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    目标 探测器
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    摘要
    申请专利号:

    CN201410124493.X

    申请日:

    2014.01.30

    公开号:

    CN103969637A

    公开日:

    2014.08.06

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01S 7/481申请日:20140130|||公开
    IPC分类号: G01S7/481 主分类号: G01S7/481
    申请人: 株式会社理光
    发明人: 仲村忠司; 今井重明
    地址: 日本东京都
    优先权: 2013.01.30 JP 2013-015941
    专利代理机构: 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人: 张祥
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410124493.X

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2017.04.12|||2014.09.03|||2014.08.06

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明涉及一种目标探测器。该目标探测器包括光源;光学系统,将从光源发出的光束转换成预定状态;偏转器,偏转和扫描穿过光学系统的光束,并且将光束照射到目标上;光电探测器,探测反射光或者散射光。光源的发光区的第一尺寸与光源发光区的第二尺寸是不同的,所述的第一尺寸是发光区在第一方向的第一宽度,所述第二尺寸是发光区在第二方向的第二宽度。同所述第一尺寸和第二尺寸中较小者对应的第一方向和第二方向中的一个方向与角分辩率较高的方向一致。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  目标探测器,其包括:
    光源;
    光学系统,被配置用于将从所述光源发出的光束转换成预定状态;
    偏转器,被配置用于对穿过所述光学系统的光束进行偏转和扫描,并被配置用于将所述光束照射到目标上;以及
    光电探测器,被配置用于探测照射到目标上的光束从目标上反射或散射的光;
    其中,所述光源的发光区的第一尺寸与所述发光区的第二尺寸是不同的,所述第一尺寸是发光区在第一方向的第一宽度,第二尺寸是发光区在第二方向的第二宽度;并且
    同所述第一尺寸和第二尺寸中较小者对应的第一方向和第二方向中的一个方向与角分辨率较高的方向一致,所述角分辨率是最小可探测角度范围。

    2.  如权利要求1所述的目标探测器,其中,所述光学系统配置为,在所述第一方向和第二方向中的一个方向上,将从所述光源发出的光束转换成为发散状态。

    3.  如权利要求1或2所述的目标探测器,其中,在同所述第一尺寸和第二尺寸中较小者对应的第一方向和第二方向中的一个方向上,在所述光源的发光区叠加多个发光层。

    4.  如权利要求1至3中任一项所述的目标探测器,其中,所述光学系统包括多个透镜。

    5.  如权利要求1至3中任一项所述的目标探测器,其中,所述光学系统包括具有光功率的单个透镜,使得在所述第一方向上的光功率与所述第二方向上的光功率不同。

    6.  如权利要求1至5中任一项所述的目标探测器,其中,在所述第一方向和第二方向中的另一个方向上,从所述光源的发光点到所述光学系统的主点的距离等于所述光学系统的焦距。

    7.  如权利要求1至6中任一项所述的目标探测器,其中,所述第一方向是指所述偏转器偏转和扫描光束的方向,第二方向是指与所述偏转器偏转和扫描的光束的方向垂直的方向。

    说明书

    说明书目标探测器
    技术领域
    本发明涉及一种目标探测器。
    背景技术
    激光雷达作为车载装置,可探测移动运载工具前是否存在目标,也可探测与目标之间的距离。
    激光雷达能够探测在一定预期距离之内是否存在目标,并且探测与目标之间的距离。为了能够探测目标或探测与目标之间的距离,激光雷达采用光源(激光二极管)发出的激光束照射目标,同时通过旋转镜扫描此激光束,并且激光雷达通过光电探测器探测目标反射或散射的光。其中光电探测器可以使用例如雪崩光电二极管。
    在探测距离内,存在最小可探测角度范围(下文称为“角分辨率”)。在探测距离内,主扫描方向是指被扫描激光束的方向,次扫描方向是指扫描激光束所在的平面的垂直方向,主扫描方向的角分辨率与次扫描方向的角分辨率不同。
    尽管角分辨率取决于很多种因素,例如光电二极管的性能或者目标的反射特性,但是一般来说,角分辨率是指通过单次脉冲扫描能够探测到的目标范围。其中,“通过单次脉冲扫描能够探测到的目标范围”是指,在探测距离内,光源图像与光电探测器图像重叠部分的区域。
    例如,某个特定区域在光源图像的区域内,即此特定区域在能够被光源照射到的范围内,但如果此特定区域不在光电探测器的可探测区域内,那么此特定区域的反射光将不会进入到光电探测器。因此,此特定区域的反射光没有被检测到。相反的,如果比特定区域在光电探测器的可探测区域内,但此特定区域不在光源图像的区域内,那么此特定区域没有被光源照射到。因此,在这种情况下,没有产生反射光或者散射光。
    发明内容
    专利文件1(日本未审查专利公开号H11-304469)公开了一种目标探测器的示 例。在专利文件1中,作为光源的半导体激光器发出的光束通过作为光学系统的扩束镜而转换成平行光。也就是说,半导体激光器到扩束镜主点的距离被设置成等于转换透镜(transmitter lens)的焦距,因此目标点的共轭像位于无穷远处。
    通过转换透镜转换成平行光的光束随后被旋转镜扫描。在这种使用平行光的探测器中,在与旋转镜分离恒定距离的范围内,可以进行必要且充分的探测。但是在与旋转镜分离超过恒定距离的范围内,可能会遗漏某些探测区域,或者某些探测区域会相互重叠。
    此外,在专利文件1的示例中,没有考虑半导体激光器的发光区尺寸。在此,在预定方向上发光区域的宽度被称为“发光区尺寸”。当发光区尺寸大到某一程度,即使采用如上所说的装置,通过扩束镜的光束也可能不是平行的。另一个问题是当不考虑发光区尺寸时,光量的损失会增大。
    本发明的一个实施方式正是为了解决上述问题。目前需要一种能够减少光量损失的目标探测器。
    根据本发明的一个方面,提供了一种目标探测器,包括光源;光学系统,被配置用于将从光源发出的光束转换成预定状态;偏转器,被配置用于对穿过上述光学系统的光束进行偏转和扫描,并被配置用于将光束照射到目标上;以及光电探测器,用于探测照射目标的光束从目标上反射或散射的光。上述光源的发光区的第一尺寸与发光区的第二尺寸不同,其中第一尺寸是指在第一方向上发光区的第一宽度,并且第二尺寸是指在第二方向上发光区的第二宽度。同所述第一尺寸和第二尺寸中较小者对应的第一方向和第二方向中的一个方向与角分辨率高的方向一致,其中,所述角分辨率高的方向是指此方向上角分辨率较高,角分辨率是最小可探测角度范围。
    根据已公开的技术,能够提供减少光量损失的目标探测器。
    通过以下详细说明并参阅附图,本发明的其他目的、特征和优点将会更加显著。
    附图说明
    图1A和图1B为基于一个实施方式的目标探测器的发射光学系统示例简图;
    图2A和图2B为基于该实施方式的目标探测器的接收光学系统示例简图;
    图3A和图3B所示为主扫描方向的角分辨率;
    图4A和图4B所示为次扫描方向的角分辨率;
    图5所示为发光区尺寸;
    图6所示为考虑光源的发光区域时的光源照射区域;
    图7A和图7B所示为基于角分辨率和发光区域的照射范围;
    图8A和图8B为照射范围随着光源的发光点到耦合透镜之间的距离波动而变化的示例图(版本1);
    图9A和图9B为光源图像随着耦合透镜位置而变化的示例图;
    图10A和图10B为具体说明了一个基于改进示例的目标探测器的投影光学系统原理图;
    图11A和11B为具体说明了另一个基于改进示例的目标探测器的投影光学系统原理图;以及
    图12为照射范围关于从光源的发光点到耦合透镜之间的距离波动的变化情况的示例图(版本2)。
    具体实施方式
    下面,通过参阅附图将对实施本发明的结构进行解释。附图中,通过对结构中相同部分使用相同的参考标记来省略重复的解释。
    图1A和1B为基于一个实施方式的目标探测器的发射光学系统示例简图。图1A示出沿与XY平面平行的方向的横截面图。图1B示出沿与XZ平面平行的方向的横截面图。图2A和2B为基于该实施方式的目标探测器的接收光学系统示例简图。图2A示出沿与XY平面平行的方向的横截面图。图2B示出沿与XZ平面平行的方向的横截面图。
    参阅图1A、1B、2A和2B,目标探测器10至少包括,光源11;耦合透镜12;反射镜13;旋转镜14;反射镜15;成像透镜16;以及光电探测器17。目标探测器10是用于探测是否存在目标,探测与目标之间的距离等类似功能的装置。例如,目标探测器10可用于车载激光雷达。在图1A、1B、2A和2B中,参考标记100表示被探测物体的图像表面,参考标记110表示探测范围。
    在图1A、1B、2A和2B中,坐标轴定义为三维直角坐标系,X轴定义为旋转镜14到探测范围110的中心的轴,Y轴定义为被旋转镜14扫描的方向,以及Z轴定义为旋转镜14的转轴方向(在后续图中相同)。作为偏转器的旋转镜14在Y轴方向上偏转光束并扫描光束,Y轴可被称为“主扫描方向”,且垂直于主扫描方向的Z轴方向可被称为“次扫描方向”。额外地或可选地,主扫描方向或次扫描方向中的一个可被称为“第一方向”,另一个可被称为“第二方向”。
    可以使用固体光源作为光源11,例如半导体激光器或发光二极管。在本实施方式中,使用半导体激光器作为光源11。下面,描述一个使用半导体激光器进行脉冲光发射的例子。
    耦合透镜12放置在光源11的下游。这里,耦合透镜12可以是由多个光学元件组成的。耦合透镜12是将光源11发射出的光束(发散光)转换为预定状态的光学系统。这里,“将光束转换为预定状态”可以是指例如集中光束,或者将光束转换为平行光。在本实施方式中,在主扫描方向上的耦合透镜12的焦距与次扫描方向上的耦合透镜12的焦距相等。
    在本实施方式中,将光源11和耦合透镜12放置成,使从光源11的发光点到在主扫描方向上耦合透镜12的第一主点间的距离L1小于在主扫描方向上耦合透镜12的焦距。即,在主扫描方向,耦合透镜12放置的位置,使第一主点与光源的发光点分隔一段距离,此距离小于耦合透镜12的焦距。这里,耦合透镜12的第一主点定义为耦合透镜的主平面和此耦合透镜光轴的直角交点。
    此外,将光源11和耦合透镜12放置成,使从光源11的发光点到耦合透镜12的第一主点间的距离L1小于在次扫描方向上耦合透镜12的焦距。即,在次扫描方向,耦合透镜12放置的位置,使第一主点与光源11的发光点分隔一段距离,此距离小于耦合透镜12的焦距。
    通过耦合透镜12的光进入反射镜13,并且光的光路被转换。然后,光进入旋转镜14。旋转镜14包括至少两个反射器(反射表面)。反射器安置在旋转镜14中,同时反射器相对旋转镜14的转轴14o而倾斜相应的角度,所述角度互不相同。
    在此实施方式中,旋转镜14包括4个反射器14a、14b、14c和14d。调整反射器14a、14b、14c和14d相对转轴14o的倾斜角度,使所述倾斜角度互不相同。通过这样的配置,从反射镜14反射的光的传播方向角度可以相对XY平面进行切换,并且被探测的层可以在Z轴方向移动,这取决于使用反射器14a、14b、14c和14d中的哪一个。即,对每一个反射器14a、14b、14c和14d,可以扫描Z轴方向的相应区域。这里,使用反射器14a、14b、14c和14d的扫描区域彼此不相同。在本实施方式中,可以扫描四个层。
    进入旋转镜14的光转反射器14a、14b、14c和14d偏离和扫描,从而照射图像表面100的探测范围110。从图像表面100的探测范围110反射或散射的光再次进入到旋转镜14中,然后,该光被反射镜14a、14b、14c和14d反射。接下来,该光经反射镜15反射进入成像透镜16。
    如上面所述,旋转镜14能够通过偏转和扫描经过耦合透镜12的光束来使该光束照射到目标上。旋转镜14是偏转器的一个示例。
    成像透镜16可以对来自图像表面100的探测范围110的反射光和散射光进行成像。在实施方式中,成像透镜16主扫描方向的焦距与成像透镜16次扫描方向的焦距相等。
    来自图像表面100的探测范围110的反射光和散射光经过成像透镜16进入光电探测器17。光电探测器17能够通过成像透镜16探测照射到图像表面100的探测范围110上的光束的反射光或散射光(即,光电探测器17能够对目标进行探测)。例如,可选用雪崩二极管(APD)或者pin光电二极管(PD)作为光电探测器17。在此,光学接收系统可以仅包括透镜和光电探测器,不必包括旋转镜。
    在具体实施方式中,将成像透镜16的主平面与该成像透镜16光轴的垂直交点定义为第二主点。光电探测器17和成像透镜16按下述方式放置。即,在主扫描方向,光电探测器17和成像透镜被放置成,使得光电探测器17的光接收部分与成像透镜16的第二主点之间的距离L2等于成像透镜16的焦距。即在主扫描方向,成像透镜16放置成,使第二基准点放置在与光电探测器17的光接收部分分隔一段距离的位置,所述距离等于成像透镜16的焦距。
    此外,在次扫描方向,光电探测器17和成像透镜16被放置成,使得光电探测器17光束接收部分与成像透镜16的第二主点之间的距离L2等于该成像透镜16的焦距。即在次扫描方向,成像透镜16放置成,使第二基准点放置在与光电探测器17的光接收部分分隔一段距离的位置,所述距离等于成像透镜16的焦距。
    如图2A和2B所示,L3为最小可探测距离,即目标探测器10所能探测到的最小距离。
    接下来解释角分辨率。在所有的主扫描和次扫描方向,目标探测器10的角分辨率定义为最小可探测的角度范围。这是由于,在探测范围内,为了在探测时无论物体与目标探测器10之间的距离如何都不会遗漏或者重叠目标的某些区域,用角度来标定分辨率更加方便,如图3A和3B所示。
    图3A和3B为主扫描方向角分辨率θm的示意图,如图3A所示,在特定时刻,θm被探测到。然后,如图3B所示,旋转镜14旋转θm/2。因此扫描光束旋转θm,下一个θm被探测到。采用这种方式,可以探测每一个区域θm是否有目标存在。当存在目标时,离目标的距离可以被探测到。
    图4A和4B为次扫描方向角分辨率θs的示意图。如图4A和4B所示,在次扫 描方向,旋转镜14的反射面14a与旋转轴14o之间存在倾斜角,旋转镜14的反射面14b与旋转轴14o之间存在倾斜角,通过使这两个倾斜角之间存在角度差来扫描不同的区域。角分辨率被定义为光源11的像与光电探测器17可探测区域的重叠部分。但是,仅在光源11的像中定义角分辨率更合适。在这种情况下,可以增加设计接收光学系统的自由程度、更容易保证一定的光通量、并能够避免在探测范围中遗漏区域。
    接下来解释发光区域的大小。光源11(半导体激光器)包括发光的区域(在下文中被称为“发光区域”)。上述发光点为发光区域中任何合适的点。例如,发光点可以为发光区域的中心点。
    一般而言,在垂直于活性层(active layer)的方向上的发光区域和在平行于活性层的方向上的发光区域不同。在具体实施方式中,主扫描方向的角分辨率θm大于(角度小于)次扫描方向的角分辨率θs(θm<θs)。按照图5所示设置发光区域。在图5中,在主扫描方向上发光区域的宽度被定义为主扫描方向上发光区域的尺寸“am”。在图5中,在次扫描方向上发光区域的宽度被定义为次扫描方向上发光区域的尺寸“as”。当每一个主扫描方向和次扫描方向上发光区域的宽度发生变化时,相应方向发光区域的尺寸就被定义为此方向上发光区域的最大宽度或平均宽度。
    以图5为例,发光区域的尺寸“am”(光源11的发光区域在主扫描方向的宽度)与发光区域的尺寸“as”(光源11在次扫描方向发光区域的宽度)不同。发光区域的尺寸“am”小于发光区域的尺寸“as”。发光区域的尺寸较小的方向对应于角分辨率(即最小可探测角度范围)较大的方向(均为主扫描方向)。
    在具体实施方式中,光源11按上述方式设置,使得主扫描方向上的发光区域的尺寸变小(角分辨率大)。按照这种设置,可以简化耦合透镜12的结构,而不增加光通量(例如,同轴单透镜的结构)。接下来将进行详细的介绍。
    具体示例如下,耦合透镜12设置成,使得从光源11的单个发光点发出的光束转换成平行光(以至于光源11的共轭像位于无穷远处)。在这种情况下,假设发光区域的尺寸不可忽略。那么即使布置耦合透镜12,穿过耦合透镜12的光束也会变成发散光,因此从光源11单个发光点发出的光束会变得平行。这将参考图6进行解释。
    图6所示为当考虑到光源的发光区域时被光源照射到的照射区域。如图6所示,耦合透镜12的主平面12a与光源11发光点的距离等于耦合透镜12的焦距f,从而将光源11上单个发光点发出的光束转换为平行光。
    在图6中,当光源11上发光区域11a的尺寸被标记为“a”,并仅考虑近轴区域时,光源11a的成像区域可以通过θ1=2×tan-1(a/2f)得出。即光源11上发光区域11a的照射区域的角度范围为θ1。在这种情况下,如果光源上发光区域11a不可忽略,那么经过耦合透镜12的光束被拓宽。
    当发光区域11a的尺寸“a”较小时,被光束照射区域的角度范围θ1变小。因此,角分辨率较大的方向可以与发光区域的尺寸“a”较小的方向一致,从而减小光通量的损失。
    图7A和7B所示为基于角分辨率和发光区域的照射范围。图7A所示为根据本实施方式的照射范围,图7B为根据对比示例的照射范围。在图7A和7B中,角分辨率被标记为“A”,发光区域的照射范围被标记为“B”(“B”所示的范围包括有图案的部分和没有图案的部分)。此外,主扫描方向上发光区域的尺寸“am”和次扫描方向上发光区域的尺寸“as”如图5所示。
    如图7A所示,光源11的位置以及耦合透镜12的焦距被设定,以至于在主扫描方向上,角分辨率变大,发光区域的尺寸变小。当耦合透镜12仅包含单透镜时,照射范围可直接反应出主扫描方向上与次扫描方向上发光区域的尺寸之比。如上述公式所述,照射范围以角度为单位。
    理想情况下光源11的像能够照射整个角分辨率区域。由于角分辨率“A”与照射范围“B”一致,因比在主扫描方向,图7A所示为最有效的状态。在图7A中,没有达到次扫描方向的角分辨率(在次扫描方向,照射范围“B”大于角分辨率“A”)。但是,通过一些方法,例如通过定义光电探测器17的图像,可以达到次扫描方向的角分辨率,从而使得光源11的像与光电探测器17的图像重叠。
    接下来,假设光源11已如图7B的对比示例所示地放置,在主扫描方向发光区域变大,角分辨率“A”较高。在图7B所示的对比示例中,除非耦合透镜12的焦距等于3f,即图7A所示“f”的三倍(另一对比实施方式中,主扫描方向上的角分辨率通过光电探测器17的图像获得),否则,次扫描方向上整个角度范围,即角分辨率之和,没有全部照射到。按照上述方式,角分辨率与照射范围的比值变小,光通量的损失增大。
    接下来,举例说明,发光区域的纵向长度为200微米,另一较短的方向长度为10微米。主扫描方向上的角分辨率设定为0.1°,次扫描方向上的角分辨率设定为1°。长度较短的方向上的发光区域与主扫描方向对齐。为了使主扫描方向上的角分辨率与长度较短的方向上的发光区域照射范围相符,耦合透镜12的焦距被调整为 5.7mm。但是,该焦距长度相对较小,由于光源11的机械干扰,上述焦距很难达到。此外,耦合透镜12位置的变化对照射位置影响较大。照射位置很容易随着耦合透镜12位置的变动而发生偏移。因此,调整耦合透镜12的位置是困难的,或者照射位置的变化随着时间推移而增加。
    因此,在这个实施方式中,例如,使用焦距为13mm的耦合透镜12(大于5.7mm)。当该耦合透镜12放好后,从它的主点到发光点的距离等于焦距,理论上,通过替代在上述方程中的数值,可以得到在主扫描方向上的照射范围为0.04度,而实际中,例如由于相差的影响,在主扫描方向上的照射范围可能为0.08度。然而,在这种情况下,在主扫描方向上的照射范围小于0.1度,也即小于主扫描方向上的角分辨率。因此,照射范围的某些部分会被遗漏。
    为了解决这个问题,通过将光源11的发光点到耦合透镜12之间的距离(为13mm)缩短例如20μm,来将透过耦合透镜12的光束在主扫描方向上转换成发散光,其中主扫描方向上的发光区尺寸较小。通过这种方式,主扫描方向上的照射范围被调整为0.1度。
    此时,由于发光区的尺寸较大,在次扫描方向的照射范围内,发光区的尺寸是影响通过耦合透镜12光束发散度的一个主要因素。因此,即使光源11的发光点到耦合透镜12之间的距离被缩短了20μm,也保留1.0度的照射范围。如上所述,理论上,在次扫描方向上的照射范围可能是0.9度,然而,例如由于偏差的影响,能够得到1.0度的照射范围。
    图8A和图8B为照射范围随着光源11的发光点到耦合透镜12之间的距离波动而变化的示例图。图8A所示为照射范围在主扫描方向上的变化情况。图8B所示为照射范围在次扫描方向上的变化情况。
    在图8A和图8B中,发光点到耦合透镜12的之间距离波动为0,相应地,发光点到耦合透镜12的主点的距离等于耦合透镜12的焦距。这种情况下,可以发现光几乎是平行光(意味着照射范围很小,即发散度很小)。
    调整图8A的垂直轴和水平轴,使其分别与图8B垂直轴和水平轴的范围相等。在次扫描方向上,发光区的尺寸较大,当发光点到耦合透镜12之间的距离改变时,发散度的变化较小。也就是,当发光区的尺寸较大时,透过耦合透镜12的光束的发散度较不容易随着发光点到耦合透镜12的距离而变化。
    可以叠加多个发光层。通过叠加多个发光层,可以提高光源11的发光量。这种情况下,能探测到在远处的目标,此外,探测较不易受到天气的影响。
    图9A和图9B为光源11的图像随着耦合透镜12位置而变化的示例图。图9A所示为光源11的图像,其使用叠加了多个发光层的光源11,并且光源11到耦合透镜12的距离等于耦合透镜12的焦距。图9A中,白色区域的光强度高。随着区域变暗,光强变低。
    这时,发光区的共轭像在远处区域出现。发光区的图像看来几乎是正常的。图9A中,叠加三个发光层,可以看到三个发光层的图像。由于发光层之间的缝隙不发光,会使在相应区域中的目标的光量不足,导致探测不到某些区域。
    许多情况下,在与活性层延伸的方向(图9A中的垂直方向)垂直的方向(图9A中的水平方向)上叠加发光层。也就是,在光源11的发光区,在发光区尺寸较小的方向上叠加多个发光层。
    如上所述,在发光区的尺寸较小的方向上提高光束的发散度,以便获得角分辨率,不发光的缝隙所对应的探测区域就不会被遗漏。这种情况下,光束就能够照射而不会遗漏一些探测区域。也就是,光源11的发光点到耦合透镜12之间的距离小于耦合透镜12的焦距时,光束就能够照射而不会遗漏与不发光的缝隙所对应的探测区域。
    图9B所示为光源11在远处区域的图像,其使用叠加多个发光层的光源11,并且从光源11到耦合透镜12的主点距离小于耦合透镜12的焦距。在图9B中,光束发散度比在图9A中的大。从图9B可以看出,在整个发光区域中,光量充足。对于图9B的情况,在光源11的发光区域中,三个发光层也叠加在发光区的尺寸较小的方向上。不同于图9A的情形,光量在整个区域中充足。
    同理,通过耦合透镜12将光源11(例如,半导体激光器)发出的光束转换成预定状态来产生照射到目标的光束。这时,照射的角度范围取决于光源11的发光区尺寸和耦合透镜12的焦距。发光区的尺寸越小,照射角度范围越小。
    在该实施方式中,通过使发光区的尺寸较小的方向和角分辨率较大的方向(也就是最小可探测角度范围较小的方向)一致,可以简化耦合透镜12的结构(例如:同轴单透镜的结构),而不增加光量损失。
    在发光区的尺寸较小的方向上,光源11基本可以被认为是点光源,因此,通过放置耦合透镜12,使得发光点到耦合透镜12主点的距离等于耦合透镜12的焦距,从而可将发光点发出的光束(发散光)基本转换成平行光。然而,为了进行探测而不遗漏任何探测区域,透过耦合透镜12的光束可以具有发散角,而不是平行光。在该实施方式中,通过用耦合透镜12将光束由平行状态变为聚光状态(也就是将 光束转换为略微发散),可以对探测区域进行探测,而不会漏掉任何探测区域。
    在发光区的尺寸较大的方向上,光源11不能被认为是点光源。因此,即使放置耦合透镜12,使发光点到耦合透镜12主点的距离等于耦合透镜12的焦距,发光点发出的光束也不能被转变成平行光。为实现这个方向上的角分辨率,可以调整耦合透镜的焦距。在发光区的尺寸较大的方向上,由于发光区尺寸的影响,即使发光点到耦合透镜12主点的距离由原来耦合透镜12的焦距而略微改变,光束发散度也没有显著变化。
    因此,如上所述,在发光区的尺寸较大的方向能够保持光束的发散度,即使耦合透镜12将光束由平行状态变为聚光状态。也就是,在该实施方式中,在发光区的尺寸较大的方向能够保持光束的发散度,同时,通过耦合透镜12将光束由平行状态变为聚光状态(也就是将光束转变为略微发散),可以得到发光区的尺寸较小方向的角分辨率。
    此外,在发光区叠加多个发光层,可增加光源11的发光量。这种情况下,能探测到在远处的目标,并且探测较不易受到天气的影响。另外,通过在发光区的尺寸较小的方向上将光束转变为发散光,光束就能够照射到探测区域而不会遗漏对应于各层之间不能发光的缝隙的区域。
    另一个示例
    以下将说明另外一个示例。在这个例子中,改进光学系统,所述光学系统将光源发出的光束转变到预定状态(也就是该光学系统包括多个透镜的示例)。在以下的说明中,省略了与之前描述的结构相同的对应结构部分的说明。
    图10A和图10B为具体说明了一个基于本示例的目标探测器20的投影光学系统原理图。图10A给出了平行XY平面方向的横截面图。图10B给出了平行XZ平面方向的横截面图。
    如图10A和图10B所示,目标探测器20与目标探测器10不同,不同之处在于,耦合透镜12由耦合透镜22和23替换(与图1A,1B,2A,2B比较)。耦合透镜22和23是圆柱形透镜。
    耦合透镜22仅在XY平面有光功率,耦合透镜22置于靠近光源11的位置(光源11的光路下游)。耦合透镜23仅在ZX平面有光功率,耦合透镜23置于与光源11隔开的位置(耦合透镜22的光路下游)。
    按照图10A和图10B的结构,从光源11发出并透过耦合透镜22的光束的发散角随着方向而不同。因此,耦合透镜23的形状随着方向而不同。此外,如果耦 合透镜22和23沿着对应于光束行进方向的轴而旋转,耦合透镜22和23在不需要的方向上会有光功率。因此,为了防止耦合透镜22和23旋转,耦合透镜22和23的外部形状可以做成方形。
    然后进行细节描述,发光点到耦合透镜22主点之间的距离L4等于耦合透镜22的焦距。同样地,发光点到耦合透镜23的主点之间的距离L5等于耦合透镜23的焦距。
    在这个示例中,用到了耦合透镜22和耦合透镜23。耦合透镜22只在主扫描方向有光功率。耦合透镜23只在次扫描方向有光功率。这样,可以分别设置在主扫描方向的角分辨率和在次扫描方向的分辨率。因此,可以增加设计的自由度。
    此外,可以分别在主扫描方向上将发光点到耦合透镜22的主点的距离设置成耦合透镜22的焦距,且在次扫描方向上将从发光点到耦合透镜23的主点距离设置成在耦合透镜23的焦距。因此,可以增加在主扫描方向和次扫描方向形成的光束的自由度。因此,在主扫描方向和在次扫描方向可以得到高精度的角分辨率。
    <另一个示例>
    在下文中,将说明另外一个示例。在这个示例中,改进将从光源发射的光束转换到预定状态的光学系统。在以下的说明中,将省略与之前描述的结构相同的对应结构部分的说明。
    图11A和图11B为具体说明了一个基于本示例的目标探测器30的投影光学系统原理图。图11A给出了平行于XY平面方向的横截面图。图11B给出了平行于XZ平面方向的横截面图。
    如图11所示,在目标探测器30中,将光源11发射的光束转换到预定状态的光学系统包括具有光功率的单个耦合透镜32,使得在主扫描方向和次扫描方向的光功率是不同的。该耦合透镜32是单个耦合透镜,使得入射表面和出射表面中的一个在主扫描方向上有光功率,而入射表面和出射表面中的另一个在次扫描方向上有光功率。
    通过形成将从光源11发射的光束转换到预定状态的具有单个耦合透镜32的光学系统,可以减少组件的数量,也可以降低成本。另外,相比由具有旋转对称形状的耦合透镜所形成的光学系统,通过形成具有单个耦合透镜32的光学系统,可以得到在主扫描方向和次扫描方向的更加精确的光学分辨率。
    在这个示例中,列举了耦合透镜32,其在入射表面的光功率与出射表面的光功率是不同的。然而,耦合透镜的单个表面可具有光功率,使得在主扫描方向的光功 率和次扫描方向的光功率是不同的。例如,可以使用只在出射表面有光功率的耦合透镜,使得在主扫描方向的光功率和次扫描方向的光功率是不同的。
    这样的话,在主扫描方向和次扫描方向上,将发光点到耦合透镜的主点的距离均设置成等于耦合透镜的焦距是困难的。然而,这个结构有一个优势,即在主扫描方向和次扫描方向上均可以容易地校正像差。另外,该结构还有一个优势,就是光学特性的变化很小,例如在表面精度的变化是很小的。
    正如耦合透镜的另外一个示例,可考虑将结构设置为,在入射表面,凹光功率被加到主扫描方向和次扫描方向中的一个,而在出射表面,增加光功率使得光束在穿过耦合透镜后被转到预定的发散状态。在这种情况下,焦距可能被设置成在耦合透镜外的一个位置。因此,其优势在于焦距可以被动态地调整。
    正如上所描述的,根据所需的光学特性,可以使用多种方法调节耦合透镜的表面形状。对于如上所述使用了两个耦合透镜的情况,相应透镜的表面形状可以通过多种方法改变。通过这种方式,可以选择更适合通过各种改进得到的光学特性的结构。
    此时,可以设置光学系统,使得在发光区尺寸较大的方向上从光源11的发光点到光学系统(该光学系统将从光源11发射的光束转换到一个预定的状态)的主点的距离等于该方向上光学系统的焦距。
    图12为照射范围随着光源11的发光点到耦合透镜之间距离波动而变化的示例图。在图12中,可以发现,在发光点到耦合透镜的距离波动量为零的点附近,即使从发光点到耦合透镜的主点的距离是变化的,照射范围的变化也是较小的。
    即,通过上述结构,即使在设置有耦合透镜和类似的透镜的位置处存在变化(尤其是在光轴方向),受照射的光束的角度范围的变化能够被调控到较小,角分辨率也可以被稳定地控制。
    综上,通过实施方式介绍了一种可以减少光量损失的探测器。然而,本申请并不局限于所给出的特定实施方式,在不脱离本发明范围的情况下可以进行多种变形和改进。
    例如,在次扫描方向的角分辨率高于主扫描方向的角分辨率的目标探测器;发光区的形状不是长方形的形状的目标探测器;不同于上述实施方式在光发射层的方向上进行层叠的目标探测器,上述目标探测器都落在本发明的?;し段е?。
    相关申请的交叉引用
    本申请基于并要求获得日本在先申请文件的优先权,其申请号为2013-015941, 申请日为2013年1月30日,该申请文件的全部内容通过引用并入本文。

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