部１２における検知結果に基づいて、反射体３０の状態を検知する。反射体３０の状態としては、例えば、第２反射面３２の配置角度が挙げられ、この角度は反射体３０全体の配置角度に対応する。ここで、上述のように、第２変調光を走査することによって第２反射面３２内における照射位置が変化し、これによって第１受光部１２への入射光の強度も変化する。状態検知部１３は、第１受光部１２に対する入射光の強度（受光強度）が予め定めた所定値以上（閾値以上）であったときに、第２変調光が第２反射面３２の所定範囲に入射し、そして、第２反射面３２からの反射光の主たる進行方向が第１受光部１２に向かっているものと検知し、閾値未満のときは第２反射面３２からの反射光の進行方向は第１受光部１２からずれを生じているものと検知する。第２反射面３２からの反射光が入射したものと検知したとき、この検知信号が状態検知部１３から変調光制御部１４へ出力され、変調光制御部１４は、第２変調光の走査を停止する。

　ここで、上記閾値は、例えば、第２反射面３２に照射した第２変調光の反射光がすべて第１受光部１２に入射したときの受光強度の７０％～９０％の範囲内の値に設定する。これにより、受光強度が閾値以上であることを検知することで、第２変調光が第２反射面３２の所定範囲に照射され、その主たる進行方向が第１受光部１２に向かっていることを確認することができる。

　状態検知部１３には、光源１１からの出射光強度の情報も入力されており、この出射光強度と、第２反射面３２からの反射光として第１受光部１２で検知した受光強度との関係から、反射体３０の第２反射面３２の角度を算出することができる。反射体３０及び空間光変調器２０の形状や光学特性は予め状態検知部１３に記憶されている。これらの情報を用いると、第２反射面３２の配置角度に基づいて、反射体３０の姿勢及び第１反射面３１の角度も算出でき、これにより、第１反射面３１における反射光の進行方向、及び、その出射強度も算出できる。

　変調光制御部１４は、状態検知部１３による検知結果に基づいて変調光を制御する。この制御としては、例えば、状態検知部１３で検知した反射体３０の姿勢に基づいて、第１反射面３１からの反射光である第１変調光の進行方向（反射方向）を所望の方向にするように、空間光変調器２０からの変調光の出射方向を変更させる。

＜物体情報検知装置＞
　第１実施形態に係る物体検知装置は、上述の光放射装置に加えて、第２受光部４１と物体情報検知部４２を備える。この物体検知装置は、さらに座標系設定部４３を備えることが好ましい。

　第２受光部４１は、対象物Ｓで反射された変調光を受光する。第２受光部４１は、変調光の強度を検知できれば、各種の光センサを用いることができる。検知結果は、物体情報検知部４２へ出力される。

　物体情報検知部４２は、第２受光部４１における受光結果に基づいて、対象物Ｓの物体情報を検知する。対象物Ｓの物体情報としては、位置、向き、形状、色などが含まれる。

　座標系設定部４３は、状態検知部１３による検知結果に基づいて座標系を設定する。設定された座標系の情報は、物体情報検知部４２へ出力され、物体情報検知部４２では、第２受光部４１における受光結果に基づいて、座標系設定部４３が設定した座標系における対象物Ｓの位置などが検知される。

＜光路調整方法＞
　第１実施形態の光路調整方法は、以下の各ステップにより、空間光変調器２０において変調された第１変調光を反射体３０で反射させて対象物Ｓ側へ放射するときに、放射される第１変調光の光路を調整する。

（１）変調光生成ステップ
　光源１１から空間光変調器２０へコヒーレント光を与えると、空間光変調器２０で生成された第１変調光と第２変調光が反射体３０側へ放射される。変調光制御部１４による調整によって、第１変調光と第２変調光の進行方向は互いに異なるように設定され、また、第１変調光と第２変調光は互いに異なるタイミングで放射される。第１変調光は主として第１反射面３１に入射し、第２変調光は主として、第１反射面３１とは別個の第２反射面３２に入射する。さらに、第１反射面３１で反射された第１変調光は対象物Ｓ側へ放射され、第２反射面３２で反射された第２変調光は、第１受光部１２で受光される。

（２）走査ステップ
　空間光変調器２０で生成される第２変調光は、変調光制御部１４の制御によって出射方向（出射角度）が変更され、これによって第２反射面３２内における照射位置を変えていくように走査される。このように第２変調光を走査することによって、第２反射面３２からの反射光の進行方向が変化するため、第１受光部１２における受光強度も変化する。

（３）状態検知ステップ
　第１受光部１２による検知結果は状態検知部１３へ出力され、状態検知部１３では、検知結果に基づいて反射体３０の状態が検知される（状態検知ステップ）。状態検知部１３による検知結果は、変調光制御部１４及び座標系設定部４３へ出力される。
　第１受光部１２において受光強度が予め定めた閾値以上であることが検知されたとき、状態検知部１３は、第２反射面３２からの反射された第２変調光が第２反射面３２の所定範囲に照射され、その主たる進行方向が第１受光部１２に向かっているものと検知し、変調光制御部１４に対して、第２変調光の走査を停止させ、そのときの出射角度が状態検知部１３内の記憶部に記憶される（入射状態検知ステップ）。

（４）第１変調光制御ステップ
　変調光制御部１４においては、状態検知部１３によって検知された反射体３０の状態に基づいて、空間光変調器２０に対して、第１変調光の出射条件を制御するための制御信号が出力される。制御信号を受けた空間光変調器２０では、第１変調光の生成条件や出射条件、例えば、光路、出射角度、出射範囲などが調整される。

＜物体情報検知方法＞
　物体情報検知方法では、上述の光路調整方法のステップ（１）～（４）に加えて、以下のステップ（５）、（６）を実行することにより、対象物Ｓの物体情報を検知する。

（５）座標系設定ステップ
　上記状態検知ステップにおける状態検知部１３による検知結果は座標系設定部４３へ出力され、座標系設定部４３においては、状態検知部１３による検知結果に基づいて座標系を設定する。設定された座標系の情報は、物体情報検知部４２へ出力される。

（６）物体情報検知ステップ
　第２受光部４１には、対象物Ｓで反射された変調光が入射し、その入射光強度が検知される。この検知結果は物体情報検知部４２へ出力される。物体情報検知部４２には、座標系設定ステップにおいて設定された座標系の情報が記憶されており、第２受光部４１における検知結果に基づいて、座標系設定部４３で設定された座標系における対象物Ｓの位置、向き、形状、色などが検知される。

　第１実施形態によれば、コストを抑えた簡便な構成で、光放射角度の高精度な調整を要することなく、広い角度範囲に光を放射することができるとともに、第１変調光と第２変調光を同じ領域で生成できるため、空間光変調器２０をコンパクトに構成することができる。

＜第２実施形態＞
　図２は、第２実施形態に係る光放射装置及び物体情報検知装置の構成を概念的に示すブロック図である。第２実施形態においては、第１実施形態における空間光変調器２０に代えて、互いに異なる領域である第１変調領域５１と第２変調領域５２とを有する空間光変調器５０を備えている。この空間光変調器５０と変調光制御部１１４以外の構成については、第１実施形態と同様であるため、図２においては対応する構成に同一の符号を用い、それらの詳細な説明は省略する。

　空間光変調器５０は、第１実施形態の空間光変調器２０と同様に、例えば、液晶パネル、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｏｎ　Ｓｉｌｉｃｏｎ）、又は、微小電気機械システムを用いて構成し、入射光を変調して出射する。

　空間光変調器５０は、変調光制御部１１４の制御により、光源１１からの入射光に基づいて、第１変調領域５１において第１変調光を生成し、第１変調領域５１とは別個に設けられた異なる領域である第２変調領域５２において第２変調光を生成する。第１変調光と第２変調光は、出射角が互いに異なる２つの変調光として生成される。第１変調光と第２変調光は同時に生成可能であるが、互いに異なるタイミングで生成してもよい。変調光の出射方向の調整は、第１実施形態の空間光変調器２０の場合と同様であり、変調光制御部１１４によって制御される。そして、第１変調光は、反射体３０の第１反射面３１側へ向かう出射角度で、空間光変調器５０から出射され、一方の第２変調光は、反射体３０の第２反射面３２側へ向かう出射角度で、空間光変調器５０から出射される。

　第２実施形態によれば、コストを抑えた簡便な構成で、光放射角度の高精度な調整を要することなく、広い角度範囲に光を放射することができることに加えて、第１変調光と第２変調光を同時に生成して、同時に出射することができるため、物体情報検知や光路調整をより高速に行うことができる。

　なお、第２実施形態では、空間光変調器５０が第１変調領域５１と第２変調領域５２とを有する構成としたが、これに代えて別個の２つの空間光変調器を設けて、これらの２つの空間光変調器において第１変調光と第２変調光をそれぞれ生成するようにしてもよい。

　以下、第１実施形態又は第２実施形態の実施例について説明する。
＜実施例１＞
　図３は、実施例１に係る光放射装置の構成を示す図である。表１～表４は、実施例１に係る光放射装置の構成によるシミュレーション結果を示す表である。

　実施例１の光放射装置の概略構成について説明する。
　図３に示すように、実施例１に係る光放射装置は、光源１１１、コリメート光学系１１６、平面ミラー１１５、光変調ユニット１２０、反射体１３０、及び、第１受光部１１２を備える。反射体１３０は、樹脂材料で形成され、第１反射面１３１と第２反射面１３２を有する。光源１１１からの出射光Ｌ１００は、コリメート光学系１１６によってコリメート光とされ、平面ミラー１１５で反射されて光変調ユニット１２０に入射する。光変調ユニット１２０からは、変調光Ｌ１３１（図３において実線）と非変調光Ｌ１３２（図３において破線）が出射される。変調光Ｌ１３１は、反射体１３０の第１反射面１３１に入射して反射光Ｌ１４１として対象物側へ放射される。非変調光Ｌ１３２は、反射体１３０の第２反射面１３２に入射して反射光Ｌ１４２（図３において破線）として第１受光部１１２へ入射する。ここで、第１受光部１１２と光変調ユニット１２０は同一の平面上に設置した。

　反射体１３０において、第１反射面１３１は、半径４ｍｍの球面（中心Ａ１１）の一部として形成されている。第２反射面１３２は、第１反射面１３１が設けられた球面において、第１反射面１３１とは別個の領域に形成されている。第１反射面１３１と第２反射面１３２を含む、反射体１３０の表面に金属メッキを施して鏡面とした。

　光変調ユニット１２０は、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｏｎ　Ｓｉｌｉｃｏｎ）素子を用いた。このＬＣＯＳ素子において、光源１１１側にカバーガラスを配置した。

　次に、表１～表４に示すシミュレーションの条件及び結果について説明する。
　まず、全体の位置関係を説明するために座標系を定義した。原点は、光変調ユニット１２０であるＬＣＯＳ素子の表面の平面中心、かつ、カバーガラスと空気との界面とした。原点と、反射体１３０の球の中心Ａ１１とを結んだ直線の、光変調ユニット１２０を設置した平面への射影をｘ軸とした。ｚ軸は、光変調ユニット１２０を設置した平面の法線ベクトルと平行となるように設定した。ｙ軸は、ｘ軸及びｚ軸のそれぞれと垂直、かつ右手系で定義した。座標系の単位はｍｍとした。

　反射体１３０は、第１反射面１３１が原点から遠い側、第２反射面１３２を原点に近い側となるように配置した。反射体１３０の上記球面（球面鏡）の中心Ａ１１の位置は、（３．７，０，４４）とした。

　光源１１１からの出射光Ｌ１００は、半径２００μｍのガウシアンビームを用いた。このガウシアンビームの中心を、原点へ、ベクトル（０．０８７，０，－０．９９６）で入射させた。

　第１受光部１１２を座標（５．３６，０，０）の点へ設置した。この点における無変調時、かつ組み付け誤差が存在しない条件での受光強度を１として規格化し強度を評価した。

　光変調ユニット１２０においては入射光に対して変調を掛けた。この変調は、光変調ユニット１２０からの出射光のベクトルを変化させるようとするように掛けた。より具体的には、ｘｙ平面上に平行な軸を法線ベクトルとする仮想平面とビーム（光変調ユニット１２０への入射光）との交点を中心として、仮想平面上にある円弧に沿って回転操作を行った。回転操作によって変化する角度は、回転操作の回転軸に対して右ネジの方向を正とした。

　このような変調により、第１受光部１１２における受信光の強度が変化した。組み付け誤差が存在しないときの、第１受光部１１２における受光強度、変調により変化した角度（偏向角度（単位：度））、変調光の回転軸のベクトルを表１にまとめた。受光強度（強度）は任意単位（ＡＵ）であり、上述の通り規格化している。

　さらに、光変調ユニット１２０への入射光の光軸（主たる進行方向）の調整に誤差がある場合の結果を表２に、反射体１３０の取り付け位置に誤差がある場合の結果を表３にまとめた。表２において、「角度ズレ量」は、光変調ユニット１２０への入射光の光軸（主たる進行方向）の調整における誤差による角度のズレ量である。表３において、「鏡位置ズレ量」は、反射体１３０の取り付け位置の誤差によるズレ量である。

　表２と表４（後述）において、仰角は、ｘｙ平面上にあるＬＣＯＳ素子（光変調ユニット１２０）と、光源１１１からの出射光Ｌ１００がなす角度を指し、相対角度が小さくなる方向を正、大きくなる方向を負としている。方位角を変化させる走査とは、ベクトル（０，０，１）を軸とした回転走査を指す。回転方向は、右ネジの方向を正としている。

　表３と表４において、「ｘ　＋０．２ｍｍ」は、ｘ軸の正の方向において、反射体１３０の位置決め誤差が０．２ｍｍであることを意味し、「ｘ　－０．２ｍｍ」は、ｘ軸の負の方向において、反射体１３０の位置決め誤差が０．２ｍｍであることを意味している。同様に、「ｙ　＋０．２ｍｍ」はｙ軸の正の方向における反射体１３０の位置決め誤差、「ｙ　－０．２ｍｍ」はｙ軸の負の方向における反射体１３０の位置決め誤差、「ｚ　＋０．２ｍｍ」はｚ軸の正の方向における反射体１３０の位置決め誤差、さらに、「ｚ　－０．２ｍｍ」はｚ軸の負の方向における反射体１３０の位置決め誤差を意味しており、それぞれ０．２ｍｍとなっている。

　表２に示す例から分かるように、いずれの角度ズレ量においても、無変調時（偏向角度０°）とは異なる偏向角度において第１受光部１１２における受光強度が最大となっている。表３に示す例においても、いずれの鏡位置ズレ量においても、無変調時（偏向角度０°）とは異なる偏向角度において第１受光部１１２における受光強度が最大となっている。

　次に表４について説明する。上記回転軸をｘｙ平面上に置き、ベクトル（０，１，０）に対して０（度）から１８０（度）の範囲で回転させた。この回転軸に対して変調角度の絶対値を０．５（度）から２（度）の範囲で調整し、反射体１３０の鏡と出射光中心との交点のｘ座標が４ｍｍ以上となるようにし、反射体１３０からの反射光Ｌ１４１を外部へ放射した。このときの走査範囲を、ベクトル（１，０，０）を基準として評価した結果を表４にまとめた。ここで、反射体１３０の鏡面と出射光中心との交点のｘ座標を４ｍｍ以上にすることによって、光変調ユニット１２０から第１反射面１３１へ向かう変調光Ｌ１３１を、第２反射面１３２へ向かう非変調光Ｌ１３２と明確に分けることができる。

　表４から分かるように、反射体１３０の鏡面の位置決め誤差及び光変調ユニット１２０への入射光の角度誤差がないとき（「誤差無し」）に、ｘｙ平面への射影で４８°の、ｘｚ平面への射影で１０４°の走査角度（「無補正時操作範囲」）がそれぞれ得られた。

　表４では、鏡の位置決め誤差として、「ｘ　＋０．２ｍｍ」、「ｘ　－０．２ｍｍ」、「ｙ　＋０．２ｍｍ」、「ｙ　－０．２ｍｍ」、「ｚ　＋０．２ｍｍ」、「ｚ　－０．２ｍｍ」を列記し、光変調ユニット１２０への入射光の角度誤差として、「ビーム入射角　仰角＋０．２°」、「ビーム入射角　仰角－０．２°」、「ビーム入射角　方位角＋０．２°」、「ビーム入射角　方位角－０．２°」を列記した。

　表４では、鏡の位置決め誤差及び入射光の角度誤差が有った場合の反射光の相対角度範囲を、ｘｙ平面及びｘｚ平面への射影として「無補正時操作範囲」に示している。さらに、この場合の反射光の相対角度範囲が持つ角度誤差を打ち消す補正のための変調量として「変調角度」を列記した。前記補正の操作は変調により行った。表４に示す範囲の誤差であれば、変調角度を最大１．７°操作することで、０．００５°以下の角度誤差で補正できることが分かった。

＜実施例２＞
　図４は、実施例２に係る光放射装置の構成を示す図である。表５～表６は、実施例２に係る光放射装置の構成によるシミュレーション結果を示す表である。

　実施例２の光放射装置の概略構成について説明する。
　図４に示すように、実施例２に係る光放射装置は、光源２１１、コリメート光学系２１６、平面ミラー２１５、光変調ユニット２２０、反射体２３０、結像光学系２１７、及び、第１受光部２１２を備える。反射体２３０は、樹脂材料で形成され、第１反射面２３１と第２反射面２３２を有する。光源２１１からの出射光Ｌ２００は、コリメート光学系２１６によってコリメート光とされ、平面ミラー２１５で反射されて光変調ユニット２２０に入射する。光変調ユニット２２０からは、変調光Ｌ２３１（図４において実線）と非変調光Ｌ２３２（図４において破線）が出射される。変調光Ｌ２３１は、反射体２３０の第１反射面２３１に入射して反射光Ｌ２４１として対象物側へ放射される。非変調光Ｌ２３２は、反射体２３０の第２反射面２３２で反射され、その反射光Ｌ２４２（図４において破線）は結像光学系２１７によって第１受光部２１２上に像を結ぶ。ここで、第１受光部２１２と光変調ユニット２２０は同一の平面上に設置した。

　反射体２３０は、１つの樹脂材料の別の領域に第１反射面２３１と第２反射面２３２をそれぞれ設けた構成を有する。第１反射面２３１の表面形状は、半径４ｍｍの球面の一部の半球面とし、第２反射面２３２は、上記球面の中心Ａ２１を通る平面とした。そして、第１反射面２３１と第２反射面２３２の表面に金属メッキを施して、鏡面とした。

　光変調ユニット２２０は、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｏｎ　Ｓｉｌｉｃｏｎ）素子を用いた。このＬＣＯＳ素子において、光源２１１側にカバーガラスを配置した。

　次に、表５と表６に示すシミュレーションの条件及び結果について説明する。
　まず、座標系の定義は実施例１と同一とした。反射体２３０の第１反射面２３１の表面形状を、半径４ｍｍの球面の半球形とし、半球の中心Ａ２１の位置は（３．７，０，４４）とした。第２反射面２３２は、第１反射面２３１の半球の中心Ａ２１を通り、かつ法線ベクトルを（１，０，０）とした。座標系の単位はｍｍとした。

　反射体２３０において、原点から遠い側に第１反射面２３１（球面部）を、原点に近い側に第２反射面２３２（平面側）を配置した。
　光源２１１からの出射光Ｌ２００は、半径２００μｍのガウシアンビームを用いた。このガウシアンビームの中心を原点へ、ベクトル（０．０８７，０，－０．９９６）で入射させた。

　第１受光部２１２を、ｘｙ平面と平行に設置し、第１受光部２１２の中心座標を（２．２，０，８０）とした。また、この第１受光部２１２としては、有効受光径の大きさが５ｍｍのものを選択した。

　第１受光部２１２における非変調時、かつ、ガウシアンビームの光軸、及び、反射体２３０の鏡位置に誤差がないときの受光強度を１として規格化した。

　光変調ユニット２２０においては、入射光に対して変調を掛けた。この変調は、以下のように定義する直線を回転軸とし、その軸に沿って所定の角度だけ回転させることで行った。その回転方向は、ベクトルに対して右ネジの方向を正とし、回転軸は、以下の５つを使用した。すなわち、光変調ユニット２２０（ＬＣＯＳ素子）の液晶層界面とガウシアンビーム中心の交点を通り、それぞれのベクトルが（０，１，０）、（０．７０７，０．７０７，０）、（－０．７０７，０．７０７，０）、（０．８６６，０．５，０）、（－０．８６６，０．５，０）である直線である。

　この変調を行ったときの第１受光部２１２における受光強度が０．５となる角度を測定した結果を表５と表６に示している。表５は、上述の５つの回転軸について、光源２１１から出射されたガウシアンビーム光軸（主たる進行方向）に誤差がない場合と、その光軸に角度誤差がある場合とを示している。表６は、上述の５つの回転軸について、反射体２３０の位置に誤差がない場合と、誤差がある場合とを示している。表５において方位角と仰角で示す角度誤差、及び、表６におけるｘ、ｙ、ｚ方向の誤差は実施例１と同様である。

　表５に示す例から分かるように、いずれの角度ズレ量においても、「誤差無し」の場合とは異なる角度において第１受光部２１２における受光強度が０．５となっている。表６に示す例においても、「誤差無し」の場合とは異なる角度において第１受光部２１２における受光強度が０．５となる例が多くなっている。このように、光源２１１からの出射光Ｌ２００の角度誤差、及び、反射体２３０の位置の誤差が、第１受光部２１２における受光強度が０．５となる角度に影響を与えることが分かった。
　そして、このような光軸誤差や反射体２３０の位置の誤差については実施例１と同様に補正することができる。
　本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的又は本発明の思想の範囲内において改良又は変更が可能である。

　以上のように、本発明に係る光放射装置は、コストを抑えた簡便な構成で、光放射角度の高精度な調整を要することなく、広い角度範囲に光を放射することができる点で有用である。また、コストを抑えた簡便な構成で、広い角度範囲において、高い精度で物体情報検知を実行できる物体情報検知装置及び物体情報検知方法を提供可能である。さらにまた、本発明に係る光路調整方法は、コストを抑えた簡便な構成で、広い角度範囲において、放射光の光路を精度良く調整することが可能となる。

　１１、１１１、２１１　光源
　１２、１１２、２１２　第１受光部
　１３　　　　　　　　　状態検知部
　１４、１１４　　　　　変調光制御部
　２０、５０　　　　　　空間光変調器
　３０、１３０、２３０　反射体
　３１、１３１、２３１　第１反射面
　３２、１３２、２３２　第２反射面
　４１　　　　　　　　　第２受光部
　４２　　　　　　　　　物体情報検知部
　４３　　　　　　　　　座標系設定部
　５１　　　　　　　　　第１変調領域
　５２　　　　　　　　　第２変調領域
　１１５、２１５　　　　平面ミラー
　１１６、２１６　　　　コリメート光学系
　１２０、２２０　　　　光変調ユニット
　２１７　　　　　　　　結像光学系
　Ａ１１、Ａ２１　　　　中心
　Ｌ１００、Ｌ２００　　出射光
　Ｌ１３１、Ｌ２３１　　変調光
　Ｌ１４１、Ｌ２４１　　反射光
　Ｌ１３２、Ｌ２３２　　非変調光
　Ｌ１４２、Ｌ２４２　　反射光
　Ｓ　　　　　　　　　　対象物

Claims

　コヒーレント光を出射する光源と、空間光変調器と、反射体と、第１受光部と、変調光制御部とを備えた光放射装置であって、
　前記反射体は、球面の一部である第１反射面と、前記第１反射面とは別個の第２反射面とを備え、
　前記空間光変調器は、前記変調光制御部の制御により、前記光源からの入射光に基づいて、前記第１反射面側へ向かう第１変調光と、前記第２反射面側へ向かう第２変調光とを生成し、
　前記第１反射面で反射された反射光は対象物側へ放射され、前記第２反射面で反射された反射光は前記第１受光部側へ放射されることを特徴とする光放射装置。
　前記第１受光部における受光結果に基づいて、前記反射体の状態を検知する状態検知部を備え、
　前記第２変調光は、前記変調光制御部の制御により、前記第２反射面内における照射位置を変えていくように走査され、
　前記状態検知部は、前記第１受光部における受光強度の変化に基づいて、前記反射体に対する前記第２変調光の入射状態を検知する請求項１に記載の光放射装置。
　前記状態検知部は、前記第１受光部における受光強度が所定値以上であるときに、前記第２変調光が前記第２反射面の所定範囲に入射していると検知する請求項２に記載の光放射装置。
　前記第２反射面で反射された反射光は前記第１受光部で受光され、
　前記第１受光部における受光結果に基づいて、状態検知部が前記反射体の状態を検知する請求項１に記載の光放射装置。
　前記第２反射面が平面、又は、前記第１反射面と曲率が異なる曲面である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光放射装置。
　前記第１反射面と前記第２反射面は曲率中心の位置が同一である請求項５に記載の光放射装置。
　前記第２反射面は、前記第１反射面を形成する球面の一部であって、前記第１反射面とは別個の領域に設けられている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光放射装置。
　前記第１変調光と前記第２変調光は、前記空間光変調器の同一の領域で変調されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光放射装置。
　前記第１変調光と前記第２変調光は、前記空間光変調器の異なる領域で生成されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光放射装置。
　前記空間光変調器は複数設けられ、前記第１変調光と前記第２変調光は、前記複数の空間光変調器のうちの異なる空間光変調器で生成されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光放射装置。
　前記空間光変調器が、液晶層を有する、液晶パネル又はＬＣＯＳである請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の光放射装置。
　前記空間光変調器が、複数の鏡からなる微小電気機械システムである請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の光放射装置。
　前記球面は、前記対象物側に凸面を向けた凸面鏡の一部、又は、前記対象物側に凹面を向けた凹面鏡の一部である請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の光放射装置。
　前記光源はレーザー光源である請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の光放射装置。
　前記レーザー光源からの出射光をコリメート光とし、前記空間光変調器へ出射するコリメート光学系を備える請求項１４に記載の光放射装置。
　前記変調光制御部は、前記状態検知部による検知結果に基づいて、前記第１変調光を制御する請求項２から請求項１５のいずれか１項に記載の光放射装置。
　前記変調光制御部は、前記状態検知部による検知結果に基づいて、前記第１反射面へ入射する前記第１変調光の出射方向を変更するように前記空間光変調器を制御する請求項１６に記載の光放射装置。
　前記変調光制御部は、前記状態検知部による検知結果に基づいて、前記第１反射面における前記第１変調光の反射方向を変更するように前記反射体の位置を調整する請求項１６又は請求項１７に記載の光放射装置。
　請求項２から請求項１８のいずれか１項に記載の光放射装置と、
　前記対象物で反射された前記第１変調光を受光する第２受光部と、
　前記第２受光部における受光結果に基づいて、前記対象物の物体情報を検知する物体情報検知部とを備えることを特徴とする物体情報検知装置。
　前記状態検知部による検知結果に基づいて、座標系を設定する座標系設定部を備え、
　前記物体情報検知部は、前記第２受光部における受光結果に基づいて、前記座標系設定部が設定した座標系における前記対象物の位置を検知する請求項１９に記載の物体情報検知装置。
　空間光変調器において変調された第１変調光を反射体で反射させて対象物へ放射するときに、前記反射体で反射されて放射される前記第１変調光の光路を調整する光路調整方法であって、
　前記反射体は、球面の一部である第１反射面と、前記第１反射面とは別個の第２反射面とを備え、
　前記空間光変調器にコヒーレント光を与え、前記第１反射面側へ向かう前記第１変調光、及び、前記第２反射面側へ向かう第２変調光を生成させる変調光生成ステップと、
　前記第２反射面における反射光に基づいて、前記反射体の状態を検知する状態検知ステップと、
　前記状態検知ステップにおいて検知された前記反射体の状態に基づいて、前記第１変調光を制御する第１変調光制御ステップとを有することを特徴とする光路調整方法。
　前記第２反射面に対する照射位置を変えていくように前記第２変調光を走査する走査ステップを備え、
　前記状態検知ステップは、前記第１受光部における受光強度の変化に基づいて、前記反射体に対する前記第２変調光の入射状態を検知する入射状態検知ステップを含み、
　前記入射状態検知ステップにおいて、前記第２変調光が前記第２反射面の所定範囲に入射していると検知された後に、前記第１変調光制御ステップが実行される請求項２１に記載の光路調整方法。
　空間光変調器において変調された変調光が反射体で反射させて対象物へ放射され、
　前記反射体は、球面の一部である第１反射面と、前記第１反射面とは別個の第２反射面とを備え、
　前記空間光変調器にコヒーレント光を与え、前記第１反射面側へ向かう前記第１変調光、及び、前記第２反射面側へ向かう第２変調光を生成させる変調光生成ステップと、
　前記第１反射面における反射光を前記対象物へ放射させ、
　前記第２反射面における反射光に基づいて、前記反射体の状態を検知するとともに、座標系を設定し、
　前記対象物で反射された前記第１変調光の受光結果に基づいて、前記対象物の物体情報を検知することを特徴とする物体情報検知方法。