WO2020017393A1 - 光学系、それを備える照明装置及び測距装置 - Google Patents

光学系、それを備える照明装置及び測距装置 Download PDF

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diffraction
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optical
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和彦 梶山
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キヤノン株式会社
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    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings

Definitions

  • the present invention relates to an optical system that guides light from a light source to an object, and is suitable for a distance measuring device such as an in-vehicle system and a monitoring system.
  • the object As a distance measuring device that measures the distance to the object (surface to be illuminated), the object is illuminated by an illuminating device, and based on the time required to receive the reflected light from the object and the phase of the reflected light.
  • a device that calculates a distance to a vehicle is known.
  • Patent Document 1 describes an optical system used for an illumination device in a distance measuring device, which includes a plurality of lenses having different refractive powers in a horizontal section and a vertical section.
  • An object of the present invention is to provide an optical system which is easy to manufacture and has good optical performance, an illuminating device including the optical system, and a distance measuring device.
  • an optical system is an optical system that guides light from a light source to an object, and includes first and second diffraction elements arranged in order from the light source.
  • An element, each of the first and second diffraction elements is formed of a flat plate including a diffraction surface, and at least one of the first and second diffraction elements has a first section including an optical axis. And a second section including the optical axis and perpendicular to the first section, having different powers.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a lighting device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a diffraction element according to the embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of a diffraction element according to a modification.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a main part of the optical system according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a main part of an optical system according to a second embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of a main part of an optical system according to a third embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of a main part of an optical system according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of a main part of an optical system according to a fifth embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of a main part of an optical system according to a sixth embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of a main part of an optical system according to a seventh embodiment.
  • FIG. 19 is a schematic diagram of a main part of an optical system according to an eighth embodiment.
  • FIG. 19 is a schematic diagram of a main part of an optical system according to a ninth embodiment.
  • FIG. 16 is a schematic diagram of a main part of an optical system according to a tenth embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a distance measuring device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of the in-vehicle system according to the embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a vehicle according to an embodiment.
  • 5 is a flowchart illustrating an operation example of the in-vehicle system according to the embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram (schematic diagram) of a main part in a YZ section including an optical axis of a lighting device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the illumination device 1 includes a light source unit 10 and an optical system (illumination optical system) 20.
  • the optical axis direction is the Z direction
  • the vertical direction (first direction) is the Y direction
  • the horizontal direction (second direction) is the X direction.
  • the YZ section is also called a vertical section (first section)
  • the ZX section is also called a horizontal section (second section).
  • the light source unit 10 includes the light source 11, the collimator unit 12, and the scanning unit 13, and emits light (illumination light) toward the optical system 20.
  • the light source 11 for example, a semiconductor laser or the like can be adopted.
  • the collimator unit 12 includes one or more lenses (collimator lenses), and converts divergent light emitted from the light source 11 into parallel light.
  • the parallel light here is not limited to strictly parallel light, but includes substantially parallel light such as weakly divergent light and weakly convergent light.
  • the scanning unit 13 scans an object (not shown) via the optical system 20 by deflecting the parallel light from the collimator unit 12. It is assumed that the object is arranged on the + Z side of the optical system 20.
  • a movable mirror such as a galvanometer mirror or a MEMS mirror, or an optical element such as a crystal element or a liquid crystal element whose refractive index changes by applying a voltage can be employed.
  • the illumination device 1 a configuration without the collimator unit 12 and the scanning unit 13 may be adopted as needed, as long as the required illumination range (illumination angle of view) can be ensured.
  • the collimator unit 12 has an effect that, particularly when the illumination device 1 includes the scanning unit 13, it is possible to easily avoid interference between the optical path and each member such as the driving unit.
  • the optical system 20 includes a first diffraction element L1 and a second diffraction element L2 arranged in order from the light source side ( ⁇ Z side), and guides light from the light source unit 10 to an object. (Irradiation).
  • the optical system 20 has a function of converting the angle (incident angle) of the incident light and emitting the light as an outgoing light having an angle (emission angle) different from the incident angle.
  • Each of the first diffraction element L1 and the second diffraction element L2 is formed of a flat plate (transmission member) including a diffraction surface. That is, each diffraction element does not have a refraction power, but has only a diffraction power.
  • each diffractive element is constituted by an optical element having a refractive power such as a lens
  • each optical element is decentered in a direction (X direction or Y direction) perpendicular to the optical axis due to an assembly error or the like, a curved optical surface is formed.
  • the incident position of the light beam on the (lens surface) changes.
  • the optical performance (illumination performance) of the optical system 20 is reduced. Therefore, by configuring each diffraction element with a flat plate as in the present embodiment, it is possible to reduce the influence on the optical performance when each diffraction element is decentered.
  • each diffractive element according to the present embodiment is formed of a flat plate
  • the optical surface included in each diffractive element is either a diffractive surface having a planar base surface or a refracting surface having a planar shape.
  • the planar shape is not limited to a strict plane, but includes a substantially flat surface such as a curved surface having a slight curvature (corresponding to a radius of curvature of 3000 mm or more) caused by a manufacturing error or the like.
  • the base surface or the refraction surface which is a planar shape, is arranged so as to be perpendicular to the optical axis. In other words, it is desirable to arrange the diffraction elements such that the optical surfaces of the first diffraction element L1 and the second diffraction element L2 are parallel to each other.
  • At least one of the first diffraction element L1 and the second diffraction element L2 has a first section (YZ section) including the optical axis and a second section (ZX including the optical axis and perpendicular to the first section). (Cross-section).
  • a diffractive element composed of a flat plate is employed as the anamorphic optical element.
  • Diffraction elements composed of such a flat plate are easier to manufacture as compared with lenses having a rotationally asymmetric shape. Therefore, when the configuration according to the present embodiment is adopted, an anamorphic optical element can be manufactured easily and with high precision as compared with the case where only a lens is adopted. Therefore, when the optical system 20 is applied to a distance measuring device, it is possible to suppress a decrease in distance measuring accuracy due to an assembly error.
  • the above-described effect can be obtained if at least one of the first diffraction element L1 and the second diffraction element L2 is an anamorphic optical element. However, in order to improve the degree of freedom in designing each diffraction element, both of them are required. It is preferable that the diffractive element is an anamorphic optical element.
  • the optical system 20 may include three or more diffraction elements. However, in order to achieve both miniaturization of the entire optical system 20 and good optical performance, the optical system 20 as in the present embodiment is used. Is preferably composed of two diffraction elements.
  • the optical system 20 may include an optical element such as a refraction element (lens) other than the diffraction element as necessary.
  • an optical element such as a refraction element (lens) other than the diffraction element as necessary.
  • a refraction element such as a refraction element (lens) other than the diffraction element as necessary.
  • the optical system 20 is composed of only a diffraction element.
  • the power of each diffraction element can be reduced.
  • unnecessary light generated in each diffraction element can be reduced.
  • the optical system 20 When a lens is provided in the optical system 20, it is desirable to use a lens (a lens rotationally symmetric with respect to the optical axis) having the same power in the first section and the second section.
  • a lens a lens rotationally symmetric with respect to the optical axis
  • a diffractive element can be manufactured more easily than a lens. Therefore, it is desirable to minimize the number of rotationally asymmetric lenses.
  • the optical system 20 may include a lens having a rotationally asymmetric shape as necessary.
  • the first diffraction element L1 disposed on the light source side among the first diffraction element L1 and the second diffraction element L2 has a positive power. Since the first diffraction element L1 has a positive power, light traveling toward the second diffraction element L2 can be converged, and the size of the second diffraction element L2 can be reduced. At this time, the angle of incidence of light on the second diffraction element L2 becomes smaller, so that the diffraction efficiency of the second diffraction element L2 can be improved.
  • the angular magnification in the first section is ⁇ 1
  • the angular magnification in the second section is ⁇ 2
  • the distance from the entrance pupil (pupil position) in the first section to the diffraction surface of the first diffraction element L1 is Dp1
  • the distance from the entrance pupil in the second section to the diffraction surface of the first diffraction element L1 is Dp2.
  • the optical system 20 satisfies the following conditional expression (1).
  • the pupil position here refers to a position of a point where each principal ray incident on the diffraction surface of the first diffraction element L1 intersects on the optical axis when extending to the light source side. That is, when the light source unit 10 includes the scanning unit 13, the pupil position corresponds to the emission surface (deflection surface) of the scanning unit 13. -3 ⁇ ⁇ 2 / ⁇ 1-Dp1 / Dp2 ⁇ 3 (1)
  • Conditional expression (1) relates to the emission angle of each principal ray emitted from the first diffraction element L1.
  • the angle (outgoing angle) formed by the off-axis principal ray emitted from the first diffraction element L1 and the optical axis can be reduced.
  • the incident angle of the off-axis principal ray with respect to the second diffraction element L2 can be reduced, so that the influence on the optical performance when the second diffraction element L2 is decentered due to an assembly error or the like is reduced.
  • the diffraction efficiency of the second diffraction element L2 can be improved.
  • conditional expression (1) When the value is outside the range of the conditional expression (1), it is difficult to reduce the influence on the optical performance when the second diffraction element L2 is decentered and to improve the diffraction efficiency of the second diffraction element L2. . It is more preferable that the following conditional expressions (1a) and (1b) are satisfied in order. -2.8 ⁇ ⁇ 2 / ⁇ 1-Dp1 / Dp2 ⁇ 2.5 (1a) -2.6 ⁇ ⁇ 2 / ⁇ 1-Dp1 / Dp2 ⁇ 2.0 (1b)
  • the first diffraction element L1 and the second diffraction element L2 are arranged such that their diffraction surfaces face each other. According to this configuration, since the medium between the diffraction surfaces is only air, it is possible to reduce the influence on the optical performance due to the manufacturing error of the thickness of the flat plate constituting each diffraction element. Further, if necessary, both the entrance surface and the exit surface of each diffraction grating may be used as diffraction surfaces. However, in consideration of a chucking step or the like when forming each diffraction surface, in order to facilitate the manufacture of each diffraction element, it is preferable that only one of the incident surface and the emission surface be a diffraction surface.
  • FIG. 2 is a schematic view of the diffraction element according to the present embodiment, showing a first section (YZ section) and a second section (ZX section), respectively.
  • the scale of the diffraction element and the number of diffraction gratings on the diffraction surface are different from the actual ones.
  • the distance S1 from the optical axis A in the vertical section to the grating vertex (of the first annular zone) closest to the optical axis A of the diffraction grating, and the distance from the optical axis A in the horizontal section to the optical axis of the diffraction grating It is different from the distance S2 to the lattice vertex closest to A.
  • the power of each diffraction surface is different between the vertical section and the horizontal section, that is, each diffraction plane is an anamorphic optical surface.
  • a lithography technique When forming such a diffraction surface, it is desirable to use a lithography technique.
  • a lithography technique By using a lithography technique, a diffractive surface can be formed with higher precision than when using a technique such as cutting, polishing, or molding.
  • the lithography technique for example, as shown in FIG. 3, a shape obtained by approximating a curved surface shape on a diffraction surface with a minute rectangular shape arranged in a stepwise manner may be adopted.
  • the diffraction surface is provided on the flat optical surface of the flat plate as in the present embodiment, unlike the case where the diffraction surface is provided on the curved optical surface of a lens or the like, the diffraction is performed from the axis to the outermost axis. There is no need to change the phase difference provided by the surface. Therefore, in order to facilitate the manufacture of each diffraction element, it is desirable to make the grating height of each diffraction surface uniform from on-axis to off-axis.
  • the influence on the distance measurement performance due to dirt on each diffraction surface generated in a transport process or the like in lithography technology is reduced. be able to.
  • the influence of obstacles such as fog on the optical path from the illumination device 1 to the target object on the distance measurement performance is also reduced. be able to.
  • conditional expression (2) When the value goes below the lower limit of conditional expression (2), it becomes difficult to reduce the influence of dirt and obstacles on each diffraction surface on distance measurement performance. When the value exceeds the upper limit of conditional expression (2), the wavelength of the light having the peak intensity becomes too long, and it is necessary to increase the grating height of the diffraction grating on each diffraction surface accordingly. The difficulty of manufacturing each diffraction surface increases. It is more preferable that the following conditional expressions (2a) and (2b) are satisfied in order. 875 ⁇ ⁇ s ⁇ 13000 (2a) 900 ⁇ ⁇ s ⁇ 12000 (2b)
  • the silicon material here refers to a material containing silicon (Si) as a main component, and is not limited to a material containing only silicon but also includes a material containing a small amount of a substance (impurity) other than silicon. Shall be considered.
  • the optical system 20 is composed of only two diffraction elements, it is necessary to increase the power of each diffraction element in order to obtain sufficient illumination performance. In this case, since it is necessary to reduce the arrangement interval (grating pitch) with respect to the grating height of the diffraction grating in each diffraction element, there is a possibility that the diffraction efficiency of each diffraction element is reduced.
  • each diffraction element by using a silicon material having a high refractive index as a material of each diffraction element, it is possible to reduce the grating height while sufficiently increasing the power of each diffraction element. Will be possible. In order to obtain more of the effects described above, it is more preferable that all the diffraction elements are made of a silicon material. However, if necessary, a diffraction element made of a material different from the silicon material may be used.
  • the main power in the optical system 20 can be given to the lens, so that the power of each diffraction element can be reduced, and the power of each diffraction element can be reduced.
  • the generated unnecessary light can be reduced.
  • at least one of the following conditional expressions (3a) and (4a) is satisfied, and it is more preferable that at least one of the conditional expressions (3b) and (4b) is satisfied.
  • (3a) 1.5 ⁇
  • the diffractive element closest to the lens has different signs of power in the first section and the second section.
  • the power is 0 (the focal length is ⁇ )
  • the sign is different from positive and negative.
  • the degree of freedom in designing the optical system 20 can be improved.
  • the optical system 20 when the focal length of the first diffraction element L1 is f1, the optical system 20 according to the present embodiment satisfies the following conditional expression (5) in at least one of the first section and the second section. It is desirable to do.
  • the pupil position here is a position of a point where each principal ray incident on the diffraction surface of the first diffraction element L1 intersects on the optical axis when the principal ray is extended toward the light source. That is, when the light source unit 10 includes the scanning unit 13, the pupil position corresponds to the emission surface (deflection surface) of the scanning unit 13. 0.30 ⁇ f1 / Dp1 ⁇ 3.00 (5)
  • Conditional expression (5) relates to the emission angle of each principal ray emitted from the first diffraction element L1.
  • conditional expression (5) the angle (outgoing angle) between the off-axis principal ray emitted from the first diffraction element L1 and the optical axis can be reduced. This makes it possible to reduce the incident angle of the off-axis principal ray with respect to the second diffraction element L2, thereby reducing the influence on the optical performance when the second diffraction element L2 is decentered due to an assembly error or the like. It becomes possible to improve the diffraction efficiency of the second diffraction element L2.
  • conditional expression (5) When out of the range of the conditional expression (5), it is difficult to improve the diffraction efficiency of the second diffraction element L2 while reducing the influence on the optical performance when the second diffraction element L2 is decentered. . At this time, in order to obtain the above-described effect in both the first and second sections, it is desirable that the conditional expression (5) be satisfied in both the first and second sections. It is more preferable that the following conditional expressions (5a) and (5b) are satisfied in order. 0.32 ⁇ f1 / Dp1 ⁇ 2.80 (5a) 0.35 ⁇ f1 / Dp1 ⁇ 2.50 (5b)
  • the distances from the optical axis to the lattice vertices of the first orbicular zones of the first and second diffraction elements are SL1 [ ⁇ m] and SL2 [ ⁇ m], respectively, and the distance between the diffraction planes of the first and second diffraction elements. Let the distance be Dd [mm].
  • the lattice vertex of the first annular zone refers to the vertex of the diffraction grating included in the annular zone closest to the optical axis in each diffraction element.
  • conditional expression (6) is “+” when the second diffraction element L2 has a positive power (focal length), and is “+” when the second diffraction element L2 is a negative power (focal length). If it has, it becomes "-”.
  • conditional expression (6) the power balance of each diffraction element can be appropriately set. This makes it possible to make the light emitted from the optical system 20 closer to parallel light while facilitating the manufacture of each diffraction element, and to illuminate a farther object.
  • conditional expression (6) If the value deviates from the range of the conditional expression (6), it becomes difficult to maintain a good balance of the power of each diffraction element. Therefore, it becomes difficult to easily manufacture each diffraction element and to make the light emitted from the optical system 20 close to parallel light.
  • conditional expression (6) it is desirable that the conditional expression (6) be satisfied in both the first and second sections. It is more preferable that the following conditional expressions (6a) and (6b) are satisfied in order.
  • the optical system 20 satisfies the following conditional expression (7) in at least one of the first section and the second section, where f is the focal length of the optical system 20 (of the entire system). It is desirable to be satisfied. ⁇ 0.050 ⁇ f1 / f ⁇ 0.05 (7)
  • conditional expression (7) the power of the first diffraction element L1 can be set appropriately.
  • the power of the optical system 20 can be reduced while the optical system 20 is downsized, so that the influence on the optical performance due to an assembly error generated when the optical system 20 is applied to a distance measuring device can be further reduced. Will be possible.
  • the value is outside the range of the conditional expression (7), it is difficult to reduce the size of the optical system 20 and further reduce the influence on the optical performance due to the assembly error.
  • it is desirable that the conditional expression (7) is satisfied in both the first and second sections.
  • conditional expressions (7a) and (7b) are satisfied in order. -0.045 ⁇ f1 / f ⁇ 0.045 (7a) -0.040 ⁇ f1 / f ⁇ 0.040 (7b)
  • the focal length of the second diffraction element L2 is f2
  • conditional expressions (8) and (9) are conditional expressions relating to the angular magnification of the optical system 20. If the lower limit of conditional expression (8) or (9) is not reached, the angular magnification of the optical system 20 will be too close to 1. In this case, the change rate of the exit angle of the off-axis principal ray emitted from the optical system 20 with respect to the incident angle of the off-axis principal ray incident on the optical system 20 becomes small, and a sufficient illumination range (ranging range) is secured. It becomes difficult. If the upper limit of conditional expression (8) or (9) is exceeded, the angular magnification of the optical system 20 will be too large, making it difficult to satisfactorily correct aberrations while reducing the size of the entire system.
  • conditional expression (8) or (9) be satisfied in both the first and second sections. It is more preferable that the following conditional expressions (8a) and (8b) are satisfied in order, or the following conditional expressions (9a) and (9b) are satisfied in order. 1.5 ⁇
  • the first diffraction element L1 and the second diffraction element L2 are the upper two optical elements having the largest absolute value of the power among the optical elements constituting the optical system 20.
  • the absolute value of the power of one of the first diffraction element L1 and the second diffraction element L2 is the largest, and the absolute value of the other power is the second.
  • the absolute value of the other power is the second.
  • which power of each diffraction element has the largest absolute value may be determined according to the specifications of the optical system 20 (magnification system or reduction system, etc.). Alternatively, if necessary, each diffraction element may have the same absolute value of power.
  • the optical system 20 As described above, according to the optical system 20 according to the present embodiment, both simplification of manufacturing and good optical performance can be achieved. Thus, when the optical system 20 is applied to the illumination device in the distance measuring device, it is possible to suppress a decrease in distance measuring accuracy due to an assembly error or the like.
  • FIG. 4 is a schematic view of a main part of the optical system 20 according to the present embodiment, showing a vertical section (YZ section) and a horizontal section (ZX section).
  • the optical system 20 according to the present embodiment includes a first diffractive element L1 having a positive power and a second diffractive element L2 having a negative power, which are arranged in order from the -Z side.
  • Each of the first diffractive element L1 and the second diffractive element L2 has different powers in a vertical section and a horizontal section.
  • the parallel light emitted from the pupil positions P1 and P2 is condensed by the first diffraction element L1, and then converted into the parallel light again by the second diffraction element L2.
  • the angle (incident angle) of the light incident on the optical system 20 is converted (magnified) to a different angle (emission angle). Note that the pupil positions P1 and P2 in the present embodiment match each other.
  • the maximum value of the incident angle of the light from the light source unit 10 with respect to the first diffraction element L1 is ⁇ 3 ° in the vertical section and ⁇ 15 ° in the horizontal section. Since the angular magnification ⁇ 1 in the vertical cross section of the optical system 20 is 3 times and the angular magnification ⁇ 2 in the horizontal cross section is 1.5 times, the maximum value of the emission angle of the light emitted from the second diffraction element L2 is It is ⁇ 9 ° in the cross section and ⁇ 22.5 ° in the horizontal cross section. As described above, when it is desired to increase the angle of the incident light by the optical system 20, it is preferable that the sign of the power of the first diffraction element L1 is positive and the sign of the power of the second diffraction element L2 is negative.
  • Each diffraction element according to this embodiment is made of a silicon material, and each diffraction surface is designed with a reference wavelength ⁇ 0 of 1550 nm.
  • the wavelength ⁇ s has the same value as the reference wavelength ⁇ 0.
  • the diameter (pupil diameter) of the pupil of the optical system 20 is 1 mm in both the vertical section and the horizontal section.
  • the spot size when the parallel light emitted from the optical system 20 reaches the irradiated surface 200 m away from the optical system 20 can be sufficiently reduced to 87 mm or less. Further, even if each diffraction element is decentered by about 100 ⁇ m, the spot size can be suppressed to 88 mm or less.
  • FIG. 5 is a schematic view of a main part of the optical system 20 according to the present embodiment.
  • the optical system 20 according to the present embodiment differs from the optical system 20 according to the first embodiment in that the pupil positions P1 and P2 do not coincide with each other.
  • the maximum value of the incident angle of the light from the light source unit 10 with respect to the first diffraction element L1 is ⁇ 5 ° in the vertical section and ⁇ 10 ° in the horizontal section. Since the angular magnification ⁇ 1 in the vertical cross section of the optical system 20 is 3 times and the angular magnification ⁇ 2 in the horizontal cross section is 2 times, the maximum value of the emission angle of the light emitted from the second diffraction element L2 is ⁇ 15 °, ⁇ 20 ° in horizontal section.
  • Each diffraction element according to this embodiment is made of a quartz material, and each diffraction surface is designed with a reference wavelength ⁇ 0 of 1550 nm.
  • the value of the wavelength ⁇ s of light having a peak intensity emitted from a light source (not shown) is 1550 nm, like the reference wavelength ⁇ 0.
  • the pupil diameter of the optical system 20 is 1 mm in a vertical section and 2.5 mm in a horizontal section.
  • the spot size when the parallel light emitted from the optical system 20 reaches the irradiated surface 200 m away from the optical system 20 can be sufficiently reduced to 51 mm or less. Further, even if each diffraction element is decentered by about 100 ⁇ m, the spot size can be suppressed to 52 mm or less.
  • FIG. 6 is a schematic view of a main part of the optical system 20 according to the present embodiment.
  • the optical system 20 according to the present embodiment differs from the optical system 20 according to the first embodiment in that the pupil positions P1 and P2 do not coincide with each other.
  • the maximum value of the incident angle of the light from the light source unit 10 with respect to the first diffraction element L1 is ⁇ 2.5 ° in the vertical section and ⁇ 10 ° in the horizontal section. Since the angular magnification ⁇ 1 in the vertical cross section of the optical system 20 is 4 times and the angular magnification ⁇ 2 in the horizontal cross section is 2 times, the maximum value of the emission angle of the light emitted from the second diffraction element L2 is ⁇ 10 °, ⁇ 20 ° in horizontal section.
  • Each diffraction element according to the present embodiment is made of a quartz material, and each diffraction surface is designed with a reference wavelength ⁇ 0 of 905 nm.
  • the value of the wavelength ⁇ s is 905 nm similarly to the reference wavelength ⁇ 0.
  • the pupil diameter of the optical system 20 is 1 mm in both the vertical section and the horizontal section.
  • the spot size when the parallel light emitted from the optical system 20 reaches the irradiated surface 200 m away from the optical system 20 can be sufficiently reduced to 122 mm or less. Further, even if each diffraction element is decentered by about 100 ⁇ m, the spot size can be suppressed to 124 mm or less.
  • FIG. 7 is a schematic view of a main part of the optical system 20 according to the present embodiment.
  • the optical system 20 according to the present embodiment differs from the optical system 20 according to the first embodiment in that a first diffractive element L1 having a positive power and a second diffractive element having a positive power are arranged in order from the ⁇ Z side. And the diffraction element L2.
  • the first diffraction element L1 collects the parallel light from the pupil positions P1 and P2 to form an intermediate image
  • the second diffraction element L2 converts the light from the intermediate image into parallel light again.
  • the first diffraction element L1 has different powers in the vertical section and the horizontal section, but the second diffraction element L2 has the same power in the vertical section and the horizontal section.
  • the maximum value of the incident angle of the light from the light source unit 10 to the first diffraction element L1 is ⁇ 30 ° in both the vertical section and the horizontal section. Since the angular magnification ⁇ 1 in the vertical cross section of the optical system 20 is 0.28 times and the angular magnification ⁇ 2 in the horizontal cross section is 0.32 times, the maximum value of the outgoing angle of the light emitted from the second diffraction element L2 is ⁇ 8.5 ° in the vertical section and ⁇ 9.5 ° in the horizontal section. As described above, when it is desired to reduce the angle of the incident light by the optical system 20, it is desirable that the signs of the powers of the first diffraction element L1 and the second diffraction element L2 are both positive.
  • Each diffraction element according to this embodiment is made of a silicon material, and each diffraction surface is designed with a reference wavelength ⁇ 0 of 1550 nm.
  • the value of the wavelength ⁇ s is 1550 nm similarly to the reference wavelength ⁇ 0.
  • the pupil diameter of the optical system 20 is 1 mm in both the vertical section and the horizontal section.
  • the spot size when the parallel light emitted from the optical system 20 reaches the irradiated surface 200 m away from the optical system 20 can be sufficiently reduced to 123 mm or less. Further, even if each diffraction element is decentered by about 100 ⁇ m, the spot size can be suppressed to 124 mm or less.
  • FIG. 8 is a schematic view of a main part of the optical system 20 according to the present embodiment.
  • the optical system 20 according to the present embodiment is different from the optical system 20 according to the first embodiment, and includes three diffraction elements. More specifically, the optical system 20 according to the present embodiment includes a first diffractive element L1 having a positive power and a negative power in a vertical section and a positive power in a horizontal section, which are arranged in order from the ⁇ Z side. And a second diffractive element L2 having negative power. Each diffraction element has different powers in the vertical section and the horizontal section. Among the optical elements of the optical system 20, the upper two elements having the highest power are the first diffraction element L1 and the second diffraction element L2.
  • the maximum value of the incident angle of the light from the light source unit 10 with respect to the first diffraction element L1 is ⁇ 3 ° in the vertical section and ⁇ 15 ° in the horizontal section. Since the angular magnification ⁇ 1 in the vertical cross section of the optical system 20 is 5 times and the angular magnification ⁇ 2 in the horizontal cross section is 3 times, the maximum value of the emission angle of the light emitted from the second diffraction element L2 is ⁇ 15 °, ⁇ 45 ° in horizontal section.
  • Each diffraction element according to this embodiment is made of a silicon material, and each diffraction surface is designed with a reference wavelength ⁇ 0 of 10,000 nm. The value of the wavelength ⁇ s is 10000 nm, like the reference wavelength ⁇ 0.
  • the pupil diameter of the optical system 20 is 1 mm in both the vertical section and the horizontal section.
  • the spot size when the parallel light emitted from the optical system 20 reaches the irradiated surface 200 m away from the optical system 20 can be sufficiently reduced to 48 mm or less. Further, even if each diffraction element is decentered by about 100 ⁇ m, the spot size can be suppressed to 83 mm or less.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of a main part of the optical system 20 according to the present embodiment.
  • the optical system 20 according to the present embodiment is different from the optical system 20 according to the first embodiment in that the first and second diffractive elements L1 and L2 are arranged so as to be adjacent to the first and second diffractive elements L2, respectively.
  • the optical system 20 according to the present embodiment includes a first diffractive element L1, a first lens L3, a second lens L4, and a second diffractive element arranged in order from the ⁇ Z side. L2.
  • the first diffractive element L1 is an anamorphic optical element having a positive power in a vertical section and a negative power in a horizontal section
  • the second diffractive element L2 has a negative power in a vertical section and a positive power in a horizontal section.
  • the first lens L3 is a rotationally symmetric lens having a positive power in a vertical section and a horizontal section
  • the second lens L4 is a rotationally symmetric lens having a negative power in a vertical section and a horizontal section.
  • each lens has a main power and the power at each cross section of each diffraction element is reduced, so that the diffraction efficiency at each cross section is improved. Can be.
  • the spot size when the parallel light emitted from the optical system 20 reaches the irradiated surface 200 m away from the optical system 20 can be sufficiently reduced to 69 mm or less. Further, even if each diffraction element is decentered by about 100 ⁇ m, the spot size can be suppressed to 71 mm or less.
  • FIG. 10 is a schematic view of a main part of the optical system 20 according to the present embodiment.
  • the optical system 20 according to the present embodiment is different from the optical system 20 according to the first embodiment in that the first and second diffractive elements L1 and L2 are arranged so as to be adjacent to the first and second diffractive elements L2, respectively.
  • the optical system 20 according to the present example includes a first lens L3, a first diffraction element L1, a second diffraction element L2, and a second lens L4.
  • the first diffractive element L1 is an anamorphic optical element having a positive power in a vertical cross section and no power in a horizontal cross section
  • the second diffractive element L2 has a negative power in a vertical cross section
  • the first lens L3 is a rotationally symmetric lens having a positive power in a vertical section and a horizontal section
  • the second lens L4 is a rotationally symmetric lens having a negative power in a vertical section and a horizontal section.
  • each lens has the main power, and each diffraction element has the power only in the vertical section, so that the diffraction efficiency in the horizontal section is improved. Can be.
  • the spot size when the parallel light emitted from the optical system 20 reaches the irradiated surface 200 m away from the optical system 20 can be sufficiently reduced to 108 mm or less. Further, even if each diffraction element is decentered by about 100 ⁇ m, the spot size can be suppressed to 125 mm or less.
  • Example 8 Hereinafter, an optical system 20 according to Example 8 of the present invention will be described.
  • the description of the same configuration as the optical system 20 according to the above-described first embodiment will be omitted.
  • FIG. 11 is a schematic view of a main part of the optical system 20 according to the present embodiment.
  • the optical system 20 according to the present embodiment includes a lens L4 disposed so as to be adjacent to the first diffraction element L1 and the second diffraction element L2.
  • the optical system 20 according to the present embodiment includes a first diffractive element L1, a second lens L4, and a second diffractive element L2 arranged in order from the ⁇ Z side.
  • the first diffraction element L1 is an anamorphic optical element having a positive power in a vertical section and a horizontal section
  • the second diffraction element L2 is an anamorphic optical element having a negative power in a vertical section and a horizontal section
  • the lens L4 is a rotationally symmetric lens having negative power in a vertical section and a horizontal section. Each diffraction element has different powers in the vertical section and the horizontal section.
  • each lens has a main power, and the power of each diffraction element in the horizontal section is reduced to about half, thereby improving the diffraction efficiency in the horizontal section. be able to.
  • the spot size when the parallel light emitted from the optical system 20 reaches the irradiated surface 200 m away from the optical system 20 can be sufficiently reduced to 78 mm or less. Further, even if each diffraction element is decentered by about 100 ⁇ m, the spot size can be suppressed to 110 mm or less.
  • FIG. 12 is a schematic view of a main part of the optical system 20 according to the present embodiment.
  • the optical system 20 according to the present embodiment differs from the optical system 20 according to the first embodiment in that the pupil positions P1 and P2 do not coincide with each other.
  • the first diffraction element L1 and the second diffraction element L2 have different powers in a vertical section and a horizontal section.
  • the maximum value of the incident angle of the light from the light source unit 10 with respect to the first diffraction element L1 is ⁇ 2.5 ° in the vertical section and ⁇ 10 ° in the horizontal section. Since the angular magnification in the vertical section of the optical system 20 is 4 times and the angular magnification in the horizontal section is 2 times, the maximum value of the emission angle of the light emitted from the second diffraction element L2 is ⁇ 10 in the vertical section. °, ⁇ 20 ° in horizontal section.
  • Each diffraction element according to the present embodiment is made of S-BAL42 (OHARA Co., Ltd.), which is a general material used in the visible region, and each diffraction surface is designed with a reference wavelength ⁇ 0 of 1550 nm. .
  • the value of the wavelength ⁇ s is 1550 nm similarly to the reference wavelength ⁇ 0.
  • the pupil diameter of the optical system 20 is 1 mm in a vertical section and 2.5 mm in a horizontal section.
  • the spot size when the parallel light emitted from the optical system 20 reaches the irradiated surface 200 m away from the optical system 20 can be sufficiently reduced to 340 mm or less. Further, even if each diffraction element is decentered by about 50 ⁇ m, the spot size can be suppressed to 750 mm or less.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of a main part of the optical system 20 according to the present embodiment.
  • the optical system 20 according to the present embodiment differs from the optical system 20 according to the first embodiment in that the pupil positions P1 and P2 do not coincide with each other.
  • the first diffraction element L1 and the second diffraction element L2 have different powers in a vertical section and a horizontal section.
  • the maximum value of the incident angle of the light from the light source unit 10 with respect to the first diffraction element L1 is ⁇ 2.5 ° in the vertical section and ⁇ 10 ° in the horizontal section. Since the angular magnification in the vertical section of the optical system 20 is 4 times and the angular magnification in the horizontal section is 2 times, the maximum value of the emission angle of the light emitted from the second diffraction element L2 is ⁇ 10 in the vertical section. °, ⁇ 20 ° in horizontal section.
  • Each diffraction element according to the present embodiment is made of a quartz material, and each diffraction surface is designed with a reference wavelength ⁇ 0 of 905 nm.
  • the value of the wavelength ⁇ s is 905 nm similarly to the reference wavelength ⁇ 0.
  • the pupil diameter of the optical system 20 is 1 mm in a vertical section and 2.5 mm in a horizontal section.
  • the spot size when the parallel light emitted from the optical system 20 reaches the irradiated surface 200 m away from the optical system 20 can be sufficiently reduced to 207 mm or less. Further, even if each diffraction element is decentered by about 100 ⁇ m, the spot size can be suppressed to 210 mm or less.
  • the surface number is the order of each optical surface including the pupil surface when counting from the pupil position.
  • the respective pupil planes are shown as different plane numbers.
  • r [mm] indicates the radius of curvature of the i-th optical surface
  • d [mm] indicates the distance between the i-th optical surface and the (i + 1) -th optical surface.
  • N represents the refractive index of the medium (material) between the i-th optical surface and the (i + 1) -th optical surface with respect to the reference wavelength ⁇ 0.
  • * * (asterisk) is attached beside a surface number.
  • phase function ⁇ of the diffraction surface is represented by the following equation.
  • Cn is a phase function coefficient
  • x is a distance from the optical axis in the horizontal direction (X direction)
  • y is a distance from the optical axis in the vertical direction (Y direction).
  • E ⁇ X in the phase function data of each numerical example means “10 ⁇ X ”.
  • Table 1 shows the values of the conditional expressions (1) and (2) for the optical systems 20 according to Examples 1 to 8 described above. As shown in Table 1, the optical system 20 according to each example satisfies the conditional expressions (1) and (2).
  • Table 2 shows values of the conditional expressions (3) and (4) for the optical systems 20 according to Examples 6 to 8 described above. As shown in Table 1, the optical system 20 according to each example satisfies at least one of the conditional expressions (3) and (4).
  • Tables 3 and 4 show numerical values relating to the conditional expressions (5) to (9) for the optical system 20 according to Examples 4, 5, 9, and 10 described above.
  • Table 3 shows numerical values in a vertical section
  • Table 4 shows numerical values in a horizontal section.
  • the optical system 20 according to each example satisfies the conditional expressions (5) to (7) and the conditional expression (8) or (9) in each section.
  • FIG. 14 is a schematic diagram (schematic diagram) of a main part in a ZX section including the optical axis of the distance measuring apparatus 100 to which the lighting device 1 according to the above-described embodiment is applied.
  • the distance measuring apparatus 100 calculates a distance to an object based on a time until the reflected light from the object is received and a phase of the reflected light, and is a technique called LiDAR (Light Detection And Ranging). Is used. It is assumed that the object is arranged on the + Z side of the distance measuring device 100.
  • LiDAR Light Detection And Ranging
  • the distance measuring apparatus 100 includes an illumination device 1 and a light receiving unit (imaging unit) 2 that receives light (reflected light or scattered light) from an object illuminated by the illumination device 1.
  • the light receiving unit 2 includes a light receiving element 21 that receives light from an object and outputs a signal, and an optical system (light receiving optical system) 22 that guides light from the object to the light receiving element 21.
  • a photoelectric conversion element imaging element
  • the light receiving optical system 22 one configured by one or more optical elements such as a lens and condensing light from an object on a light receiving surface of the light receiving element 21 can be adopted.
  • the distance measuring device 100 includes a first control unit (illumination control unit) 31 that controls the illumination light emitted from the illumination device 1 and information (distance information) on a distance to the target based on an output of the light receiving element 21. And a second control unit (distance calculation unit) 32 that obtains the following.
  • the first control unit 31 can generate illumination light as pulse light by controlling a light source, or generate signal light by performing intensity modulation of the illumination light, for example.
  • the second control unit 32 acquires the distance information of the target based on the time from the time when the illumination light is emitted from the light source of the lighting device 1 to the time when the light receiving element 21 receives the light from the target. Can be.
  • the distance information may be obtained based on the phase of light from the object, instead of the time until the light from the object is received. Specifically, the difference (phase difference) between the phase of the signal of the light source in the lighting device 1 and the phase of the signal output from the light receiving element 21 is obtained, and the phase difference is multiplied by the speed of light to obtain the distance information of the object. May be obtained. Further, the distance measuring device 100 may be configured as an imaging device without providing the first control unit 31 and the second control unit 32 as necessary.
  • Such a ranging device using LiDAR is suitable for an in-vehicle system that identifies a vehicle, a person, an obstacle, or the like as an object and controls the own vehicle according to distance information of the object. .
  • a distance measuring device using LiDAR a coaxial system in which the optical axis of the lighting device and the optical axis of the light receiving unit match, or a non-coaxial system in which the optical axis of the lighting device does not match the optical axis of the light receiving unitcan be adopted.
  • the illumination device 1 according to the present embodiment is particularly suitable for a non-coaxial system as shown in FIG.
  • FIG. 15 is a configuration diagram of the distance measuring apparatus 100 according to the present embodiment and an in-vehicle system (driving assistance apparatus) 600 including the same.
  • the in-vehicle system 600 is held by a movable body (moving device) such as an automobile (vehicle), and based on distance information of an object (obstacle) around the vehicle acquired by the distance measuring device 100, It is a device for assisting driving.
  • FIG. 16 is a schematic diagram of a vehicle 700 as a moving device including the in-vehicle system 600.
  • FIG. 16 shows a case in which the distance measurement range 50 of the distance measuring apparatus 100 is set in front of the vehicle 700, but the distance measurement range 50 may be set in the rear or side of the vehicle 700.
  • the in-vehicle system 600 includes the ranging device 100, the vehicle information acquisition device 200, a control device (ECU: electronic control unit) 300, and a warning device 400.
  • the distance measuring apparatus 100 includes the above-described illumination device 1, light receiving unit 2, first control unit 31, and second control unit 32.
  • the second control unit 32 according to the present embodiment has functions as a distance calculation unit and a collision determination unit.
  • FIG. 17 is a flowchart illustrating an operation example of the vehicle-mounted system 600 according to the present embodiment. Hereinafter, the operation of the vehicle-mounted system 600 will be described with reference to this flowchart.
  • step S ⁇ b> an object around the vehicle is illuminated by the illuminating device 1, and the reflected light from the object is received. Get distance information of.
  • vehicle information including a vehicle speed, a yaw rate, a steering angle, and the like of the vehicle is obtained from the vehicle information obtaining device 200.
  • step S3 the second control unit 32 determines whether or not the distance information acquired in step S1 is included in a range of a preset set distance.
  • Step S1 and S2 may be performed in the order reverse to the above order, or may be performed in parallel with each other.
  • the second control unit 32 determines that there is a possibility of collision when an obstacle exists within the set distance (step S4), and determines that there is no possibility of collision when there is no obstacle within the set distance (step S4). S5).
  • the second control unit 32 when determining that there is a possibility of collision, notifies the control device 300 and the warning device 400 of the determination result.
  • the control device 300 controls the vehicle based on the result of the determination by the second control unit 32 (step S6), and the warning device 400 gives a warning to the driver based on the result of the determination by the second control unit 32.
  • a warning is issued (step S7).
  • the notification of the determination result may be sent to at least one of the control device 300 and the warning device 400.
  • the control device 300 performs control on the vehicle, such as applying a brake, returning an accelerator, and generating a control signal for generating a braking force on each wheel to suppress the output of the engine and the motor.
  • the warning device 400 issues, for example, a warning sound (warning) to a vehicle user (driver), displays warning information on a screen of a car navigation system or the like, gives vibration to a seat belt or a steering wheel, or the like. Warning.
  • an obstacle can be detected by the above processing, and a collision between the vehicle and the obstacle can be avoided.
  • the optical system according to each of the above-described embodiments to the in-vehicle system 600, it is possible to achieve high ranging accuracy, and thus it is possible to perform obstacle detection and collision determination with high accuracy. .
  • the in-vehicle system 600 is applied to driving assistance (collision damage reduction).
  • the present invention is not limited to this. You may.
  • the in-vehicle system 600 is not limited to vehicles such as automobiles, but can be applied to, for example, moving objects (moving devices) such as ships, aircraft, and industrial robots.
  • the present invention is not limited to a mobile object, and can be applied to a device using object recognition, such as an intelligent transportation system (ITS) and a monitoring system.
  • ITS intelligent transportation system
  • the in-vehicle system 600 and the mobile device 700 may notify the manufacturer (manufacturer) of the in-vehicle system or the dealer (dealer) of the mobile device that the mobile device 700 collides with an obstacle.
  • a device (notification unit) may be provided.
  • the notification device a device that transmits information (collision information) about a collision between the mobile device 700 and an obstacle to an external notification destination set in advance by e-mail or the like can be employed.
  • the notification destination of the collision information may be an insurance company, a medical institution, the police, or any other information set by the user. Further, the notification device may be configured to notify the notification destination of not only the collision information but also the failure information of each unit and the consumption information of the consumables.
  • the detection of the presence or absence of a collision may be performed using the distance information acquired based on the output from the light receiving unit 2 described above, or may be performed by another detecting unit (sensor).
  • the present invention is not limited to this.
  • a collision determination unit separate from the second control unit may be provided. That is, the second control unit only needs to have at least a function as a distance calculation unit (distance information acquisition unit).
  • the first control unit and the second control unit may be provided outside the distance measuring device 100 (for example, inside a vehicle) as needed.

Abstract

光学系２０は、光源１１からの光を対象物に導く光学系であって、光源１１の側から順に配置された第１及び第２の回折素子Ｌ１，Ｌ２を備え、第１及び第２の回折素子Ｌ１，Ｌ２の夫々は、回折面を含む平板で構成されており、第１及び第２の回折素子Ｌ１，Ｌ２の少なくとも一方は、光軸を含む第１の断面と光軸を含み第１の断面に垂直な第２の断面とで互いに異なるパワーを有する。

Description

光学系、それを備える照明装置及び測距装置
　本発明は、光源からの光を対象物に導く光学系に関し、例えば車載システムや監視システム等の測距装置に好適なものである。
　対象物（被照射面）までの距離を計測する測距装置として、照明装置により対象物を照明し、対象物からの反射光を受光するまでの時間やその反射光の位相に基づいて対象物までの距離を算出するものが知られている。
　特許文献１には、測距装置における照明装置に用いられる光学系として、水平断面と垂直断面とで互いに異なる屈折力を有する複数のレンズから成るものが記載されている。
特開平８－１５４１２号公報
　しかしながら、特許文献１に記載されているような回転非対称な形状のレンズを高い精度で形成することは難しい。よって、特許文献１に記載の光学系を測距装置に適用した場合、各レンズの組立誤差（配置誤差）などに起因して、被照射面における照明光のスポットサイズが大きくなり、測距精度が低下してしまう可能性が生じる。
　本発明は、製造が容易でありながら良好な光学性能を有する光学系、それを備える照明装置及び測距装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するための、本発明の一側面としての光学系は、光源からの光を対象物に導く光学系であって、前記光源の側から順に配置された第１及び第２の回折素子を備え、該第１及び第２の回折素子の夫々は、回折面を含む平板で構成されており、前記第１及び第２の回折素子の少なくとも一方は、光軸を含む第１の断面と前記光軸を含み前記第１の断面に垂直な第２の断面とで互いに異なるパワーを有することを特徴とする。
実施形態に係る照明装置の模式図。 実施形態に係る回折素子の模式図。 変形例に係る回折素子の模式図。 実施例１に係る光学系の要部概略図。 実施例２に係る光学系の要部概略図。 実施例３に係る光学系の要部概略図。 実施例４に係る光学系の要部概略図。 実施例５に係る光学系の要部概略図。 実施例６に係る光学系の要部概略図。 実施例７に係る光学系の要部概略図。 実施例８に係る光学系の要部概略図。 実施例９に係る光学系の要部概略図。 実施例１０に係る光学系の要部概略図。 実施形態に係る測距装置の模式図。 実施形態に係る車載システムの機能ブロック図。 実施形態に係る車両の模式図。 実施形態に係る車載システムの動作例を示すフローチャート。
　以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図面は、便宜的に実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。また、各図面において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を省略する。
　図１は、本発明の実施形態に係る照明装置１の光軸を含むＹＺ断面における要部概略図（模式図）である。本実施形態に係る照明装置１は、光源部１０と光学系（照明光学系）２０を備えている。図１では、光軸方向をＺ方向、垂直方向（第１の方向）をＹ方向、水平方向（第２の方向）をＸ方向としている。以下の説明において、ＹＺ断面を垂直断面（第１の断面）、ＺＸ断面を水平断面（第２の断面）とも呼ぶ。
　本実施形態に係る光源部１０は、光源１１、コリメータ部１２、及び走査部１３を備え、光学系２０に向けて光（照明光）を射出している。光源１１としては、例えば半導体レーザなどを採用することができる。コリメータ部１２は、１枚以上のレンズ（コリメータレンズ）で構成され、光源１１から射出された発散光を平行光に変換する。ただし、ここでの平行光とは、厳密な平行光に限らず、弱発散光や弱収束光等の略平行光を含むものとする。
　走査部１３は、コリメータ部１２からの平行光を偏向することで、光学系２０を介して不図示の対象物を走査する。なお、対象物は光学系２０の＋Ｚ側に配置されているものとする。走査部１３としては、ガルバノミラーやＭＥＭＳミラーなどの可動ミラーや、電圧の印加により屈折率が変化する結晶素子や液晶素子などの光学素子を採用することができる。特に、後者の光学素子によれば、ミラーを駆動するための機構（駆動部）を設ける必要がなくなるため、装置全体の小型化と低コスト化を実現することができる。
　なお、照明装置１において、要求される照明範囲（照明画角）が確保できるのであれば、必要に応じてコリメータ部１２や走査部１３を備えない構成を採用してもよい。コリメータ部１２は、特に照明装置１が走査部１３を備えている場合に、駆動部などの各部材と光路との干渉を回避し易くすることができるという効果を奏する。
　本実施形態に係る光学系２０は、光源側（－Ｚ側）から順に配置された第１の回折素子Ｌ１及び第２の回折素子Ｌ２を備え、光源部１０からの光を対象物に導光（照射）している。光学系２０は、入射光の角度（入射角）を変換し、その入射角とは異なる角度（出射角）の出射光として射出する機能を有する。第１の回折素子Ｌ１及び第２の回折素子Ｌ２の夫々は、回折面を含む平板（透過部材）で構成されている。すなわち、各回折素子は、屈折パワーを有しておらず、回折パワーのみを有している。
　仮に、各回折素子をレンズなどの屈折力を有する光学素子で構成した場合、組立誤差等によって各光学素子が光軸に垂直な方向（Ｘ方向又はＹ方向）へ偏心すると、曲面形状の光学面（レンズ面）に対する光線の入射位置が変化してしまう。これにより、光学系２０の光学性能（照明性能）が低下してしまう可能性が生じる。そこで、本実施形態のように各回折素子を平板で構成することで、各回折素子が偏心した場合の光学性能への影響を低減することができる。
　なお、本実施形態に係る各回折素子は平板で構成されているため、各回折素子に含まれる光学面は、ベース面が平面形状である回折面又は平面形状である屈折面の何れかである。ただし、ここでの平面形状とは、厳密な平面に限らず、製造誤差などで生じた僅かな曲率（曲率半径３０００ｍｍ以上に相当）を有する曲面等の略平面を含むものとする。このとき、より良好な回折効率を実現するためには、平面形状であるベース面又は屈折面が光軸に対して垂直になるように配置することが望ましい。言い換えると、第１の回折素子Ｌ１と第２の回折素子Ｌ２とで、各光学面が互いに平行になるように各回折素子を配置することが望ましい。
　そして、第１の回折素子Ｌ１及び第２の回折素子Ｌ２の少なくとも一方は、光軸を含む第１の断面（ＹＺ断面）と光軸を含み第１の断面に垂直な第２の断面（ＺＸ断面）とで互いに異なるパワーを有している。このように、何れかの回折素子をアナモフィック光学素子とすることで、光源部１０からの光の出射角を第１及び第２の断面で互いに独立に制御することができる。これにより、光学系２０において第１及び第２の断面での良好な光学性能を実現することができる。
　上述したように、本実施形態では、アナモフィック光学素子として平板で構成される回折素子を採用している。このような平板で構成される回折素子は、回転非対称な形状のレンズと比較して製造が容易である。よって、本実施形態に係る構成を採用すれば、レンズのみを採用する場合と比較して、容易かつ高精度にアナモフィック光学素子を製造することができる。したがって、光学系２０を測距装置に適用した場合の、組立誤差に起因する測距精度の低下を抑制することが可能になる。
　なお、第１の回折素子Ｌ１及び第２の回折素子Ｌ２の少なくとも一方をアナモフィック光学素子とすれば上述した効果を得ることができるが、各回折素子の設計自由度を向上させるためには、両方の回折素子をアナモフィック光学素子とすることが望ましい。また、光学系２０は３枚以上の回折素子を備えていてもよいが、光学系２０の全系の小型化と良好な光学性能を両立するためには、本実施形態のように光学系２０を２枚の回折素子で構成することがより好ましい。
　ただし、光学系２０は必要に応じて回折素子以外の屈折素子（レンズ）などの光学素子を備えていてもよい。例えば、光学系２０の光軸上に屈折素子を配置し、全系のうちの主なパワー（屈折力）を屈折素子に持たせることで、光学系２０を回折素子のみで構成する場合と比較して各回折素子のパワーを小さくすることができる。これにより、各回折素子において生じる不要光を少なくすることができる。なお、光学素子を増やした場合、各光学素子の配置誤差による光学性能の変動が生じやすくなる可能性があるため、屈折素子の有無は光学系２０の仕様に応じて決定することが望ましい。
　なお、光学系２０にレンズを設ける場合は、第１の断面と第２の断面とで互いに同じパワーを有するレンズ（光軸に対して回転対称なレンズ）を採用することが望ましい。上述したように、アナモフィック光学素子としては、レンズよりも回折素子の方が容易に製造できるため、回転非対称な形状のレンズはできるだけ少なくすることが望ましい。ただし、本実施形態に係る光学系２０のように、少なくとも２枚の回折素子を備える構成を採用すれば、光学系をレンズのみで構成する場合と比較して回転非対称な形状のレンズの枚数を少なくすることができる。よって、光学系２０は必要に応じて回転非対称な形状のレンズを備えていてもよい。
　また、第１の回折素子Ｌ１及び第２の回折素子Ｌ２のうち光源側に配置された第１の回折素子Ｌ１は、正のパワーを有することが望ましい。第１の回折素子Ｌ１が正のパワーを有することで、第２の回折素子Ｌ２に向かう光を収束させることができ、第２の回折素子Ｌ２を小型化することが可能になる。このとき、第２の回折素子Ｌ２に対する光の入射角が小さくなるため、第２の回折素子Ｌ２の回折効率を向上させることも可能になる。
　ここで、第１の断面における角倍率をγ１、第２の断面における角倍率をγ２、第１の断面における入射瞳（瞳位置）から第１の回折素子Ｌ１の回折面までの距離をＤｐ１、第２の断面における入射瞳から第１の回折素子Ｌ１の回折面までの距離をＤｐ２とする。このとき、光学系２０は以下の条件式（１）を満足することが望ましい。ただし、ここでの瞳位置とは、第１の回折素子Ｌ１の回折面に入射する各主光線を光源側に延長したときに、夫々が光軸上で交わる点の位置のことである。すなわち、光源部１０が走査部１３を備える場合は、瞳位置は走査部１３の出射面（偏向面）に相当する。
　　－３≦γ２／γ１－Ｄｐ１／Ｄｐ２≦３　　（１）
　条件式（１）は、第１の回折素子Ｌ１から出射する各主光線の出射角に関する。条件式（１）を満足することで、第１の回折素子Ｌ１から出射する軸外の主光線と光軸とが成す角度（出射角）を小さくすることができる。これにより、軸外の主光線の第２の回折素子Ｌ２に対する入射角を小さくすることができるため、組立誤差等によって第２の回折素子Ｌ２が偏心した場合の光学性能への影響を低減し、かつ第２の回折素子Ｌ２の回折効率を向上させることが可能になる。
　条件式（１）の範囲から外れた場合、第２の回折素子Ｌ２が偏心した場合の光学性能への影響を低減することや、第２の回折素子Ｌ２の回折効率を向上させることが難しくなる。さらに、以下の条件式（１ａ）及び（１ｂ）を順に満足することがより好ましい。
　　－２．８≦γ２／γ１－Ｄｐ１／Ｄｐ２≦２．５　　（１ａ）
　　－２．６≦γ２／γ１－Ｄｐ１／Ｄｐ２≦２．０　　（１ｂ）
　なお、第１の回折素子Ｌ１及び第２の回折素子Ｌ２は、夫々の回折面が互いに対向するように配置されていることが望ましい。この構成によれば、各回折面の間の媒質が空気のみとなるため、各回折素子を構成する平板の厚みの製造誤差による光学性能への影響を低減することができる。また、必要に応じて各回折格子における入射面と出射面の両方を回折面としてもよい。ただし、各回折面を形成する際のチャッキング工程などを考慮すると、各回折素子の製造を容易にするためには、入射面と出射面の何れか一方のみを回折面とすることが望ましい。
　図２は、本実施形態に係る回折素子の模式図であり、第１の断面（ＹＺ断面）及び第２の断面（ＺＸ断面）の夫々を示している。なお、図２において、回折素子の縮尺や回折面における回折格子の数などは、実際のものとは異なる。図２に示すように、垂直断面における光軸Ａから回折格子の光軸Ａに最も近い（第１輪帯の）格子頂点までの距離Ｓ１と、水平断面における光軸Ａから回折格子の光軸Ａに最も近い格子頂点までの距離Ｓ２とは互いに異なる。これは、各回折面のパワーが垂直断面と水平断面とで互いに異なること、すなわち各回折面がアナモフィック光学面であるということを意味している。
　このような回折面を形成する場合は、リソグラフィ技術を用いることが望ましい。リソグラフィ技術を用いることで、切削や研磨又はモールド成形などの技術を用いる場合と比較して、回折面を高精度に形成することができる。リソグラフィ技術を用いる場合は、例えば図３に示すように、回折面における曲面形状を、階段状に配列された微小な矩形形状で近似したものを採用してもよい。
　なお、本実施形態のように、平板における平面形状の光学面に回折面を設ける場合は、レンズなどにおける曲面形状の光学面に回折面を設ける場合とは異なり、軸上から最軸外にわたって回折面が与える位相差を変化させる必要がない。よって、各回折素子の製造を容易にするためには、各回折面の格子高さを軸上から最軸外にわたって均一にすることが望ましい。
　また、光源１１から出射する光のうち、ピーク強度を有する光の波長をλｓ［ｎｍ］とするとき、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
　　８５０≦λｓ≦１４０００　　（２）
　条件式（２）を満たす赤外域の波長帯域においてピーク強度を有する光を射出する光源を用いることで、リソグラフィ技術における搬送工程などにおいて生じる各回折面の汚れによる測距性能への影響を低減することができる。また、このような光源を用いることで、照明装置１を測距装置に適用した場合に、照明装置１から対象物に至る光路上における霧などの障害物による測距性能への影響も低減することができる。
　条件式（２）の下限値を下回ると、各回折面の汚れや障害物による測距性能への影響を低減することが難しくなる。また、条件式（２）の上限値を上回ると、ピーク強度を有する光の波長が長くなり過ぎてしまい、それに応じて各回折面における回折格子の格子高さを大きくすることが必要になり、各回折面の製造の難易度が上がってしまう。さらに、以下の条件式（２ａ）及び（２ｂ）を順に満足することがより好ましい。
　　８７５≦λｓ≦１３０００　　（２ａ）
　　９００≦λｓ≦１２０００　　（２ｂ）
　また、各回折素子の少なくとも一つは、シリコン材料で構成されていることが望ましい。ただし、ここでのシリコン材料とは、シリコン（Ｓｉ）を主成分とする材料を示し、シリコンのみから成るものに限らず、微小量のシリコン以外の物質（不純物）が含まれているものも含むものとする。光学系２０を２枚の回折素子のみで構成する場合、十分な照明性能を得るためには各回折素子のパワーを大きくすることが必要になる。この場合、各回折素子における回折格子の格子高さに対して配列間隔（格子ピッチ）を小さくすることが必要になるため、各回折素子の回折効率が低下してしまう可能性が生じる。
　そこで、各回折素子の材料として屈折率の高いシリコン材料を用いることで、各回折素子のパワーを十分に大きくしつつ格子高さを低減させることができるため、回折効率の低下を抑制することが可能になる。上述した効果をより多く得るためには、全ての回折素子をシリコン材料で構成することがより好ましいが、必要に応じてシリコン材料とは異なる材料で構成される回折素子を採用してもよい。
　上述したように、光学系２０にレンズを設ける場合は、第１の断面と第２の断面とで互いに同じパワーを有するレンズを採用することが好ましい。このとき、そのレンズの焦点距離をＬｆ、レンズに最も近い回折素子の第１及び第２の断面における焦点距離を各々Ｄｆ１及びＤｆ２とするとき、以下の条件式（３）及び（４）の少なくとも一方を満足することが望ましい。
　　１．０＜｜Ｄｆ１｜／｜Ｌｆ｜　　（３）
　　１．０＜｜Ｄｆ２｜／｜Ｌｆ｜　　（４）
　条件式（３）及び（４）の少なくとも一方を満たすことで、光学系２０における主なパワーをレンズに持たせることができるため、各回折素子のパワーを小さくすることができ、各回折素子で生じる不要光を低減することができる。さらに、以下の条件式（３ａ）及び（４ａ）の少なくとも一方を満足することが好ましく、条件式（３ｂ）及び（４ｂ）の少なくとも一方を満足することがより好ましい。
　　１．５＜｜Ｄｆ１｜／｜Ｌｆ｜　　（３ａ）
　　１．５＜｜Ｄｆ２｜／｜Ｌｆ｜　　（４ａ）
　　２．０＜｜Ｄｆ１｜／｜Ｌｆ｜　　（３ｂ）
　　２．０＜｜Ｄｆ２｜／｜Ｌｆ｜　　（４ｂ）
　また、光学系２０にレンズを設けた場合、そのレンズに最も近い回折素子は、第１の断面と第２の断面とで互いに異なる符号のパワーを有することが望ましい。ここでは、パワーが０（焦点距離が∞）である場合は、その符号が正及び負とは異なるとみなす。上述したように、光学系２０にレンズを設けた場合は回折素子のパワーを小さくすることができるため、回折素子に第１の断面と第２の断面とで互いに異なる符号のパワーを持たせることが容易になり、光学系２０の設計の自由度を向上させることが可能になる。
　ここで、第１の回折素子Ｌ１の焦点距離をｆ１とするとき、本実施形態に係る光学系２０は、第１の断面及び第２の断面の少なくとも一方において以下の条件式（５）を満足することが望ましい。ただし、ここでの瞳位置とは、第１の回折素子Ｌ１の回折面に入射する各主光線を光源側に延長したときに、夫々が光軸上で交わる点の位置のことである。すなわち、光源部１０が走査部１３を備える場合は、瞳位置は走査部１３の出射面（偏向面）に相当する。
　　０．３０≦ｆ１／Ｄｐ１≦３．００　　（５）
　条件式（５）は、第１の回折素子Ｌ１から出射する各主光線の出射角に関する。条件式（５）を満足することで、第１の回折素子Ｌ１から出射する軸外主光線と光軸とが成す角度（出射角）を小さくすることができる。これにより、軸外主光線の第２の回折素子Ｌ２に対する入射角を小さくすることができるため、組立誤差等によって第２の回折素子Ｌ２が偏心した場合の光学性能への影響を低減しつつ、第２の回折素子Ｌ２の回折効率を向上させることが可能になる。
　条件式（５）の範囲から外れた場合、第２の回折素子Ｌ２が偏心した場合の光学性能への影響を低減しつつ、第２の回折素子Ｌ２の回折効率を向上させることが困難になる。このとき、第１及び第２の断面の両方において上述した効果を得るためには、第１及び第２の断面の両方において条件式（５）を満足することが望ましい。さらに、以下の条件式（５ａ）及び（５ｂ）を順に満足することがより好ましい。
　　０．３２≦ｆ１／Ｄｐ１≦２．８０　　（５ａ）
　　０．３５≦ｆ１／Ｄｐ１≦２．５０　　（５ｂ）
　また、光軸から第１及び第２の回折素子の第１輪帯の格子頂点までの距離を各々ＳＬ１［μｍ］及びＳＬ２［μｍ］、第１及び第２の回折素子の回折面の間の距離をＤｄ［ｍｍ］とする。なお、第１輪帯の格子頂点とは、各回折素子において光軸に最も近い輪帯に含まれる回折格子の頂点のことを指す。このとき、本実施形態に係る光学系２０は、第１及び第２の断面の少なくとも一方において以下の条件式（６）を満足することが望ましい。
　　０．８５≦（ＳＬ１２±ＳＬ２２）／（２λｓ×Ｄｄ）≦１．１５　　（６）
　ただし、条件式（６）における「±」は、第２の回折素子Ｌ２が正のパワー（焦点距離）を有する場合は「＋」、第２の回折素子Ｌ２が負のパワー（焦点距離）を有する場合は「－」となる。条件式（６）を満足することで、各回折素子のパワーのバランスを適切に設定することができる。これにより、各回折素子の製造を容易にしつつ、光学系２０からの出射光を平行光に近づけることができ、より遠くの対象物まで照明することが可能になる。
　条件式（６）の範囲から外れた場合、各回折素子のパワーのバランスを良好に保つことが難しくなる。そのため、各回折素子の製造を容易にすることや、光学系２０からの出射光を平行光に近づけることが難しくなる。このとき、第１及び第２の断面の両方において上述した効果を得るためには、第１及び第２の断面の両方において条件式（６）を満足することが望ましい。さらに、以下の条件式（６ａ）及び（６ｂ）を順に満足することがより好ましい。
　　０．８７≦（ＳＬ１２±ＳＬ２２）／（２λｓ×Ｄｄ）≦１．１３　　（６ａ）
　　０．９０≦（ＳＬ１２±ＳＬ２２）／（２λｓ×Ｄｄ）≦１．１０　　（６ｂ）
　また、本実施形態に係る光学系２０は、光学系２０の（全系の）焦点距離をｆとするとき、第１の断面及び第２の断面の少なくとも一方において以下の条件式（７）を満足することが望ましい。
　　－０．０５０≦ｆ１／ｆ≦０．０５０　　（７）
　条件式（７）を満足することで、第１の回折素子Ｌ１のパワーを適度に設定することができる。これにより、光学系２０を小型化しつつ、光学系２０のパワー小さくすることができるため、光学系２０を測距装置に適用する際に生じる組立誤差による光学性能への影響をより低減することが可能になる。条件式（７）の範囲から外れた場合、光学系２０を小型化しつつ組立誤差による光学性能への影響をより低減することが難しくなる。このとき、第１及び第２の断面の両方において上述した効果を得るためには、第１及び第２の断面の両方において条件式（７）を満足することが望ましい。さらに、以下の条件式（７ａ）及び（７ｂ）を順に満足することがより好ましい。
　　－０．０４５≦ｆ１／ｆ≦０．０４５　　（７ａ）
　　－０．０４０≦ｆ１／ｆ≦０．０４０　　（７ｂ）
　また、第２の回折素子Ｌ２の焦点距離をｆ２とするとき、第１及び第２の断面の少なくとも一方において以下の条件式（８）又は（９）の何れかを満足することが望ましい。なお、条件式（８）又は（９）の何れを満足するかについては、光学系２０が拡大系又は縮小系の何れであるかに応じて決定すればよい。
　　１．２≦｜ｆ１／ｆ２｜≦１０．０　　（８）
　　１．２≦｜ｆ２／ｆ１｜≦１０．０　　（９）
　条件式（８）及び（９）は、光学系２０の角倍率に関する条件式である。条件式（８）又は（９）の下限値を下回ると、光学系２０の角倍率が１に近づき過ぎてしまう。この場合、光学系２０に入射する軸外主光線の入射角に対する、光学系２０から出射する軸外主光線の出射角の変化率が小さくなり、十分な照明範囲（測距範囲）を確保することが難しくなる。また、条件式（８）又は（９）の上限値を上回ると、光学系２０の角倍率が大きくなり過ぎてしまい、全系を小型化しつつ収差を良好に補正することが難しくなる。
　このとき、第１及び第２の断面の両方において上述した効果を得るためには、第１及び第２の断面の両方において条件式（８）又は（９）を満足することが望ましい。さらに、以下の条件式（８ａ）及び（８ｂ）を順に満足するか、あるいは以下の条件式（９ａ）及び（９ｂ）を順に満足することがより好ましい。
　　１．５≦｜ｆ１／ｆ２｜≦８．０　　（８ａ）
　　１．８≦｜ｆ１／ｆ２｜≦５．０　　（８ｂ）
　　１．５≦｜ｆ２／ｆ１｜≦８．０　　（９ａ）
　　１．８≦｜ｆ２／ｆ１｜≦５．０　　（９ｂ）
　また、第１の回折素子Ｌ１及び第２の回折素子Ｌ２は、光学系２０を構成する光学素子の中で、最もパワーの絶対値が大きい上位二つであることが望ましい。言い換えると、光学系２０を構成する光学素子の中で、第１の回折素子Ｌ１及び第２の回折素子Ｌ２の何れか一方のパワーの絶対値が最も大きく、他方のパワーの絶対値が二番目に大きいことが望ましい。これにより、上述した条件式（５）～（９）による更に大きな効果を得ることができる。なお、各回折素子の何れのパワーの絶対値を最も大きくするかについては、光学系２０の仕様（拡大系か縮小系かなど）に応じて決定すればよい。あるいは、必要に応じて各回折素子に絶対値の同じパワーを持たせてもよい。
　以上、本実施形態に係る光学系２０によれば、製造の容易化と良好な光学性能とを両立することができる。これにより、測距装置における照明装置に光学系２０を適用した場合に、組立誤差などに起因する測距精度の低下を抑制することが可能になる。
　［実施例１］
　以下、本発明の実施例１に係る光学系２０について説明する。本実施例に係る光学系２０において、上述した実施形態に係る光学系２０と同等の構成については説明を省略する。
　図４は、本実施例に係る光学系２０の要部概略図であり、垂直断面（ＹＺ断面）及び水平断面（ＺＸ断面）の夫々を示している。本実施例に係る光学系２０は、－Ｚ側から順に配置された、正のパワーを有する第１の回折素子Ｌ１と負のパワーを有する第２の回折素子Ｌ２とで構成されている。第１の回折素子Ｌ１及び第２の回折素子Ｌ２は、何れも垂直断面と水平断面とで互いに異なるパワーを有している。
　垂直断面及び水平断面の夫々において、瞳位置Ｐ１及びＰ２から出射した平行光は、第１の回折素子Ｌ１で集光された後、第２の回折素子Ｌ２で再び平行光に変換される。これにより、光学系２０に入射する光の角度（入射角）が、それとは異なる角度（出射角）に変換（変倍）されることになる。なお、本実施例における瞳位置Ｐ１及びＰ２は、互いに一致している。
　光源部１０からの光の第１の回折素子Ｌ１に対する入射角の最大値は、垂直断面において±３°、水平断面において±１５°となっている。そして、光学系２０の垂直断面における角倍率γ１は３倍、水平断面における角倍率γ２は１．５倍であるため、第２の回折素子Ｌ２から出射する光の出射角の最大値は、垂直断面において±９°、水平断面において±２２．５°となる。このように、光学系２０によって入射光の角度を拡大したい場合は、第１の回折素子Ｌ１のパワーの符号を正、第２の回折素子Ｌ２のパワーの符号を負とすることが望ましい。
　本実施例に係る各回折素子はシリコン材料で構成されており、夫々の回折面は基準波長λ０を１５５０ｎｍとして設計されている。なお、波長λｓは基準波長λ０と同じ値をとっている。また、光学系２０の瞳の直径（瞳径）は、垂直断面及び水平断面において共に１ｍｍである。
　これらの構成により、光学系２０から射出された平行光が、光学系２０から２００ｍ離れた位置にある被照射面に到達したときのスポットサイズを、８７ｍｍ以下と十分に小さくすることができる。また、仮に各回折素子が１００μｍ程度偏心したとしても、スポットサイズを８８ｍｍ以下に抑えることができる。
　［実施例２］
　以下、本発明の実施例２に係る光学系２０について説明する。本実施例に係る光学系２０において、上述した実施例１に係る光学系２０と同等の構成については説明を省略する。
　図５は、本実施例に係る光学系２０の要部概略図である。本実施例に係る光学系２０は、実施例１に係る光学系２０とは異なり、瞳位置Ｐ１及びＰ２が互いに一致しない構成を採っている。
　光源部１０からの光の第１の回折素子Ｌ１に対する入射角の最大値は、垂直断面において±５°、水平断面において±１０°となっている。そして、光学系２０の垂直断面における角倍率γ１は３倍、水平断面における角倍率γ２は２倍であるため、第２の回折素子Ｌ２から出射する光の出射角の最大値は、垂直断面において±１５°、水平断面において±２０°となる。
　本実施例に係る各回折素子は石英材料で構成されており、夫々の回折面は基準波長λ０を１５５０ｎｍとして設計されている。不図示の光源から出射するピーク強度を有する光の波長λｓの値は、基準波長λ０と同様に１５５０ｎｍである。また、光学系２０の瞳径は、垂直断面において１ｍｍ、水平断面において２．５ｍｍである。
　これらの構成により、光学系２０から射出された平行光が、光学系２０から２００ｍ離れた位置にある被照射面に到達したときのスポットサイズを、５１ｍｍ以下と十分に小さくすることができる。また、仮に各回折素子が１００μｍ程度偏心したとしても、スポットサイズを５２ｍｍ以下に抑えることができる。
　［実施例３］
　以下、本発明の実施例３に係る光学系２０について説明する。本実施例に係る光学系２０において、上述した実施例１に係る光学系２０と同等の構成については説明を省略する。
　図６は、本実施例に係る光学系２０の要部概略図である。本実施例に係る光学系２０は、実施例１に係る光学系２０とは異なり、瞳位置Ｐ１及びＰ２が互いに一致しない構成を採っている。
　光源部１０からの光の第１の回折素子Ｌ１に対する入射角の最大値は、垂直断面において±２．５°、水平断面において±１０°となっている。そして、光学系２０の垂直断面における角倍率γ１は４倍、水平断面における角倍率γ２は２倍であるため、第２の回折素子Ｌ２から出射する光の出射角の最大値は、垂直断面において±１０°、水平断面において±２０°となる。
　本実施例に係る各回折素子は石英材料で構成されており、夫々の回折面は基準波長λ０を９０５ｎｍとして設計されている。波長λｓの値は、基準波長λ０と同様に９０５ｎｍである。また、光学系２０の瞳径は、垂直断面及び水平断面において共に１ｍｍである。
　これらの構成により、光学系２０から射出された平行光が、光学系２０から２００ｍ離れた位置にある被照射面に到達したときのスポットサイズを、１２２ｍｍ以下と十分に小さくすることができる。また、仮に各回折素子が１００μｍ程度偏心したとしても、スポットサイズを１２４ｍｍ以下に抑えることができる。
　［実施例４］
　以下、本発明の実施例４に係る光学系２０について説明する。本実施例に係る光学系２０において、上述した実施例１に係る光学系２０と同等の構成については説明を省略する。
　図７は、本実施例に係る光学系２０の要部概略図である。本実施例に係る光学系２０は、実施例１に係る光学系２０とは異なり、－Ｚ側から順に配置された、正のパワーを有する第１の回折素子Ｌ１と正のパワーを有する第２の回折素子Ｌ２とで構成されている。第１の回折素子Ｌ１は瞳位置Ｐ１及びＰ２からの平行光を集光して中間像を形成し、第２の回折素子Ｌ２は中間像からの光を再び平行光に変換している。また、第１の回折素子Ｌ１は垂直断面と水平断面とで互いに異なるパワーを有しているが、第２の回折素子Ｌ２は垂直断面と水平断面とで同じパワーを有している。
　光源部１０からの光の第１の回折素子Ｌ１に対する入射角の最大値は、垂直断面及び水平断面において共に±３０°となっている。そして、光学系２０の垂直断面における角倍率γ１は０．２８倍、水平断面における角倍率γ２は０．３２倍であるため、第２の回折素子Ｌ２から出射する光の出射角の最大値は、垂直断面において±８．５°、水平断面において±９．５°となる。このように、光学系２０によって入射光の角度を縮小したい場合は、第１の回折素子Ｌ１及び第２の回折素子Ｌ２のパワーの符号を共に正とすることが望ましい。
　本実施例に係る各回折素子はシリコン材料で構成されており、夫々の回折面は基準波長λ０を１５５０ｎｍとして設計されている。波長λｓの値は、基準波長λ０と同様に１５５０ｎｍである。また、光学系２０の瞳径は、垂直断面及び水平断面において共に１ｍｍである。
　これらの構成により、光学系２０から射出された平行光が、光学系２０から２００ｍ離れた位置にある被照射面に到達したときのスポットサイズを、１２３ｍｍ以下と十分に小さくすることができる。また、仮に各回折素子が１００μｍ程度偏心したとしても、スポットサイズを１２４ｍｍ以下に抑えることができる。
　［実施例５］
　以下、本発明の実施例５に係る光学系２０について説明する。本実施例に係る光学系２０において、上述した実施例１に係る光学系２０と同等の構成については説明を省略する。
　図８は、本実施例に係る光学系２０の要部概略図である。本実施例に係る光学系２０は、実施例１に係る光学系２０とは異なり、３枚の回折素子で構成されている。具体的に、本実施例に係る光学系２０は、－Ｚ側から順に配置された、正のパワーを有する第１の回折素子Ｌ１と、垂直断面において負のパワー、水平断面において正のパワーを有する第３の回折素子Ｌ３と、負のパワーを有する第２の回折素子Ｌ２とから成る。各回折素子は、何れも垂直断面と水平断面とで互いに異なるパワーを有している。光学系２０の光学素子の中で、最もパワーの大きい上位二つは第１の回折素子Ｌ１及び第２の回折素子Ｌ２である。
　光源部１０からの光の第１の回折素子Ｌ１に対する入射角の最大値は、垂直断面において±３°、水平断面において±１５°となっている。そして、光学系２０の垂直断面における角倍率γ１は５倍、水平断面における角倍率γ２は３倍であるため、第２の回折素子Ｌ２から出射する光の出射角の最大値は、垂直断面において±１５°、水平断面において±４５°となる。本実施例に係る各回折素子はシリコン材料で構成されており、夫々の回折面は基準波長λ０を１００００ｎｍとして設計されている。波長λｓの値は、基準波長λ０と同様に１００００ｎｍである。また、光学系２０の瞳径は、垂直断面及び水平断面において共に１ｍｍである。
　これらの構成により、光学系２０から射出された平行光が、光学系２０から２００ｍ離れた位置にある被照射面に到達したときのスポットサイズを、４８ｍｍ以下と十分に小さくすることができる。また、仮に各回折素子が１００μｍ程度偏心したとしても、スポットサイズを８３ｍｍ以下に抑えることができる。
　［実施例６］
　以下、本発明の実施例６に係る光学系２０について説明する。本実施例に係る光学系２０において、上述した実施例１に係る光学系２０と同等の構成については説明を省略する。
　図９は、本実施例に係る光学系２０の要部概略図である。本実施例に係る光学系２０は、実施例１に係る光学系２０とは異なり、第１の回折素子Ｌ１及び第２の回折素子Ｌ２の夫々に隣接するように配置された第１及び第２のレンズＬ３，Ｌ４を備えている。具体的に、本実施例に係る光学系２０は、－Ｚ側から順に配置された、第１の回折素子Ｌ１と、第１のレンズＬ３と、第２のレンズＬ４と、第２の回折素子Ｌ２とから成る。
　第１の回折素子Ｌ１は、垂直断面において正のパワー、水平断面において負のパワーを有するアナモフィック光学素子であり、第２の回折素子Ｌ２は、垂直断面において負のパワー、水平断面において正のパワーを有するアナモフィック光学素子である。第１のレンズＬ３は垂直断面及び水平断面において正のパワーを有する回転対称レンズであり、第２のレンズＬ４は垂直断面及び水平断面において負のパワーを有する回転対称レンズである。
　本実施例において、光源部１０からの光束の光学系２０に対する入射角や光学系２０の角倍率、光学系２０の瞳径、基準波長λ０の値などは実施例１と同様である。一方、本実施例においては、実施例１とは異なり各レンズに主なパワーを持たせ、各回折素子の各断面においるパワーを小さくしているため、各断面における回折効率を向上させることができる。
　これらの構成により、光学系２０から射出された平行光が、光学系２０から２００ｍ離れた位置にある被照射面に到達したときのスポットサイズを、６９ｍｍ以下と十分に小さくすることができる。また、仮に各回折素子が１００μｍ程度偏心したとしても、スポットサイズを７１ｍｍ以下に抑えることができる。
　［実施例７］
　以下、本発明の実施例７に係る光学系２０について説明する。本実施例に係る光学系２０において、上述した実施例１に係る光学系２０と同等の構成については説明を省略する。
　図１０は、本実施例に係る光学系２０の要部概略図である。本実施例に係る光学系２０は、実施例１に係る光学系２０とは異なり、第１の回折素子Ｌ１及び第２の回折素子Ｌ２の夫々に隣接するように配置された第１及び第２のレンズＬ３，Ｌ４を備えている。具体的に、本実施例に係る光学系２０は、－Ｚ側から順に配置された、第１のレンズＬ３と、第１の回折素子Ｌ１と、第２の回折素子Ｌ２と、第２のレンズＬ４とから成る。
　第１の回折素子Ｌ１は、垂直断面において正のパワーを有し、水平断面においてパワーを有さないアナモフィック光学素子であり、第２の回折素子Ｌ２は、垂直断面において負のパワーを有し、水平断面においてパワーを有さないアナモフィック光学素子である。第１のレンズＬ３は垂直断面及び水平断面において正のパワーを有する回転対称レンズであり、第２のレンズＬ４は垂直断面及び水平断面において負のパワーを有する回転対称レンズである。
　本実施例において、光源部１０からの光束の光学系２０に対する入射角や光学系２０の角倍率、光学系２０の瞳径、基準波長λ０の値などは実施例１と同様である。一方、本実施例においては、実施例１とは異なり各レンズに主なパワーを持たせ、各回折素子には垂直断面においてのみパワーを持たせているため、水平断面における回折効率を向上させることができる。
　これらの構成により、光学系２０から射出された平行光が、光学系２０から２００ｍ離れた位置にある被照射面に到達したときのスポットサイズを、１０８ｍｍ以下と十分に小さくすることができる。また、仮に各回折素子が１００μｍ程度偏心したとしても、スポットサイズを１２５ｍｍ以下に抑えることができる。
　［実施例８］
　以下、本発明の実施例８に係る光学系２０について説明する。本実施例に係る光学系２０において、上述した実施例１に係る光学系２０と同等の構成については説明を省略する。
　図１１は、本実施例に係る光学系２０の要部概略図である。本実施例に係る光学系２０は、実施例１に係る光学系２０とは異なり、第１の回折素子Ｌ１及び第２の回折素子Ｌ２に隣接するように配置されたレンズＬ４を備えている。具体的に、本実施例に係る光学系２０は、－Ｚ側から順に配置された、第１の回折素子Ｌ１と、第２のレンズＬ４と、第２の回折素子Ｌ２とから成る。
　第１の回折素子Ｌ１は、垂直断面及び水平断面において正のパワーを有するアナモフィック光学素子であり、第２の回折素子Ｌ２は、垂直断面及び水平断面において負のパワーを有するアナモフィック光学素子である。レンズＬ４は垂直断面及び水平断面において負のパワーを有する回転対称レンズである。各回折素子は、何れも垂直断面と水平断面とで互いに異なるパワーを有している。
　本実施例において、光源部１０からの光束の光学系２０に対する入射角や光学系２０の角倍率、光学系２０の瞳径、基準波長λ０の値などは実施例１と同様である。一方、本実施例においては、実施例１とは異なり各レンズに主なパワーを持たせ、各回折素子の水平断面におけるパワーを約半分まで小さくしているため、水平断面における回折効率を向上させることができる。
　これらの構成により、光学系２０から射出された平行光が、光学系２０から２００ｍ離れた位置にある被照射面に到達したときのスポットサイズを、７８ｍｍ以下と十分に小さくすることができる。また、仮に各回折素子が１００μｍ程度偏心したとしても、スポットサイズを１１０ｍｍ以下に抑えることができる。
　［実施例９］
　以下、本発明の実施例９に係る光学系２０について説明する。本実施例に係る光学系２０において、上述した実施例１に係る光学系２０と同等の構成については説明を省略する。
　図１２は、本実施例に係る光学系２０の要部概略図である。本実施例に係る光学系２０は、実施例１に係る光学系２０とは異なり、瞳位置Ｐ１及びＰ２が互いに一致しない構成を採っている。また、第１の回折素子Ｌ１及び第２の回折素子Ｌ２は、何れも垂直断面と水平断面とで互いに異なるパワーを有している。
　光源部１０からの光の第１の回折素子Ｌ１に対する入射角の最大値は、垂直断面において±２．５°、水平断面において±１０°となっている。そして、光学系２０の垂直断面における角倍率は４倍、水平断面における角倍率は２倍であるため、第２の回折素子Ｌ２から出射する光の出射角の最大値は、垂直断面において±１０°、水平断面において±２０°となる。
　本実施例に係る各回折素子は、可視域で用いられる一般的な材料であるＳ－ＢＡＬ４２（株式会社オハラ）で構成されており、夫々の回折面は基準波長λ０を１５５０ｎｍとして設計されている。波長λｓの値は、基準波長λ０と同様に１５５０ｎｍである。また、光学系２０の瞳径は、垂直断面において１ｍｍ、水平断面において２．５ｍｍである。
　これらの構成により、光学系２０から射出された平行光が、光学系２０から２００ｍ離れた位置にある被照射面に到達したときのスポットサイズを、３４０ｍｍ以下と十分に小さくすることができる。また、仮に各回折素子が５０μｍ程度偏心したとしても、スポットサイズを７５０ｍｍ以下に抑えることができる。
　［実施例１０］
　以下、本発明の実施例１０に係る光学系２０について説明する。本実施例に係る光学系２０において、上述した実施例１に係る光学系２０と同等の構成については説明を省略する。
　図１３は、本実施例に係る光学系２０の要部概略図である。本実施例に係る光学系２０は、実施例１に係る光学系２０とは異なり、瞳位置Ｐ１及びＰ２が互いに一致しない構成を採っている。また、第１の回折素子Ｌ１及び第２の回折素子Ｌ２は、何れも垂直断面と水平断面とで互いに異なるパワーを有している。
　光源部１０からの光の第１の回折素子Ｌ１に対する入射角の最大値は、垂直断面において±２．５°、水平断面において±１０°となっている。そして、光学系２０の垂直断面における角倍率は４倍、水平断面における角倍率は２倍であるため、第２の回折素子Ｌ２から出射する光の出射角の最大値は、垂直断面において±１０°、水平断面において±２０°となる。
　本実施例に係る各回折素子は石英材料で構成されており、夫々の回折面は基準波長λ０を９０５ｎｍとして設計されている。波長λｓの値は、基準波長λ０と同様に９０５ｎｍである。また、光学系２０の瞳径は、垂直断面において１ｍｍ、水平断面において２．５ｍｍである。
　これらの構成により、光学系２０から射出された平行光が、光学系２０から２００ｍ離れた位置にある被照射面に到達したときのスポットサイズを、２０７ｍｍ以下と十分に小さくすることができる。また、仮に各回折素子が１００μｍ程度偏心したとしても、スポットサイズを２１０ｍｍ以下に抑えることができる。
　［数値実施例］
　以下、上述した実施例１乃至１０に対応する数値実施例１乃至１０を示す。各数値実施例において、面番号は、瞳位置から数えたときの瞳面を含む各光学面の順番である。ただし、瞳位置Ｐ１及びＰ２が互いに異なる場合は、各瞳面を互いに異なる面番号として示している。ｒ［ｍｍ］は第ｉ番目の光学面の曲率半径を示し、ｄ［ｍｍ］は第ｉ番目の光学面と第（ｉ＋１）番目の光学面の間隔を示す。また、Ｎは、第ｉ番目の光学面と第（ｉ＋１）番目の光学面の間の媒質（材料）の基準波長λ０に対する屈折率を示す。なお、回折面については、面番号の横に＊（アスタリスク）を付している。
　また、回折面の位相関数Φは、以下の式で表わされる。ただし、Ｃｎは位相関数係数、ｘは光軸からの水平方向（Ｘ方向）における距離、ｙは光軸からの垂直方向（Ｙ方向）における距離である。なお、各数値実施例の位相関数データにおける「Ｅ±Ｘ」は、「１０±Ｘ」を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　（数値実施例１）
面データ
 面番号     r          d         N
 1(P1,P2)   ∞         10
 2          ∞         0.73      3.479
 3*         ∞         4.98
 4*         ∞         0.73      3.479
 5          ∞
 
位相関数データ
 面番号        C3           C5            C3,C5以外
 3             -3.232E-02   -6.654E-02     0.000E+00
 4             4.779E-02    1.988E-01      0.000E+00
 
　（数値実施例２）
面データ
 面番号     r          d         N
 1(P2)      ∞         15
 2(P1)      ∞         5
 3*         ∞         0.73      1.444
 4          ∞         9.99
 5*         ∞         0.73      1.444
 6          ∞
 
位相関数データ
 面番号        C3           C5            C3,C5以外
 4             -2.342E-02    -3.152E-02    0.000E+00
 5             4.613E-02     9.366E-02    0.000E+00
 
　（数値実施例３）
面データ
 面番号     r          d         N
 1(P1)      ∞         5
 2(P2)      ∞         5
 3          ∞         0.73      1.444
 4*         ∞         12.95
 5          ∞         0.73      1.444
 6*         ∞
 
位相関数データ
 面番号        C3           C5            C3,C5以外
 4             -1.807E-02    -2.772E-02    0.000E+00
 5             3.566E-02     1.106E-01    0.000E+00
 
　（数値実施例４）
面データ
 面番号     r          d         N
 1(P1,P2)   ∞         6
 2          ∞         1         3.479
 3*         ∞         32.82
 4          ∞         1         3.479
 5*         ∞
 
位相関数データ
 面番号        C3           C5            C3,C5以外
 4             -6.220E-02    -7.061E-02    0.000E+00
 5             -1.989E-02    -1.989E-02    0.000E+00
 
　（数値実施例５）
面データ
 面番号     r          d         N
 1(P1,P2)   ∞         10
 2          ∞         0.73      3.416
 3*         ∞         3.30
 4*         ∞         0.73      3.416
 5          ∞         3.70
 6*         ∞         0.73      3.416
 7          ∞
 
位相関数データ
 面番号        C3           C5            C3,C5以外
 3             -4.075E-02   -5.641E-02    0.000E+00
 4             -8.026E-03   3.283E-03     0.000E+00
 6             1.273E-01    2.687E-01     0.000E+00
 
　（数値実施例６）
面データ
 面番号      r         d         N
 1（P1,P2）            9
 2          ∞         0.73      3.479
 3*         ∞         0.10
 4          21.46      1.00      3.479
 5          50.42      6.90
 6          -27.60     0.5       3.479
 7          33.44      1.05
 8*         ∞         0.73      3.479
 9          ∞
 
位相関数データ
 面番号         C3           C5            C3,C5以外
 3              8.733E-03    -8.733E-03    0.000E+00
 8              -3.832E-02   3.832E-02     0.000E+00
 
　（数値実施例７）
面データ
 面番号       r         d         N
 1（P1,P2）   ∞        9
 2            -35.65    1.00      3.479 
 3            -20.31    0.10
 4            ∞        0.73      3.479 
 5*           ∞        5.38
 6*           ∞        0.725     3.479 
 7            ∞        0.50
 8            -23.14    1.00      3.479 
 9            -98.44
 
位相関数データ
 面番号          C3           C5            C3,C5以外
 5               0.000E+00    -3.268E-02    0.000E+00
 6               0.000E+00    1.327E-01     0.000E+00
 
　（数値実施例８）
面データ
 面番号        r         d         N
 1（P1,P2）    ∞        10
 2             ∞        0.73      3.479 
 3*            ∞        4.33
 4             62.02     0.50      3.479 
 5             26.17     0.72
 6*            ∞        0.725     3.479
 7             ∞
 
面番号          C3           C5            C3,C5以外
 3              -3.253E-02   -6.526E-02    0.000E+00
 6              1.975E-02    1.625E-01     0.000E+00
 
　（数値実施例９）
面データ
 面番号     r     d       N
 1(P2)      ∞    6
 2(P1)      ∞    10
 3          ∞    1       1.565
 4*         ∞    3
 5*         ∞    1       1.565
 6          ∞
 
位相関数データ
 面番号    C3           C5           C10
 4         -8.223E-02   -1.224E-01   2.838E-04
 5         1.630E-01    4.621E-01    -1.512E-03
 
 面番号    C12          C14          C3,C5,C10,C12,C14以外
 4         6.146E-04    1.225E-03    0.000E+00
 5         -4.879E-03   -3.635E-02   0.000E+00
 
　（数値実施例１０）
面データ
 面番号     r     d       N
 1(P2)      ∞    6
 2(P1)      ∞    15
 3          ∞    0.73    1.444
 4*         ∞    24.45
 5*         ∞    0.73    1.444
 6          ∞
 
位相関数データ
 面番号    C3           C5           C3,C5以外
 4         -1.000E-02   -1.549E-02   0.000E+00
 5         1.971E-02    6.134E-02    0.000E+00
 
　表１に、上述した実施例１乃至８に係る光学系２０についての条件式（１）及び（２）の値を示す。表１に示すように、各実施例に係る光学系２０は条件式（１）及び（２）を満足している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に、上述した実施例６乃至８に係る光学系２０についての条件式（３）及び（４）の値を示す。表１に示すように、各実施例に係る光学系２０は条件式（３）及び（４）の少なくとも一方を満足している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３及び表４に、上述した実施例４，５，９，１０に係る光学系２０についての条件式（５）乃至（９）に関する数値を示す。表３は垂直断面における数値を示し、表４は水平断面における数値を示している。表３及び表４に示すように、各実施例に係る光学系２０は、各断面において条件式（５）乃至（７）、及び条件式（８）又は（９）を満足している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　［測距装置］
　図１４は、上述した実施形態に係る照明装置１を適用した測距装置１００の光軸を含むＺＸ断面における要部概略図（模式図）である。本実施形態に係る測距装置１００は、対象物からの反射光を受光するまでの時間やその反射光の位相に基づいて対象物までの距離を算出する、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ａｎｄ　Ｒａｎｇｉｎｇ）という技術を用いている。なお、対象物は測距装置１００の＋Ｚ側に配置されているものとする。
　測距装置１００は、照明装置１と、照明装置１により照明された対象物からの光（反射光又は散乱光）を受光する受光部（撮像部）２とを備える。受光部２は、対象物からの光を受光して信号を出力する受光素子２１と、対象物からの光を受光素子２１に導く光学系（受光光学系）２２とを有する。受光素子２１としては、例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの光電変換素子（撮像素子）を採用することができる。受光光学系２２としては、１枚以上のレンズなどの光学素子で構成され、対象物からの光を受光素子２１の受光面に集光するものを採用することができる。
　また、測距装置１００は、照明装置１が射出する照明光を制御する第１制御部（照明制御部）３１と、受光素子２１の出力に基づいて対象物までの距離に関する情報（距離情報）を取得する第２制御部（距離算出部）３２とを備えている。第１制御部３１は、例えば光源を制御することで照明光をパルス光としたり、照明光の強度変調を行って信号光を生成したりすることができる。第２制御部３２は、照明装置１の光源から照明光が出射した時刻から、受光素子２１が対象物からの光を受光した時刻までの時間に基づいて、対象物の距離情報を取得することができる。
　なお、対象物からの光を受光するまでの時間ではなく、対象物からの光の位相に基づいて距離情報を取得してもよい。具体的には、照明装置１における光源の信号の位相と受光素子２１から出力される信号の位相との差分（位相差）を求め、その位相差に光速を乗じることで、対象物の距離情報を取得してもよい。また、必要に応じて第１制御部３１及び第２制御部３２を設けずに、測距装置１００を撮像装置として構成してもよい。
　このようなＬｉＤＡＲを用いた測距装置は、対象物としての車両や人、又は障害物等を識別し、その対象物の距離情報に応じて自車両を制御する車載システムに好適なものである。なお、ＬｉＤＡＲを用いた測距装置としては、照明装置の光軸と受光部の光軸とが一致する同軸系か、あるいは照明装置の光軸と受光部の光軸とが一致しない非同軸系を採用することができる。本実施形態に係る照明装置１は、図１４に示したような非同軸系に特に好適なものである。
　［車載システム］
　図１５は、本実施形態に係る測距装置１００及びそれを備える車載システム（運転支援装置）６００の構成図である。車載システム６００は、自動車（車両）等の移動可能な移動体（移動装置）により保持され、測距装置１００により取得した車両の周囲の対象物（障害物）の距離情報に基づいて、車両の運転を支援するための装置である。図１６は、車載システム６００を含む移動装置としての車両７００の模式図である。図１６においては、測距装置１００の測距範囲５０を車両７００の前方に設定した場合を示しているが、測距範囲５０を車両７００の後方や側方に設定してもよい。
　図１５に示すように、車載システム６００は、測距装置１００と、車両情報取得装置２００と、制御装置（ＥＣＵ：エレクトロニックコントロールユニット）３００と、警告装置４００とを備える。測距装置１００は、上述した照明装置１、受光部２、第１制御部３１、及び第２制御部３２を備えている。本実施形態に係る第２制御部３２は、距離算出部及び衝突判定部としての機能を有する。
　図１７は、本実施形態に係る車載システム６００の動作例を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って、車載システム６００の動作を説明する。
　まず、ステップＳ１では、照明装置１により車両の周囲の対象物を照明し、対象物からの反射光を受光することで受光部２が出力する信号に基づいて、第２制御部３２により対象物の距離情報を取得する。また、ステップＳ２では、車両情報取得装置２００から車両の車速、ヨーレート、舵角などを含む車両情報の取得を行う。そして、ステップＳ３では、第２制御部３２によって、ステップＳ１で取得された距離情報が予め設定された設定距離の範囲内に含まれるか否かの判定を行う。
　これにより、車両の周囲の設定距離内に障害物が存在するか否かを判定し、車両と障害物との衝突可能性を判定することができる。なお、ステップＳ１及びＳ２は、上記の順番とは逆の順番で処理を行ってもよいし、互いに並列して処理を行ってもよい。第２制御部３２は、設定距離内に障害物が存在する場合は衝突可能性ありと判定し（ステップＳ４）、設定距離内に障害物が存在しない場合は衝突可能性なしと判定する（ステップＳ５）。
　次に、第２制御部３２は、衝突可能性ありと判定した場合、その判定結果を制御装置３００や警告装置４００に対して通知する。このとき、制御装置３００は、第２制御部３２での判定結果に基づいて車両を制御し（ステップＳ６）、警告装置４００は、第２制御部３２での判定結果に基づいて運転者への警告を行う（ステップＳ７）。なお、判定結果の通知は、制御装置３００及び警告装置４００の少なくとも一方に行えばよい。
　制御装置３００は、車両に対して、例えばブレーキをかける、アクセルを戻す、各輪に制動力を発生させる制御信号を生成してエンジンやモータの出力を抑制する、などの制御を行う。また、警告装置４００は、車両のユーザ（運転者）に対して、例えば警告音（警報）を発する、カーナビゲーションシステムなどの画面に警告情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与える、などの警告を行う。
　以上、本実施形態に係る車載システム６００によれば、上記の処理により障害物の検知を行うことができ、車両と障害物との衝突を回避することが可能になる。特に、上述した各実施例に係る光学系を車載システム６００に適用することで、高い測距精度を実現することができるため、障害物の検知及び衝突判定を高精度に行うことが可能になる。
　なお、本実施形態では、車載システム６００を運転支援（衝突被害軽減）に適用したが、これに限らず、車載システム６００をクルーズコントロール（全車速追従機能付を含む）や自動運転などに適用してもよい。また、車載システム６００は、自動車等の車両に限らず、例えば船舶や航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。また、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）や監視システム等の物体認識を利用する機器に適用することができる。
　また、車載システム６００や移動装置７００は、万が一移動装置７００が障害物に衝突した場合に、その旨を車載システムの製造元（メーカー）や移動装置の販売元（ディーラー）などに通知するための通知装置（通知部）を備えていてもよい。例えば、通知装置としては、移動装置７００と障害物との衝突に関する情報（衝突情報）を予め設定された外部の通知先に対して電子メールなどによって送信するものなどを採用することができる。
　このように、通知装置によって衝突情報を自動通知する構成を採ることにより、衝突が生じた後に点検や修理などの対応を速やかに行うことができる。なお、衝突情報の通知先は、保険会社、医療機関、警察などや、ユーザーが設定した任意のものであってもよい。また、衝突情報に限らず、各部の故障情報や消耗品の消耗情報を通知先に通知するように通知装置を構成してもよい。衝突の有無の検知については、上述した受光部２からの出力に基づいて取得された距離情報を用いて行ってもよいし、他の検知部（センサ）によって行ってもよい。
　［変形例］
　以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。例えば、上述した各実施例では、第１及び第２の回折素子のパワーの符号が垂直断面と水平断面とで互いに等しくなっているが、必要に応じて各回折素子のパワーの符号を垂直断面と水平断面とで互いに異ならせてもよい。
　また、上述した実施形態においては、第２制御部が、衝突判定部（判定部）としての機能を有する場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、車載システムにおいて、第２制御部とは別体の衝突判定部を設けてもよい。すなわち、第２制御部は、少なくとも距離算出部（距離情報取得部）としての機能を有していればよい。また、必要に応じて第１の制御部及び第２の制御部を測距装置１００の外部（例えば車両の内部）に設けてもよい。
　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。
　本願は、２０１８年７月２０日提出の日本国特許出願特願２０１８－１３７１３５と２０１８年９月２６日提出の日本国特許出願特願２０１８－１８０３５８と特願２０１８－１８０３５９と２０１９年５月９日提出の日本国特許出願特願２０１９－０８９３６６を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てをここに援用する。

Claims (30)

  1. 　光源からの光を対象物に導く光学系であって、
    　前記光源の側から順に配置された第１及び第２の回折素子を備え、
    　該第１及び第２の回折素子の夫々は、回折面を含む平板で構成されており、
    　前記第１及び第２の回折素子の少なくとも一方は、光軸を含む第１の断面と前記光軸を含み前記第１の断面に垂直な第２の断面とで互いに異なるパワーを有することを特徴とする光学系。
  2. 　前記第１の回折素子は、正のパワーを有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
  3. 　前記第１の断面における角倍率をγ１、前記第２の断面における角倍率をγ２、前記第１の断面における入射瞳から前記第１の回折素子の回折面までの距離をＤｐ１、前記第２の断面における入射瞳から前記第１の回折素子の回折面までの距離をＤｐ２とするとき、
    　　－３≦γ２／γ１－Ｄｐ１／Ｄｐ２≦３
    　なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
  4. 　前記第１及び第２の回折素子の夫々の回折面は、互いに対向していることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学系。
  5. 　前記第１の回折素子は、シリコン材料で構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光学系。
  6. 　前記第２の回折素子は、シリコン材料で構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の光学系。
  7. 　前記第１及び第２の回折素子の夫々の回折面の格子高さは、軸上から最軸外にわたって均一であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光学系。
  8. 　前記第１及び第２の回折素子の夫々は、前記第１の断面と前記第２の断面とで互いに異なるパワーを有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の光学系。
  9. 　前記第２の回折素子は、負のパワーを有することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の光学系。
  10. 　前記第１及び第２の回折素子から成ることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の光学系。
  11. 　前記第１の断面と前記第２の断面とで互いに同じパワーを有するレンズを備えることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の光学系。
  12. 　前記レンズの焦点距離をＬｆ、前記レンズに最も近い回折素子の前記第１及び第２の断面における焦点距離を各々Ｄｆ１及びＤｆ２とするとき、
    　　１＜｜Ｄｆ１｜／｜Ｌｆ｜
    　　１＜｜Ｄｆ２｜／｜Ｌｆ｜
    　なる条件式の少なくとも一方を満足することを特徴とする請求項１１に記載の光学系。
  13. 　前記レンズに最も近い回折素子は、前記第１の断面と前記第２の断面とで互いに異なる符号のパワーを有することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の光学系。
  14. 　前記第１の回折素子の焦点距離をｆ１、前記第１の断面における入射瞳から前記第１の回折素子の回折面までの距離をＤｐ１とするとき、前記第１及び第２の断面の少なくとも一方において
    　　０．３０≦ｆ１／Ｄｐ１≦３．００
    　なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一項に記載の光学系。
  15. 　前記第１の回折素子の焦点距離をｆ１、前記光学系の焦点距離をｆとするとき、前記第１及び第２の断面の少なくとも一方において
    　　－０．０５０≦ｆ１／ｆ≦０．０５０
    　なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項に記載の光学系。
  16. 　前記第１の回折素子の焦点距離をｆ１、前記第２の回折素子の焦点距離をｆ２とするとき、前記第１及び第２の断面の少なくとも一方において
    　　１．２≦｜ｆ１／ｆ２｜≦１０．０
    　なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至１５の何れか一項に記載の光学系。
  17. 　前記第１の回折素子の焦点距離をｆ１、前記第２の回折素子の焦点距離をｆ２とするとき、前記第１及び第２の断面の少なくとも一方において
    　　１．２≦｜ｆ２／ｆ１｜≦１０．０
    　なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至１５の何れか一項に記載の光学系。
  18. 　前記光学系を構成する光学素子の中で、前記第１及び第２の回折素子の何れか一方のパワーの絶対値が最も大きく、他方のパワーの絶対値が二番目に大きいことを特徴とする請求項１４乃至１７の何れか一項に記載の光学系。
  19. 　前記光源を有する光源部と、請求項１乃至１８の何れか一項に記載の光学系とを有することを特徴とする照明装置。
  20. 　前記光源から出射するピーク強度を有する光の波長をλｓ［ｎｍ］とするとき、
    　　８５０≦λｓ≦１４０００
    　なる条件式を満足することを特徴とする請求項１９に記載の照明装置。
  21. 　前記光源部は、前記光源からの光を偏向して前記対象物を走査する走査部を備えることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の照明装置。
  22. 　前記走査部は、電圧の印加により屈折率が変化する光学素子を含むことを特徴とする請求項２１に記載の照明装置。
  23. 　前記光源部は、前記光源からの光を平行光に変換するコリメータ部を備えることを特徴とする請求項１９乃至２２の何れか一項に記載の照明装置。
  24. 　請求項１９乃至２３の何れか一項に記載の照明装置と、前記対象物からの光を受光する受光素子とを備えることを特徴とする測距装置。
  25. 　前記受光素子の出力に基づいて前記対象物の距離情報を取得する制御部を備えることを特徴とする請求項２４に記載の測距装置。
  26. 　請求項２４又は２５に記載の測距装置と、該測距装置によって得られた前記対象物の距離情報に基づいて車両と前記対象物との衝突可能性を判定する判定部とを備えることを特徴とする車載システム。
  27. 　前記車両と前記対象物との衝突可能性が有ると判定された場合に、前記車両の各輪に制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置を備えることを特徴とする請求項２６に記載の車載システム。
  28. 　前記車両と前記対象物との衝突可能性が有ると判定された場合に、前記車両の運転者に対して警告を行う警告装置を備えることを特徴とする請求項２６又は２７に記載の車載システム。
  29. 　前記車両と前記対象物との衝突に関する情報を外部に通知する通知装置を備えることを特徴とする請求項２６乃至２８の何れか一項に記載の車載システム。
  30. 　請求項２４又は２５に記載の測距装置を備え、該測距装置を保持して移動可能であることを特徴とする移動装置。
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