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公開番号2025051212
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-04
出願番号2023160216
出願日2023-09-25
発明の名称光走査装置および測距装置
出願人株式会社SCREENホールディングス
代理人個人,個人
主分類G01S 7/481 20060101AFI20250328BHJP(測定;試験)
要約【課題】物体に照射した光の反射光を検出して物体までの距離を光学的に計測する技術において、光源スペクトルの広がりに起因する分解能の低下を防止する。
【解決手段】本発明に係る光走査装置およびそれを含む測距装置は、垂直共振器型面発光レーザーをパルス光源として含む光源部と、回折角を電気的に変更可能な回折格子型の光学素子を含み、光源部から入射する入射光の出射方向を光学素子が経時的に変化させて、出射光を所定の走査方向に走査する走査部と、入射光または出射光の光路上に配置され、通過する光のスペクトル幅を制限するフィルタ部とを備える。
【選択図】図5

特許請求の範囲【請求項１】
垂直共振器型面発光レーザーをパルス光源として含む光源部と、
回折角を電気的に変更可能な回折格子型の光学素子を含み、前記光源部から入射する入射光の出射方向を前記光学素子が経時的に変化させて、出射光を所定の走査方向に走査する走査部と、
前記入射光または前記出射光の光路上に配置され、通過する光のスペクトル幅を制限するフィルタ部と
を備える、光走査装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記走査部は、前記出射光の出射方向を前記入射光の入射方向と平行な面内で変化させる、一次元光回折格子型の前記光学素子を有する、請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記光学素子は、前記入射光を反射する反射面がそれぞれに設けられ互いに独立して電気的に駆動される複数の可動リボンを有し、
前記可動リボンの各々は一の方向に延びる帯状で、かつ、複数の前記可動リボンは前記一の方向と直交する方向に一定間隔で配列される、請求項２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記光源部は、灯軸方向と直交する平面内において一の方向に長く前記一の方向と直交する方向に短い扁平な光強度分布を有する前記入射光を前記光学素子に入射させ、
前記走査部は、前記一の方向と平行な平面内で前記出射光の出射方向を変化させる、請求項１に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記光源部は、前記垂直共振器型面発光レーザーから出射される光を整形して前記光強度分布を有する光を生成するアナモルフィック光学系を有する、請求項４に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記走査部から出射される前記出射光の光路に、入射する光よりもスポットサイズが小さく、かつ該光の入射角より大きな出射角を有する光を出射するテレコンバーターを備える、請求項１に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記光源部が出射する光の中心波長をλ、前記テレコンバーターの倍率をＭ、必要とされる分解能を角度で表した値をΔθとするとき、前記光源部の発光面の物体高ｈが次式：
ｈ＜ｆ・Δθ／Ｍ
を満たすように、前記発光面のサイズが定められる、請求項６に記載の光走査装置。
【請求項８】
前記光源部が出射する光の中心波長をλ、前記走査部から出射される光の広がり角をＦＯＶ、必要とされる分解能を角度で表した値をΔθとするとき、
前記フィルタ部は、通過する光のスペクトル幅Δλが次式：
Δλ＜（Δθ・λ）／ＦＯＶ
を満たすように、前記スペクトル幅を制限する、請求項１に記載の光走査装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の光走査装置と、
前記光学素子を制御して光走査を行わせる走査制御部と、
物体に反射された反射光を受光する受光部と、
前記受光部が受光した前記反射光の情報に基づき前記物体までの距離を検出する距離検出部と
を備える、測距装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明は、物体に光を照射し、反射光を検出して物体までの距離を光学的に計測する測距装置およびそれを実現するための光走査装置に関するものである。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
物体との距離やその位置を検出するための技術として、物体に光を照射して物体からの反射光を受光し、その反射光の情報に基づいて物体までの距離や物体の形状などを光学的に計測する技術がある。例えばＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）と称される、レーザー光を用いた技術はその一例である。ＬｉＤＡＲ技術は、例えば自動車における障害物検知やロボット制御等への応用が期待される。
【０００３】
例えば特許文献１に記載の技術では、レーザー光源からの出射光の方向をＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems；微小電気機械システム）フェーズドアレイによって経時的に変化させることでレーザー光を走査するとともに、物体から反射されてくる光を受光することで、特定の方向における物体までの位置を検出する。ここで、ＭＥＭＳフェーズドアレイは、多数配列された微小な光学素子の集合体を回折格子として機能させるとともに、各素子を個別に駆動しその位置を調整することで、回折光の出射方向を電気的に制御可能とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特表２０２２－５４５５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような回折格子型の光学素子を用いて光走査を実現する場合、光のスペクトル幅が回折角に及ぼす影響が問題となり得る。すなわち、回折角の大きさは原理的に入射光の波長に依存するため、入射光のスペクトル幅が広いと対象物に照射される出射光の発散が大きくなってしまい、このことは検出における分解能の低下につながる。しかしながら、上記従来技術では、この問題に対する具体的な解決策については言及されておらず、この点において改良の余地が残されていると言える。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、物体に照射した光の反射光を検出して物体までの距離を光学的に計測する測距装置およびそれに適用可能な光走査装置において、光源スペクトルの広がりに起因する分解能の低下を防止することのできる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る光走査装置の一の態様は、垂直共振器型面発光レーザーを含む光源部と、回折角を電気的に変更可能な回折格子型の光学素子を含み、前記光学素子が前記光源から出射される光の方向を経時的に変化させることで前記光を走査する走査部と、前記光の光路上に配置され、該光のスペクトル幅を制限するフィルタ部とを備えている。
【０００８】
このように構成された発明では、光走査装置の光源として、垂直共振器型面発光レーザー（Vertical Cavity Surface Emitting Laser；以下「ＶＣＳＥＬ」と略称することがある）が用いられている。ＶＣＳＥＬは、デバイス基板面に対して垂直方向にレーザー光を出射するレーザー発光素子であり、複数の発光素子を互いに近接配置することが可能であることから、高出力で任意の形状の光出射面を有する面光源を実現することが可能である。このため、高出力と短いパルス幅との両立が求められる上記のような測距装置の光源として好適なものである。
【０００９】
またＶＣＳＥＬは、より一般的なレーザー発光源、例えばファブリ・ペロー型レーザーが代表的に１０ナノメートル程度のスペクトル幅を有するのに対して、これより狭い、例えば１ナノメートル程度のスペクトル幅を実現することが可能である。このため、回折角の波長依存性に起因する分解能の低下を抑制することができる。
【００１０】
後述するように、光源に求められるスペクトル幅の上限は、装置の仕様、具体的には必要とされる光の照射範囲（視野角）と分解能とによって規定される。本発明では、出射光の光路上にフィルタ部を配置することで、必要な視野角と分解能とを両立する狭帯域光を実現している。そのため、そのような狭いスペクトル幅がＶＣＳＥＬ単独で実現される必要はない。これにより、求められる仕様の実現がより容易となり、必要とされる狭帯域の光を確実に実現することができる。これにより、必要な視野角と分解能とを両立可能な光走査装置を構成することが可能である。
（【００１１】以降は省略されています）

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