光学装置、搭载系统和移动装置
技术领域
本发明涉及接收来自照明物体的反射光以检测物体的光学装置、搭载系统(on-board system)和移动装置。
背景技术
作为测量到物体的距离的方法，已知LiDAR(Light Detection and Ranging，光检测和测距)，LiDAR使用直到从照明物体接收到反射光为止的时间、以及检测到的反射光的相位来计算到物体的距离。日本专利(“JP”)4476599号公开了如下构造，该构造基于在光接收元件接收到来自物体的反射光时的偏转器(驱动镜)的位置，来测量物体的位置和到物体的距离。
然而，由于在制造驱动镜期间的加工精度的变化，可能出现来自驱动镜的光束的光学倾斜角(偏转角)和驱动镜的共振频率的个体差异。而且，偏转角和共振频率由于诸如温度和大气压的环境变化而变化。如果偏转角和共振频率与设计值不同，则难以准确地测量到物体的距离。
发明内容
本发明提供能够容易地获得关于偏转器的信息的光学装置、搭载系统和移动装置。
根据本发明的一方面的光学装置，所述光学装置包括：偏转器，其被构造为偏转来自光源的照明光以扫描物体，并且偏转来自所述物体的反射光；光导，其被构造为将来自所述光源的所述照明光引导至所述偏转器，并且将来自所述偏转器的反射光引导至光接收元件；光学构件，其具有反射区域，所述反射区域通过反射使作为来自所述偏转器的所述照明光的一部分的第一光入射在所述偏转器上；以及控制器，其被构造为基于来自所述反射区域的所述第一光的信息，来获得关于所述偏转器的信息。在包括从所述反射区域到所述光导的光路的截面中，所述反射区域的宽度小于所述反射区域上的所述照明光的宽度。
通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。
附图说明
图1是根据第一实施例的光学装置的示意图。
图2A和图2B是照明光路和光接收光路的说明图。
图3是示出光学倾斜角与杂散光之间的关系的图。
图4是示出来自物体的反射光的信号与固定杂散光的信号之间的关系的图。
图5是示出根据第一实施例的在驱动镜的一个驱动周期中的光源的发光定时与光学倾斜角之间的关系的图。
图6是根据第二实施例的光学装置的示意图。
图7是示出根据第二实施例的在驱动镜的一个驱动周期中的光源的发光定时与光学倾斜角之间的关系的图。
图8是图7中的区域Sb的放大图。
图9是根据第三实施例的光学装置的示意图。
图10是示出根据第三实施例的在驱动镜的一个驱动周期中的光源的发光定时与光学倾斜角之间的关系的图。
图11A和图11B是图10中的区域Sb和Sc的放大图。
图12是根据第四实施例的光学装置的示意图。
图13是示出根据第四实施例的在被驱动镜反射之后在Y-Z平面上的光路的图。
图14是示出根据第四实施例的在驱动镜的一个驱动周期中的光源的发光定时与光学倾斜角之间的关系的图。
图15是示出图14中的区域Sa'附近的发光定时与杂散光的信号之间的关系的图。
图16是根据第五实施例的测距装置的示意图。
图17是示出分离器的区域的关系的图。
图18A和图18B是测距装置的照明光路和光接收光路的说明图。
图19是示出基准光的信号和来自物体的信号的图。
图20是示出照明光束与基准光产生区域之间的关系的图。
图21是根据第六实施例的测距装置的示意图。
图22是示出照明光束、基准光产生区域和遮蔽构件之间的关系的图。
图23是根据本实施例的搭载系统的构造图。
图24是根据本实施例的车辆(移动装置)的示意图。
图25是示出根据本实施例的搭载系统的操作示例的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的示例性实施例。在各附图中，相同的元件由相同的附图标记表示，并且将省略其重复描述。
使用LiDAR的光学装置包括对物体进行照明的照明系统、以及接收来自物体的反射光和散射光的光接收系统。在LiDAR中，存在照明系统和光接收系统的光轴的一部分彼此重合的同轴系统、以及各光轴不彼此重合的非同轴系统。根据本实施例的光学装置适用于同轴LiDAR。
第一实施例
图1是根据本实施例的光学装置1的示意图。光学装置1包括光源单元10、光路分离器(光导)20、驱动镜(偏转器)30、盖玻片40、检测器50和控制器60。光源单元10包括：光源11和准直器12，准直器12将来自光源11的发散光转换成基本上平行的光。作为光源11，可以使用具有高能量集中度和高方向性的半导体激光器。当如稍后所描述将光学装置1应用于车载系统(in-vehicle system)(搭载系统)时，人可能包括在物体中。因此，期望采用发射对人眼几乎没有影响的红外光的光源。根据本实施例的光源11发射的照明光的波长是包括在近红外区域中的905nm。照明光的波长可以是诸如945nm或1550nm的波长。
光路分离器20例如由穿孔镜或分束器组成，将照明光路和光接收光路分开，将来自光源单元10的照明光引导至驱动镜30，并将来自驱动镜30的反射光(包括散射光)引导至检测器50。
驱动镜30是MEMS镜，并且绕Y轴或由虚线表示的垂直于Y轴的Mx轴旋转。在该实施例中，使用MEMS镜作为驱动镜30，但是可以使用各种驱动镜，例如，诸如检流计镜的摆动镜或诸如多面镜的旋转镜。驱动镜30使来自光路分离器20的照明光偏转以扫描物体，并且通过偏转将来自物体的反射光引导至光路分离器20。盖玻片40是用于在使来自驱动镜30的照明光通过的同时接收来自物体的反射光的开口，并且阻挡来自外部的灰尘等。
检测器50包括成像透镜51、光接收元件52和带通滤波器(未示出)。来自物体的反射光通过驱动镜30和光路分离器20，并且被光接收元件52接收。控制器60以预定的驱动电压和驱动频率(偏转频率、共振频率)分别驱动光源11和驱动镜30。另外，控制器60基于来自光接收元件52的输出(关于作为来自驱动镜30的照明光的一部分的基准光(第一光)的信息)来控制驱动镜30的偏转。在该实施例中，控制器60控制来自驱动镜30的照明光的振动角(光学倾斜角、偏转角)和驱动镜30的共振频率中的至少一个。振动角对应于驱动镜30的摆动角或旋转角(是摆动角或旋转角的两倍)。
图2A和图2B是照明光路和光接收光路的说明图。图2A示出了来自光源单元10的照明光被驱动镜30反射，通过盖玻片40，并且对远离光学装置1距离T的物体OBJ进行照明。图2B示出了来自物体OBJ的反射光通过盖玻片40，被驱动镜30反射，被光路分离器20反射，并且会聚在检测器50上。
例如，驱动镜30以共振频率ωMx[Hz]绕Mx轴驱动±α°，并以共振频率ωy[Hz]绕Y轴驱动±β°。在该实施例中，如图1所示，当光轴Az与能够驱动驱动镜30的区域(扫描区域)的中心视场角重合时，正反射光或反向散射光从由盖玻片40的点a指示的杂散光的产生源(基准部分)返回到光接收元件52。正反射光或反向散射光被视为固定杂散光。杂散光的产生源例如可以是反射用于控制驱动镜30的偏转的基准光(而不是用于照明物体的有效光)的构件，诸如颜料的标记、诸如划痕的凹入部分、以及诸如突起的凸出部分。
当驱动镜30在光轴Az为中心的状态下绕Y轴在一个周期中往复运动、且t为时间时，驱动镜30的光学倾斜角θ由以下表达式(1)表示。
θ＝α×sin(2π×ωy×t)(1)
这里，当光学倾斜角θ小于相对于最大偏转角β的比率k时，杂散光S由以下表达式(2)表示。
图3是示出光学倾斜角θ与杂散光S之间的关系的图。横轴是光学倾斜角θ，并且纵轴是通过对杂散光S进行标准化而获得的值。这里，当在发光定时恒定的状态下绕Y轴的共振频率从ωy改变为ωy'时，光学倾斜角θ在预定时间从0(其中，中心视场角的光路与光轴Az重合，以使杂散光最大化)偏移了偏移角θ'。偏移角θ'由以下表达式(3)表示。
θ'＝β×sin(2π×ωy'/ωy)(3)
在这种情况下，由光接收元件52获得的杂散光S的强度减小了强度p。强度p由以下表达式(4)表示。
p＝1-cos(π/2×θ'/kβ)(4)
图4是示出由光接收元件52获得的、来自物体OBJ的反射光的信号与来自盖玻片40的固定杂散光S的信号之间的关系的图。横轴是从光源11发光起经过的时间t，并且纵轴是由光接收元件52获得的光接收信号。
光接收信号61是与光学倾斜角θ相对应的固定杂散光S的信号，并且在光源11发光之后立即被检测到。光接收信号62是取决于到物体OBJ的距离和来自物体OBJ的反射光的量的、来自物体OBJ的反射光的信号，并且在光源11发光后经过时间2T/c(c：光速)之后被检测到。光接收信号61在时间上与光接收信号62分离。另外，根据光学倾斜角θ检测光接收信号61，但是不管物体OBJ是否存在，在光源11发光之后的预定时间内检测光接收信号61。
将使用特定数值来描述以上构造。假设驱动镜30绕Y轴以1.2kHz摆动±20°，并且绕Mx轴以60Hz摆动±7.5°。当以144kHz发光时，光源11以120个脉冲发光，同时驱动镜30在一个周期中绕光轴Az移动。
图5是示出在驱动镜30的一个驱动周期中的光源11的发光定时与光学倾斜角θ之间的关系的图。在图5中，杂散光出现在由光学倾斜角θ(±40°)的范围中的区域Sa指示的2％的范围中。当Y轴的频率从1.2kHz改变为1.201kHz时，分别根据表达式(3)和(4)，将偏移角θ'和共振频率的变化计算为0.21°和8.3％。即，控制器60可以使用表达式(3)和(4)来估计光学倾斜角θ和共振频率的变化，并且可以使用估计结果来控制摆动角θ和共振频率。
如上所述，在驱动镜300的发射侧基于来自驱动镜30的照明光的一部分产生杂散光，可以计算驱动镜30的光学倾斜角θ和共振频率。结果，即使当环境改变时，也可以计算或校正驱动镜30的方向，使得可以准确且稳定地测量物体OBJ的位置。此外，由于在不提供特殊机构的情况下根据LiDAR功能检测驱动镜30的光学倾斜角θ和共振频率，因此可以简化光学装置1并降低成本。
在本实施例中，以共振频率快的绕Y轴的旋转方向为例进行了描述，但是旋转方向是共振频率慢的绕Mx轴的方向并且该方向上的驱动遵循与由表达式(1)表达的函数不同的函数的情况可以应用于本发明。
在该实施例中，杂散光的产生源设置在不具有折光力的盖玻片40上，但是本发明不限于此。例如，光学系统可以设置在驱动镜30的发射侧，并且产生源可以设置在光学系统中包括的光学元件(光学构件)本身中。具体地，可以在光学元件中透射来自驱动镜30的照明光的区域中设置至少一个具有不同的透射率(或反射率)的区域。此外，可以在紧接在驱动镜30之后的光学元件的端部处设置涂层边界表面，使得出现杂散光。另外，可以根据杂散光的产生源的位置来布置机械遮光构件。
第二实施例
图6是本实施例的光学装置2的示意图。光学装置2的基本构造与光学装置1的基本构造相同。在本实施例中，将描述与第一实施例的构造不同的点，并且将省略与第一实施例相同的构造的描述。在该实施例中，光接收元件52接收在盖玻片40的点b处产生的杂散光。
图7是示出在驱动镜30的一个驱动周期中的光源11的发光定时与光学倾斜角θ之间的关系的图。在该实施例中，杂散光出现在由区域Sb示出的范围内。
图8是区域Sb的放大图。图8示出了当驱动镜30的光学倾斜角θ和共振频率以及光源11的发光频率与第一实施例相同时，光学倾斜角θ与发光定时之间的关系。
在图8中，杂散光出现在以光学倾斜角θ的最大值的内侧2.5％为中心的值的±0.5％的范围内。即，杂散光出现在大于-39.5°且小于-38.5°的光学倾斜角θ、和大于38.5°且小于39.5°的光学倾斜角θ中。
当不改变驱动镜30时，检测器50通过区域Sb中的曲线400上的6个脉冲检测杂散光。在观察到杂散光的前3个脉冲的定时与观察到杂散光的随后3个脉冲的定时之间，存在与未观察到杂散光的5个脉冲对应的定时。当从40°改变0.5％时，光学倾斜角θ为40.2°或39.8°。当光学倾斜角θ为40.2°时，检测器50通过区域Sb中的曲线402上的4个脉冲来检测杂散光。在观察到杂散光的前2个脉冲的定时与观察到杂散光的随后2个脉冲的定时之间，存在与未观察到杂散光的7个脉冲对应的定时。同时，当光学倾斜角θ为39.8°时，检测器50通过区域Sb中的曲线398上的4个脉冲来检测杂散光。在观察到杂散光的前2个脉冲的定时与观察到杂散光的随后2个脉冲的定时之间，存在与未观察到杂散光的5个脉冲对应的定时。在本实施例中，可以使用观察到的杂散光的数量和在观察到杂散光的时间期间未观察到杂散光的定时的数量来估计光学倾斜角θ。
在观察到杂散光的范围内，杂散光的强度实际上通常根据光学倾斜角θ而变化。这是因为来自光源的光也具有分布梯度，并且当发射光的照度高的部分入射到出现杂散光的区域时，杂散光变大。曲线500表示由检测器50检测到的杂散光的强度。当光学倾斜角θ为39°时，杂散光最强，随着光学倾斜角θ与39°分开时，杂散光减弱，并且当光学倾斜角θ为38.5°或39.5°时，未检测到杂散光。由检测器50检测到的并考虑到与光学倾斜角θ相对应的杂散光的强度而针对各光接收定时检测到的杂散光被示为398s、400s和402s。例如，如400s所示，可以基于检测到杂散光的定时、杂散光的强度以及由曲线500假定的杂散光的强度，来高精度地检测出当杂散光最强时的光学倾斜角(图8中的39°)。
可以检测到杂散光最强时的光学倾斜角θ的定时在图8所示的范围内出现两次。在398s、400s和402s的各个中，假定杂散光最强的定时由星号指示，但是可以根据两个定时的间隔来假定驱动镜30的摆动角θ。
如上所述，使用LiDAR的功能，在驱动镜300的发射侧，检测基于来自驱动镜30的照明光的一部分而产生的杂散光，可以检测出光学倾斜角θ。结果，即使当环境变化时，也可以计算光学倾斜角θ，使得可以准确地测量物体OBJ的位置。
在本实施例中，以共振频率快的绕Y轴的旋转方向为例进行了说明，但是旋转方向为共振频率慢的绕Mx轴的方向可以应用于本发明。
第三实施例
图9是根据本实施例的光学装置3的示意图。光学装置3的基本构造与光学装置1的基本构造相同。在本实施例中，将描述与第一实施例的构造不同的点，并且将省略与第一实施例相同的构造的描述。在该实施例中，光接收元件52接收在相对于盖玻片40的光轴Az对称的点b、c处产生的杂散光。
图10是示出在驱动镜30的一个驱动周期中的光源11的发光定时与光学倾斜角θ之间的关系的图。在该实施例中，杂散光出现在指示为区域Sb和Sc的范围内。
图11A和图11B分别是图10中的区域Sb和Sc的放大图。如曲线400b所示，检测器50在第25至第35发光期间检测杂散光。400PB表示光学倾斜角θ变为最大的定时。另外，如曲线400c所示，检测器50在第85至第95发光期间检测杂散光。400PC表示光学倾斜角θ变为最大的定时。在图11A和图11B的各个中，可以根据杂散光的测量值来检测如第二实施例中所描述的光学倾斜角θ最大的定时。
如果光源11的发光定时偏移2个脉冲，则发射杂散光的定时也改变2个脉冲。在这种情况下，如曲线400b′所示，检测器50在第27至第37发光期间检测杂散光。400PB'表示光学倾斜角θ变为最大的定时。另外，如曲线400c'所示，检测器50在第87发光与第97发光期间检测杂散光。400PC'表示光学倾斜角θ变为最大的定时。即，相对于光学倾斜角θ，光源11的发光或光接收的定时与两个杂散光的定时完全偏移。
在光源11的发光定时偏移小于1个脉冲的值的情况下，根据光接收定时和接收到的杂散光的量来近似使光学倾斜角θ最大化的定时，并且可以计算出现两个杂散光的区域中的定时的偏移量。因此，可以发现驱动镜30与光源11的发光定时或光接收定时之间的相移。
如上所述，在驱动镜300的发射侧基于来自驱动镜30的照明光的一部分产生多个杂散光，可以检测驱动镜30相对于发光定时或光接收定时的相移。结果，可以基于相移来校正驱动镜30的驱动以及光源11的光接收定时或发光定时。此外，在软件上校正驱动镜30的方向可以在准确地识别驱动镜30的方向的同时高精度地测量物体OBJ的位置。
第四实施例
图12是根据本实施例的光学装置4的示意图。光学装置4具有变倍光学系统70，该变倍光学系统70布置在驱动镜30的后面以改变光学倾斜角θ。变倍光学系统70增大了来自驱动镜30的照明光的直径，并且减小了来自物体OBJ的反射光的直径。在本实施例中，存在由驱动镜30反射的发射光和光学元件的一部分彼此面对的情况，并且来自光学元件的反射光可以由检测器50检测。
然而，由于通常期望在视场角内不存在杂散光，因此期望在视场角内不出现杂散光并且在视场角之外出现杂散光。例如，如图13所示，在变倍光学系统70中，光轴可以从驱动镜30的中心偏心。图13是示出被驱动镜30反射后的YZ平面上的光路的图。Fa、Fb和Fc分别表示当驱动镜30相对于Mx轴摆动时最离轴视场角的照明光路、在光学倾斜角为0(扫描视场角的中心视场角)的情况下的照明光路、以及相对的最离轴视场角的照明光路。照明光路Fc是在测量到物体OBJ的距离中使用的最离轴视场角的照明光路，而不是在驱动镜30最大摆动时的照明光路。在驱动镜30倾斜和反射的范围内，照明光路Fa、Fb和Fc仅使用相对于变倍光学系统70的光轴的一侧，并且不出现杂散光。
此外，Fg表示在驱动镜30相对于Mx轴最大摆动时的照明光路。当照明光路Fg垂直入射在变倍光学系统70的光学元件上时，来自光学元件的少量反射光在通过与照明光路Fg相同的光路之后，被光路分离器20反射，并由检测器50检测为杂散光。照明光路Fc与照明光路Fg之间的视场角是不出现杂散光的视场角的余量。例如，将由于制造误差引起的偏差设置为余量。
在图13中，变倍光学系统70的光轴与驱动镜30的交点AXP偏离驱动镜30的中心32，换言之，变倍光学系统70相对于驱动镜30偏心。使变倍光学系统70相对于驱动镜30偏心(将驱动镜30布置成，使得驱动镜30的扫描视场角范围内的中心视场角处的照明光的主光线的光路与变倍光学系统70的光轴不重合)可以使来自照明光路Fg的杂散光偏心。由此，由于不出现杂散光的区域增大至照明光路Fg更外侧的视场角，因此与照明光路Fc相比，可以进一步使用照明光路Fg侧的范围来测量到物体OBJ的距离。另外，如果将照明光路Fb分配到照明光路Fg侧，则可以使照明光路Fa向变倍光学系统70的光轴中心侧偏移，使得减小变倍光学系统70的有效直径，并且能够减小整个光学装置4的尺寸。因此，在驱动镜30上，期望驱动镜30的中心32不与变倍光学系统70的光轴重合。
如上所述，可以将光学系统设计为提供在所使用的视场角的稍微外侧产生杂散光的区域。由于在使用视场角之外，因此可以设计为使得在较宽的范围内发射杂散光。例如，在第一实施例中，杂散光在光学倾斜角θ为0的位置附近在光学倾斜角θ的2％的范围内出现，但是可以在25％的范围内出现。由此，可以在多个定时检测到杂散光。
图14是示出在驱动镜30的一个驱动周期中的光源的发光定时与光学倾斜角θ之间的关系的图。图15是示出图14中的区域Sa'附近的发光定时(光接收定时)与接收到的杂散光的信号之间的关系的图。根据由线200表示的近似值，可以向后计数杂散光的最大值。以规则的间隔测量杂散光的最大值，并且如果观察到变化，则认为光源输出(发光强度)已经变化。如果控制器60校正光源输出以返回到原始状态，则还可以校正来自光学装置4的照明输出。从而，可以消除照明输出意外增大并且不利地影响人眼的危险，并且可以抑制由于降低的照明输出而导致的测量到远处物体OBJ的距离的性能的劣化。
如上所述，将变倍光学系统70布置在驱动镜30的发射侧以便在非使用视场角处产生杂散光同时防止在使用视角内出现正反射，可以检测使用视场角之外的杂散光的曝光量并控制该曝光量。此外，由于还可以检测光源11的发光定时和输出，因此可以消除用于检测它们的机构，并且可以准确、稳定和安全地测量物体OBJ的位置。
在该实施例中，光学倾斜角θ为0的位置被示出为中心，但是如果在多个定时测量杂散光并且可以根据测量值计算出杂散光的特定量，则检测杂散光的条件可以是其他条件。
在以上实施例中，光源的发射的时间间隔是相同的，但是鉴于扫描镜的偏转角，当从扫描镜照明时，扫描间隔可以相等。
换句话说，如果从以上观点分析了在检测到杂散光的定时的杂散光的量，则可以检测出发光定时或扫描镜的偏转角的变化。
如上所述，根据本实施例的构造，可以有利地控制作为偏转器的驱动镜30的偏转。此外，可以很好地控制光源单元10的发光。
根据本实施例的光学装置可以应用于自动机器或用于自动驾驶的传感器，因为如下所述，该光学装置可以测量到远处物体的距离。
第五实施例
在日本专利6347079号中，照明系统的光轴和光接收系统的光轴在分束器处重合。在该构造中，照明系统包括光源、准直透镜和驱动镜(例如，MEMS(微机电系统)镜)，并且通过驱动驱动镜来照明较宽的区域。
在光接收系统中，来自物体的反射/散射光在被驱动镜接收之后在光源侧反射，在通向光源的途中被分束器部分偏转，并且由光接收元件接收。在该构造中，在对镜的驱动范围的内部照明的同时，如果在该范围内存在物体，则当来自物体的反射光被接收时，测量从驱动镜的位置到物体的位置的距离。
另外，通过将反射器放置在驱动镜的发射侧的一部分上并且使用从反射器接收反射光的定时来获得物体的方向。照明方向和光接收方向相同的同轴光学系统易于在尽可能多地吸收来自物体的反射光的同时抑制不必要的外部光，因此在远程测距方面优越。在远程测距的情况下，期望捕获来自物体的大量反射光，因此期望在考虑人眼安全的同时尽可能多地增加照明光的量。然而，当使用具有高灵敏度的光接收元件从远处捕获大量光时，来自反射器的光太强并且光接收元件饱和。结果，物体的测距性能和方向检测精度变差并且击穿的可能性增大。例如，当检测100米远的物体时，来自物体的反射光比照明光的量低大约八位。即，如果照明为1W，则来自物体的反射光为约10nW。另一方面，在可以检测到来自用于测量物体方向的反射器的基准反射光的0.01％的构造的情况下，如果照明为1W，则基准反射光为100μW，这比来自物体的反射光量大得多。
在外部空气温度变化很大的应用(诸如自动驾驶)中，由于装置受温度变化的影响，因此驱动镜的摆动角、光源输出以及信号处理中的各种信号定时改变。即，当在物体的方向检测中出现偏差时，位置偏差量变大，特别是在远程测距中。因此，形成具有合适光量的基准反射光对于准确地测量物体的方向和到物体的距离非常重要。本实施例的目的是形成具有适当光量的基准光，以便即使在远程测距中也准确地测量物体的方向和到物体的距离。
在下文中，将描述该实施例的光学装置的实施例。
图16是测距设备(光学装置)的示意图。附图标记100表示光源单元100，并且来自光源101的发散光被准直透镜102准直。附图标记80表示分离器，该分离器将使用来自光源单元100的光照明物体的照明光路与接收来自物体的反射光的光接收光路分离。
分离器80是例如穿孔镜、具有从光轴的中心透射特定区域并反射其他区域的区域的镜、以及偏振分束器。分离器80例如被构造为如图17所示的平板，并且在发射侧的表面A上具有使光源单元100的大部分光束透射的同时部分地反射光束的区域81和反射来自驱动镜侧的光的区域82。
当从光源单元100侧观看时的区域81小于当从光源单元100侧观看时的扫描镜85的有效直径，并且通过区域81的光束被构造为在扫描镜的有效直径内。
附图标记85表示二维扫描驱动镜，其被驱动以相对于镜中心绕Y轴旋转并绕垂直于Y轴的点划线Mx的方向旋转，并且，二维扫描驱动镜偏转来自光源单元的光束。在驱动镜中，与在Mx上进行扫描相比，在Y方向上进行扫描更快，并且具有更宽的扫描角度。驱动镜85还在使来自光源单元100的照明光二维地偏转的同时照明物体，并且还将来自物体的反射光偏转到分离器80侧。
附图标记90表示检测器，其包括带通滤波器91、成像透镜92和光接收元件93。从物体反射和散射的光由检测器90的光接收元件93通过驱动镜和分离器接收。
控制器600控制光源单元100的扫描参数、扫描镜85的扫描以及检测器90的光接收参数。
附图标记40是透射来自装置内部的光的窗口，并且附图标记41是用于在使照明变暗的同时以特定视角α反射和散射照明的基准光产生区域。
另外，在本实施例中，窗口40被简单地描述为与XY平面平行，但是期望稍微倾斜地布置窗口40，使得从扫描镜85反射的一部分照明光不会由于被窗口40反射而返回到扫描镜85。
如图18A和图18B所示，以上构造将照明光路与光接收光路分开。在图18A中，来自光源单元100的光束透射通过分离器80的区域81，在被驱动镜85扫描的同时被反射，并照明物体900。在图18B中，来自光源单元100的光束被分离器80的区域82分离，被反射，并被检测器90收集。
在图19中，信号a和b分别是当物体900位于视场角α处和除视场角α以外的视场角β处时的接收信号。t1是从光源发射光的时间，而基准t3是接收到来自物体900的反射光的时间。在视场角α处，在从时间t1到t2的非常短的时段期间检测到基于基准光的信号SG。
图20示出了基准光产生区域41与照明光束之间的关系。在图20中，IL是照明光束，IL_Center是当照明或光接收时的光轴，并且RC是接收光束RC。基准光产生区域41形成在窗口的装置内侧，并且小于照明光束IL的有效直径。照明光束IL的有效直径例如是当在垂直截面中观察光轴IL_Center时相对于具有最高照明强度的区域具有1/e2或1％的强度的直径。减小基准光产生区域41可以与基准光产生区域的反射率分开地将反射光减小基准光产生区域与照明光束的面积比。
另外，基准光产生区域41是形成在窗口40上的反射部分，但是可以是抗反射膜，其与其他部分不同并且具有比窗口40上的抗反射膜的反射率高的反射率。
此外，基准光产生区域41可以是诸如相对于窗口40形成为线性形状或点状形状的瑕疵的边缘表面。在这种情况下，由于扩散，因此被驱动镜偏振的向光接收元件的反射光相对于全部反射光减少。
此外，由于倾斜地透射到检测器90的成像透镜92的光轴的光的一部分没有到达光接收元件93，因此可以进一步减少光接收元件93最终检测到的光量。然而，优选地，驱动镜在扫描方向上的截面中的基准光产生区域41小于照明光束的直径。
例如，在驱动镜的扫描方向上的截面中，当照明光束IL的宽度为ILH且基准光产生区域的宽度为t时，可以将基准反射区域设置为使得满足0.01<t/ILH<0.9或0.1<t/ILH<0.5的范围。
另外，在基准光产生区域41中，扫描方向上的宽度期望等于或小于垂直于扫描方向的方向上的宽度。即使照明光量在远程测距中增加，将基准光产生区域布置为小于照明光束也可以形成具有适当光量的基准反射光。
使用基准反射光可以准确地测量偏转器和发射光的方向。另外，由于可以通过基于测量结果控制偏转器来校正偏转角，因此可以进行更准确的测距。
第六实施例
图21示出了根据第六实施例的测距装置(光学装置)8。在本实施例中，与第五实施例相比，基准光产生区域41被布置在基准光产生器420的与窗口分离的侧表面上，并且窗口具有遮蔽构件410。
图22示出了在视场角α处的基准光产生区域41附近的放大图。与第五实施例类似，IL是照明光束，IL_Center是照明或光接收期间的光轴，并且RC是接收光束RC。照明光束IL被基准光产生区域41反射并且被光接收元件93检测为基准光。在垂直于光轴IL_Center的截面中观察时，基准光产生区域41被布置为小于照明光束IL的有效直径，并且照明光束IL透射基准光产生区域41的其他部分。
另外，基准光产生器420是吸收具有光源101的波长的光的ND滤光器，并且大部分照明光被ND滤光器吸收。
此外，遮蔽构件410吸收或极大地散射具有光源101的波长的光。
当通过基准光产生区域41附近时，照明光束IL被分为三种类型。第一种主要被基准光产生器420吸收，并且透射光被遮蔽构件410吸收或散射。第二部分主要被基准光产生区域41透射和折射或向前散射，但是一部分向后散射并且被光接收元件93检测为基准光。第三部分不入射到基准光产生器420或基准光产生区域41的吸收部分，并且被遮蔽构件410吸收或散射。并且，遮蔽构件410被布置为在视场角α处阻挡接收光束RC。在该构造中，由于在由照明光IL形成恒定的基准光的同时遮蔽了接收光束RC，因此基准光的尺寸不会由于外部光而改变，使得可以更稳定地检测物体的方向。
顺便提及，在本实施例中，遮蔽构件410被布置在装置外部，但是可以被布置在装置内部。
此外，如果当在垂直于光轴的截面上观察时基准光产生区域41被布置为小于照明光束IL，则基准光产生区域41的方向可以与图22中的方向不同。以特定的视角，在布置小于照明光束的截面面积的反射面、通过吸收或散射来分离其他光、并进行遮蔽使得外部光不进入的同时，布置基准光产生区域和遮蔽构件是本发明的主旨。结果，即使用于远程测距的照明光的量增加，也可以形成具有适当光量的基准反射光而不受外部光的影响，并且在远程测距中可以准确测量物体的方向和到物体的距离。
根据以上实施例，在照明方向和光接收方向在同一方向上的同轴LIDAR光学系统中，即使用于远程测距的照明光的量增加，通过适当地产生基准光以检测物体的方向，也可以检测物体的方向和到位于远程的物体的距离。
此外，即使由于外部空气温度的变化的影响而使驱动镜的摆动角或光源的输出改变，或者使信号处理中的各种信号的定时改变，可以准确测量物体的方向以及到位于远程的物体的距离。
[搭载系统]
图23是根据本实施例的光学装置1和包括该光学装置1的搭载系统(驾驶辅助装置)1000的构造图。搭载系统1000由诸如汽车(车辆)的可移动体(移动装置)保持，并且是基于由光学装置1获得的车辆周围的物体(诸如障碍物或行人)的距离信息来支持车辆驾驶(转向)的装置。图24是包括搭载系统1000的车辆500的示意图。图24示出了将光学装置1的距离测量范围(检测范围)设置在车辆500的前方的情况，但距离测量范围可以设置在车辆500的后方或旁边。
如图23所示，搭载系统1000包括光学装置1、车辆信息获得装置200、控制装置(ECU：电子控制单元)300和警告装置(警告单元)400。在搭载系统1000中，光学装置1中包括的控制器60具有作为距离获得单元(获得单元)和碰撞确定单元(确定单元)的功能。然而，必要时，搭载系统1000可以配设有与控制器60分开的距离获得单元和碰撞确定单元，并且距离获得单元和碰撞确定单元可以各自设置在光学装置1的外部(例如，在车辆500的内部)。另选地，控制装置300可以用作控制器60。
图25是示出根据本实施例的搭载系统1000的操作示例的流程图。在下文中，将参照该流程图描述搭载系统1000的操作。
首先，在步骤S1中，控制器60基于通过接收来自布置在车辆周围并被光学装置1的光源单元10照明的物体的反射光而从光接收元件52输出的信号，来获得物体的距离信息。在步骤S2中，车辆信息获得装置200获得包括车辆的速度、偏航率和转向角的车辆信息。在步骤S3中，控制器60使用在步骤S1中获得的距离信息和在步骤S2中获得的车辆信息，确定到物体的距离是否在预先设置的距离的范围内。
因此，确定物体是否存在于车辆周围的设置距离内，并且可以确定车辆与物体之间的碰撞的可能性。步骤S1和S2的处理可以以与上述顺序相反的顺序进行，或者可以彼此并行地进行。当物体存在于设置距离内时，控制器60确定“存在碰撞的可能性”(步骤S4)，而当物体不存在于设置距离内时，确定“不存在碰撞的可能性”(步骤S5)。
接下来，当确定存在碰撞的可能性时，控制器60将确定结果通知(发送)给控制装置300和警告装置400。这时，控制装置300基于控制器60的确定结果来控制车辆(步骤S6)，并且警告装置400基于控制器60的确定结果来向车辆的用户(驾驶员)发出警告(步骤S7)。可以将确定结果通知给控制装置300和警告装置400中的至少一个。
控制装置300可以通过将控制信号输出到驱动单元(诸如引擎或电动机)来控制车辆的移动。例如，在车辆中，进行诸如施加制动、使加速器返回、转动方向盘以及产生用于在各车轮上产生制动力以抑制引擎或电动机的输出的控制信号的控制。警告装置400向驾驶员发出警告，例如，产生警告声、在汽车导航系统的画面上显示警告信息或使安全带或方向盘振动。
根据本实施例的搭载系统1000可以使用以上处理来检测并测量物体的距离，因此可以避免车辆与物体之间的碰撞。特别地，通过将根据各实施例的光学装置1应用于搭载系统1000，可以实现高测距精度，使得可以以高精度进行物体的检测和碰撞确定。
在本实施例中，搭载系统1000被应用于驾驶辅助(减少碰撞损伤)，但是本发明不限于此。搭载系统1000可以用于巡航控制(包括跟随所有车速的功能)和自动驾驶。另外，搭载系统1000不仅可以应用于诸如汽车的车辆，而且可以应用于诸如船舶、飞机或工业机器人的可移动体。此外，搭载系统1000不仅可以应用于可移动体，而且可以应用于使用物体识别的各种设备，诸如智能运输系统(ITS)和监视系统。
另外，搭载系统1000和移动装置500可以包括通知装置(通知单元)，以将移动装置500与障碍物之间的碰撞通知给搭载系统的厂商(制造商)或销售来源(经销商)。例如，作为通知装置，可以采用通过电子邮件将关于移动装置500与障碍物之间的碰撞的信息(碰撞信息)发送到预先设置的外部通知目的地的装置。
以这种方式，通过采用由通知装置自动通知碰撞信息的构造，可以在碰撞出现之后迅速地进行检查或修复。碰撞信息的目的地可以是保险公司、医疗机构、警察或用户设置的任何其他代理。此外，通知装置可以被构造为不仅通知碰撞信息，而且通知各单元的故障信息和消耗品的消耗信息。可以使用基于上述光接收单元2的输出而获得的距离信息来进行对碰撞的存在或不存在的检测，或者可以由其他检测单元(传感器)来进行该检测。
根据本实施例，可以提供能够容易地获得信息的光学装置、搭载系统和移动装置。
虽然参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不限于所公开的示例性实施例。应当对所附权利要求的范围给予最宽的解释，以使其涵盖所有这些变型例以及等同的结构和功能。
