(57)【要約】【課題】光源から照射された光を複数の方向に向けて選択的に出射する照射装置においてメカニカル部品を削減する。【解決手段】光源４からの光を複数の光出射口から選択的に出射する照射装置１は、光の状態に応じて複数の光出射口のいずれかから光を出射させる一または複数の第１光学素子６と、光の状態を制御する一または複数の第２光学素子５と、を備え、一または複数の第２光学素子は、一または複数の第１光学素子の夫々に入射する光の状態を制御可能なように、光源から光出射口までの経路上に配置されることにより、上記課題の解決を図る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を複数の光出射口から選択的に出射する照射装置であって、
前記光の状態に応じて前記複数の光出射口のいずれかから前記光を出射させる一または複数の第１光学素子と、
前記光の状態を制御する一または複数の第２光学素子と、を備え、
前記一または複数の第２光学素子は、前記一または複数の第１光学素子の夫々に入射する光の状態を制御可能なように、前記光源から前記光出射口までの経路上に配置されていることを特徴とする照射装置。
【請求項２】
前記第１光学素子は、入射口と、内部出射口と、外部出射口とを備え、前記入射口から入射された光の状態に応じて前記外部出射口および前記内部出射口のいずれかから前記入射された光を出射することを特徴とする請求項１に記載の照射装置。
【請求項３】
前記光の状態は光の偏光であり、
前記第２光学素子は、前記光の状態をＰ偏光とＳ偏光とに選択的に変化させる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の照射装置。
【請求項４】
前記照射装置は、前記第１光学素子に入射する光の状態を変化させるように前記第２光学素子を制御する制御部を更に備えることを特徴とする請求項１から３いずれか一項に記載の照射装置。
【請求項５】
前記光出射口から出射された光の反射光を検出し、受光位置と反射光の到来方向とが関連付けられたアレイ状の受光素子をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から照射された光を複数の方向に向けて選択的に出射する照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠距離にある対象までの距離を測定する技術の一つに、Light Detection and Ranging（LｉＤＡＲ）技術があり、それを実現する装置としてレーザレーダ装置がある。レーザレーダ装置は、対象物に向かってレーザ光を出射するレーザ光源を含む投光光学系と、対象物に当たって反射したレーザ光の反射光を受光する受光光学系を含む（例えば、特許文献１）。
【０００３】
投光光学系は、レーザーダイオードとコリメーターから構成されており、受光光学系は、受光レンズ（またはミラー）とフォトダイオードなどの光検出素子から構成されている。投光系と受光系との間には、ポリゴンミラーが配置され、ポリゴンミラーの回転によって、投光系から出射された光束を回転する反射面で走査して、対象物に照射し、反射する光を反射面で反射して受光系で受光することができる。
【０００４】
レーザを用いた測定技術として、その他にも、例えば、特許文献２、特許文献３及び特許文献４がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１１５１８２号公報
【特許文献２】特開２０１７−１５０９０２号公報
【特許文献３】特開平１０−１９７５６９号公報
【特許文献４】特開２０１６−２００４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のＬｉＤＡＲ技術を用いたレーザレーダ装置は、メカニカル部品を駆動させることでレーザ光を複数の方向に向けて選択的に出射している。このようなレーザレーダ装置を車両等の移動体に搭載する場合、走行時等の振動で内部の機構に共振や破損が生じないようにメカニカル部品に十分な対策が必要とされる。このため、メカニカル部品を削減したいという要望がある。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題としては、光源から照射された光を複数の方向に向けて選択的に出射する照射装置においてメカニカル部品を削減することが一例として挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、光源からの光を複数の光出射口から選択的に出射する照射装置であって、前記光の状態に応じて前記複数の光出射口のいずれかから前記光を出射させる一または複数の第１光学素子と、前記光の状態を制御する一または複数の第２光学素子と、を備え、前記一または複数の第２光学素子は、前記一または複数の第１光学素子の夫々に入射する光の状態を制御可能なように、前記光源から前記光出射口までの経路上に配置されていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例におけるレーザレーダ装置を示す図
【図２】本実施例における光源システムを示す図
【図３】本実施例における制御装置による光走査の制御方法を説明するための図
【図４】本実施例における制御装置による偏光切替素子５への電圧のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを説明する図
【図５】本実施例における受光素子と戻り光レーザビームを説明する図
【図６】本実施例におけるレーザレーダ装置による目標物の方位の検出について説明するための図
【図７】本実施例におけるレーザレーダ装置を用いた光検出システムを示す図
【図８】本実施例におけるレーザレーダ装置にライトフィールドカメラを適用した場合の例を示す図
【図９】本実施例における出射楕円ビームの一部分を欠損させて、受光素子にて戻り光の角度情報を検出する方法を説明する図
【図１０】本発明の一実施例におけるレーザレーダ装置の他の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態にかかる照射装置を説明する。本発明の一実施形態にかかる、光源からの光を複数の光出射口から選択的に出射する照射装置は、一または複数の第１光学素子と、一または複数の第２光学素子を含む。
【００１１】
第１光学素子は、光の状態に応じて前記複数の光出射口のいずれかから前記光を出射させる。第２光学素子は光の状態を制御する。
【００１２】
一または複数の第２光学素子は、一または複数の第１光学素子の夫々に入射する光の状態を制御可能なように、光源から光出射口までの経路上に配置されている。
【００１３】
このように構成することにより、出射されるビームを、電子的制御により走査することができる。
【００１４】
また、光の状態は光の偏光であり、第２光学素子は、光の状態をＰ偏光とＳ偏光とに選択的に変化させることができる。このように構成することにより、外部へ出射する出射口を選択的に調整することができる。
【００１５】
照射装置は、さらに、制御部を含む。制御部は、光経路に基づいて外部へ光を出射する第１出射口が、前段側の第１光学素子の第１出射口から後段側の第１光学素子の第１出射口へ順次切り替えるように、第２光学素子のそれぞれを制御する。このように構成することにより、外部へ光を出射する第１光学素子を順次切り替えて、光を走査することができる。
【００１６】
このように構成することにより、出射されるビームを、電子的制御により走査することができる。
【実施例】
【００１７】
本発明の一実施例にかかる照射装置を図１〜図１０を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例におけるレーザレーダ装置を示す図である。照射装置としてのレーザレーダ装置１は、受光素子２、集光レンズ３、光源システム４、偏光切替素子５（５ａ，５ｂ）、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）６（６ａ，６ｂ）、ミラー７、制御装置８を含む。
【００１８】
光源システム４は、例えば、レーザ照射装置（光源）、コリメートレンズ及びシリンドリカルレンズを含むシステムである。なお、本実施例では、光源システム４からはＰ偏光の光が照射されるように調整されている。
【００１９】
第２光学素子としての偏光切替素子５（５ａ，５ｂ）は、光源から照射された光の状態を変化させる素子であり、例えば、光の偏光方向をＰ偏光またはＳ偏光に偏光する。Ｐ偏光は、入射面（入射面は、界面の法線ベクトルと入射光の波動ベクトルを含む面）内で電界が振動する偏光である。Ｓ偏光は、入射面に垂直に電界が振動する偏光である。偏光切替素子５の一例としては、例えば、電気光学素子や液晶材料を用いた液晶デバイス等が挙げられる。電気光学素子の一例としては、ＬｉＮｂＯ３が挙げられる。
【００２０】
偏光切替素子５が電気光学素子である場合、電気光学素子に半波長電圧を印加した状態で（半波長電圧ＯＮ）、電気光学素子に光が入射すると、偏光状態が変化した光が出射される。電気光学素子に半波長電圧を印加しないで（半波長電圧ＯＦＦ）、電気光学素子に光が入射すると、光はそのまま電気光学素子を素通りし（光の偏光状態に変化はなし）、出射される。
【００２１】
例えば、電気光学素子に半波長電圧を印加した状態で（半波長電圧ＯＮ）、電気光学素子にＰ偏光の光が入射すると、Ｓ偏光に変化した光が出射される。また、電気光学素子に半波長電圧を印加した状態で（半波長電圧ＯＮ）、電気光学素子にＳ偏光の光が入射すると、Ｐ偏光に変化した光が出射される。
【００２２】
一方、電気光学素子に半波長電圧を印加しないで（半波長電圧ＯＦＦ）、電気光学素子に光が入射すると、光はそのまま電気光学素子を素通りし（光の偏光状態に変化はなし）、出射される。
【００２３】
液晶デバイスは、例えば、液晶材料を両側から配向膜、透明電極、及びガラス基板で挟んだデバイスである。配向膜は、一定方向に微細な溝がある板であり、２つの配向膜の溝の向きが９０度異なるように、液晶材料を挟んだ２つの配向膜は配置される。
【００２４】
偏光切替素子５が液晶デバイスである場合、液晶デバイスに電圧を印加せずに（電圧ＯＮ）、液晶デバイスに光が入射すると、９０度偏光した光が出射されるが、液晶デバイスに電圧を印加した状態で（電圧ＯＮ）、液晶デバイスに光が入射すると、光はそのまま電気光学素子を素通りし（光の偏光状態に変化はなし）、出射される。
【００２５】
例えば、液晶デバイスに電圧を印加した状態で（電圧ＯＮ）、液晶デバイスに光が入射すると、光はそのまま電気光学素子を素通りし（光の偏光状態に変化はなし）、出射される。一方、液晶デバイスに電圧を印加しない状態で（電圧ＯＦＦ）、液晶デバイスにＳ偏光の光が入射すると、Ｐ偏光に変化した光が出射される。また、液晶デバイスに電圧を印加しない状態で（電圧ＯＦＦ）、液晶デバイスにＰ偏光の光が入射すると、Ｓ偏光に変化した光が出射される。
【００２６】
第１光学素子としてのＰＢＳ６（６ａ，６ｂ）は、入射した光を、その光の偏光状態によって透過させたり、反射させたりする光学素子である。ミラー７は、入射した光を反射する光学素子である。本実施例では、一例として、ＰＢＳ６は、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射するように調整しているが、仕様によってはＳ偏光の光を透過し、Ｐ偏光の光を反射するように調整してもよい。
【００２７】
ＰＢＳ６またはミラー７から外部（図１の上側）へ出射された光は、図１の紙面奥方向に楕円形状のレーザビームとして符号９ａ，９ｂ，９ｃの順に目標物に向けて出射される。制御装置８は、偏光切替素子５（５ａ，５ｂ）に対する電圧の印加状態を制御する。
【００２８】
集光レンズ３は、光源システム４から照射された光が偏光切替素子５、ＰＢＳ６、（さらにはミラー７）を介して、外部へ出射されて目標物に当たって跳ね返ってきた光（戻り光）を集光する光学素子である。
【００２９】
受光素子２は、集光レンズ３により集光された戻り光の明暗を電気信号に変換する電子素子がアレイ状に配列されたデバイスであり、例えば、charge-coupled device(ＣＣＤ)である。
【００３０】
図１に示すように、出射光の光路上に、光源からシリンドリカルレンズ、偏光切替素子５、ＰＢＳ６群の順に配置する。また、それぞれのＰＢＳ６間には偏光切替素子５が配置される。また、偏光切替素子５とＰＢＳ６との組み合わせは、縦方向に連続して配置される。
【００３１】
光源から出射された出射光は、図２で説明するようにシリンドリカルレンズにより楕円ビームに変換される。時刻ｔ１において、楕円ビームに変換された出射光を偏光切替素子５ａにより偏光方向をＰ偏光に偏光する。Ｐ偏光となった楕円ビームは、ＰＢＳ６ａを通過し、外部に出射される。
【００３２】
次に、所定時間後の時刻ｔ２において、楕円ビームに変換された出射光を偏光切替素子５ａにより偏光方向をＳ偏光に偏光する。Ｓ偏光となった楕円ビームはＰＢＳ６ａにより反射され、ＰＢＳ６ｂに導光される。
【００３３】
ＰＢＳ６ｂに導光された楕円ビームは、Ｓ偏光を持つため、反射され、外部の物体に照射される。
【００３４】
また、受光素子２は、アレイ状になっており、受光位置と反射光の到来方向とが予め関連付けられているため、楕円ビームのうち外部の物体により反射された部分を受光することで、その外部の物体の存在する方向を特定することができる。また、出射から受光までの時間差により外部の物体までの距離を特定することができる。
【００３５】
このように、楕円ビームにより横方向を走査することができると共に、所定時間間隔で、楕円ビームの偏光方向を制御し、通過／反射する偏光ＰＢＳを切り替えることで縦方向を走査することができる。
【００３６】
図２は、本実施例における光源システムを示す図である。図２において、光源システム４は、光源１１とシリンドリカルレンズ１２を含む。コリメートレンズについては説明の便宜上省略する。
【００３７】
図２に示す通り、本実施例では光源１１より照射された光を、シリンドリカルレンズ１２を用いて横方向に楕円光１３にする。
【００３８】
使用可能なレーザ光の強度とどれくらいの大きさの目標物を認識する必要があるかに応じて適宜設計することになるが、例えば水平画角で言えば、楕円ビームによる横方向の有効範囲（画角）は約６０度で設計してもよい。仮に、横方向の範囲（画角）が６０度で足りない場合には本実施例にかかるレーザレーダ装置１を複数用意してもよい。
【００３９】
尚、図２ではシリンドリカルレンズを用いることで楕円ビームを生成しているが、横方向に多数のレーザを出射可能なアレイレーザを用いてもよい。また、一つのレーザをコリメートビームしたものをスキャンしてもよい。
【００４０】
図３は、本実施例における制御装置による光走査の制御方法を説明するための図である。図３では、説明の便宜上、一例として、偏光切替素子５ａ，５ｂを電気光学素子５ａ’，５ｂ’として説明する。また、本実施例では、ＰＢＳ６は、Ｐ偏光の光を通過させ、Ｓ偏光の光を反射させるように調整されている。ここで、ＰＢＳは、入射口６１、内部出射口６２、外部出射口６３を備えている。
【００４１】
まず、制御装置８は、時刻ｔ１において、図３（ａ）に示すように、電気光学素子５ａ’へ半波長電圧を印加せず（電圧ＯＦＦ）、電気光学素子５ｂ’へ半波長電圧を印加しない（電圧ＯＦＦ）ように調整する。この場合、光源システム４から照射されたＰ偏光の光は、電気光学素子５ａ’をそのまま通過し（偏光状態に変化なし）、ＰＢＳ６ａの入射口６１ａに入射する。ＰＢＳ６ａに入射した光は、Ｐ偏光のまま、外部出射口６３ａから外部へ出射される。
【００４２】
次に、制御装置８は、時刻ｔ２において、図３（ｂ）に示すように、電気光学素子５ａ’へ半波長電圧を印加し（電圧ＯＮ）、電気光学素子５ｂ’へ半波長電圧を印加しない（電圧ＯＦＦ）ように調整する。光源システム４から照射されたＰ偏光の光は、電気光学素子５ａ’に入射すると、Ｓ偏光に変化して出射され、ＰＢＳ６ａの入射口６１ａに入射する。ＰＢＳ６ａに入射したＳ偏光の光は、ＰＢＳ６ａで反射され、ＰＢＳ６ａの内部出射口６２ａから電気光学素子５ｂ’に入射する。電気光学素子５ｂ’に入射したＳ偏光の光は、電気光学素子５ｂ’をそのまま通過し（偏光状態に変化なし）、ＰＢＳ６ｂの入射口６１ｂに入射する。ＰＢＳ６ｂに入射したＳ偏光の光は、ＰＢＳ６ｂで反射され、外部出射口６３ｂから外部に出射される。
【００４３】
次に、制御装置８は、時刻ｔ３において、図３（ｃ）に示すように、電気光学素子５ａ’へ半波長電圧を印加し（電圧ＯＮ）、電気光学素子５ｂ’へ半波長電圧を印加する（電圧ＯＮ）ように調整する。光源システム４から照射されたＰ偏光の光は、電気光学素子５ａ’に入射すると、Ｓ偏光に変化して出射され、ＰＢＳ６ａの入射口６１ａに入射する。ＰＢＳ６ａに入射したＳ偏光の光は、ＰＢＳ６ａで反射され、ＰＢＳ６ａの内部出射口６２ａから電気光学素子５ｂ’に入射する。電気光学素子５ｂ’に入射したＳ偏光の光は、Ｐ偏光に変化して電気光学素子５ｂ’から出射され、ＰＢＳ６ｂの入射口６１ｂに入射する。ＰＢＳ６ｂに入射したＳ偏光の光は、ＰＢＳ６ｂの内部出射口６２ｂをそのまま通過し、ミラー７で反射され、外部に出射される。
【００４４】
図４は、本実施例における制御装置による偏光切替素子５への電圧のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを説明する図である。図４（ａ）は、偏光切替素子５が電気光学素子の場合の電圧のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを説明する図である。
【００４５】
時刻ｔ１のときに、制御装置８は、電気光学素子５ａ’の電圧をＯＦＦ、電気光学素子５ｂ’の電圧をＯＦＦに制御し、光源システム４から照射された光は、図３（ａ）で説明したようにＰＢＳ６ａから外部へ出射される（レーザ出射９ａ）。
【００４６】
時刻ｔ２のときに、制御装置８は、電気光学素子５ａ’の電圧をＯＮ、電気光学素子５ｂ’の電圧をＯＦＦに制御し、光源システム４から照射された光は、図３（ｂ）で説明したようにＰＢＳ６ｂから外部へ出射される（レーザ出射９ｂ）。
【００４７】
時刻ｔ３のときに、制御装置８は、電気光学素子５ａ’の電圧をＯＮ、電気光学素子５ｂ’の電圧をＯＮに制御し、光源システム４から照射された光は、図３（ｃ）で説明したようにミラー７から外部へ出射される（レーザ出射９ｃ）。
【００４８】
図４（ｂ）は、偏光切替素子５が液晶デバイスの場合の電圧のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを説明する図である。以下では、偏光切替素子５ａとしての液晶デバイスを符号５ａ”で表し、偏光切替素子５ｂとしての液晶デバイスを符号５ｂ”で表す。上述した通り、本実施例では、ＰＢＳ６は、Ｐ偏光の光を通過させ、Ｓ偏光の光を反射させるように調整されている。
【００４９】
時刻ｔ１のときに、制御装置８は、液晶デバイス５ａ”の電圧をＯＮ、液晶デバイス５ｂ”の電圧をＯＮに制御し、光源システム４から照射された光は、図３（ａ）の経路でＰＢＳ６ａから外部へ出射される（レーザ出射９ａ）。
【００５０】
時刻ｔ２のときに、制御装置８は、液晶デバイス５ａ”の電圧をＯＦＦ、液晶デバイス５ｂ”の電圧をＯＮに制御し、光源システム４から照射された光は、図３（ｂ）の経路でＰＢＳ６ｂから外部へ出射される（レーザ出射９ｂ）。
【００５１】
時刻ｔ３のときに、制御装置８は、液晶デバイス５ａ”の電圧をＯＦＦ、液晶デバイス５ｂ”の電圧をＯＦＦに制御し、光源システム４から照射された光は、図３（ｃ）の経路でミラー７から外部へ出射される（レーザ出射９ｃ）。
【００５２】
なお、ＰＢＳ６について、Ｓ偏光の光を通過させ、Ｐ偏光の光を反射させるように調整した場合には、液晶デバイスを用いて、図４（ａ）のタイミングで電圧のＯＮ／ＯＦＦを制御してもよい。
【００５３】
このように、偏光切替素子５への電圧のＯＮ／ＯＦＦの切り替えで、順次楕円レーザビームを目標物に照射することができる。この方法を用いることにより、１つのレーザからスイッチングで隣り合ったいくつもの楕円レーザビームを作成することができる。
【００５４】
また、戻り光を複数の受光素子２で受けるように複数の偏光切替素子５へ印加する電圧を戻り光の到着に合わせて、制御装置８によりＯＮ／ＯＦＦするようにしてもよい。また、制御装置８は、戻り光の偏光の種類に応じて最適な印加電圧を加えてもよい。
【００５５】
図５は、本実施例における受光素子と戻り光レーザビームを説明する図である。受光素子２は、一例として、図５（ａ）ではインターライン型ＣＣＤイメージセンサ２０を示す。
【００５６】
インターライン型ＣＣＤイメージセンサ２０は、受光部としてのフォトダイオード２３と電荷転送部としての垂直転送ＣＣＤ２１を一列ごとに交互に配置し、垂直転送ＣＣＤ２１の各列の端部を水平転送ＣＣＤ２４の各素子に接続して全体として櫛形に配置した構造である。
【００５７】
垂直転送ＣＣＤ２１と水平転送用ＣＣＤ２４は、光電変換を行わないように遮光膜で覆ってある。また、各画素のフォトダイオードと画素に対応する垂直転送ＣＣＤ２１の各素子に間にはアナログスイッチとして働くトランスファゲート２２が置かれている。読み出しは一例として次のようにして行う。
【００５８】
まず、（i）トランスファゲート２２を閉じておく。次に、（ii）フォトダイオード２３を感光し、電荷を蓄積する。次に、（iii）トランスファゲート２２を開き、フォトダイオード２３から各垂直転送ＣＣＤ２１に電荷を一斉に転送する。その後、（iv）トランスファゲート２２を閉じる。
【００５９】
次に、（v）各垂直転送ＣＣＤ２１の電荷を１回分転送し、各垂直転送ＣＣＤ２１の列の端部にあたる画素の電荷を水平転送ＣＣＤ２４に移送する。（vi）水平転送ＣＣＤ２４に順次転送パルスを与えて、電荷−電圧変換を行うアンプ２５を介して全水平画素を出力する。
【００６０】
上記（v）に戻って垂直転送ＣＣＤ２１の全画素を読み出すまで繰り返す。これによりすべての全エリアの画素が順次走査されたことになる。
【００６１】
図５（ｂ）は、戻り光レーザビームを受光した場合の受光素子について説明するための図である。インターライン型ＣＣＤイメージセンサ２０は、戻り光２６の楕円ビームに含まれている目標物の情報を検出する。
【００６２】
図６は、本実施例におけるレーザレーダ装置による目標物の方位の検出について説明するための図である。上述の通り、各ＰＢＳ６またはミラー７より外部へレーザビームを出射することにより、レーザレーダ装置１は、三角プリズム３１の視野全体をレーザビームでスキャンすることができる。出射されたレーザから放射され、レーザビームで照明された目標物から反射された光を、集光レンズ３を介して、受光素子２により収集することができる。このとき、どのＰＢＳ６またはミラー７により出射、すなわち、どのタイミングｔ（図４）で出射された光の戻り光かを調べることによって、角度情報、例えば、検出された目標物の方位を判定することができる。
【００６３】
これにより、偏光切替素子５の光スイッチを順番に切り替えることにより、どの角度のレーザを出射しているかで角度情報、すなわち目標物の方位を判定することができる。
【００６４】
なお、上述の場合にはコリメート光を想定したので三角プリズム３１にしたが、発散光であれば三角プリズム３１の代わりにレンズを用いてもよい。また、偏光切替素子５を導波路タイプにしてもよい。
【００６５】
次に、戻り光が受光素子２に至るまでの流れを説明する。図７は、本実施例におけるレーザレーダ装置を用いた光検出システムの例を示す図である。光検出システムは、物体から反射された光を収集する能力を制限する種々の要素、例えば、ビームの広がり、大気による損失（吸収や散乱）、物体の反射率の欠如、光収集光学部品に関連する損失、検出器の効率、システムの光学部品上に溜まる光を通さない物質といった要素を許容する。
【００６６】
図７（ａ）は、本実施例における反射光の検出方法を示している。レーザアレイ４１は、図１のレーザレーダ装置１から、受光素子２及び集光レンズ３を除いたものに相当する。この例では、レーザアレイ４１はレンズ４５を通してビーム４２を送出し、ビーム４２は次に、目的物４４によって反射光４３として反射される。反射光４３はミラー４０によって収集され、反射され、受光素子２へ戻り光として導かれる。
【００６７】
図７（ａ）の例では、ミラー４０は、放物線反射器であり、その焦点は、受光素子２の活性領域の位置に調節されている。他のタイプの凹面反射器、例えば、楕円形や球面状などの反射器を使用することも可能である。ミラー４０は、広がった反射ビームからの反射光を収集するときや、検出を助けるためにその光を集束させるときに、特に有効である。
【００６８】
図７（ｂ）は、光検出器システムとともに使用可能なタイプの収集光学部品の例を示している。この収集器の主な構成要素は、最大限の許容角度を維持しつつ短い焦点距離を使用する、全反射（ＴＩＲ）レンズ５０である。光は、上面から上面に対して概ね垂直に入射し、内部反射され、拡大図５２に示すように伝送される。このように、レンズ５０の外側部分は、フレネルレンズに似ている。レンズ５０の中心部は通常、非球面である。中心部に非球面レンズを使用し、周辺部にＴＩＲ溝を使用することによって、一般にコンパクトな設計が可能となる。オプションの二次レンズ５１を使用して、受光素子２に対する光の集束率を更に向上させる場合もある。
【００６９】
加えて、出射（往き）で用いた偏光切替素子５の近傍に戻ってきた戻り光を効率的に受光素子２に導くために、偏光切替素子５による光スイッチの状態を次の光束に切り替えるまで、引き続きそのままの状態に保持してもよい。
【００７０】
さらに、戻り光の偏光状態に合わせて、受光素子２に戻り光が最大で到達するように、偏光切替素子５の印加電圧を制御してもよい。
【００７１】
次に、横方向に関する目標物の位置の特定について説明する。横方向に関する目標物の位置を特定する第１の例としては、図５のインターライン型ＣＣＤイメージセンサ２０と目標物との間にレンズを配置して、結像関係にすれば受光位置を特定することができる。
【００７２】
また、横方向に関する目標物の位置を特定する第２の例としては、ライトフィールドカメラを適用することが考えらえる。これについて図８を用いて説明する。
【００７３】
図８は、本実施例におけるレーザレーダ装置にライトフィールドカメラを適用した場合の例を示す図である。図８に示すように、インターライン型ＣＣＤイメージセンサ２０（図５）の前にアレイ状にしたマイクロレンズ６０を設置してライトフィールドカメラを構成してもよい。これにより、集光レンズ３で集光された戻り光（光束）は、マイクロレンズ６０で結像した後、分解されてインターライン型ＣＣＤイメージセンサ２０の各画素にて受光され、検出される。これにより、焦点深度を深くすることができる。
【００７４】
さらに、横方向に関する目標物の位置を特定する第３の例を図９を用いて説明する。図９は、本実施例における出射楕円ビームの一部分を欠損させて、受光素子にて戻り光の角度情報を検出する方法を説明する図である。図９（ａ）は、上面から見たビームスプリッタブロック７０の例を示す。この例では、ビームスプリッタブロック７０の２つの出射面の角は、ラウンドカットが施されている。
【００７５】
図９（ｂ）は、側面から見たビームスプリッタブロック７０の例を示す。図９（ｂ）では、ビームスプリッタによる光線の分割を説明する。ビームスプリッタ面７１は、誘電体多層膜でコーティングされている。通常の直線で示す矢印は、透過光の光路（光経路）を示す。破線で示す矢印は、反射光の光経路を示す。
【００７６】
図９（ａ）及び（ｂ）のような平行四辺形プリズムとしてのビームスプリッタブロック７０を楕円ビームの端に設置することにより、楕円ビームの端に不連続ポイントを作成する。その不連続ポイントは出射角度が何度であるか予め設計・測定しておき、基準とする。
【００７７】
このような状態で光源システム４より出射した光が目的物に当たって反射して、インターライン型ＣＣＤイメージセンサ２０で受光されると、図９（ｃ）に示すように、図９（ａ）及び（ｂ）のビームスプリッタブロック７０で欠損した部分７２が検出される。
【００７８】
このように、出射楕円ビームの一部分を欠損させて、その欠損部分の出射角度を予め設計・測定しておく。そして、戻り光を図９（ｃ）のインターライン型ＣＣＤイメージセンサ２０で受けたときに、欠損部分が出射角度何度かわかるので、それを基準に戻り楕円ビームの各部分の角度も計算できる。
【００７９】
図１０は、本発明の一実施例におけるレーザレーダ装置の他の例を示す図である。図１０のレーザレーダ装置１ａは、図１のレーザレーダ装置１に対して、偏光切替素子５とＢＰＳ６の組み合わせを縦方向に複数追加、すなわち一次元方向（ライン方向）へ延長したものである。これにより縦方向のスキャンの範囲を広げることができる。
【００８０】
本実施例にかかる偏光切替素子５とＢＰＳ６の複数の組み合わせを有する一次元情報に伸びたラインユニットを、２次元方向に配列してアレイ状にしてもよい。
【００８１】
なお、本実施例では横方向に関しては楕円ビームを出射することで対応したが、これに限定されず、例えば、ＫＴＮ光学素子を用いて横方向の出射方向を順次切り替えてもよい。また、音響光学効果を用いる音響光学素子、電気光学デバイスの屈折率変化を利用したＫＴＮスキャナー、レーザの波長変化とグレーティングとを組み合わせたスキャナー等を用いて、縦方向または横方向のスキャンを行ってもよい。
【００８２】
また、本実施例の光源システム４と偏光切替素子５ａとの間に１／４λ板を配置してもよい。この場合、１／４λ板を通過する光は円偏光となり、変更切替素子５ａ、５ｂに−１／４波長電圧または＋１／４波長電圧を加えることで偏光の方向を切り替えてもよい。
【００８３】
また、本実施例では光源システム４からＰ偏光の光を照射したが、これに限定されず、Ｓ偏光の光を照射してもよい。この場合、ＰＢＳは、Ｓ偏光の光を透過し、Ｐ偏光の光を反射するように調整する。また、本実施例では偏光切替素子として、電気光学素子または液晶デバイスを用いたが、これに限定されず、Ｐ偏光からＳ偏光へ、Ｓ偏光からＰ偏光へ切り替え可能な素子であればよい。
【００８４】
また、本実施例では、偏光切替素子５の光スイッチを順番に切り替える制御を説明したいが、光スイッチは任意の手順で切り換えることができる。これにより、複数個のＰＢＳ６のうち所望のＰＢＳ６から選択的にビームを出射させることができる。
【００８５】
本実施例によれば、出射されるビームを、電子的制御により複数の方向に向けて選択的に出射することができる。すなわち、本実施例では、メカニカル部品を駆動させずに、光の偏光状態を制御することでビームの出射方向を変化させている。
【００８６】
なお、本発明は、以上に述べた実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成または実施形態を取ることができる。
【符号の説明】
【００８７】
１，１ａ      レーザレーダ装置
２      受光素子
３      集光レンズ
４      光源システム
５，５ａ，５ｂ      偏光切替素子
６，６ａ，６ｂ      ＰＢＳ
７      ミラー
８      制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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