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JP2018197680A - Distance measuring device and scanning method - Google Patents

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JP2018197680A
JP2018197680A JP2017101973A JP2017101973A JP2018197680A JP 2018197680 A JP2018197680 A JP 2018197680A JP 2017101973 A JP2017101973 A JP 2017101973A JP 2017101973 A JP2017101973 A JP 2017101973A JP 2018197680 A JP2018197680 A JP 2018197680A
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JP
Japan
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angle
laser light
light
unit
measuring device
Prior art date
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Pending
Application number
JP2017101973A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
夏香 堺
Natsuka Sakai
夏香 堺
八寿彦 吉田
Yasuhiko Yoshida
八寿彦 吉田
古山 将樹
Masaki Furuyama
将樹 古山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toppan Inc
Original Assignee
Toppan Printing Co Ltd
Ortus Technology Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toppan Printing Co Ltd, Ortus Technology Co Ltd filed Critical Toppan Printing Co Ltd
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Abstract

【課題】 受信強度を向上させることが可能な距離測定装置を提供する。
【解決手段】 距離測定装置10は、レーザ光を発光する発光素子12と、発光素子12により発光されたレーザ光を第1角度の出射角で投光する走査素子13と、対象物により反射されたレーザ光を検知する受光素子16と、受光素子16に入射するレーザ光を、第1角度の入射角で入射するレーザ光に制限する角度制限素子15とを含む。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a distance measuring device capable of improving reception intensity.
A distance measuring device includes a light emitting element that emits laser light, a scanning element that projects laser light emitted from the light emitting element at a first emission angle, and a target that is reflected by an object. A light receiving element 16 for detecting the laser light, and an angle limiting element 15 for limiting the laser light incident on the light receiving element 16 to the laser light incident at the incident angle of the first angle.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、レーザ光を走査することによって物体の位置を測定する距離測定装置及び走査方法に関する。   The present invention relates to a distance measuring apparatus and a scanning method for measuring the position of an object by scanning a laser beam.

LIDAR(Light Detection and Ranging)と呼ばれる距離測定装置が知られている。LIDARは、光学的に周囲の物体との距離を測定するセンサである。LIDARは、対象物にパルス状のレーザ光を照射し、対象物で反射されたレーザ光が戻るまでの往復時間から距離を計測する。最近では、LIDARは、先進運転支援システム(ADAS:Advanced Driving Assistant System)や自動運転に使われている。   A distance measuring device called LIDAR (Light Detection and Ranging) is known. The LIDAR is a sensor that optically measures a distance from a surrounding object. LIDAR irradiates a target with pulsed laser light and measures the distance from the round trip time until the laser light reflected by the target returns. Recently, LIDAR has been used for Advanced Driving Assistant System (ADAS) and automatic driving.

LIDARには、同軸光学系方式、分離光学系方式、及びCCD/CMOSイメージセンサ方式などがある。   LIDAR includes a coaxial optical system, a separation optical system, and a CCD / CMOS image sensor system.

同軸光学系方式に使われるポリゴンミラー(特許文献1)や、MEMSミラー(特許文献2)は、可動部が存在するため、車両の振動により、長期信頼性に懸念がある。また、ポリゴンミラーやMEMSミラーが光学部品であるため、コストが高くなってしまう。   Polygon mirrors (Patent Document 1) and MEMS mirrors (Patent Document 2) used in the coaxial optical system have a movable part, so there is a concern about long-term reliability due to vehicle vibration. Further, since the polygon mirror and the MEMS mirror are optical parts, the cost is increased.

分離光学系方式では、電気的に位相を変えることにより、光の出射角を変える方式が提案されている(特許文献3、特許文献4)。この構成は、可動部がなく、より安価に製造できる可能性があるが、測定距離に懸念がある。測定距離が短くなる要因として、フォトダイオードに入射する光のうち、信号であるレーザ光に対し、太陽光などの外乱光の強度が強くなってしまう、つまり、SN比(signal-to-noise ratio)の低下が挙げられる。SN比が低下すると、精度よく信号を受信及び検知することができない。   In the separation optical system method, a method of changing the light emission angle by electrically changing the phase has been proposed (Patent Documents 3 and 4). This configuration has no moving parts and may be manufactured at a lower cost, but there is a concern about the measurement distance. As a factor that shortens the measurement distance, the intensity of disturbance light such as sunlight is increased with respect to the laser light that is a signal among the light incident on the photodiode, that is, the signal-to-noise ratio. ). When the S / N ratio decreases, it is impossible to receive and detect signals with high accuracy.

特開2010−38859号公報JP 2010-38859 A 特開2009−216789号公報JP 2009-216789 A 国際公開2014/110017号International Publication No. 2014/110017 国際公開2016/022220号International Publication No. 2016/022220

本発明は、受信強度を向上させることが可能な距離測定装置及び走査方法を提供する。   The present invention provides a distance measuring device and a scanning method capable of improving reception intensity.

本発明の一態様に係る距離測定装置は、レーザ光を発光する発光素子と、前記発光素子により発光されたレーザ光を第1角度の出射角で投光する走査素子と、対象物により反射されたレーザ光を検知する受光素子と、前記受光素子に入射するレーザ光を、前記第1角度の入射角で入射するレーザ光に制限する角度制限素子とを具備する。   A distance measuring device according to one embodiment of the present invention is a light-emitting element that emits laser light, a scanning element that projects laser light emitted from the light-emitting element at an emission angle of a first angle, and is reflected by an object. A light receiving element for detecting the laser light, and an angle limiting element for limiting the laser light incident on the light receiving element to the laser light incident at the incident angle of the first angle.

本発明の一態様に係る走査方法は、第1角度の出射角でレーザ光を投光する工程と、受光素子に入射するレーザ光を、前記第1角度の入射角で入射するレーザ光に制限する工程とを具備する。   In the scanning method according to one aspect of the present invention, the step of projecting the laser beam at the first angle of emission and the laser beam incident on the light receiving element are limited to the laser beam incident at the incident angle of the first angle. The process to comprise.

本発明によれば、受信強度を向上させることが可能な距離測定装置及び走査方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a distance measuring device and a scanning method capable of improving reception intensity.

本発明の第1実施形態に係る距離測定装置のブロック図。1 is a block diagram of a distance measuring device according to a first embodiment of the present invention. 投光部の構成を示す模式図。The schematic diagram which shows the structure of a light projection part. 受光部の構成を示す模式図。The schematic diagram which shows the structure of a light-receiving part. 走査素子及び角度制限素子の平面図。The top view of a scanning element and an angle limiting element. 図4のA−A´線に沿った走査素子の断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view of the scanning element along line AA ′ in FIG. 4. 図4のB−B´線に沿った角度制限素子の断面図。Sectional drawing of the angle limiting element along the BB 'line | wire of FIG. 距離測定装置の基本動作を説明する概略図。Schematic explaining the basic operation of the distance measuring device. 距離測定装置によるレーザ光の波形を説明する図。The figure explaining the waveform of the laser beam by a distance measuring device. 距離測定装置の動作を説明するフローチャート。The flowchart explaining operation | movement of a distance measuring device. 実施例に係る投光部の構成を示す模式図。The schematic diagram which shows the structure of the light projection part which concerns on an Example. 実施例に係る受光部の構成を示す模式図。The schematic diagram which shows the structure of the light-receiving part which concerns on an Example. 本発明の第2実施形態に係る走査素子及び角度制限素子の平面図。The top view of the scanning element and angle limit element which concern on 2nd Embodiment of this invention. 図12のC−C´線に沿った走査素子及び角度制限素子の断面図。FIG. 13 is a cross-sectional view of the scanning element and the angle limiting element along the line CC ′ in FIG. 12. 走査素子及び角度制限素子の動作を説明する概略図。Schematic explaining operation | movement of a scanning element and an angle limiting element.

以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. However, the drawings are schematic or conceptual, and the dimensions and ratios of the drawings are not necessarily the same as actual ones. Further, even when the same portion is represented between the drawings, the dimensional relationship and ratio may be represented differently. In particular, the following embodiments exemplify an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention depends on the shape, structure, arrangement, etc. of components. Is not specified. In the following description, elements having the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be given only when necessary.

[第1実施形態]
[1] 距離測定装置の構成
[1−1] 距離測定装置のブロック構成
図1は、本発明の第1実施形態に係る距離測定装置10のブロック図である。
[First Embodiment]
[1] Configuration of Distance Measuring Device [1-1] Block Configuration of Distance Measuring Device FIG. 1 is a block diagram of a distance measuring device 10 according to the first embodiment of the present invention.

距離測定装置10は、LIDAR(Light Detection and Ranging)とも呼ばれる。LIDARは、レーザ光を用いて例えば車両前方のある範囲を走査し、この走査範囲に存在する対象物によって反射されたレーザ光を検出する。そして、LIDARは、送信したレーザ光と受信したレーザ光とを用いて、対象物の検出、及び車両から対象物までの距離を測定する。   The distance measuring device 10 is also called LIDAR (Light Detection and Ranging). The LIDAR scans a certain range, for example, in front of the vehicle using laser light, and detects the laser light reflected by the object existing in this scanning range. The LIDAR then uses the transmitted laser light and the received laser light to detect the object and measure the distance from the vehicle to the object.

距離測定装置10は、車両の前側(例えば、フロントバンパー、又はフロントグリル)、車両の後ろ側(例えば、リアバンパー、又はリアグリル)、及び/又は、車両の側方(例えば、フロントバンパーの側方)に配置される。また、距離測定装置10は、ルーフやボンネット等、車両の上部に配置されてもよい。   The distance measuring device 10 is provided on the front side of the vehicle (for example, the front bumper or the front grille), the rear side of the vehicle (for example, the rear bumper or the rear grille), and / or the side of the vehicle (for example, the side of the front bumper). Be placed. Further, the distance measuring device 10 may be disposed on the upper part of the vehicle, such as a roof or a hood.

距離測定装置10は、投光部11、受光部14、パルスタイミング制御部17、距離演算部18、及び主制御部19を備える。   The distance measuring device 10 includes a light projecting unit 11, a light receiving unit 14, a pulse timing control unit 17, a distance calculation unit 18, and a main control unit 19.

投光部11は、レーザ光を発光するとともに、このレーザ光を走査(ステアリングともいう)する。投光部11は、発光素子12、及び走査素子13を備える。   The light projecting unit 11 emits laser light and scans (also referred to as steering) the laser light. The light projecting unit 11 includes a light emitting element 12 and a scanning element 13.

発光素子12は、走査素子13に向けて、レーザ光を発光する。発光素子12は、レーザーダイオードなどで構成される。レーザ光としては、例えば、赤外線レーザ光(例えば波長λ=905nm)が用いられる。また、発光素子12は、所定の周波数を有するパルス信号としてレーザ光を発生する。   The light emitting element 12 emits laser light toward the scanning element 13. The light emitting element 12 is configured by a laser diode or the like. As the laser light, for example, infrared laser light (for example, wavelength λ = 905 nm) is used. The light emitting element 12 generates laser light as a pulse signal having a predetermined frequency.

走査素子13は、発光素子12から出射されたレーザ光を受け、このレーザ光を透過する。また、走査素子13は、発光素子12からのレーザ光の出射角を制御することで、レーザ光を走査する。   The scanning element 13 receives the laser light emitted from the light emitting element 12 and transmits the laser light. The scanning element 13 scans the laser light by controlling the emission angle of the laser light from the light emitting element 12.

受光部14は、対象物2によって反射されたレーザ光を検出する。この際、受光部14は、受光部14に入射するレーザ光のうち、特定の方向から入射するレーザ光に制限して、レーザ光の検知動作を行う。受光部14は、角度制限素子15、及び受光素子16を備える。   The light receiving unit 14 detects the laser light reflected by the object 2. At this time, the light receiving unit 14 performs a laser light detection operation by limiting the laser light incident on the light receiving unit 14 to laser light incident from a specific direction. The light receiving unit 14 includes an angle limiting element 15 and a light receiving element 16.

角度制限素子15は、対象物2によって反射されたレーザ光を受け、このレーザ光を透過する。この際、角度制限素子15は、レーザ光を所定の角度で屈折させる。換言すると、角度制限素子15は、所定の角度で入射したレーザ光のみを受光素子16に向けて屈折させる。所定の角度以外の角度で入射したレーザ光は、角度制限素子15を透過するが、受光素子16には入射しない。   The angle limiting element 15 receives the laser beam reflected by the object 2 and transmits the laser beam. At this time, the angle limiting element 15 refracts the laser light at a predetermined angle. In other words, the angle limiting element 15 refracts only the laser beam incident at a predetermined angle toward the light receiving element 16. Laser light incident at an angle other than a predetermined angle passes through the angle limiting element 15 but does not enter the light receiving element 16.

受光素子16は、角度制限素子15を透過したレーザ光を検出する。受光素子16は、例えば赤外線センサから構成される。赤外線センサは、フォトダイオードやCMOS(complementary metal oxide semiconductor)フォトセンサを含む。その他、受光素子16として赤外線カメラを用いてもよい。   The light receiving element 16 detects the laser light transmitted through the angle limiting element 15. The light receiving element 16 is composed of, for example, an infrared sensor. Infrared sensors include photodiodes and CMOS (complementary metal oxide semiconductor) photosensors. In addition, an infrared camera may be used as the light receiving element 16.

パルスタイミング制御部17は、発光素子12の動作を制御する。発光素子12は、パルス信号としてレーザ光(すなわち、パルス状のレーザ光)を発光する。パルスタイミング制御部17は、レーザ光に含まれるパルスのタイミングを制御する。パルスのタイミングには、パルス信号の周期、パルス信号の周波数、及びパルス幅が含まれる。   The pulse timing control unit 17 controls the operation of the light emitting element 12. The light emitting element 12 emits laser light (that is, pulsed laser light) as a pulse signal. The pulse timing control unit 17 controls the timing of pulses included in the laser light. The pulse timing includes the period of the pulse signal, the frequency of the pulse signal, and the pulse width.

距離演算部18は、送信されたレーザ光のタイミング情報をパルスタイミング制御部17から受け、レーザ光の出射角の情報を主制御部19から受け、受信されたレーザ光のタイミング情報及び光強度の情報を受光素子16から受ける。距離演算部18は、これらの情報を用いて、車両から対象物までの距離を算出する。具体的には、距離演算部18は、出射角や発光から受光までの時間などの情報を用いて、直線距離、水平距離、及び垂直距離を算出する。また、距離演算部18は、出射角や発光から受光までの時間などの情報を用いて、対象物の相対座標を算出する。距離演算部18によって算出された距離及び/又は相対座標は、例えばデータDOUTとして外部に出力可能である。   The distance calculation unit 18 receives the timing information of the transmitted laser beam from the pulse timing control unit 17, receives the information of the emission angle of the laser beam from the main control unit 19, and receives the timing information and the light intensity of the received laser beam. Information is received from the light receiving element 16. The distance calculation unit 18 calculates the distance from the vehicle to the object using these pieces of information. Specifically, the distance calculation unit 18 calculates a linear distance, a horizontal distance, and a vertical distance using information such as an emission angle and a time from light emission to light reception. Further, the distance calculation unit 18 calculates the relative coordinates of the object using information such as the emission angle and the time from light emission to light reception. The distance and / or relative coordinates calculated by the distance calculation unit 18 can be output to the outside as data DOUT, for example.

主制御部19は、距離測定装置10の全体動作を統括的に制御する。主制御部19は、走査素子13に複数の電圧を印加することで、走査素子13の走査動作を制御する。主制御部19は、角度制限素子15に複数の電圧を印加することで、角度制限素子15の角度制限動作を制御する。   The main control unit 19 comprehensively controls the overall operation of the distance measuring device 10. The main control unit 19 controls the scanning operation of the scanning element 13 by applying a plurality of voltages to the scanning element 13. The main control unit 19 controls the angle limiting operation of the angle limiting element 15 by applying a plurality of voltages to the angle limiting element 15.

[1−2] 投光部11の構成
次に、投光部11の構成について説明する。図2は、投光部11の構成を示す模式図である。
[1-2] Configuration of Projecting Unit 11 Next, the configuration of the projecting unit 11 will be described. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of the light projecting unit 11.

発光素子12は、走査素子13に向けて、レーザ光を発光する。発光素子12からのレーザ光は、走査素子13の出射面に対して垂直方向に進む。発光素子12から出射されるレーザ光は、高い指向性を有し、コヒーレントで幅の狭いレーザ光である。   The light emitting element 12 emits laser light toward the scanning element 13. Laser light from the light emitting element 12 travels in a direction perpendicular to the emission surface of the scanning element 13. The laser light emitted from the light emitting element 12 has high directivity, is a coherent and narrow laser light.

走査素子13は、角度2αの走査範囲でレーザ光を走査するものとする。角度αは、0度より大きく、90度より小さい。走査素子13は、出射角θでレーザ光を投光する。角度θは、角度α以下である。例えば、走査素子13の出射面に対して垂直方向に進むレーザ光の角度を0度、垂直方向に対して右側が角度“+θ”、垂直方向に対して左側が角度“−θ”とすると、出射角“+θ”、すなわち垂直方向に対して右側にレーザ光を出射することも可能であるし、出射角“−θ”、すなわち垂直方向に対して左側にレーザ光を出射することも可能である。走査素子13によるレーザ光の出射角は、主制御部19によって制御される。   It is assumed that the scanning element 13 scans the laser beam in a scanning range with an angle 2α. The angle α is larger than 0 degree and smaller than 90 degrees. The scanning element 13 projects laser light at an emission angle θ. The angle θ is equal to or smaller than the angle α. For example, if the angle of the laser beam traveling in the vertical direction with respect to the emission surface of the scanning element 13 is 0 degree, the right side with respect to the vertical direction is the angle “+ θ”, and the left side with respect to the vertical direction is the angle “−θ”. The laser beam can be emitted to the right side with respect to the emission angle “+ θ”, that is, the vertical direction, or the laser beam can be emitted to the left side with respect to the emission angle “−θ”, that is, the vertical direction. is there. The emission angle of the laser beam from the scanning element 13 is controlled by the main control unit 19.

走査素子13は、屈折率が変化する様々な光学素子を用いることができる。走査素子13は、熱光学素子、電気光学素子、電界吸収型光学素子、自由キャリア吸収型光学素子、又は磁気光学素子などを用いることが可能である。   As the scanning element 13, various optical elements whose refractive index changes can be used. As the scanning element 13, a thermo-optical element, an electro-optical element, an electroabsorption optical element, a free carrier absorption optical element, a magneto-optical element, or the like can be used.

本実施形態では、走査素子13は、例えば液晶素子から構成される。走査素子13は、マトリクス状に区分けされた複数の領域を備え、複数の領域の各々において、光の位相を制御することが可能である。走査素子13の具体的な構成については後述する。   In the present embodiment, the scanning element 13 is composed of, for example, a liquid crystal element. The scanning element 13 includes a plurality of regions divided in a matrix, and the phase of light can be controlled in each of the plurality of regions. A specific configuration of the scanning element 13 will be described later.

[1−3] 受光部14の構成
次に、受光部14の構成について説明する。図3は、受光部14の構成を示す模式図である。
[1-3] Configuration of Light Receiving Unit 14 Next, the configuration of the light receiving unit 14 will be described. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the configuration of the light receiving unit 14.

角度制限素子15は、対象物によって反射されたレーザ光を受け、このレーザ光を透過する。また、角度制限素子15は、走査素子13によるレーザ光の出射角と同じ入射角で入射したレーザ光を、角度制限素子15の入射面に対して垂直になるように(屈折角が0度になるように)屈折させる。角度制限素子15によるレーザ光の入射角は、主制御部19によって制御される。   The angle limiting element 15 receives the laser beam reflected by the object and transmits the laser beam. In addition, the angle limiting element 15 causes the laser light incident at the same incident angle as the laser light emission angle by the scanning element 13 to be perpendicular to the incident surface of the angle limiting element 15 (with a refraction angle of 0 degree). Refract). The incident angle of the laser beam by the angle limiting element 15 is controlled by the main control unit 19.

走査素子13による出射角θである場合、角度制限素子15は、入射角θで入射するレーザ光を垂直方向に、すなわち屈折角が0度で屈折させる。走査素子13による出射角が0度である場合、角度制限素子15は、垂直方向に入射するレーザ光を屈折させずに透過する。   In the case of the emission angle θ by the scanning element 13, the angle limiting element 15 refracts the laser beam incident at the incident angle θ in the vertical direction, that is, with a refraction angle of 0 degree. When the emission angle by the scanning element 13 is 0 degree, the angle limiting element 15 transmits the laser light incident in the vertical direction without refracting it.

角度制限素子15は、液晶素子から構成される。角度制限素子15は、マトリクス状に区分けされた複数の領域を備え、複数の領域の各々において、光の位相を制御することが可能である。角度制限素子15の具体的な構成については後述する。   The angle limiting element 15 is composed of a liquid crystal element. The angle limiting element 15 includes a plurality of regions divided into a matrix, and can control the phase of light in each of the plurality of regions. A specific configuration of the angle limiting element 15 will be described later.

角度制限素子15を透過したレーザ光は、集光レンズ20を透過する。集光レンズ20は、例えば平凸レンズで構成される。平凸レンズ20は、その平面が角度制限素子15に向き合うように配置される。平凸レンズ20は、所定の屈折角でレーザ光を集光する。平凸レンズ20を設けない場合には、受光素子16のサイズを角度制限素子15と同程度とすればよいが、平凸レンズ20を設けることで、受光素子16のサイズを小さくできるため、好ましい。平凸レンズ20を透過したレーザ光は、受光素子16に入射する。   The laser light that has passed through the angle limiting element 15 passes through the condenser lens 20. The condensing lens 20 is constituted by a plano-convex lens, for example. The plano-convex lens 20 is disposed so that its plane faces the angle limiting element 15. The plano-convex lens 20 condenses laser light at a predetermined refraction angle. When the plano-convex lens 20 is not provided, the size of the light receiving element 16 may be approximately the same as that of the angle limiting element 15, but the provision of the plano-convex lens 20 is preferable because the size of the light receiving element 16 can be reduced. The laser light transmitted through the plano-convex lens 20 enters the light receiving element 16.

[1−4] 走査素子13及び角度制限素子15の構成
次に、走査素子13及び角度制限素子15の構成について説明する。図4は、走査素子13及び角度制限素子15の平面図である。図5は、図4のA−A´線に沿った走査素子13の断面図である。図6は、図4のB−B´線に沿った角度制限素子15の断面図である。
[1-4] Configuration of Scanning Element 13 and Angle Limiting Element 15 Next, the configuration of the scanning element 13 and the angle limiting element 15 will be described. FIG. 4 is a plan view of the scanning element 13 and the angle limiting element 15. FIG. 5 is a cross-sectional view of the scanning element 13 taken along the line AA ′ of FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the angle limiting element 15 along the line BB ′ of FIG.

(走査素子13)
走査素子13は、透過型の液晶素子である。走査素子13は、対向配置された基板30、31と、基板30、31間に挟持された液晶層32とを備える。基板30、31の各々は、透明基板(例えば、ガラス基板、又はプラスチック基板)から構成される。基板30は、発光素子12に対向配置され、発光素子12からのレーザ光は、基板30側から液晶層32に入射する。
(Scanning element 13)
The scanning element 13 is a transmissive liquid crystal element. The scanning element 13 includes substrates 30 and 31 arranged to face each other and a liquid crystal layer 32 sandwiched between the substrates 30 and 31. Each of the substrates 30 and 31 is composed of a transparent substrate (for example, a glass substrate or a plastic substrate). The substrate 30 is disposed to face the light emitting element 12, and laser light from the light emitting element 12 enters the liquid crystal layer 32 from the substrate 30 side.

液晶層32は、基板30、31間に充填される。具体的には、液晶層32は、基板30、31と、シール材33とによって包囲された領域内に封入される。図5の液晶層32に図示された楕円は、液晶分子を模式的に表している。シール材33は、例えば、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂、又は紫外線・熱併用型硬化樹脂等からなり、製造プロセスにおいて基板30又は基板31に塗布された後、紫外線照射、又は加熱等により硬化させられる。   The liquid crystal layer 32 is filled between the substrates 30 and 31. Specifically, the liquid crystal layer 32 is sealed in a region surrounded by the substrates 30 and 31 and the sealing material 33. The ellipse illustrated in the liquid crystal layer 32 in FIG. 5 schematically represents liquid crystal molecules. The sealing material 33 is made of, for example, an ultraviolet curable resin, a thermosetting resin, or an ultraviolet / heat combination type curable resin, and is applied to the substrate 30 or the substrate 31 in the manufacturing process and then cured by ultraviolet irradiation or heating. It is done.

液晶層32を構成する液晶材料は、基板30、31間に印加された電圧(電界)に応じて液晶分子の配向が操作されて光学特性が変化する。本実施形態の走査素子13は、ホモジニアスモードある。すなわち、液晶層32として正の誘電率異方性を有するポジ型(P型)のネマティック液晶が用いられ、液晶分子は、電圧(電界)を印加しない時には基板面に対して概略水平方向に配向する。ホモジニアスモードでは、電圧を印加しない時に液晶分子の長軸(ダイレクタ)が概略水平方向に配向し、電圧を印加した時に液晶分子の長軸が垂直方向に向かって傾く。液晶分子の傾斜角は、印加される実効電圧に応じて変化する。液晶層32の初期配向は、液晶層32を挟むようにして基板30、31にそれぞれ設けられた2つの配向膜(図示せず)によって制御される。   The liquid crystal material constituting the liquid crystal layer 32 changes the optical characteristics by manipulating the orientation of the liquid crystal molecules in accordance with the voltage (electric field) applied between the substrates 30 and 31. The scanning element 13 of this embodiment is a homogeneous mode. That is, a positive (P-type) nematic liquid crystal having positive dielectric anisotropy is used as the liquid crystal layer 32, and the liquid crystal molecules are aligned in a substantially horizontal direction with respect to the substrate surface when no voltage (electric field) is applied. To do. In the homogeneous mode, the major axis (director) of the liquid crystal molecules is aligned in a substantially horizontal direction when no voltage is applied, and the major axis of the liquid crystal molecules is inclined in the vertical direction when a voltage is applied. The tilt angle of the liquid crystal molecules changes according to the applied effective voltage. The initial alignment of the liquid crystal layer 32 is controlled by two alignment films (not shown) provided on the substrates 30 and 31 with the liquid crystal layer 32 interposed therebetween.

なお、液晶モードとして、ネガ型(N型)のネマティック液晶を用いた垂直配向(VA:Vertical Alignment)モードを用いてもよい。VAモードでは、電界を印加しない時に液晶分子の長軸が概略垂直方向に配向し、電圧を印加した時に液晶分子の長軸が水平方向に向かって傾く。   As the liquid crystal mode, a vertical alignment (VA) mode using a negative (N-type) nematic liquid crystal may be used. In the VA mode, the major axis of the liquid crystal molecules is aligned in a substantially vertical direction when no electric field is applied, and the major axis of the liquid crystal molecules is inclined in the horizontal direction when a voltage is applied.

基板30の液晶層32側には、それぞれがX方向に延びる複数のセル電極34が設けられる。任意の数のセル電極群は、単位電極35を構成する。図4には、3個の単位電極35−1〜35−3を例示しているが、単位電極35の数は任意に設定可能である。また、図4では、1つの単位電極35が4個のセル電極34を備えているが、1つの単位電極35に含まれるセル電極34の数は、任意に設定可能である。単位電極35−1は、セル電極34−1〜34−4から構成される。単位電極35−2は、セル電極34−5〜34−8から構成される。単位電極35−3は、セル電極34−9〜34−12から構成される。   A plurality of cell electrodes 34 each extending in the X direction are provided on the liquid crystal layer 32 side of the substrate 30. An arbitrary number of cell electrode groups constitute the unit electrode 35. FIG. 4 illustrates three unit electrodes 35-1 to 35-3, but the number of unit electrodes 35 can be arbitrarily set. In FIG. 4, one unit electrode 35 includes four cell electrodes 34, but the number of cell electrodes 34 included in one unit electrode 35 can be arbitrarily set. The unit electrode 35-1 is composed of cell electrodes 34-1 to 34-4. The unit electrode 35-2 is composed of cell electrodes 34-5 to 34-8. The unit electrode 35-3 includes cell electrodes 34-9 to 34-12.

単位電極35のY方向の長さは、これを構成するセル電極34の数を変更することで変えることができる。セル電極34は、透明電極から構成され、例えばITO(インジウム錫酸化物)が用いられる。   The length of the unit electrode 35 in the Y direction can be changed by changing the number of cell electrodes 34 constituting the unit electrode 35. The cell electrode 34 is composed of a transparent electrode, and for example, ITO (indium tin oxide) is used.

複数の単位電極35は、互いに電気的に分離されており、また、複数のセル電極34は、互いに電気的に分離されている。すなわち、セル電極34に対して個別に電圧制御が可能であり、また、単位電極35に対して個別に電圧制御が可能である。   The plurality of unit electrodes 35 are electrically separated from each other, and the plurality of cell electrodes 34 are electrically separated from each other. That is, voltage control can be individually performed on the cell electrode 34, and voltage control can be performed individually on the unit electrode 35.

基板31の液晶層32側には、それぞれがX方向に直交するY方向に延びる複数のセル電極36が設けられる。任意の数のセル電極群は、単位電極37を構成する。図4には、3個の単位電極37−1〜37−3を例示しているが、単位電極37の数は任意に設定可能である。また、図4では、1つの単位電極37が4個のセル電極36を備えているが、1つの単位電極37に含まれるセル電極36の数は、任意に設定可能である。単位電極37−1は、セル電極36−1〜36−4から構成される。単位電極37−2は、セル電極36−5〜36−8から構成される。単位電極37−3は、セル電極36−9〜36−12から構成される。   A plurality of cell electrodes 36 each extending in the Y direction orthogonal to the X direction are provided on the liquid crystal layer 32 side of the substrate 31. An arbitrary number of cell electrode groups constitute the unit electrode 37. FIG. 4 illustrates three unit electrodes 37-1 to 37-3, but the number of unit electrodes 37 can be arbitrarily set. In FIG. 4, one unit electrode 37 includes four cell electrodes 36, but the number of cell electrodes 36 included in one unit electrode 37 can be arbitrarily set. The unit electrode 37-1 includes cell electrodes 36-1 to 36-4. The unit electrode 37-2 is composed of cell electrodes 36-5 to 36-8. The unit electrode 37-3 includes cell electrodes 36-9 to 36-12.

単位電極37のX方向の長さは、これを構成するセル電極36の数を変更することで変えることができる。セル電極36は、透明電極から構成され、例えばITOが用いられる。   The length of the unit electrode 37 in the X direction can be changed by changing the number of cell electrodes 36 constituting the unit electrode 37. The cell electrode 36 is composed of a transparent electrode, and for example, ITO is used.

複数の単位電極37は、互いに電気的に分離されており、また、複数のセル電極36は、互いに電気的に分離されている。すなわち、セル電極36に対して個別に電圧制御が可能であり、また、単位電極37に対して個別に電圧制御が可能である。   The plurality of unit electrodes 37 are electrically separated from each other, and the plurality of cell electrodes 36 are electrically separated from each other. That is, voltage control can be individually performed on the cell electrode 36, and voltage control can be performed individually on the unit electrode 37.

図4から理解されるように、走査素子13は、パッシブマトリクス方式(単純マトリクス方式)であり、また、ドットマトリクス方式である。すなわち、走査素子13は、ドットマトリクスのパターンを有する。走査素子13は、1つのセル電極34と1つのセル電極36とが交差する1つのドット毎に、液晶配向を制御できる。   As understood from FIG. 4, the scanning element 13 is a passive matrix system (simple matrix system) and a dot matrix system. That is, the scanning element 13 has a dot matrix pattern. The scanning element 13 can control the liquid crystal alignment for each dot at which one cell electrode 34 and one cell electrode 36 intersect.

単位電極35と単位電極37との1つの交差領域は、図4の例では概略正方形であり、この交差領域は、光の位相を制御する単位となる。単位電極35及び単位電極37の電圧制御は、主制御部によって行われる。   One intersection region between the unit electrode 35 and the unit electrode 37 is a substantially square shape in the example of FIG. 4, and this intersection region is a unit for controlling the phase of light. Voltage control of the unit electrode 35 and the unit electrode 37 is performed by the main control unit.

(角度制限素子15)
次に、角度制限素子15の構成について説明する。角度制限素子15は、前述した走査素子13と同じ構成を有する。
(Angle limiting element 15)
Next, the configuration of the angle limiting element 15 will be described. The angle limiting element 15 has the same configuration as the scanning element 13 described above.

図4及び図6に示すように、角度制限素子15は、基板40、基板41、液晶層42、シール材43を備える。基板40には、複数の単位電極45(45−1〜45−3)が設けられる。基板41には、複数の単位電極47(47−1〜47−3)が設けられる。   As shown in FIGS. 4 and 6, the angle limiting element 15 includes a substrate 40, a substrate 41, a liquid crystal layer 42, and a sealing material 43. The substrate 40 is provided with a plurality of unit electrodes 45 (45-1 to 45-3). The substrate 41 is provided with a plurality of unit electrodes 47 (47-1 to 47-3).

単位電極45は、複数のセル電極44から構成される。一例として、単位電極45−1は、セル電極44−1〜44−4から構成される。単位電極45−2は、セル電極44−5〜44−8から構成される。単位電極45−3は、セル電極44−9〜44−12から構成される。   The unit electrode 45 is composed of a plurality of cell electrodes 44. As an example, the unit electrode 45-1 is composed of cell electrodes 44-1 to 44-4. The unit electrode 45-2 is composed of cell electrodes 44-5 to 44-8. The unit electrode 45-3 includes cell electrodes 44-9 to 44-12.

単位電極47は、複数のセル電極46から構成される。一例として、単位電極47−1は、セル電極46−1〜46−4から構成される。単位電極47−2は、セル電極46−5〜46−8から構成される。単位電極47−3は、セル電極46−9〜46−12から構成される。   The unit electrode 47 is composed of a plurality of cell electrodes 46. As an example, the unit electrode 47-1 includes cell electrodes 46-1 to 46-4. The unit electrode 47-2 is composed of cell electrodes 46-5 to 46-8. The unit electrode 47-3 includes cell electrodes 46-9 to 46-12.

なお、走査素子13(及び角度制限素子15)として、LCOS(Liquid Crystal on Silicon)方式を用いた透過型液晶素子(透過型LCOS)を用いてもよい。透過型LCOSを用いることで、電極を微細加工することが可能となり、より小型の走査素子13を実現できる。透過型LCOSでは、シリコン基板(又は透明基板上に形成されたシリコン層)が用いられる。シリコン基板は、バンドギャップとの関係で、特定の波長以上の波長を有する光(赤外線を含む)を透過するため、LCOSを透過型液晶素子として使用することができる。LCOSを使用することにより、セル電極がより小さい液晶素子とすることができるため、さらに小型化することが可能となる。また、液晶分子の移動度が高いため、レーザ光を高速で走査することが可能となる。   Note that a transmissive liquid crystal element (transmissive LCOS) using an LCOS (Liquid Crystal on Silicon) method may be used as the scanning element 13 (and the angle limiting element 15). By using the transmissive LCOS, the electrode can be finely processed, and a smaller scanning element 13 can be realized. In the transmissive LCOS, a silicon substrate (or a silicon layer formed on a transparent substrate) is used. Since the silicon substrate transmits light (including infrared rays) having a wavelength greater than a specific wavelength in relation to the band gap, LCOS can be used as a transmissive liquid crystal element. By using LCOS, a liquid crystal element having a smaller cell electrode can be obtained, and thus further downsizing can be achieved. In addition, since the mobility of the liquid crystal molecules is high, the laser beam can be scanned at a high speed.

[1−5] 回路構成
次に、前述した図4を用いて、走査素子13及び角度制限素子15の周辺の回路構成について説明する。
[1-5] Circuit Configuration Next, a circuit configuration around the scanning element 13 and the angle limiting element 15 will be described with reference to FIG. 4 described above.

走査素子13は、主制御部19によって電圧制御される。このために、走査素子13は、主制御部19に複数の信号線を介して電気的に接続される。   The scanning element 13 is voltage-controlled by the main control unit 19. For this purpose, the scanning element 13 is electrically connected to the main control unit 19 via a plurality of signal lines.

具体的には、セル電極34−1、34−5、34−9は、信号線SL1に電気的に接続される。セル電極34−2、34−6、34−10は、信号線SL2に電気的に接続される。セル電極34−3、34−7、34−11は、信号線SL3に電気的に接続される。セル電極34−4、34−8、34−12は、信号線SL4に電気的に接続される。   Specifically, the cell electrodes 34-1, 34-5, and 34-9 are electrically connected to the signal line SL1. Cell electrodes 34-2, 34-6, and 34-10 are electrically connected to signal line SL2. Cell electrodes 34-3, 34-7, and 34-11 are electrically connected to signal line SL3. Cell electrodes 34-4, 34-8, and 34-12 are electrically connected to signal line SL4.

セル電極36−1、36−5、36−9は、信号線SL5に電気的に接続される。セル電極36−2、36−6、36−10は、信号線SL6に電気的に接続される。セル電極36−3、36−7、36−11は、信号線SL7に電気的に接続される。セル電極36−4、36−8、36−12は、信号線SL8に電気的に接続される。   The cell electrodes 36-1, 36-5, 36-9 are electrically connected to the signal line SL5. Cell electrodes 36-2, 36-6, 36-10 are electrically connected to signal line SL6. The cell electrodes 36-3, 36-7, 36-11 are electrically connected to the signal line SL7. Cell electrodes 36-4, 36-8, and 36-12 are electrically connected to signal line SL8.

このような接続関係により、単位電極35−1〜35−3はそれぞれ、主制御部19によって同じ電圧制御が行われる。よって、単位電極35−1〜35−3はそれぞれ、液晶層に同じ屈折率の勾配を形成することができる。また、単位電極37−1〜37−3はそれぞれ、主制御部19によって同じ電圧制御が行われる。よって、単位電極37−1〜37−3はそれぞれ、液晶層に同じ屈折率の勾配を形成することができる。   With this connection relationship, the unit electrodes 35-1 to 35-3 are subjected to the same voltage control by the main control unit 19. Accordingly, each of the unit electrodes 35-1 to 35-3 can form the same refractive index gradient in the liquid crystal layer. The unit electrodes 37-1 to 37-3 are respectively subjected to the same voltage control by the main control unit 19. Therefore, each of the unit electrodes 37-1 to 37-3 can form the same refractive index gradient in the liquid crystal layer.

角度制限素子15は、主制御部19によって電圧制御される。このために、角度制限素子15は、主制御部19に複数の信号線を介して電気的に接続される。   The angle limiting element 15 is voltage-controlled by the main control unit 19. For this purpose, the angle limiting element 15 is electrically connected to the main control unit 19 via a plurality of signal lines.

具体的には、セル電極34−1、34−5、34−9は、信号線SL1に電気的に接続される。セル電極34−2、34−6、34−10は、信号線SL2に電気的に接続される。セル電極34−3、34−7、34−11は、信号線SL3に電気的に接続される。セル電極34−4、34−8、34−12は、信号線SL4に電気的に接続される。   Specifically, the cell electrodes 34-1, 34-5, and 34-9 are electrically connected to the signal line SL1. Cell electrodes 34-2, 34-6, and 34-10 are electrically connected to signal line SL2. Cell electrodes 34-3, 34-7, and 34-11 are electrically connected to signal line SL3. Cell electrodes 34-4, 34-8, and 34-12 are electrically connected to signal line SL4.

セル電極36−1、36−5、36−9は、信号線SL5に電気的に接続される。セル電極36−2、36−6、36−10は、信号線SL6に電気的に接続される。セル電極36−3、36−7、36−11は、信号線SL7に電気的に接続される。セル電極36−4、36−8、36−12は、信号線SL8に電気的に接続される。   The cell electrodes 36-1, 36-5, 36-9 are electrically connected to the signal line SL5. Cell electrodes 36-2, 36-6, 36-10 are electrically connected to signal line SL6. The cell electrodes 36-3, 36-7, 36-11 are electrically connected to the signal line SL7. Cell electrodes 36-4, 36-8, and 36-12 are electrically connected to signal line SL8.

このような接続関係により、単位電極35−1〜35−3はそれぞれ、主制御部19によって同じ電圧制御が行われる。よって、単位電極35−1〜35−3はそれぞれ、液晶層に同じ屈折率の勾配を形成することができる。また、単位電極37−1〜37−3はそれぞれ、主制御部19によって同じ電圧制御が行われる。よって、単位電極37−1〜37−3はそれぞれ、液晶層に同じ屈折率の勾配を形成することができる。   With this connection relationship, the unit electrodes 35-1 to 35-3 are subjected to the same voltage control by the main control unit 19. Accordingly, each of the unit electrodes 35-1 to 35-3 can form the same refractive index gradient in the liquid crystal layer. The unit electrodes 37-1 to 37-3 are respectively subjected to the same voltage control by the main control unit 19. Therefore, each of the unit electrodes 37-1 to 37-3 can form the same refractive index gradient in the liquid crystal layer.

ここで、走査素子13及び角度制限素子15は、共通の信号線SL1〜SL8を用いて主制御部19に電気的に接続される。よって、主制御部19は、走査素子13及び角度制限素子15を確実に同期して電圧制御できるとともに、走査素子13及び角度制限素子15の屈折率を同じに設定することができる。すなわち、走査素子13の出射角と、角度制限素子15の入射角とを同じにすることができる。換言すると、走査素子13の出射角と同じ角度の入射角で角度制限素子15に入射したレーザ光を受光素子16に入射させることができる。   Here, the scanning element 13 and the angle limiting element 15 are electrically connected to the main control unit 19 using common signal lines SL1 to SL8. Therefore, the main control unit 19 can reliably control the voltage of the scanning element 13 and the angle limiting element 15 and can set the refractive indexes of the scanning element 13 and the angle limiting element 15 to be the same. That is, the exit angle of the scanning element 13 and the incident angle of the angle limiting element 15 can be made the same. In other words, the laser beam incident on the angle limiting element 15 at the same incident angle as the emission angle of the scanning element 13 can be incident on the light receiving element 16.

なお、走査素子13及び角度制限素子15の電圧制御が同じであれば、走査素子13及び角度制限素子15を共通の信号線で接続せずに、走査素子13及び角度制限素子15と主制御部19とをそれぞれ別の信号線で電気的に接続してもよい。   If the voltage control of the scanning element 13 and the angle limiting element 15 is the same, the scanning element 13 and the angle limiting element 15 are connected to the main control unit without connecting the scanning element 13 and the angle limiting element 15 with a common signal line. 19 may be electrically connected to each other by different signal lines.

[2] 距離測定装置10の動作
[2−1] 距離測定装置10の基本動作
まず、距離測定装置10の基本動作について説明する。図7は、距離測定装置10の基本動作を説明する概略図である。なお、図7では、距離測定装置10が車両1の前方を走査する態様を一例として示している。
[2] Operation of Distance Measuring Device 10 [2-1] Basic Operation of Distance Measuring Device 10 First, the basic operation of the distance measuring device 10 will be described. FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the basic operation of the distance measuring device 10. In addition, in FIG. 7, the aspect which the distance measuring device 10 scans the front of the vehicle 1 is shown as an example.

距離測定装置10に含まれる投光部11は、角度2αの走査範囲でレーザ光を投光する。受光部14は、対象物2によって反射されたレーザ光を受光する。想定する対象物2までの距離L、距離Lにおける走査範囲Rとする。例えば、角度2α=10度、距離L=10mである場合は、走査範囲R=1.7mであり、角度2α=10度、距離L=50mである場合は、走査範囲R=8.7mである。角度2α、距離L、及び走査範囲Rは、距離測定装置10に求められる仕様に応じて任意に設計可能である。   The light projecting unit 11 included in the distance measuring device 10 projects laser light within a scanning range of an angle 2α. The light receiving unit 14 receives the laser light reflected by the object 2. The distance L to the assumed object 2 and the scanning range R at the distance L are assumed. For example, when the angle 2α = 10 degrees and the distance L = 10 m, the scanning range R = 1.7 m, and when the angle 2α = 10 degrees and the distance L = 50 m, the scanning range R = 8.7 m. is there. The angle 2α, the distance L, and the scanning range R can be arbitrarily designed according to specifications required for the distance measuring device 10.

図8は、距離測定装置10によるレーザ光の波形を説明する図である。図8の上側が投光の波形、下側が受光の波形である。図8の横軸が時間であり、図8の縦軸が強度(光強度)である。   FIG. 8 is a diagram for explaining the waveform of the laser beam by the distance measuring device 10. The upper side of FIG. 8 is a light emission waveform, and the lower side is a light reception waveform. The horizontal axis in FIG. 8 is time, and the vertical axis in FIG. 8 is intensity (light intensity).

発光素子12は、パルス信号からなるレーザ光を発光する。すなわち、発光素子12は、時分割でレーザ光を出射する。距離測定装置10は、パルス信号としてレーザ光を投光する。パルス信号の周期P、パルス幅Wとする。1つのパルスを送信してから、このパルスが対象物で反射されたパルスを受信するまでの時間である遅れ量Δ、光の速度Cとする。遅れ量Δは、“Δ=2L/C”で算出される。   The light emitting element 12 emits laser light composed of a pulse signal. That is, the light emitting element 12 emits laser light in a time division manner. The distance measuring device 10 projects laser light as a pulse signal. It is assumed that the pulse signal has a period P and a pulse width W. A delay amount Δ, which is a time from when one pulse is transmitted to when a pulse reflected by an object is received, and a light velocity C are set. The delay amount Δ is calculated by “Δ = 2L / C”.

例えば、パルス幅W=10nsec、周期P=10μsec(すなわち、周波数f=100kHz)であるものとする。遅れ量Δ=67nsecの場合、距離L=10mが算出される。   For example, it is assumed that the pulse width W = 10 nsec and the period P = 10 μsec (that is, the frequency f = 100 kHz). When the delay amount Δ = 67 nsec, the distance L = 10 m is calculated.

このような動作により、対象物が検出でき、また、対象物までの距離が算出できる。   By such an operation, the object can be detected and the distance to the object can be calculated.

[2−2] 距離測定装置10の走査動作
信号強度を向上させるためには、外乱となる太陽光などの外乱光をカットする必要がある。外乱光は、あらゆる角度から入射する一方で、信号は、距離測定装置10から発した角度からしか返ってこない。そこで、信号が返ってくる角度に制限してレーザ光を受信することで、信号強度を向上させるようにしている。
[2-2] Scanning operation of the distance measuring device 10 In order to improve the signal intensity, it is necessary to cut out disturbance light such as sunlight that becomes disturbance. While ambient light is incident from all angles, the signal returns only from the angle emanating from the distance measuring device 10. Therefore, the signal intensity is improved by receiving the laser beam by limiting the angle at which the signal returns.

図9は、距離測定装置10の動作を説明するフローチャートである。主制御部19は、走査素子13の出射角を角度θに設定し、角度制限素子15の入射角を角度θに設定する(ステップS100)。すなわち、主制御部19は、走査素子13と角度制限素子15とを同期して動作させる。同期とは、走査素子13による屈折角と、角度制限素子15による屈折角とを同じにすることを意味する。   FIG. 9 is a flowchart for explaining the operation of the distance measuring apparatus 10. The main control unit 19 sets the emission angle of the scanning element 13 to the angle θ, and sets the incident angle of the angle limiting element 15 to the angle θ (step S100). That is, the main control unit 19 operates the scanning element 13 and the angle limiting element 15 in synchronization. Synchronous means that the refraction angle by the scanning element 13 and the refraction angle by the angle limiting element 15 are the same.

例えば、図5に示すように、主制御部19は、単位電極37−1において、セル電極36−1〜36−4に、この順に低くなる実効電圧を印加する。セル電極34とセル電極36との間に印加される電圧は、交流電圧である。単位電極37−2、37−3においても、主制御部19は、単位電極37−1と同じ電圧を印加する。これにより、単位電極37−1〜37−3のそれぞれにおいて、同じ屈折率の勾配が生じる。   For example, as illustrated in FIG. 5, the main control unit 19 applies an effective voltage that decreases in this order to the cell electrodes 36-1 to 36-4 in the unit electrode 37-1. The voltage applied between the cell electrode 34 and the cell electrode 36 is an alternating voltage. Also in the unit electrodes 37-2 and 37-3, the main control unit 19 applies the same voltage as that of the unit electrode 37-1. As a result, the same refractive index gradient is generated in each of the unit electrodes 37-1 to 37-3.

同様に、図6に示すように、主制御部19は、単位電極47−1において、セル電極46−1〜46−4に、この順に低くなる実効電圧を印加する。セル電極44とセル電極46との間に印加される電圧は、交流電圧である。単位電極47−2、47−3においても、主制御部19は、単位電極47−1と同じ電圧を印加する。これにより、単位電極47−1〜47−3のそれぞれにおいて、同じ屈折率の勾配が生じる。   Similarly, as shown in FIG. 6, the main control unit 19 applies an effective voltage that decreases in this order to the cell electrodes 46-1 to 46-4 in the unit electrode 47-1. The voltage applied between the cell electrode 44 and the cell electrode 46 is an alternating voltage. Also in the unit electrodes 47-2 and 47-3, the main control unit 19 applies the same voltage as that of the unit electrode 47-1. As a result, the same refractive index gradient occurs in each of the unit electrodes 47-1 to 47-3.

続いて、主制御部19は、投光部11から出射角θでレーザ光を投光する(ステップS101)。具体的には、パルスタイミング制御部17は、パルス状のレーザ光を発光素子12から発光させる。発光素子12からのレーザ光は、走査素子13を透過するとともに、角度θだけ屈折する。図5の例では、基板30側から入射したレーザ光は、右側に屈折するようにして、走査素子13から出射される。   Subsequently, the main control unit 19 projects laser light from the light projecting unit 11 at the emission angle θ (step S101). Specifically, the pulse timing control unit 17 causes the light emitting element 12 to emit pulsed laser light. The laser light from the light emitting element 12 passes through the scanning element 13 and is refracted by an angle θ. In the example of FIG. 5, the laser light incident from the substrate 30 side is emitted from the scanning element 13 so as to be refracted to the right side.

続いて、受光部14は、入射角θで入射したレーザ光を受光する(ステップS102)。具体的には、角度制限素子15は、入射角θで入射したレーザ光を、入射面に対して垂直方向に(屈折角が0度で)屈折させる。角度制限素子15を透過したレーザ光は、受光素子16に入射する。これにより、角度制限素子15は、受光素子16に入射するレーザ光を、入射角θで受光部14に入射するレーザ光に制限することができる。なお、入射角θ以外の角度で角度制限素子15に入射したレーザ光は、受光素子16に向かって屈折せず、受光素子16には入射しないので、このレーザ光は、受光素子16によって検出されない。   Subsequently, the light receiving unit 14 receives the laser beam incident at the incident angle θ (step S102). Specifically, the angle limiting element 15 refracts laser light incident at an incident angle θ in a direction perpendicular to the incident surface (with a refraction angle of 0 degree). The laser light transmitted through the angle limiting element 15 enters the light receiving element 16. Thus, the angle limiting element 15 can limit the laser light incident on the light receiving element 16 to the laser light incident on the light receiving unit 14 at the incident angle θ. The laser light incident on the angle limiting element 15 at an angle other than the incident angle θ is not refracted toward the light receiving element 16 and is not incident on the light receiving element 16, so that the laser light is not detected by the light receiving element 16. .

続いて、距離演算部18は、対象物までの距離を算出する(ステップS103)。具体的には、距離演算部18は、送信されたレーザ光のタイミング情報をパルスタイミング制御部17から受け、レーザ光の出射角の情報を主制御部19から受け、受信されたレーザ光のタイミング情報及び光強度の情報を受光素子16から受ける。距離演算部18は、これらの情報を用いて、車両から対象物までの距離を算出する。   Subsequently, the distance calculation unit 18 calculates the distance to the object (step S103). Specifically, the distance calculation unit 18 receives the timing information of the transmitted laser beam from the pulse timing control unit 17, receives the information of the emission angle of the laser beam from the main control unit 19, and receives the timing of the received laser beam. Information and light intensity information are received from the light receiving element 16. The distance calculation unit 18 calculates the distance from the vehicle to the object using these pieces of information.

[3] 実施例
次に、投光部11の実施例について説明する。図10は、実施例に係る投光部11の構成を示す模式図である。
[3] Embodiment Next, an embodiment of the light projecting unit 11 will be described. FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a configuration of the light projecting unit 11 according to the embodiment.

走査素子13の出射面側には、平凹レンズ21が設けられる。平凹レンズ21は、その平面が走査素子13に向き合うように配置される。平凹レンズ21は、レーザ光を拡散する。すなわち、平凹レンズ21は、入射角θより大きい出射角(屈折角)θ´でレーザ光を出射する。実施例によれば、レーザ光の走査範囲を広くすることができる。   A plano-concave lens 21 is provided on the exit surface side of the scanning element 13. The plano-concave lens 21 is arranged so that its plane faces the scanning element 13. The plano-concave lens 21 diffuses laser light. That is, the plano-concave lens 21 emits laser light at an emission angle (refraction angle) θ ′ larger than the incident angle θ. According to the embodiment, the scanning range of the laser beam can be widened.

次に、受光部14の実施例について説明する。図11は、実施例に係る受光部14の構成を示す模式図である。   Next, an embodiment of the light receiving unit 14 will be described. FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a configuration of the light receiving unit 14 according to the embodiment.

角度制限素子15の入射面側には、平凹レンズ22が設けられる。平凹レンズ22は、その平面が角度制限素子15に向き合うように配置される。平凹レンズ22は、入射角θ´で凹面側に入射したレーザ光を屈折角θで屈折させる。実施例によれば、レーザ光の受光範囲を広くすることができるとともに、投光部11の出射角θ´と、受光部14の入射角θ´とを同じにすることができる。   A plano-concave lens 22 is provided on the incident surface side of the angle limiting element 15. The plano-concave lens 22 is arranged so that its plane faces the angle limiting element 15. The plano-concave lens 22 refracts laser light incident on the concave surface side at an incident angle θ ′ at a refraction angle θ. According to the embodiment, the light receiving range of the laser beam can be widened, and the emission angle θ ′ of the light projecting unit 11 and the incident angle θ ′ of the light receiving unit 14 can be made the same.

[4] 第1実施形態の効果
以上詳述したように第1実施形態では、距離測定装置10は、レーザ光を発光する発光素子12と、発光素子12により発光されたレーザ光を第1角度θの出射角で投光する走査素子13と、対象物により反射されたレーザ光を検知する受光素子16と、受光素子16に入射するレーザ光を、第1角度θの入射角で入射するレーザ光に制限する角度制限素子15とを備える。
[4] Effects of First Embodiment As described in detail above, in the first embodiment, the distance measuring device 10 uses the light emitting element 12 that emits laser light and the laser light emitted by the light emitting element 12 at a first angle. A scanning element 13 that emits light at an emission angle of θ, a light receiving element 16 that detects laser light reflected by an object, and a laser that enters laser light incident on the light receiving element 16 at an incident angle of a first angle θ. And an angle limiting element 15 for limiting to light.

従って第1実施形態によれば、距離測定装置10は、距離測定装置10に入射する光(太陽光などの外乱光を含む)のうち、送信したレーザ光が対象物によって反射されたレーザ光に制限して受信することができる。これにより、SN比を向上させることができる。また、SN比が向上するため、遠方の対象物によって反射された微小なレーザ光であっても精度良く検出することができるようになり、遠距離の信号を検出することが可能となるため、測定可能な距離を向上させることができる。   Therefore, according to the first embodiment, the distance measuring device 10 converts the laser light transmitted from the light (including disturbance light such as sunlight) incident on the distance measuring device 10 into the laser light reflected by the object. Can be received with restrictions. Thereby, SN ratio can be improved. In addition, since the SN ratio is improved, even a minute laser beam reflected by a distant object can be detected with high accuracy, and a signal at a long distance can be detected. The measurable distance can be improved.

また、走査素子13及び角度制限素子15を同じ構造の液晶素子で構成するようにしている。また、走査素子13及び角度制限素子15を同じ信号で制御するようにしている。これにより、走査素子13及び角度制限素子15を同期させることが容易であり、受信の精度を向上させることができる。   Further, the scanning element 13 and the angle limiting element 15 are configured by liquid crystal elements having the same structure. Further, the scanning element 13 and the angle limiting element 15 are controlled by the same signal. Thereby, it is easy to synchronize the scanning element 13 and the angle limiting element 15, and the reception accuracy can be improved.

[第2実施形態]
第2実施形態では、走査素子13及び角度制限素子15を共通の液晶素子で構成するようにしている。
[Second Embodiment]
In the second embodiment, the scanning element 13 and the angle limiting element 15 are configured by a common liquid crystal element.

図12は、本発明の第2実施形態に係る走査素子13及び角度制限素子15の平面図である。図13は、図12のC−C´線に沿った走査素子13及び角度制限素子15の断面図である。   FIG. 12 is a plan view of the scanning element 13 and the angle limiting element 15 according to the second embodiment of the present invention. 13 is a cross-sectional view of the scanning element 13 and the angle limiting element 15 taken along the line CC ′ of FIG.

基板30、31、及び液晶層32は、走査素子13及び角度制限素子15に共用される。また、セル電極34−1〜34−12は、走査素子13及び角度制限素子15に共用される。さらに、信号線SL1〜SL8は、走査素子13及び角度制限素子15に共通接続される。   The substrates 30 and 31 and the liquid crystal layer 32 are shared by the scanning element 13 and the angle limiting element 15. The cell electrodes 34-1 to 34-12 are shared by the scanning element 13 and the angle limiting element 15. Further, the signal lines SL <b> 1 to SL <b> 8 are commonly connected to the scanning element 13 and the angle limiting element 15.

図14は、走査素子13及び角度制限素子15の動作を説明する概略図である。主制御部19は、走査素子13の出射角を角度θに設定し、角度制限素子15の入射角を角度θに設定する。投光部11は、出射角θでレーザ光を投光する。受光部14は、入射角θで入射したレーザ光を受光する。   FIG. 14 is a schematic diagram for explaining the operation of the scanning element 13 and the angle limiting element 15. The main control unit 19 sets the emission angle of the scanning element 13 to the angle θ, and sets the incident angle of the angle limiting element 15 to the angle θ. The light projecting unit 11 projects laser light at an emission angle θ. The light receiving unit 14 receives laser light incident at an incident angle θ.

第2実施形態によれば、走査素子13及び角度制限素子15は、液晶素子として一体で形成される。これにより、走査素子13及び角度制限素子15とで、液晶層の厚さ(セルギャップ)、セル電極の幅、セル電極間のスペース、並びに基板の材料及び厚さなどの製造工程において生じる誤差を同じにすることができる。よって、走査素子13及び角度制限素子15の光学特性を同じにすることができる。この結果、受信の精度をより向上させることができる。   According to the second embodiment, the scanning element 13 and the angle limiting element 15 are integrally formed as a liquid crystal element. Thereby, the scanning element 13 and the angle limiting element 15 can cause errors in the manufacturing process such as the thickness of the liquid crystal layer (cell gap), the width of the cell electrodes, the space between the cell electrodes, and the material and thickness of the substrate. Can be the same. Therefore, the optical characteristics of the scanning element 13 and the angle limiting element 15 can be made the same. As a result, the receiving accuracy can be further improved.

なお、上記各実施形態では、距離測定装置が扱うレーザ光として赤外線レーザを用いている。しかし、これに限定されず、上記実施形態にかかる距離測定装置は、赤外線以外の光にも適用可能である。   In each of the above embodiments, an infrared laser is used as the laser light handled by the distance measuring device. However, the present invention is not limited to this, and the distance measuring device according to the embodiment can be applied to light other than infrared rays.

上記実施形態では、車両に搭載される距離測定装置について説明している。しかし、これに限定されず、距離測定装置は、レーザ光を走査する機能を有する様々な電子機器に適用できる。   In the above embodiment, a distance measuring device mounted on a vehicle has been described. However, the present invention is not limited to this, and the distance measuring device can be applied to various electronic devices having a function of scanning laser light.

上記実施形態では、角度制限素子15にパッシブマトリクス方式を適用しているが、他の電極構造を用いてもよい。例えば、第1基板に複数のドットに対応しかつ互いに電気的に分離された複数の第1電極を形成し、第1基板に対向する第2基板に平面状の1つの共通電極を形成する。そして、TFT(Thin Film Transistor)などで構成される複数のスイッチング素子を用いて複数の第1電極を駆動するようにしてもよい。走査素子13についても同様である。   In the above embodiment, the passive matrix method is applied to the angle limiting element 15, but other electrode structures may be used. For example, a plurality of first electrodes corresponding to a plurality of dots and electrically separated from each other are formed on the first substrate, and one planar common electrode is formed on the second substrate facing the first substrate. Then, a plurality of first electrodes may be driven using a plurality of switching elements constituted by TFTs (Thin Film Transistors) or the like. The same applies to the scanning element 13.

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、1つの実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合わせ、若しくは異なる実施形態に開示される構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果が得られる場合には、これらの構成要素が削除された実施形態が発明として抽出されうる。   The present invention is not limited to the above embodiment, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention. Further, the above embodiments include inventions at various stages, and are obtained by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in one embodiment or by appropriately combining constituent elements disclosed in different embodiments. Various inventions can be configured. For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements disclosed in the embodiments, the problems to be solved by the invention can be solved and the effects of the invention can be obtained. Embodiments made can be extracted as inventions.

10…距離測定装置、11…投光部、12…発光素子、13…走査素子、14…受光部、15…角度制限素子、16…受光素子、17…パルスタイミング制御部、18…距離演算部、19…主制御部、20…平凸レンズ、21,22…平凹レンズ、30,31…基板、32…液晶層、33…シール材、34,36…セル電極、35,37…単位電極、40,41…基板、42…液晶層、43…シール材、44,46…セル電極、45,47…単位電極、SL1〜SL8…信号線   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Distance measuring device, 11 ... Light projection part, 12 ... Light emitting element, 13 ... Scanning element, 14 ... Light receiving part, 15 ... Angle limiting element, 16 ... Light receiving element, 17 ... Pulse timing control part, 18 ... Distance calculating part , 19 ... main control unit, 20 ... plano-convex lens, 21, 22 ... plano-concave lens, 30, 31 ... substrate, 32 ... liquid crystal layer, 33 ... sealing material, 34, 36 ... cell electrode, 35, 37 ... unit electrode, 40 , 41 ... Substrate, 42 ... Liquid crystal layer, 43 ... Sealing material, 44, 46 ... Cell electrode, 45, 47 ... Unit electrode, SL1-SL8 ... Signal line

Claims (6)

レーザ光を発光する発光素子と、
前記発光素子により発光されたレーザ光を第1角度の出射角で投光する走査素子と、
対象物により反射されたレーザ光を検知する受光素子と、
前記受光素子に入射するレーザ光を、前記第1角度の入射角で入射するレーザ光に制限する角度制限素子と
を具備する距離測定装置。
A light emitting element that emits laser light;
A scanning element that projects laser light emitted by the light emitting element at an emission angle of a first angle;
A light receiving element for detecting the laser beam reflected by the object;
A distance measuring device comprising: an angle limiting element that limits laser light incident on the light receiving element to laser light incident at the incident angle of the first angle.
前記角度制限素子及び前記走査素子を同期して動作させる
請求項1に記載の距離測定装置。
The distance measuring device according to claim 1, wherein the angle limiting element and the scanning element are operated in synchronization.
前記角度制限素子は、液晶素子で構成される
請求項1または2に記載の距離測定装置。
The distance measuring device according to claim 1, wherein the angle limiting element is configured by a liquid crystal element.
前記走査素子は、液晶素子で構成される
請求項1から3のいずれかに記載の距離測定装置。
The distance measuring device according to claim 1, wherein the scanning element is configured by a liquid crystal element.
前記走査素子及び前記角度制限素子はそれぞれ、第1及び第2液晶素子で構成され、
前記第1及び第2液晶素子は、一体で形成される
請求項1から3のいずれかに記載の距離測定装置。
Each of the scanning element and the angle limiting element includes first and second liquid crystal elements,
The distance measuring device according to claim 1, wherein the first and second liquid crystal elements are integrally formed.
第1角度の出射角でレーザ光を投光する工程と、
受光素子に入射するレーザ光を、前記第1角度の入射角で入射するレーザ光に制限する工程と
を具備する走査方法。
Projecting laser light at an emission angle of the first angle;
And a step of limiting laser light incident on the light receiving element to laser light incident at the incident angle of the first angle.
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