(57)【要約】  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。
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【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許８，７６７，１９０号公報
【特許文献２】特開２００２−２８３０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。【０００６】
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。【０００７】
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。
【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、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。【０００９】
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。【００１０】
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。【００１１】
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。【００１２】
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。【００１３】
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。【００１４】
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。【００１５】
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。【００１６】
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。【００１７】
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。
【発明の効果】
【００１８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。【００２１】
＜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。【００２２】
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。【００２３】
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。【００２４】
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。【００２５】
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。【００２６】
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。【００２７】
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。【００２８】
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。【００２９】
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。【００３０】
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。【００３１】
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。【００３２】
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。【００３３】
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。【００３４】
＜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。【００３５】
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。【００３６】
（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。【００３７】
（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。【００３８】
＜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。【００３９】
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。【００４０】
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。【００４１】
【表１】
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【００４２】
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。【００４３】
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。【００４４】
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。【００４５】
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。【００４６】
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。【００４７】
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。【００４８】
（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。【００４９】
【表２】
2020022316.tif 000004
【００５０】
【表３】
2020022316.tif 000005
【００５１】
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。【００５２】
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。【００５３】
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。【００５４】
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。【００５５】
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。【００５６】
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）。【００５７】
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。【００５８】
（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。【００５９】
【表４】
2020022316.tif 000006
【００６０】
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。【００６１】
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。【００６２】
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。【００６３】
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。【００６４】
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。【００６５】
＜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。【００６６】
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。【００６７】
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。【００６８】
（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。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
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。
【符号の説明】
【００７０】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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