WO2020022316A1 - 光放射装置及び物体情報検知装置 - Google Patents

光放射装置及び物体情報検知装置 Download PDF

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WO2020022316A1
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light
transparent layer
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spherical
light emitting
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Inventor
鉄春 三輪
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Jnc株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device that emits predetermined light to an object and an object information detecting device.
  • the LIDAR system described in Patent Document 1 includes a base, a head assembly, a rotating member for rotating the head assembly, a motherboard supported by the head assembly, a lens and a mirror arranged on the head assembly, and an emitter circuit board. And a detector mounted on the detection circuit board.
  • light from a photon transmitter can be reflected by a rotating plane mirror and emitted to a specific area.
  • the laser device described in Patent Document 2 is provided with one aspherical lens having at least one aspherical sphere on the optical path of the laser beam, and provided so as to guide the laser beam from the aspherical lens to a processing point.
  • a laser device that is a beam transmission optical system that transfers a focal position corresponding to a convergent spherical curvature component of an aspheric lens to a processing point.
  • a laser beam can be emitted to a specific range with a practically uniform intensity distribution.
  • the laser device described in Patent Document 2 requires at least one aspherical surface in order to accurately emit a laser beam, and thus has a problem in that the manufacturing cost increases.
  • the present invention uses a light emitting device capable of accurately emitting light over a wide angle range while ensuring high reliability in a simple configuration with reduced cost, and using such a light emitting device. It is an object to provide an object information detection device.
  • the light emitting device of the present invention is a coherent light source that emits coherent light, a spatial light modulation unit that modulates light incident from the coherent light source, and emits modulated light in a predetermined direction,
  • a reflector having a reflective surface that is at least a part of a spherical surface, wherein the reflective body is laminated with a transparent layer covering the reflective surface, and the surface of the transparent layer is at least a part of the spherical surface.
  • the light incident on the transparent layer from the spatial light modulation unit is reflected by the reflection surface and emitted to the outside.
  • the center positions of the spherical surface forming the reflecting surface and the spherical surface forming the surface of the transparent layer are substantially the same.
  • one or more concave lenses, one or more convex lenses, or an optical element made of a combination thereof is arranged, and the concave surface of the concave lens
  • the convex surfaces of the convex lenses are preferably spherical.
  • one or more meniscus lenses are disposed on an optical path connecting the spatial light modulation unit and the transparent layer, and the meniscus lens has both a convex surface and a concave surface having a spherical surface.
  • an optical element composed of a combination of one or more concave mirrors and one or more spherical mirrors of convex mirrors is arranged on an optical path connecting the spatial light modulation unit and the transparent layer.
  • an optical element composed of a combination of a spherical lens and a spherical mirror is arranged on an optical path connecting the spatial light modulation unit and the transparent layer, and that the positive and negative focal lengths of the spherical lens and the spherical mirror are different from each other. .
  • the light emitting device of the present invention by adjusting the emitted light from the spatial light modulation unit, it is possible to reduce the difference in the projected area when the emitted light from the light emitting device is projected at the same distance and at different angles. preferable.
  • the spatial light modulation unit is preferably a liquid crystal panel or LCOS having a liquid crystal layer.
  • the spatial light modulation unit is preferably a micro-electro-mechanical system including a plurality of movable mirrors.
  • An object information detection device of the present invention includes any one of the above-described light emitting devices, and is an object information detection device in which light reflected from a reflection surface is irradiated on an object, and receives light reflected from the object. And an object information detecting unit that detects object information of the target object based on a light receiving result of the light receiving unit. This makes it possible to execute the object information detection with high accuracy over a wide angle range with a simple configuration at a low cost.
  • the light-emitting device which can radiate light with good precision over a wide angle range, and such a light-emitting device were used.
  • An object information detection device can be provided.
  • FIG. 2 is a block diagram conceptually showing a configuration of a light emitting device and an object information detecting device according to the first embodiment of the present invention. It is a figure showing composition of a light radiation device concerning a 1st embodiment of the present invention. It is a figure showing composition of a light emission device concerning a 2nd embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram conceptually showing the configurations of the light emitting device and the object information detecting device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the light emitting device according to the first embodiment.
  • the light emitting device includes a light source 11, a spatial light modulator 20 as a spatial light modulation unit, and a reflector 30. Further, the light emitting device preferably includes a modulated light control unit 12 and an optical element 15.
  • the object detection device described later includes a light receiving unit 41 and an object information detection unit 42 in addition to the light emitting device.
  • the light source 11 is a light source that emits coherent light (coherent light source), for example, a laser light source that emits a Gaussian beam. Further, as shown in FIG. 2, a collimated optical system 13 for emitting collimated light L10 from the light source 11 and emitting the collimated light to the spatial light modulator 20 is provided. 20.
  • the spatial light modulator 20 modulates and emits the incident light.
  • the modulation includes, for example, changing at least one of the phase and the intensity of the output light, and changing the output direction.
  • a liquid crystal panel, LCOS (Liquid Crystal On Silicon), or a microelectromechanical system is used as the spatial light modulator 20, for example.
  • the liquid crystal panel and the LCOS have a liquid crystal layer and include a plurality of pixels as a region (modulation region) for generating modulated light.
  • the microelectromechanical system has a plurality of movable mirrors as a modulation area.
  • the spatial light modulator 20 generates modulated light based on the incident light from the light source 11 under the control of the modulated light control unit 12.
  • the output direction of the modulated light is adjusted to a predetermined direction, that is, an angle toward the reflector 30 side, for example, by changing the alignment direction of liquid crystal molecules.
  • the emission direction is adjusted by changing the angle or position of the movable mirror. Position information of the light source 11, the spatial light modulator 20, and the reflector 30 is previously input to the modulated light control unit 12, and based on these, the modulated light control unit 12 Adjust the direction.
  • the reflector 30 includes a reflective surface 31 formed by a part or all of a spherical surface, and a transparent layer 32 laminated so as to cover the reflective surface 31.
  • the modulated light emitted from the spatial light modulator 20 is refracted when entering the transparent layer 32, is subsequently reflected by the reflection surface 31, and is also refracted when emitted from the transparent layer 32 and emitted to the outside.
  • the object S is irradiated with the light reflected from the reflection surface 31 of the reflector 30.
  • the transparent layer 32 is preferably formed with a uniform thickness with respect to the reflective surface 31, thereby forming a spherical surface on the spherical surface constituting the reflective surface 31 and having substantially the same center position as this. It can be covered with a transparent layer 32.
  • the transparent layer 32 can be formed by any method, and its thickness can be arbitrarily set according to specifications such as a radiation range of the light emitting device.
  • the spherical surface forming the reflection surface 31 may be a part of a convex mirror having a convex surface facing the object S or a part of a concave mirror having a concave surface facing the object S.
  • FIG. 2 shows only a part of the reflector 30 including the reflection surface 31 and the transparent layer 32 covering the reflection surface 31.
  • the transparent layer 32 so as to cover the reflection surface 31 as described above, the light emitted from the spatial light modulator 20 is not only reflected by the reflection surface 31 but also reflected by the light entering and exiting the transparent layer 32. When refracted. For this reason, light is emitted from the reflector 30 over a wider angle range.
  • the surface 33 forms the spherical transparent layer 32 so as to cover the spherical reflecting surface 31, it is possible to suppress the spread angle of the light emitted from the reflector 30 from varying depending on the emission angle. . Such suppression of the variation of the spread angle can also be realized by forming the reflection surface into a complicated shape such as an aspherical shape.
  • the combination of the spherical reflecting surface 31 and the transparent layer 32 whose surface 33 is spherical can be realized at low cost in both manufacturing and design. Is possible.
  • the surface 33 and the reflecting surface 31 of the transparent layer 32 are spherical, if the position of the reflector 30 is known, it is not necessary to detect its posture. No circuit or the like is required, and a simple configuration can be achieved.
  • the reflector 30 forms a reflective surface 31 by applying metal plating to the surface of a plastic sphere having a certain degree of hardness or more, and further forms a transparent layer 32 of a plastic material so as to cover the reflective surface 31.
  • plastic forming the reflector 30 examples include polydiethylene glycol bisallyl carbonate and other polycarbonates, styrene resin, polymethyl methacrylate and other acrylic resins.
  • the plastic forming the transparent layer 32 is preferably a material having transparency corresponding to the specification of the light emitting device, and may be the same as the material forming the sphere of the reflector 30.
  • the metal plating for forming the reflection surface 31 for example, silver, aluminum, nickel, and chromium can be mentioned, and silver is particularly preferable because of high reflection characteristics and ease of production.
  • the reflection surface 31 may be formed by a thin film forming method other than metal plating.
  • the reflector 30 may be made of a material other than plastic and having a certain degree of hardness, for example, glass or metal.
  • the surface may be used as the reflection surface 31 by utilizing the reflectivity of the surface.
  • an optical element including one or more lenses such as the following (1) and (2), is arranged on an optical path connecting the spatial light modulator 20 and the transparent layer 32 of the reflector 30, an optical element including one or more lenses, such as the following (1) and (2), is arranged on an optical path connecting the spatial light modulator 20 and the transparent layer 32 of the reflector 30, an optical element including one or more lenses, such as the following (1) and (2), is arranged.
  • the optical element 15 including one meniscus lens is arranged.
  • the spread of the light beam from the spatial light modulator 20 to the transparent layer 32 can be adjusted. For this reason, for example, when an optical element having a positive refractive power is used, the distance between the spatial light modulator 20 and the reflector 30 can be shortened, whereby the size of the light emitting device can be reduced. It becomes possible.
  • the incident surface to the optical element, the exit surface from the optical element, and the optical surface existing therebetween are incident on the transparent layer 32 by adjusting the radius of curvature, the direction of unevenness, and other optical characteristics.
  • the spread of the light beam can be adjusted according to the incident angle. That is, it is possible to adjust the light emitted from the spatial light modulator 20, thereby reducing the difference in projection area when the light emitted from the light emitting device is projected at the same distance and at a different angle. .
  • One or more concave lenses, one or more convex lenses, or an optical element composed of a combination thereof disposed on an optical path connecting the spatial light modulator 20 and the transparent layer 32 In this optical element, the concave surface of the concave lens and the convex surface of the convex lens are each spherical. Regarding one or more concave lenses, one or more convex lenses, or a combination thereof of this optical element, it is preferable that each optical axis is on an optical path connecting the spatial light modulator 20 and the transparent layer 32.
  • An optical element including one or more meniscus lenses disposed on an optical path connecting the spatial light modulator 20 and the transparent layer 32 In the meniscus lens of this optical element, both the convex surface and the concave surface are spherical. Regarding one or more meniscus lenses of this optical element, it is preferable that each optical axis is on an optical path connecting the spatial light modulator 20 and the transparent layer 32.
  • the example illustrated in FIG. 2 illustrates a configuration in which there is one meniscus lens.
  • the object detection device includes a light receiving unit 41 and an object information detection unit 42 in addition to the above-described light emitting device.
  • the light receiving unit 41 receives the modulated light (reflected light) reflected by the object S.
  • the light receiving unit 41 can use various optical sensors as long as the intensity of the modulated light can be detected.
  • the detection result is output to the object information detection unit 42.
  • the object information detecting unit 42 detects the object information of the target S based on the result of the light reception by the light receiving unit 41.
  • the object information of the target S includes a position, an orientation, a shape, a color, and the like.
  • Table 1 is a table showing simulation results based on the configuration of the light emitting device according to the first embodiment.
  • Example 1 a Liquid Crystal On Silicon (LCOS) element was selected as the spatial light modulator 20 (spatial light modulation unit).
  • a coordinate system was defined to explain the overall positional relationship.
  • the origin is the center of the plane of the LCOS element of the spatial light modulator 20 and the interface between the cover glass of the LCOS element and air.
  • the projection of a straight line connecting the origin and the center of the sphere of the reflector 30 onto the plane 21 on which the spatial light modulator 20 was installed was defined as the x-axis.
  • the z-axis was parallel to the normal vector of the plane 21 on which the spatial light modulator 20 was installed.
  • the y-axis is defined perpendicular to the x-axis and the z-axis and in a right-handed system.
  • the unit of the coordinate system was mm.
  • the material of the reflector 30 as a spherical mirror was polycarbonate.
  • a spherical shell having an inner surface diameter of 10.2 mm and an outer surface diameter of 12 mm was made of polycarbonate as the transparent layer 32 on the reflection surface 31 which is the surface of the reflector 30.
  • Metal plating was applied to the inner surface (reflection surface 31) of the spherical shell.
  • the center of the inner surface of the spherical shell was substantially the same as the center of the outer surface.
  • the spherical shell was set such that the coordinates of the center position were (12.9, 0, 80).
  • a meniscus lens made of polycarbonate was arranged as the optical element 15 on the optical path connecting the spatial light modulator 20 and the transparent layer 32.
  • the diameter of the meniscus lens was 6 mm, and the radius of curvature of each surface was 19.5 mm for the convex surface and 40 mm for the concave surface.
  • the thickness of the meniscus lens on the optical axis was 2.5 mm.
  • the main axis (optical axis) of the meniscus lens was set parallel to the z-axis, the concave surface was directed toward the spatial light modulator 20, and the intersection of the main axis and the convex surface was (2.6, 0, 14.5).
  • the wavelength of the light L10 emitted from the light source 11 was 905 nm.
  • the emitted light L10 is collimated by the collimating optical system 13, is reflected by the plane mirror 14, and enters the spatial light modulator 20. Therefore, when the light enters the LCOS of the spatial light modulator 20, the light is substantially parallel and enters as a Gaussian beam having a radius of 1.6 mm.
  • the vector when the emitted light L10 from the light source 11 enters the spatial light modulator 20 is (0.174,0, -0.985).
  • Modulated light (modulated light L11, L12, L13 illustrated in FIG. 2) emitted from the spatial light modulator 20 is refracted when entering the surface 33 of the transparent layer 32, and is reflected by the reflecting surface 31 after being reflected by the reflecting surface 31. It also refracts when exiting from.
  • the simulation conditions and results shown in Table 1 will be described.
  • the light beam L10 emitted from the light source 11 was divided into a plurality of beamlets, and the operation of the light beam by the LCOS as the spatial light modulator 20 was represented by a geometric optical effect.
  • the operation of the light beam by the spatial light modulator 20 in the first embodiment is performed by periodically modulating the phase on the spatial light modulator 20 and operating the equal phase plane at a specific position. This is similar to the effect of a diffraction grating or lens on a light beam.
  • the result of beam manipulation by LCOS can be decomposed into the sum of the effect of bending all parallel rays in substantially the same direction, similar to a diffraction grating, and the effect of focusing or diverging by a lens.
  • An effect similar to this diffraction grating is expressed by a rotation operation passing through the intersection of the beamlet and the LCOS and using a straight line specifying a direction vector as an axis.
  • the amount of correction at each intersection is represented by the intersection (0, (0, 0), which is represented by the radius of curvature of a virtual lens whose material is equivalent to BK7 (common name of optical glass).
  • the points are (0.8, 0, 0), ( ⁇ 0.4, 0.693, 0), ( ⁇ 0.4, ⁇ 0.693, 0), (1. 6,0,0), (0.8, 1.386,0), (-0.8, 1.386,0), (-1.6,0,0), (-0.8,- 1.386,0) and (0.8, -1.386,0).
  • the divergence angle was calculated by comparing the vector of the beamlet that passed through these points and emitted to the object with that of the beamlet that passed through (0,0,0).
  • Tables 2 and 3 are tables showing simulation results based on the configuration of the light emitting device according to the second embodiment.
  • Example 2 a Liquid Crystal On Silicon (LCOS) element was selected as the spatial light modulator 20 (spatial light modulation unit).
  • the definition of the coordinate system was in accordance with the first embodiment.
  • a polycarbonate spherical shell having an inner surface diameter of 8 mm and an outer surface diameter of 10 mm was prepared by applying metal plating to the inner surface.
  • the center of the inner surface of the spherical shell was substantially the same as the center of the outer surface.
  • the spherical shell was set such that the coordinates of the center position were (10.6, 0, 60).
  • a polycarbonate meniscus lens was disposed as the optical element 15 on the optical path connecting the spatial light modulator 20 and the transparent layer 32.
  • the diameter of the meniscus lens was 8 mm, and the radius of curvature of each surface was 20 mm for the convex surface and 27 mm for the concave surface.
  • the thickness of the meniscus lens on the optical axis was 2.5 mm.
  • the main axis (optical axis) of the meniscus lens was set parallel to the z-axis, the concave surface was directed to the LCOS side, and the intersection of the main axis and the convex surface was (3.2, 0, 16.5).
  • the wavelength of the light L10 emitted from the light source 11 was 905 nm.
  • This outgoing light was a Gaussian beam with a radius of 1.6 mm, which was substantially parallel when it entered LCOS, as in Example 1.
  • the vector at the time of light incidence was (0.174, 0, -0.985).
  • the simulation conditions and results shown in Tables 2 and 3 will be described.
  • the light L10 emitted from the light source 11 is divided into a plurality of beamlets, and the operation of the light beam by the LCOS is represented by the geometrical optical action.
  • the procedure of the simulation was in accordance with the first embodiment.
  • the amount of correction independently added to each beamlet is such that the intersection of the principal axis and the lens surface is at (0,0,0) and the material is equivalent to BK7. Of curvature.
  • Beamlets incident on the following points were extracted as representatives. These are (0.471,0,0), ( ⁇ 0.235,0.408, 0), ( ⁇ 0.235, ⁇ 0.408,0), (0.858,0) on the LCOS. , 0), (0.429, 0.743, 0), ( ⁇ 0.429, 0.743, 0), ( ⁇ 0.858, 0, 0), ( ⁇ 0.429, ⁇ 0.743) , 0) and (0.429, -0.743, 0).
  • the beam radiated into the space was set to have a divergence angle of 20 ° and a uniform illuminance distribution within the irradiation range.
  • the beamlets passing through the three points of (0.471, 0, 0), ( ⁇ 0.235, 0.408, 0), and ( ⁇ 0.235, ⁇ 0.408, 0) are spatially
  • the angle formed with the beamlet passing through (0, 0, 0) was 7.7 ° (Table 2).
  • the beamlets that have passed through the six points of 0.429, -0.743,0) and (0.429, -0.743,0) change (0, 0, 0) when they are radiated into space.
  • the angle formed with the passed beamlets was set to 9.8 ° (Table 3).
  • Table 2 summarizes the error of the emitted beam from the target value and the radius of curvature of the virtual lens used for correction. The error was reduced to a maximum of about 0.3 ° through the virtual lens. To reduce this error, the radius of curvature may be optimized after moving the center of the virtual lens fixed to the origin of the LCOS so as to optimize each beamlet.
  • Table 4 is a table showing simulation results based on the configuration of the light emitting device according to the comparative example.
  • a Liquid Crystal On Silicon (LOCS) element was selected as the spatial light modulator 20 (spatial light modulation unit).
  • the definition of the coordinate system was in accordance with the first embodiment.
  • a ball having a diameter of 12 mm and the surface of which was plated with metal was prepared.
  • Embodiment 2 is different from Embodiments 1 and 2 in that the transparent layer 32 (spherical shell) is not provided on the surface of the sphere.
  • the sphere was set so that the coordinates of the center position would be (13.2, 0, 81).
  • a polycarbonate meniscus lens was disposed as the optical element 15 on the optical path connecting the spatial light modulator 20 and the transparent layer 32.
  • the diameter of the meniscus lens was 6 mm, and the radius of curvature of each surface was 19 mm for the convex surface and 41 mm for the concave surface.
  • the thickness of the meniscus lens on the optical axis was 2.5 mm.
  • the main axis (optical axis) of the meniscus lens was parallel to the z-axis, the concave surface of the lens was directed toward the LCOS, and the intersection of the main axis of the lens and the convex surface was (3.2, 0, 18).
  • the wavelength of the light L10 emitted from the light source 11 was 905 nm.
  • the light was a 1.6 mm radius Gaussian beam that was substantially parallel when incident on the LCOS.
  • the vector at the time of light incidence was (0.174, 0, -0.985).
  • the simulation conditions and results shown in Table 4 will be described.
  • the method of simulation and correction was in accordance with the first embodiment. Beamlets incident on the following points were extracted as representatives. These are (0.8,0,0), (-0.4,0.693,0), (-0.4, -0.693,0), (1.6,0) on the LCOS. , 0), (0.8, 1.386, 0), (-0.8, 1.386, 0), (-1.6, 0, 0), (-0.8, -1.386) , 0) and (0.8, -1.386, 0).
  • the divergence angle was calculated by comparing the vector of the beamlet that passed through these points and emitted to the object with that of the beamlet that passed through (0,0,0).
  • the emission angle range in the xy plane direction was a maximum of about 159 °, and the emission angle range in the xz plane direction was 50 °, which was slightly narrower than Example 1. It became.
  • the spread of the emitted beam was 3.4 ° at the maximum when the rotation operation was performed on each beamlet at the same angle, which was larger than that in Example 1. Even when correction was performed with the same angular resolution as in Example 1 via the virtual lens, the spread angle was reduced only to a maximum of about 1.8 °.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a light emitting device according to the second embodiment.
  • an optical element including one or more mirrors is used instead of the optical element 15 in the first embodiment.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same reference numerals are used for the same members.
  • the light L20 emitted from the light source 11 is collimated by the collimating optical system 13, reflected by the plane mirror 14, and reflected by the spatial light modulator 20. Incident on. Further, modulated light (modulated light L21, L22, L23 illustrated in FIG. 3) emitted from the spatial light modulator 20 is reflected by the convex mirror 16 and the concave mirror 17 as optical elements, respectively, and enters the transparent layer 32. This modulated light is refracted when entering the surface 33 of the transparent layer 32, and is also refracted when exiting from the surface 33 after being reflected by the reflection surface 31.
  • an optical element including one or more mirrors as shown in the following (A) and (B) is arranged on an optical path connecting the spatial light modulator 20 and the transparent layer 32 of the reflector 30, an optical element including one or more mirrors as shown in the following (A) and (B) is arranged.
  • the operation and effect of this optical element are the same as those of the optical element in the first embodiment.
  • FIG 3 shows a configuration in which one concave mirror 17 arranged on the reflector 30 side and one convex mirror 16 arranged on the spatial light modulator 20 side are combined. According to this configuration, the distance between the spatial light modulator 20 and the reflector 30 can be reduced without changing the optical path length from the spatial light modulator 20 to the transparent layer 32. It can be suppressed.
  • An optical element comprising a combination of a spherical lens and a spherical mirror, which is disposed on an optical path connecting the spatial light modulator 20 and the transparent layer 32:
  • the spherical lens and the spherical mirror in this optical element are shaped so that the focal lengths thereof are different from each other.
  • each optical axis is on an optical path connecting the spatial light modulator 20 and the transparent layer 32.
  • Other operations, effects, and modified examples are the same as those of the first embodiment.
  • the light emitting device is useful in that it can emit light over a wide angle range with high accuracy while ensuring high reliability in a simple configuration with reduced cost.

Landscapes

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  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

コヒーレント光を出射するコヒーレント光源と、コヒーレント光源から入射した光を変調し、変調光を所定の方向へ出射する空間光変調ユニットと、球面の少なくとも一部である反射面を有する反射体とを備え、反射体には、反射面を覆う透明層が積層され、透明層の表面が球面の少なくとも一部で構成され、空間光変調ユニットから透明層へ入射した光が反射面で反射されて外部へ放射される光放射装置は、コストを抑えた簡便な構成でありながら、高い信頼性を確保しつつ、広い角度範囲に精度良く光を放射することができる。

Description

光放射装置及び物体情報検知装置
　本発明は、対象物へ所定の光を放射させる光放射装置及び物体情報検知装置に関する。
　特許文献１に記載のＬＩＤＡＲシステムは、ベースと、ヘッドアセンブリと、ヘッドアセンブリを回転させる回転部材と、ヘッドアセンブリに支持されたマザーボードと、ヘッドアセンブリ上に配置されたレンズ及びミラーと、エミッタ回路基板に搭載されたフォトン送信器と、検出回路基板に搭載された検出器とを備える。このＬＩＤＡＲシステムにおいては、フォトン送信器からの光を回転する平面鏡で反射させ、特定の領域へ放射することができる。
　特許文献２に記載のレーザー装置は、レーザービームの光路上に少なくとも１面が非球面球状を有する一枚の非球面レンズを設け、この非球面レンズからのレーザービームを加工点へ導くよう設けられたビーム伝送光学系が、非球面レンズの収束性球面曲率成分に対応する焦点位置を加工点に転写するビーム伝送光学系であるレーザー装置である。このレーザー装置においては、特定の範囲へ、実施的に均一な強度分布でレーザービームを放射することができる。
米国特許８，７６７，１９０号公報 特開２００２－２８３０８５号公報
　しかしながら、特許文献１に記載のＬＩＤＡＲシステムでは、回転部材によって、平面鏡が配置されたヘッドアセンブリを回転させるため、放射方向の精細な制御、耐久性などにおいて信頼性を十分確保することが難しい。
　また、特許文献２に記載のレーザー装置では、精度良くレーザービームを放射するために１面以上の非球面形状が必要であるため、製造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において、高い信頼性を確保しつつ、広い角度範囲に精度良く光を放射することができる光放射装置、及び、このような光放射装置を用いた物体情報検知装置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コヒーレント光源と、コヒーレント光源から入射した光を変調し、変調光を所定の方向へ出射する空間光変調ユニットと、球面の少なくとも一部である反射面を有する反射体とを備えた光放射装置であって、反射体には、反射面を覆う透明層が積層され、透明層の表面が球面の少なくとも一部で構成され、空間光変調ユニットから透明層へ入射した光が反射面で反射されて外部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において、高い信頼性を確保しつつ、広い角度範囲に精度良く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、反射面を構成する球面と、透明層の表面を構成する球面は、それぞれの中心位置が互いに実質的に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、空間光変調ユニットと透明層を結ぶ光路上に、１枚以上の凹レンズ、１枚以上の凸レンズ、又は、これらの組み合わせからなる光学要素が配置され、凹レンズの凹面と凸レンズの凸面はそれぞれ球面であることが好ましい。
　本発明の光放射装置において、空間光変調ユニットと透明層を結ぶ光路上に、１枚以上のメニスカスレンズが配置され、メニスカスレンズは、凸面と凹面の両方が球面であることが好ましい。
　本発明の光放射装置において、空間光変調ユニットと透明層を結ぶ光路上に、１枚以上の凹面鏡と１枚以上の凸面鏡の球面鏡との組み合わせからなる光学要素が配置されていることが好ましい。
　本発明の光放射装置において、空間光変調ユニットと透明層を結ぶ光路上に、球面レンズと球面鏡の組み合わせからなる光学要素が配置され、球面レンズと球面鏡の焦点距離の正負が互いに異なることが好ましい。
　本発明の光放射装置において、空間光変調ユニットからの出射光を調整することによって、光放射装置からの放射光が等しい距離かつ異なる角度へ投映されたときの投影面積の差を低減させることが好ましい。
　本発明の光放射装置において、空間光変調ユニットは、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、空間光変調ユニットは、複数の可動鏡を含む微小電気機械システムであることが好ましい。
　本発明の物体情報検知装置は、上述のいずれか１つの光放射装置を備え、反射面からの反射光が対象物に照射される物体情報検知装置であって、対象物からの反射光を受光する受光部と、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。
　本発明によると、コストを抑えた簡便な構成において、高い信頼性を確保しつつ、広い角度範囲に精度良く光を放射することができる光放射装置、及び、このような光放射装置を用いた物体情報検知装置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１実施形態に係る光放射装置の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態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及び物体情報検知装置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＞
　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２は、第１実施形態に係る光放射装置の構成を示す図である。
＜光放射装置＞
　図１又は図２に示すように、第１実施形態に係る光放射装置は、光源１１、空間光変調ユニットとしての空間光変調器２０、及び、反射体３０を備える。さらに、この光放射装置は変調光制御部１２、及び、光学要素１５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、受光部４１と物体情報検知部４２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（コヒーレント光源）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、図２に示すように、光源１１からの出射光Ｌ１０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１３を備え、コリメート光は平面ミラー１４によって反射されて空間光変調器２０へ入射する。
　空間光変調器２０は、入射光を変調して出射する。変調としては、例えば、出射光の位相及び強度の少なくとも一方の変更、出射方向の変更を含む。空間光変調器２０としては、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１２の制御により、光源１１からの入射光に基づいて変調光を生成する。この変調光は、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所定の方向、すなわち、反射体３０側へ向かう角度に調整される。また、微小電気機械システムにおいては、可動鏡の角度又は位置を変えることによって出射方向が調整される。変調光制御部１２には、光源１１、空間光変調器２０、及び反射体３０の位置情報が予め入力されており、これらに基づいて、変調光制御部１２は、空間光変調器２０における出射方向を調整する。
　図２に示すように、反射体３０は、球面の一部又は全部で構成される反射面３１と、反射面３１を覆うように積層される透明層３２とを備える。空間光変調器２０から放射された変調光は、透明層３２に入射する際に屈折し、その後反射面３１で反射され、透明層３２から出射する際にも屈折して外部へ放射される。このようにして、反射体３０の反射面３１からの反射光が対象物Ｓに照射される。
　透明層３２は、反射面３１に対して均一な厚さで形成することが好ましく、これにより、反射面３１を構成する球面上を、これと中心位置が実質的に同一となる球面を構成する透明層３２で覆うことができる。透明層３２の形成は任意の方法によって行うことができ、その厚さは、光放射装置としての放射範囲などの仕様に応じて任意に設定することができる。
　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。
　なお、図２は、反射体３０のうち、反射面３１とこれを覆う透明層３２を含む一部のみを示している。
　上述のように反射面３１を覆うように透明層３２を設けることによって、空間光変調器２０からの出射光は、反射面３１で反射されるだけでなく、透明層３２への入射・出射の際に屈折される。このため、より広い角度範囲に対して反射体３０から光が出射される。
　さらに、球面状の反射面３１を覆うように、表面３３が球面状の透明層３２を形成しているため、反射体３０からの出射光の広がり角度が出射角度によってばらつくのを抑えることができる。このような広がり角度のばらつきの抑制は、反射面を非球面形状等の複雑な形状とすることによっても実現可能である。これに対して、第１実施形態の反射体３０においては、球面状の反射面３１と、表面３３が球面状の透明層３２との組み合わせによって、製造及び設計のいずれにおいても安価に実現することを可能としている。さらに、透明層３２の表面３３及び反射面３１を球面で構成しているため、反射体３０の位置が既知であれば、その姿勢を検知する必要がないため、姿勢検知のためのセンサや検知回路等が不要となり、簡便な構成とすることができる。
　反射体３０は、例えば、一定以上の硬性を有するプラスチック製の球体の表面に金属めっきを施して反射面３１を形成し、さらに、反射面３１を覆うようにプラスチック材料で透明層３２を形成することによって製造する。
　反射体３０を構成するプラスチックとしては、例えば、ポリジエチレングリコールビスアリルカーボネートその他のポリカーボネート、スチレン樹脂、ポリメチルメタクリレートその他のアクリル樹脂が挙げられる。透明層３２を構成するプラスチックとしては、光放射装置の仕様に対応した透明性を備えた材料が好ましく、反射体３０の球体を構成する材料と同一としてもよい。
　反射面３１を形成する金属めっきとしては、例えば銀、アルミニウム、ニッケル、クロムが挙げられ、高い反射特性と製造の容易性から、銀が特に好ましい。なお、反射面３１は金属めっき以外の薄膜形成方法によって形成してもよい。
　反射体３０は、プラスチック以外で一定以上の硬性を有する材料、例えば、ガラスや金属で構成することもできる。金属で構成する場合、その表面の反射性を利用して表面を反射面３１として用いてもよい。
＜光学要素＞
　空間光変調器２０と反射体３０の透明層３２とを結ぶ光路上には、例えば次の（１）、（２）のような、１枚以上のレンズを含む光学要素が配置されている。図１と図２に示す例では、１枚のメニスカスレンズからなる光学要素１５が配置されている。
　空間光変調器２０と透明層３２を結ぶ光路上に光学要素を配置することにより、空間光変調器２０から透明層３２へ向かう光束の広がりを調整することができる。このため、例えば、正の屈折力を有する光学要素を用いた場合には、空間光変調器２０と反射体３０の距離を短くすることができ、これによって光放射装置のサイズを小さく抑えることが可能となる。また、光学要素への入射面、光学要素からの出射面、及び、これらの間に存在する光学面について、曲率半径、凹凸の向きその他の光学特性を調整することによって、透明層３２へ入射する光束の広がりを、入射角度に応じて調整することもできる。すなわち空間光変調器２０からの出射光を調整することが可能となり、これによって、光放射装置からの放射光が等しい距離かつ異なる角度へ投映されたときの投影面積の差を低減させることができる。
（１）空間光変調器２０と透明層３２を結ぶ光路上に配置された、１枚以上の凹レンズ、１枚以上の凸レンズ、又は、これらの組み合わせからなる光学要素：
　この光学要素においては、凹レンズの凹面と凸レンズの凸面がそれぞれ球面とされている。この光学要素の、１枚以上の凹レンズ、１枚以上の凸レンズ、又は、これらの組み合わせについては、それぞれの光軸が空間光変調器２０と透明層３２を結ぶ光路上にあることが好ましい。
（２）空間光変調器２０と透明層３２を結ぶ光路上に配置された、１枚以上のメニスカスレンズからなる光学要素：
　この光学要素におけるメニスカスレンズは、凸面と凹面の両方が球面とされている。この光学要素の１枚以上のメニスカスレンズについては、それぞれの光軸が空間光変調器２０と透明層３２を結ぶ光路上にあることが好ましい。図２に示す例では、メニスカスレンズが１枚の場合の構成を示している。
＜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、受光部４１と物体情報検知部４２を備える。
　受光部４１は、対象物Ｓで反射された変調光（反射光）を受光する。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、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。
　以下、上記第１実施形態の実施例について説明する。
（実施例１）
　表１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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　実施例１においては、空間光変調器２０（空間光変調ユニット）として、Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｏｎ　Ｓｉｌｉｃｏｎ（ＬＣＯＳ）素子を選択した。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、空間光変調器２０のＬＣＯＳ素子の平面中心、かつ、ＬＣＯＳ素子のカバーガラスと空気との界面とした。原点と反射体３０の球の中心を結んだ直線の、空間光変調器２０を設置した平面２１への射影をｘ軸とした。ｚ軸は、空間光変調器２０を設置した平面２１の法線ベクトルと平行とした。ｙ軸は、ｘ軸、ｚ軸と垂直、かつ右手系で定義した。座標系の単位はｍｍとした。球面鏡である反射体３０の材質はポリカーボネートとした。反射体３０の表面である反射面３１上には、透明層３２として、ポリカーボネートで内面の直径１０．２ｍｍ、外面の直径１２ｍｍの球殻を作製した。この球殻の内面（反射面３１）に金属めっきを施した。なお、この球殻の内面の中心と外面の中心は実質的に同一とした。この球殻を、中心位置の座標が（１２．９，０，８０）となるように設置した。
　また、空間光変調器２０と透明層３２を結ぶ光路上に、光学要素１５として、ポリカーボネート製のメニスカスレンズを配置した。このメニスカスレンズの直径は６ｍｍ、各面の曲率半径は、凸面が１９．５ｍｍ、凹面が４０ｍｍとした。メニスカスレンズの光軸上の厚みは２．５ｍｍとした。メニスカスレンズの主軸（光軸）をｚ軸と平行にし、凹面を空間光変調器２０側へ向け、主軸と凸面の交点が（２．６，０，１４．５）となるよう設置した。
　光源１１からの出射光Ｌ１０の波長は９０５ｎｍとした。この出射光Ｌ１０は、コリメート光学系１３によってコリメート光とされ、平面ミラー１４によって反射されて空間光変調器２０へ入射する。よって、空間光変調器２０のＬＣＯＳへの入射時には実質的に平行であり、半径１．６ｍｍのガウスビームとして入射する。光源１１からの出射光Ｌ１０が空間光変調器２０へ入射するときのベクトルは、（０．１７４，０，－０．９８５）とした。空間光変調器２０から出射される変調光（図２に例示する変調光Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３）は、透明層３２の表面３３に入射する際に屈折し、反射面３１で反射した後に表面３３から出射する際にも屈折する。
　次に、表１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。
　このシミュレーションは、光源１１からの出射光Ｌ１０を複数のビームレットに分割して、幾何光学的な作用で、空間光変調器２０としてのＬＣＯＳによる光線の操作を表した。実施例１における空間光変調器２０による光線の操作は、空間光変調器２０上で周期的に位相に変調を与え、特定の位置における等位相面を操作することによって行う。これは、回折格子やレンズが光線に与える影響と同様である。この背景から、ＬＣＯＳによる光線操作の結果は、回折格子と同様に平行な光線を全て実質的に同一の方向へ曲げる効果と、レンズによる集束又は発散の効果との和へ分解することができる。この回折格子に類似する効果を、ビームレットとＬＣＯＳの交点を通り、方向ベクトルを指定した直線を軸とした回転操作で表し、各交点における補正量を、主軸とレンズ面の交点が（０，０，０）にある、材質がＢＫ７（光学ガラスの一般名称）相当である仮想レンズの曲率半径により表した。
　その代表として、以下に挙げた点へ入射したビームレットを抽出した。すなわち、前記点は、ＬＣＯＳ上にある（０．８，０，０）、（－０．４，０．６９３，　０）、（－０．４，－０．６９３，０）、（１．６，０，０）、（０．８，１．３８６，０）、（－０．８，１．３８６，０）、（－１．６，０，０）、（－０．８，－１．３８６，０）、（０．８，－１．３８６，０）の９点である。これらの点を通過し、かつ対象物へ放射されたたビームレットのベクトルを、（０，０，０）を通過したビームレットのそれと比較して広がり角度を計算した。
　これらの結果を表１にまとめた。実施例１の光学系においては、ｘｙ平面方向への放射角度範囲が最大約１６３°、ｘｚ平面方向への放射角度範囲が５５°となった。放射されたビームの広がりは、各ビームレットへ同じ角度で回転操作を施した場合で最大１．９°であったものが、仮想レンズを介した場合で最大１°程度まで減少した。この角度の広がりは、１００ｍの距離で約２ｍの直径の円内を照射することに相当する。さらにこの照射される円の直径を縮小するには、ＬＣＯＳの原点に固定している仮想レンズの中心を、各ビームレットに対して最適化するよう動かした上で曲率半径の最適化を行えばよい。
（実施例２）
　表２と表３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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　実施例２においては、空間光変調器２０（空間光変調ユニット）として、Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｏｎ　Ｓｉｌｉｃｏｎ（ＬＣＯＳ）素子を選択した。座標系の定義は実施例１に準じた。内面の直径８ｍｍ、外面の直径１０ｍｍのポリカーボネート製の球殻の内面に金属めっきを施したものを準備した。なおこの球殻の内面の中心と外面の中心は実質的に同一とした。この球殻を、中心位置の座標が（１０．６，０，６０）となるように設置した。
　空間光変調器２０と透明層３２を結ぶ光路上に、光学要素１５として、ポリカーボネート製のメニスカスレンズを配置した。このメニスカスレンズの直径は８ｍｍ、各面の曲率半径は、凸面が２０ｍｍ、凹面が２７ｍｍとした。メニスカスレンズの光軸上の厚みは２．５ｍｍとした。メニスカスレンズの主軸（光軸）をｚ軸と平行にし、凹面をＬＣＯＳ側へ向け、主軸と凸面の交点が（３．２，０，１６．５）となるよう設置した。
　光源１１からの出射光Ｌ１０の波長は９０５ｎｍとした。この出射光は、実施例１と同様に、ＬＣＯＳへの入射時には実質的に平行である、半径１．６ｍｍのガウスビームとした。光の入射時のベクトルは、（０．１７４，０，－０．９８５）とした。
　表２と表３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。
　このシミュレーションにおいても、実施例１と同様に、光源１１からの出射光Ｌ１０を複数のビームレットに分割して、幾何光学的な作用でＬＣＯＳによる光線の操作を表した。シミュレーションの手順は実施例１に準じた。目標とするビーム形状とするために、各ビームレットに対して独立に付加する補正の量は、主軸とレンズ面の交点が（０，０，０）にある、材質がＢＫ７相当である仮想レンズの曲率半径により表した。
　その代表として以下に挙げた点へ入射したビームレットを抽出した。これらは、ＬＣＯＳ上にある（０．４７１，０，０）、（－０．２３５，０．４０８，　０）、（－０．２３５，－０．４０８，０）、（０．８５８，０，０）、（０．４２９，０．７４３，０）、（－０．４２９，０．７４３，０）、（－０．８５８，　０，　０）、（－０．４２９，－０．７４３，０）、（０．４２９，－０．７４３，０）の９点を通過するビームとした。本シミュレーションでは、空間へ放射されるビームを、２０°の広がり角度で、かつ、照射範囲内の照度分布が均一に近くなるようにした。
　そのために、（０．４７１，０，０）、（－０．２３５，０．４０８，　０）、（－０．２３５，－０．４０８，０）の３点を通過したビームレットは、空間へ放射された時点で、（０，　０，　０）を通過したビームレットとなす角度が７．７°となるようにした（表２）。また、（０．８５８，０，０）、（０．４２９，０．７４３，０）、（－０．４２９，０．７４３，０）、（－０．８５８，　０，　０）、（－０．４２９，－０．７４３，０）、（０．４２９，－０．７４３，０）の６点を通過したビームレットは、空間へ放射された時点で、（０，　０，　０）を通過したビームレットとなす角度が９．８°となるようにした（表３）。
　表２と表３に示すように、実施例２の光学系においては、ｘｙ平面方向への放射角度範囲が最大約１１２°、ｘｚ平面方向への放射角度範囲が３３°となった。放射されたビームの目標値との誤差、補正に用いた仮想レンズの曲率半径を表２にまとめた。誤差は、仮想レンズを介した場合で最大０．３°程度まで減少した。この誤差を小さくするには、ＬＣＯＳの原点に固定している仮想レンズの中心を、各ビームレットに対して最適化するよう動かした上で曲率半径の最適化を行えばよい。
（比較例）
　表４は、比較例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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　比較例においても、空間光変調器２０（空間光変調ユニット）として、Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｏｎ　Ｓｉｌｉｃｏｎ（ＬＯＣＳ）素子を選択した。座標系の定義は実施例１に準じた。直径１２ｍｍの球の表面に金属めっきを施したものを準備した。球の表面上に透明層３２（球殻）を設けていない点で実施例１・実施例２と異なる。そして、この球を、中心位置の座標が（１３．２，０，８１）となるように設置した。
　実施例１・実施例２と同様に、空間光変調器２０と透明層３２を結ぶ光路上に、光学要素１５として、ポリカーボネート製のメニスカスレンズを配置した。メニスカスレンズの直径は６ｍｍ、各面の曲率半径は、凸面が１９ｍｍ、凹面が４１ｍｍとした。メニスカスレンズの光軸上の厚みは２．５ｍｍとした。メニスカスレンズの主軸（光軸）をｚ軸と平行に、レンズの凹面をＬＣＯＳ側へ向け、レンズの主軸と凸面の交点が（３．２，０，１８）となるよう設置した。
　光源１１からの出射光Ｌ１０の波長は９０５ｎｍとした。光は、ＬＣＯＳへの入射時には実質的に平行である、半径１．６ｍｍのガウスビームとした。光の入射時のベクトルは、（０．１７４，０，－０．９８５）とした。
　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。
　シミュレーション及び補正の方法は実施例１に準じた。代表として以下に挙げた点へ入射したビームレットを抽出した。これらは、ＬＣＯＳ上にある（０．８，０，０）、（－０．４，０．６９３，０）、（－０．４，－０．６９３，０）、（１．６，０，０）、（０．８，１．３８６，０）、（－０．８，１．３８６，０）、（－１．６，０，０）、（－０．８，－１．３８６，０）、（０．８，－１．３８６，０）の９点を通過するビームとした。これらの点を通過し、かつ対象物へ放射されたたビームレットのベクトルを、（０，０，０）を通過したビームレットのそれと比較して広がり角度を計算した。
　表４に示すように、比較例の光学系においては、ｘｙ平面方向への放射角度範囲が最大約１５９°、ｘｚ平面方向への放射角度範囲が５０°と、実施例１よりわずかに狭い範囲となった。放射されたビームの広がりは、各ビームレットへ同じ角度で回転操作を施した場合で最大３．４°と実施例１より大きくなった。仮想レンズを介して、実施例１と同じ角度分解能で補正を施した場合でも最大１．８°程度までしか広がり角度は減少しなかった。
　＜第２実施形態＞
　図３は、第２実施形態に係る光放射装置の構成を示す図である。第２実施形態においては、第１実施形態における光学要素１５に代えて、１枚以上の鏡を含む光学要素を用いている。その他の構成は第１実施形態と同様であって、同じ部材については同じ参照符号を使用する。
　第２実施形態に係る光放射装置においても、第１実施形態と同様に、光源１１からの出射光Ｌ２０はコリメート光学系１３でコリメート光とされ、平面ミラー１４で反射されて空間光変調器２０へ入射する。さらに、空間光変調器２０から出射される変調光（図３に例示する変調光Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３）は、光学要素としての凸面鏡１６と凹面鏡１７でそれぞれ反射されて透明層３２へ入射する。この変調光は、透明層３２の表面３３に入射する際に屈折し、反射面３１で反射した後に表面３３から出射する際にも屈折する。
　空間光変調器２０と反射体３０の透明層３２とを結ぶ光路上には、例えば次の（Ａ）、（Ｂ）のような、１枚以上の鏡を含む光学要素が配置されている。この光学要素による作用・効果は第１実施形態における光学要素と同様である。
（Ａ）空間光変調器２０と透明層３２を結ぶ光路上に配置された、１枚以上の凹面鏡と１枚以上の凸面鏡の球面鏡との組み合わせからなる光学要素：
　この光学要素における、１枚以の凹面鏡と１枚以上の凸面鏡の球面鏡については、それぞれの光軸が空間光変調器２０と透明層３２を結ぶ光路上にあることが好ましい。図３に示す例では、反射体３０側に配置された１枚の凹面鏡１７と、空間光変調器２０側に配置された１枚の凸面鏡１６とを組み合わせた場合の構成を示している。この構成によれば、空間光変調器２０から透明層３２までの光路長を変えることなく、空間光変調器２０と反射体３０の距離を短くすることができるため、光放射装置のサイズを小さく抑えることが可能となる。
（Ｂ）空間光変調器２０と透明層３２を結ぶ光路上に配置された、球面レンズと球面鏡の組み合わせからなる光学要素：
　この光学要素における球面レンズと球面鏡は、その焦点距離の正負が互いに異なるような形状とされている。この光学要素の、球面レンズと球面鏡の組み合わせについては、それぞれの光軸が空間光変調器２０と透明層３２を結ぶ光路上にあることが好ましい。
　なお、その他の作用、効果、変形例は第１実施形態と同様である。
　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において、高い信頼性を確保しつつ、広い角度範囲に精度良く光を放射することができる点で有用である。
　１１　　光源
　１２　　変調光制御部
　１３　　コリメート光学系
　１４　　平面ミラー
　１５　　光学要素
　１６　　凸面鏡（光学要素）
　１７　　凹面鏡（光学要素）
　２０　　空間光変調器（空間光変調ユニット）
　２１　　平面
　３０　　反射体
　３１　　反射面
　３２　　透明層
　３３　　表面
　４１　　受光部
　４２　　物体情報検知部
　Ｌ１０、Ｌ２０　出射光
　Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３　変調光
　Ｓ　　　対象物

Claims (10)

  1. 　コヒーレント光を出射するコヒーレント光源と、
    　前記コヒーレント光源から入射した光を変調し、変調光を所定の方向へ出射する空間光変調ユニットと、
    　球面の少なくとも一部である反射面を有する反射体と
    を備えた光放射装置であって、
    　前記反射体には、前記反射面を覆う透明層が積層され、
    　前記透明層の表面が球面の少なくとも一部で構成され、
    　前記空間光変調ユニットから前記透明層へ入射した光が前記反射面で反射されて外部へ放射されることを特徴とする光放射装置。
  2. 　前記反射面を構成する球面と、前記透明層の表面を構成する球面は、それぞれの中心位置が互いに実質的に同一である請求項１に記載の光放射装置。
  3. 　前記空間光変調ユニットと前記透明層を結ぶ光路上に、１枚以上の凹レンズ、１枚以上の凸レンズ、又は、これらの組み合わせからなる光学要素が配置され、前記凹レンズの凹面と前記凸レンズの凸面はそれぞれ球面である請求項１又は請求項２に記載の光放射装置。
  4. 　前記空間光変調ユニットと前記透明層を結ぶ光路上に、１枚以上のメニスカスレンズが配置され、前記メニスカスレンズは、凸面と凹面の両方が球面である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光放射装置。
  5. 　前記空間光変調ユニットと前記透明層を結ぶ光路上に、１枚以上の凹面鏡と１枚以上の凸面鏡の球面鏡との組み合わせからなる光学要素が配置されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光放射装置。
  6. 　前記空間光変調ユニットと前記透明層を結ぶ光路上に、球面レンズと球面鏡の組み合わせからなる光学要素が配置され、前記球面レンズと前記球面鏡の焦点距離の正負が互いに異なる請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光放射装置。
  7. 　前記空間光変調ユニットからの出射光を調整することによって、前記光放射装置からの放射光が等しい距離かつ異なる角度へ投映されたときの投影面積の差を低減させる請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光放射装置。
  8. 　前記空間光変調ユニットは、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７のいずれか１項に記載の光放射装置。
  9. 　前記空間光変調ユニットは、複数の可動鏡を含む微小電気機械システムである請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光放射装置。
  10. 　請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の光放射装置を備え、前記反射面からの反射光が対象物に照射される物体情報検知装置であって、
    　前記対象物からの反射光を受光する受光部と、
    　前記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。
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